Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed-Abdolkarim Hoseini,Seyed.Gholamreza Etemad
سیدعبدالکریم حسینی (استاد راهنما) سیدغلامرضا اعتماد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sedigheh Borhani
صدیقه برهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383

TITLE

Experimental and Theoretical Investigation on the Effects of Structural Characteristics of PAN Nanofiber Mats on their Transport Properties
Physical properties of nanofiber mats depend on their structural characteristics. So the effects of polymer concentration on the structural characteristics such as fibers diameter, surface porosity and surface roughness of nanofiber mats were measured. To evaluate the surface roughness of nanofiber mats, new non-contact methods such as atomic force microscopy (AFM) and image analysis methods were used. Mean coverage of nanofiber mats was calculated by using theoretical equation. Result showed that increasing the PAN polymer solution enhanced the nanofibers diameter but reduced the surface porosity of nanofiber mats. Because the diameter and surface porosity are parameters that possess mutual effects, a structural parameter was introduced, and then its relation to the air permeability and surface roughness of nanofiber mats was investigated. The results present a strong dependence between structural parameter, and air permeability and the surface porosity of nanofiber mats. It was also found that there is a good correlation between the surface roughness obtained by two methods. Bulk porosity of nanofiber mats is one of the important parameters that affects on their heat and moisture transfer. Bulk nanofiber mats with different porosity were produced by using a modified electrospinning method. The effect of bulk porosity to the air permeability and the coupled heat and moisture transfer of nanofiber mats were investigated by theoretical and experimental methods. A mathematical model was used to describe and predict the coupled heat and moisture transfer of nanofiber mats. The orders of magnitude of terms in the model were determined by using scale analysis method. Although on the basis of the results, order of magnitude of heat transfer by radiation is negligible for nanofiber mats, heat transfer by convection is important. So two models were used to describe and predict the coupled heat and moisture transfer of nanofiber mats. In the first model, it was assumed that heat was only transferred by conduction, and then model was developed by consideration of heat transferred by conduction and convection. The models were solved numerically by finite difference method and theoretical and experimental results were compared to validate the models. Results showed that the bulk nanofiber mats had very high bulk porosity (more than 99%). Experimental results also showed that coupled heat and moisture transfer of these nanofiber mats are high. By results, the presence of nanofiber mats on the substrate tends to considerable reduction in the air permeability but the moisture transfer did not considerably change. Theoretical and experimental results were compared and better agreement was observed between the experimental and developed model results, indicating that the developed model is satisfactory.
خواص فیزیکی ریزلایه‌ها به مشخصه‌های ساختاری آنها وابسته است، لذا تاثیر غلظت محلول پلیمری پلی‌اکریلونیتریل بر مشخصه‌های ساختاری شامل قطرالیاف، تخلخل سطحی و زبری سطح ریزلایه‌ها بررسی گردید. از روش‌های جدید غیر تماسی شامل پردازش تصویر و میکروسکوپ نیروی اتمی برای ارزیابی زبری سطح استفاده شد. در بررسی نتایج مشاهده شد که افزایش غلظت محلول پلیمری افزایش قطر نانوالیاف وکاهش تخلخل سطحی ریزلایه را به همراه دارد. با استفاده از روابط تئوری، میانگین پوشش ریزلایه‌ها محاسبه گردید و با توجه به وابستگی قطر نانوالیاف و تخلخل سطحی ریزلایه، مشخصه ساختاری مناسب تعریف شد و سپس ارتباط آن با نفوذپذیری هوا و زبری سطح ریزلایه بررسی گردید. نتایج بدست آمده نشان دادند که بین مشخصه ساختاری و نفوذپذیری هوا و زبری سطح ریزلایه‌ها همبستگی خوبی وجود دارد. همجنین با بررسی نتایج زبری سطح حاصل از دو روش پردازش تصویر و میکروسکوپ نیروی اتمی ملاحظه شد که از نظر آماری بین نتایج حاصل از دو روش توافق خوبی وجود دارد. تخلخل توده یکی از مشخصه‌های مهم و اثرگذار بر انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه‌ها می‌باشد، لذا با استفاده از روش الکتروریسی اصلاح شده ریزلایه‌های حجیم با تخلخل توده متفاوت تهیه شدند و تاثیر تخلخل توده بر انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه‌ها بصورت تجربی و نظری مورد بررسی قرار گرفت. یک مدل ریاضی برای پیشگویی رفتار انتقال رطوبت و حرارت ریزلایه‌های حجیم استفاده شد. مرتبه اهمیت هر یک از شیوه‌های انتقال حرارت در مدل استفاده شده جهت پیشگویی انتقال همزمان رطوبت و حرارت، با استفاده از روش تحلیل مقیاسی تعیین گردید. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه گردید که در مورد ریزلایه‌ها انتقال حرارت به شیوه تشعشع از اهمیت بسیار ناچیزی برخوردار است در حالیکه انتقال حرارت به شیوه جابجایی دارای اهمیت زیادی می‌باشد. با توجه به نتیجه حاصل از تحلیل مقیاسی، دو مدل جهت توصیف و پیشگویی رفتار انتقال رطوبت و حرارت ریزلایه‌ها مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا فقط انتقال حرارت به روش هدایت در مدل مورد توجه قرار گرفت و سپس با اضافه کردن انتقال حرارت توسط جابجایی، مدل اصلاح گردید. مدل‌ها با استفاده از روش اختلاف محدود بطور عددی حل شدند و جهت ارزیابی قابلیت آن‌ها برای پیشگویی انتقال همزمان رطوبت و حرارت از ریزلایه‌ها‌ی حجیم ، نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شدند. با توجه به نتایج حاصل از اندازه‌گیری تخلخل توده ریزلایه‌های حجیم، مشاهده شد که این ریزلایه‌ها بسیار متخلخل (تخلخل بیش از%99) هستند. ارزیابی تجربی انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه‌های حجیم، بیانگر قابلیت بسیار بالای آن‌ها در انتقال رطوبت و حرارت می‌باشد. نتایج تجربی نشان دادند که افزایش تخلخل توده با افزایش انتقال رطوبت و حرارت ریزلایه همراه است . همچنین مشاهده شد که در اثر قرار گرفتن ریزلایه بر روی زمینه، نفوذپذیری هوا به مقدار محسوسی کاهش می‌یابد ولی انتقال رطوبت از ریزلایه تغییر محسوسی نمی‌کند. مقایسه نتایج تجربی و نتایج حاصل از مدل سازی، بیانگر قابلیت بسیار خوب مدل‌های استفاده شده جهت پیشگویی رفتار انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه‌ها می‌باشد و مدل اصلاح شده برای پیشگویی رفتار انتقال حرارت ریزلایه‌ها مناسبتر می‌باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی