15274

1483 دكتري

دكتري

شيمي نساجي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1398

شانزده، 135ص، مصور، جدول، نمودار

علي زادهوش

مصطفي يوسفي

معصومه برهاني، محود معصومي، اميرحسين نوارچيان

1398/08/19

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1398/08/19

2576562

1 چكيده امروزه روش انباشت بخار شيميايي با كاتاليزور معلق به دليل سرعت توليد باال و يك مرحلهاي بودن به عنوان مناسب ترين روش براي توليد الياف نانولولههاي كربن شناخته ميشود در اين روش مواد اوليه شامل يك منبع كربن تولوئن به همراه كاتاليزور فروسين تيوفين و گاز هيدروژن به كوره راكتور تزريق ميگردد و در پي واكنشهاي انجام شده نانولولههاي كربن سنتز شده و با چسبيدن به يكديگر شبكهاي از نانولولههاي بهم پيوسته ائروژل ايجاد مي شود با تحت كشش قرار دادن اين ائروژل در حين توليد ميتوان آن را بصورت ليف متخلخل جمعآوري نمود سطح تماس بين دستههاي نانولوله ها و فشردگي ساختار از مهمترين عوامل تاثيرگذار در خواص نهايي اين الياف هستند مهمترين چالش در زمينه توليد اين الياف درك درست از چگونگي تاثير گذاري عوامل توليد برروي غلظت نانولوله هاي سنتز شده و ساختار ائروژل و ليف توليد شده است ارتباط بين عوامل ريسندگي ساختار خواص الياف نانولولههاي كربن در اين رساله مورد مطالعه قرارگرفته است بررسي تاثير دو عامل مهم توليد اعم از نرخ تزريق مواد اوليه و سرعت برداشت برروي ساختار و خواص ليف و همچنين تاثير نفوذ رزين اپوكسي به داخل ساختار ليف به منظور بهبود برهمكنش بين دستههاي نانولوله مهمترين هسته تحقيق در اين رساله است براي بررسي تاثير نرخ تزريق سه نرخ تزريق تولوئن به ميزان 3 g h 2 g h و 4 g h براي توليد الياف استفاده گرديد و براي هر يك دستورالعمل بهينه ريسندگي كه منجر به توليد ليف با كمترين ميزان ناخالصي ميگرديد بدين صورت بدست آمد دستورالعمل 1 تولوئن 2 g h فروسين كاتاليزور 20ml min تيوفين 10ml min هيدروژن 1250 ml min نسخه 2 تولوئن 3g h فروسين 30ml min تيوفين 20ml min هيدروژن 1500 ml min نسخه 3 تولوئن 4 g h فروسين 40ml min تيوفين 30ml min هيدروژن 1750 ml min نتايج وزن سنجي حرارتي و طيف سنجي رامان نشان دادند با افزايش نرخ تزريق از دستورالعمل 1 به 2 و به 3 درصد نانولوله توليد شده در الياف به ترتيب از 1 77 به 1 57 و 8 17 و نسبت IG ID ميزان عيوب در ساختار ميزان گرافيته بودن ساختار در طيف رامان به ترتيب از 17 3 به 46 2 و 24 1 كاهش يافتهاند چگالي الياف نيز از 3 0 71 g cm به 3 0 45 g cm و 3 0 31 g cm كاهش افزايش يافتهاند مجموع اين نتايج نشان مي دهد كه افزايش نرخ تزريق منجر به افزايش ناخالصي نقص ساختاري در نانولوله ها ميزان و ابعاد تخلخل درالياف توليد شده ميگردد كه در نهايت باعث كاهش خواص مكانيكي الياف ميشود بطوريكه با افزايش نرخ تزريق استحكام به ترتيب از 0 63 N tex به 0 47 N tex و 0 31 N tex و مدول االستيك از 27 3 N tex به 19 8 N tex و ب 12 6 N tex كاهش يافتهاند در گام بعد از دستورالعمل 1 ريسندگي سه ليف با سرعت برداشت 6 m min و 16 m min و 30 m min تهيه گرديد بررسي چگالي و آرايش يافتگي الياف با استفاده از نسبت 09 IG0 IG در طيف رامان الياف نشان داد كه با افزايش سرعت برداشت چگالي به ترتيب از 3 0 53 g cm به 3 0 71 g cm و 3 0 9 g cm و نسبت 09 IG0 IG به ترتيب از 55 2 به 49 3 و 86 5 افزايش يافته است كه دراثر اين امر استحكام به ترتيب از 0 44 N tex به 0 63 N tex و 0 81 N tex و مدول االستيك از 15 5 N tex به 27 3 N tex و 35 7 N tex افزايش يافته اند همچنين نتيجه آزمايش افت تنش در الياف نشان داد كه ميزان افت مدول بعد از گذشت 1200 s به ترتيب از 12 به 61 و به 41 كاهش يافته است لغزش آسان دسته هاي نانولوله برروي يكديگر به دليل برهمكنش ضعيف واندروالس منشأ نيروي ويسكوز و افت تنش در اين الياف است افزايش آرايش يافتگي و چگالي باعث افزايش سطح تماس و برهمكنش بين دستههاي نانولوله شده و لغزش آنها را سختتر ميكند كه در نهايت افزايش خواص مكانيكي را در پي دارد از مدلهاي كالسيك و جزئي ويسكواالستيك براي تعيين متغيرهاي ويسكواالستيك الياف استفاده گرديد نتايج روشن نمود كه به دليل ساختار متخلخل و سلسله مراتبي مدل جزئي جامد خطي استاندارد بهترين مدل براي بررسي افت تنش و تعيين متغيرهاي ويسكواالستيك در اين الياف است نفوذ زنجيرهاي اپوكسي به داخل ساختار ليف باعث افزايش استحكام از 0 63 N tex به 1 82 N tex و مدول االستيك از 27 3 N tex به 86 3 N tex گرديد اين افزايش چشمگير در خواص مكانيكي در اثر نفوذ زنجيرهاي اپوكسي به داخل شبكهاي از نانولولههاي بهم پيوسته است كه باعث انتقال تنش موثر بين آنها شده بطوريكه تمامي نانولولهها بصورت موثر در تحمل نيرو نقش ايفا ميكنند واژگان كليدي ماكروالياف نانولولههاي كربن انباشت بخار شيميايي ساختار خواص مكانيكي

Effect of Process parameters on the CNT Fiber Fabrication via Floating Catalyst Chemical Vapour Deposition Technique Hamed Khoshnevis h khoshnevis@tx iut ac ir Date of Submission 2019 9 5 Department of Textile Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language FarsiSupervisor Ali Zadhoush zadhoush@cc iut ac ir Advisor Mostafa youssefi m youssefi@cc iut ac ir Minh Doung mpedhm@nus edu sg Abstract Direct fabrication of macroscopic carbon nanotube CNT fibre via floating catalyst chemicalvapour deposition FC CVD technique is the best methods for the mass production In the FC CVDtechnique a mixture of toluene ferrocene thiophene and hydrogen are injected into the reactor Upon synthesis of CNTs in a high enough concentration an aerogel made of CNT intertwined iscontinuously formed in the furnace thereafter being wound onto the rotating spindle to collect as thefibre The surface contact between CNT bundles and packing density are the main factors that affectthe final properties of the products The main challenge to successfully fabricate the CNT fibre is toknow how process condition affects the structure of the CNT aerogel products The processcondition structure properties relationship was the research core in this thesis The effect of injectionrate winding rate and epoxy infiltration on the structure and mechanical properties of the CNTfibrewas investigated To study the effect of injection rate three different injection rates of 2 g h 3 g h and 4 g h were first selected for toluene and the rate of the other precursors were optimized in orderto minimize the aerogel impurities The results showed that CNT in the aerogel reduced from77 1 to71 8 and IG ID in Raman spectra decreased from 3 71 to 1 42 with increasing injectionrate from the recipe 1 to 3 Moreover the fiber density reduced from 0 71 to 0 31 g cm3 and poredimension increased from 2 1 to 4 6 nm The results suggest that with increasing precursors injectionrate the defect in CNT structure the amount of impurities in the fiber and the fiber s porosityincrease The fiber spun from the lowest injection rate recipe 1 showed the highest mechanicalproperties with strength of 0 63 N tex and elastic modulus of 27 3 N tex that means an increase ofabout 203 and 216 respectively compare to the fiber spun from the recipe 3 Next three fiberswith different winding rates of 6m min 16m min and 30 m min were spun from the recipe 1 Results show that IG0 IG90 increased from 2 55 to 5 68 and density increased from 0 53 to 0 91 g cm3with increasing the winding rate from 6 to 30 m min Subsequently the elastic modulus and strengthimproved from 15 5 to 35 7 N tex and from 0 44 to 0 81 N tex respectively Moreover the decay inthe relaxation modulus after 1200 s reduced from 21 to 14 for the fibers spun from 6 and 30m min winding rate respectively CNT bundles slippage due to weak Vander Waals forces is themain source of the viscose force in the fibers At the better alignment and compaction stronger CNT CNT interfaces are formed resulting in better inter tube load transfer efficiency more difficult CNTbundles slippage and higher mechanical behavior Among different viscoelastic models used to fitthe relaxation behavior of the CNT fibers fractional order viscoelastic model was found to providethe highest accuracy at the entire tested time scale Finally epoxy infiltration was used to improvethe mechanical properties of the CNT fiber The results showed that at the best process condition strength and elastic modulus improves to 1 82 N tex and 86 3 N tex respectively corresponding toan enhancement of 288 and 316 respectively These results provides a general strategy for thepost processing optimization of the directly spun CNT fibers Keywords Organic inorganic composite Polymer composite Solid state NMR AFM IR Dynamicmechanical analysis

علي زادهوش

مصطفي يوسفي

معصومه برهاني، محود معصومي، اميرحسين نوارچيان