اخبار و مطالب روز نساجی: نوآوری در منسوجات

منسوجات با کارایی بالا

High Performance Textiles

تغییرات در راهبردهای جهانی، نتیجه توسعه‌های نوآورانه و تکنولوژیکی است. این تغییر امروزه باعث شده تا تمرکز زیادی بر فعالیت‌های تحقیق و توسعه برای ارائه محصولات با عملکرد بالا به کاربردهای مختلف وارد شود. استفاده مناسب از تکنولوژی‌های جدید و بهره‌گیری از رویکرد تکنو مهندسی، منجر شده تا در بخش‌هایی که نیاز به مدرن‌سازی وجود دارد، تغییرات اساسی ایجاد شود.

امروزه یک نقشه راهبردی طراحی شده است که با تشخیص حوزه‌های حیاتی و باهدف ارتقای آن منجر به توسعه با عملکرد برتر باهدف توسعه صنعت به روندهای مدرن و برآورده‌کردن انتظارات موجود در زمینه‌های خاص موردنظر شده است. تکنولوژی‌هایی با عملکرد بالا در حوزه منسوجات نیازهای مدرن صنعت نساجی را برآورده می‌کنند.

الیاف با عملکرد بالا و محصولات پیشرفته آن‌ها، دارای طیف گسترده‌ای از ویژگی‌ها از قبیل مدول بالا، استحکام بالا، چگالی کم و همچنین توانایی مقاومت در برابر دماهای بالا هستند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند تا از این منسوجات در صنایع گوناگونی از جمله هوافضا، لباس محافظ جنگ شیمیایی هسته‌ای بیولوژیکی، منسوجات محافظ در برابر حملات بیولوژیکی، محصولات مقاوم در برابر سلاح‌های مهاجم و نیز خودروهای نظامی (کلاه و سپر محافظ) استفاده شوند.

1- منسوجات با کارایی بالا (بخش اول)

 1-1معرفی

الیاف با کارایی بالا در حوزه‌های کاربردی مختلف، موقعیت‌های قوی بسیاری را در بازار ثبت کرده‌اند. منسوجات تاری پودی که برای تولید محصولات با کارایی بالا استفاده می‌شوند، روزبه‌روز در حال افزایش هستند. این الیاف و کامپوزیت‌های ساخته شده از آن‌ها در طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها به‌سرعت پذیرفته شده‌اند. توسعه این دسته از منسوجات را می‌توان به دلیل داشتن خواص مکانیکی بالا، مقاومت برجسته در برابر سایش و خستگی، مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر بریدگی دانست.

چندین پلیمر مختلف در کاربردهای پیشرفته‌ای مانند فضاپیماها، کامپوزیت‌ها و غیره جایگاه خود را پیدا کرده‌اند. در چنین کاربردهایی سبکی در وزن یکی از مهم‌ترین مسائل است. توسعه منسوجات بافته شده سبک با مدول بالا باعث استفاده آن‌ها در حوزه‌های گسترده‌ای می‌شود. استفاده از مواد عایق با عملکرد بالا مانند Thinsulate، الیاف توخالی و غیره، باعث کاربرد آن‌ها در کاربردهای مقاوم در برابر حرارت می‌شود. انواعی از الیاف مانند الیاف پلی‌اتیلن با کارایی بالا، آرامید  Polyether ketone ، الیاف شیشه‌، پلی اتر کتون  Arimide  ، آرامید و سایر پلیمرها می‌توانند برای کاربردهایی مانند مقاومت در برابر مواد شیمیایی، حفاظت حرارتی، حفاظت در برابر امواج الکترومغناطیسی، تایرها، کامپوزیت‌ها، هوافضا، تجهیزات ورزشی و غیره مورداستفاده قرار گیرند. تغییر برخی ساختارهای شیمیایی در این گزارش موردبحث قرار گرفته است و پلیمرهایی با مقاومت بالا، مدول بالا و چگالی کم تولید می‌شود.

2-1 استحکام و سختی

برخی از الیاف مانند پنبه، پشم و ابریشم، معمولاً دارای استحکام کششی در محدوده‌ 4/0-1/0 نیوتن بر تکس و مدول اولیه از 5 تا 20 نیوتن بر تکس دارند. این در حالی است که الیاف دیگری مانند کتان و رامی می‌توانند استحکام و سختی بیشتری داشته باشند. به جز ابریشم که در برخی از کاربردهای دشوار مانند پارچه‌های پاراشوت Parachute fabric  مورداستفاده قرار می‌گیرد، همه این الیاف جزو الیاف کوتاه بوده، بنابراین بهره‌وری آن‌ها برای تبدیل به نخ و ایجاد استحکام بالا در پارچه است. الیاف سلولزی بازسازی شده اولیه، مانند ریون و استات، دارای استحکامی در محدوده‌های مختلف هستند. نخ‌های پیوستة ریون مانند تناسکو Tenascبا استحکام 4/0 نیوتن بر تکس معرفی شده‌اند و برای استفاده برای استفاده در نخ تایر کاربرد دارند.

2-2 نتیجه‌گیری

الیاف با کارایی بالا به دلیل استحکام بالا و پایداری در برابر دما، می‌توانند در کاربردهای نوآورانه و متنوع با تکنولوژی پیشرفته مورداستفاده قرار گیرند. این الیاف قابلیت جایگزین‌شدن با تقویت‌کننده کامپوزیت‌هایی که قبلاً از فلزات برای بهبود استحکام استفاده می‌شد، را دارند. همچنین با استفاده از این الیاف به‌عنوان تقویت‌کننده در ساختار کامپوزیت‌ها، وزن منسوج نهایی تولید شده نیز کاهش می‌یابد. همچنین این الیاف به علت نیازهای بسیاری به صرفه‌جویی در انرژی در صنایع حمل‌ونقل (هواپیما) و سایر زمینه‌ها نیز تکامل یافته‌اند. این الیاف قابلیت استفاده در محصولاتی با تکنولوژی بالا را دارد.

منابع

1. Tatsuya H. and Philips G.O., New. Fibres, Wood head Publishing Limited (UK), 1997 (Second Edition), pp. 12, 46, 117, 12}, 131, 152,165,184,193.
2. Kawata T., Kanebo Gohesen Ltd, Chemical Fibres International, 48 (2), 1998, pp. 81-82.
3. Ravi Kumar M.N.V. and Dutta P K. Synthetic Fibres, 27 (I), 1998,
4. John P 0' Brien and Anzeja A. P., Review of Progress In Coloration, Vol. 29, ] 999, p. 1.
5. Aneja A.P., Textile Asia, Oct. 1998, pp 36-38.
6. Rocha 1. Textile Month, March 1998, p. 32.
7. www.fibrelink.com
8. www.undyarns.co.uk

2- منسوجات با کارایی بالا (بخش دوم)

روکش‌های تقویت‌کننده شکست و شتاب: این قطعات طبق فرایند خاصی ساخته و پخت می‌شوند تا در برابر فضای (نیروهای بالا) شدید مقاومت کنند. وزن کم، استحکام بالا و کیفیت بالا برای این قطعات حیاتی است. با تولید منسوجات با کارایی بالا، مزایای فنی زیادی را می‌توان در مقایسه با کربن فعال گرانول و سایر الیاف به دست آورد که عبارت‌اند از:
•  حذف بسیار کارآمد و مقرون‌به‌صرفه مقادیر
•  نسبت سطح به حجم بالای الیاف و اتصال مستقیم ریز منافذ به سطح لیف که به طور قابل‌توجهی فاصله انتشار را کوتاه می‌کند و سرعت جذب و دفع را افزایش می‌دهد.
•  ابعاد منافذ و ویژگی‌های سطح را می‌توان باتوجه‌به هدف کاربردی مشخص کرد.
•  بسته به ماده هدف، سرعت حذف عالی ممکن است حتی در سطح غلظت ppb به دست آید.
•  این الیاف را می‌توان در ساختار منسوجات قفل کرد و آلودگی ناشی از سایش که با ازدست‌دادن الیاف و یا ذرات ممکن است رخ دهد را به حداقل رساند.
•  این گونه از ساختارهای نساجی اغلب برای طراحی و مونتاژ فیلتر مناسب هستند و در مقایسه با منسوجات آغشته به کربن پودری، ریزش کمتری از آلودگی‌ها و عدم انسداد منافذ را به دنبال دارند.
ذرات ریخته شده معمولاً الیافی با ابعاد حداقل 10 میلیمتر هستند که به‌راحتی در محیط فیلتر ذرات به دام می‌افتند. استحکام تمام محصولات کینول Kynol   فعال نسبت به محصولات مشابه ویسکوز، به‌ویژه هنگامی که مرطوب باشد، برتر است.

2-1  پلی اتراترکتون‌ها POLY (ETHERETHERKETONES): PEEK (BM)

 الف) پلی‌اترکتون‌ها POLYETHERKETONES

پلی‌اتراترکتون‌ها، عضو برجسته‌ای از خانواده‌‌ پلیمرهای ترموپلاستیک آروماتیک نیمه بلورین هستند که معمولاً به‌عنوان پلی‌اترکتون‌ها شناخته می‌شوند. این پلیمر قادر است با استفاده از تکنیک‌های فوق دمای ذوب از طریق نخ‌ها و الیاف تا حدود گسترده‌ای تشکیل شود.

ب) عوامل مؤثر در عملکرد الیاف پلی‌اتراترکتون‌ها

عوامل مؤثر در عملکرد الیاف پلی‌اتراترکتون‌ها عبارت‌اند از:

1) دما: دمای کاری پیوسته برای بسیاری از کاربردها تا 260 درجه سانتی‌گراد است که امکان انجام فرایندهای کوتاه را تا 300 درجه سانتی‌گراد فراهم می‌کند. این الیاف دارای عملکرد غیرشکننده در دماهای پایین تا منفی 60 درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

2) بی‌تأثیربودن در برابر مواد شیمیایی: این پلیمر تحت‌تأثیر اثرات نامطلوب بخار بسیار داغ، اغلب مایعات و عوامل شیمیایی قرار نمی‌گیرد. بااین‌حال، این پلیمر توسط اسیدسولفوریک Sulphuric acid غلیظ (بیشتر از 50%) حل می‌شود و توسط عوامل اکسیدکننده قوی مانند اسید نیتریکNitric acidتجزیه می‌شود.

3) مقاومت در برابر سایش: این پلیمر دارای سطح مقاوم به سایشی با استحکام بالا و اصطکاک کم را دارد و به‌ویژه در دماهای بالا و سرعت‌های سطح نسبتاً بالا به سایش مقاوم است.

4) پایداری ابعادی: پلی‌اتراترکتون‌ها دارای خزش و آب‌رفتگی کم، به‌ویژه در زیر دمای T3 (143 درجه سانتیگراد) هستند. همچنین این الیاف دارای بازیابی دینامیکی عالی و عملکرد خستگی انعطاف‌پذیری هستند.

5) خلوص پلیمر: این الیاف بسیار خالص هستند و نیاز به افزودنی‌های استحکام دهنده ندارند و مورد تأیید اتحادیه اروپا و سازمان غذا و داروی آمریکا برای استفاده در پزشکی و تماس با مواد غذایی هستند.

همچنین این الیاف دارای ویژگی‌های خودتمیزشوندگی باانرژی سطحی پایین برای ایجاد کمترین آلودگی در استفاده از آن مؤثر است.

6) قابلیت آتش‌سوزی: این الیاف جزو الیاف خود خاموش شونده با شاخص محدودکننده اکسیژن 35% هستند و کمترین سطح دود و گازهای سمی را در حین آتش‌سوزی تولید می‌کنند.

7) قابلیت پردازش: خواص فیزیکی الیاف پلی‌اتراترکتون‌ها در دمای اتاق مشابه پلی‌استر و نایلون است، بنابراین فرایندهای بافت این الیاف می‌تواند به‌راحتی انجام شوند.

8) پایداری زیست‌محیطی: بازیافت و بازیابی پلی‌اتراترکتون‌ها به‌عنوان یک ماده ارزشمند، می‌تواند با انجام شرایط خاص، با اندکی کاهش در خواص فیزیکی انجام شود.

3) منسوجات با کارایی بالا (بخش سوم)

بیشترین برجستگی و نوآوری در منسوجات با کارایی بالا مربوط به الیاف فورتسونFortsonبود که با انجام کشش بالا بر روی نخ‌های استات و سپس تبدیل آن‌ها به سلولز تولید شد. این امر منجر به ایجاد سختی 6/0 نیوتن بر تکس و مدول 16 نیوتن بر تکس شد. باتکیه‌بر خواص الیاف آرامید، یک لیف سلولزی جدید با نام بوسل Bo cell   در آزمایشگاه‌های آکزو - نوبل Akzo-Nobel   با ریسندگی از طریق محلول کریستال مایع در اسید فسفریک تولید شد. هزینه تولید این لیف سلولزی با هزینه تولید الیاف با کارایی بالا مشابه و بسیار کمتر از الیاف آرامید بود. بااین‌وجود هزینه‌های مربوط به فرایند ریسندگی تقریباً مشابه بود.

در همین حال، نایلون در سال 1938 وارد بازار شد و کاربردهای فنی بی‌شماری را در زمان جنگ پیدا کرد. سختی این نخ حدود 5/0 نیوتن بر تکس بود. در ادامه، نخ‌های پلی‌استری از الیاف پلی‌اتیلن‌ترفتالات Polyethylene terephthalate به بازار آمدند که سختی مشابهی داشتند، اما مدول این الیاف بالاتر و در حدود 10 نیوتن بر تکس بود. پیشرفت‌هایی در کاربردهای صنعتی مانند طناب‌ها، خواص دو لیف نایلون و پلی‌استر را به‌سختی بالای 8/0 نیوتن بر تکس و مدول 9 نیوتن بر تکس رساند.

3-1 لباس‌های محافظتی با تمرکز بر حفاظت در برابر آتش

 3-1-1 پلیمرهای آرامید

در میان پلیمرهای آرامید، پلیمرهای متا - آرامید مقاومت و پایداری دما بالایی را ایجاد می‌کنند. این ویژگی‌ها سبب می‌شود تا این دسته از پلیمرها برای کاربردهای خاص مقاوم به حرارت استفاده شوند.

پلی متا - فنیلن‌ایزوفتالامید (نومکس)Poly m-phenyleneisophthalamide (Nomex)اولین الیاف آرامیدی بود که با پایداری حرارتی خوب، می‌تواند در دماهایی تا 500 درجه سانتی‌گراد و پایداری بلندمدت در دما محیط تا 220 درجه سانتی‌گراد استفاده شود. هنگامی که پارچه‌های متا - آرامیدی به‌سرعت در برابر آتش گرم می‌شوند، رطوبت درون این الیاف تبخیر شده و برخی از گازها در اثر تجزیه‌شده پلیمر آزاد می‌شوند. این ماده، گسترده شده و فرمی جاذب کربنی را تشکیل می‌دهد که ضخامت آن به ده برابر ضخامت لایه اصلی اولیه خود می‌رسد. با کاربرد این الیاف در منسوجات می‌توان از خواص جاذبه آن‌ها استفاده کرد.

 
شکل 1 الیاف آرامید (کولار)

کاربرد این الیاف در منسوجات محافظ بسیار اهمیت دارد. دستکش‌ها که قبلاً از پنبه، الیاف مصنوعی، فلز و سایر مواد اولیه ساخته می‌شدند، اکنون به‌صورت دستکش‌هایی عمدتاً از الیاف پارا - آرامید، به طور تنها و یا با ترکیب با الیاف دیگر ساخته می‌شوند. این الیاف دارای مزایای متعددی از جمله استحکام برشی بالا و مقاومت در برابر سوراخ‌شدن از طریق پوشش کافی، مقاومت در برابر سایش، خواص حرارتی خوب، عایق ذاتی در برابر گرما و سرما و همچنین صرفه‌جویی در وزن می‌باشند.

3-2 کامپوزیت‌های پیشرفته

کامپوزیت‌های پیشرفته تقویت شده با الیاف آرامید در حوزه‌های مختلف کاربرد‌های مهمی پیدا کرده‌اند که نسبت استحکام به وزن و نسبت سختی به وزن در این کامپوزیت‌ها، آن‌ها را جذاب‌تر از مواد سنتی مانند آلومینیوم و فولاد کرده است. این امر به‌ویژه در مواردی که از مهندسی سیستم‌ها برای گنجاندن الیاف با خواص بالا در اجزای ساختاری هواپیما استفاده می‌شود، قابل‌توجه است.

4- منسوجات با کارایی بالا (بخش چهارم)

الیاف کربن به دلیل سفتی و استحکام فشاری بالا، غیرانعطاف‌پذیر بوده و شکننده می‌شوند؛ بنابراین به‌صورت تنها قابل‌استفاده نیستند. این رفتار شکنندگی الیاف کربن را می‌توان به ساختار حلقه‌های جامد و هموار آن‌ها نسبت داد.

معمولاً کاهش قابل‌توجهی در استحکام فشاری کامپوزیت با افزایش مدول در الیاف پارا - آرامید مشاهده نشده است. چنین الیافی در یک مخلوط رزین دارای ویژگی‌های ساختاری هستند که تحمل آسیب عالی را ارائه می‌کنند. تحت کرنش فشاری (5/0%)، مولکول‌های پارا - آرامید به‌جای شکستگی تمایل به کمانش دارند. این مورد را می‌توان تا حدودی به دلیل چرخش مولکولی کربن آمید به نیتروژن دانست زیرا پیوندی است که اجازه می‌دهد تا از نظر پیکربندی تغییر کند، بدون اینکه منجر به شکاف پیوند شود. جدول 1 خواص و کاربرد آرامیدها را نشان می‌دهد.

جدول 1 خواص و کاربردهای آرامید

5- منسوجات با کارایی بالا (بخش پنجم)

 
 
شکل 2 دستکش‌های محافظتی Twaron و Technora
شکل 3 جلیقه ضدگلوله

شکل 4 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی الیاف کولار (الیاف بسیار ریز) که برروی یک فیلتر آئروسل (برای شمارش تعداد الیاف) قرار داده شده است.

6- منسوجات با کارایی بالا (بخش ششم)

6-1 سایر برنامه‌های کاربردی مهم و انتظارات آینده

چندین فن آوری برای استفاده نهایی وجود دارد که الیاف آرامید در آن کاربردها دارای مزایای قابل‌توجهی هستند. لازم به ذکر است که هر خاصیت سودمند از این دسته از الیاف می‌تواند تقریباً با ویژگی‌های پلیمر یا الیاف مورداستفاده مرتبط باشد.

بخش‌هایی از بازار برای مشخص‌کردن کاربرد آن منسوج جهت استفاده نهایی موردتوجه است که باعث شده تا برخی از الیاف، جایگزین آرامیدها شوند. زمینه‌های کاربردی دیگری نیز وجود دارد که به دلیل نیازهای سخت‌گیرانه بیش از حد برای صرفه‌جویی در انرژی و حمل‌ونقل، به تکامل خود ادامه خواهند داد. سهم الیاف آرامید در این بخش برجسته است. واضح است که بخش ارتباطات، از جمله حمل‌ونقل و همچنین انتقال، امکانات ورزشی، تجهیزات حفاظت از جان و غیره از الیاف آرامیدها استفاده می‌کنند. بدین ترتیب، توسعه الیاف آرامید به طور فوق‌العاده‌ای و با استفاده از فناوری‌های مدرن مورد هدف است.

6-2 پلیمرهای کریستال مایع ترموتروپیک  Thermotropic liquid crystal polymers (TLCP)

تحقیقات در زمینه پلیمرهای کریستال مایع به دهه 1970 برمی‌گردد. این تحقیقات به ساخت الیاف پلی‌استر کاملاً آروماتیک به نام وکتران  Vectran از طریق فرایند ذوب ریسی منجر شده است که به‌صورت تجارتی در دسترس است. این الیاف با کارایی بالا در بسیاری از کاربردها در سراسر جهان که نیاز به ویژگی‌های منحصربه‌فرد است، استفاده می‌شوند. با وجود هزینه نسبتاً بالا در تولید این دسته از الیاف، این محصولات دارای بازار محدودی است که بر مبنای مزایای عملکردشان مورداستفاده قرار می‌گیرند. با این حال، با استفاده مناسب، عملکرد محصول نهایی به طرز چشم‌گیری بهبود می‌یابد.

 
شکل 5 شبه کریستال مایع: (a) مولکول، (b) دندریمر ابرمولکولی، (c) آرایش شبه تناوبی پیشنهادی دندریمرهای کروی، (d) الگوی پراش اشعه ایکس 12 برابر را نشان می‌دهد.

7- منسوجات با کارایی بالا (بخش هفتم)

 7-1 وکترا و وکتران Vectra and Vectran

الیاف تجاری TLCP، وتران، از پلیمر وکترا LCP تولید می‌شوند. این پلیمر از ترکیب پلیمریزاسیون استیل‌بنزوئیک اسیدAcetylation polymerisation of p- hydroxybenzoic acidو 6-هیدروکسی-2-نفتالیک تولید می‌شود. این پلیمر از خانواده پلیمرهای کریستال مایع ترموتروپیک Thermo tropic  بر پایه نفتالین است که توسط شرکت کلینس Cleanness Corporation   در دهه 1970 توسعه یافته‌اند. در این پلیمر، درجه گذار شیشه‌ای کلاسیک به وضوح مشاهده نمی‌شود و این در حالی است که با افزایش دما انتقالات مولکولی رخ می‌دهد. تحقیق و توسعه بر روی این پلیمرها و الیاف جهت تولید ترکیبات تایر متمرکز شد تا با الیاف پارا - آرامید رقابت کند. زمانی که مزایای هزینه‌ای با پلیمرهای TLCP در تولید تایرها به دست نیامد، تمرکز به سمت توسعه رزین برای قطعات الکترونیک توسط این پلیمرها انتقال یافت.

خواص دی‌الکتریک عالی ناشی از این پلیمر و تلورانس‌های محدود مجاز در طول قالب‌گیری تزریقی منجر به موفقیت تجاری با پلیمر و راه‌اندازی اولین کارخانه تجاری تولید پلیمر کریستال مایع در سال 1989 شد. استحکام بالا 23-28 گرم بر دنیر (5/2-2 نیوتن بر تکس)، در الیاف TLCP با عملیات حرارتی در یک جو بی‌اثر به دست می‌آید. همچنین برای سهولت پردازش از برخی انواع روان‌کننده، معمولاً آب، استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که باید قبل از رسیدن به دمای نهایی عملیات حرارتی، آب را حذف کرد تا جو خنثی موردنیاز حفظ شود و در نتیجه حداکثر خواص فیزیکی حاصل شود. در این فرایند الیاف به‌صورت یک‌رشته پیوسته تولید می‌شوند. خواص الیاف تولید شده در این روش در جدول 2 آمده شده است.

بررسی‌ها نشان می‌دهد که هیچ مشکل زیست محیطی قابل توجهی در تولید الیاف TLCP وجود ندارد. الیاف TLCP از پلیمرها با ترکیب‌های شیمیایی متغیر تولید شده‌اند تا مدول اولیه در محدوده 1000-850 گرم بر دنیر (90-80 نیوتن بر تکس(124-105 گیگا پاسگال) به‌دست آید. با این حال، این الیاف به دلیل مقاومت کششی و خستگی خمشی کمتر نسبت به محصولات تجاری TLCP، تجاری‌سازی نشدند. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، این الیاف با کارایی بالا دارای تغییرات چشمگیری در مقاومت و سختی هستند. این الیاف دارای مدول و استحکام بالایی هستند که این مورد از ویژگی‌های برجسته‌ی الیاف پلیمری و معدنی می‌باشد.

 
شکل 6 پلی‌اتیلن با کارایی بالا

7-2مقاومت در برابر بریدگی و سوراخ‌شدگی

ویژگی‌های محافظتی الیاف پلی‌اتیلن با کارایی بالا، نه‌تنها در کاربردهای بالستیک، بلکه در مقابله با برش، مانند دستکش‌های مقاوم در برابر بریدگی، لباس‌های زرهی و لوله‌های برش‌زن زنجیری، قابل‌استفاده است. جهت کاربرد این الیاف برای ایجاد خواص مقاومت در برابر برش، بهترین محافظت زمانی ایجاد می‌شود که الیاف با کارایی بالا با الیاف فولاد ضدزنگ یا شیشه ترکیب شوند. در نخ‌های مهندسی‌شده، الیاف فیلامنتی یا کوتاه HPPE و نخ‌های مختلف دیگری مانند فولاد ضدزنگ، شیشه، پلی‌آمید، پلی‌استر و پنبه ترکیب می‌شوند. ترکیب این الیاف با یکدیگر سبب بهبود مقاومت در برابر برش شده و به بهبود راحتی الیاف تهیه شده کمک می‌کند.

8- منسوجات با کارایی بالا (بخش هشتم)

مقاومت در برابر سوراخ‌شدگی به خواص مکانیکی الیاف و استحکام ساختار بافت منسوج در برابر میزان نفوذ میان نخ‌ها وابسته است. یک‌پارچه معمولی بافته شده از الیاف HPPE، آزمون مقاومت در برابر سوراخ‌شدگی را برای لباس‌های زرهی در برابر نفوذ از طریق اسلحه‌ها تحمل می‌کند، اما یک انگشتر به‌سادگی در این‌گونه از منسوجات نفوذ می‌کند. حساسیت کم به رطوبت و مقاومت خوب شیمیایی الیاف HPPE، دوام بالایی را در چرخه‌های شستشو و استفاده از لباس‌های محافظتی تضمین می‌کند.

8-1 تأثیر سرعت کم

در کامپوزیت‌ها، الیاف HPPE می‌توانند انرژی انتقالی را جذب کنند که در این صورت الیاف دیگر نظیر شیشه شکننده و یا الیاف کربن جهت استفاده برای مواد تقویت‌کننده کارایی نخواهند داشت. علاوه بر این، استفاده از HPPE باعث کاهش وزن منسوج می‌شود. به‌عنوان‌مثال، در کلاه ایمنی موتور، کاهش وزن 400-300 گرم قابل‌دستیابی است. همچنین این الیاف حتی در ترکیب با ورقه‌های چوبی برای کاربرد در بدنه قایق استفاده می‌شوند؛ بنابراین، الیاف HPPE می‌توانند به میزان زیادی مقاومت در برابر ضربه را بهبود بخشند.

8-2 توری

به طور معمول تورهای ماهیگیری، تورهای ایمنی و غیره با گره‌زدن الیاف بافته شده HPPE برای تشکیل صفحات توری ساخته می‌شوند که برای ساختن، به‌عنوان‌مثال، تور ترالTrawlاستفاده می‌شوند. به دلیل ماهیت لغزنده این الیاف، تک گره در توری‌های HPPE، ممکن است منجر به لغزش گره شود، بنابراین گره‌های دوگانه برای این‌گونه از کاربردها توصیه می‌شوند. در شبکه‌های بدون گره (راشل و نیچیمو ) پانل‌ها مستقیماً از نخ تولید می‌شوند و الیاف در ابتدا ساخته نمی‌شوند. تنظیم گرما برای تورهای HPPE برای بهبود تثبیت گره‌ها، فرایند رایجی است.

 
شکل 7 تورهای ماهیگیری

8-3 بی بافت‌ها

این ساختار در حفاظت بالستیک در برابر گلوله‌ها (جلیقه پلیس، پنل‌های زرهی سبک) استفاده می‌شود؛ زیرا در وزن مشابه از پارچه‌های دیگر، محافظت بسیار بهتری را ارائه می‌دهند. شکننده دینامیک سوزنی نمدی، نمدی است که از الیاف اصلی تولید می‌شود و برای مثال در جلیقه نظامی برای محافظت در برابر قطعات انفجار نارنجک و بمب استفاده می‌شود.

8-4 کامپوزیت‌ها و لایه‌ها

در کامپوزیت‌های غیر بالستیک، الیاف HPPE عمدتاً برای بهبود استحکام و جذب انرژی در محصولات تقویت شده با الیاف شیشه یا کربن استفاده می‌شوند. پارچه‌های بافته‌شده یا ترکیبی با شیشه یا کربن می‌توانند تولید شوند و الیاف یا پارچه می‌تواند با کربن یا پلاسما تکمیل شود تا چسبندگی ماتریس به الیاف بهبود یابد. ماتریس معمولاً اپوکسی یا رزین پلی‌استر است. تنها محدودیت اساسی در اینجا این است که دمای تثبیت نباید از ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد بیشتر باشد. در کامپوزیت‌های استفاده شده برای محافظت بالستیک، مانند کلاه‌ها و پنل‌های زرهی سبک، فقط از انواع الیاف بالستیک استفاده می‌شود. هم پارچه‌ها و هم محصولات یک‌طرفه و سیستم‌های ماتریس، ترموپلاستیک هستند. مقدار الیاف مورداستفاده معمولاً بسیار بیشتر از کامپوزیت‌های بالستیک است.

9- منسوجات با کارایی بالا (بخش نهم)

الیاف HPPE دارای جذب انرژی بالا در نقطه شکست هستند و به دلیل وزن کمشان، جذب انرژی نیز بسیار بالا است. محققان این امکانات را برای کاربرد این الیاف در برنامه‌هایی که نیاز به ترکیبی از وزن کم و محافظت در برابر تهدیدات مکانیکی است، ایجاد می‌کند. در محافظت بالستیک، مهم‌ترین عوامل مکانیزم‌های جذب انرژی در سرعت‌های بالستیک هستند. مقاومت کششی و کششی شکست، میزان انرژی را که می‌توان توسط یک مقدار الیاف جذب کرد، تعیین می‌کند. مدول‌های خاص، سرعت صوتی در الیاف را تعیین می‌کنند و ناحیه‌ای از پارچه را نشان می‌دهند که در متوقف کردن پرتابه نقش دارند. جذب انرژی ویژه و سرعت صوتی الیاف. عوامل اولیه تعیین‌کننده وزن موردنیاز برای توقف پرتابه هستند.

9-1 طناب‌ها

وزن کم و مقاومت بالای الیاف HPPE امکان تولید طناب‌های مقاوم با ویژگی‌های بسیار ویژه را فراهم می‌کند. طناب‌های HPPE بر روی آب شناور بوده، انعطاف‌پذیر هستند و کشش طولی کمی دارند؛ بنابراین، کاربرد آن‌ها بسیار ساده است. نتایج اثبات کرده‌اند که مقاومت در برابر ساییدگی و خستگی در این‌گونه از الیاف در هر استانداردی مناسب است، به همین دلیل طناب‌های HPPE به مدت طولانی‌تری نسبت به طناب‌های دیگر پایدار هستند.

9-2 الیاف اکریلیک‌ اکسید شده و حرارت‌دهی شده

درمان حرارتی بیشتری از الیاف اکریلیک اکسید شده در جو، خواص محافظتی و مقاومت در برابر حرارت و آتش را بهبود می‌بخشد. یکی از محصولات تولید شده به‌موجب این فناوری، کرلونCurlonاست که خواص آن به‌تازگی مورد بررسی قرار گرفته است. این الیاف دارای ساختاری مارپیچی بوده و دارای سطح مقطع دایره‌ای‌شکل با قطرهای ۸ و ۱۱ میکرومتر در دسترس هستند. مقاومت کششی (5/0 گیگاپاسکال) و انعطاف‌پذیری (5/4%) این الیاف به الیاف کربن نزدیک بوده و چگالی ویژه آن‌ها 54/1 می‌باشد. همچنین، شاخص محدودکننده اکسیژن نیز برای این الیاف 56% بیشتر از الیاف کربن است. به دلیل درجه بالا کربونیزاسیون در این الیاف، انتشار گازهای سمی، به‌ویژه HCN، هنگام گرم‌شدن تا دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، کمتر از الیاف اکریلیک اکسید شده می‌باشد. وجود چگالی بالاتر در این الیاف، کیفیت‌ عایق صوتی را بهبود می‌بخشد و به همین دلیل این الیاف در صنایع هواپیمایی، دریایی، بسته‌بندی‌ها و منسوجات بی بافت مورداستفاده قرار می‌گیرند.

9-3 پلی بنزیمیدازول   POLYBENZIMIDAZOLE (PBI)

الیاف پلی بنزیمیدازول جزو الیاف با کارایی بالا بوده که به‌خاطر پایداری حرارتی و مقاومت شیمیایی عالی شناخته می‌شوند. این دو خصوصیت، همراه با ویژگی‌های عالی پردازش بافندگی، موقعیت منحصربه‌فردی را برای الیاف پلی بنزیمیدازول در بازار الیاف کارایی بالا تضمین کرده است. از حدود سال 1990، الیاف پلی بنزیمیدازول تولید شده‌اند و به‌عنوان محصول اصلی در بسیاری از کاربردهای عملکردی شناخته می‌شوند. این الیاف در منسوجات محافظتی در برابر آتش برای کارکنان، محصولات اصطکاکی و محصولات متوقف کردن آتش در هواپیماها استفاده می‌شوند. اگرچه الیاف پلی بنزیمیدازول نسبتاً جدید هستند، اما زمانی که تولید شدند، آزمایشگاه مواد نیروی هوایی ایالات متحده با شرکت سابق کلینس قرارداد بست تا فرایندهای پلیمریزاسیون و ریسندگی برای تولید الیاف مقاوم در برابر دمای بالا را توسعه دهد. سپس این الیاف را برای کاربرد در منسوجاتی برای آتش‌سوزی در فضاپیمای اپولو در سال 1967، نیروی هوایی ایالات متحده و ناسا، به‌عنوان مواد غیر قابل‌اشتعال برای لباس‌های پرواز مورد بررسی قرار دادند که حداکثر محافظت را به فضانوردان یا خلبانان در محیط‌های غنی از اکسیژن، پس از سال‌ها تولید در مقیاس آزمایشی و استفاده در کاربردهای نظامی و فضایی بسیار ویژه، ارائه می‌دهد.

9-4خواص و کاربردهای الیاف

 الف) پایداری در برابر آتش و حرارت

کمترین غلظت اکسیژنی که به آتش‌سوزی پایدار الیاف پلی بنزیمیدازول منجر می‌شود، 41٪ است. یک آزمون استاندارد دیگر برای ارزیابی مقاومت به آتش و شعله‌گیری آتش‌افروز، آزمون آتش‌سوزی عمودی (FSTM  191-5903)  است. در این آزمون، یک نمونه پارچه به دمای بالایی از آتش برای زمان مشخصی عمل می‌شود. عملکرد قابلیت سوختن با اندازه‌گیری زمان سوختن عرض پارچه و طول پارچه توسط آتش (طول زغال) تعیین می‌شود. پارچه‌های تولید شده از الیاف پلی بنزیمیدازول گسترش شعله پس از فرایند سوختن را ندارند و طول زغال کمی دارند (10 میلی‌متر یا 4/0 اینچ). این مورد تأییدیه دیگری برای نشان‌دادن مقاومت استثنایی الیاف پلی بنزیمیدازول در برابر آتش است. لازم به ذکر است که الیاف پلی بنزیمیدازول همچنان تمامیت فیزیکی و مکانیکی خود را حین و پس از قرارگیری تحت دماهای بالا حفظ می‌کنند و پایداری حرارتی در آزمون‌های متعددی از تعرض به دماهای بالاتر بررسی شده است.

10- منسوجات با کارایی بالا (بخش دهم)

کاربردهای اصلی الیاف آرامید از ویژگی‌های مقاومت بالا در برابر دمای بالا و آتش استفاده می‌کنند و به‌صورت زیر خلاصه می‌شوند که عبارت‌اند از:
• لباس‌های محافظ: لباس‌های بیرونی، لباس‌های زیر و دستکش‌ها ممکن است از 100% P84 ساخته شوند یا با الیاف کم‌هزینه‌تر مانند ویسکوز مقاوم در برابر شعله (مثلاً ترکیب 50/50 P84/Viscose FR (Lenzing) برای لباس‌های زیر بافته شده با قابلیت جذب رطوبت بالا استفاده می‌شوند) و یا با پلی آرامیدهایی با مقاومت بالا برای افزایش خواص سایشی و کششی ترکیب شوند. استفاده از رنگزای طبیعی جهت رنگرزی الیاف P84، سبب می‌شود تا گزینه‌های انتخابی برای مشتریانی که ممکن است به رنگ‌های ایمن و روشن مناسب‌تری نیاز داشته باشند، ایجاد شود. ویژگی محافظتی منسوجات حاوی آرامید نه‌تنها ایجاد مقاومت در برابر تجزیه‌نشدن در دماهای بالا است، بلکه سطوح بالایی از عایق حرارتی را نیز ارائه می‌دهند که ممکن است با افزایش چین‌خوردگی الیاف بهبود یابد.

 
شکل 8 پتوی ضد آتش

• بسته‌بندی بافته شده: الیاف P84 گزینه ایده‌آلی برای آب‌بندی و بسته‌بندی در دمای بالا هستند که ممکن است در صورت نیاز به سطوح بالاتر برای ایجاد مقاومت شیمیایی با روان‌کننده‌ها و پراکنده‌کننده‌های PTFE آغشته شوند.
• فیلتراسیون در دماهای بالا: کیسه‌های فیلتر گاز گرم می‌توانند برای مدت‌های طولانی تا 260 درجه سانتی‌گراد استفاده شوند. تجربه نشان داده است که استفاده مداوم به مدت چندین سال در دماهای بالا تا 160 درجه سانتی‌گراد و همچنین تا پیک‌های دمایی 180 درجه سانتی‌گراد ممکن است مجاز باشند.
• هواپیما و سایر فضاهای داخلی وسایل حمل‌ونقل: اجزای سه‌بعدی با استحکام ساختاری، ممکن است از پارچه‌های بی بافتی که دارای گرمایش بالاتر از دمای انتقال مرتبه دوم هستند، ساخته شوند که باعث انقباض الیاف و تثبیت ساختار منسوج با ایجاد مقداری چسبندگی الیاف به الیاف می‌شود. این سازه‌ها دارای چگالی کم، خواص مکانیکی بالا و مقاوم در برابر آتش بوده که می‌توانند در مواد معمولی جهت کاربردهایی که به سازه‌هایی با وزن کم‌نیاز دارند، مانند هواپیماها و قطارهای پرسرعت، استفاده شوند.

شکل 9 پوشش‌های فضای بیرونی برای تقویت‌کننده‌ها

♦ منابع مرتبط :

►https://www.fibre2fashion.com/

♦ لینک اشتراک گذاری :

https://b2n.ir/nassajyar978►

♦ مطالب پیشنهادی :

-الیاف نساجی برای کاربردهای با کارایی بالا

-منسوجات کاربردی در صنعت نساجی

-انواع الیاف با کارایی بالا: خواص و کاربردهای آن‌ها

-کاربردهای نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه

-موارد استفاده و خواص الیاف نومکس چیست

-پتانسیل الیاف ویسکوز سلیانت فلوک شده

-عملکرد و کاربرد های منسوجات فنی

-الیاف نومکس چیست ؟

 ♦ لینک اشتراک گذاری :
♦ مطالب پیشنهادی :

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.