كاربرد نانو ساختارهاي بر پاية كربن حاوي پلي‌اتيلن گليكول به ‌منظور بهبود عملكرد منسوجات هوشمندگرمايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

دكتري

هدف از انجام اين رساله، آماده‌سازي ماتريس حمايت‌كنندة هيبريدي كربني مزو متخلخل براي تثبيت شكل پلي‌اتيلن گليكول به‌عنوان مادة تغييرفازدهنده، با قابليت هدايت گرمايي بالا و ذخيرة انرژي گرمايي مطلوب است كه به‌عنوان ساختاري مناسب براي تهية منسوج هوشمند گرمايي بكار گرفته شود. براي رسيدن به اين هدف، اثر ماتريس‌هاي كربني با ساختارها و شيمي سطح مختلف و همچنين مخلوط آن‌ها به‌عنوان ماتريس‌هاي حمايت‌كنندة پلي‌اتيلن گليكول بر خواص گرمايي نانومواد تغيير فاز دهندة حاصل، بررسي شد. در اين راستا دو متغير اصلي اثرگذار بر خواص گرمايي نانومواد تغييرفازدهنده شامل خصوصيات شيمي سطح و نوع ساختار ماتريس‌هاي حمايت‌كنندة كربني بررسي شد. ساختار شيميايي نمونه هاي تهيه شده با استفاده از آزمون‌هاي گرماوزن‌سنجي (TGA)، طيف‌سنجي تبديل فوريه (FTIR)، طيف‌سنجي رامان (Raman) و آزمون پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) بررسي شد. جهت بررسي مورفولوژي ماتريس‌هاي حمايت‌كننده و نانومواد تغيير فاز دهندة شكل ثابت تهيه‌شده در اين رساله از ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) استفاده شد. ساختار فيزيكي نمونه ها نيز با استفاده از آزمون جذب و واجذب نيتروژن، تعيين اندازة نانوذرات (DLS) و پراش اشعة ايكس (XRD) بررسي شد. درنهايت اثر تغيير فيزيكي و شيميايي ساختار بر خواص گرمايي نمونه هاي تهيه شده، با استفاده از آزمون‌هاي تعيين هدايت گرمايي، TGA وكالريمتر پويشي تفاضلي (DSC) بررسي شد. از روش محاسباتي شبيه‌سازي ديناميك مولكولي نيز براي ارزيابي اثر گروهاي عاملي اكسيژن‌دار در ميزان جذب و نفوذ زنجيره‌هاي پلي‌اتيلن گليكول در ماتريس هاي تهيه شده و هدايت گرمايي مواد تغيير فاز دهندة شكل ثابت حاصل، استفاده شد. نتايج نشان داد كه تفاوت در ميزان گروه‌هاي عاملي اكسيژن‌دار نانوذرات گرافيت بر ميزان نفوذ و برهمكنش ميان مادة تغييرفازدهنده و ماتريس حمايت‌كننده اثرگذار بوده است. به طوري كه هدايت گرمايي اندازه گيري شده براي نمونه حاوي گروههاي عاملي اكسيژن دار حدود 18 درصد كمتر از ساير نمونه ها بوده است. بعد از تهيه مواد تغيير فاز دهندة حاوي پلي‌اتيلن گليكول و نانوالياف كربن خالص و حاوي نانوذرات گرافيت و ارزيابي خواص نمونه‌هاي تهيه‌شده با آزمون‌هاي استاندارد موجود، نتايج نشان داد كه ماتريس‌هاي كربني تهيه‌شده ضمن جلوگيري از نشت مادة تغييرفازدهنده، سبب بهبود خواص گرمايي و به‌خصوص هدايت گرمايي نمونه‌ها شده است. به‌طوري‌كه نانومواد تغيير فاز دهندة شكل ثابت تهيه‌شده با ماتريس هيبريدي نانوالياف كربن - نانو گرافيت خواص گرمايي بهتري را نسبت به نمونه‌هاي تهيه‌شده با ماتريس‌هاي كربني تك جزئي نشان داده‌اند. به دليل اينكه مخلوط ماتريس‌هاي كربني با ابعاد و ساختارهاي متفاوت در افزايش هدايت گرمايي اثر هم‌افزايي داشته و بدين ترتيب ساير خواص گرمايي مورد انتظار از يك مادة تغييرفازدهنده را بهبود مي‌بخشد. نمونه هاي تهيه شده در اين بخش داراي دماهاي انتقال فاز مناسب با گرماي نهان 1/55 تا 3/84 ژول بر گرم بوده اند. درنهايت، منسوج بي بافت پلي‌استري پوشش داده شده با نانو مادة تغيير فاز دهندة بهينه، تهيه و خواص فيزيكي آن نظير خواص گرمايي، نفوذپذيري هوا، ثبات شستشويي و سايشي، با پارچة بدون پوشش مقايسه شد. منسوجات پوشش داده شده، محدودة دماي تغيير فاز 1/30-4/34 درجة سانتي‌گراد و 3/24-2/19 درجة سانتي‌گراد را به ترتيب براي فرآيند ذوب و انجماد با گرماي نهان 9/22-9/8 ژول بر گرم و 4/21-2/11 ژول بر گرم را نتيجه داده‌اند. استفاده از ماتريس حمايت‌كنندة هيبريدي كربني منجر به افزايش 454 درصدي هدايت گرمايي شد. بنابراين در مقايسه با ساير مطالعات انجام شده در اين زمينه، ضمن دستيابي به حداكثر آنتالپي گرماي نهان گزارش شده، بالاترين ميزان هدايت گرمايي حاصل شد. علاوه بر اين، كاهش وزن منسوجات پس از آزمون‌هاي ارزيابي ثبات سايشي و شستشويي نيز كمتر از 4 درصد بوده است، بنابراين اثر كمي را بر خواص گرمايي نمونه‌ها داشته است. درنهايت، منسوج هوشمند گرمايي شكل ثابت تهيه شده در اين رساله مي‌تواند براي استفاده در صنايع مختلف مانند نساجي، ساختمان و دستگاه‌هاي الكترونيكي براي مديريت انرژي گرمايي در دماي پايين مناسب باشد.

218904

شيمي نساجي و علوم الياف

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان