18196

2008 دكتري

دكتري

تكنولوژي نساجي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

پانزده، 151ص.: مصور، جدول، نمودار

1401/11/05

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1401/11/09

2901097

پليمرهاي حافظه¬دار (SMPs) دسته¬اي از مواد هوشمند پليمري هستندكه بعد از ايجاد شكل ثانويه، با اعمال يك محرك مناسب مي¬توانند به شكل اصلي و دائمي خود برگردند. اين خاصيت حافظه‌داري توسط يك محرك خارجي، مانند دما، pH، مواد شيميايي، نور، ميدان-هاي الكتريكي و غيره فعال مي¬شود. اگر نخ حافظه¬دار به مقدار زياد تاب داده شود و سپس به شكل يك ساختمان حلقه¬اي (فنري) تبديل شود، اثر حافظه¬داري شديدتر و دوطرفه خواهد شد. پليمرهايي كه به¬عنوان ماده پايه (precursors) در نخ¬هاي پرتاب و حلقه¬شده (TCY, Twisted Coiled Yarns ) استفاده مي-شوند، معمولاً الياف تهيه شده از پليمرهايي با آرايش يافتگي بالا مانند نايلون66 هستندكه دماي تحريك بالايي دارند. القاي تحريك پيچشي با كمك ساختمان فنر به¬عنوان عامل اصلي ايجاد رفتار حافظه¬داري دوطرفه در يك پليمر پايه با رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه نياز به بررسي بيشتر دارد. اهداف اصلي اين پژوهش عبارتند از: نخست، معرفي يك ماده پايه با رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه با قابليت تبديل به نخ حافظه¬دار، دوم كاهش هرچه بيشتر دماي تحريك (℃50)، سوم ايجاد خاصيت حافظه¬داري دوطرفه در نخ¬هاي حافظه¬دار با اعمال ساختمان فنري، چهارم بررسي رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه و دوطرفه با كمك روش انرژي حافظه¬داري، پنجم تهيه پارچه حافظه¬دار دوطرفه از نخ توليد شده و بررسي رفتار مكانيكي، نفوذپذيري هوا و انتقال حرارت در آن. در اين پژوهش از تركيب پليمرهاي پلي-لاكتيك اسيد (PLA) و پلي¬يورتان ترموپلاستيك (TPU) استفاده شد و مطالعات زيادي خاصيت حافظه¬داري مناسب اين تركيب را تاييد كردند. با مشخصه¬يابي¬هاي مكانيكي، حرارتي، ساختاري و حافظه¬داري، نسبت تركيب بهينه اين دو پليمر مشخص شد. 60% از پليمر PLA و 40% از پليمر TPU نسبت تركيب بهينه را در نمونه كامپوزيتي تشكيل مي¬دهد. به¬منظور كاهش دماي تحريك و تقويت كامپوزيت انتخاب شده از پلي‌اتيلن‌گليكول و نانورس استفاده شد. با مشخصه¬يابي¬هاي مختلف بر روي نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي نسبت 10% PEG و 5% نانورس به عنوان نسبت تركيب بهينه مشخص شد. علاوه بر كمبود مطالعات در زمينه نقش تقويت¬كنندگي نانورس در تركيب PLA/TPU، بررسي نقش نانورس در تكامل مورفولوژي و بهبود سازگاري اين تركيب يكي از اهداف فرعي در راستاي اين پژوهش است. پس از تهيه مستربچ، نخ¬هاي مولتي¬فيلامنت با استفاده از دستگاه ذوب ريسي توليد شدند. نخ¬هاي توليد شده ابتدا به مقدار زيادي تاب ديدند و سپس با استفاده از روش تثبيت حرارتي به ساختار حلقه¬اي (فنري) تبديل شدند. دستگاهي براي بررسي رفتار تحريك حرارتي نخ فنرشده در حالت طول ثابت (ايزومتريك) طراحي و ساخته شد. نهايتا از نخ فنرشده نمونه پارچه حلقوي حافظه¬دار دوطرفه تهيه شد و رفتار مكانيكي، نفوذپذيري هوا و هدايت گرمايي آن در شرايط قبل و بعد از تحريك مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اين ماده پايه، حافظه-داري يك¬طرفه و دوطرفه را در ساختار نخ فنرشده نشان داده و درصد انقباض برگشت¬پذير قابل توجه 35% را در دماي پايين (℃50) نشان مي¬دهد. نمونه 5% نانورس رفتار حافظه¬داري يك¬طرفه قوي¬تري نشان داده و درصد انقباض بيشتري (35%) را در مقايسه با نمونه 1% نانورس (4/24%) نشان داد كه با مقادير بالاي بلورينگي نمونه 5% به¬عنوان نقاط شبكه¬اي در تطابق است. درصد انقباض تئوري از طريق دو مدل مختلف معادلات نيرو-ضربه و مكانيك فنر مشخص شد. پارچه تهيه شده از نخ فنرشده نيز رفتار حافظه¬داري دوطرفه نشان داد، به-طوريكه با افزايش حرارت تا دماي ℃50، ميزان 16% جمع¬شدگي در راستاي رج مشاهده شد و با كاهش دما تا ℃25 بازشدگي رخ داد و اين عمل به¬طور مداوم تكرار شد. با جمع¬شدگي پارچه درصد تخلخل آن نيز كاهش يافت و به دنبال آن ميزان نفوذپذيري هوا به ميزان 24% كم شد. از طرفي با كاهش حجم هواي به دام افتاده در پارچه به دليل بالاتر بودن هدايت گرمايي الياف نسبت به هوا، ميزان هدايت گرمايي پارچه 30% افزايش يافت. خصوصيت وابسته به زمان يا رفتار ويسكوالاستيك مواد نقش مهمي را در عملكرد طولاني مدت آن ايفا مي¬كند. مدل¬هاي ويسكوالاستيك خطي استاندارد، برگر، جفري و كلوين-ويت-ماكسول براي مدل¬سازي رفتار رهايي از تنش پارچه مورد بررسي قرار گرفتند. با كمك روش برازش با حداقل مربعات خطا، مدل كلوين-ويت-ماكسول بيشترين ضريب همبستگي (88%) را با داده¬هاي تجربي نشان داد. بررسي پارامترهاي خروجي از مدل در شرايط قبل و بعد از تحريك، مانند ثابت فنر (E) نشان از اثر مستقيم حرارت بر ساختار داخلي پارچه دارد.

