تولید و مصرف فیلامنت های مصنوعی (سنتیتیک) از ???? تجاری شد و امروزه سهم قابل توجهی از الیاف مصرفی را شامل می شود.

تولید و مصرف فیلامنت های مصنوعی (سنتیتیک) از ???? تجاری شد و امروزه سهم قابل توجهی از الیاف مصرفی را شامل می شود. این الیاف، دارای اختلافاتی با الیاف طبیعی هستند، اما به دلیل امکان آمیزه کاری و اختلاط دو یا چند پلیمر، علاوه بر اینکه روشی اقتصادی برای به دست آوردن الیاف جدید با خواص مطلوب است، ترفندی کاملا شناخته شده برای دستیابی به یک سری خواص ویژه بدون نیاز به سنتز پلیمر جدید است. الیاف سنتیتیک اغلب به روش اکستروژن که عبارت است از خروج با فشار محلولی غلیظ (با غلظتی مانند عسل) از سوراخ های کوچکی به نام رشته ساز تولید می شوند که رشته های یکسره نیمه جامد پلیمری را ایجاد می کنند. از جمله روش های مهم تولید الیاف مصنوعی، ذوب ریسی، خشک ریسی، تر ریسی و ژل ریسی است. در خشک ریسی و تر ریسی، ماده ای جامد در حلال حل شده که یا توسط دمش هوای گرم تبخیر شده و یا در آب از ماده اصلی جدا می شود که در صورت استفاده از ماده تبخیر شدنی، از خشک ریسی و در صورت سنگین بودن حلال، از روش های تر ریسی استفاده می کنیم.

? ترریسی

مایع مخلوط حلال غیرقابل تبخیر و ماده اصلی الیاف، از یک پمپ و یک هم زن عبور می کند. سپس، وارد رشته ساز شده و پس از عبور از استخر انعقاد، با غلطک پیچیده می شود. اکریلیک، ریون، آرامید، موداکریلیک و اسپاندکس را می توان با این روش تولید کرد.

? خشک ریسی

در این روش، محلول الیاف از پمپ و رشته ساز عبور کرده و از تونل هوای گرم رد می شود. سپس، حلال آن تبخیر شده و الیاف باقی می ماند. این روش به علت دشواری اجرا، اغلب قیمت بیشتری دارد. از این فرایند می توان در تولید استات، تری استات، اکریلیک، موداکریلیک، PBI، اسپاندکس و وینیون (Vinyon) استفاده کرد.

? ذوب ریسی

این روش، مربوط به الیافی است که تا درجه حرارتی خاص، مذاب شده و در صورت خنک شدن، به حالت اولیه بازمی گردند. الیافی همچون نایلون و پلی استر، از این دسته الیاف هستند که به آنها، گرما نرم یا ترموپلاستیک می گویند. هوای خنک، الیاف مذاب عبور کرده از رشته ساز را جامد کرده و به حالت اول ولی رشته رشته درمی آورد. نایلون، الفین، پلی استر، Saran و Sulfar با این متد تولید می شوند.

? ژل ریسی

ژل ریسی، فرایندی خاص برای به دست آوردن الیاف با استحکام زیاد و یا خواص ویژه الیاف است. طی مرحله اکستروژن، پلیمر به صورت حالت محلول واقعی نیست. مولکول های پلیمر، مانند محلول واقعی کاملاً گسسته نیستند بلکه رشته های آنها با یکدیگر در نقاط زیادی به هم متصلند تا حالتی از مایع کریستال را بسازند. این مسئله، منجر به نیروی زیاد داخل زنجیره ای شده که باعث می شود استحکام و Tensile strength رشته حاصله به طور مشهودی افزایش یابد. علاوه بر این، با نیروی کشش طی اکستروژن، کریستال های مایع در طول محور الیاف، در یک خط قرار می گیرند. در نتیجه، رشته ها با درجه بالایی از همسویی غیرمعمول با یکدیگر، از رشته ساز خارج می شوند که این امر باعث تقویت استحکام آنها می شود. این روش می تواند تحت عنوان خشک -تر ریسی نیز تعریف شود چون رشته ها ابتدا از هوا و سپس برای خنک کردن بیشتر از حمام مایع عبور داده می شوند. بعضی از الیاف پلی اتیلن و آرامید با استحکام بالا، با روش ژل ریسی تولید می شوند.

الیاف طبیعی، معمولا دارای مقداری تجعد (پیچ خوردگی و یا موج) در طول خود هستند و به همین دلیل، الیاف حجیم می شوند که از خواص مطلوب آنها به شمار می آید. این خاصیت، کمتر در الیاف مصنوعی دیده می شود. امروزه سعی شده با روش های خاص (تکسچر ایزینگ) که در واقع مجموعه عملیاتی برای مناسب ساختن فیلامنت های مصنوعی (از نقطه نظر زیردست، ظاهر، نوع بافت و...) برای تولید منسوجات است، اقدام به اصلاح خواص الیاف شود.

حجیم بودن الیاف، علاوه بر افزایش میزان پوشانندگی، به قدرت عایق بندی گرمایی منسوجات کمک زیادی می کند. در مقابل، الیاف مصنوعی مثل پلی استر غالباً دارای سطح صاف و همچنین قاعده ای مدور هستند. پارچه هایی که با فیلامنت مصنوعی ممتد بافته می شوند، لغزنده اند و علاوه بر عایق بندی گرمایی کم، قادر به انتقال رطوبت نبوده و به طور کلی، پوشش مطلوبی ندارند. از جمله خواص مناسب الیاف مصنوعی می توان به مقاومت سایشی بالاتر آنها در مقایسه با الیاف طبیعی و در نتیجه سهولت شست و شو و خشک کردن آنها اشاره کرد.

اصولا با کوتاه کردن طول الیاف مصنوعی، خواص آنها به الیاف طبیعی نزدیک تر می شود. برای نزدیک تر کردن خواص الیاف مصنوعی به الیاف طبیعی، معمولا بعد از کوتاه شدن به آنها تجعد داده می شود. به کمک تکسچر ایزینگ و با استفاده از خاصیت ترموپلاستیکی الیاف مصنوعی، می توان ضمن حفظ طول ممتد فیلامنت ها، با ایجاد تغییراتی دائمی به صورت موج، حلقه و یا چین خوردگی، خواص فنریت (افزایش ازدیاد طول تحت یک نیروی ثابت)، انتقال رطوبت، حجم مخصوص (کاهش وزن مخصوص و ازدیاد ضریب پوشانندگی) و عایق بندی گرمایی بالا (ایجاد فضا بین الیاف و در نتیجه محبوس کردن هوا)، کدرشدن سطح نخ (بر اثر نایکنواختی انعکاس نور از سطح آن و کاهش جلای نخ) و زیردست را افزایش داد. مهم ترین الیاف برای تکسچر ایزینگ، عبارتند از: پلی استر، نایلون?، نایلون?? و همچنین به مقدار کمتری پلی پروپیلن. از جمله شیوه های تکسچر ایزینگ الیاف، می توان به تغییر فرم به موازات محور فیلامنت و یا سطح قاعده فیلامنت اشاره کرد. در بحث تغییرات در سطح قاعده لیف، الیاف پروفیلی، توخالی (میان تهی)، الیاف توخالی پروفیلی و الیاف دوجزئی دخیل هستند که به اختصار آنها را توضیح می دهیم.

?) الیاف پروفیلی: الیاف مصنوعی که با سطح قاعده غیرمدور تولید می شوند، الیاف پروفیلی نام دارند. شکل سطح قاعده این الیاف، به فرم روزنه های رشته ساز بستگی دارد. متداول ترین فرم سطح قاعده الیاف پروفیلی، سه پره ای و یا چند پره ای است. با افزایش تعداد پره ها، از جلا و درخشندگی لیف کاسته شده و بر حجم هوای محبوس بین الیاف، افزوده می شود.

?) الیاف دوجزیی (Composite و یا Conjugate): با مطالعه تفاوت مورفولوژیکی (ساختمان فیزیکی) اجزای مختلف پشم که باعث پیچ خوردگی در طول لیف می شود، به منظور تولید الیاف مصنوعی دارای فرم مارپیچی و ایجاد تشابه مابین الیاف مصنوعی و پشم، از پلیمرهای متفاوتی در تولید الیاف استفاده می شود که از خواص مهم این محصولات می توان به زیردست و قدرت عایق بندی گرمایی و ... اشاره کرد. در تولید این گونه الیاف، از آمیزه های امتزاج ناپذیر یا در واقع، آمیزه ای که انرژی آزاد اختلاط آن (?G>?) مثبت بوده و در تمامی ترکیب ها، غلظت ها و درجه حرارت ها، دو یا چند فازی است و یا آلیاژ پلیمری که آمیزه ای است امتزاج ناپذیر و از طریق سازگار کردن سطح مشترک، ریزساختار بسیار ریز و اصلاح شده ای دارد، استفاده می شود.

