دانلود مقاله الیاف مصنوعی

بخشی از مقاله

1-1- مقدمه
اساس روشهاي توليد الياف مصنوعي، ذوب رسيي، خشك سبي و تدريسي، با استفاده از نيروهاي مكانيسي مي باشد. روش electrospining با به كاربردن نيروي الكتريسيته، روش كاملاً متفاوت در توليد الياف مصنوعي مي باشد. با اعمال ولتاژ زماني كه نيروي الكتريكي به كشش سطحي و نيروي ديسكوالاستيك غلبه كند، جريان jet كه داراي بار الكتريكي مي باشد، از محلول پليمر خارج مي شود. اين جريان (jet) توسط نيروي الكتريكي شتاب مي گيرد و الياف به فرم خرج بي‌بافت بر روي نهر متصل به زمين، جمع مي شوند. اول پاراگراف در روش ele، الياف با قطر نانومتر توليد مي شود كه به واسطه قطر كوچك، سطح مخصوص الياف بيشتر خواهد (رنج سطح مخصوص از در الياف بار قطر nm500 تا 1000 در الياف با قطر nm50 مي باشد).

بررسيهاي انجام شده برروي نفوذپذيري خرج بي بافت، قابليت كاربرد آنها را به عنوان فيلترها و غشا نشان مي دهد. در اين روش اندازه خلل زوج الياف نيز قابل كنترل مي باشد. واقعاً مي توان روش ele را microprocess ناميد. اگر به نظريه توليد الياف به روش ele حدوداً به 60 سال بيش بر مي گردد ولي همچنان محدوديتهايي از نظر اطلاعات علمي راجع به اساس تئوري در اين روش همچنان باقي مانده است.
در پروژه ابتدا سعي شده باروري بر مقالات اصول ele بيان گردد و سپس در ادامه به شرح آزمايشات پرداخته مي شود.

1-2- تاريخچه
قبل از اينكه روش electrosping براي توليد الياف مصنوعي مطرح شود، افراد زيادي پديده ele را بررسي نموده اند. Lord Raley بيش از 100 سال قبل نشان داد، هنگاميكه نيروي الكترواستاتيكي بركنش سطحي غلبه كند يك جريان از مايع ايجاد مي‌شود.
در سال 1952 Vonnegut و Neubaver جريانهاي يكنواختي از نظرات داراي باد با قطر حدود mm1/0 با اعمال ولتاژ 5 تا ele10 بوجود آورند. پس دو دانشمند ديگر توانستند نيروي با استفاده از الكترواستاتيك امدليون روغن در آب را با نظري در مورد 5/0 تا 6/1 توليد شود.
در سال 1960 Taglor فروپاشي قطرات آب، در ميدان الكتريكي را بررسي نمود. نوشته هاي Taylor ثابت مي كند كه نصف زاويه نوك مخروط تشكيل شده در ele نزديك به 3/49 مي باشد.

اما ele محلول ماكرومولكولها را مي توان در سال 1934 بررسي نمود، هنگاميكه براي توليد الياف مصنوعي به دليل نيروي الكترواستاتيكي توسط Formhals اختراع شد. الياف مورد نظر، از محلول استات سلولز توليد مي شده است.
ولتاژ مورد نياز در ارتباط با خواص محلول مورد نظر، از قبيل وزن مولكولي و ويسكوزيته مي باشد. دو دانشمند اگر با اصلاح اين دستگاه الياف را با پايداري بيشتري توليد كردند در اين روش از يك تسمه پيوسته براي جمع آوري استفاده شده است.

توسط Bornat و Later دستگاه ele ديگري ثبت شد كه يك لايه قابل برداشت بر روي يك ميله درمان چرخش توليد مي شده است. كه محصول لوله شكل بدست آمده از اين روش ele با منحلول پلي اورتان مي تواند به عنوان رگ مصنوعي مورد استفاده قرار گيرد. در سال 1971 ele الياف اكربليك با قطر كمتر از 1 از محلول دي متيل فرماميد، توسط Baumgarten توليد كرد.

ارتباط بين قطر الياف، طول جريان (jet) و ويسكوزيته و آهنگ شارش (flow rate) محلول را بدست آورد. در سال 1981 دو دانشمند موفق به توليد الياف پلي اتيلن و pp از محلول مذاب بدون ا ستفاده از نيروي مكانيكي شدند. Doshi از محلول PEO در آب اليافي با قطر 05/0 تا 5 توليد كرد. اولين شرايط پروسه و مورفولوژي الياف را بررسي نمود. Srinivasan توسط ele الياف رسيده شده از مايع كريستال پلي آراميد، پلي فنيلن ترفتالاميد و پليمر رساناي، پلي آنيلين در اسيدسولفوريك را توليد كرد.
و او پراش الكترون الياف رسيده شده پلي آراميد و بعد از ثبت الياف در دماي 400 را مشاهده نمود در سالهاي اخير تحقيقات زيادي براي درك پروسه ele و خصوصيات nanofihez توسط coworkers و renker انجام شده است.

كاربرد nanofilez در فيلترها و لباسهاي محافظتي مي باشد و همچنين به عنوان سلولهاي ساختاري در اعضاي مصنوعي بينان براي آنزيمها و كاتاليزورها و تقويت كاسپوزيتها به كار مي رود.

