بررسی فرآیند تولید و کاربردهای الیاف فوق ظریف و نانو الیاف

 فهرست مطالب

چکیده    1
فصل اول : نانو تکنولوژی و تاریخچه تولید الیاف نانو
۱-۱)مقدمه    3
۲-۱)نانو مواد و طبقه بندی آنها     4
     1-2-1)نانو فیلمهای نازک    5
     2-2-1)نانو پوششها    6
     3-2-1)نانو خوشه ها    7
     4-2-1)نانو سیمها ونانو لوله ها    8
     5-2-1)روزنه های نانو    9
     6-2-1)نانو ذرات    9
۳-۱)الیاف نانو    10
۴-۱)تاریخچه تولید الیاف نانو    11
فصل دوم : روشهای تولید الیاف نانو
۱)تهیه الیاف نانو به روش کا تا لیزور شناور    18
      اثر سولفور    21
      اثر دمای تبخیر ماده خام    23
      اثر هیدروژن    25
۲)ریسندگی الکترو اسپینینگ    27
     1-2)تئوری و فرایند ریسندگی الکترو اسپینینگ    27
     2-2)ریسندگی الکترو اسپینینگ    29
         1-2-2)ریسندگی الکترو اسپری    29
         2-2-2)ریسندگی الکترو مذاب    30
         3-2-2)ریسندگی الکترو محلول    32
     3-2)شروع جریان سیال پلیمری وتشکیل مخروط تیلور     35
     4-2)ناپایداری خمشی    36
     5-2)ریسندگی الیاف نانو پلیمری    38
     6-2)ساختار ومورفولوژی الیاف نانو پلیمری    38
     7-2)پارامترهای فرایند و مورفولوژی لیف    39
        1-7-2)ولتاژ اعمال شده    39
        2-7-2)فاصله جمع کننده-نازل    40
       3-7-2)شدت جریان پلیمر    41
       4-7-2)محیط ریسندگی    41
     8-2)پارامترهای محلول    42
        1-8-2)غلظت محلول    42
        2-8-2)رسانایی محلول    43
        3-8-2)فراریت حلال    43
        4-8-2)اثر ویسکوزیته    44
     9-2)خواص الیاف نانو    45
        1-9-2)خواص حرارتی    45
        2-9-2)خواص مکانیکی    46
     10-2)مزایای ریسندگی الکترو    46
     11-2)معایب ریسندگی الکترو    48
     12-2)بررسی اهداف ایده ال در ریسندگی الکترو    49
     13-2)ریسندگی الیاف دو جزئی پهلو به پهلو    51
     14-2)خصوصیات الیاف الکترو ریسیده شده    53
     15-2)ریسندگی الکتریکی الیاف نانو از محلولهای پلیمری    54
     16-2)ریسندگی الکترو الیاف پر شده با نانو تیوبهای کربن    58
     17-2)تعیین خصوصیات مکانیکی و ساختاری الیاف کربن الکترو ریسیده شده    68

فصل سوم : کاربردهای مختلف الیاف نانو و نانوتکنولوژی در صنعت نساجی
مقدمه    84
۱-۳)الیاف نانو گرافیت و کربن    85
۲-۳)نمونه بافت و تزریق دارو    85
۳-۳)الیاف نانو با خاصیت کا تا لیزوری    87
۴-۳)فیلتراسیون    88
۵-۳)کاربرد های کامپوزیتی    90
۶-۳)کاربرد های پزشکی    91
    1-6-3)پیوندهای شیمیایی    91
    2-6-3)نمونه بافت    92
    3-6-3)پوشش زخم    93
    4-6-3)تزریق دارو    94
    5-6-3)دندانپزشکی    94
۷-۳)مواد آرایشی    95
۸-۳)لباس محافظتی    96
۹-۳)کاربرد الکتریکی و نوری    97
۱۰-۳)کشاورزی    97
۱۱-۳)کاربردهای نانو تکنولوژی در نساجی    98
     1-11-3)دفع آب(ابگریزی)    98
     2-11-3)محافظت در برابر اشعه uv    100
    3 -11-3)ضد باکتری    101
    4-11-3)آنتی استاتیک    103
    5-11-3)ضد چروک    104
۱۲-۳)کنترل کیفیت در تولید کامپوزیتهای الیاف نانو الکترو اسپان    105
    توزیع یکنواختی الیاف نانو    106
    سنجش الیاف بصورت اتوماتیک    108
    آزمایش مقاومت در برابر عوامل محیطی    109  
دستگاه آزمایش خمیدگی DL    110
۱۳-۳)الیاف نانو کامپوزیت الکترو اسپان برای تشخیص بیو لوژیکی اوره    111
۱۴-۳)تاثیر افرودن الیاف کربن بر روی خواص مکانیکی و کریستالی شدن پلی پروپیلن    116
ضمیمه     125
نتیجه     129
منابع و مآخذ    131

