شماره راهنما :
2441 دكتري
پديد آورنده :
شكريان، ريحانه
عنوان :
ساخت و مشخصهيابي نانوالياف پلياكريلونيتريل حاوي عامل ترياتيلن گليكول ديمتاكريلات و تاثير آن بر خودترميمشوندگي رزينهاي متاكريلاتي
گرايش تحصيلي :
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 153ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
نانوالياف پوسته مغزي , خودترميمشوندگي , كامپوزيتهاي رزيني دنداني , مونومرهاي ديمتاكريلات , پلياكريلونيتريل , خواص خمشي , چقرمگي شكست
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/11/13
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/11/14
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
This study was conducted to investigate the feasibility of encapsulating dimethacrylate monomers within polyacrylonitrile (PAN) nanofibers via coaxial electrospinning and to assess their performance in developing self-healing composites based on dimethacrylate resins. Conventional microencapsulation techniques used for methacrylate matrices are often associated with challenges, including inhomogeneous capsule distribution and compromised mechanical properties of the matrix. The present research aimed to propose an alternative strategy utilizing nanofibers, which serve as a carrier for the healing agent and also as a reinforcing component for the polymer matrix. These nanofibers were fabricated using the coaxial electrospinning technique. They were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, contact angle measurements, and tensile testing. The encapsulated healing agent was quantified using extraction methods and Thermogravimetric Analysis (TGA). For comparison purposes, PAN nanofibers containing dimethacrylate monomers were also produced via single-nuzzle electrospinning. The flexural properties and crack propagation behavior of the final composites were evaluated using three-point bending tests and fracture toughness tests. The self-healing performance was assessed by measuring the recovery of the critical stress intensity factor (KIC) in the fracture toughness test.
The findings of the study revealed that the core-to-shell viscosity ratio is a critical factor, with deviation from the optimal range (approximately 2) resulting in the formation of beaded fiber morphologies. The encapsulated monomer content within the fibers reached a maximum of 26.9%, and the maximum monomer encapsulation efficiency in the nanofibers was measured at 36.85%, demonstrating the significant capacity of the coaxial electrospinning technique for encapsulation of the resin. The core-shell structure successfully preserved the tensile properties of the nanofibers compared to monolithic PAN fibers. In contrast, the dimethacrylate monomer-containing nanofibers produced via single-nuzzle electrospinning exhibited substantially lower tensile strength and modulus compared to the core-shell nanofibers (by 60.22% and 89.98%, respectively), indicating that the shell layer in the core-shell nanofibers is the key factor responsible for maintaining the mechanical integrity of the fibers. evaluation of the flexural properties of BisGMA/TEGDMA composites reinforced with different mass fractions (2.5 wt.%, 5 wt.%, and 7.5 wt.%) of core-shell nanofibers showed an increase in flexural strength of 21.0%, 47.3%, and 40.5%, respectively, compared to the neat resin. These results indicate that the encapsulation of BisGMA/TEGDMA monomers within the nanofibers significantly enhances the adhesion between the nanofibers and the polymer matrix. The incorporation of core-shell nanofibers into the resin matrix resulted in a 29.4% increase in fracture toughness (KIC), indicating a significant improvement in the materialʹs resistance to crack propagation. However, composite specimens subjected to a secondary fracture toughness test exhibited no recovery of strength. The total encapsulated healing agent within the fibers was estimated to be 1.35 wt.% of the composite specimen. The primary cause for the lack of self-healing functionality was attributed to the insufficient release of the healing agent. The investigations conducted in this study revealed that in the nanofiber-based approach, the design of an appropriate test for evaluating self-healing efficacy is of critical importance. The assessment of self-healing must be conducted in a manner that enables the evaluation of the systemʹs efficiency in repairing initial damage. The ability to achieve healing after a sample has undergone complete fracture exceeds the restorative capacity of the fiber-based approach.
استاد راهنما :
داريوش سمناني
استاد مشاور :
سعيد نوري خراساني , محمد عطايي
استاد داور :
حسين توانايي , لاله قاسمي مباركه , مهشيد خرازيهاي اصفهاني , روح اله باقرزاده