Mechanical Properties of an Electrospun Polymer Fibre-Metal Oxide Nanocomposite Mat

• Autorzy: Krupa A. , Jaworek A. , Sundarrajan S. , Pliszka D. , Ramakrishna S.

Warianty tytułu

PL

Właściwości fizyczne materiałów nanokompozytowych włókninowotlenkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents experimental results on the investigations of mechanical properties of nanocomposite mats produced by the method of core-shell electrospinning. By this method, the nanofibers were covered with metal-oxide nanoparticles, co-deposited from colloidal suspension during the process of electrospinning. A novel co-extrusion nozzle, with electrospun polymer solution flowing through the central nozzle and colloidal suspension of nanoparticles through the co-axial annular nozzle, was designed for the production of electrospun nanofibers. The experiments were carried out for the polyvinyl chloride (PVC), polysulphone (PSU) and polyvinylidene fluoride (PVDF) dissolved in suitable solvents. The 5 wt.% of TiO2 particles were suspended in THF with an addition of Dynasylan R Memo (Degussa). The diameter of the produced fibers varied from 400 to 800 nm for an appropriate polymer concentration. The tensile stress at maximum load for polymer mats with TiO2 nanoparticles was 0.64 š 0.05 MPa, 0.25 š 0.03 MPa, and 2.97 š 0.30 MPa for PVC, PSU, and PVDF, respectively. The tensile modulus was 13.2 š 1.1 MPa, 15.2 š 1.5 MPa, and 20.6 š 2.0 MPa, for PVC, PSU, and PVDF, respectively. The sample elongation at break point was 68.2%, 53.1%, and 149% for PVC, PSU, and PVDF, respectively.

PL

W pracy zbadano wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie nanowłóknin wytworzonych metodą elektroprzędzenia współbieżnego włókien z nanocząstkami tlenków metali. Metoda ta polega na jednoczesnym elektroprzędzeniu nanowłókien polimerowych i ich pokrywaniu nanocząstkami. W tym celu zaprojektowana została specjalna dysza współbieżna, w której przez dyszę wewnętrzną (centralną) przepływa roztwór polimeru a przez dyszę zewnętrzną (pierścieniową) przepływa koloidalna zawiesina cząstek osadzanych na powierzchni włókna. Badania procesu współbieżnego elektroprzędzenia nanowłókniny przeprowadzono dla polichlorku winylu (PVC), polisulfonu (PSU) i polifluorku winylidenu (PVDF) rozpuszczonych w odpowiednich rozpuszczalnikach. Nanowłókniny pokrywane były nanocząstkami TiO2 tworzącymi w THF z dodatkiem Dynasylan R Memo firmy Degussa 5% zawiesinę koloidalną. Dobierając odpowiednie składniki polimerów i ich rozpuszczalników zapewniających stabilne elektroprzędzenia wytworzono włókna o średnicach od 400 do 800 nm. Naprężenia maksymalne w próbkach włóknin polimerowych z PVC, PSU i PVDF z cząstkami TiO2 wynosiły odpowiednio: 0.64 š 0.05 MPa, 0.25 š 0.03 MPa, i 2.97 š 0.30 MPa. Moduł sprężystości dla tych próbek wynosił odpowiednio: 13.2 š 1.1 MPa, 15.2 š 1.5 MPa, i 20.6 š 2.0 MPa. Wydłużenie względne do momentu zerwania próbki wynosiło 68.2%, 53.1% i 149%.

Słowa kluczowe

EN

electrospinning; nanocomposite mat; tensile stress; filtration mat

PL

elektroprzędzenie współbieżne; nanowłóknina; naprężenie rozciągające; materiały nanokompozytowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 20, no. 2 (91)
• Strony: 22--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Krupa A.

autor

Jaworek A.

autor

Sundarrajan S.

autor

Pliszka D.

autor

Ramakrishna S.

• Poland, Gdańsk, The Szewalski Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Science

Bibliografia

• 1. Doshi J, Reneker DH. Electrospinning process and applications of electrospun fbres. Journal of Electrostatics 1995; 35, 2-3: 151-160.
• 2. Ramakrishna S, Fujihara K, Teo WE, Lim TCh, Ma Z. An introduction to elec-trospinning and nanofbers. World Scientifc, 2005.
• 3. Teo WE, Ramakrishna S. A review on electrospinning design and nanofbre assemblies. Nanotechnology 2006; 17: R89–R106.
• 4. Ramakrishna S, Fujihara K, Teo WE, Yong T, Ma Z, Ramaseshan R. Electrospun nanofbers: solving global issues. Materials Today; 2006, 9, March: 40-50.
• 5. Jaworek A, Krupa A, Lackowski M, Sobczyk AT, Czech T. Ramakrishna S, Sundarrajan S, Pliszka D. Nanocomposite fabric formation by electrospinning and electrospraying technology. Journal of Electrostatics 2009; 67, 2-3: 435-438.
• 6. Jaworek A, Krupa A, Lackowski M, Sobczyk AT, Czech T, Ramakrishna S, Sundarrajan S, Pliszka D. Electrospinning and electrospraying techniques for nanocomposite non-woven fabric production. Fibers and Textiles in Eastern Europe 2009; 17, 4: 77-81.
• 7. Sundarrajan S, Pliszka D, Jaworek A, Krupa A, Lackowski M, Ramakrishna S. A novel process for the fabrication of nanocomposites membranes. Journal of Nanoscience and Nanotechnology 2009; 9, 7: 4442-4447.
• 8. Sundarrajan S, Chandrasekaran AR, Ramakrishna S. An update on nanomaterials-based textiles for protection and decontamination. J. Am. Ceram. Soc. 2010; 93, 12: 3955-3975.
• 9. Sundarrajan S, Ramakrishna S. Fabrication of nanocomposite membranes from nanofbres and nanoparticles for protection against chemical warfare stimulants. Journal of Materials Science 2007; 42: 8400-8407.
• 10. Jayasinghe SN, Townsend-Nicholson A. Stable electric-feld driven cone-jetting of concentrated biosuspensions. Lab on a Chip 2006; 6: 1086–1090.
• 11. Sundarrajan S, Ramakrishna S. Fabrication of nanocomposite membranes from nanofbers and nanoparticles for protection against chemical warfare stimulants. J. Mater. Sci. 2007; 42: 8400–8407.