کاربرد نانوتکنولوژی در تولید منسوجات با کارایی بالا
مقدمه :
این مقاله خلاصه ای از تحولات اخیر نانوتکنولوژی در حوزه ی نساجی شامل شکل گیری و تکمیل منسوجات است . در این مبحث تلاش شده است تا جزئیات دو جنبه ی فنی مطرح ، یعنی استفاده ی مستقل از ساختارهای در مقیاس نانو و بکارگیری تکنیک های مخصوص برای ایجاد نانوساختارها در مواد نساجی روشن شود .
نانوتکنولوژی ، فن آوری نوین میان رشته ای است که در دهه ی اخیر باعث شکوفایی و جهش عظیم در بسیاری از حوزه ها شامل علوم مواد ، مکانیک ، الکترونیک ، نور ، پزشکی ، پلاستیک ، انرژی و هوا فضا شده است . اثرات عمیق نانو تکنولوژی به عنوان یک محرک عظیم در جهت نیل به انقلاب صنعتی دوم در مطرح شده است .
پیشوند" نانو" در نانوتکنولوژی از واژه ای یونانی به معنای "بسیار ریز" ( dwarf ) اقتباس شده است . دانشمندان از این پیشوند جهت نشان دادن 9- 10 یا یک بیلیونیم استفاده می کنند . یک نانومتر معادل یک بیلیونیم متر است که حدود 000/100 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است . کوشش های نانو تکنولوژی در جهت دستکاری در اتم ها ، مولکول ها و ذرات در مقیاس نانو با شرایط دقیق وکنترل شده و به منظور ساخت و ایجاد موادی با سازمان بنیادی جدید و خصوصیات نوین هدف گذاری شده است .
نانوتکنولوژی برپایه ی " همگذاری اتمی " است که برای اولین بار به طور رسمی در سال 1959 به وسیله ی فیزیکدانی به نام ریچارد فینمن مطرح شد. نانوتکنولوژی ، یک فناوری " از پایین به بالا" و به معنای توانایی در ایجاد واحدهای کوچک و دقیق مواد است که از این رو با آنچه در کارخانجات تولیدی به عنوان فرایند" از بالا به پایین " مرسوم است تفاوت بنیادینی دارد . بنابراین محصولات منتجه نقصان کمتر و کیفیت بالاتری را دارند .
بنیان نانوتکنولوژی بر اساس این حقیقت پایه گذاری شده است که مشخصات مواد با کاهش مقیاس تا محدوده ی نانو به طور چشمگیری متحول می شود. وقتی که مواد حجیم به ساختارهایی کوچکتر که یک و یا چند بعد آن (مانند طول ، عرض و یا ضخامت ) در محدوده ی نانومتر و یا حتی کمتر است تقسیم شوند ، ذراتی منحصر به فرد و خصوصیاتی غیرقابل پیش بینی مشاهده می شود که با ویژگیهای مواد حجیم تفاوتهای بارزی دارد. ثابت شده است که اتم ها و مولکول ها رفتارهای کاملاً متفاوتی نسبت به مواد حجیم دارند به طوری که رفتار اتمها و مولکولها را بر اساس مکانیک کوانتوم و مشخصات مواد حجیم را با مکانیک کلاسیک توجیه می کنند . ما بین این دو محدوده ی مشخص ، حیطه ی نانومتر قرار دارد که آستانه ی گذار نامشخصی برای رفتار مواد محسوب می شود . به عنوان مثال سرامیک که به طور معمول شکننده و ترد است درصورتیکه ابعادش به محدوده ی نانو کاهش یابد ، به آسانی می تواند تغییر شکل دهد . ذرات طلا در محدوده ی nm1 رنگ قرمز را از خود نشان می دهند. با ورود مقادیر اندکی از ذرات نانو به ماتریس پلیمری که در محدوده ی ابعادی مشابه قرار دارد ، باتعامل ایجاد شده کارایی سیستم حاصله رشد بی نظیری می یابد . موارد فوق الذکر از جمله ی دلایل تأمین بالای اعتبار ، تحقیقات فعال و توجه رسانه ای بدین فناوری به شمار می رود .
