بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: پارامترهای تأثیرگذار بر الکتروریسی نانوالیاف
اسلاید 3 :
مقدمه
فرایند الکتروریسی شامل اعمال میدان الکتریکی به منظور کشیده شدن محلول بطور پیوسته از سوزن سرنگ به صفحه جمع کننده است.
در این فرآیند با استفاده از ولتاژ بالایی که به سیال پلیمری اعمال می شود، بارهایی در آنها تولید خواهد شد.
هنگامی که بارها در سیال به مقدار بحرانی می رسد، جت سیال در نوک سوزن تشکیل می شود و جت الکتروریسی شده به سمت صفحه جمع کننده حرکت می-کند.
مورفولوژی لیف مانند قطر آن و یکنواختی الیاف پلیمری الکتروریسی شده به سه گروه پارامتر شامل: پارامتر محلول پلیمری، پارامتر دستگاهی و پارامتر محیطی بستگی دارد.
اسلاید 4 :
پارامترهای محلول پلیمری
خواص محلول پلیمری اثر چشمگیری بر فرایند الکتروریسی و مرفولوژی الیاف تولید شده دارد.
کشش سطحی به عنوان عامل مؤثر در تشکیل دانه ها در محور طولی الیاف نقش ایفا می کند.
ویسکوزیته محلول و خواص الکتریکی آن، میزان کشیدگی محلول را تعیین خواهد کرد و بر قطر الیاف الکتروریسی شده اثر خواهد گذاشت.
اسلاید 5 :
وزن مولکولی و ویسکوزیته محلول
چون غلظت پلیمر و وزن مولکولی پلیمر، ویسکوزیته محلول را تعیین می کند، ویسکوزیته محلول به عنوان یک پارامتر مستقل تعریف نمیشود.
محلول حاصل از انحلال پلیمر با وزن مولکولی زیاد در حلال نسبت به محلول بدست آمده از پلیمرهایی با وزن مولکولی کم، ویسکوزیته بیشتری دارد.
وزن مولکولی پلیمر متناسب با طول زنجیره پلیمری است و معیاری از میزان گره خوردگی مولکولهای پلیمری در حلال می باشد.
گره خوردگی زنجیره پلیمری از شکست جت در طول کشیده شدن محلول پلیمری جلوگیری کرده و منجر به حفظ پیوستگی جت محلول می شود.
اسلاید 6 :
مشاهدات تجربی در الکتروریسی تأیید می کند که برای تشکیل الیاف یک مقدار مینیمم از غلظت پلیمر مورد نیاز است.
پایینتر از مقدار بحرانی، اعمال ولتاژ به علت ناپایداری منجر به تشکیل دانه می-شود.
در غلظتهای کم، گره خوردگی زنجیره پلیمری کافی نیست.
همانطور که غلظت افزایش می یابد، مخلوط دانه و زنجیره تولید خواهد شد.
افزایش بیشتر غلظت منجر به تشکیل الیاف پیوسته می شود.
در غلظت خیلی زیاد، الیاف یکنواخت طولانی تر به علت افزایش ویسکوزیته محلول، تولید نخواهد شد.
اسلاید 7 :
اثر دیگر افزایش ویسکوزیته، افزایش قطر الیاف است.
در طول الکتروریسی، جتهای ثانویه ای ممکن است از جت اصلی تولید شود که در یک غلظت معین برای تولید الیاف با قطر کوچکتر پایدار می باشند.
این پدیده می تواند علت مشاهده الیاف با توزیع قطرهای متفاوت در بعضی از موارد باشد.
وقتی که ویسکوزیته به اندازه کافی زیاد شود، تشکیل جتهای ثانویه از شکست جت اصلی کاهش می یابد که منجر به تولید الیافی با قطر بزرگتر می شود.
اسلاید 8 :
از سایر اثرات افزایش غلظت می توان به مساحت کوچکتر رسوب دهی اشاره کرد.
در غلظتهای زیاد، ویسکوزیته محلول در حرکت جت به فاصله های دور از سوزن محدودیت ایجاد می کند.
کاهش مسیر جت به معنی کشش کمتر محلول می باشد که در نهایت منجر تولید الیاف با قطر بزرگتر می شود.
اسلاید 9 :
کشش سطحی
کشش سطحی به تشکیل دانه کمک می کند.
کاهش کشش سطحی برای تشکیل الیاف بدون دانه مفید خواهد بود.
ضریب کشش سطحی به حلال و پلیمر بستگی دارد و با تغییر نسبت آنها، تغییر خواهد کرد.
با افزودن پایدار کننده به محلول می توان کشش سطحی را کاهش داد.
افزودن پایدارکننده، بازدهی تولید الیاف یکنواخت را افزایش می دهد.
حتی زمانیکه پایدارکننده نامحلول به عنوان پودرهای ظریف در محلول توزیع می-شود، مرفولوژی الیاف بهبود خواهد یافت.
اسلاید 10 :
اثر ترکیب حلال روی کشش سطحی محلولهای PVC در غلظت ثابت پلیمر
اسلاید 11 :
هدایت محلول
فرایند الکتروریسی اساساً نیازمند انتقال بار الکتریکی از الکترود به قطره ریسندگی در انتهای روزنه می باشد.
حداقل رسانایی الکتریکی در محلول برای الکتروریسی ضروری است و محلولهای فاقد رسانایی نمی توانند الکتروریسی شوند.
حلالهایی که عمدتاً در الکتروریسی استفاده می شوند رسانایی به مراتب کمتر از آب مقطر دارند.
هدایت محلول با افزودن یونها افزایش خواهد یافت.
اسلاید 12 :
هنگامیکه کشش محلول به طور کامل صورت نگیرد، دانه هایی در الیاف تشکیل خواهد شد.
با افزودن یون و افزایش بارها، کشیدگی جت بیشتر شده، در نتیجه الیاف با قطر کوچکتری تولید خواهد شد.
اثر دیگر بارهای افزایش یافته، بیشتر شدن مساحت سطح رسوب دهی الیاف است.
افزایش مسیر جت منجر به کاهش قطر الیاف تولید شده می شود.
اندازه یونها در مرفولوژی الیاف تأثیرگذار است.
یونها با شعاع اتمی کوچکتر قابلیت تحرک بیشتری در میدان الکترواستاتیک خارجی دارند. در نتیجه نیروی کشیدگی بیشتری بر جت اعمال کرده و الیافی با قطر کوچکتر را تولید خواهند کرد.
اسلاید 13 :
اثر دی الکتریک حلال
ثابت دی الکتریک حلال تأثیر محسوسی بر الکتروریسی دارد.
این پارامتر معیاری از قطبیت محلول است.
بارها بر حلال قطبی اثر بیشتری نسبت به حلال غیرقطبی دارند.
همانطور که بار حمل شده توسط جت افزایش می یابد، نیروهای گره خوردگی بیشتری تحت میدان الکتریکی به جت وارد می شود و متعاقباً دانه های کمتر و الیاف با قطر کوچکتر تولید خواهد شد.
با افزایش ثابت دی الکتریک، قطر کاهش می یابد.
اسلاید 14 :
رابطه بین دی الکتریک حلال و میانگین قطر الیاف PEO
اسلاید 15 :
شرایط فرایند
پارامترهای مهم دیگری که فرایند الکتروریسی (مانند قطر و یکنواخت بودن الیاف تولید شده) را تحت تأثیر قرار می دهند، نیروهای خارجی مختلف مورد استفاده در الکتروریسی کردن جت است.
این پارامترها شامل ولتاژ اعمالی، نرخ تغذیه، دمای محلول، نوع جمع کننده، قطر سوزن و فاصله بین نوک سوزن و جمع کننده است.
اسلاید 16 :
شرایط فرایند
ولتاژ
افزایش ولتاژ باعث می شود که نرخ انتقال محلول، از مقدار معینی که برای حفظ شکل مخروطی از نوک مویینه مورد نیاز است، تجاوز کند.
این تغییر تعادل جرمی، جتهای ناپایداری را تولید می کند.
تراکم دانه با افزایش ناپایداری جت در نوک نخ ریس افزایش می یابد.
بنابراین می توان با کنترل نرخ جریان ماده از نوک سوزن، حداقل تعداد دانه را تولید کرد.
اسلاید 17 :
زمانیکه محلول با ویسکوزیته کمتر مورد استفاده قرار می گیرد، ولتاژ بالا برای تشکیل جتهای ثانویه به منظور کاهش قطر الیاف در طول الکتروریسی مطلوب می-شود.
در یک ولتاژ پایین، با کاهش یافتن شتاب جت و ضعیفتر شدن میدان الکتریکی، زمان پرواز جت الکتروریسی شده افزایش می یابد که برای تشکیل الیاف کوچکتر مطلوب است.
ولتاژ نزدیک به ولتاژ بحرانی می تواند برای دستیابی به الیاف نازکتر مناسب باشد.
اسلاید 18 :
نرخ تغذیه
نرخ تغذیه، سرعت ورود مخلوط پلیمری به درون پمپ به منظور تشکیل مخروط تیلور است.
نرخ تغذیه باید با سرعت برداشت محلول از نوک سوزن مطابقت داشته باشد، تا بتوان نانوالیاف طولانی با قطر یکنواخت تولید نمود.
زمانیکه نرخ تغذیه افزایش می یابد، قطر الیاف یا اندازه دانه ها نیز متناظر با آن، زیاد خواهد شد.
نرخ تغذیه کمتر به علت صرف زمان بیشتر برای تبخیر مطلوبتر است.
اسلاید 19 :
دما
دمای محلول بر افزایش نرخ تبخیر و کاهش ویسکوزیته محلول پلیمر تأثیر گذار است.
افزایش قابلیت تحرک مولکول پلیمر با افزایش دما منجر به کشش بیشتر محلول می شود.
اسلاید 20 :
الیاف (E-CE)C (ethyl–cyanoethyl cellulose) در دمای 22 درجه سانتیگراد کمترین قطر را خواهد داشت.
در دمای کمتر، سرعت تبخیر حلال کم بوده و نمی تواند به صورت کامل در هنگام انتقال جت محلول پایدار به صفحه جمع کننده، تبخیر شود.
جت محلول در جمع کننده لخته می شود و این امر منجر به افزایش قطر الیاف و گسترش توزیع قطر می شود.
وقتی دما بیشتر شود، سرعت فراریت حلال بیشتر شده و جت محلول پایدار زمان کمتری را برای کشیده شدن در طول پرواز جت به علت تبخیر سریع حلالهای سطحی دارد. در نهایت قطر الیاف بیشتر و توزیع آن گسترده تر خواهد شد.
