Reactive Fiber Spinning: Developing Fundamental Predictive Process Capabilities and Process-Structure-Property Relationships

活性纤维纺丝:开发基本的预测过程能力和过程-结构-性能关系

基本信息

  • 批准号:
    1659989
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-08-29 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1609694 PI: EllisonTitle: Reactive Fiber Spinning: Developing Fundamental Predictive Process Capabilities and Process-Structure-Property RelationshipsThe nonwoven fiber industry is a multi-billion dollar global industry that produces fibers for a broad spectrum of applications, such as filtration, personal hygiene and disposable medical apparel. Recent advancements in fiber production techniques have facilitated new applications for advanced fibrous materials in diverse fields, such as optoelectronics, regenerative medicine, piezoelectrics, ceramics, etc. With these advanced applications, a need exists to develop techniques to produce a wider range of fibrous materials with high performance and multifunctional capabilities. Reactive fiber spinning is a solvent-free, low-energy technique that presents an attractive alternative to melt-blowing and electrospinning for large-scale production of polymer fibers. The proposed research aims to develop a fundamental understanding of the reactive fiber spinning process by studying the interactions between various process parameters and the fundamental mechanisms that control fiber formation and properties.Drawing inspiration from nature, the Ellison group recently developed a method for making fibers that uses light to trigger a photopolymerization reaction in nonvolatile liquid monomer mixtures that are already prevalent and commercially available in industry. Extrusion of the nonvolatile liquid monomer mixtures through a capillary at high speed is followed by the application of a drawing force and simultaneous photocuring in flight, producing solid smooth fibers with average diameters as small as 1 micron. These fibers are competitive with the smallest fibers produced by almost all commercial melt blowing lines, the most popular commercial process for manufacturing thermoplastic nonwoven fibers. The proposed research will investigate the interactions between various process and monomer mixture parameters to uncover the fundamental mechanisms that give rise to fiber formation, and control morphological variations and properties (thermal, mechanical, and structural), during reactive fiber spinning of polymer fibers. The ultimate objective is to develop a predictive and universal process operating diagram that relates curing kinetics, monomer mixture characteristics, and process related parameters. The proposed reactive fiber spinning technique has significant potential impact related to green chemistry and sustainable manufacturing of polymer fibers. The PI proposes a strong outreach program that pairs graduate students with high-school teachers (Teaching Fellows) to jointly conduct research and develop high-school curricula. The proposed research will benefit from the teacher participants, while the teachers will become advocates of science and engineering program to K-12 students. The development of interactive modules and participation in programs, such as Explore UT and Introduce a Girl to Engineering, will enable the PI and his graduate students to engage and educate a broad cross-section of K-12 students and the general public about modern polymeric materials.
1609694 PI:Ellisontitle:反应纤维旋转:开发基本的预测过程能力和过程结构 - 培训关系无织造的纤维工业是一个数十亿美元的全球行业,可为多种应用,例如过滤,个人卫生和配置医疗设备,为广泛的应用而产生纤维。纤维生产技术的最新进步促进了针对各种领域的高级纤维材料的新应用,例如光电,再生医学,再生医学,压电电机,陶瓷等。使用这些先进的应用,需要有必要的技术来开发具有更大范围具有高性能和多功能能力的纤维材料的技术。反应性纤维旋转是一种无溶剂,低能的技术,它为大规模生产聚合物纤维提供了融化和电纺丝的有吸引力的替代品。拟议的研究旨在通过研究各种过程参数与控制纤维形成和特性的基本机制之间的相互作用,从自然中汲取灵感,埃里森集团最近开发了一种使光触发触发的纤维触发非元素液体混合物中的光聚糖反应,从而从大自然开发了一种方法,从而,旨在从大自然中汲取灵感,从而发展了对反应性纤维旋转过程的基本理解。在高速下,通过毛细管挤出了非易失性液体单体混合物,然后在飞行中施加绘图力和同时照相,从而产生平均直径为1微米的固体光滑纤维。这些纤维与几乎所有商业融化线生产的最小纤维具有竞争力,这是制造热塑性非织造纤维的最流行的商业过程。拟议的研究将研究各种过程和单体混合物参数之间的相互作用,以揭示产生纤维形成的基本机制,并在聚合物纤维的反应性纤维旋转过程中控制形态变化和性能(热,机械和结构)。最终目标是开发一个预测性和通用的过程操作图,该图与固化动力学,单体混合物特性和相关参数相关联。 提出的反应性纤维旋转技术具有与绿色化学和可持续制造聚合物纤维有关的重大潜在影响。 PI提出了一项强大的外展计划,该计划将研究生与高中老师(教学研究员)配对,以共同进行研究并开发高中课程。拟议的研究将从教师参与者中受益,而教师将成为K-12学生的科学和工程计划的拥护者。 互动模块和参与计划的发展,例如探索UT并向工程介绍一个女孩,将使PI及其研究生能够参与和教育K-112学生和公众关于现代聚合物材料的广泛横截面。

项目成果

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