Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Youssefi,Mohammad Zhiani
مصطفی یوسفی (استاد راهنما) محمد ژیانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Asiye Pichan
آسیه پیچان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Production and study of electrical and mechanical properties of polypropylene/polyaniline fibers by melt spinning method
The demand for electrically conductive fibers and textiles structures which are used for industrial materials like sensors, electro-static discharge, electromagnetic interference shielding, data transfer in clothing and for military applications like camouflage technology is growing up. Conductive fibers based on polymers are produced both by coating of non-conductive fibers with a conductive polymer and by wet or melt-spinning of conductive polymers or a compound of conductive and non-conductive polymers. In this thesis polyaniline was synthesized using chemical method. Polypropylene, polyaniline and dodecyl benzene sulfonic acid were melt blended using a twin screw extruder to achieve a homogeneous composition and relevant granules were prepared. Composite filament yarns which contained 1.7wt% and 5wt% polyaniline were produced using a melt spinning aparatus. Mechanical properties of the composite fibers were measured using a tensile strength tester. Morphological properties of the fibers were studied using light and field emission electron microscopy (FESEM). Electrical conductivity of the samples (composite granules, fibers and stretched fibers) were studied. Also to improve the electrical properties of composite granules and fibers containing polypropylene, polyaniline and dodecylbenzene sulfonic acid, the samples were immersed in inorganic hydrochloric and sulfuric acids. In order to investigate the effect of this inorganic acids on the crystallization and thermal behavior of composite fibers, DSC tests were performed. Also, the effect of acid on the samples were analyzed by UV-Vis test. The FESEM images show the melt blending of polypropylene and polyaniline is homogeneous. Tensile strength and modulus of the composite fibers were about 35MPa and 1000MPa, respectively and these data are in the range of the strength and modulus of fibers which are used in the textile industry. Electrical conductivity of the composite granules measured by four-point method was in the range of semiconductor materials. In fact, with the addition of 5% polyaniline to the non-conductive polypropylene with the conductivity of 10 -14 S/cm, the electrical conductivity of the composite granules increased with the order of 10 8 times to about 10 -6 S/cm. The study revealed that with the increasing of draw ratio of the fibers, the conductivity of them is improved. It seems that the conductive paths within the composite fibers expand due to drawing. Inorganic acids dope non-conductive emeraldine base polyaniline particles in the granules (and fibers) and expand conductive polyaniline phase and as a consequence their conductivity increases. Electrical conductivity of hydrochloric acid treated granules was higher than that for sulfuric acid treated ones and this may be due to smaller size (higher mobility) of chloride groups in hydrochloric acid than sulfate groups in sulfuric acid. DSC results showed that acid-treated fibers have lowerr crystallinity than that of non-treated fibers. Therefore, it seems that polyaniline/dodecyl benzene sulfonic acid phase is expanded due to acid treating and phase crystallization of polypropylene is reduced. Also, UV spectroscopy studies showed that in acid treated samples transitional ? ? ?* mutations are higher than those of non-treated samples and this confirms improved electrical conductivity of acid-treated sample fibers. Keywords: polypropylene, polyaniline, mechanical properties, electrical properties
