Development and characterization of thermal and structural properties of textile fibers

Abstract

Karbon lif ve aktif karbon lif üretiminin karbonizasyon ve aktivasyon işlemlerinde yüksek sıcaklıklar tolere edilerek öncül lifleri kararlı hale getiren en önemli adım termal oksidatif stabilizasyon işlemidir. Bu çalışmada, karbon lif üretim süresini ve maliyetleri azaltmak için farklı kimyasal ön işlemleri ve farklı stabilizasyon teknikleri kullanılarak stabilizasyon sürecini hızlandırmak amaçlanmıştır. PAN multifilamentleri %15'lik amonyum persülfat sulu çözeltisinde emdirilmesinden sonra çok aşamalı bir termal oksidatif stabilizasyon (TOS) işlemi uygulanmıştır. Poliamid 66 multifilamanın özelliklerine çevre dostu kimyasallar olan fosforik asit, borik asit ve ürenin emdirme etkisinin ve TOS işleminin farklı stabilizasyon sürelerinde 245 C 'ye kadar sıcaklıklarda analiz edilmiştir. Jüt lifleri, çevre dostu Sodyum metasilikat pentahidrat ve üre kimyasalları ile emdirilesi ile termal-oksidatif stabilizasyon üzerindeki etkisinin araştırılması gerçekleştirilmiştir. Oksidatif termal stabilizasyon süreci boyunca DAP, sodyum metasilikat ve üre ile emdirilmiş bambu öncül elyafın yapısal ve termal özelliklerinin dönüşümleri incelenmiştir. DAP, borik asit ve üre kimyasalları ve çok aşamalı bir termal oksidasyon işlemi beraber kullanılarak bitki bazlı mikro kristal keten lifinin oksidatif termal stabilitesi geliştirilmiştir. Ham ve termal olarak stabilize edilmiş numunelerin fiziksel, mekanik, yapısal ve termal karakterizasyonu, hacim yoğunluğu, iplik numarası ölçümü, lif kalınlığı, alev testi, gerilme mukavemeti, gerilme modülü, kopma uzaması, DSC, TGA, XRD, FT-IR, SEM, ve element analizi analizleri dahil olmak üzere bir dizi ölçüm kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Anahtar Kelimeler: Poliakrilonitril, Poliamid 66, Jüt, Bambu, Keten, Termal oksidatif stabilizasyon, Yapısal ve termal karakterizasyon

The thermal oxidative stabilization of the precursor fiber is one of the most important steps to make it resistant to tolerate high temperatures in the subsequent stages like carbonization and activation phase of carbon fiber and activated carbon fiber manufacturing. This research aims to accelerate the stabilization process by utilizing different chemical pretreatments and different stabilization techniques, which are expected to optimize costs by lowering carbon fiber manufacturing duration. The impregnation of 15% ammonium persulfate aqueous solution with PAN multifilaments was performed, followed by a multistep thermal oxidative stabilization (TOS) process. The influence of the impregnation of phosphoric acid, boric acid, and urea as eco-friendly chemicals and the TOS process on the properties of polyamide 66 multifilament were analyzed at temperatures up to 245 C for different stabilization periods. An investigation on the effect of sodium metasilicate pentahydrate and urea impregnation on the thermal-oxidative stabilization of eco-friendly jute fibers was undertaken. The transformations of structural and thermal properties of bamboo precursor fiber impregnated with DAP, sodium metasilicate, and urea throughout the oxidative thermal stabilization process were studied. The oxidative thermal stability of plant-based microcrystalline flax fiber was developed by incorporating DAP, boric acid, and urea followed by a multistep thermal oxidation process. The physical, mechanical, structural, and thermal characterization of the original and thermally stabilized samples were performed utilizing a set of measurements, including volume density, linear density, fiber thickness, flame test, tensile strength, tensile modulus, extension at break, DSC, TGA, XRD, FT-IR, SEM, and elemental analysis.Keywords: Polyacrylonitrile, Polyamide 66, Jute, Bamboo, Flax, Thermal oxidative stabilization, Structural and thermal characterization