رفتار كششی ابریشم عنكبوتی
فهرست مطالب:
فصل اول: رفتار كششی ابریشم عنكبوتی
- خلاصه
1. مقدمه
2. تفاوت ابریشم پیله و ابریشم تاركشی
- مواد و روشها
- بحث و بررسی نتایج
3. تاثیر سرعت آزمون برای تهیه ی نخ تاركشی و پیله
- ابزار و روشها
- بحث و بررسی نتایج
- پارامترهای C,B,A در مدل پیشرفته ی ماكسول
- نتیجه گیری
فصل دوم: كاهش پرزنخ در طی مرحله ی نخ پیچی
- خلاصه
- مقدمه
- كار آزمایشگاهی
- روش بازسازی
- بحث و بررسی نتایج
- تاثیر زاویه ی جت، دانسیته خطی نخ و سرعت روی مقادیر S3
- تاثیر قطر جت، دانسیته خطی نخ و سرعت روی مقادیر S3
- نتیجه گیری
فصل سوم: پژوهشی درباره ی خصوصیات اصطكاكی پارچه های بافته شده
- خلاصه
- مقدمه
- ابزار اندازه گیری اصطكاك
- طرح آزمایشگاهی
- اندازه گیری اصطكاك پارچه
- خصوصیات اصطكاكی پارچه ها
- اصطكاك پارچه با فلز
- اصطكاك پارچه با پارچه
- نتیجه گیری
فصل چهارم: تعیین عملی نیروی كششی در بافت نخ های گلدوزی
- خلاصه
1. مقدمه
2. فرضیه های نظری
3. نتایج تجربی
4. پردازش و بحث و بررسی نتایج حاصله از انجام محاسبات ریاضی
5. روشهایی برای تشخیص نیروی كششی
6. نتیجه گیری
فصل اول:
رفتار كششی ابریشم عنكبوتی:
خلاصه: ابریشم عنكبوتی در سالهای اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است، تركیب منحصر به فرد، استحكام كششی بالا به همراه كرنش گسیختگی بالا و وزن بسیار ناچیز در این نوع ابریشم توجه پژوهشگران را به خود جلب كرده است. از آنجا كه پژوهش درباره ابریشم پیله عنكبوت با محدودیتهایی روبرو است، همواره ابریشم چسبنده و تاركشی مورد توجه بوده اند. در این پژوهش، به منظور توضیح رابطه ی ساختار با خواص ابریشم عنكبوت، رفتار تنش- كرنش ابریشم پیله و رفتار تنش- كرنش ابریشم تاركشی با هم سنجیده و مقایسه می شوند. همچنین در این مطالعه اثبات می شود كه این دو نوع فیبر(الیاف) رفتار تنش- كرنشی كاملا متفاوت از خود نشان می دهند. علاوه بر این تاثیر سرعت آزمون هم مورد بررسی قرار می گیرد. سرعت های آزمون پایین در ابریشم پیله، موجب استحكام و سختی كمتر و مدول ثانویه ی بالاتر می شود. زمانی كه منحنی تنش- كرنش(تنش با افزایش طول نسبی) بوسیله ی مدل پیشرفته(گسترده) ماكسول نمایش داده می شود. افزایش سرعت آزمون موجب بالاتر رفتن سطح ناحیه ی سخت شدن و حركت ناحیه ی تسلیم به سمت كرنش های بالاتر شده، به طوری كه ناحیه ی سخت شدن در منحنی تنش- كرنش بیشتر به حالت افقی در می آید. به هر حال می توان سرعت 20 mm/min را به عنوان نقطه اشباع در نظر گرفت، نقطه ای كه در آنجا تاثیر سرعت كاهش می یابد. تاثیر سرعت آزمون بر روی ابریشم تاركشی نسبت به ابریشم پیله، به وضوح كمتر می باشد.
با این همه بررسی دقیق تر منحنی تنش- كرنش ابریشم تاركشی نشان می دهد كه شكل های متفاوتی برای رفتار تنش- كرنش ابریشم تاركشی امكان پذیر می باشد.
كلمات كلیدی: ابریشم عنكوبت تاركشی، پیله، تنش- كرنش
1: مقدمه
از آنجا كه ابرایشم عنكبوت، مخصوصا از نوع رشته تار كشی، الیافی است تا تركیب بی مانند شامل استحكام كششی و كرنشی بالا و در عین حال وزن بسیار ناچیز، در سالهای اخیر توجه بیشتری را به خود جلب كرده است. در جدول 1-1 نام چندین نمونه ابریشم عنكبوت تولید شده از عنكبوت آرانوس دیادماتوس، به همراه اطلاعات مربوطه كه شامل غدد ترشح كننده، عملكرد و تركیب اسید آمینه آنها می باشد، ارائه شده است.
جدول 1-1 : انواع ابریشم عنكبوت آرانوس دیا دماتوس و عملكرد آنها.
عنكوبتها انواع ابریشم ها را از الیاف ارتجاعی برگشت پذیر گرفت تا الیافهای شبه كولار kevlar می سازند، اما این موضوع كه چطور عنكوبتها خواص مكانیكی ابریشم ها را تنظیم می كنند هنوز مشخص نیست. بیشتر عنكبوتی كه مورد بررسی قرار گرفته اند، ابریشم هایی هستند كه از طریق غدد (MA) امپولیت بزرگ- ساخته می شوند و عنكبوت از انها برای تنیدن تار عنكبوت و تاركشی (عنكبوتی) (با قدرت استحكام Gpa 1/1 و كرنش گسیختگی 27 درصد) استفاده می كند. ابریشم فوق العاده دیگری كه اغلب مورد بررسی قرار می گیرد ابریشم چسبنده (با قدرت استحكام Gpa 0.5 – كرنش گسیختگی 270 درصد) می باشد كه توسط غدد شلاقی ترشح شده و مارپیچ چسبناك نگهدارنده در تار عنكبوت را تشكیل می دهد. تا كنون تعداد مقالاتی كه درباره ابریشم پیله عنكبوت نوشته شده نسبتا محدود می باشد. در این مقاله مقایسه ای بین رفتار كششی ابریشم تاركشی و ابریشم پیله عنكبوت آرانوس دیادماتوس صورت گرفته است، چنین مقایسه ای در تشخیص رابطه بین خواص ابریشم عنكبوت ب ساختار آن موثر خواهد یود. علاوه بر این تاثیر سرعت آزمون هم مورد بحص و بررسی قرار می گیرد.
2- تفاوت ابریشم پیله و ابریشم تاركشی.
2-1 مواد و روشها
پنج پیله عنكبوت در آرانوس دیاماتوس از یك خانه باغی جمع آوری شده و از هر پیله یك صد الیاف بتدریج جدا شده و مورد آزمایش قرار گرفت.
برای تهیه ی نمونه های تاركشی آرانوس دیادماتوس، تعدادی عنكبوت در آزمایشگاه تحت شرایط كنترل شده نگهداری شوند و سی نمونه رشته تاركشی به طور دستی گرفته شد كه از هر نمونه، ده لیف تهیه و بررسی شد. برای تجزیه و تحلیل خواص كششی الیاف پیله و رشته های تاركشی، روبات Favimat به كار گرفته شده است. این دستگاه یك شناساگر نیمه خودكار می باشد كه فقط استحكام را اندازه گیری می كند و طبق اصل سرعت ثابت كشش (DIN 51221, DIN 53816, ISO 5079) كار می كند و كمك می كند تا نیرو با قدرت تفكیك بالا حدود 0.1mg اندازه گیری شود. به علاوه این وسیله به یك واحد تكمیلی سنجش دانسیته خطی (در واحد dtex) مجهز می باشد. كه این خود امتیاز ممی (مخصوصا در مورد الیاف طبیعی) به حساب می آید زیرا میزان ظرافت الیاف را همزمان با خواص كششی آنها اندازه گیری می كند، اندازه گیری دانسیته خطی طبق متد ارتعاش سنج صورت می گیرد
(Astm D 1577-BISFA 1985).
به خاطر ظرافت فوق العاده ی رشته های تاركشی، متاسفانه اندازه گیری همزمان میزان ظرافت آنها، امكان پذیر نبود. میزان ظرافت تعدا كثیری از نمونه ها به وسیله تحلیل تصویری زیر میكروسكوپ نوری (در واحد mm) اندازه گیری شد و سپس مقادیر بدست آمده، با در نظر گرفتن ویژه 1/3 g/cm3، طبق روشی كه در مقاله سوم آمده است، به واحد dtex تبدیل شدند. خواص كششی رشته های تاركشی با طول گیج mm20، سرعت آزمون mm/min 20 و كشش اولیه CN/dtex 0.5 مورد بررسی قرار گرفت. دانستیه خطی هم در سرعت آزمون mm/ min 5 و با كشش اولیه CN/dtex 0.8 ارزیابی شد.
2-2: بحث و بررسی نتایج
بعد از اینكه در شكل شماره 1-1 مشاهده می شود، ابریشم پیله رفتار تنش- كرنش كاملا متفاوتی از خود نشان می دهد. اگرچه كرنش گسیختگی در دو نوع ابریشم (÷ابریشم پیله و تاركشی) كم و بیش یكسان است (حدود ±%30 ) اما میزان سختی ابریشم تاركشی 5/3 برابر بیشتر می باشد.
همچنین قابل به ذكر است كه در منحنی تنش- كرنش ابریشم پیله، یك نوعت رفتار لگاریتمی مشاهده می شود در حالی كه در ابریشم تاركشی چنین چیزی صدق می كند. مقایسه اسید آمینه این دو نوع ابریشم عنكبوت، ممكن است نشان دهد كه نسبت بالای glycine كه مشخصه ابریشم تاركشی می باشد می تواند تا حدی این رفتار را توجیه كند. برای شناخت بهتر اسرار و رموز عنكبوتها، پژوهشهای بیشتری در زمینه ریز ساختار ابریشم عنكبوت باید صورت بگیرد.
شكل 1-1
شكل 1-1: رفتار تنش- كرنش ابریشم پیله و تاركشی عنكبوت آرانوس دیادماتوس
3. تاثیر سرعت آزمون برای تهیه ی نخ تاركشی و پیله
3-1. ابزار روشها
صدها عنكبوت آرانوس دیادماتوس در آزمایشگاه تحت شرایط كنترل شده نگهداری می شدند. پس چهار نوع پیله متفاوت به طور تصادفی جمع آوری شده و تخمها با دقت بسیاری از هر نمونه جدا گردید. برای هر آزمایش 50 لیف از هر پیله به تدریج و به آرامی كشیده شد.
نمونه های مختلفی از رشته تاركشی به طور دستی پیچیده شد. این نمونه ها از سه نوع عنكبوت مختلف انتخاب شده كه برای هر آزمایش 50 لیف از آنها جدا گردیده است. در این پژوهش ها از آنجا كه ارزیابی تاثیر سرعت آزمون برای ما حائز اهمیت بود، میزان ظرافت رشته های تاركشی اندازه گیری نشد، از این جهت مقادیر نیرو در واحد CN مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف و فیلامنتها توسط روبات Favimat و در شرایطی با طول گیج mm 20 و كشش اولیه Cnldtex 0.5 و پنج سرعت متفاوت شامل: mm/min 40,30,20,10,5 مورد آزمایش و بررسی قرار گرفتند. آزمایش و بررسی رشته های تاركشی به خاطر كمبود مواد گرفته شده از یك عنكبوت در زمان آزمایش، فقط در سرعت های m/min 40m20m5 صورت گرفت. منحنی های تنش- كرنش برای هر كدام از پیله های تاركشی با پارامترهای زیر مشخص شده اند:
1- استحكام یا بارگسیختگی: نسبت نیروی گسیختگی نخ به میزان دانسیته خطی آن، در واحد CV/dtex