کابرد نانو تکنولوژی در صنعت نساجی و آشنایی با علم الکترواسپینینگ

به جرات می توان گفت علاوه بر اکسیژن که به علت فراوانی آن کمتر قدر و ارزش آن را دانسته و میدانیم ،پارچه هم همین ویژگی را پیدا کرده استانسان از روزی که چشم باز می کند همیشه در نزدیک ترین فاصله اش پارچه را حس کرده است ،فاصله ای به نزدیکی بدنش در طول تاریخ هیچ قوم و ملتی را نمی یابیم که پارچه را نشناسد و از آن استفاده نکرده باشد و شاید همین مسئله باع

دسته بندی	برنامه نویسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	8374 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	82

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

پیشگفتار :

آشنایی با صنعت نساجی:

آبا تا به حال دیده اید لباسی در نور روز آبی روشن باشد اما هنگامی که تحت تابش نور سبز قرار می گیرد به صورت امواج متحرک دریا در آید؟

به جرات می توان گفت علاوه بر اکسیژن که به علت فراوانی آن کمتر قدر و ارزش آن را دانسته و میدانیم ،پارچه هم همین ویژگی را پیدا کرده است.انسان از روزی که چشم باز می کند همیشه در نزدیک ترین فاصله اش پارچه را حس کرده است ،فاصله ای به نزدیکی بدنش . در طول تاریخ هیچ قوم و ملتی را نمی یابیم که پارچه را نشناسد و از آن استفاده نکرده باشد و شاید همین مسئله باعث روزمره شدن مقوله پارچه ولباس شده باشد اما پارچه چیست؟ ابتدایی ترین تعریف پارچه این است که به هر جسم بافته شده از دو لیف جدا از هم که به یکی تار و دیگری پود می گویند ،پارچه گفته می شود.در بررسی تاریخ پارچه، سه جهش بسیار مهم دیده می شود :

اولی بافت پارچه توسط انسان های نخستین از الیاف طبیعی مانند پنبه ،پشم و بعدها ابریشم است .

دومی بافت پارچه توسط الیاف مصنوعی دست ساز بشر در اواسط قرن بیستم است که مهمترین این الیاف مصنوعی نایلون است .

اما سومین جهش تولید پارچه که واقعا انقلابی در صنعت نساجی به شمار میرود از سال 1980 میلادی آغاز شده است وتا به امروز ادامه دارد.در سال 1980 الیاف ویژه ساخته شدند ،از سال 1980 تا 1984 الیافی با عملکرد و کارایی ویژه تولید واز سال 1984 تا 2000 الیاف با تکنولوژی بالا تولید شدند واز سال 2004 به بعد بشر دست به ساختن الیاف با کارکرد فوق العاده زده است .اولین ویژگی مشترک در الیافی که پس از جهش سوم در صنعت نساجی ساخته شده اند ادغام چندین علم برای ساخت یک محصول واحد است.برای ساخت این الیاف از چندین شاخه متفاوت علم نظیر نساجی ،پلیمر ،الکترونیک،کامپیوتر ، مکانیک و... استفاده شده است اما ویژگی دیگر این الیاف که مهمترین آن است در چند دهه دیگر صنعت نساجی وشاید بتنوان گفت تمامی صنایع را تحت تاثیر خود قرارمی دهند .

تقسیم بندی الیاف مصنوعی:

تقسیم بندی الیاف مصنوعی از لحاظ ماهیت ساختاری به 3 گروه اصلی تقسیم می شوند که عبارتند از :

1) مواد با قابلیت تغییر حالت (PCM):

منسوجاتی که حاوی مواد با قابلیت تغییر حالت (Phase change material) هستند یک دسته مهم از منسوجات هوشمند به حساب می آیند .این مواد همانند بسیاری مواد دیگر در نقطه ذوب خود با توجه به تئوری (گرمای نهان) می توانند از حالت جامد به مایع و یا بالعکس تغییر حالت دهند.از این ویژگی مواد در تولید بعضی از انواع پوشاک به میزان زیادی استفاده شده است .در این نوع پوشاک الیاف حاوی PCM پس از دریافت دمای بدن به جای آنکه آن را به محیط انتقال دهند تا تعادل گرمایشی برقرار شود آن را جذب می کنند و خود تغییر حالت می دهند به همین خاطر پارچه ها به عایق بسیار مناسبی تبدیل می شوند .یکی دیگر از کاربردهای مواد با قابلیت تغییر حالت می تواند در یک خودرو باشد . در این خودرو می توان از این نوع مواد در بدنه و کف خودرو استفاده کرد و یک دمای استاندارد مثلا 25 درجه سانتی گراد برای آن تعریف کرد. در صورت بالا رفتن دما از استاندارد تعریف شده این ماده دمای اضافی را جذب کرده و از حالت جامد به حالت ژله ای تغییر ماهیت می دهد تا هوای داخل در 25 درجه سانتی گراد ثابت بماند .عکس قضیه هم صادق است یعنی در صورت پایین آمدن دمای داخل خودرو دوباره ماده با تغییر ماهیت از حالت ژله ای به حالت جامد دما را ثابت نگه می دارد . در صورت استفاده از این نوع مواد در خودرو دیگر نیازی به نصب سیستم های گرمایی و خنک کننده در خودرو احساس نمی شود

2)پلیمرهای با حافظه وضعیت (SMP):

پلیمرهای با حافظه وضعیت (Memory polymer)خاصیت بسیار جالبی هستنند .می توان آنها را با انجام اعمالی از حالت اولیه خود خارج کرده و دوباره با انجام اعمالی آنها را به شکل اولیه باز گرداند.یکی از مهمترین کاربردهای SMP ها در پزشکی است .تصور کنید پزشکی می خواهد قطعه ای مصنوعی را با ابعادی بزرگ در بدن یک بیمار جاسازی کند برای این کار او باید شکاف بزرگی در بدن بیمار ایجاد کند و پس از به کار گذاشتن قطعه مورد نظر آن را بخیه کند. اما اگر قطعه مورد نظر از SMP‌ تشکیل شده باشد وضعیت به گونه ی دیگری خواهد بود .در این صورت پزشک با انجام اعمالی نظیر سرد کردن و یا تاباندن اشعه هایی خاص قطعه مرد نظر را تا اندازه دلخواه کوچک می کند و با ایجاد شکاف کوچکی آن را در بدن بیمار جاسازی می کند و برای باز گرداندن حالت جسم به حالت اولیه به آن گرما می دهد و یا اشعه هایی خاص بر آن می تاباند تا جسم به حالت اولیه خود باز گردد.

3) فیبر نوری :

این الیاف می توانند به راحتی اطلاعات و داده ها از یک نقطه دریافت و با سرعت و کیفیت بالا به نقطه ای دیگر منتقل می کنند.این الیافرا می توان به دو دسته Single mode‌ و Multi mode تقسیم کرد.ساختار این الیاف بسیار ساده است ،آنها از دو شیشه متحدالمرکز ،مغز لیف (که سیگنال نوری را حمل می کند ) و پوشش رویی که از مغز لیف در برابر مواد شیمیایی ، صدمات مکانیکی یا سایش حفظ می کند تشکیل شده اند .الیاف نوری Single mode‌ اطلاعات را بدون اشتباه در مسافت های طولانی منتقل می کند در حالی که Multi mode‌ همین کار را ساده تر و آسان تر انجام می دهد.

در حال حاضر تلاش برای دستیابی و تولید منسوجات ضد باکتری بخصوص در مصارف بیمارستانی ،پزشکی،ملحفه وپوشاک رو به افزایش است.

به طور کلی الیاف طبیعی و الیاف مصنوعی از هر جهت مستعد آلودگی و رشد باکتری ها ، انگل ها و قارچ ها می باشندبدین منظور تکمیل های ضد میکروبی شامل: تکمیل ضد خون برای لباس جراحان و ملحفه ی بیمارستانی ،لباس کودکان وسالمندان و لباس های ورزشی و تکمیل های ضد باکتری و قارچ شامل :جلو گیری از رشد موجودات ذره بینی جهت از بین نرفتن منسوجات و تکمیل ضد حشره شامل تکمیل ضد بید کالای پشمی میباشد.همچنین از لحاظ طول عمر کالای نساجی نیز تکمیل ضد میکروبی از اهمیت برخوردار است اگر رشد باکتری ها روی منسوج مهار نگردد در اثر گذشت زمان تعدادباکتری ها به سرعت چند برابر شده و غالبا موجب ایجاد بوی نامطبوع و تغییر رنگ کالا و حتی تخریب کالا می شود.

امروزه با توجه به مسائل زیست محیطی ،مصرف پلیمر های طبیعی به عنوان یک ایده ی خوب علمی و تجاری به منظور جانشین ایده آل برای مواد شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است.از ابتدایی ترین اقداماتیکه دراین زمینه صورت گرفت استفاده از پلیمرهای طبیعی بود.

همه الیاف جدید صنعت نساجی را می توان از نظر کارایی در سه گروه تقسیم بندی کرد :

این الیاف یا پسیو هستند یا اکتیو یا سوپر اکتیو . ظهور الیاف پسیو ارتباط مستقیمی با پیدایش سنسور(Sensor) دارند،هنگامی که دانشمندان توانستند از سنسورها به صورت گسترده در زندگی بشری استفاده کنند پیشگامان علم نساجی هم استفاده فراوانی از سنسورها در تولید الیاف نسل سوم بردند .این الیاف از خود هیچ قدرت تصمیم گیری ندارند و فقط قادرند شرایط محیط هدف پیرامون خود را به مرکز کنترل کننده خود منتقل کنند در مباحث آینده در مورد این الیاف بیشتر بحث خواهیم کرد.