Shape memory polymers (SMPs) are a group of smart materials having permanent reversible shape changing ability. This shape memory ability can be induced by an external stimulus, such as: temperature, pH, chemicals, light and electric fields, etc. If the shape memory yarn is highly twisted and then transformed to a coiled structure, the actuation effect is highly intensified. A necessity for the torsional actuation is a suitable precursor. Polymers used as precursors in Twisted Coiled Yarns (TCY) are usually highly oriented polymers such as Nylon66 which have a high temperature actuation. The main aims of the work are first; to introduce a precursor with one-way shape memory behavior with the ability to be converted into a shape memory yarn, secondly; to attain the low temperature actuation point (-50°C), thirdly, the creation of two-way shape memory properties in shape memory yarns by applying a spring mechanism, fourth, investigating one-way and two-way shape memory behavior with the help of a new method of shape memory energy analysis, fifth, preparation of two-way shape memory fabric from twisted coiled yarn and characterization of mechanical behavior, air permeability and heat transfer in it. In this work we used the Polylactic acid (PLA)/thermoplastic polyurethane (TPU) compound. This compound has been shown to have good shape memory effect. With different characteristic and objective testing the optimum blend ratio was confirmed. The 60%-40% of PLA and TPU showed the optimum blend ratio. In order to reducing the actuating temperature and reinforce the compound, Poly Ethylene Glycol and nano clay were also used. A ratio of 10% PEG and 5% nano clay was found to be the optimum blend ratio. investigating the role of nanoclay in the evolution of morphology and improving the compatibility of the PLA/TPU combination is one of the secondary goals of this research. After preparing the masterbatch, multifilament yarns were produced using a melt spinning machine. The yarn was highly twisted and then transferred to coil structure using the mandrel anealing method. An apparatus was designed to investigate the thermal actuation behavior of the twisted coiled yarn in isometric state. Finally, a knitted two-way shape memory fabric was prepared from the TCY. The mechanical behavior, air permeability and thermal conductivity of the fabric were investigated before and after actuation. It also showed significant reversible contraction stroke in low temperature (50°C). The 5%N specimen also showed a higher one-way shape memory behavior and more stroke (35.0%) in comparison to the 1%N specimen (24.4%). It is consistent with the high crystallinity values of the 5% specimen as net points. The theoretical results were compared with the experimental stroke. The fabric made of twisted-coiled yarn also shows the behavior of two-way shape memory So that by increasing the temperature up to 50 ℃, 16% contract can be seen in course direction. When the temperature drops to 25 ℃, it expands and this process can be repeated continuously. As the fabric contract, its porosity decreases and then air permeability decreases by 24%. On the other hand, by reducing the volume of air trapped in the fabric and due to the higher thermal conductivity of the fibers compared to air, the thermal conductivity of the fabric increases by 30%. The time-dependent characteristic or viscoelastic behavior of materials plays an important role in its long-term performance. viscoelastic models were investigated to model the relaxation behavior of fabric. With the help of fitting method with least square error, Kelvin-Voigt-Maxwell model showed the highest correlation (88%) coefficient with experimental data. Examining the output parameters of the model in the conditions before and after actuation, such as the spring constant (E), shows the direct effect of heat on the fabric's internal structure.

حسين فشندي , عليرضا علافچيان

حسين فشندي , عليرضا علافچيان

حسين فشندي , عليرضا علافچيان , محمد اماني تهران