الیاف پلیمری
الیاف پلیمری (بخش اول/آشنایی با الیاف پلیمری)
امروزه الیاف بخشی از زندگی روزانه ما هستند. با تأمل در محیط اطراف خود، می‌توان به تأثیر همه جانبه آنها در جامعه پی‌برد. از مصارف روزمره مانند پوشاک و فرش گرفته تا چمن مصنوعی، کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف در کالاهای ورزشی (راکت‌ها، 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 کیسه‌ای است. استفاده مدرن از الیاف در پزشکی بسیار گسترده است؛ پانسمان‌های جراحی و ماسک، کلاه، لباس، الیاف قابل کاشت برای بخیه‌ها، پیوندهای عروقی و ترمیم قلب، دیالیز و غشاهای اکسیژن‌ساز و… . بنابراین ما در دنیایی زندگی می‌کنیم که مواد به‌شکل لیف همواره در اطراف ما وجود دارند. [1]
در این بین، الیاف پلیمری به‌سبب ویژگی‌ها و خواص بسیار مطلوب خود، از مهم‌ترین و پرکاربردترین الیاف مصنوعی هستند. در این سلسله مقالات، نخست الیاف پلیمری را معرفی کرده و سپس انواع و روش‌های تولید آنها را بررسی می‌کنیم.
شکل 1. دسته‌بندی الیاف پلیمری
شکل 2. میزان تولید جهانی الیاف (FY2013 Fiber Handbook)آشنایی با اصطلاحات الیاف پلیمری
در ابتدا با لیف و مفاهیم و اصطلاحاتی که معمولاً در زمینه مواد فیبری استفاده میشود، آشنا می‌شویم. مهم‌ترین ویژگی‌ای که برای تعریف لیف به‌کار می‌رود، نسبت ابعاد یک لیف (Aspect ratio)، یعنی نسبت طول به قطر (یا ضخامت) آن است. بنابراین لیف را می‌توان به‌عنوان ماده‌ای دراز تعریف کرد که کم‌وبیش قطر یک‌نواخت دارد و ضخامت آن کم‌تر از µm 250 و نسبت ابعاد آن نیز بیشتر از 100 است. این تعریف هندسی و سودمند از لیف در مورد هر ماده‌ای کاربرد دارد و به‌کمک آن می‌توانیم عبارات متداول دیگری را که مربوط به الیاف است، تعریف کنیم. این موارد به‌ترتیب حروف الفبای انگلیسی آورده شده است: [2]
- الیاف دو جزئی (Bicomponent fibers)؛ الیافی که با ریسندگی دو ترکیب، به‌طور هم‌زمان، در هر سوراخ رشته ریس ساخته میشود.
- قیطان‌بافی (Braiding)؛ عمل تشکیل یک ساختار دراز که با در هم بافتن دو یا چند نخ صورت می‌گیرد.
- الیاف پیوسته (Continuous fibers)؛ رشته‌های پیوسته از الیاف، معمولاً به‌صورت لیف تابیده‌شده بر قرقره.
- چین (Crimp)؛ موج‌دار بودن در طول لیف. بعضی از الیاف طبیعی مانند پشم، چین طبیعی دارند. در الیاف پلیمری مصنوعی، چین، با عبور رشته‌ها از بین غلطک‌های دندانه‌دار ایجاد میشود. هم‌چنین می‌توان با استفاده از مواد شیمیایی و به‌وسیله کنترل کردن انعقاد رشته‌ها با ایجاد سطح مقطع نامتقارن، این کار را انجام داد.
- دنیر (Denier)؛ واحد چگالی خطی که عبارت از وزن 9000 متر نخ بر حسب گرم است. این واحد معمولاً در صنایع نساجی ایالات متحده استفاده میشود.
- نمد (Felt)؛ ساختار فیبری همگن ساخته‌شده از الیاف درهم‌گیرکرده با استفاده از گرما، رطوبت و فشار.
- رشته (Filament)؛ لیف پیوسته؛ یعنی لیف با نسبت ابعاد نزدیک به بی‌نهایت.
- پارچه کش‌باف (knitted fabric)؛ یک ساختار مسطح که از یک مجموعه نخ حلقه‌شده و درهم‌گیرکرده تشکیل شده است.
- تک‌رشته یا رشته منفرد (Monofilament)؛ یک لیف پیوسته با قطر زیاد، بزرگ‌تر از µm 100.
- الیاف بافته‌نشده (Nonwovens)؛ الیاف مرتب‌شده به‌صورت تصادفی، بدون ساختن نخ‌های لیف. بافته‌نشده‌ها می‌توانند با پیوند مکانیکی، پیوند رزین یا سوزن زنی شکل بگیرند. در واقع یک پارچه ورق‌مانندِ مسطح از الیاف، بدون اینکه مرحله نخ‌ریسی را طی کند، تشکیل میشود. طی این فرآیند، الیاف (پیوسته یا گسسته) در یک مایع پراکنده شده، در یک ورق مسطح، روی یک تکیه‌گاه گذاشته شده و سپس یا به‌صورت شیمیایی پیوند خورده یا به‌صورت فیزیکی در هم گیر می کنند. کاغذ شاید بهترین نمونه از پارچه بافته‌نشده باشد که در آن از چوب یا الیاف سلولز استفاده میشود. در بافته‌نشده‌های مکانیکی، الیاف پیوسته در یک شبکه مسطح تصادفی، اکسترود و جمع شده، به‌هم پیوند می‌خورند.
- رشته‌ریس یا نخ‌ریس (Spinneret)؛ ظرفی با سوراخ‌های متعدد و شکل‌دار در انتها، که با اعمال نیرو، ماده مذاب به‌صورت رشته از آن خارج میشود.
- ساخت لیف با پیوند مکانیکی (Spun bonding)؛ فرآیند ایجاد پیوند بین الیاف بافته‌نشده، به‌وسیله گرم کردن الیاف تا نزدیکی نقطه ذوب آنها.
- الیاف گسسته یا کوتاه بریده‌شده (Staple fiber)؛ الیاف با طول‌های کوتاه (400-10 میلی‌متر) و جدا از هم که می‌توانند به‌صورت نخ ریسیده شوند.
- استحکام کششی (Tenacity)؛ میزان استحکام لیف که عموماً در صنعت نساجی استفاده میشود. معمولاً واحدهای آن گرم-نیرو بر دنیر، 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 برابر الیاف 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 1000 متر نخ بر حسب گرم است. این واحد عموماً در اروپا استفاده میشود.
- نخ (Yarn)؛ یک اصطلاح عمومی برای مجموعه‌ای از الیاف تابیده یا نتابیده به‌صورت کوتاه یا پیوسته. فرآیند ریسندگی نخ عبارت از هم‌ترازی لیف با گیر کردن لیف در هم و پیچاندن آن است.
شکل 3. انواع بافتن الیاف، به‌ترتیب از راست؛ کش‌باف، قیطان‌باف، بافتن معمولی
شکل 4. شماتیک انواع بافتن الیاف، به‌ترتیب از راست؛ کش‌باف، قیطان‌باف، بافتن معمولیدر مقاله بعدی انواع الیاف پلیمری را معرفی و بررسی می‌کنیم.
منابع
[1]. J. E. McIntyre, Synthetic fibres: Nylon, polyester, acrylic, polyolefin, Woodhead Publishing Limited, 2005
[2]. K.K.Chawla, Fibrous Materials, Cambridge University Press, 2005
گردآورنده: حمیدرضا طیاری