1-3- تعاريف اوليه
1-3-1- ويسكوزيته
مقدار انرژي تلف شده توسط سيال در حال حركت. به خاطر مقاومت در مقابل نيروي برشي اعمال شده، ويسكوزيته ناميده مي شود. مقاومت سيال به دليل نيروي چسبندگي لايه هاي مختلف سيال مي باشد كه با اعمال نيروي برشي باعث جدا شدن لايه هاي مختلف با سرعتهاي متفاوت مي گردد. مقدار كار انجام شده مقياس با تنش برشي اعمال شده (z) و سرعت تغيير شكل برشي نماد مي باشد. ايستادگي در مقابل ليلان محلول را نيز ويسكوزيته مي نامند. در اين حالت جدا شدن لايه هاي مختلف سيال وجود ندارد، ولي ويسكوزيته مناسب با خصوصيات ذاتي مولكول پليمر، وزن مولكولي، اندازه مولكولي و شاخه هاي جانبي و غير پليمر، مي باشد.
در اين پروژه با ثابت فرض كردن خصوصيات ذاتي پليمر، ويسكوزيته را مقاومت سيال در مقابل نيروي برشي تعريف مي كنيم.

نيروي برشي
سرعت برشي
ويسكوزيته نتوتني يا ديناميكي
اگر چگلي سيال را فرض كنيم ويسكوزيته سينماتيكي برابر خواهد بود:

هنگاميكه نسبت مقادير مختلف نما ثابت باشد، به آن سيال نتوتني گفته مي شود. محلولهاي رقيق پليمر جز سيالات نقوشي مي باشند در بسياري از محلولها M وابسته به يا مي باشد كه به آنها سيالات غيرنبوتي مي گويند. بنابراين رابطه و در سيالات نتوتني به صورت خطي است در صورتيكخه در سيالات غير نتوتني اين رابطه خطي نمي باشد. سيالات غير نتوتني شالم 3 دسته مي باشند:

1) مستقل از زمان 2) تابع زمان 3) ويسكوالاستيك
سيالات مورد استفاده در روش ele سيالات نتوتني و ويسكوالاستيك مي باشد.
اندازه گيري ويسكوزيته به وسيله ويسكومتري لوله‌شينه“Capillary Viscometry” يا ويسكومتري چرخشي “Rotational Viscometry” انجام مي شود.
در ويسكومتري چرخشي، ميزان چرخش (برحسيب راديان) در ثانيه و نيروي گشتاور و در ويسكومتري لوله موشينه آهنگ شارش و نيروي تنش سنجيده مي شود. سرعت چرخش يا ‌آهنگ شارش متناسب با سرعت تغيير شكل و نيروي گشتاور يا نيروي تنفس متناسب با نفس برشي مي باشند.

براي محاسبه ويسكوزيته سيال نتوتني مي توان از يكسومتري لوله سرشينه استفاده كرد. مايع از يك استوانه به يك لوله موشينه وارد مي شود كه ق طر لوله موشينه در مقابل استوانه بسيار كوچك باشد. با در نظر گرفتن ضريبهاي تصحيح مربوط به افزايش انرژي بخشي سيال در لوله موشينه به دليل اينكه سرعت سيال در لوله موشينه افزايش مي يابد ويسكوزيته برابر خواهد بود با:

از طرفي بردار سيرعت نيز در ويسكومتري لوله موشينه تغيير مي كند بنابراين براي تعمير بردار سرعت يك فشاري را نيز داريم پس نقش برشي را به صورت زير تعريف مي كنيم:

P فشار براي غلبه بر لايه مختلف سيال Pn¬ فشار مورد نياز براي تعبير بردارسرعت
(سيال نيوتني )
شعاع لوله موشينه Q آهنگ شارش، طول لوله موشينه، چگالي سيال مي باشد. (اگر Q آهنگ شارش را در طول ويسكومتري ثابت فرض مي كنيم)
براي سيال ويسكوالاستيك استفاده از ويسكومتري لوله موشينه همراه با ضريبهاي تصحيح زير مي باشد:

P فشار را مي غلبد بر لايه هاي مختلف سيال، Pn فشار مورد نياز براي تعبير بردار سرعت و E انرژي الاستيك زماني مايع وارد لوله موشينه مي شود و در طول لوله موشينه حركت مي كند.

با توجه به اينكه

پس


m0>>mc
بنابراين تنش برشي برابر مي باشد:

1-3-2- تنش سطحي
در مايعات مولكولهاي بي رو نسبت به هم نيروي كنش و جاذبه اي اعمال مي كنند مولكولهاي كه در سطح مايع قرار دارند به علت عدم وجود نيروهاي عمودي در سطح مايع متفاوت از مولكولهاي داخل محلول مي باشند. و برآيند نيروهاي وارد بر اين مولكولها آنها را به سمت داخل محلول مي كشاند. اين نيروي كنش در واحد طول در سطح مايع را كنش سطحي مي گويند. كرنش سطحي مقدار نيروي چسبندگي در سطح مي باشد. به عبارت ديگر كنش سطحي انرژي آزاد در واحد مساحت سطح مايع مي‌باشد. يكي از اثرات كنش سطحي بالا رفتن محلول در ولله موشينه مي باشد كه مي‌توان كنش سطحي را محاسبه نمود.