 
چکیده :

به منظور تولید الیاف نانو دو روش کلی وجود دارد، روش اول، تولید الیاف با استفاده از کاتالیزور می باشد که در این روش الیاف در بستر مخصوص یا محلول اختصاص داده شده منعقد می شوند، استفاده از کاتالیزور شناور برای تولید مناسب تر از کاتالیزور دانه دار شده
می باشد زیرا میزان کاتالیزور موجود در بستر محلول همواره تحت کنترل می باشد. روش دیگر تولید الکتروریسی می باشد که می توان نانو الیاف منفرد و ممتد را به میزان تولید بالا تهیه نمود. در این روش نانو الیاف پلیمری می توانند مستقیماً از محلول پلیمری به نانو الیاف پلیمری تبدیل شوند.
الکتروریسی ریسیدن نانو الیاف پلیمری تا قطر چند ده نانو متر، روشی است که تکیه بر نیروهای الکترواستاتیکی دارد. در این فرآیند، بین قطره ای از محلول پلیمری یا مذاب که در نوک نازل آویزان است و یک صفحه فلزی جمع کننده پتانسیل الکتریکی اعمال می شود. با بالا رفتن میدان الکتریکی قطره پلیمری شروع به کشیده شدن می کند تا اینکه این نیرو بر نیروی تنش سطحی قطره غلبه کرده و یک جت شارژ شده بسیار نازک از محلول پلیمری از سطح قطره خارج شده و به سمت فلز جمع کننده سرعت می گیرد. پس از طی مسیر کوتاهی دافعه متقابل شارژهای حمل شده در سطح جت، آنرا خم کرده و جت، مسیر خود را بصورت مارپیچ و حلقه ای ادامه خواهد داد. بدین ترتیب جت در فاصله کم نازل تا جمع کننده
می تواند مسیر بسیار زیادی را طی کرده، تا نیروهای الکتریکی آنرا هزاران بار کشیده و ظریف نمایند.
استفاده از این تکنولوژی های جدید ما را در انجام کارهایی که زمانی غیر ممکن
می نموده رهنمون می سازد، در سال های اخیر از این شیوه برای ساخت الیاف نانو در محدوده وسیعی از پلیمرها و در کاربردهای مختلف نظیر ساخت فیلترها، تقویت در کامپوزیت ها، کامپوزیت های شفاف، نانو الیاف کربن، نانو الیاف هادی، نانو الیاف توخالی، نانو الیاف سرامیکی، سنسورهای بسیار حساس، قالب برای رشد بافت زنده بدن، پر کردن بافت های آسیب دیده، بافت های ضد باکتری، حمل دارو، پوشش زخم، ماسک های آرایشی و … به کار رفته است.
 

مقدمه:
 
مفهوم نانوتکنولوژی جدید نمی باشد و از بیش از ۴۰ سال پیش آغاز گردیده است، بر اساس تعریفNNI نانو تکنولوژی عبارت است از بکار بردن ساختارهایی با حداقل یک بعد در اندازه نانومتر برای ساخت مواد، وسایل و سیستم هایی با خواص بدیع و قابل توجه که مربوط به اندازه نانو آنها می باشد. نانو تکنولوژی نه تنها ساختارهای کوچک تولید می کند بلکه تکنولوژی ساخت پیشرفته ای می باشد که می تواند کنترل کم هزینه ای برای ساختار ماده ایجاد نماید. نانوتکنولوژی در بهترین صورت به این گونه توصیف می شود که فعالیت هایی هستند در حد اتمها و مولکول ها که کاربردهایی در دنیای واقعی دارند. قطعات نانو که به طور معمول در محصولات تجاری استفاده می شوند، در حدود یک تا صد نانومتر هستند. [۱]
نانو تکنولوژی به صورت روزافزونی توجه دنیا را به خود جلب نموده چرا که به عنوان ارائه کننده پتانسیل بالایی از محدوده های وسیع، مصارف شناخته شده است. خواص جدید و
بی نظیر مواد نانو نه تنها دانشمندان و محققین بلکه تجارت را به خود جلب کرده که به دلیل پتانسیل بالای اقتصادی آن می باشد.[۱]
همچنین نانو تکنولوژی پتانسیل تجاری واقعی برای صنعت نساجی دارد این امر به طور عمده به خاطر این واقعیت است که روش های مرسوم که برای دادن خواص مختلف به پارچه استفاده می گردند معمولا اثر دائمی ندارند و کارایی خود را بعد از شستشو و یا بر اثر پوشیدن از دست می دهند. نانو تکنولوژی می تواند دوام بالایی برای پارچه ها ایجاد کند چرا که قطعات نانو سطح بزرگی از نسبت مساحت به حجم و نیز انرژی سطحی بالایی دارند، بنابراین بستگی بیشتری با پارچه داشته و منجر به افزایش ماندگاری کاربردی آن می گردد. به علاوه پوششی از ذرات نانو روی پارچه بر خاصیت عبور هواو زیر دست آن اثری نمی گذارد بنابراین مزیت استفاده از نانو تکنولوژی در صنعت نساجی در حال افزایش است.خواصی که با استفاده از نانوتکنولوژی به پارچه داده می شود عبارتند از آب گریزی، ضد خاک،
ضد چروک، ضد باکتری، آنتی استاتیک، مقاومت در برابر اشعه یو وی، کند کردن توسعه آتش، بهبود در رنگ پذیری و غیره که در فصل های بعدی به آنها اشاره خواهد شد.[۱]

منابع و مآخذ :

۱- Wong, y, yuen.c, Leury, M. ku, s. lam, selected Applications of Nanotechnology in Textile, Autex Research Journal, vol 6, No. 1, March 2006.

۲- Thandavamoorthy subbiah, G. S. Bhat, R. W. Tock, S. Parameswaran, S. S. Ramkomar, Electrospinning of Nanofibers 2004.
http://www.interscience.wiley.com

۳- Jamila showon, M. S, Eleetrospinning of polycarbonate fibers with solvent ixtures THF and DMF, University of Massachvsetls, 2003.

۴- Zheng- Ming Huang, y-z Zhaug, M. Kotaki, S. Ramakrishna, A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nano Composites, Composites science and technology 2003

۵- رقیه دمرچلی، سمینار کارشناسی ارشد، روشهای پیشرفته ریسندگی الیاف، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، سال ۱۳۸۳ .

۶- W. D. Bates, C. P. Barnes, Z. ounaies and G. E. whek; Electrostatic Processing of  PVDF, Polymer Perprints 2003.

۷- Jason lyons, christopher pastor, and frank Ko, Developments in Melt Electrospinning of thermoplastic polymers, polymer preprints 2003.

۸- Dufei Fang, BenJamin S. Hsiao and BenJamin chv, Multiple-Jet Electrospinning of non- woven nanofiber Articles, 2003.

۹- Pankaj Gupta, Garth L. wilkes, some investigations on the fiber formation by utilizing a side- by- side biocomponeut electrospinning approach.

۱۰- Lijie ci, yanhuili, Bingqing wei, Ji liang, Dehai wu, Preparation of carbon nanofibers by the floating catalyst method 2000.

۱۱- A. L. yarin, E. Zvssman; Department of Mechanical Enginreering, Electrospinning of Nanofibers from polymer solutions.

۱۲- Frank ko, yory Gogotsi, Ashrat Ali, Nevin Naguib, Advanced Materials, Electrospinning of continuous carbon nanotube- filled nanofiber yarns 2004.
http://www.adrmot.de

۱۳- E. Zussman, X. chen, w. Ding, L. calabri, D. A. Dikin, Department of mechanicl Enginreeing, Mechanical and strudtural characterization of electrospun PAN- derived carbon nanofibers 2005.
http://www. Elsevier.com/locate/carbon

۱۴- Fabrication of ultrafine conducting fibers: Polyaniline polyethylene oxide’ blends, synthetic metals 2000.

۱۵- Kyoung- woo kim, young L. Joo, Emmanuel P. Gianulis, Effect of nanoclays on molecdar structure of Poly ( L- latic) Acid in Electrospinning 2003.

۱۶- Dimitry M. luzhansky, Donaldson Company, Quality Control in Manufacturing of Electrospinning Nanofibers Composites.

۱۷- Katarzyna sawicka, Pereva Govma, Sanford simon, Electrospun biocomposite nanofibers for urea bioseusing 2004.
http://www.elsevier.com/locate/snb

۱۸- Xin Tong, yong chen, Huiming cheng, Influence of carbon nanofiber Addition on Mechanical properties and crystallization Behavior of Polypropylene 2004.

۱۹- Hohman MM, shin M, Rotledge G. Brenner MP, Electrospinning electrically forced Jets I. Application, physics of fluids 2001.