مطالعه ريزساختار الياف پلي(اتيلن ترفتالات) با استفاده از كربن‌دي‌اكسيد ابربحراني

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

در اين مقاله، الياف POY پلي(اتيلن­ ترفتالات) با نسبت­‌هاي كشش مختلف در دماي محيط كشيده شدند تا مقادير متفاوت از ساختارهاي گذار (مياني) در آنها تشــكيل شود. ساختار گذار از زنجيرهاي پليمري با نظم مزومورفيك تشكيل شده است كه نقش مهمي در ساختار نهايي الياف ايفا كرده است. بنابراين، مطالعه تغييرات ايجاد شده در بر اثر عمليات بعدي حايز اهميت است. در مرحله بعد، نمونه­‌هاي اوليه و نمونه‌­هاي كشيده شده را در دو شرايط تنش و بدون تنش در معـــرض كربن‌ دي­‌اكسيد ابربحراني قرار داده و تغييرات ايجاد شده در ريز ساختار آنها با استفاده از روش­‌هاي متداولي چون گرماسنجي پويشي تفاضلي، طيف­سنجي زيرقرمز تبديل فوريه، ضريب شكست مضاعف و خواص مكانيكي مطالعه شده است. سازگاري خوبي ميان نتايج آزمون‌هاي مختلف مشاهده شد. مقايسه نتايج حاصل از طيف­‌سنجي زيرقرمز تبديل فوريه و گرماسنجي پويشي تفاضلي نشان داد، كشش نمونه­‌ها در دماي محيط و همچنين افزايش نسبت كشش در آنها، منجر به افزايش مقدار زنجيرهاي كشيده شده در نواحي بي­نظم و در نتيجه آن مقدار ساختار گذار در نمونه­‌ها مي­‌شود. همچنين نتايج آزمون‌ها نشان داد، با قراردادن نمونه­‌ها در معرض سيال ابربحراني، كربن دي­‌اكسيد در حجم آزاد و نواحي بي­‌نظم نمونه­‌ها جذب شده و در نتيجه منجر به افزايش تبلور و انتقال در ساختارهاي گذار آنها ‌مي‌شود. نحوه قرارگرفتن نمونه در سيال ابربحراني روي تغييرات ساختاري ايجاد شده در آن و همچنين روي انتقال ساختار گذار به نواحي بلوري يا بي­‌نظم، موثراست. نمونه­‌هايي كه تحت تنش در معرض سيال ابربحراني قرار گرفته‌­اند، در مقايسه با نمونه‌­هايي كه در شرايط مشابه و بدون تنش عمل شده­اند، درصد تبلور بيشتر و نواحي بي­نظم متراكم­‌تر و نيز مقدار ساختار گذار كمتري دارند. بنابراين مي‌­توان گفت، در معرض سيال ابربحراني قرار گرفتن نمونه­‌ها منجر به تغييرات ساختاري از قبيل تبلور، آرايش‌يافتگي و انتقالات ميان شكلي در آنها مي‌­شود.

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.