بررسی تجربی پارامترهای فرایند تر ریسی و خواص فیزیکی نخ‌ریس بر خواص ساختاری الیاف پلی‌اتر سولفون

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، ساخت‌وتولید، دانشکدة فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه

2 دانشیار دانشکدة مهندسی مکانیک، ساخت‌وتولید، دانشکدة فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه

چکیده

در این پژوهش، از نوعی پمپ سرنگی جهت بررسی تأثیر خواص فیزیکی نخ‌ریس دستگاه و خواص فیزیکی فرایند تر ریسی روی خواص ساختاری الیاف پلی‌اتر سولفون استفاده شده است. با استفاده از روش ریسندگی تر و فرایند جدایی فازی، الیاف پلیمری توپر بر پایه طراحی آزمایش‌ها به روش سطح پاسخ، طرح مرکب مرکزی برای ساخت یک مدل آماری جهت پیش‌بینی دقیق استحکام کششی نسبت بهینه قطر الیاف به قطر نخ‌ریس ( /  =1) تولید شد. الیاف پلیمری تولیدشده به‌عنوان جاذب در جذب اتمی استفاده شده است. یکی از اهداف این پژوهش بررسی تأثیر پارامترهای سرعت ریسندگی، نسبت طول به قطر نخ‌ریس، قطر نخ‌ریس و درصد وزنی پلیمر بر خواص مکانیکی و ساختاری نمونه‌هاست. برای بررسی خواص ساختاری، نمونه‌ها تحت آزمایش دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی قرار گرفتند؛ تصاویر مربوط به این آزمون نشان داد که ساختار میکروسلولی بسیار مناسبی حاصل‌ شده است. با استفاده از تحلیل واریانس داده‌ها مشخص شد پارامترهای فیزیکی نخ‌ریس بیشترین اثر را در بهبود خواص الیاف تولیدشده دارند. نتایج تحلیل واریانس داده­ها نشان داد که نسبت طول به قطر نخ‌ریس و قطر نخ‌ریس با بیشترین تأثیرگذاری به‌ترتیب روی داده­های استحکام کششی و نسبت بهینة قطر الیاف به قطر نخ‌ریس، مؤثرتر از شرایط فرایندی می­باشد. نهایتاً برای حداکثر کردن مقدار استحکام کششی و مقدار بهینة نسبت قطر الیاف به قطر نخ‌ریس، بهینه‌سازی به‌روش تابع مطلوبیت انجام و با نتایج تجربی فرایند ارزیابی شد. نتایج نشان می‌دهد که مدل‌های رویه پاسخ به‌دست آمده از کفایت خوبی جهت پیش‌بینی مقادیر متغیرهای پاسخ برخوردارند.

کلیدواژه‌ها


 

 

[1] P. G. Wenthold, M. Randal, Hollow Fiber Membranes and Method of Manufacture, Vol. 33, No. 9, pp. 796–802, 1998.

[2] G. C. Kapantaidakis, G. H. Koops, M. Wessling, Effect of Spinning Conditions on The Structure and The Gas Permeation Properties of High Flux Polyethersulfonepolyimide Blend Hollow Fibers, Desalination,Vol. 144, pp. 121-125, 2002.

[3] J. Lin, J. Shang, J. Zhao, Effect of The Size of Spinneret On The Thermal Stability of Chemically Liquefied Wood, Wood Research,Vol. 59, No. 5, pp. 59, 731-738, 2014.

[4] A. Ziabicki, J. Tian, Necking in high speed Fiber spinning revisited, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Vol. 47, No. 5, pp. 57-74, 1992.

[5] A. Ziabicki, Fundamental of Fiber Formation, the Science of Fibre Spinning and Drawing, pp. 306-308, New York, 1976.

[6] W. Foster, K. Mukhopadhyay, O. Babbington, Structural Morphology of High Speed Spun Polyester Fibers, Tex. Res J, Vol. 6, pp. 403-405, 1992.

[7] S. Ramakrishna, K. Fujihara, W. Teo, T. Lim, An Introduction to Electro Spinning and Nano Fiber, World Scientific Publishing, Singapore, 2005.

[8] Y. P. Neo, S. Ray, A. J. Easteal, M. Nikolaidis, Influence of Solution and Processing Parameters Towards The Fabrication of Electro Spun Zein Fibers with Sub-Micron Diameter, Journal of Food Engineering, Vol. 109, No. 4, pp. 645–651, Auckland, 2012.

[9] Z. M. Huang, Y. Z. Zhang, M. Kotaki, S. Ramakrishna, A Review On Polymer Nan Fibers By Electro Spinning and Their Applications in Nano Composites, Composites Science and Technology, Vol. 63, No. 15, pp. 2223–2253, China, 2003.

[10] H. Myers, D. C. Montgomery, Response Surface Methodology, Process and Product Optimization Using Design Experiments, john Wiley & Sons, 2009.

[11] A. L. Andrady, Science And Technology of Polymer Nanofibers, John Wiley & sons, 2008.

[12] Y. P. Neo, S. Ray, A. J. Easteal, Influence of Solution And Processing Parameters Towards The Fabrication of Electrospun Zein Fibers With Sub-Micron Diameter, Journal of Food Engineering, Vol. 109, pp. 645–651, 2012.

[13] S. L. Shenoya, W. D. Bates, H. L. Frisch, Role of Chain Entanglements On Fiber Formation During Electrospinning of Polymer Solutions: Good Solvent, Non-Specific Polymer–Polymer Interaction Limit, Polymer, Vol. 46, pp. 3372–3384, 2005.

[14] B. Wijnen, E. J. Hunt, G. C. Anzalone, Open-Source Syringe Pump Library, Plos One, pp. 3-8, United Kingdom, 2014.

[15] Z. Tadmor, C. G. Gogos, Principles of Polymer Processing, Technology & Engineering, pp. 198-240, Israel, 1980.

[16] E. Vennat, C. Bogicevic, J. M. Fleureau, Demineralized Dentin 3D Porosity and Pore Size Distribution Suing Mercury Porosimetry, Dental Materials,Vol. 25, No. 6, pp. 729-735, 2009.

[17] J. P. Penning, A. A. Devries, A. J. Pennings, The Effect of Fiber Diameter On The Drawing Behavior of Gel-Spun Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Fibers, Polymer Bulletin,Vol. 31, No. 2, pp. 243-248, 1993.

[18] Y. Li, C. Cao, T. S. Chung, Fabrication of Dual-Layer Poly Ether Sulfone (PES) Hollow Fiber Membranes With An Ultrathin Dense-Selective Layer For Gas Separation, Journal of Membrane Science, Vol. 245, No. 2, pp. 53-60, 2004.

[19] T. S. Chung, J. J. Qin, J. Gu, Effect of Shear Rate Within The Spinneret On Morphology, Separation Performance and Mechanical Properties of Ultration Poly Ether Sulfone Hollow, Chemical Engineering Science,Vol. 55, No. 6, pp. 1077-1091, 2000.

[20] Y. P. Neo, S. Ray, A. J. Easteal, Influence of Solution And Processing Parameters Towards The Fabrication of Electrospun Zein Fibers With Sub-Micron Diameter, Journal of Food Engineering, Vol. 109, pp. 645–651, 2012.

[21] S. L. Shenoya, W. D. Bates, H. L. Frisch, Role of Chain Entanglements On Fiber Formation During Electrospinning of Polymer Solutions: Good Solvent, Non-Specific Polymer–Polymer Interaction Limit, Polymer, Vol. 46, pp. 3372–3384, 2005.

[22] W. John, D. C. Montgomery, Introduction To Statistical Quality Control, 2005.