Preparation and characterization of wet spun fibers based on TPU/PVDF/CNT

Document Type : Original Article

Authors
1 Faculty of Engineering, University of Guilan
2 Faculty of Engineering, University of Guilan, Guilan, Iran.
10.48302/jtp.2026.549847.1329
Abstract
Wet spinning is a process in which the polymer–solvent solution is extruded through spinneret orifices into a coagulation bath. Upon contact with the bath medium, phase inversion occurs due to solvent–nonsolvent exchange, the solvent diffuses out of the polymer structure, and the solidification of the filament begins. Thermoplastic polyurethane (TPU) is a flexible and biocompatible polymer with high resistance to abrasion, tensile stress, and chemicals. Poly (vinylidene fluoride) (PVDF), due to its favorable mechanical strength, high thermal/chemical stability, and non-toxicity, is widely used, while multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) are employed to enhance the strength of composite fibers. In this study, the wet spinning process parameters for fabricating TPU, TPU/PVDF, and TPU/PVDF/MWCNT monofilaments were investigated. In general, increasing the polymer content in the spinning dope increased the fiber diameter, tensile strength, and elongation at break. The addition of PVDF, due to the increase in viscosity, led to larger fiber diameters; however, because of the inherently inelastic nature of PVDF, the tensile strength and initial modulus increased, while the elongation of fibers decreased. The incorporation of MWCNTs resulted in increased fiber modulus owing to the reinforcing effect of MWCNTs.
Keywords
Subjects

Article Title Persian

تهیه و مشخصه یابی الیاف تولید شده به روش ترریسی بر پایه پلی‌یورتان، پلی‌وینیلیدین‌فلوراید و نانولوله کربنی

Abstract Persian

تر‌ریسی فرایندی است که طی آن سیالی شامل پلیمر و حلال، از طریق روزنه‌های ریسنده به داخل حمام انعقاد وارد می‌شود. به هنگام تماس محلول با محیط حمام و وقوع وارونگی فاز ناشی از تبادل حلال و غیرحلال، حلال از ساختار پلیمر خارج شده و فرایند انجماد و تشکیل ساختار لیف آغاز می‌گردد. در این پژوهش، پلی‌یورتان گرمانرم (TPU) به دلیل انعطاف‌پذیری، زیست‌سازگاری و مقاومت بالا در برابر سایش، کشش و مواد شیمیایی، به‌عنوان یکی از اجزای اصلی به منظور تولید الیاف به روش تر‌ریسی انتخاب شد. همچنین، پلی‌وینیلیدین‌فلوراید (PVDF) به سبب استحکام مکانیکی مناسب، پایداری حرارتی و شیمیایی بالا و عدم سمی بودن، و نانولوله‌های کربنی چندجداره (MWCNT) به‌عنوان عامل تقویت‌کننده استحکام الیاف کامپوزیتی، به ترکیب افزوده شدند. تاثیر متغیرهای فرایندی در تولید مونوفیلامنت‌های TPU، TPU/PVDF و TPU/PVDF/MWCNT به روش ترریسی بررسی گردید و برخی از خصوصیات الیاف تولید شده نظیر استحکام، ازدیاد طول و مورفولوژی الیاف تعیین و مورد بحث قرار گرفت. به طور کلی افزایش غلظت پلیمر در محلول ریسندگی، مقدار قطر الیاف، استحکام و ازدیاد طول تا حد پارگی را افزایش می‌دهد. با افزوده شدن پلیمر PVDF با توجه به افزایش گران‌روی، قطر الیاف زیاد شده و به دلیل طبیعت غیر کشسان PVDF مقدار استحکام و مدول اولیه افزایش پیدا کرده است اما مقدار ازدیاد طول الیاف دچار کاهش شده است. با افزوده شدن MWCNT مقدار مدول الیاف افزایش پیدا کرده است.

Keywords Persian

فرایند ترریسی
پلی یورتان
پلی‌وینیلیدین‌فلوراید
نانولوله‌های کربنی
مشخصه یابی فیزیکی-مکانیکی