SUPERVISOR
Dariush Semnani,Hossein Fashandi,Hossein Hasani
داریوش سمنانی (استاد راهنما) حسین فشندی (استاد مشاور) حسین حسنی (استاد راهنما)
STUDENT
Fatemeh Yeganeh
فاطمه یگانه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Modelling and optimizing the thermal comfort properties of knitted fabrics coated with nano-cellulose fibres
Comfort is generally defined as a pleasant state of physical and mental harmony between the human and the environment. Clothing known as a legal system mainly deals with maintaining body temperature based on the human physical activity which is corresponded to the climate changes as well as the environmental condition. During heavy exercises, lots of thermal energy would be resulted due to the body movements which in turn leads to increase the body temperature. Logistically, the body skin starts perspiration until the temperature decreases. Since the perspiration remaining on the skin surface made the human feels discomfort, the ability of clothing in order to transfer such disturbing agent into the surrounding environment is considered as the main issue. To provide the ability of rapid moisture transferring from the body skin, fabric surfaces could be modified using such permeable coatings via different methods among which the electro-spinning is recently considered as a highly effective solution in this regard. Following the given principles, this paper deals with two different types of knitted fabrics, structurally named as double jersey interlock and plain (single jersey) fabrics, in order to investigate their ability in skin comfort maintenance during perspiration. Using the electro-spinning process, surfaces of the prepared fabric samples was covered by cellulosic diacetate nanofibers. Initial to the electrospinning, the process was optimized by changing the controllable parameters included as source voltage, feeding rate, concentration of the spinning solution and drum speed, which could affect the production procedure as well as the quality of final product. Considering different variation levels for the given variables, eighteen design points were chosen for samples preparation based on Taguchi analyzing method. Nanofibers diameters coated on the knitted fabrics surfaces was precisely studied using a scanning electron microscopy. By the help of two methods of PDE (partial differential equations), namely Crank-Nicholson and weighted down, heat and moisture transfer processes of samples were modelled. According to results, the parameter Nano-fibers diameter has a significant effect on heat and humidity transferring. It was also concluded that type of the knitted structure significantly affect the samples air and water vapor permeability as well as the heat and moisture diffusion coefficients. It could be explained that the smaller spaces of nanofiber coated layers are responsible for higher capillarity and capillary strength of the knitted samples. Furthermore, higher thickness of the interlock knitted samples is also considered as an effective factor regarding their heat and moisture permeability. Comparing the nanofiber coated samples with uncoated ones leads to this fact that more capillary spaces within the fabric structure plays an important role in higher moisture and heat transferring process. Double jersey interlock knitted fabrics exhibited such better heat and moisture permeability according to both of analyzing models, particularly the weighted down model. As the final results, it can be claimed that the electrospinning is an effective method for improving the fabrics heat and moisture permeability via applying nanofiber coatings on their surfaces. Key words: electrospinning, weft knitted fabric, partial differential equations, heat and humidity transfer, capillary action, diffusion coefficient, modeling, optimization.
راحتی بهعنوان یک حالت خوشایند از هماهنگی روانی و فیزیکی میان انسان و محیط تعریف میشود. از وظایف عمده پوشاک تشکیل یک سیستم قانونمند برای حفظ دمای بدن، نزدیک به مقدار متعادل در صورت تغییر شرایط جوی محیط و فعالیت فیزیکی است. در حین ورزش و فعالیت های سنگین، بدن مقدار زیادی انرژی حرارتی تولید میکند و دمای بدن افزایش مییابد، برای کاهش دما، بدن بهصورت حجم زیادی مایع و بخار تعریق میکند، ازآنجاییکه عرق به محیط پیرامون منتقل میشود درجه حرارت بدن کاهش مییابد و بدن احساس خنکی میکند. روشهای بسیاری جهت پوشش دادن منسوجات برای تغییر خواص راحتی پارچه وجود دارد، روش الکتروریسی روشی برای پوشش سطوح با الیاف در مقیاس نانو است. در این تحقیق از پوششی از نانو الیاف دی استات سلولز برای افزایش سرعت انتقال رطوبت و حرارت استفاده شده است. دو نوع بافت حلقوی پودی با ساختارهای دورو سیلندر اینترلاک و یکرو سیلندر ساده توسط ماشین بافندگی حلقوی پودی گردباف بافته میشود. سپس سطح پارچههای مذکور توسط فرآیند الکتروریسی با نانو الیاف سلولزی (دی استات سلولز) پوشش داده میشود، فرآیند الکتروریسی با تغییر پارامترهای تأثیرگذار بر نتایج الکتروریسی (ولتاژ، نرخ تغذیه، غلظت محلول الکتروریسی و سرعت دورانی جمع کننده) انجام و بهینهسازی میگردد. تعداد نمونههای مورد آزمایش توسط روش طراحی آزمایشهای تاگوچی 18 نمونه انتخاب میشود، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی قطر نانو الیاف اندازهگیری میگردد. پسازآن آزمایشهای نفوذپذیری بخارآب، نفوذپذیری هوا و در ادامه آزمایشهای انتقال حرارت و رطوبت با استفاده از دستگاهی که بدین منظور طراحیشده است و دما و رطوبت سطح زیر و روی پارچه را اندازهگیری میکند (عملاً شبیهسازی شرایط تعریق بدن انسان را میسر میکند) انجام میشود. فرآیند انتقال حرارت و رطوبت با روش PDE (معادلات دیفرانسیل جزئی) توسط دو روش کرانک نیکلسون و روش وزنی به سمت پایین مدلسازی میشود. با توجه به نتایج حاصلشده قطر نانو الیاف تأثیر معنیداری بر انتقال حرارت و رطوبت ندارند. این درحالی است که نوع بافت تأثیر معنیداری بر مقدارنفوذپذیری هوا و بخارآب، ضرایب انتشار حرارت و رطوبت دارد. مقدار انتقال حرارت و رطوبت توسط متغیر ضریب انتشار مشخص میگردد، بزرگ بودن این متغیر بیانگر بالا بودن سرعت انتقال حرارت و رطوبت است، در نوع بستر دورو سیلندر اینترلاک این متغیر بیشترین مقدار راداراست که علت آن میتواند تراکم بیشتر این نوع پارچه و بهتبع آن کوچکتر بودن فضای کاپیلاری و قدرت مویینگی بیشتر آن باشد، و نیز افزایش ضخامت در اینترلاک به همراه افزایش وزن نیز عاملی جهت جذب بیشتر رطوبت و انتقال حرارت و رطوبت میگردد. درمقایسه نمونههای پوشش یافته با نمونههای بدون پوشش حضور نانو الیاف با فضای مویین عامل مهمی درمطلوب بودن فرایند انتقال رطوبت و حرارت در نمونهها است. نوع بستر دو رو سیلندر اینترلاک خواص انتقال حرارت و رطوبت را در هردو نوع مدلسازی، بهویژه مدل وزنی به سمت پایین بهبود میبخشد، بدین ترتیب فرایند پوشش دهی توسط روش الکتروریسی در بهبود خواص انتقال حرارت و رطوبت مؤثر واقعشده است. کلمات کلیدی: الکتروریسی، پارچه حلقوی پودی، معادلات دیفرانسیل جزئی، انتقال حرارت و رطوبت، مویینگی، ضریب انتشار، مدلسازی، بهینه سازی.