?) الیاف میان تهی: الیاف میان تهی که زیرمجموعه ای از الیاف دوجزئی هستند، توسط رشته سازهایی با منفذهای بخصوص تولید می شود. با توجه به فرم رشته ساز، ممکن است لیف میان تهی یک و یا چند منفذ در سطح مقطع خود داشته باشد. سطح مقطع این نوع لیف، ممکن است مدور و یا غیرمدور باشد. اگر سطح قاعده لیف میان تهی غیرمدور باشد، آن را میان تهی پروفیلی می نامند.

کانال های به وجود آمده در لیف، باعث افزایش حجم و کاهش وزن مخصوص لیف می شوند. خلاصه دیگر خواص الیاف میان تهی در مقایسه با الیاف معمولی عبارتند از:

ـ ضریب پوشانندگی و حجم بیشتر

ـ زیردست بهتر

ـ انتقال بهتر عرق بدن، ظرفیت بیشتر جذب رطوبت

ـ قدرت عایق بندی گرمایی بالاتر

ـ الیاف پلی پروپیلن و الیاف پلی استر از جمله الیاف پرمصرف در صنعت هستند. لذا با توجه به بازار رو به رشد الیاف پلی استر و جذابیت بررسی آنها، در ادامه به بررسی این نوع الیاف خواهیم پرداخت.

? الیاف پلی استر

پلی استر، اولین بار توسط «کاروترز» که برای شرکت Dupont کار می کرد، به عنوان پلیمر معرفی شد. در واقع، او کشف کرد که از ترکیب الکل ها و کربوکسیلیک اسیدها، می توان به طور موفقیت آمیزی به الیاف دست یافت. گروهی از دانشمندان انگلیسی در ???? تحقیقات کاروترز را دنبال کرده و در ???? موفق شدند اولین الیاف پلی استر را با نام تریلن[?] تولید کنند. سپس، شرکت Dupont در ???? تمام حقوق قانونی مربوط را خرید و الیاف پلی استری را با نام Dacron به بازار معرفی کرد.

در ???? الیاف پلی استر دیگری با نام Kodel توسط Eastmen Chemical products معرفی شد و به همین ترتیب، بازار الیاف پلی استر گسترش یافت. از آنجا که این الیاف ارزان قیمت و با دوام بودند، کارخانه های نساجی بسیار کوچک، به سمت استفاده از آنها حرکت کردند. به تازگی پلی استر به عنوان پلیمری با زنجیرهای بلند که از حداقل ??درصد وزنی یک استر و همچنین یک دی هیدریک الکل و یک ترفتالیک اسید تشکیل می شود، تعریف شده است. علت انتخاب نام «پلی استر» به دلیل وجود اتصال های تکراری مونومرهای استری در این الیاف است. استرها نیز از واکنش الکل و کربوکسیلیک اسید تشکیل می شوند.

پلی استرهای مختلفی در بازار وجود دارند که دو نمونه از آنها، پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی ?و?- سیکلوهگزیلن دی متیلن (PCDT) است.

? ویژگی های الیاف پلی استر:

ـ استحکام

ـ مقاومت به اکثر مواد شیمیایی

ـ مقاوم در برابر چین خوردن

ـ مقاوم در برابر سایش

ـ شست و شوی آسان

ـ مقاومت در برابر کشیدگی و انقباض

ـ خشک شدن سریع

ـ مقاوم در برابر کپک زدن

ـ قابلیت خوب در شکل گرفتن با حرارت و اتو

? کاربرد

به دلیل کیفیت مطلوب الیاف و پارچه های پلی استر، این مواد دارای کاربردهای مختلفی هستند. پلی استر به دلیل سختی و دوام بالا، اغلب به عنوان تن پوش و لباس مورد استفاده قرار می گیرد. پلی استر، لیفی مستحکم است که در برابر حرکت های سنگین و مستمر، مقاومت می کند. خاصیت آب گریز آن باعث می شود تا به عنوان ماده ای ایده آل در محیط های خیس یا نم دار مورداستفاده قرار گیرد. از آنجا که پلی استر می تواند به هر شکلی قالبگیری شود، خواص عایقی معینی را می توان در آن ایجاد کرد که یکی از این روش ها، ساخت الیاف توخالی است. این فرایند باعث در تله افتادن هوا درون الیاف می شود که توسط بدن انسان گرم می شود. این هوای گرم در درون الیاف باقی می ماند و باعث گرم کردن بدن در هوای سرد می شود. روش دوم، استفاده از الیاف پیچ خورده در محصولی پرشده با الیاف است. پیچ خوردگی ها به نگه داشتن هوای گرم کمک می کنند. لذا پلی استر، لیفی ایده آل برای کاربردهای اینچنینی است و از آنجا که شکل خود را حفظ می کند، در نقطه مقابل پنبه و پشم که با مرور زمان خاصیت خود را از دست داده و قابلیت به دام انداختن هوای گرم را از دست می دهند، قرار می گیرد. پلی استر، علاوه بر مصرف در پوشاک دارای کاربردهای صنعتی مختلفی است که از آن جمله می توان به استفاده در فرش، فیلترها، رگ های مصنوعی، طناب، فیلم و منسوجات خودرویی اشاره کرد.

ـ لباس: قابلیت استفاده در هر نوع لباس

ـ لوازم خانگی: فرش، پرده، پارچه، رویه بالش، پوشش دیوار و مبلمان

ـ سایر کاربردها: قطعات داخل خودرو، شیلنگ آتش نشانی، تسمه های قوی، طناب و تور، نخ دوزندگی، نخ تایر و...

? تنوع در پلی استر پایه

با انجام هر یک از عملیات زیر، می توان به پلی استرهای مختلفی دست یافت:

ـ افزودن عامل کدرکننده: پلی استر به طور طبیعی، لیفی روشن یا درخشان است، اما با افزودن TiO? می توان آن را کدر یا نیمه کدر کرد.

ـ کشش بیش از حد الیاف: کشیدگی این الیاف تا ?برابر طول اولیه آنها، امری طبیعی است، اما می تواند حتی بیشتر از این هم کشیده شود. ضمناً کشیدگی بیش از حد طبیعی بر روی استحکام، الاستیسیتی و قابلیت رنگ پذیری الیاف تاثیر می گذارد.

ـ افزودن مواد رنگی: پلی استر در حالت طبیعی، تقریباً سفید شفاف است. با افزودن مواد رنگی می توان رنگ های براق متنوعی را در آن ایجاد کرد.

ـ پیچیدگی: زمانی که الیاف کشیده می شوند، بلند و صاف هستند. پیچ خوردگی می تواند ماهیت منسوج و توده ای بیشتری به الیاف داده و خواص عایقی آن را همانند خواص الاستیک آن، افزایش دهد.

ـ تغییر شکل سوراخ رشته ساز: ساده ترین و متداول ترین شکل سوراخ ها، مدور است، اما با تغییر شکل اسپینرت، می توان به الیاف چهارگوش، بیضی و حبه ای دست یافت. ضمناً یکی دیگر از این قابلیت ها، تولید الیاف توخالی است.

? تاریخچه الیاف توخالی

الیاف توخالی برای اولین بار در ???? از جنس ویسکوز رایون با نام سلتا[?] ساخته شد که البته چندان موفق نبود. در طول جنگ جهانی دوم، الیاف توخالی ویسکوز رایون توسط کمپانی دوپوند با عنوان بودلفیل[?] ساخته شد. بعدها تحقیق در این زمینه ادامه یافت. اولین موادی که به عنوان الیاف توخالی غشایی استفاده شدند، استات سلولز صابونی شده و کوپرفان بودند. سپس الیاف تابیده شده سلولز بر پایه آمونیوم مس تولید شدند. تحقیقات در زمینه الیاف توخالی از جنس کوپرفان در ???? توسط «هینزراک» انجام گرفت و طرح تولید آن به وسیله دستگاه ریسندگی ارائه شد.

برای ایجاد غشای الیاف توخالی، محلول ریسندگی متشکل از یک پلیمر اصلی به عنوان دیواره و برای فرم دادن لیف توخالی، یک افزودنی برای تسهیل جدایی فازی محلول ریسندگی، یک پلیمر دوم به عنوان قسمت داخلی یا هسته، حلال سازگار با هر دو پلیمر و یک افزودنی به صورت ذرات بسیار ریز غیرقابل حل در حلال و دارای توزیع یکنواخت در محیط مایع به منظور ایجاد تخلخل، استفاده می شد. بعد از آن، به جای هسته از جنس پلیمر دوم، از محلول انعقاد داخلی استفاده شد؛ یعنی سیال در قسمت درونی لیف تزریق می شد. امروزه، امکان تزریق گاز به عنوان هسته وجود دارد. در انتهای تولید لیف، مرحله ای برای خروج و حذف ذرات ریز معدنی یا آلی به صورت غوطه ور کردن غشای لیف توخالی در حلال، به کارگرفته می شود. امروزه، تولید این الیاف با روش های گوناگون، از جمله کواکستروژن دو پلیمر به عنوان پوسته و هسته و حل کردن هسته در حلال، استفاده از هسته هوارو تولید الیاف توخالی به روش مستقیم با استفاده از دای های ویژه، امکان پذیر است. این الیاف با فناوری پیشرفته در اندازه ای بسیار ظریف تولید می شوند.