در حال حاضر صنعت نساجی نیزتحت الشعاع نانوتکنولوژی قرار گرفته است . تحقیقات نانوتکنولوژی در بهبود کارایی و ایجاد خصوصیات بی نظیر در مواد نساجی ، پیشرفت های مؤثری را ایجاد کرده است . غالب این تحقیقات در استفاده از مواد در مقیاس نانو و تولید ساختارهای نانو در طی فرآیند تولید و یا مراحل تکمیل منسوج متمرکز است.
کاربرد نانو تکنولوژی در تولید الیاف مرکب ( کامپوزیت ) :
الیاف مرکب با ساختار نانو هنوز در ابتدای راه پیشرفت قرار دارد این در حالی است که در آینده کاربردهای بیشتری این مواد را شاهد خواهیم بود . در الیاف مرکب نانوفیلرهایی (پر کننده) نظیر نانو ذرات ( رس ، اکسیدهای فلزی و کربن ) ، نانوالیاف گرافیتی ( GNF ) و نانو تیوب های کربن ( CNT ) بکار می روند. علاوه بر این الیاف مرکب با ساختار نانو را می توان از طریق فرآیند شکل گیری فوم (Foam-Forming) و بدون استفاده از نانوفیلرها تولید کرد.
کارکرد اصلی نانو فیلرها افزایش استحکام مکانیکی و ارتقاء خصوصیات فیزیکی نظیر رسانایی و رفتارآنتی استاتیک می باشد . به علت محدوده ی وسیع سطحی ، نانو فیلرها می توانند بر هم کنش مناسبی را با ماتریس پلیمری ایجاد نمایند . این احتمال که نانوفیلرها در حرکت زنجیره ی پلیمری دخالت کنند و از این رو باعث کاهش قابلیت حرکتی زنجیرها شوند وجود دارد. در صورت توزیع یکنواخت این مواد درماتریس پلیمر ، نانو ذرات قادرند نیرو را منتقل کرده ، سختی و مقاومت سایشی را افزایش دهد . نانوالیاف قابلیت تقلیل تنش وارده به ماتریس پلیمری و افزایش استحکام کششی الیاف مرکب را دارند .
دیگر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی الیاف مرکب به خصوصیات ویژه ی نانو فیلر مورد مصرف بستگی دارد . توزیع نانو فیلرها در ماتریس های پلیمری از طرق مکانیکی و شیمیایی از عوامل مهم در ایجاد کیفیت بالا درالیاف مرکب با ساختار نانو محسوب می شود . اگرچه بعضی از این نانوفیلرها مانند خاک رس ، اکسیدهای فلزی و کربن در دهه های پیشین نیز به عنوان میکروفیلر در تولید مواد کامپوزیتی مورد استفاده قرار می گرفتند اما کاهش اندازه ی این مواد تا مقیاس نانو باعث افزایش کارایی و ظهور بازار جدیدی برای این مواد شده است .
نانوالیاف و نانوذرات کربن :
نانو الیاف و نانو ذرات کربن از متداولترین نانوفیلرها محسوب می شوند . نانو الیاف کربن با توجه به نسبت طول به قطرشان به طور مؤثری قابلیت افزایش استحکام کشتی الیاف مرکب را دارند ؛ همچنین نانوذرات کربنی نیز قادرند مقاومت سایشی و سختی را بهبود بخشند . این دو ماده همچنین مقاومت شیمیایی و هدایت الکتریکی بالایی دارند . تا به حال پلیمرهای لیفی شکل مختلفی به عنوان ماتریس مورد تحقیق قرار گرفته اندکه از این جمله می توان پلی استر ، نایلون و پلی اتیلن را نام برد که با افزودن 5-20 % در صد وزنی فیلر مورد آزمایش قرار گرفته اند .
ذرات نانویی خاک رس : (Nanoclay)