الکتروریسی عمودی الیاف نانوکامپوزیتی UHMWPE/ZnO در دمای زیاد

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی ۱۱۴-۱۴۱۱۵

چکیده

پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار زیاد (UHMWPE) به­‌عنوان پلیمری گرمانرم، با خواص تریبولوژیکی و مکانیکی استثنایی، به‌ویژه به شکل الیاف بسیار کارآمد، خیلی مورد توجه است. در این پژوهش، ریسندگی الکتریکی که به عنوان روشی آسان، کم‌هزینه و با بازده زیاد برای تولید پیوسته الیاف ظریف با قطرهای میکرونی، حتی نانومتری شناخته می­شود، برای تولید الیاف نانوکامپوزیتی UHMWPE/ZnO به‌کار گرفته شد. الکتروریسی UHMWPE به­ دلیل انحلال‌پذیری ضعیف آن در حلال­های رایج و رسانایی الکتریکی بسیار کم محلول آن، با مشکلات و محدودیت­های متعددی روبروست. از مهم­ترین آنها­ ضرورت زیاد نگاه‌داشتن دمای سامانه برای جلوگیری از کاهش دما و ژل‌شدن محلول حین ریسندگی است. در این پژوهش، ساخت الیاف نانوکامپوزیتی UHMWPE/ZnO با سه سطح از بارگذاری­نانوذرات روی اکسید (۲/۵، ۵ و ۷/۵ درصد وزنی) به روش الکتروریسی عمودی اصلاح یافته در دمای زیاد انجام شد. سامانه الکتروریسی مزبور به گرم‌کن‌های زیرقرمز، مجهز شد. ابتدا شرایط برای تولید الیاف UHMWPE یکنواخت بدون شکل­ شناسی دانه ­ای با قطر متوسط ۰/۲۵+۱/۸ میکرومتر تنظیم شد. در این شرایط، الیاف نانوکامپوزیتی UHMWPE/ZnO نیز حاوی درصد‌های وزنی مختلف نانوذرات روی اکسید تولید شد. الیاف نانوکامپوزیتیUHMWPE/ZnO قطر متوسط بیشتری را متناسب با درصد نانوذرات اضافه شده نشان می‌دهد. شکل‌شناسی و چگونگی پراکنش نانوذرات در الیاف نانوکامپوزیتی، با آزمون میکروسکوپ الکترونی پویشی (FE-SEM) مجهز به تحلیل کیفی EDAX همراه با تصویربرداری نگاشت ارزیابی شد. نتایج، پراکنش بسیار خوب نانوذرات روی اکسید را به­ دلیل سازگاری با حلال و UHMWPE، نشان می­‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

VVertical Electrospinning of UHMWPE/ZnO Nanocomposite Fibers at High Temperature

نویسندگان [English]

  • Hadi Hosseini
  • Mehrdad Kokabi
  • Nadereh Golshan Ebrahimi
Polymer Engineering Department, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-114, Tehran, Iran
چکیده [English]

UHMWPE, as a thermoplastic polymer and especially in the form of high performance fiber, has attracted much interest due to its exceptional tribological and mechanical properties. In this work, electrospinning process, known as a versatile, low cost, highly efficient and suitable technique for continuous production of fine fibers in micron or nanometer scale is employed to fabricate the UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers. Electrospinning of UHMWPE has some inherently serious problems and limitations, due to its poor solubility in common solvents and low electrical conductivity of its solution. The most important issue is the necessity of maintaining the system temperature sufficiently high to prevent temperature depression and solution gelation during spinning. Fabrication of UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers, containing 2.5, 5 and 7.5 wt% of ZnO nanoparticle, was carried out by self-modified vertical electrospinning at high temperature. An electrospinning system was first equipped with an infrared emitter (IR heaters) and then the conditions for fabrication of bead-free uniform UHMWPE fibers with an average diameter of 1.8±0.25mm were implemented. Under the acquired conditions, uniform and bead-free UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers containing various percentages of ZnO nanoparticles were also successfully produced. UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers exhibited much higher average diameter proportional to added percentage of nanoparticles. The morphology and the quality of nanoparticles dispersion within nanocomposite fibers were evaluated using field emission scanning electron microscopy (FESEM) equipped with EDAX mapping spectra. The results showed a well dispersed morphology, which was attributed to good compatibility between the ZnO nanoparticles, solvent and UHMWPE matrix.

کلیدواژه‌ها [English]

  • UHMWPE
  • nanocomposite fibers
  • vertical electrospinning
  • high temperature
  • ZnO nanoparticles