بررسی ریزساختار الیاف پلی(اتیلن ترفتالات)کشیده شده در دمای محیط و عمل شده با سیال فوق بحرانی

در این پژوهش، الیاف پلی(اتیلن ترفتالات) با نسبت های کشش مختلف در دمای محیط کشیده شدند تا مقادیر متفاوتی از ساختارهای میانی در آنها تشکیل گردد. سپس نمونه های مختلف را تحت دو شرایط تحت تنش و بدون تنش در معرض دی اکسیدکربن فوق بحرانی قرار داده و به مطالعه تغییرات ایجاد شده در ریز ساختار آنها با استفاده از روش های متداولی چون گرماسنجی پویشی تفاضلی(dsc)، پراش پرتو ایکس با زاویه زیاد(waxd)، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه(ftir)، اندازه گیری خواص مکانیکی دینامیکی (dma) و کششی، ضریب شکست مضاعف و چگالی پرداخته شده است. سازگاری خوبی میان نتایج آزمایشهای مختلف مشاهده گردید. ساختار میانی یا واسطه ای، نقش بسیار مهمی را در شکل گیری و توسعه ساختار نهایی الیاف ایفا نموده و لذا شناسایی این ساختار و نحوه شکل گیری بلورینه ها و تغییرات ایجاد شده در آن بر اثر عملیات مختلف، حائز اهمیت می باشد. از طرف دیگر در معرض سیال فوق بحرانی قرار دادن نمونه ها روش سازگار با محیط زیستی می باشد که امکان مطالعه ریز ساختار الیاف را فراهم می سازد. با وجود پژوهش هایی که روی نقش سیالات فوق بحرانی در مطالعه ساختار پلی(اتیلن ترفتالات) انجام گرفته، اما تاکنون هیچ مطالعه ای روی اثر سیالات فوق بحرانی در تغییرات ساختار میانی این الیاف صورت نگرفته است. مسلماً درک صحیح از تغییرات ایجاد شده در ریز ساختار الیاف پلی(اتیلن ترفتالات) عمل شده با سیال فوق بحرانی، می تواند به شناخت بهتر ساختار کلی این الیاف و به بهبود فرآیند تولید آنها به منظور تولید الیاف با خواص متنوع تر و بهتر کمک کند. نتایج آزمایشهای چگالی و ضریب شکست مضاعف نشان داد که با اعمال کشش سرد به الیاف اندکی آرایش-یافته(poy) و همچنین افزایش نسبت کشش، آرایش یافتگی کلی زنجیرها نسبت به محور الیاف و همچنین تراکم زنجیرهای پلیمری در نواحی غیربلوری افزایش می یابد. مقایسه نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و dsc نشان داد که با اعمال کشش سرد و افزایش نسبت کشش، مقدار زنجیرهای کشیده شده در نواحی بی نظم و در نتیجه آن مقدار ساختار میانی، افزایش یافته است. نتایج اندازه گیری خواص مکانیکی نمونه-ها نشان داد که کشش سرد و افزایش نسبت کشش در نمونه ها منجر به افزایش استحکام کششی و کاهش ازدیاد طول تا حد پارگی نمونه ها می گردد. کاهش ازدیاد طول تا حد پارگی نمونه ها به همراه افزایش چگالی و درصد تبلور آنها، بدون ظاهر شدن قله بلوری خاصی در منحنی های پراش اشعه ایکس، نشان دهنده افزایش تراکم و بسته بندی زنجیرهای مولکولی و همچنین کاهش قابلیت کشش آنها در نواحی بی نظم نمونه ها، با افزایش نسبت کشش می باشد. در آزمایشهای dma مشاهده شد که در دمای بالای صفر درجه، منحنی تانژانت دلتای الیاف کشیده شده می تواند به سه قله تجزیه گردد. وجود قله های مختلف نشان دهنده وجود استراحت های مختلف مولکولی و در نتیجه نشانه وجود ساختارهای مولکولی با درجـه های متـفاوت نظـم