الیاف پلیمری

الیاف پلیمری

الیاف پلیمری – بخش اول: آشنایی با الیاف پلیمری

امروزه الیاف، بخشی از زندگی روزانه ما هستند. با تأمل در محیط اطراف خود می توان به تأثیر همه جانبه آن ها در جامعه پی برد، از مصارف روزمره مانند پوشاک و فرش گرفته تا چمن مصنوعی، کامپوزیت های تقویت شده با الیاف در کالاهای ورزشی (راکت ها، چوب گلف و…)، قایق، ساخت و سازهای عمرانی، صنعت هوافضا و کاربردهای نظامی مانند هواپیما و نازل موشک. یک نمونه عادی آن که اغلب ما هر روزه از آن استفاده می کنیم، چای کیسه ای است. استفاده مدرن از الیاف در پزشکی بسیار گسترده است؛ پانسمان های جراحی و ماسک، کلاه، لباس، الیاف قابل کاشت برای بخیه ها، پیوندهای عروقی و ترمیم قلب، دیالیز و غشاهای اکسیژن ساز و… . بنابراین، ما در دنیایی زندگی می کنیم که مواد به شکل لیف همواره در اطراف ما وجود دارند. [۱]
در این بین الیاف پلیمری به سبب ویژگی ها و خواص بسیار مطلوب خود از مهم ترین و پرکاربردترین الیاف مصنوعی هستند.
در این سلسله مقالات نخست الیاف پلیمری را معرفی کرده و سپس انواع و روش های تولید آن ها را بررسی می کنیم.

دسته بندی الیاف پلیمری
شکل ۱- دسته بندی الیاف پلیمری
میزان تولید جهانی الیاف
شکل ۲- میزان تولید جهانی الیاف (FY2013 Fiber Handbook)

در ابتدای مقاله، با لیف و مفاهیم و اصطلاحاتی را که معمولاً در زمینه مواد فیبری استفاده می شود آشنا می شویم.
مهم ترین ویژگی که برای تعریف لیف به کار می رود، نسبت ابعاد یک لیف (Aspect ratio)، یعنی نسبت طول به قطر (یا ضخامت) آن است؛ بنابراین لیف را می توان به عنوان ماده ای دراز تعریف کرد که کم و بیش قطر یکنواخت دارد و ضخامت آن کم تر از µm 250 و نسبت ابعاد آن نیز بیش تر از ۱۰۰ است. این تعریف هندسی و سودمند از لیف در مورد هر ماده ای کاربرد دارد و به کمک آن می توانیم عبارات متداول دیگری را که مربوط به الیاف است، تعریف کنیم. این موارد به ترتیب حروف الفبای انگلیسی آورده شده است: [۲]

• الیاف دو جزئی (Bicomponent fibers)؛ الیافی که با ریسندگی دو ترکیب به طور هم زمان در هر سوراخ رشته ریس ساخته می شود.

• قیطان بافی (Braiding)؛ عمل تشکیل یک ساختار دراز که  با در هم بافتن دو یا چند نخ در هم صورت می گیرد.

الیاف پیوسته (Continuous fibers)؛ رشته های پیوسته از الیاف، معمولاً به صورت لیف تابیده شده بر قرقره

• چین (Crimp)؛ موج دار بودن در طول لیف. بعضی از الیاف طبیعی مانند پشم، چین طبیعی دارند. در الیاف پلیمری مصنوعی، چین، با عبور رشته ها از بین غلطک های دندانه دار ایجاد می شود. هم چنین می توان با استفاده از مواد شیمیایی و به وسیله کنترل کردن انعقاد رشته ها با ایجاد سطح مقطع نامتقارن، این کار را انجام داد.

• دینایر (Denier)؛ واحد چگالی خطی که عبارت از وزن ۹۰۰۰ متر نخ برحسب گرم است. این واحد معمولاً در صنایع نساجی ایالات متحده استفاده می شود.

• نمد (Felt)؛ ساختار فیبری همگن ساخته شده از الیاف در هم گیر کرده با استفاده از گرما، رطوبت و فشار

• رشته (Filament)؛ لیف پیوسته؛ یعنی لیف با نسبت ابعاد نزدیک به بی نهایت

• پارچه کش باف (knitted fabric)؛ یک ساختار مسطح که از یک مجموعه نخ حلقه شده و در هم گیر کرده تشکیل شده است.

• تک رشته یا رشته منفرد (Monofilament)؛ یک لیف پیوسته با قطر زیاد، بزرگ تر از µm 100

• الیاف بافته نشده (Nonwovens)؛ الیاف مرتب شده به صورت تصادفی بدون ساختن نخ های لیف. بافته نشده ها می توانند با پیوند مکانیکی، پیوند رزین یا سوزن زنی شکل بگیرند. در واقع یک پارچه ی ورق مانندِ مسطح از الیاف، بدون این که مرحله ی نخ ریسی را طی کند، تشکیل می شود. طی این فرایند، الیاف (پیوسته یا گسسته) در یک مایع پراکنده شده، در یک ورق مانند مسطح، روی یک تکیه گاه گذاشته شده و سپس یا به صورت شیمیایی پیوند خورده یا به صورت فیزیکی در هم گیر می کنند. کاغذ شاید بهترین نمونه از پارچه بافته نشده باشد که در آن از چوب یا الیاف سلولز استفاده می شود. در بافته نشده های به صورت مکانیکی، الیاف پیوسته در یک شبکه مسطح تصادفی اکسترود و جمع شده، به هم پیوند می خورند.

• رشته ریس یا نخ ریس (Spinneret)؛ ظرفی با سوراخ های متعدد و شکل دار در انتها که با اعمال نیرو، ماده مذاب، به صورت رشته از آن خارج می شود.

• ساخت لیف با پیوند مکانیکی (Spun bonding)؛ فرایند ایجاد پیوند بین الیاف بافته نشده به وسیله ی گرم کردن الیاف تا نزدیکی نقطه ذوب آن ها

• الیاف گسسته یا کوتاه بریده شده (Staple fiber)؛ الیاف با طول های کوتاه (۴۰۰-۱۰ میلی متر) و جدا از هم که می توانند به صورت نخ ریسیده شوند.

استحکام کششی (Tenacity)؛ میزان استحکام لیف که در عموماً در صنعت نساجی استفاده می شود. معمولاً واحدهای آن گرم-نیرو بر دینایر، گرم-نیرو بر تکس و نیوتن بر تکس است. این یک واحد ویژه برای استحکام است، یعنی عامل دانسیته نیز درگیر است. بنابراین، اگرچه استحکام کششی الیاف شیشه بیش از دو برابرالیاف نایلون است، هر دوی لیف شیشه و نایلون، استحکام کششی gram/denier 6 دارند. دلیل این است که چگالی شیشه تقریباً دو برابر نایلون است.

• تکس (Tex)؛ واحد دانسیته خطی؛ عبارت از وزن ۱۰۰۰ متر نخ بر حسب گرم است. این واحد عموماً در اروپا استفاده می شود.

 نخ (Yarn)؛ یک اصطلاح عمومی برای مجموعه ای از الیاف تابیده یا نتابیده به صورت کوتاه یا پیوسته. فرایند ریسندگی نخ عبارت از هم ترازی لیف با گیر کردن لیف در هم و پیچاندن آن است.

انواع بافتن الیاف
شکل ۳- انواع بافتن الیاف، به ترتیب از راست؛ کشباف، قیطان باف، بافتن معمولی
شماتیک انواع بافتن الیاف
شکل ۴- شماتیک انواع بافتن الیاف، به ترتیب از راست؛ کشباف، قیطان باف، بافتن معمولی

در مقاله بعدی انواع الیاف پلیمری را معرفی و بررسی می کنیم.

منابع:

[۱]. J. E. McIntyre, Synthetic fibres: Nylon, polyester, acrylic, polyolefin, Woodhead Publishing Limited, 2005

[۲]. K.K.Chawla, Fibrous Materials, Cambridge University Press, 2005

گردآورنده:

حمیدرضا طیاری

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *