اخبار و مطالب روز نساجی: تولید الیاف

الیاف دو جزئی: انواع، روش تولید، تکمیل نهایی و کاربردها

Bicomponent Fibers: Types, Manufacturing, Aftertreatment and Application

الیاف دو جزئی (Bicomponent fibers):

الیاف دو جزئی یا Bicomponent  به دسته خاصی از فیلامنت های مصنوعی گفته می شود که از دو یا چند پلیمر مختلف ساخته شده اند که به آن الیاف هتروفیل نیز می گویند. آرایش های پلیمری مختلفی در این نوع الیاف وجود دارند که می توان از آنها استفاده کرد، اما سه مورد از رایج ترین آنها عبارتند از: پهلو به پهلو ، غلاف-مغزی ، مخلوط و  مجمع الجزایر. این الیاف از دو یا چند پلیمر با ماهیت شیمیایی متفاوت (مانند ترکیب، مواد افزودنی) و یا فیزیکی (مانند وزن مولکولی متوسط، بلورینگی) ساخته شده است که از یک اسپینرت به شکل یک لیف اکسترود شده است. این نوع الیاف بیشتر در صنعت فرش رایج هستند که در آن یک پلیمر دارای دمای انقباض متفاوتی نسبت به دیگری است.

Common types of bicomponent fiber

---------------------------------------------------------------------

در طراحی اسپینرت، امکان تشکیل الیاف حاوی بیش از یک جزء پلیمری وجود دارد. در این آرایش، پلیمرها با هم ترکیب نمی‌شوند، بلکه به صورت مناطق مجزا در داخل لیف باقی می‌مانند. گستره وسیعی از طرح‌های دو جزئی وجود دارد، اما انواع اصلی آن‌ها : پهلو به پهلو(side by side)، غلاف مغزی(core-sheath)، چند تکه ( segmented pie ) و مجمع الجزایر هستند (شکل بالا). چند تکه یا مجمع الجزایر اغلب برای تولید میکروالیاف با انعطاف‌پذیری و نرمی زیاد ریسیده می‌شوند. الیاف 4DG یک لیف با سطح مقطع بزرگ است که برای جذب ذرات و فتیله سازی(wicking applications) طراحی شده است.

الیاف دو جزئی می توانند خواص فیزیکی و زیبایی شناسی غیرعادی داشته باشند که آنها را به محصولی با ارزش در مقایسه با الیاف معمولی تبدیل می کند.این کار اغلب با ترکیب خواص پلیمرها یا استفاده از تفاوتهای موجود در ویژگی هایی مانند نقطه ذوب حاصل می شود. به عنوان مثال، آستروتورف(astroturf) دو جزئی تولید شده از روش غلاف مغزی با یک هسته پلی آمید و غلاف پلی اتیلن، انعطاف پذیری مغزی را حفظ می کند اما میزان حرارت اصطکاک ایجاد شده بوسیله پلی اتیلن را کاهش می دهد. تشکیل این ماده دو جزئی چندان رایج نیست اما به عنوان یک تکنیک نسبتاً شناخته شده استفاده می شود.

الیاف دو جزئی ممکن است از دو یا چند پلیمرهای مختلف تشکیل شده و به صورت یک فیلامنت اکسترود شوند. این الیاف در طول خود به دو ناحیه کم و زیاد (مجزا) تقسیم می شوند. الیاف دو جزئی گاهی اوقات به عنوان الیاف مرکب، مزدوج و هترا نیز شناخته می شوند. انواع مختلفی از سطح مقطع ها ی رایج در شکل زیر نشان داده شده است.

The principles of bicomponent spinning and the cross-section

انواع الیاف دو جزئی:

الیاف دو جزئی گاهی اوقات به عنوان الیاف "کامپوزیت(composite)"، "کونژوگه(conjugate)" یا "هترو(hetro)" نامیده می شوند. برای هر نوع لیف ویژگی ها و کاربردهای خاصی وجود دارد. با توجه به توزیع اجزا در سطح مقطع لیف میتوان آنها را به چند گروه تقسیم کرد که در زیر آورده شده است:

غلاف مغزی C/S  (Core-Sheath)

پهلو به پهلو S/S ( Side by Side)

چند تکه segmented pie

مجمع الجزایر I/S  (Island in the Sea)

مخلوط های پلیمری

اینها رایج ترین انواع الیاف دو جزئی به شمار می روند.

فرآیند تولید الیاف دو جزئی:

ریسندگی مذاب رایج ترین روش مورد استفاده برای تولید الیاف مصنوعی تجاری است. یک روش در ریسندگی مذاب پلیمری، تغییر مورفولوژی (ساختار) الیاف طی فرآیند ریسندگی است که یکی از جالب‌ترین پیشرفت‌ها در زمینه ساخت الیاف مصنوعی است. الیاف دو جزئی از فرآیندهای متداول کشش مذاب مشابه الیاف مصنوعی معمولی عبور می کنند. هدف اصلی ریسندگی مذاب دو جزئی، استفاده از قابلیت‌هایی است که در هیچ یک از پلیمرها به تنهایی وجود ندارد، زیرا خواص مکانیکی، فیزیکی یا شیمیایی مفید دو ماده را می‌توان در یک لیف ترکیب کرد و دامنه کاربردهای آنها را گسترش داد.

الیاف دو جزئی پهلو به پهلو را می توان در سه گروه طبقه بندی کرد:

در گروه اول، دو جزء محلول یا مذاب مستقیماً به روزنه‌های اسپینرت وارد می‌شوند و در نزدیک دهانه‌ها ترکیب می‌شوند.

در گروه دوم، دو جزء الیاف به شکل یک ساختار چند لایه (اعم از ورق‌های مسطح یا استوانه‌های متحدالمرکز) تبدیل می‌شوند و بدون حرکت به اسپینرت(شبکه ریسندگی) تغذیه می‌شوند،  روزنه های‌ اسپینرت طوری قرار می‌گیرند که سطح مشترک لایه های مختلف پلیمر را  قطع کنند.

در گروه سوم، دو جزء نیز از یک ساختار لایه غیر متحرک (به عنوان مثال یک جریان مختلط) تشکیل شده و به اسپینرت ها تغذیه می‌شوند. در این مرحله، با وجود اینکه، هیچ تلاشی برای تراز کردن ردیف‌های اسپینرت با سطوح اجزاء انجام نمی‌شود، این الیاف می توانند در گستره ی وسیعی از ترکیبات تولید ‌شوند.

یک لیف دو جزئی ممکن است در توزیع جانبی در طول لیف متفاوت باشد. همچنین می توان نخ هایی متشکل از مخلوط الیاف دو جزئی و الیاف تک جزئی تهیه کرد. این الیاف دو جزئی برای تولید پارچه های بی بافت، پوشش کف، اثاثیه یا لوازم داخلی، پارچه های مقاوم در برابر چروک بالا و غیره مناسب هستند.

تکمیل نهایی الیاف دو جزئی:

معمولاً الیاف دو جزئی برای افزایش استحکام ،  به منظوره تکسچره شدن نخ‌ها، چین (crimp) و برش جهت تولید الیاف استیپل یا فرآیند لایه‌گذاری مرطوب(wet-laid process)، مراحل مختلف تکمیل را پشت سر می‌گذارند. تنظیم حرارت اغلب برای متبلور کردن الیاف به منظور جلوگیری از انقباض اعمال می شود. بدیهی است که تنظیم گرما باید بدون تماس مستقیم، فقط با جریان هوای گرم در دمای کاهش یافته و سرعت کم اعمال شود.

در بیشتر موارد، الیاف چند جزئی (multicomponent )با روش چند تکه یا Pie segmented تولید می‌شوند. در طول این فرایند ممکن است الیاف به شکل توخالی درآیند. به همین دلیل، در طول پروسه های ریسندگی، کشیدن، چین‌خوردگی و کاردینگ، الیاف نباید شکافته شوند، زیرا این امر به طور قابل‌توجهی فرآیندها را مختل می‌کند. برای جلوگیری از شکافته شدن/ پارگی در حین عملیات ،به غیر از عملیات تکمیلی پس از تصفیه، مذاب های پلیمری باید همگون و یکنواخت باشند، بطوریکه هیچ نفوذی بین ماکرومولکول ها در سطح مشترک وجود نداشته باشد، علاوه بر آن پلیمرها رفتار کششی و انبساطی مشابهی داشته باشند تا تغییر شکل در طول فرآیند چین دادن با نیروی بخار ایجاد شود ولی ممکن است منجر به انقباض و در نتیجه شکافتن شود.

الیاف چند جزئی برای پارچه های کشباف، بافت ها یا منسوجات بی بافت استفاده می‌شوند. برای جداسازی، مواد بافته شده را برس می زنند، سوزن زده و یا با جت آب عمل می آورند، بطوریکه که نیروی مکانیکی اجزاء را جدا می کند. فیلامنت ها در پارچه به هم متصل می شوند، که یک سطح زبری ایجاد می شود و در عین حال جداسازی با روش مکانیکی را محدود می کند.

مکانیسم های دیگر برای جداسازی، عملیات حرارتی از طریق هوا یا گرمایش مادون قرمز است ؛ درصورتی که هر دو جزء لیف رفتار انقباض متفاوتی داشته باشند. جداسازی شیمیایی توسط آب داغ، هیدروکسید سدیم، سود سوزآور و محلول های بنزیل الکل، در نهایت توسط نیروی اولتراسونیک انجام می شود. کشش گرم و تنظیم حرارت برای الیاف دو جزئی پیچیده تر از الیاف تک جزیی است.

کاربرد و موارد استفاده از الیاف دو جزئی:

بسیاری از روش های تولید الیاف Bicomponent متحول شده اند. به گونه ای که این محصولات سبک‌تر، قوی‌تر و کار کردن با آن‌ها ساده‌تر شده‌است. پیش بینی می شود این الیاف به عنوان مواد پیشرفته در بسیاری کاربردها از جمله بهداشت، منسوجات، خودرو، اثاثیه منزل، و بسیاری دیگر برای حل مشکلات و رفع نیازهای مصرف کنندگان توسعه یابد. در منسوجات بی بافت، الیاف کوتاه (استیپل) دو جزئی از مهمترین الیاف به شمار می رود. کاربردهای عمده الیاف دو جزئی در زیر آورده شده است.

1. عناصر پیوند دهنده در منسوجات بی بافت:

برای تولید پارچه های بی بافت ،از طریق پیوند حرارتی ، یک تار لیف مخلوط با لیف دو جزئی قابل اتصال را به وسیله دمیدن هوای گرم ، فرآوری می کنند. از الیاف دو جزئی برای تولید پارچه های بی بافت با زیردست نرم استفاده می شود که برای پوشک و محصولات بهداشتی قابل استفاده است.

2. میکروالیاف:

یکی از اولین و شناخته شده ترین محصولات میکروالیاف، چرم مصنوعی به نام Alcantara®  است که از لیف دو جزئی تولید می شود. یک روش جایگزین برای تولید میکروالیاف بدون حلال ، اعمال تنش مکانیکی برای جداسازی بخش‌های مختلف الیاف چند تکه segmented-pie است.

3. الیاف با سطح مقطع خاص:

یکی از ویژگی های خاص روش مجمع الجزایر، تولید الیاف لوگوتایپ است، که در آن پلیمر جزیره ای دارای رنگ متفاوتی است یا رنگ پذیری متفاوتی در مقایسه با ماتریس دارد به عنوان مثال PA در مقابل PET

4. الیاف غلاف-مغزی با استحکام بالا:

تقویت بتن با الیاف می تواند یک روش جایگزین اقتصادی برای تقویت میلگرد فولادی باشد. الیاف دو جزئی غلاف-مغزی پلی الفین، به دلیل استحکام کششی و مدول الاستیک در هسته، و وجود نانوذرات و سایر مواد افزودنی در غلاف، برای افزایش خواص مکانیکی بتن استفاده می شود.

5. الیاف دارای خاصیت سطح عاملی :

الیاف غلاف-مغزی ماده مناسبی برای اصلاح سطح است بطوریکه قسمت عمده آن بدون تغییر باقی می ماند. اکثر الیاف دو جزئی تجاری ، الیاف اتصال دهنده با غلاف دمای ذوب پایین هستند.

6. کامپوزیت های تماما ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف:

الیاف دو جزئی غلاف-مغزی و مجمع الجزایر را می توان برای تولید کامپوزیت های تقویت شده با الیاف تماما ترموپلاستیک استفاده کرد.

7. الیاف هوشمند:

دو پلیمر با انتقال دمای متفاوت را می توان برای تشکیل یک ماده مرکب و هوشمند ترکیب کرد. ریسندگی دو جزئی بستر مفیدی را برای مهندسی کامپوزیت ها یا ترکیبات هوشمند فراهم می کند.

8. الیاف نوری پلیمری:

برای تولید الیاف نوری پلیمری نازک و انعطاف پذیرPOFs  در صنایع نساجی، الیاف دو جزئی مذاب تابیده شده با یک پلیمر الفین حلقویCOP  به عنوان هسته و یک تترافلورواتیلن-هگزافلوئوروپروپیلن-وینیلیدین فلوراید THV به عنوان غلاف را استفاده می کنند.

استفاده از الیاف دو جزئی در تولید نخ های حجیم در بافندگی:

الیاف دو جزئی اکریلیک زمانی که خیس و با بخار خشک می شوند یک چین خوردگی برگشت پذیر نشان می دهند، مشابه آنچه در مورد پشم مشاهده می شود. پس از مطالعات ، رفتار الیاف دو جزئی اکریلیک از لحاظ ساختاری مشابه الیاف پشم گزارش شد. زیر دست معمولی و حجیم بودن الیاف پشم تا حد زیادی به عدم تقارن ساختار دو طرفه الیاف نسبت داده می شود که به دلیل وجود دو جزء یعنی واحد ارتو و پاراکورتکس در سطح مقطع است. الیاف دو جزئی اکریلیک معمولاً با ریسیدن الیاف از کوپلیمرهای اکریلیک با ویژگی های انقباض طولی متفاوت تهیه می شود.

هنگامی که لیف دو جزئی در معرض گرما قرار می گیرد، انقباض در خود لیف ایجاد می شود و در نتیجه یک چین خوردگی سه بعدی تشکیل می شود. این چین خوردگی سه بعدی در الیاف به نوبه خود احساس نرمی، الاستیسیته ، انعطاف پذیری و ثبات ابعادی بهتری ایجاد می کند. ساختار چین دار دو جزئی و تک جزئی الیاف اکریلیک در نخ های بافندگی که دارای زیر دستی حجیم اند در شکل 3 نشان داده شده است.

Bulky acrylic yarn using shrinkable, non-shrinkable and bicomponent fibers

♦ کلمات کلیدی: الیاف دو جزئی | الیاف بایکامپوننت | الیاف غیر همانند Heterofil Fibers | الیاف بایکو | پروسه تولید الیاف | ماشین آلات نساجی

♦ منابع مرتبط:

►https://textilelearner.net

►https://www.degruyter.com

►Introduction to Textile fibers (Revised Edition) by H. V. Sreenivasa Murthy

►Textile and Clothing Design Technology by Tom Cassidy & Parikshit Goswami

► Handbook of Fibrous Materials Edited by Jinlian Hu, Bipin Kumar and Jing Lu

►Synthetic fibers: Nylon, Polyester, Acrylic, Polyolefin Edited by J. E. McIntyre

► Forensic Examination of Fibres, Third Edition Edited by James Robertson, Claude Roux and Kenneth G Wiggins

►Md. Khalilur Rahman Khan, Mohammad Naim Hassan. A Review Study on Bicomponent (Bico) Fibre/ Filament. J Textile Sci & Fashion Tech. 8(2): 2021. JTSFT.MS.ID.000681. DOI: 33552/JTSFT.2021.07.000681.

 انواع الیاف دوجزئی   روش تولید الیاف دوجزئی   کاربردهای الیاف دوجزئی

.

.

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.