بررسی تأثیر آرایش یافتگی الیاف بر نفوذ پذیری هوا و خصوصیات مکانیکی پارچه های بی بافت با استفاده از هوش مصنوعی

امروزه مواد الیاف محور در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند. کامپوزیت های تقویت شده با الیاف به عنوان یک ماده مستحکم و سبک در بسیاری از کاربردهای مهندسی عمران و سازه ها به کار می روند. داربست های متخلخل الیافی برای رشد بافت های زنده در مهندسی بافت نقش حمایتی خود را بعهده دارند. لایه های الیافی به عنوان جاذب در بسیاری از کاربردهای فنی و پزشکی به کار گرفته می-شوند. علاوه بر این محدوده وسیعی از مواد الیافی وجود دارند که بطور روزمره در زندگی استفاده می گردند. ساختار این مواد الیافی برگرفته از آرایش الیاف است که بطور عمومی با جهت قرارگیری آنها و آرایش انباشتگی آنها توصیف می گردد. اصولاً آرایش یافتگی الیاف خصوصیات مکانیکی سازه های الیافی را تعیین می کند. آرایش یافتگی الیاف ناهمگنی در خصوصیات وب های مورد استفاده در تهیه یک نوع معین بی بافت یا ساختارهای کامپوزیتی را نیز تعیین می کند. خصوصیات مکانیکی پارچه های بی بافت با استفاده از خصوصیات اجزاء پارچه و آرایش ساختاری این اجزا تعیین می‍شود. در میان جنبه های مهم مورفولوژی لیف، آرایش الیاف، فر الیاف و ضخامت می باشد. تغییرات آن ها می تواند روی رفتار مکانیکی و مکانیسم های شکست موثر باشد، این پارامترها به راحتی قابل تغییر هستند و به آسانی طی تولید به منظور بهبود عملکرد و طراحی پارچه قابل کنترل می باشند. آرایش الیاف همچنین رفتارهای نفوذپذیری سیال و جذب سیال را نیز تعیین می کنند. نفوذپذیری سازه های الیافی غیرهمگن بسیار مرتبط با آرایش یافتگی الیاف که تأثیرگذار بر ناهمگنی ساختاری پارچه های بی بافت است می-باشد. الیاف در پارچه بی بافت به ندرت به طور تصادفی کامل آرایش یافته هستند و الیاف اکثراً در جهات مختلف به صورت صفحه ای قرار گرفته اند. خواص مکانیکی مانند استحکام، نفوذپذیری، سختی خمشی و پیچشی و ... و همچنین خواص فیزیکی مانند شکل تخلخل و توزیع آنها با آرایش یافتگی لایه کنترل می شوند. تخلخل بی بافت نقش عمده ای در خواص انتقالی مانند انتقال حرارت و رطوبت دارد. آرایش این الیاف ناشی از فرایندهای پیوند و تشکیل وب می باشد. آرایش های قطعات الیاف در پارچه بی بافت در دو و سه بعد هستند. بنابراین تعیین خصوصیات آرایش یافتگی الیاف در سطح مقطع پارچه های بی بافت و تأثیر آن بر خصوصیات مکانیکی و انتقال حرارتی نمونه ها موضوعی بود که در این پروژه به آن پرداخته شد. برای این منظور بعد از تهیه نمونه های مورد نیاز سطح مقطع نمونه ها برش داده شده و از آنها عکس هایی تهیه گردید. جهت استخراج خصوصیات هندسه سطح مقطع نمونه ها از روش پردازش تصویر که امروزه به روشی مدرن و پرکاربرد در تعیین خصوصیات ظاهری منسوجات و دیگر مواد تبدیل گشته است استفاده شد. با استفاده از این روش خصوصیات اندازه میانگین منافذ و توزیع آنها در سطح مقطع به دست آمد و تأثیر آن بر خصوصیات مکانیکی پارچه بررسی شد. همچنین در این تحقیق مدل شبکه عصبی مصنوعی به منظور پیش بینی خصوصیات مکانیکی پارچه ها با استفاده از هندسه سطح مقطع طراحی گردید. نتایج آزمایشات و بررسی ها نشان داد که خصوصیات اندازه منافذ و توزیع آنها در سطح مقطع رابطه مستقیمی با خصوصیات مکانیکی و انتقال حرارت نمونه ها دارد. همچنین مدل شبکه عصبی طراحی شده نیز نشان داد که مدل هایی موفق در پیش بینی خصوصیات مکانیکی نمونه ها با استفاده از خصوصیات هندسه سطح مقطع آنها می باشند.