منسوجات هوشمند

این متن شامل 38 صفحه می باشد

توسعه سريع تركيبات ساختاري نساجي (TSC ها) بازار و فرصت هاي پژوهشي جديدي را براي صنعت نساجي و دانشمندان اين رشته ايجاد كرده است. تركيبات نساجي سه بعدي، بر طبق، يكپارچگي ساختاري شان داراي يك شبكه دسته تارها در يك حالت يكنواخت مي باشد، كه نتيجه آن افزايش قدرت درون بافتي و بين بافتي، انعطاف پذيري بيشتر تشكيل شكل ساختاري پيچيده و امكان بيشتر توليد قطعات بزرگ با هزينه كمتر در مقايسه با تركيبات سنتي است. سختي و استحكامل بيشتر همراه با وزن كمتر باعث افزايش كاربرد آنها در صنايع هوا فضا، خودروسازي و مهندسي شهري شده است. پيش بيني شده است كه بهبود تكنولوژي هاي فرآوري و تركيب آنها با تكنولوژي‌هاي ساختار هوشمند منجر به رشد صنعتي عمده در قرن بعد با استفاده از به چالش افتادن وضعيت فلز است ديگر مواد متداول مهندسي گرديده است.

يك موفقيت در توسعه تكنولوژي فرآوري TSC به درك بهتر رابطه خواص- ساختار پردازش دارد. يك گام مهم در اين جهت نظارت بر توزيع تنش/ كرنش داخلي در زمان واقعي در طول فرآوري اجراي منسوج و جامد شدن متعاقب آن تا ساختارهاي نهايي است. مسئله مهم ديگر در كاربرد TSC ها حساس كردن آنها به شرايط داخلي سلامت و محيطي خارجي آنها است. تجميع شبكه هاي حسگري در داخل ساختارهاي توليد- تقويت اولين گام براي هوشمند ساختن مواد محسوب مي شود. علاوه بر اين، پيچيدگي ساختار TSC مثل اثر پوست- هسته تركيبات تابيده سه بعدي كاراكتريزه كردن مواد را امري دشوار ساخته است.

در گذشته اندازه گيري توزيع تنش/ كرنش داخلي يك چنين ماده اي پيچيده با استفاده از روش هاي متداول مانند معيار كرنش و حسگرهاي فرابنفش تقريباً غيرممكن شده است. به علاوه، نياز به بعضي انواع شبكه حسگري در اين ساختارها لحاظ شده است تا وسيله‌اي باشد براي (1) نظارت بر توزيع تنس داخلي TSC هاي insith در طول فرايند توليد، (2) اجازه دادن جهت نظارت سلامت و ارزيابي آسيب TSC ها در طول خدمات و (3) قادر به ساختن يك سيستم كنترلي براي نظارت فعال و واكنش نشان دادن به تغييرات محيط كاري.

تكنولوژي هاي فيبر نوري كه ارائه دهنده كاركردهاي انتقال سيگنال و حسگري با هم است. در سال هاي اخير توجه زيادي را به خود جلب كرده است، به ويژه در ساختارهاي بتن هوشمند شامل بزرگراه ها، پل ها، سدها و ساختمان ها. تعدادي از پژوهشگران از تكنولوژي حسگرهاي فيبر نوري (FOS) براي نظارت بر فرآيند توليد و ارزيابي سلامت ساختار تركيبات اليافي تقويت شده استفاده كرده اند. از آنجايي كه فيبرهاي نوري داراي اندازه كوچك و سبك وزن، ساختار با تارهاي منسوج و آماده مشمول يا حتي بافته شدن درون TSC ها هستند، مطمئن ترين وسيله براي تشكيل شبكه حسگري ذكر شده در بالا مي باشند.

اين فصل مروري بر انواع مختلف حسگرهاي فيبرنوري، مسائل عمده تركيبات منسوج هوشمند تجميع شده با حسگرهاي الياف براگ (Bragg) كه زوج دما و كرنش است، ابزار اندازه گيري كرنش چند محوري، مسائل مربوط به اعتماد پذيري و مؤثر بودن اندازه گيري و همچنين سيستم هاي مختلف اندازه گيري براي تركيبات منسوج هوشمند تجميع شده با حسگرهاي نوري فيبر.

2- فيبرهاي نوري و حسگرهاي نوري فيبر

به طور طبيعي، يك فيبرنوري شامل يك هسته است كه اطراف آن يك روكش كاري صورت گرفته كه شاخص شكست آن كمي كمتر از شاخص مربوط به هسته مي باشد. اين فيبر نوري در طول فرايند ترسيم با يك لايه محافظ پليمري، پوشيده شده است. درون هسته فيبر، اشعه هاي نور تابيده شده روي هسته- روكش با زواياي بزرگتر از زاويه بحراني به صورت كلاً داخلي منعكس شده و از داخل هسته و بدون شكست هدايت مي شوند. شيشه سيليكا متداول ترين ماده براي الياف نوري است، جايي كه روكش كاري به طور طبيعي با سيليكاي خالص گداخته صورت مي گيرد و هسته از سيليكاي داپ تشكيل شده كه حاوي چند مول ژرمانيم مي باشد. سايز ناخالصي ها مانند فسفر را نيز مي توان مورد استفاده قرار داد. جذب خيلي كم در يك فيبر ژرمانوسيليكات همراه با يك حداقل ضريب افتدر و يك حداقل مطلق در صورت مي گيرد. بنابراين نور در دو پنجره ده ها كيلومتر از طريق فيبر انتقال مي يابد، بدون اينكه افت زيادي در يك شرايط هدايت صحيح به وجود مي آيد. به همين علت است كه امروزه فيبر نوري جايگزين سيم كواكسيال مسي به عنوان وسيله انتقال برتر امواج الكترومغناطيس نشده و انقلابي در ارتباطات جهاني ايجاد كرده است.

موازي با توسعه سريع عهد ارتباطات فيبر نوري، حسگرهاي نوري فيبر نيز توجه زيادي به خود جلب كرده و رشد زيادي را در سال هاي اخير تجربه كرده است. اين حس گرها سبك، كوچك و انعطاف پذير هستند. بنابراين آنها بر يكپارچگي ساختار مواد مركب تأثير نمي گذارند و مي توان آنها را با پارچه هاي تقويت شده تجميع كرد تا ستون فقرات ساختار را تشكيل دهند. آنها مبتني بر يك تكنولوژي واحد متداول هستند كه ابزارها را قادر مي سازد تا براي نابساماني هاي فيزيكي بيشمار حس گري از يك ماهيت آبي، الكتريكي، مغناطيسي و گرمايي توسعه يابند. تعدادي از حسگرها را مي توان در امتداد يك فيبرنوري با استفاده از تكنيك هاي تقسيم طول موج، فركانس، زمان و پلاريزاسيون تسهيم كرد تا سيستم هاي حس گري توزيع شده يك، دو يا سه بعدي ايجاد شود. آنها از داخل ساختار يك مسير هدايت كننده ايجاد نمي كنند و گرماي اضافي توليد نمي كنند كه بتواند به صورت بالقوه به ساختار آسيب بزند. آنها به جداسازي الكتريكي از ماده ساختاري ندارند و تداخل الكترومغناطيسي ايجاد نمي كنند، اين مي تواند يك مزيت خيلي مهم در بعضي كاربردها باشد.

FOS ها را براي بكارگيري در ساختارهاي هوشمند مي توان بر طبق اينكه آيا حسگري توزيع شده، موضعي (نقطه) يا تسهيم شده (چند نقطه) است تقسيم بندي كرد. اگر حسگري در امتداد طول فيبر توزيع شده باشد،‌ توزيع اندازه گيري شده به عنوان يك تابع موقعيت مي تواند از سيگنال خروجي تعيين گردد. بنابراين يك فيبر واحد مي تواند به طور مؤثر تغييرات در كل جسمي كه

پردازش زيستي براي پوشاك و منسوجات هوشمند

این متن شامل 43 صفحه می باشد 

استفاده از آنزيم ها در فرآوري مواد غذايي، صنايع چرم و كاغذ، به عنوان پودرهاي شوينده، و در فرايند و سايزينگ توليد نخ كاملاً تثبيت شده است. اما بيوكاتاليز نيز وارد چرخه پردازش منسوجات شده است. آنزيم ها، يعني بيوكاتاليزهاي داراي فعاليت ويژه و گزينشي، امروزه به وسيله فرايندهاي بيوتكنولوژيكي (زيست فناوري) به مقادير زياد و كيفيت ثابت توليد شده اند و بنابراين در فرايندهاي با مقياس بزرگ كاربرد دارند.

از ديدگاه كاربردهاي جديد كه حاصل طراحي آنزيم هاي مربوط به فرايندهاي ويژه است، يك تقاضا براي اشتراك مساعي بين بيوشيمدان ها و شيميدان هاي نساجي وجود دارد.

علاوه بر الياف پروتئيني طبيعي مانند پشم و ابريشم و الياف سلولزي طبيعي مانند پنبه، كتاب و شاه دانه، الياف مصنوعي داراي اهداف فرايندهاي بيوكاتاليزي نيز هستند. در اندودكاري پنبه اي به جاي فرايندهاي شيميايي به طور گسترده از فرايندهاي آنزيم- كاتاليز استفاده شده است. علاوه بر بيواستوئينگ و اندودكاري زيستي كه كاملاً شناخته شده اند، ويژگي هايي مانند Modifiad harde, used look به وسيله اندودكاري آنزيمي شناسايي شده است. به علاوه، پتانسيل براي جايگزيني پشم شويي قليايي در معالجه با پنبه، با استفاده از آنزيم هايي مانند پكتيناس وجود دارد. كاتالازها براي نابود كردن پروكسيد باقيمانده در حمام هاي سفيد شويي، آسان كردن استفاده مجدد از ليكور ممكن افزوده مي شوند كه منجر به يك فرايند دوستانه محيط زيست و مؤثر از نظر هزينه مي‌گردد. در اندود كردن پشم در آنزيم ها (بيشتر پروتزها) براي دستيابي به خاصيت ضدچروك استفاده مي شود. خواص منسوجات پشم مانند كار با دست، سفيدي و براقيت به وسيله واكنش آنزيم هاي كاتاليزي بهبود يافته است. در مراحل اوليه حلاجي پشم مانند كربونيزاسيون و پشم شويي خام دورنماي كاربرد آنزيم ارزيابي شده است. علاوه بر اين فرايندهاي زيستي توصيف شده منجر به كاهش دانه سازي و بهبود رنگ پذيري مي شود. صمغ زدايي ابريشم در گذشته به كمك صابون قليايي يا اسيديصورت مي گرفت كه اكنون پروتز مي شود، براي بهبود كيفيت و ثبات الياف كتان يك رطوبت دهي آنزيمي ويژه جايگزين رطوبت دهي ميكرو بيال يا شبنمي شده است. به علاوه، رنگ پذيري ابريشم به وسيله تنزل آنزيم كاتاليزي مواد پكتيك بهبود يافته است بدون اينكه آسيبي به اجزاء سلولزي وارد شود. شاه دانه از نظر آنزيمي با توجه به تبلورپذيري، دسترس پذيري و «ساختار منفذدار» اصلاح شده است. از طريق فيبريلاسيون كنترل شده و آنزيم كاتاليزي الياف ليوسل، اثر معروف به «پوست هلويي» ايجاد شده است. گستره وسيعي از كاربردها و دورنماهاي زيادي جهت استفاده از آنزيم ها در پردازش منسوج وجود دارد كه به تأثير مثبت بر محيط زيست منتهي مي گردد. در اين فصل توسعه هاي جديد در زمينه پردازش آنزيمي منسوجات را بررسي نموده و درباره مزيت ها و محدوديت هاي اين فرايندهاي اندودكاري (تكميلي) بحث مي كند.

استفاده از آنزيم ها در فراوري مواد غذايي، صنايع چرم و پوشاك، به عنوان افزودني در پودرهاي شوينده و دسايزينگ توليد نخ تثبيت شده است. در حال حاضر، فرايندهاي آنزيمي گسترش يافته اند، كه هدف آنها اصلاح ظاهر و عملكرد منسوجات پشم و پنبه است.

آنزيم ها بيوكاتاليزهايي با فعاليت ويژه و انتخابي هستند و واكنش هاي متمايز را شتاب بخشيده و بعد از واكنش بدون تغيير باقي مي مانند. از ديدگاه اكولوژيكي و اقتصادي، پارامترهاي واكنش مناسب فرايندهاي آنزيم كاتاليزي و احتمال وجود آنزيم هاي داراي چرخه مجدد به ويژه جالب است. امروزه، آنزيم ها به وسيله فرايندهاي بيوتكنولوژيكي به مقدار زياد و با كيفيت ثابت توليد مي شوند، بنابراين امكان استفاده از آنزيم ها در فرايندهاي بزرگ وجود دارد. پيشرفت در زمينه مهندسي ژنتيك به توليد كنندگان آنزيم توانايي طراحي يك آنزيم براي يك فرايند خاص را مي دهد مثل بهينه با توجه به پايداري دما يا PH . طراحي يك آنزيم براي يك هدف خاص نياز به درك عمل كاتاليتيك آنزيم بر روي يك ماده خاص دارد. يعني در مورد ماده فيبر طبيعي، طراح يك فرايند آنزيمي بايد دانش خاصي در مورد مورفولوژي پشم يا پنبه، تأثير يك آنزيم خاص بر اجزاء فيبر و در نتيجه بر خواص كلي ماده فيبر داشته باشد. علاوه بر اين، براي ارزيابي فرايند آنزيم، نتايج عمليات آنزيمي بايد با نتايج پردازش شيميايي معمولي مقايسه گردد. اولين فرايند آنزيمي در اندودكاري منسوج فرآيند دسايزينگ با استفاده از آميداز بود. بسياري از عرصه هاي اندودكاري منسوج از آن پس گشوده شده است. امروزه، چشم انداز در زمينه توسعه اندودهاي فشاري و بادوام جديد براي پنبه وجود دارد مانند اتصال عرضي در زمينه حذف رنگ پخش شده و در زمينه تركيب كردن الياف مصنوعي. به علت ماهيت پروتئيني آنزيم ها، ايمني استفاده از آنزيم ها اغلب مورد سئوالاست چون استنشاق مكرر ماده پروتئيني مي تواند باعث واكنش هاي آلرژيك در بعضي افراد شود. توجه به اين نكته مهم است كه هيچ شواهدي كه نشان دهد آلرژي‌هاي آنزيمي از طريق تماس پوستي منتقل شده اند وجود ندارد. با آنزيم هاي توان با اطمينان كار كرد و همچنين با تجهيزات محافظ شخصي مناسب، در طرح توليد از ذرات آنزيم و فرمولاسيون هاي پودري بايد اجتناب كرد. در حالي كه فرمولاسيون هاي دانه اي (با قابليت غباري پايين) و مايع (با فعاليت مكانيكي در رگ هاي بسته) را مي توان توصيه كرد. پتانسيل بارز براي آنزيم قابل توجه است. يك مطالعه به ازاي بيانر آن است كه از سال 1992 مبلغ 350 ميليون دلا بايد به 588 ميليون دلار در سال 2000 رسيده باشد و بيشترين دغدغه درباره كاربردهاي جديد آن در صنايع كاغذسازي، شيميايي و داروسازي و در بازيابي زباله ها باشد.