? تعریف الیاف توخالی

الیاف توخالی، الیافی هستند که ناحیه مغزی آنها در طول فرایند حذف شده است و با توجه به شکل لوله ای، توانایی ارائه خواصی متفاوت با الیاف معمولی دارند. محیط در الیاف توخالی، شامل قسمت بیرونی و درونی است و مواد می توانند از این دو ناحیه عبور کنند.

یکی از موارد مهم مصرف الیاف توخالی، اختلاط آنها با الیاف توپر و استفاده از آنها در ساخت مواد منسوج است. امروزه استفاده از این مواد در صنایع خودروسازی نیز رو به رشد است. با مخلوط کردن الیاف پلی استر توخالی با توپر، می توان خواص مطلوبی در محصول تولیدی ایجاد کرد. از جمله این خواص می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

ـ وزن کمتر

ـ حجیم تر شدن

ـ مقاومت و برگشت پذیری بالا در برابر فشار

ـ مقاومت حرارتی بالاتر

ـ کاهش پرزینگی

ـ چرک تاب بودن و سهولت تمیز شدن

ـ ملایم تر شدن جلا

ـ جذب صوت بیشتر

ـ خواص دی الکتریک بهتر

ـ سرعت جذب و دفع رطوبت بالاتر

ـ وزن کمتر: یکی از فواید مهم استفاده از الیاف توخالی به جای الیاف توپر در محصول تولیدی، وزن کمتر است. نتایج آزمایشات نشان داده است که وجود حفره ای به اندازه ?/?قطر خارجی لیف، می تواند وزن آن را بدون کاهش در سختی لیف به اندازه ??درصد کاهش دهد. همچنین، آزمایشات مشابه نشان داده اند که وجود حفره مرکزی که ??درصد سطح مقطع لیف را تشکیل می دهد ?? تا ??درصد وزن لیف را کاهش می دهد و سبب صرفه جویی در مواد اولیه مصرفی می شود.

ـ حجیم تر شدن و قابلیت پوشانندگی بهتر: یکی دیگر از مزایای مهم الیاف توخالی در محصول تولیدی، حجیم تر بودن و نقش پرکنندگی این الیاف است. این خاصیت مهم الیاف توخالی، باعث شده است که از آنها در تولید کیسه خواب، تشک و لایی استفاده شود. آزمایشات نشان می دهند که الیاف توخالی با سطح مقطع دایره ای که دنیر آنها بین ? تا ? و فرکانس موج آنها بین ? تا ?? موج در اینچ و حجم حفره آنها ?? تا ??درصد حجم لیف است، نقش پرکنندگی بهتری نسبت به الیاف توپر دارند. خاصیت پوشانندگی بهتر محصول تولیدی از الیاف نیز ناشی از بالاتر بودن مساحت سطحی در واحد حجم این الیاف است.

ـ مقاومت و برگشت پذیری بالا در برابر فشار: یکی دیگر از خصوصیات مهم الیاف توخالی، مقاومت خمشی و پیچشی بالاتر این الیاف نسبت به الیاف توپر است. آزمایشات نشان می دهند الیاف توخالی دارای ضخامت ?/?تا ? دنیر و حجم حفره ?? تا ??درصد، دارای مقاومت بالا در برابر فشردگی و بازگشت پذیری بالای فشردگی هستند.

ـ مقاومت حرارتی بالاتر: یکی دیگر از خصوصیات مهم الیاف توخالی و محصولات به دست آمده از آنها، عایق بودن حرارتی و مقاومت حرارتی بالای این الیاف نسبت به الیاف توپر است. علت این ویژگی، وجود هوا در حفره میان الیاف است.

ـ کاهش پرزینگی: مقاومت خمشی و پیچشی بالای الیاف توخالی نسبت به الیاف توپر، باعث کاهش پرز در محصول تولیدی می شود.

ـ چرک تاب بودن و سهولت تمیزشدن: نتایج آزمایشات نشان می دهند که محصولات تولیدی از الیاف توخالی با چهار حفره در لیف، گردوغبار را کمتر جذب می کنند. این مزیت باعث شده است که محصولات تولیدی نیاز کمتری به شست و شو داشته باشند. امروزه از این مزیت در ت