توليد منسوج با رفتار حرارتي هوشمند و مشخصه يابي انتقال حرارت و نفوذپذيري هوا در آن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

دكتري

پليمرهاي حافظه¬دار (SMPs) دسته¬اي از مواد هوشمند پليمري هستندكه بعد از ايجاد شكل ثانويه، با اعمال يك محرك مناسب مي¬توانند به شكل اصلي و دائمي خود برگردند. اين خاصيت حافظه‌داري توسط يك محرك خارجي، مانند دما، pH، مواد شيميايي، نور، ميدان-هاي الكتريكي و غيره فعال مي¬شود. اگر نخ حافظه¬دار به مقدار زياد تاب داده شود و سپس به شكل يك ساختمان حلقه¬اي (فنري) تبديل شود، اثر حافظه¬داري شديدتر و دوطرفه خواهد شد. پليمرهايي كه به¬عنوان ماده پايه (precursors) در نخ¬هاي پرتاب و حلقه¬شده (TCY, Twisted Coiled Yarns ) استفاده مي-شوند، معمولاً الياف تهيه شده از پليمرهايي با آرايش يافتگي بالا مانند نايلون66 هستندكه دماي تحريك بالايي دارند. القاي تحريك پيچشي با كمك ساختمان فنر به¬عنوان عامل اصلي ايجاد رفتار حافظه¬داري دوطرفه در يك پليمر پايه با رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه نياز به بررسي بيشتر دارد. اهداف اصلي اين پژوهش عبارتند از: نخست، معرفي يك ماده پايه با رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه با قابليت تبديل به نخ حافظه¬دار، دوم كاهش هرچه بيشتر دماي تحريك (℃50)، سوم ايجاد خاصيت حافظه¬داري دوطرفه در نخ¬هاي حافظه¬دار با اعمال ساختمان فنري، چهارم بررسي رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه و دوطرفه با كمك روش انرژي حافظه¬داري، پنجم تهيه پارچه حافظه¬دار دوطرفه از نخ توليد شده و بررسي رفتار مكانيكي، نفوذپذيري هوا و انتقال حرارت در آن. در اين پژوهش از تركيب پليمرهاي پلي-لاكتيك اسيد (PLA) و پلي¬يورتان ترموپلاستيك (TPU) استفاده شد و مطالعات زيادي خاصيت حافظه¬داري مناسب اين تركيب را تاييد كردند. با مشخصه¬يابي¬هاي مكانيكي، حرارتي، ساختاري و حافظه¬داري، نسبت تركيب بهينه اين دو پليمر مشخص شد. 60% از پليمر PLA و 40% از پليمر TPU نسبت تركيب بهينه را در نمونه كامپوزيتي تشكيل مي¬دهد. به¬منظور كاهش دماي تحريك و تقويت كامپوزيت انتخاب شده از پلي‌اتيلن‌گليكول و نانورس استفاده شد. با مشخصه¬يابي¬هاي مختلف بر روي نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي نسبت 10% PEG و 5% نانورس به عنوان نسبت تركيب بهينه مشخص شد. علاوه بر كمبود مطالعات در زمينه نقش تقويت¬كنندگي نانورس در تركيب PLA/TPU، بررسي نقش نانورس در تكامل مورفولوژي و بهبود سازگاري اين تركيب يكي از اهداف فرعي در راستاي اين پژوهش است. پس از تهيه مستربچ، نخ¬هاي مولتي¬فيلامنت با استفاده از دستگاه ذوب ريسي توليد شدند. نخ¬هاي توليد شده ابتدا به مقدار زيادي تاب ديدند و سپس با استفاده از روش تثبيت حرارتي به ساختار حلقه¬اي (فنري) تبديل شدند. دستگاهي براي بررسي رفتار تحريك حرارتي نخ فنرشده در حالت طول ثابت (ايزومتريك) طراحي و ساخته شد. نهايتا از نخ فنرشده نمونه پارچه حلقوي حافظه¬دار دوطرفه تهيه شد و رفتار مكانيكي، نفوذپذيري هوا و هدايت گرمايي آن در شرايط قبل و بعد از تحريك مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اين ماده پايه، حافظه-داري يك¬طرفه و دوطرفه را در ساختار نخ فنرشده نشان داده و درصد انقباض برگشت¬پذير قابل توجه 35% را در دماي پايين (℃50) نشان مي¬دهد. نمونه 5% نانورس رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه قوي¬تري نشان داده و درصد انقباض بيشتري (35%) را در مقايسه با نمونه 1% نانورس (4/24%) نشان داد كه با مقادير بالاي بلورينگي نمونه 5% به¬عنوان نقاط شبكه¬اي در تطابق است. درصد انقباض تئوري از طريق دو مدل مختلف معادلات نيرو-ضربه و مكانيك فنر مشخص شد. پارچه تهيه شده از نخ فنرشده نيز رفتار حافظه¬داري دوطرفه نشان داد، به-طوريكه با افزايش حرارت تا دماي ℃50، ميزان 16% جمع¬شدگي در راستاي رج مشاهده شد و با كاهش دما تا ℃25 بازشدگي رخ داد و اين عمل به¬طور مداوم تكرار شد. با جمع¬شدگي پارچه درصد تخلخل آن نيز كاهش يافت و به دنبال آن ميزان نفوذپذيري هوا به ميزان 24% كم شد. از طرفي با كاهش حجم هواي به دام افتاده در پارچه به دليل بالاتر بودن هدايت گرمايي الياف نسبت به هوا، ميزان هدايت گرمايي پارچه 30% افزايش يافت. خصوصيت وابسته به زمان يا رفتار ويسكوالاستيك مواد نقش مهمي را در عملكرد طولاني مدت آن ايفا مي¬كند. مدل¬هاي ويسكوالاستيك خطي استاندارد، برگر، جفري و كلوين-ويت-ماكسول براي مدل¬سازي رفتار رهايي از تنش پارچه مورد بررسي قرار گرفتند. با كمك روش برازش با حداقل مربعات خطا، مدل كلوين-ويت-ماكسول بيشترين ضريب همبستگي (88%) را با داده¬هاي تجربي نشان داد. بررسي پارامترهاي خروجي از مدل در شرايط قبل و بعد از تحريك، مانند ثابت فنر (E) نشان از اثر مستقيم حرارت بر ساختار داخلي پارچه دارد.

218078

تكنولوژي نساجي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان