Améliorer les propriétés mécaniques du flash

Jun 30, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 18030 (2022) Citer cet article

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Le non-tissé filé flash (FS-NW) attire l'attention dans le domaine des EPI en raison de ses excellentes propriétés barrières et mécaniques résultant de sa distribution non uniforme de diamètre et de sa morphologie unique de filament. La structure de réseau unique de filaments filés par flash (FSF) comprenant le FS-NW peut être contrôlée par le comportement de séparation de phases dans le processus de fluide supercritique (SCF). Cette étude propose une méthode simple pour contrôler la microstructure des FSF en contrôlant le processus de séparation de phases induite par la pression (PIPS) dans une solution polymère/SCF. Ce comportement de séparation de phases d'une solution HDPE/SCF a été confirmé en utilisant une cellule de visualisation à haute pression. Une buse à plusieurs étages permettant à une pression séparée par phases de former différentes phases a également été conçue. Les HDPE-FSF ont été synthétisés par flash-spinning et leur morphologie, leur cristallinité et leurs propriétés mécaniques ont été étudiées. Les résultats ont démontré que les filaments obtenus par contrôle PSP à 220 °C et avec une concentration en HDPE de 8 % en poids présentaient une structure de réseau composée de brins dont les diamètres variaient de 1,39 à 40,9 µm. Le FSF optimal a été obtenu à 76 bars, avec une cristallinité de 64,0 % et une ténacité de 2,88 g/d. La méthode PIPS peut ainsi contrôler efficacement la microstructure de manière plus réalisable que les techniques induites par la température ou le solvant et peut permettre la synthèse efficace de divers produits.

La sécurité et le bien-être des personnes dans la société moderne sont vulnérables aux facteurs qui menacent le corps humain, tels qu’une grave pollution de l’air, des agents pathogènes et des virus. La nouvelle maladie à coronavirus (COVID-19) est un exemple frappant de ce phénomène, car elle a provoqué une pandémie mondiale depuis sa première observation en 2019 et continue de faire un lourd tribut humain1,2. On sait généralement que les virus se propagent par de petits aérosols (généralement définis comme < 5 µm) ou par des gouttelettes respiratoires plus grosses expulsées lors de la toux, des éternuements ou de la respiration3,4. Par conséquent, le développement d’équipements de protection individuelle (EPI) pour prévenir la propagation des infections et protéger les patients et le personnel médical contre une exposition dangereuse prend une importance croissante.

En règle générale, l'EPI est porté pour minimiser l'exposition aux dangers pouvant causer des blessures et des maladies graves au travail, et peut inclure des articles allant des gants et des lunettes de sécurité aux chaussures, bouchons d'oreilles, casques de sécurité, respirateurs et combinaisons intégrales5,6,7. Le matériau EPI requiert certaines caractéristiques telles qu’une résistance mécanique/structurelle considérable pouvant supporter une activité intense, des propriétés de barrière contre l’environnement extérieur et une filtration des polluants6,7. Parmi les matériaux utilisés pour fabriquer les EPI, les non-tissés en micro/nanofibres sont actuellement très appréciés comme constituant essentiel des équipements de protection respiratoire ou corporelle complète. Les non-tissés en micro/nanofibres ont une efficacité de filtration élevée grâce à plusieurs propriétés avantageuses telles qu'un petit diamètre de fibre, un grand rapport surface/volume, une porosité élevée et une bonne connectivité interne6,8,9,10. Ces non-tissés sont généralement obtenus via des procédés de filage-liaison ou de fusion-soufflage largement pratiqués qui permettent une excellente perméabilité à l'air et une excellente efficacité de filtration. Cependant, il est difficile d’obtenir des produits dotés d’une résistance mécanique capable de résister à une activité humaine vigoureuse via ces méthodes.

Le tissu non tissé flash-spun (FS-NW) attire l'attention en tant que matériau EPI prometteur en raison de ses excellentes caractéristiques fonctionnelles telles qu'une résistance élevée à la traction et à la déchirure et des propriétés imperméables perméables à l'humidité7,11. Le tissu FS-NW est constitué de microfibres dont la distribution de diamètre varie de dizaines de micromètres à des centaines de nanomètres, ce qui se traduit par une résistance à la traction et à la déchirure plus élevée que celle d'un tissu non tissé filé-lié classique avec un diamètre de fibre ≥ 10 μm et des propriétés barrières comparables à celles-ci. de membranes polymères11,12,13. La morphologie du filament du réseau, attribuée au processus de filage éclair, permet ces propriétés uniques du FS-NW. Le filage flash est un procédé haut de gamme pour la production de tissus non tissés filés par fusion, utilisant un procédé à fluide supercritique (SCF)12,14,15,16. Les SCF peuvent être utilisés comme milieux très efficaces dans le traitement des polymères, car ils présentent une densité et une solubilité semblables à celles d'un liquide, tout en possédant également des propriétés de transport semblables à celles d'un gaz. De plus, le comportement de phase de leurs solutions peut être facilement et commodément contrôlé par les changements de température et de pression17. Dans le processus de filage flash, un polymère est dissous dans un SCF à haute pression et température (HPT), puis filé par éjection instantanée à pression et température normales (NPT)12,15,16,18. Préparée par pression spontanée tout en chauffant le mélange polymère-solvant, cette solution monophasée polymère/SCF se sépare par une diminution de pression et est ensuite éjectée par un orifice dans une région de pression et de température sensiblement plus basses (généralement NPT) pour former le FSF12,16. ,18. La séparation des phases dans le mélange SCF au cours de cette procédure peut entraîner de profonds changements structurels dans les filaments à filage éclair (FSF), dont l'ampleur dépend des paramètres du processus, tels que la température, la pression et la concentration. Bien que des études sur le comportement de séparation des phases dans les solutions polymère/SCF soient en cours19,20,21, il est difficile d'appliquer l'approche de recherche au processus réel de filage flash, c'est pourquoi des études systématiques sur l'effet du comportement des phases sur les propriétés matérielles du les produits obtenus sont insuffisants.