ساخت و مشخصه­‌يابي نانوالياف پلي‌­اكريلونيتريل حاوي عامل تري‌­اتيلن گليكول دي‌متاكريلات و تاثير آن بر خودترميم‌شوندگي رزين­‌هاي متاكريلاتي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

دكتري

اين پژوهش با هدف بررسي امكان ذخيره‌سازي مونومرهاي دي‌متاكريلات شامل تري‌اتيلن گليكول‌دي‌متاكريلات (TEGDMA) و بيس‌فنول آ گليسيديل متاكريلات (BisGMA) در نانوالياف پلي‌اكريلونيتريل (PAN) از طريق روش الكتروريسي هم‌محور انجام شد. ارزيابي عملكرد وب نانوليفي مذكور در ايجاد كامپوزيت‌هاي خودترميم‌شونده بر پايه رزين‌هاي دي‌متاكريلات از ديگر اهداف اين مطالعه بود. از آنجايي‌كه رويكرد رايج استفاده از كپسول‌ها به منظور ايجاد خاصيت خودترميم‌شوندگي در رزين‌هاي متاكريلاتي با چالش‌هايي مانند توزيع نايكنواخت و كاهش خواص مكانيكي زمينه همراه است، در اين پژوهش نانوالياف به‌عنوان راهكاري جايگزين مطرح شد به‌گونه‌اي كه هم به عنوان حامل عامل ترميم‌كننده و هم به عنوان تقويت‌كننده ماتريس پليمري عمل نمايد. براي مشخصه‌يابي نانوالياف از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، طيف‌سنجي مادون قرمز (FTIR)، آزمون زاويه تماس و آزمون كششي استفاده گرديد. ميزان عامل ترميم‌كننده ذخيره‌شده با آزمون‌هاي استخراج و آناليز وزن‌سنجي گرمايي (TGA) سنجيده شد. براي مقايسه نانوالياف PAN حاوي مونومرهاي دي‌متاكريلات به روش تك‌نازله توليد و مورد بررسي قرار گرفت. خواص خمشي و بررسي انتشار ترك در كامپوزيت‌هاي نهايي توسط آزمون خمش سه‌نقطه‌اي و آزمون چقرمگي شكست انجام پذيرفت. عملكرد خودترميم‌شوندگي نيز از طريق ميزان بازيابي KIC (ضريب شدت تنش بحراني) در آزمون چقرمگي شكست بررسي گرديد. يافته‌هاي پژوهش نشان داد كه نسبت ويسكوزيته سيال پوسته به مغزي (λ) عاملي كليدي است و λ≈2 محدوده بهينه آن شناخته شد به‌گونه‌اي‌كه خروج از اين محدوده منجر به تشكيل مورفولوژي مهره‌اي در الياف گرديد. ميزان مونومر ذخيره شده در نانوالياف حداكثر 26/9% را نشان داد و حداكثر بازده ذخيره‌سازي مونومر در نانوالياف 36/85% اندازه‌گيري شد كه ظرفيت قابل توجه روش الكتروريسي هم‌محور را نشان مي‌دهد. ساختار پوسته-مغزي موفق به حفظ خواص كششي نانوالياف در مقايسه با نانوالياف PAN بدون مغزي شد. نانوالياف حاوي مونومرهاي دي‌متاكريلات توليدشده به روش تك‌نازله، استحكام و مدول كششي به‌مراتب كمتري در مقايسه با نانوالياف پوسته-مغزي نشان دادند (به ترتيب 60/22% و 89/98%) به‌گونه‌اي كه وجود پوسته در نانوالياف پوسته-مغزي، عامل اصلي حفظ خواص كششي وب‌ها شناخته شد. ارزيابي خواص خمشي كامپوزيت‌هاي BisGMA/TEGDMA تقويت‌شده با كسرهاي جرمي مختلف (%2/5، 5% و %7/5) از نانوالياف پوسته-مغزي، افزايش استحكام خمشي به ميزان 21/0%، 47/3% و 40/5% را در مقايسه با رزين خالص نشان داد. اين نتايج گوياي آن است كه ذخيره‌سازي مونومرهاي BisGMA/TEGDMA در نانوالياف، به طور قابل‌توجهي چسبندگي نانوالياف به زمينه را افزايش مي‌دهد. افزودن نانوالياف پوسته-مغزي به ماتريس رزين منجر به افزايش 29/4 درصدي چقرمگي شكست (KIC) شد كه نشان‌دهنده‌ي بهبود قابل‌توجهي در مقاومت ماده در برابر رشد ترك است. نمونه‌هاي كامپوزيتي تحت آزمون چقرمگي شكست ثانويه، هيچ‌گونه بازيابي استحكامي را نشان ندادند. مقدار كل عامل‌ترميم‌كننده ذخيره‌شده در الياف معادل 1/35% وزني نمونه كامپوزيتي تخمين زده شد و انتشار ناكافي عامل‌ترميم‌كننده علت اصلي عدم ترميم شوندگي دانسته شد. بررسي‌هاي اين پژوهش نشان داد كه در رويكرد مبتني بر نانوالياف، ارزيابي خودترميم‌شوندگي بايد به‌گونه‌اي صورت پذيرد كه امكان سنجش كارايي سيستم در ترميم آسيب‌هاي اوليه (ميكروترك‌ها) را فراهم آورد. امكان ترميم‌شوندگي نمونه پس از شكست كامل آن فراتر از ظرفيت ترميم‌شوندگي با رويكرد الياف است.

236879

تكنولوژي نساجي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان