مطالعه ریزساختار الیاف پلی(اتیلن ترفتالات) با استفاده از کربن‌دی‌اکسید ابربحرانی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده نساجی، کدپستی ۸۴۱۵۶-۸۳۱۱۱

2 تهران، دانشگاه صنعتی امیر کبیر، دانشکده نساجی، صندوق پستی ۴۴۱۳-۵۸۷۵

چکیده

در این مقاله، الیاف POY پلی(اتیلن­ ترفتالات) با نسبت­‌های کشش مختلف در دمای محیط کشیده شدند تا مقادیر متفاوت از ساختارهای گذار (میانی) در آنها تشــکیل شود. ساختار گذار از زنجیرهای پلیمری با نظم مزومورفیک تشکیل شده است که نقش مهمی در ساختار نهایی الیاف ایفا کرده است. بنابراین، مطالعه تغییرات ایجاد شده در بر اثر عملیات بعدی حائز اهمیت است. در مرحله بعد، نمونه­‌های اولیه و نمونه‌­های کشیده شده را در دو شرایط تنش و بدون تنش در معـــرض کربن‌ دی­‌اکسید ابربحرانی قرار داده و تغییرات ایجاد شده در ریز ساختار آنها با استفاده از روش­‌های متداولی چون گرماسنجی پویشی تفاضلی، طیف­سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه، ضریب شکست مضاعف و خواص مکانیکی مطالعه شده است. سازگاری خوبی میان نتایج آزمون‌های مختلف مشاهده شد. مقایسه نتایج حاصل از طیف­‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه و گرماسنجی پویشی تفاضلی نشان داد، کشش نمونه­‌ها در دمای محیط و همچنین افزایش نسبت کشش در آنها، منجر به افزایش مقدار زنجیرهای کشیده شده در نواحی بی­نظم و در نتیجه آن مقدار ساختار گذار در نمونه­‌ها می­‌شود. همچنین نتایج آزمون‌ها نشان داد، با قراردادن نمونه­‌ها در معرض سیال ابربحرانی، کربن دی­‌اکسید در حجم آزاد و نواحی بی­‌نظم نمونه­‌ها جذب شده و در نتیجه منجر به افزایش تبلور و انتقال در ساختارهای گذار آنها ‌می‌شود. نحوه قرارگرفتن نمونه در سیال ابربحرانی روی تغییرات ساختاری ایجاد شده در آن و همچنین روی انتقال ساختار گذار به نواحی بلوری یا بی­‌نظم، مؤثراست. نمونه­‌هایی که تحت تنش در معرض سیال ابربحرانی قرار گرفته‌­اند، در مقایسه با نمونه‌­هایی که در شرایط مشابه و بدون تنش عمل شده­اند، درصد تبلور بیشتر و نواحی بی­نظم متراکم­‌تر و نیز  مقدار ساختار گذار کمتری دارند. بنابراین می‌­توان گفت، در معرض سیال ابربحرانی قرار گرفتن نمونه­‌ها منجر به تغییرات ساختاری از قبیل تبلور، آرایش‌یافتگی و انتقالات میان شکلی  در آنها می‌­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Microstructure of Poly(ethylene terephthalate) Fibers by Exposing to Supercritical Carbon Dioxide

نویسندگان [English]

  • S. Baseri 1
  • M. Karimi 2
  • M. Morshed 1
1 Textile Engineering Department, Isfahan University of Technology, P.O. Box: 84156-83111, Isfahan, Iran
2 Textile Engineering Department, Amirkabir University of Technology, P.O. Box: 5875-4413, Tehran, Iran
چکیده [English]

POY PET fiber samples were uniaxially drawn below the glass transition temperature (Tg) at various draw ratios to obtain filaments with different transient structures. The transient structure was composed of polymeric chains with para-crystalline or mesomorphic order and played a key role on the ultimate properties of fibers. Therefore, the study of the post-treatment mesomorphic structural changes would be of great interest. Initially the samples were exposed to supercritical CO2 under tension and tension-free conditions to induce morphological changes in their structures. The evolution of micro-structural changes under exposure to supercritical CO2 was investigated by conventional methods such as DSC, FTIR, birefringence and mechanical properties. A good correlation was obtained between the results of various analytical studies. Analyzing the results of DSC and FTIR showed that the amount of extended chains and transient structure developing during cold-drawing increased with the draw ratio. The results showed that exposure to supercritical CO2 led to the absorption of CO2 molecules into the free volumes of amorphous phase of the samples and increasing the crystalline phase and lowering the transient structures in the treated fibers. Sample treatment conditions play important role on the structural changes and in transforming the oriented chains of the mesophase into the crystalline or non-crystalline domains. PET fibers exposed to supercritical CO2 under tension present higher degree of crystallinity and molecular compactness in the amorphous domains but lower values of transient structures than the non-tension exposed samples. Exposure to supercritical CO2 gave rise to such structural changes as crystallization, orientation, and mesomorphic transitions. Hence, this method is a promising approach for tailoring structural changes in PET samples.In this paper, samples of POY PET fibers were uniaxially drawn below the glass transition temperature (Tg) at various draw ratios to obtain filaments with different transient structures. The transient structure composed of polymeric chains with paracrystalline or mesomorphic order and has a key role on the ultimate properties of fibers. So, it will be interesting to learn about the post-treatment mesomorphic changes that occur in this structure. The samples were exposed to scCO2 under and without tension-conditions to induce morphological changes in them. The evolution of micro structural changes under exposure to scCO2 was investigated by conventional methods such as DSC, FTIR, birefringence and mechanical propreties. A good correlation was obtained between the results of various analyses. Analyzing the results of DSC and FTIR showed that the amount of extended chains and transient structure developing during cold-drawing increased with the draw ratio. Results showed that exposure to scCO2 led to the absorption of CO2 molecules into the free volumes of amorphous phase in the samples as well as increasing their crystallinity and decreasing the amount of transient structure in the treated fibers. Sample treatment conditions have an important role on the structural changes and in transforming the oriented chains in the mesophase into the crystalline or non-crystalline domains. PET fibers exposed to scCO2 under tension present higher values of crystallinity and molecular compactness in the amorphous domains but lower values of transient structures than the samples exposed without tension. Exposure to scCO2 gives rise to such structural changes as crystallization, orientation, and mesomorphic transitions. Hence, this method is promising for tailoring structural changes in PET samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • poly(ethylene terephthalate) fibers
  • mesophase
  • supercritical fluid
  • cold-drawing
  • crystallisation