و آرایـش یافتگی در نواحی بی نظم آنها می باشد. مطالعه تانژانت دلتا در دمای زیر صفر درجه نشان داد که با اعمال کشش سرد و همچنین افزایش نسبت کشش در نمونه ها، تغییر محسوسی در موقعیت و دمای بیشینه قله ها، مشاهده نمی گردد. به عبارت دیگر به نظر می رسد که کشش در شرایط ذکر شده، اثری بر استراحت های مولکولی در این محدوده دمایی ندارد. به طور کلی می توان چنین نتیجه گرفت که کشش الیاف پلی(اتیلن ترفتالات) در شرایط ذکر شده منجر به تشکیل ساختار میانی و نواحی بی نظم با درجات متفاوتی از نظم و آرایش یافتگی مولکولی در آنها می گردد و با افزایش نسبت کشش، مقدار آرایش یافتگی مولکولی و ساختار میانی افزایش می یابد. نتایج آزمایشها نشان داد که در معرض سیال فوق بحرانی قرار دادن نمونه ها منجر به جذب دی اکسیدکربن در حجم آزاد نواحی بی نظم نمونه ها، افزایش تبلور و کاهش مقدار ساختار میانی آنها می گردد. نحوه قرار گرفتن نمونه در سیال فوق بحرانی روی تغییرات ساختاری ایجاد شده در آن و همچنین روی انتقال ساختار میانی به نواحی بلوری یا بی نظم، موثر می باشد. نمونه هایی که تحت تنش در معرض سیال فوق بحرانی قرار گرفته اند در مقایسه با نمونه هایی که در شرایط مشابه و بدون تنش عمل شده اند، از درصد تبلور، آرایش-یافتگی، استحکام و مدول بیشتر، نواحی بی نظم متراکم تر و همچنین از ازدیاد طول تا حد پارگی و مقدار ساختار میانی کمتری برخوردار می باشند. قرار دادن نمونه ها در معرض سیال فوق بحرانی تحت تنش، منجر به انتقال بخشی از ساختار میانی به نواحی بلوری گردیده و لذا باعث افزایش سختی نمونه ها و افزایش مقادیر مدول ذخیره در آنها می گردد. در مقابل، دی اکسید کربن فوق بحرانی منجر به رها شدن بخشی از زنجیرهای کشیده شده در نواحی مزوفاز نمونه هایی که بدون تنش در معرض آن قرار گرفته اند، شـده و آنها را به نواحی بی نظــم منتقــل می سازد. به این ترتیب پاسخ ویسکوز در این نمونه ها تقویت شده و منجر به نرم شدن نواحی بی نظم و کاهش قابل ملاحظه مدول ذخیره آنها می گردد. کاهش آرایش یافتگی و نرم شدن نواحی بی-نظم نمونه هایی که بدون تنش با سیال فوق بحرانی عمل شده اند، منجر به تسهیل حرکت موضعی زنجیرها در نواحی بی نظم آنها گردیده و لذا امکان بررسی تغییرات ایجاد شده در آنها را با افزایش نسبت کشش، در دماهای زیر صفر درجه فراهم می سازد. همچنین مشاهده شد که اعمال کشش سرد و افزایش نسبت کشش در نمونه هایی که در معرض سیال فوق بحرانی قرار گرفته اند، منجر به کاهش ابعاد بلورها در جهت محور الیاف گردیده و همچنین منجر به افزایش ابعاد بلورها در جهات جانبی می گردد. در حالت کلی ملاحظه گردید که در معرض سیال فوق بحرانی قرارگرفتن نمونه ها تحت تنش، منجر به افزایش بیشتر نواحی بلوری و درصد تبلور نمونه ها گردیده و همچنین منجر به تشکیل بلورهایی با ابعاد بزرگتر در آنها می شود. بر مبنای کلیه مشاهدات انجام شده می توان گفت که دی اکسیدکربن فوق بحرانی و نحوه قرار گرفتن نمونه در آن اثر قابل ملاحظه ای بر انتقالات ساختار میانی و تغییر ریزساختار الیاف پلی( اتیلن ترفتالات) دارد.