الكتروريسي عمودي الياف نانوكامپوزيتي UHMWPE/ZnO در دماي زياد

Vertical Electrospinning of UHMWPE/ZnO Nanocomposite Fibers at High Temperature

پلي‌اتيلن با وزن مولكولي بسيار زياد (UHMWPE) به‌عنوان پليمري گرمانرم، با خواص تريبولوژيكي و مكانيكي استثنايي، به‌ويژه به شكل الياف بسيار كارآمد، خيلي مورد توجه است. در پژوهش حاضر، الكتروريسي كه به‌عنوان روشي آسان، كم‌هزينه و با بازده زياد براي توليد پيوسته الياف ظريف با قطرهاي ميكروني، حتي نانومتري شناخته مي‌شود، براي توليد الياف نانوكامپوزيتي UHMWPE/ZnO به‌كار گرفته شد. الكتروريسي UHMWPE به‌ دليل انحلال‌پذيري ضعيف آن در حلال‌هاي رايج و رسانايي الكتريكي بسيار كم محلول آن، با مشكلات و محدوديت‌هاي متعددي روبروست. از مهم‌ترين آنها ضرورت زياد نگاه‌داشتن دماي سامانه براي جلوگيري از كاهش دما و ژل‌شدن محلول حين ريسندگي است. در اين پژوهش، ساخت الياف نانوكامپوزيتي UHMWPE/ZnO با سه سطح از بارگذاري ‌نانوذرات روي اكسيد (5/2، 5 و %5/7 وزني) به روش الكتروريسي عمودي اصلاح يافته در دماي زياد انجام شد. سامانه الكتروريسي مزبور به گرم‌كن‌هاي زيرقرمز، مجهز شد. ابتدا شرايط براي توليد الياف UHMWPE يكنواخت بدون شكل‌شناسي دانه‌اي با قطر متوسط µm 25/0±8/1، تنظيم شد. در اين شرايط، الياف نانوكامپوزيتي UHMWPE/ZnO نيزحاوي درصد‌هاي وزني مختلف نانوذرات روي اكسيد توليد شد. الياف نانوكامپوزيتي UHMWPE/ZnO قطر متوسط بيشتري را متناسب با درصد نانوذرات اضافه شده نشان مي‌دهد. شكل‌شناسي و چگونگي پراكنش نانوذرات در الياف نانوكامپوزيتي، با آزمون ميكروسكوپي الكتروني پويشي (FE-SEM) مجهز به تحليل كيفي EDAX همراه با تصويربرداري نگاشت ارزيابي شد. نتايج، پراكنش بسيار خوب نانوذرات روي اكسيد را به‌ دليل سازگاري با حلال و UHMWPE، نشان مي‌دهد.

UHMWPE, as a thermoplastic polymer and especially in the form of high performance fiber, has attracted much interest due to its exceptional tribological and mechanical properties. In this work, electrospinning process, known as a versatile, low cost, highly efficient and suitable technique for continuous production of fine fibers in micron or nanometer scale is employed to fabricate the UHMWPE/ZnO nanocomposite ?bers. Electrospinning of UHMWPE has some inherently serious problems and limitations, due to its poor solubility in common solvents and low electrical conductivity of its solution. The most important issue is the necessity of maintaining the system temperature sufficiently high to prevent temperature depression and solution gelation during spinning. Fabrication of UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers, containing 2.5, 5 and 7.5 wt% of ZnO nanoparticle, was carried out by self-modified vertical electrospinning at high temperature. An electrospinning system was first equipped with an infrared emitter (IR heaters) and then the conditions for fabrication of bead-free uniform UHMWPE fibers with an average diameter of 1.8±0.25mm were implemented. Under the acquired conditions, uniform and bead-free UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers containing various percentages of ZnO nanoparticles were also successfully produced. UHMWPE/ZnO nanocomposite fibers exhibited much higher average diameter proportional to added percentage of nanoparticles. The morphology and the quality of nanoparticles dispersion within nanocomposite fibers were evaluated using field emission scanning electron microscopy (FESEM) equipped with EDAX mapping spectra. The results showed a well dispersed morphology, which was attributed to good compatibility between the ZnO nanoparticles, solvent and UHMWPE matrix.