کاربرد الیاف و ساختارهای منسوج با خاصیت رسانایی الکتریکی در زمینه های صنعتی مانند حسگرها، حفاظت از مداخله امواج الکترومغناطیس در رادارها و انتقـال اطـلاعات در لباس هایی با کاربرد نظامی مانند استتار می باشد. الیاف رسانای پلیمری به دو روش تولید می شوند. در روش اول الیاف با پلیمرهای رسانا پوشش داده می شوند و روش دوم تولید این الیاف به روش ترریسی یا ذوب ریسی است. در این پژوهش پلی آنیلین به روش شیمیایی از مونومر آنیلین سنتز شد. سپس با اضـافه کردن ذرات پلی آنیلین و دوپـه کننده دودسیل بنزن سولفونیک اسید به پلیـمر پلی پروپیلن و اختلاط در حالت مذاب برای دستیـابی به ترکیب همگن، دانه hy;ی مناسبی تهیه گردید و با استفـاده از روش ذوب ریسی، فیلامنت الیـاف ترکیب حاصله در مقادیر 7/1% و 5% پلی آنیلین تولیـد شد. خواص مکانیکی با اندازه گیری استحکام کششی و مدول اولیه الیاف و خواص ساختاری الیاف توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی FESEM مورد ارزیابی قرار گرفت. رسانایی الکتریکی نمونه ها نیز در سه حالت دانه، الیاف ریسیده شده و الیاف کشیده شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در این پروژه به منظور بهبود خواص الکتریکی فیـلامنت و دانه الیـاف تهیه شده از آمیزه ی پلی پروپیـلن و پلی آنیلین/دودسیل بنزن سولفونیک اسید، این نمونه ها به روش غوطه وری تحت تأثیر دو اسید غیرآلی سولفوریک اسید و کلریدریک اسید قرار گرفتند. به منظور بررسی تأثیر اسید بر تبلور و رفتار حرارتی نمونه ها آزمون DSC انجام گرفت. همچنین تأثیر اسـید بر روی نمونه ها توسط آزمون UV-Vis نیز، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ FESEM نشان داد که ترکیب پلی پروپیلن و پلی آنیلین همگن است. استحکام و مدول الیاف تهیه شده به ترتیب در حدود MPa 35 و MPa 1000 اندازه گیری شد که قابلیت استفاده از این الیاف در صنعت نساجی مورد تأیید می باشد. بر اساس اندازه گیری رسانایی الکتریکی دانه الیاف تولید شده به روش چهار نقطه ای، رسانایی ترکیب حاصله از دو فاز پلی پروپیلن و پلی آنیلین/دودسیل بنزن سولفونیک اسید در محدوده مواد نیمه رسـانا بود. در واقع با افزودن 5% پلی آنیلین به پلیمر عایق با رسانایی 14- 10 زیمنس بر سانتیمتر، رسانایی الکتریکی به میزان 10 8 برابر یعنی در حدود 6- 10 زیمنس بر سانتیمتر افزایش یافته است. رسانایی هر دو نمونه الیاف تولیدی تحت تأثیر کشش بهبود یافت؛ در حقیقت اعمال کشش سبب آرایش شبکه رسانا درون زمینه پلیمری می شود و مسیر رسانایی را گسترش می دهد. تأثیر اسید بر روی دانه الیاف (والیاف) سبب دوپ شدن ذرات پلی آنیلین با فرم نارسانای باقی مانده در الیاف شد و مسیر رسانای فاز پلی آنیلین گسترش یافت؛ بدین ترتیب عملکرد اسید بر روی تمامی نمونه ها، سبب افزایش رسانایی آنها گشت. روند افزایش رسانایی الکتریکی برای دانه الیاف (و الیاف) عمل شده با کلریدریک اسید بیشتر از سولفوریک اسید است، زیرا گروه کلرید در کلریدریک اسید کوچکتر از گروه سولفونه در سولفوریک اسید می باشد و بدین ترتیب قابلیت تحرک برای این گروه بیشتر است که در نهایت سبب افزایش رسانایی در تمامی نمونه ها می شود. نتایج حاصل از آزمون DSC نشان داد نمونه الیاف عمل شده با اسید تبلور کمتری نسبت به نمونه الیاف عمل نشده با اسید دارد. در حقیقت اسید سبب گسترش فاز پلی آنیـلین/دودسیل بنزن سولفونیک اسید می شود و گسترش هر چه بیشتر این فاز سبب کاهش تبلور در زمینه پلی پروپیلن شده است. همچنین مطالعات طیف سنجی UV نشان داد که، جهش های انتقالی *??? در نمونه های عمل شده با اسید بیشتر از نمونه ی عمل نشده با اسید می باشد و این امر نشانگر بهبود رسانایی الکتریکی این نمونه الیاف شده است. کلمات کلیدی: پلی آنیلین، پلی پروپیلن، خواص مکانیکی، خواص الکتریکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی