مطالعه حفره زایی و بررسی نقش آن در کشش پذیری الیاف محلول ریسی شده پلی اکریلونیتریل

در این کار پژوهشی، الیاف پلی (اکریلونیتریل)، pan، با دستگاه ترریسی پیوسته در مقیاس آزمایشگاهی تولید و اثر غلظت پلیمر و ضد حلال در محلول ریسندگی، نوع حمام انعقاد، کشش پیش ساز لیف (proto-fiber) و کشش حرارتی آن بر ساختار حفره و خواص مکانیکی الیاف مطالعه شد. گرانروی محلول ریسندگی، ؟ به روش رو- خط (on-line) اندازه گیری و اثر آن بر توسعه ساختار به عنوان نیروی تدافعی در برابر جدایی فازی بررسی شد. نیروی رانش جدایی فازی نیز در چهارچوب تمایل ترمودینامیکی اجزاء سامانه ریسندگی به محتویات حمام انعقاد، x، مورد توجه قرار گرفت. متعاقبا با اصلاح نظریه رووآن و همکاران (ruaan et al.) و تلفیق نیروهای تهاجمی و تدافعی، تک مشخصه ؟؟ جهت پیش بینی ساختار ارایه شد. ساختار الیاف با میکروسکوپ الکترونی رویشی، sem، بررسی و جزییات آن (کسر حجمی لیگامنت چگال، میکروحفرات و نانوحفرات) برای اولین بار با تلفیق تحلیل رقمی تصاویر sem و داده های حفره سنجی حرارتی کمی و تحلیل شد. در ادامه ، ارتباط ساختار و تخلخل الیاف با خواص مکانیکی (مدول یانگ و ازدیاد طول پارگی) مورد توجه قرار گرفت. نهایتا، با تحلیل آماری برازش داده های مدول – تخلخل بر معادله درجه دوم ونگ و معادله درجه اول اشپریگز، ساز و کار جدایی فازی استنباط شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت پلیمر از 10 تا 20 درصد حجمی (تغییر ؟؟؟؟؟) تخلخل کلی الیاف از 83/5 به 62 درصد حجمی کاهش یافت. این امر با کاهش تعداد و عرض کانال های انگشت گونه و افزایش لیگامنت چگال پلیمری همراه بود. بعلاوه، اعمال کشش جت 2 و 4 برابری منجر به کاهش تخلخل کلی و کوچکتر و باریک تر شدن توزیع نانو حفرات شد. اثر اعمال کشش بر تخلخل در محلول 10 درصد حجمی پلیمر ناچیز، اما با افزایش غلظت و اعمال کشش به صورت هم نیروزادی منجر به کاهش تخلخل شد. با این حال، تخلخل کلی نمونه های 4 و 2 برابر کشش دیده در تمامی غلظت های پلیمر تفاوت قابل توجهی نداشت. از طرف دیگر، افزودن ضد حلال تا 5 درصد حجمی به محلول 10 درصد حجمی پلیمر منجر به کاهش تخلخل کلی لیف تا 5/78 درصد حجمی و افزایش کسر نانوحفرات از 21 به 5/32 درصد حجمی ضد حلال تخلخل کلی را به 72 درصد حجمی کاهش و توزیع اندازه نانو حفرات را باریکتر کرد. این امر با چگال تر شدن ساختار و باریکتر شدن انگشت گونه ها همراه بود. افزایش غلظت حلال درحمام انعقاد از صفر به 50 درصد حجمی بر تخلخل کلی الیاف ریسیده شده از محلول 10 درصد حجمی را کمی کاهش داد. بعلاوه، نتایج نشان داد که اعمال کشش حرارتی نسبت به کشش جت تاثیر شدیدتری بر کاهش تخلخل داشته و بین نمونه های با کشش کلی برابر، نمونه ای که نسبت کشش حرارتی بالاتری داشت، از تخلخل کمتری برخوردار بود. اعمال کشش کلی 8 برابری (2 برابر حمام انعقاد و 4 برابر حمام داغ) منجر به محو کامل بزرگ حفرات و افزایش لیگامنت چگال به 80 درصد حجمی در لیف ریسیده شده از محلول 20 درصد حجمی پلیمر شد. این نسبت کشش تخلخل کلی لیف ریسیده شده از محلول 10 درصد حجمی پلیمر حاوی 5 درصد حجمی ضد حلال را در مقایسه با نمونه آزاد ریسیده شده 15 درصد حجمی کاهش داد. روند کلی تغییرات مدول-تخلخل در کلیه نمونه ها مشابه و با کاهش تخلخل کلی مدول افزایش یافت. اما تغییرات ازدیاد طول پارگی با کاهش تخخل خطی نبوده و در بعضی نمونه ها افزایش همزمان مدول و ازدیاد طول پارگی و در برخی کاهش ازدیاد طول پارگی مشاهده شد. افزایش ازدیاد طول پارگی به اثر نانوحفرات در متوقف کردن رشد ترک نسبت داده شد. تطابق داده های مدول-تخلخل با معادله درجه دوم ونگ و معادله اشپریگز حاکی از آن بود که در نمونه های آزاد ریسیده شده با افزایش غلظت پلیمر در سامانه ریسندگی جدایی فازی مایع – مایع غالب شده در حالیکه با افزایش غلظت ضد حلال در سامانه ریسندگی ساز وکار جدایی فازی به سمت جدایی مایع-جامد متمایل می شود.