مقدمه:

در این پایان نامه از گرانول های PP سعی بر تولید الیاف فوق ظریف شده است. بدلیل اینکه در ایـن پایـاننامه از روش الکتروریسی برای تولید الیاف استفاده شده است در ابتدا توضیحاتی کلی در مورد تولیـد الیـافپلی پروپیلن داده شده است و سپس انواع روشهای تولید الیاف از طریق الکتروریسی مورد مطالعه واقع شده است.امروزه الکترویسی یکی از بهترین روشهای تولید الیاف فوق ظریف می باشد، چنانچه تحقیقات زیادی در این زمینه در سراسر جهان صورت گرفته است. الکتروریسی در مقیاس کلی به دو روش تقسیم بندی می شـود :الکتروریسی به روش محلول و الکتروریسی به روش مذاب. الکتروریسی به روش مذاب بدلیل اینکه از حـلالاز آن استفاده نمی گردد دارای مزیت های بیشتری نسبت به الکتروریسی به روش محلول می باشـد چراکـهمشکلات محیط زیست و قیمت بالا در این روش شاهد نیستیم. همچنین این روش نیـز بـرای تولیـد الیـافپلیمرهایی که مصارف زیادی دارند به کار گرفته می شوند.فاز بعدی انجام این پایان نامه ساخت دستگاه و انجام عملیات بهسازی روی دستگاه می باشد. تولید الیاف از طریق الکتروذوب ریسی مستلزم ذوب این الیاف می باشد، لذا در این پایان نامه سیسـتمی سـاخته شـد تـابتوان این گرانول ها را ذوب نموده و سپس عملیات کشش روی گرانول ذوب شده اعمال می گردد.تحقیقات بیشماری در زمینه تولید الیاف فوق ظریـف صـورت گرفتـه و بـدلیل لینکـهPP نیـز یکـی از پـرمصرفترین پلیمرهای موجود در دنیا به شمار می رود لذا سعی بر تولید الیاف به طریق الکتروریسـی کمـکشایانی برای رسیدن به اهداف بزرگتر می کند.

فهرست مطالب

چکیده……………………………………………………………………………………………………………………1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………….. 2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول- کلیات

واژه لیف به ماده ای اطلاق می شود که انعطاف پذیر بوده و از نظر میکروسکوپی هموژن با نسبت منظر بالا که طول آن حداقل 100 برابر قطرش باشد. الیاف معمول، الیاف طبیعی و مصنوعی می باشند. الیاف طبیعی به مدت بیش از 4000 سال است که در زمینه های مختلف مخصوصا بخش نساجی استفاده می شوند.همان طور که از نامشان پیداست، الیاف طبیعی از منابع طبیعی یعنی حیوانات و گیاهان حاصل می شوند. الیافی که از حیوانات بدست می آیند مانند پشم، ابریشم و خز از پوشش یا پشم حیوانات یا از پیله کرم ابریشم. الیاف بر پایه گیاهان مثل پنبه از دانه، ساقه و برگ و میوه بدست می آیند. الیاف بشر ساخته الیافی می باشند که از پلیمرها توسط سنتز شیمیایی حاصل می شوند که الیاف مصنوعی هم نامیده می شوند یا از پلیمرهای طبیعی بازیابی می شوند که به نام الیاف بازیابی شده عنوان می شوند.الیاف مصنوعی اولین بار در اواخر قرن نوزدهم بدست آمدند که کاردونت الیافی بر پایه سلولز اصلاح شده از محلول نیترات سلولز با استفاده از تکنیک خشک ریسی در سال 1885 تولید کرد. اختراع نایلون توسط کاروترز از دوپونت در 1935 باعث پیشرفت سریع در صنعت نساجی شد. مواد جدید و پیشرفت تکنولوژی باعث تولید کلاس های جدیدی از الیاف با خصوصیات گسترده شد. هم اکنون بیشتر الیاف مصنوعی توسط یکی از روشهای خشک ریسی، تر ریسی و ذوب ریسی تولید می شوند. الیاف در زمینه های گسترده از منسوجات معمول، منسوجات مهندسی و کاربردهای بیوپزشکی تا تقویت کننده ها در کامپوزیت ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.فرایند ریسندگی الکترو از نیروی الکترواستاتیک برای ناپایدار کردن سطح قطره سیال پلیمری، ایجاد جریان باردار تا ازدیاد طول یابد و سپس جامد شود استفاده می کند. تحت میدان الکتریکی خارجی، بارها روی سطح سیال القا می شوند. نیروی دافعه در میان بارها یک نیروی مخالف با نیروی کشش سطحی ایجاد می کند. همان طور که شدت میدان الکتریکی افزایش می یابد، سطح نیمکروی قطره کشیده شده و یک شکل مخروطی بوجود می آید. در شدت میدان الکتریکی بحرانی، نیروی مرتبط با بارهای سطحی با کشش سطحی در تعادل می باشد. شکل مخروطی قطره در این نقطه بحرانی مخروط تیلور نامیده می شود. هنگامیکه شدت میدان الکتریکی بیش از نقطه بحرانی باشد، نیروی الکتریکی بر کشش سطحی غلبه می کند و جریان باردار سیال پلیمری از راس مخروط خارج می شود. جریان باردار جامد شده و الیاف الکتروریسیده شده تشکیل می شوند.قطر الیاف الکتروریسیده شده از محلول معمولا در محدوده دهها تا صدها نانومتر می باشد که بسیار کوچکتر از قطر الیاف تولید شده توسط روشهای دیگر می باشد. فرایند ریسندگی الکترو و الیاف الکتروریسیده شده ابزار جدیدی را برای دانشمندان، مهندسان و مخترعان جهت بهبود تکنولوژی های موجود، اختراع و توسعه محصولات جدید و پیشرفت هر چه بیشتر دانش دانشمندان مهیا کرده است. کاربردهای الیاف الکتروریسیده شده مثل نانوکامپوزیت ها، لباس زخم، اسکلت مهندسی بافت، لباس محافظ و فیلتراسیون تحت بررسی و پیشرفت می باشد.فرایند ریسندگی الکترو از طریق مذاب نسبت به ریسندگی الکترو محلول مزایای زیادی دارد ولیکن مشکلاتی هم دارا می باشد. مزیت اصلی روش ریسندگی الکترو از طریق مذاب عدم وجود حلال می باشد. این خصوصیت باعث کاهش هزینه در ارتباط با رفع و بازیابی حلال، حذف خطر سلامتی به خاطر استفاده از مواد شیمیایی می باشد. این روش برای پلیمرهایی که حل کردن آن مشکل می باشد استفاده می شود. همچنین یک روش جدید برای تولید الیاف کوچک در فضا برای کاربردهای ویژه مانند ساختار قایق خورشیدی ایجاد می کند. مشکل اصلی در این روش ریسیدن الیاف از مذاب به مراتب سخت تر از محلول می باشد و قطر الیاف حاصل از ریسندگی الکترو از طریق مذاب بزرگتر از حالت محلول ریسی می باشد[6],.

روشهای ریسندگی الیاف- مقدمه ……………………………………………………………………………………. 3
2-1- انواع روشهای ریسندگی الیاف ………………………………………………………………………………….. 4
3-.1- ریسندگی الکترو ……………………………………………………………………………………………….. 9
4-.1- ریسندگی الکترو از محلول …………………………………………………………………………………… 15
5-1- ریسندگی الکترو از مذاب ………………………………………………………………………………………..16

-1-3شکل شماتیک فرایند ترر سی ی]

-1-3شکل شماتیک فرایند ترر سی ی]

فصل دوم- پلی پروپیلن

پلی پروپیلن ماده ای سبک است با جرم مخصوص کمتر از آب و از پلیمر شدن گاز پلی پروپیلن بدست می آید. پلی پروپیلن در برابر رطوبت، روغنها و حلالهای معمولی مقاوم است و در دمـای حـدود 170 ذوب مـیشود. پلی پروپیلن برای ساخت الیاف به همین نام، پارچه، طناب، قـایق، ورقـه هـای بسـته بنـدی، چمـدانسازی، برخی وسایل پزشکی که نیاز به گندزدایی دارند و غیره به کار می رود. در سال 1337 شمسی بـازارآن در آمریکا باز شد؛ در سالهای بعد نیز، تولید آن بسرعت افزایش یافت.صنعت نسبتا نوپای پتروشیمی ایران، در سالهای اخیر به تولید فرآورده های پلیمری متعـددی اقـدام کـردهاست. یکی از محصولات پر مصرف این صنعت پلی پروپیلن است که در اراک و تبریز دهها هزار تن از آن در سال تولید می شود. این فرآورده در کارخانجات پسین به کالای مورد نیاز تبدیل می شود. کارخانجات تولید کف پوشها، قالب ریزیهای تزریقی، قالب ریزیهای دمشی و لایی سازیها از این دسته اند.امروزه پلی پروپیلن انواع متعددی دارد و با وزنهای مولکولی متفاوت و افزودنیهای متنوع همراه می شـود تـادر کاربردهای مناسب مورد استفاده قرار گیرد.
2-2- مواد اولیه برای تولید پلی پروپیلن
مواد اولیه ساخت پلی پروپیلن، دو عنصر کربن و هیدروژن است. این عناصر در طبیعت به وفـور یافـت مـیشوند اما تبدیل هیدروژن و کربن به پلی پروپیلن به طور مستقیم در سطح وسیع عملی شده است.صنایع نفت و پتروشیمی پس از سالها کوشـش مسـتمر موفـق شـدند کـه گـاز پروپـان و مشـتقات آن را ازفرایندهای متفاوت کراکینگ، تسویه و تصفیه و با قیمت مناسب تولید و برای تولیـد پلـی پـروپیلن در یـکصنعت جدید استفاده کنند. کراکینگ، فرایند حرارت دهی به نفت خام است که در دماهای متفاوت، همـراهیا بدون مواد دیگر انجام می شود و حاصل آن، بسیاری از مشتقات نفت ماننـد سـوختها و گازهـای مختلـفدیگر و از جمله پروپیلن است.

3-2- مشخصات شیمیایی پروپیلن
از نظر شیمی آلی پروپان به پروپیلن بسیار نزدیک است. در خانواده الکنها26 پروپان (C3H8) سومین عضـواست و بعد از متان (CH4) و اتان (C2H6) قرار دارد. فرمول گسترده و شکل فضایی آن در شکل 1-2 نشان داده شده است. این ماده در دمای معمولی گاز است؛ در دمای ºC 187- جامـد مـی شـود؛ دمـای جـوشپروپان ºC 42- است و در این دما به گاز تبدیل می شود.دومین عضو خانواده الکینها بعد از اتیلن (C2H4) پروپن یـا پـروپیلن (C3H6) اسـت . ایـن مـاده کـه درشرایط معمولی گاز است، در دمای ºC 185- ذوب می شود. فرمول گسترده پروپیلن یا پـروپن در شـکل
1-2 نشان داده شده است.

4- 2- پلیمری شدن پروپیلن
پروپیلن با استفاده از انواع کاتالیزورهای کاتیونی، آنیونی و رادیکال آزاد، می تواند بـه پلـی پـروپیلن تبـدیلشود؛ اما برخی، از نظر تجاری مقرون به صرفه نیستند. پلیمری شدن در فشار زیاد – کـه بـرای پلـی اتـیلنمعمول بود- برای تولید پلی پروپیلن با درجه پلیمری شدن کافی مناسب نیست، زیـرا رادیکالهـای پـروپیلنبسرعت به C3H6 و در نهایت به رادیکال آلیلی تبدیل می شوند که فعال نخواهـد بـود. در سـالهای اولیـه،استفاده از روش کاتیونی مدنظر قرار گرفت. در مقیاس تجارتی کاتالیزورهایی براساس اسید فسفریک و اسید سولفوریک برای تولید دیمر، تریمر و تترامر پروپیلن استفاده شد که برای کاربرد در تولیـد پـودر شـوینده وبنزین مناسب بود. به هر صورت استفاده از کاتالیزورهای فریدل کرافـت ماننـدAlBr2 موجـب شـد پلـیپروپیلن بی نظم با وزن مولکولی 10000-1000 به دست آید. این تولید نیز به عنوان پلیمر مصرف چندانی نداشت. شایان ذکر اینکه استفاده از کاتالیزور فریدل کرافت دو مشکل اساسی داشت؛ اول، ساختار پلیمر بـهدست آمده بسیار بی قاعده بود و نظم ساختاری در آن وجود نداشت؛ دوم، نظم ساختاری لازم به وجود نمی آمد بنابراین امکان تولید پلیمری که بتواند متبلور شود میسر نمی شد.

26 1- 2- مقدمه …………………………………………………………………………………………………….26
2-2- مواد اولیه برای تولید پلی پروپیلن ………………………………………………………………………………..26
3-.2- مشخصات شیمیایی پروپیلن ……………………………………………………………………………………27
4-.2- پلیمری شدن پروپیلن ………………………………………………………………………………………….. 29
5-2- فرایند تولید پلی پروپیلن ایزوتاکتیک ……………………………………………………………………………. 31
6-.2- آماده سازی و پلیمری شدن ……………………………………………………………………………………32
7-.2- تکمیل و مخلوط کردن با افزودنیها ………………………………………………………………………….. 33
8-2- مشخصات اساسی ……………………………………………………………………………………………. 34
9-2- الیاف پلی پروپیلن ………………………………………………………………………………………………. 37
10- 2- بی بافتها ……………………………………………………………………………………………………….39
11-2- ذوب ریسی نخ چند رشته ای مداوم پلی پروپیلن ……………………………………………………………39
12-2- پلی پروپیلن سیندیو تاکتیک ……………………………………………………………………………………41
13-2- پلی پروپیلن بی نظم یا اتاکتیک ……………………………………………………………………………….41

فصل سوم- وسایل و مواد اولیه

سطوح نمونه هایی که با میکروسکوپ الکترونی SEM بررسی می شوند باید دارای هدایت الکتریکی باشند در غیر اینصورت الکترونی که به سطح نمونه تابیده می شود، دفع نمی گردد و روی سطح نمونه باقی مانده و ایحاد شارژ ساکن می کند. الکترونهای بعدی با شارژ ساکن تولید شده با بار همنام برخورد می کنند و دفع یا منحرف می شوند. در نتیجه تصویر حاصله ناپایدار می گردد و پدیده ای به نام Charging Effect رخ می دهد که در بعضی جاهای سطح روشنایی تصویر با ایجاد شارژ ساکن زیاد می شود و دوباره با رفع ناقص آن تیره می شود. با نشاندن لایه نازکی از طلا و یا کربن، سطوح نمونه های غیر هادی، هدایت الکترونی پیدا می کند و الکترونهای سطحی دفع می گردند و در نتیجه وضوح تصویر بهبود می یابد.
میکروسکوپ الکترونی مورد استفاده در تحقیق حاضر از نوع SEM و مدل XL30 ساخت شرکت فیلیپس از کشور هلند می باشد (شکل1 -3). و همچنین دستگاه لایه نشانی طلای مورد استفاده در این تحقیق ساخت شرکت Bal-Tec از کشور سوئیس می باشد(شکل 2-3) .

2-3- میکروسکوپ الکترونی روبشی ……………………………………………………………………………….45
4- 3- سیستم الکتروذوب ریسی ……………………………………………………………………………………..46
5-3- طراحی سیستم نهایی دستگاه ……………………………………………………………………………….52
6- 3- الکترو ذوب ریسی ……………………………………………………………………………………………….59

شکل شماتیک ریسندگی الکترو از محلول

شکل شماتیک ریسندگی الکترو از محلول

فصل چهارم- نتایج و بحث

هنگامی که پلیمر از مخزن به نازل می رسد به علت جنس مسی نازل و خاصیت انتقال حرارتی بالا سریعاً باعث پایین آوردن دما و انتقال به پلیمر می گردد و پلیمر سریعاً سرد می شود. در این شرایط، بالتبع برای پلیمر منعقد شده امکان خروج به سختی میسر می شود، لذا برای خروج ناچار به بزرگ تر کردن سوراخ نازل کردیم تا پلیمر بتواند حرارت بیشتری در خود نگه داشته و سریعاً منعقد نگردد، در این شرایط و با دبی سریع جت پلیمر امکان وصل کردن دستگاه ولتاژ بالا و تشکیل منطقۀ تیلور نیست چراکه، وصل کردن و کشش عملاً کار بیهوده ای می باشد. الیافی که در این حالت بدست آمد همانطور که در شکل مشخص است علاوه بر قطر بزرگ دارای توزیع نایکنواخت در سطح مقطع خود می باشند. عملیات الکتروریسی برای پلیمر پلی پروپیلن ایزوتاکتیک انجام شد. عملیات حرارتی مختلف روی جت اعمال شد، که در اینجا تاثیر حرارت بعد از تشکیل جت و در قسمت پائین دستگاه مورد بررسی قرار گرفت. همانطور که گفته شد وزن مولکولی، ویسکوزیته و حرارت های اعمالی تاثیرات بسزائی روی قطر نهائی جت بدست آمده دارد.

1- 4- تاثیر فرایند حرارتی روی قطر الیاف ……………………………………………………………………….65
2-4- تاثیر سرعت جریان روی قطر الیاف ………………………………………………………………………..66
3-.4- تاثیر میدان الکتریکی روی قطر الیاف ………………………………………………………………………65
4-4- مرفولوژی الیاف پلی پروپیلن الکتروریسی شده به طریق مذاب ………………………………………… 68
5-.4-قطر متوسط الیاف ………………………………………………………………………………………….69
نتایج ……………………………………………………………………………………………………………….72

پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………….. 73

منابع فارسی ………………………………………………………………………………………………………… 75

منابع لاتین ………………………………………………………………………………………………………. 75

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست جداول
جدول1- 1- پلیمرهایی که به طریق مذاب الکتروریسی شده اند …………………………………………………. 17

جدول 1-3- آنالیز خصوصیاتPP…………………………………………………………………………………………..ا…44
فهرست شکل ها

شکل 1- 1- شکل شماتیک فرایند ذوب ریسی …………………………………………………………………………..5

شکل 2- 1- شکل شماتیک فرایند خشک ریسی. ……………………………………………………………………… 6

شکل 3-1- شکل شماتیک فرایند ترریسی …………………………………………………………………………….. 7

شکل 4- 1- تولید الیاف فوق ظریف توسط ریسندگی کامپوزیتی……………………………………………………….. 8

شکل 5- 1- دستگاه اختراعیFormahals .ا………………………………………………………………………………10

شکل 6-1- دستگاه اختراعی Gladding …………………………………………………………………………………….. ا 10

شکل 7-1- دستگاه اختراعی Simons ..ا……………………………………………………………………………………. 11

شکل 8- 1- دستگاه اختراعیBornat ا……………………………………………………………………………………….. 12

شکل 10-1-شکل شماتیک ریسندگی الکترو از محلول……………………………………………………………………. 15

شکل 11-1- دستگاه Melt electrospinnin….ا……………………………………………………………………………. 16

شکل1-2- فرمول گسترده و شکل فضایی پروپان و فرمول گسترده پروپیلن ……………………………………………27

شکل2-2- واکنشهای پروپیلن با هیدروژن و آب …………………………………………………………………………….28

شکل3- 2- تصاویر ساده ای از شکلهایی که مولکولهای پلیمری می توانند داشته باشند……………………………….28

شکل 4- 2- شکلهای فضایی مولکولهای سه نوع پلی پروپیلن سیندیوتاکتیک، اتاکتیک و ایزوتاکتیک……………….. 30

شکل6- 2- شکل فضایی مولکولهای پلی پروپیلن در یک واحد بلوری………………………………………………………36

شکل7- 2- گویچه ها در فیلم پلی پروپیلن کشیده نشده………………………………………………………………….. 37

شکل 8- 2- مراحل ذوب ریسی پلی پروپیلن – تولید نخ چند رشته ای مداوم (فیلامنتی) ………………………………. 40

شکل9-2- واحد و شکل فضایی مولکول پلی پروپیلن سیندیو تاکتیک ……………………………………………………….. 41

شکل1-3- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)…ا…………………………………………………………………………..45

شکل 2- 3- دستگاه لایه نشانی طلای روی نمونه …………………………………………………………………………….46

شکل3- 3- شمای جانبی مخزن پلیمری اولیه………………………………………………………………………………….. 47

شکل4-3- مخزن ابتدایی پلیمر که پس از سرد شدن پلیمر مذاب غیر قابل استفاده شده است ……………………….. 48

شکل 4- 4- چهار چوب دستگاه اولیه ذوب ریسی …………………………………………………………………………… 50

شکل5-3- واشر اولیه از جنس PTFE. ..ا…………………………………………………………………………………………54

شکل6- 3- ساختارنازل که بدین صورت داخل سیلندر قرار می گیرد………………………………………………………….. 55

شکل7- 3- نمای جانبی از کل دستگاه، ………………………………………………………………………………………..56

شکل8-3- سیستم طراحی اصلی ذوب دستگاه……………………………………………………………………………… 57

شکل9-3- شکل شماتیک دستگاه الکتروریسی مذاب ………………………………………………………………………. 58

شکل10- 3- قسمت فوقانی دستگاه الکترو ذوب ریسی( منطقۀ ذوب پلیمر) …………………………………………….59
شکل(4-13)- عکس جانبی از دستگاه ………………………………………………………………………………………. 61
شکل1-4-DSC پلی پروپیلن مورد استفاده …………………………………………………………………………………….63

شکل2-4- الیاف بدست آمده از سیستم ابتدائی ذوب پلیمر………………………………………………………………….63

شکل3- 4- قطرتوده جت الکتروریسی شده در هنگامی که دمای ژاکت حرارتی تحتانی پایین در نظر گرفته
شده ………………………………………………………………………………………………………………………………..66

شکل4-4- الیاف تشکیل شده بعد از اتصال دستگاه……………………………………………………………………………….66

شکل 5- 4- الیاف تشکیل شده روی جمع کننده…………………………………………………………………………………67
شکل6- 4- یکنواختی قطر متوسط الیاف…………………………………………………………………………………………. 70

شکل7- 4- تولید بی بافت با ثابت نگه داشتن پارامترها ………………………………………………………………………. 71

 

Abstract:

Electrospinning is a nano- and micro-fiber manufacturing technique that has attracted much recent interest in recent years. It is well-known that both polymer solutions and polymer melts can be electrospun, however, the available literature for melt electrospinning is comparatively limited because of some problems such as quenching, low crystallinity, and a mean fiber diameter that maybe multiple orders of magnitude greater than those of solution electrospun fibers. Yet, as more and more fields demand a safer, more cost effective, higher yielding and environmentally friendly alternative, melt electrospinning will become the primary area of interest of scientists experimenting with electrospinning throughout the worldGoverning melt electrospinning parameters including : electric field strength, flow rate, temperature, tacticity, moleculare weight, viscosity, supplied volume, spinnerette diameter, di-electric constant, thermal conductivity, surface energy, spinnerette geometry, distance between the tip and the collection screen.
In our study we use isotactic polypropylene with molecular weight in the range of 4100 for producing fiber via melt electrospinng. For this reseaon we design an experimental set for producing micro and nano fiber.


 


 مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

فایل word

قیمت35000تومان