دسته دوم الیاف اکتیو هستند ،این الیاف که از الیاف پسیو پیشرفته تر هستند در مقابل کنش های خاص و تعریف شده ای واکنش های خاص و تعریف شده ای دارند .مثلا اگر برای یک تکه پارچه دمای زیر 25 درجه سانتیگراد کنش و بالا نگه داشتن دما واکنش تعریف شده باشد ،این تکه پارچه به محض رسیدن دمای محیط به زیر 25 درجه سانتیگراد با قابلیت خاصی که دارد دوباره دمای محیط را به حالت استاندارد تعریف شده باز می گرداند .

دسته سوم الیاف سوپر اکتیو می باشند که در آن واحد در برابر چند کنش خاص و تعریف شده چند واکنش مطلوب و مورد نظر را اعمال کنند.

کاربرد نانو تکنولوژی در صنعت نساجی:

با توجه به پیشرفت روز افزون علم نانو تکنولوژی و گسترش آن در اکثر صنایع ، صنعت نساجی نیز از این اصل جدا نبوده و توانایی خود را برای ظهور در تمامی صنایع همراه با علوم دیگر نشان داده و به پیشرفت های قابل ملاحظه ای در این زمینه دست یافته است

امروزه دانشمندان به فناوری‌های لازم نانو دست یافته‌اند و تولید محصولات مختلف را از طریق این فناوری به حصول رسانده اند، تنها امروزه آنچه کم است تزریق نکردن کالاهای حاصل از این فناوری به بازارهای روزمره مردم عادی در مقیاس زیاد است.
اگر این امر صورت بگیرد بی‌شک با وسایلی روبرو می‌شویم که دنیای عادی ما را متحول می‌کند و امکانات بسیار نوینی را در اختیار می‌گیریم. به طور مثال لباس‌های حاصل از مواد نانو متری ،به گونه‌ای است که دیگر لباس نه لک می‌شود نه چروک می‌شود و ضمنا دارای خاصیت تهویه هوا و رطوبت هم خواهد بود.

اما سوالی که مطرح است این است که چگونه می توان کاربرد نانو را در صنعت نساجی نشان داد یا به طور واضح تر الیاف نانو به چه روشی در این صنعت گسترده تولید می شود .

پاسخ این سوال آسان است و آن عبارت است از علم (( الکترواسپینینگ)) .

آشنایی با علم الکترو اسپینینگ :

الکترو اسپینینگ (برق ر یسی) و به عبارتی استفاده از نیروی برق برای ریسندگی یکی از روش‌های مهم و گسترده جهت تولید الیاف نانوساختار می‌باشد. در این روش یک محلول پلیمری داخل سرنگ ریخته می‌شود و در فاصله 20 سانتی‌متری از آن، صفحه‌ای فلزی قرار می‌گیرد؛ صفحه به زمین ثابت می‌گردد و سرنگ روی پمپ قرار گرفته و سوزن آن به منبع تغذیه با ولتاژ بالا وصل می‌شود، محلول با دبی پایین به سمت سر سرنگ رفته و هنگامیکه، ولتاژ بین 30-5 کیلووات اعمال می‌شود، قطره به‌صورت جت در آمده، در طول مسیر کشیده می‌شود و پس از تبخیر شدن حلال به صفحه فلزی برخورد می‌کند و سپس به صورت الیاف نانوساختار از صفحه فلزی جمع‌آوری می‌شوند.

الیاف نانو ساختار در تمامی علوم و زمینه ها کاربردهای فراوانی دارد مثلاالیاف نانوساختار در فیلتراسیون، نانوکاتالیست‌ها و در مهندسی بافت به‌عنوان داربست برای رشد سلول مورد استفاده قرار می‌گیرندکه در فصل های ۀینده به توضیح مفصل آنها می پردازیم.
پس از تولید نانوالیاف به روش معمول الکترواسپینینگ، پارامترهای مختلف فرایندی (ولتاژ، دبی محلول و. . .) ، محیطی (دما و رطوبت محیط) و محلول (رسانایی ویسکوزیته و. . .) را بر یکنواختی و قطر آنها بررسی می شودکه هدف، ایجاد شرایطی برای تولید الیاف با یکنواختی زیاد و قطر کم بوده و در این راستا اثر کشش سطحی و رسانایی الکتریکی محلول بر یکنواختی و قطر الیاف به‌طور دقیق مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج حاکی از آن بود که رسانایی الکتریکی محلول اثر بسیار خوبی در یکنواختی الیاف دارد به‌طوری‌که "مثلا اضافه کردن نمک کلرید لیتیم به محلول پلی استایرن در حلال DMF یکنواختی الیاف تولیدی را تا حد قابل توجهی بالا می‌برد، در عین حال قطر الیاف افزایش می‌یابد که با توجه به یکنواختی بالا در محصول به دست آمده در عوض امکان استفاده از محلول با غلظت کمتر فراهم می‌گردد. همچنین با کم کردن کشش سطحی تا حد مشخصی، یکنواختی محصول بالا می‌رود". هم‌ اکنون تحقیقات وسیعی در زمینه کاربرد این الیاف در مهندسی مواد در حال انجام است.

الکترواسپینینگصنعت نساجیآشنایی با کارکرد دستگاه الکترواسپینینگ