20.500.12556/RUL-176820 Effects of morphology, structure and altering layers on the composite heat resistance of electrospun PS/PU Vpliv morfologije, strukture in razporeditve elektropredenih plasti iz PS/PU na toplotni upor kompozita Thermal insulating materials are of paramount importance in many application areas, including building construction, electronics, aerospace engineering, the automobile industry and the clothing industry. Electrospun materials are light weight with a well-controlled fibre diameter/morphology and a highly interconnected porous structure that facilitates the trapping of air and breathability. When combined with other conventional materials, they enhance the thermal insulating property of a composite structure. This study focused on electrospun single polyurethane (PU), polystyrene (PS) and layered composites thereof, in terms of heat resistance and its dependence on fibre diameter, pore area, number, thickness (solution volume) and the position of electrospun layers. It thus contributes to the field by addressing the effects of multiple parameters effect on a composite material’s heat resistance. The fibre diameter for both electrospun polymers increased significantly by increasing the concentration, while there was a generally opposite effect from increasing electrical voltage. The 10 wt% PU and 30 wt% PS used to produce the layered composites demonstrated the highest reduction of the fibre mean diameter, from (443 ± 224) nm to (328 ± 148) nm, and from (2711 ± 307) nm to (2098 ± 290) nm, respectively. Thicker PS fibres resulted in the greatest mean pore areas of (13 ± 9) µm$^2$, while the PU mean pore areas were in the range of (2 ± 1) µm$^2$ to (4 ± 2) µm$^2$. Although all single and PS/PU composites demonstrated a porosity greater than 97%, their configuration in terms of number of layers, total thickness and PS and PU positioning (includes fibre diameter and pore area) affected the measured heat resistance. Single electrospun PS demonstrated a reduction in heat resistance of 0.0219 m$^2$K/W (compared to electrospun PU) due to its thicker fibres and larger pore areas, and thus looser structure. Combining the two electrospun layers improved heat resistance up to 0.0341 m$^2$K/W. The total heat resistance of the layered PU/PS composite was increased (up to 0.1063 m$^2$K/W for the electrospun PS/PS/PU/PU) by increasing the number and volume of each electrospun layer solution, and by spinning the PU layer on top of the system, which resisted the heat flow due to its smaller pore areas and compact structure. These results prove that by optimizing process/structure parameters, a multi-layered material with good thermal performance can be designed to meet the requirements of a thermal insulating product. Toplotnoizolacijski materiali so izjemno pomembni na številnih področjih uporabe, vključno z gradbeništvom, elektroniko, vesoljskim inženiringom, avtomobilsko in oblačilno industrijo. Elektropredeni materiali so lahki, iz vlaken enakomerne debeline/morfologije in visoke medsebojne povezanosti v porozno strukturo, ki zagotavlja zadrževanje zraka in dihalnost. S kombiniranjem elektropredenih s klasičnimi materiali v kompozitne strukture se izboljša toplotna izolativnost. V raziskavi sta proučevana vpliv premera vlaken in površine por na toplotni upor enoplastnih poliuretanskih (PU) in polistirenskih (PS) elektropredenih materialov in vpliv števila, debeline (volumna raztopine) in položaja elektropredenih plasti v večplastnih kompozitnih strukturah, saj vsi omenjeni parametri vplivajo na toplotni upor kompozitnega materiala. Pri obeh elektropredenih polimernih materialih se je debelina vlaken znatno povečala z naraščajočo koncentracijo predilne raztopine, pri čemer je zviševanje električne napetosti na splošno vplivalo na zmanjševanje debeline vlaken. Pri večplastnih kompozitnih materialih, izdelanih z uporabo raztopin 10 ut.% PU in 30 ut.% PS, je bilo z naraščajočo električno napetostjo zmanjšanje povprečne debeline vlaken najbolj izrazito, s (443 ± 224) nm na (328 ± 148) nm in z (2711 ± 307) nm na (2098 ± 290) nm. Materiali iz najdebelejših vlaken iz PS so imeli največje povprečne površine por (13 ± 9) µm$^2$, medtem ko so bile povprečne površine por materialov iz PU v razponu od (2 ± 1) µm$^2$ do (4 ± 2) µm$^2$. Čeprav so vsi enoplastni in večplastni PS/PU-kompoziti dosegli več kot 97-odstotno poroznost, pa je njihova konfiguracija ‒ število plasti, skupna debelina in položaj PS in PU (vključuje premer vlaken in površino por) ‒ vplivala na izmerjeni toplotni upor. V primerjavi z elektropredenim PU je enoplastni elektropredeni PS material zaradi debelejših vlaken in večje površine por dosegel za 0,0219 m$^2$K/W nižji toplotni upor, imel je bolj zrahljano strukturo. Kombinacija dveh elektropredenih plasti je izboljšala toplotni upor do 0,0341 m$^2$K/W. Skupni toplotni upor večplastnega PU/PS-kompozita se je povečal ‒ na 0,1063 m$^2$K/W za elektropredeni PS/PS/PU/PU ‒ s povečanjem števila plasti in uporabljenega volumna predilnih raztopin ter s PU-plastjo na zunanji strani kompozita, ki je zaradi manjše površine por in kompaktnejše strukture imela višji toplotni upor. Ti rezultati dokazujejo, da je mogoče z optimizacijo procesnih in strukturnih parametrov oblikovati večplastni kompozitni material z lastnostmi, ki ustrezajo zahtevam toplotnoizolacijskega izdelka. polyurethane polystyrene fibre diameter pore area thermal resistance poliuretan polistiren premer vlakna površina pore toplotni upor true false true Angleški jezik Slovenski jezik Članek v reviji 2025-12-11 10:32:34 2025-12-11 11:53:45 2025-12-24 03:59:56 0000-00-00 00:00:00 2025 0 0 Str. 14-30 no. 1 Vol. 68 2025 0000-00-00 Zaloznikova Objavljeno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 0351-3386 10.14502/10.14502/tekstilec.68.2024091 262130691 02-DOI_10.14502_tekstilec.68.2024091_14-30.pdf 02-DOI_10.14502_tekstilec.68.2024091_14-30.pdf 1 305861E6CE9278B92DF85222B29AB455 fd6608681eb56f84d5b00914d83101170ec6357d58c04f93c48cc1a773d7a7b6 0132623a-d674-11f0-9328-0050569b8976 https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?lang=slv&id=223412 https://journals.uni-lj.si/tekstilec/article/view/19279 0 e580710e-d758-11f0-9328-0050569b8976 https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?lang=slv&id=223527 Naravoslovnotehniška fakulteta Tekstilec 0 0 0