آشنایی با الیاف نایلون

آشنایی با الیاف نایلون

آشنایی با الیاف نایلون

 تاریخچه

نایلون اولین لیف مصنوعی است که به شکل انبوه تولید گردید و تنها لیفی است که پیش از جنگ جهانی دوم عرضه شد . ظهور و توسعهراین لیف به سال ۱۹۲۸ بر می گردد که در این سال والاس کاروترز در شرکت دوپونت در شهر ویلمینگتن آمریکا تحقیقات خود را در این زمینه آغاز نمود . در سال ۱۹۳۵، پلیمر نایلون ۶۶ برای اولین بار تهیه شد و تولید آزمایشی آن نیز در سال ۱۹۳۸ آغاز گردید . یکسال بعد اولین کارخانه تولید الیاف نایلونی احداث گردید و در کتبر سال ۱۹۳۹اولین جورابهای نایلونی به بازار عرضه شد . در طی جنگ جهانی دوم بیشترین استفاده نایلون در مصارف نظامی و بویژه در پارچه های چتر نجات بود ؛ اما در سال ۱۹۴۶استفاده از نایلون در مصارف خانگی نیز آغاز گردید . در آلمان نیز تحقیقاتی از سال ۱۹۳۱ آغاز شد که بیشتر در مورد تولید الیاف نایلون ۶ بود . در سال ۱۹۳۹ تک فیلامنتهای ضخیم عرضه گردیدند و تولید نخ های فیلامنتی در حجم کم در سال ۱۹۴۰ صورت گرفت که یکسال بعد به تورید انبوه رسید .

در دهه ۱۹۷۰ پارچه های پنبه / پلی استر عرضه گردیدند که از خواص راحتی بهتری در پوشاک و مصارف خانگی برخوردار بودند و بدین ترتیب در اینگونه مصارف جانشین نایلون شدند و جایگاه نایلون در صنعت مد تنزل یافت . پلی استر همچنان بعنوان پرمصرفترین لیف مصنوعی باقی مانده است و در سال ۱۳۹۹ بیش از ۶۰% حجم الیاف مصنوعی تولید شده را که در مجموع ۲۸ میلیون تن بود را به خود اختصاص داد این رقم در رابطه با نایلون ۴ میلیون تن است .

تولید کنندگان ، الیاف نایلون را برای مصارفی عرضه می کنند که خواص نایلون در آنها به بهترین نحو مورد استفاده قرار می گیرد . این کاربردها شامل فرش ، جوراب ساق کوتاه و جوراب شلواری، لاستیک اتومبیل و تسمه میباشد . در بخش پوشاک ، تولید کنندگان محصولات خود را با توجه به خواص مورد نیاز برای هرکابرد خاص عرضه می نمایند، فیلامنتها ظریفتر شده اند و اغلب سطح مقطع عرضی آنها غیر دایروی است و در بیشتر موارد از نخ های تکسچره شده استفاده می شود . ظهور این محصولات به همراه تغییرات صورت گرفته در مد موجب گردید که در اواخر دهه ۱۹۹۰ ، مجددا تمایل برای استفاده از الیاف نایلون در پوشاک رویی بوجود آید .

نامهای تجاری کلی برای نایلون مانند Bri-Nylon بری- نایلون چندان مورد مصرف قرار نگرفتند و در عوض از نامهای تجاری خاص مانند آنترون Antron ، تکتل Tactel و تکتسی Tactesse  برای مصارف ویژه استفاده گردید .

ساختارهای شیمیایی

ساختار شیمیایی نایلون
ساختار شیمیایی نایلون

الیاف نایلون از مولکول های بزرگ خطی تشکیل شده اند که واحدهای ساختاری آن بوسیله گروه -NH-CO- به یکدیگر متصلند . ازینرو در اغلب موارد برای نایلون از واژه پلی آمید استفاده می شود اگرچه واخدهای ساختاری نایلون ها اصولا آلیفاتیک هستند ، اما طبق تاریف ممکن است کنتر از ۸۵ درصد اتصالات آمیدی به دو حلقه آروماتیک متصل باشند . می توان گفت تقریبا در تمام الیاف نایلون ، هیچ یک از اتصالات آمیدی به دو حلقه آروماتیک متصل نیستند . اگر ۸۵دصد اتصالات آمیدی و یا بیشتر از آن به دو حلقه آروماتیک متصل باشند ، لیف هنوز پلی آمد است ولی در یک گروه متفاوت دیگر دسته بندی می شود . این الیاف آرامید Aramid نامیده می شوند و فرآیند تولید و نیز خصوصیات آنها تفاوت عمده ایی با نایلون های معمولی دارد .

ساختار شیمیایی نایلون
ساختار شیمیایی نایلون

امکان تولید پلیمرهای نایلون با روش های متفاوتی وجود دارد . مهمترین روش های تولید صنعتی پلیمر نایلون عبارتند از ؛

۱.واکنش تراکمی بین دی آمین ها و دی اسیدها

۲.واکنش خود تراکمی Self condensationآمینو اسیدها

۳.پلیمر شدن آبی لاکتامها که در آن با هیدرولیز جزیی لاکتام، آمینو اسید به وجود می آید.

۴.پلیمر شدن افزایشی لاکتامها در حالت خشک

روش ۱ و ۳ اهمیت بسزایی در تولید الیاف دارند ؛ روش دوم برای نایلون های خاصی مورد استفاده قرار می گیرد و روش چهارم برای قالبگیری واکنشی بکار می رود و در تولید الیاف کا بردی ندارد.نایلون۶۶ از فرآیند پلیمر شدن تراکمی ۱،۶ – دی آمینو هگزان که نام تجاری آن هگزامتیلن دی آمین است و اسید هگزان دیوپیک که اغلب بنام اسید آدیپیک معروف است ، بوجود می آید .

منومری که معمولا در تولید نایلون ۶ مورد استفاده قرار می گیرد کاپرولاکتام است وهنگامی تشکیل می شود که زنجیرهای مولکولی اسید ۶- آمینو هگزانوییک آب از دست می دهند و یک لاکتام بوجود می آید. در حالت خشک کاپرولاکتام به آسانی پلیمریزه نمی شود . میتوان از طریق پلیمر شدن آنیونی در حالت خشک و با استفاده ز کاتالیزورهایی چون هیدروکسیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی ، هیدریدها و یا آلکوکسیدها ، کاپرولاکتام را به نایلون ۶ تبدیل نمود . اما معمولا از پلیمر شدن آبی برای تولید پلیمر نایلون ۶ مناسب برای تولید الیاف استفاده می شود . معمولا برای افزایش سرعت واکنش لازمست از مقدار کمی آب ، اسید آمینو کاپروییک یا اسید کربوکسیلیک تک بازی استفاده شود . در اغلب موارد در صنعت از ۵تا۱۰درصد آب برحسب وزن کاپرولاکتام استفاده می شود.

نایلون های دیگری نیز وجود دارند که بصورت تجاری عرضه گردیدند . نایلون ۱۱ در حجم تولید پایین بصورت لیف و تحت نام تجاری ریلسان تولید می شود . هنوز هم از نایلون ۱۱ به مقدار گسترده ایی بعنوان پلاستیک استفاده می شود .

نایلون دیگری در سال ۱۹۶۸ بوسیله شرکت دوپونت وتحت نام تجاری کیانا عرضه گردید. ادعا شده بود که جلا و زیردست پارچه های تولید شده از این لیف شباهت زیادی به ابریشم دارد و ثبات ابعادی و خواص ضدچروک آن مانند پلی استر است . اما دی آمین پیچیده که برای تولید آن بکار گرفته می شد بسیار گران بود و همچنین بدلیل استفاده از کریر برای رنگرزی این لیف ، رنگرزی آن مشکلتر از نایلون ۶۶ و ۶ بود .

تولید آزمایشی نایلون ۴،۶ تحت نام تجاری استانیل و بوسیله شرکت DSM در سال ۱۹۸۴ آغاز شد و در سال ۱۹۸۹ به بازار عرضه گردید. این نایلون از پلیمر شدن ۱،۴ – دی آمینو بوتان و اسید آدیپیک تولید می شود . دوایذوب پلیمر یاد شده ۲۹۵ درجه سانتیگراد است آه بالاتر از نایلون ۶۶ و نایلون۶ میباشد . اگرچه این موضوع باعث میشود فرآیند اکستروژن به دشواری انجام گیرد ، ولی در عوض نخ نهایی خواص مطلوبی از لحاظ ثبات ابعادی، ظرفیت حرارتی، خزش و جمع شدگی در دماهای بالا را دارد. از این نایلون در تسمه های ذوزنقه ایی شکل و تسمه های تنظیم، لاستیک اتومبیل، لوله خرطومی و پارچه های مقاوم در برابر سایش استفاده می شود .

دو نایلون دیگر بصورت تجاری ولی به میزان کم تولید شدند که عبارتند از نایلون ۶،۱۰ برای ساخت کاغذ و همچنین به همراه نایلون ۶۶ برای تولید الیاف دو جزیی خود فر استفاده می شود . نایلون ۶،۱۲ بصورت تک فیلامنت وتحت نام تجاری تاینکس تورید می شود و از آن در تولید جاروهای نخی ، فرچه نقاشی ، مسواک و برس های آرایشی استفاده می گردد . کاهش میزان گروه های آمید در این پلیمر موجب می گرد که مقدار جذب رطوبت آن کاهش یافته و مقاومت آن در برابر مواد شیمیایی بهبود یابد .

سنتز مونومر

بازار نایلون در اختیار نایلون۶ و ۶۶ است؛ چرا که دماهای ذوب این الیاف مناسب است و افزون بر این مواد اولیه مناسب برای تولید آنها مانند بنزن و فنول در دسترس هستند که هر مولکول آن ها شش اتم کربن دارد. تمام مونومر های مناسب ، از این ترکیبات آروماتیک مشتق شده اند . البته می توانترکیبات آلیفاتیک اشباع نشده نیز استفاده نمود.

اسید آدیپیک

اسید آدیپیک
اسید آدیپیک

استفاده از بنزن و فنول بعنوان ماده خام ، روش اصلی سنتز اسید آدیپیک است. اولین مرحله تولید اسید آدیپیک از بنزن ، هیدروژنه کردن بنزن و تبدیل کردن آن به سیکلو هگزان است که در ادامه در اثر اکسایش در هوا مخلوطی از سیکلو هگزانول و سیکلو هگزانون بوجود می آید که به کتون الکل معروف است . برای تولید اسید آدیپیک ترجیحا از سیکلو هگزانول استفاده می شود و با استفاده از اسید بوریک بعنوان کاتالیست در دمای ۱۷۰الی ۱۸۰ درجه سانتیگراد ، مقدار زیادی الکل بوجود می آید . برای تهیه کاپرولاکتام ، سیکلو هگزانون ماده انتخابی است اگر فنول ماده اولیه باشد در اثر هیدراته کردن آن مخلوط کتون الکل تشکیل می شود . در ادامه در اثر اکسایش با اسید نیتریک ۵۰-۶۰ درصد تحت کاتالیست مس / وانادیوم ، اسید آدیپیک بوجود می آید . روش دیگر تولید اسید آدیپیک ، دیمریزاسیون متیل آکریلات است که دی متیل هگزانوآت تشکیل می شود.

هگزا متیلن دی آمین

در تمام فرآیند های تجاری ، هگزا متیلن دی آمین از احیا آدیپونیتریل با هیدروژن بدست می آید . این واکنش در فاز مایع ، دمای ۷۵ درجه سانتیگراد ، فشار متوسط ، به کمک کاتالیست نیکل رانی و تحت شرایط قلیایی انجام می شود.

کاپرولاکتام

مراحل سنتز کاپرولاکتام مانند اسید آدیپیک است. بنزن با هیدروژن دار شدن به سیکلو هگزان تبدیل می گردد و در ادامه این ماده در اثر اکسایش در هوا و در حضور کاتالیست به مخلوطی از سیکلو هگزانول/ سیکلو هگزانون تبدیل می شود . سیکلو هگزانون ماده اولیه انتخابی برای تهیه کاپرولاکتام است و با هیدروژان زدایی از سیکلوهگزانون از طریق عبور آن از کاتالیست مس ، بازدهی فرآیند افزایش خواهد یافت.

در فرآیند آلتام که به وسیله گروه DSM و شرکت شل ارایه شده است ، از بوتادین ، مونواکسید کربن ، آمونیاک و هیدروژن بعنوان ماد اولیه استفاده می شود . دسترسی آسان به تمام مواد یاد شده وجود دارد ونسبتا ارزان قیمت نیز

میباشد . این مواد را می توان در چهار مرحله به کاپرولاکتام تبدیل نمود :

 در مرحله اول ، کربونیل دار کردن بوتادین با منو اکسید کربن در حضور کادالیست پالادیوم ، اسید پنتوییک را بوجود می آورد . سپس با هیدروفرمیلاسیون ترکیب تولید شده ، اسید فرمیل والریک بوجود می آید و در ادامه با آمین دار کردن احیایی در حضر کاتالیست روتنیم ، اسید آمینو کاپروییک و در نهایت کاپرولاکتام تهیه می شود.

جنبه های علمی فرآیند پلیمر شدن

پلیمر شدن نایلون ۶ یا ۶۶ بصورت مرحله ایی یا منقطع ( بسته) نیمه مداوم و یا مداوم انجام می گیرد .اگر چه در ابتدا برای پلیمر شدن نایلون از فرآیند منقطع استفاده می شد ولی در مواردی که فرآیند پلیمر شدن بصورت یکپارچه انجام می گیرد ، استفاده از فرآیند پلیمر شدن مداوم بسیار مطلوب است . در فرآیند پلیمر شدن مداوم ، محصولی با کیفیت بهتر و یکنواختی بالاتر تولید می گردد و هزینه اجرای فرآیند نیز کمتر است. انجام فرآیندهای تولید الیاف وپلیمر شدن در دوره های زمانی طولانی مدت و بدون توقف ، مفید وسودمند میباشد. اما سیستم های کاملا یکپارچه فاقد انعطاف پذیری هستند واگر به هر دلیلی فرآیند تولید الیاف متوقف گردد ، بناچار فرآیند پلیمر شدن نیز باید متوقف شود ؛ مذاب پلیمر را نمیتوان به مدت طولانی در محفظه های واکنش نگهداری نمود چراکه تخریب می شود ویک اشتباه در یک قسمت منجر به توقف کل خط می گردد. به این دلیل هنوز هم برخی از تولیدکنندگان ترجیح می دهند که از فرآیندهای جداگانه پلیمر شدن و ذوب ریسی استفاده نمایند ؛ بدین ترتیب  که پلیمرهای تهیه شده رابه چیپس تبدیل نمایند و تا زمانی که مورد نیاز باشند آنها را انبار می کنند.

معمولا تجهیزات لازم برای تهیه پلیمرهای نایلون به سه بخش تقسیم بندی می شوند . اولین بخش شامل تهیه مونومر است که این واحد برای تولید مونومری با ترکیب کاملا کنترل شده طراحی شده است . در ادامه برای تپلید حجم زیادی از پلیمر با خواص ویژه ، افزودنیهایی چون مات کننده، پیگمنتها، مواد ضد الکتریسیته ساکن وپایدار کننده های حرارتی و نوری به پلیمر اضافه می شود . همچنین میتوان افزودنی ها را اندکی پیشاز اکستروژن به پلیمر اضافه نمود و این فرآیند هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که حجم تولید کم با افزودنیهای خاص مورد نیاز باشد . مونومر ها به راکتور پلیمر شدن تغذیه می شوند و در آن تحت شرایط کاملا کنترل شده از لحاظ فشار ، دما و زمان ، به پلی آمید تبدیل می گردند. نایلون با کیفیت بالا وبا خواص پلیمری بسیار همگن وپایدار از لحاظ ویسکوزیته مذاب وغلظت گروه های انتهایی ، برای ذوب ریسی با سرعت بالا مناسب میباشد . پس از پلیمر شدن می توان نایلون را مستقیما به فرآیند ذوب ریسی منتقل نمود. همچنین میتوان پلیمر نایلون را به شکل تک فیلامنت های ضخیم اکسترود نمود وپس از سرد کردن در آب ، به شکل چیپس آنها را برس داد که این چیپس ها قبل از اکستروژن مجددا ذوب می شوند .

در تولید پلیمرهای نایلون ۶ ، علاوه بر مرحله تهیه مونومر ، پلیمر شدن ، اکسترود کردن پلیمر به شکل چیپس یا لیف ، یک مرحله دیگر نیز وجود دارد که بازیابی مونومراست . انجام این مرحله اضافی ضروری است ؛ چراکه در نایلون ۶ ، در نقطه تعادل واکنش پلیمر شدن کامل نمی شود . پس از اتمام فرآیند پلیمر شدن در دمای ۲۷۰ درجه سانتیگراد ، حدود ۱۰ درصد پلیر را الیگومر های حلقوی تشکیل می دهند که بخش اعظمی از آن مونومر کاپرولاکتام می باشد . همچنین برخی مواد با ورن مولکولی پایین و با درجه پلیمر شدن ۲-۱۰ نیز وجود دارند . لازمست مونومر واکنش نداده از پلیمر جدا شده و پس از بازیابی مجددا به سیستم تهیه مونومر برگشت داده شود . اگر این الیگومر ها قبل از اکستروژن از پلیمر جدا نشوند، در طی فرآیندهایی با حرارت بالا مانند تکسچرایزینگ، تثبیت حرارتی یا رنگرزی ، مونومر های واکنش نداده و اولیگمرهای از لیف خارج شده و با رسوب کردن بر روی تجهیزات و ماشین آلات مشکلاتی را بوجود می آورند.

تولید الیاف :

 stages in the melt spinning of polymeric fibres

مرحله اول تولید الیاف اغلب ریسندگی نامیده می شود و در اینجا از واژه اکستروژن استفاده می شود.در اکثر نایلون ها ٬ پس از انجام فرآیند ذوب ریسی ٬ عملیات کشش و در پاره ایی از موارد تکسچرایزینگ انجام می گردد. که در ادامه بدان خواهیم پرداخت ؛

اکستروژن لیف :

تمام الیاف نایلون آلیفاتیک بوسیله فرآیند اکستروژن مذاب تولید می شوند و این فرآیند اقتصادی ترین روش برای تولید الیاف است. پلیمر بکار گرفته شده در فرآیند اکستروژن مذاب باید در شرایط ذوب ریسی پایدار باشد و از هیچ حلالی در این فرآیند استفاده نمی شود. سرعت برداشت نخ و پیچش آن بروی بسته بالاست و معمولا بیش از ۱۰۰۰ متر بر دقیقه می باشد . این بدان معناست که نرخ تولید هر ریسنده برای تولید نخ فیلامنتی با نمره پایین کافیست.در ابتدا تقریبا تمام نایلون ها از این نوع بودند و با افزایش حجم تولید ٬ نخ های صنعتی و الیاف مصرفی برای فرش نیز اهمیت خاصی پیدا کردند. معمولا نمره این نخ های فیلامنتی ٬ متوسط تا بالاست.

 

extruder

 

در اکستروژن مذاب چیپس های پلیمر بوسیله یک صفحه مشبک گرم Heated grid و یا در اکسترودر ذوب می شوند که در این دستگاه ٬ نیروی ارشمیدوس مارپیچ چیپس ها را در طول لوله گرم هدایت می کند.یک روش دیگر آنست که پلیمر مستقیما از فرآیند پلیمر شدن مداوم تامین گردد. پلیمر مذاب به یک میترینگ پمپ Metering pomp تغذیه می شود که یکی از ارکان حیاتی در کنترل چگالی خطی نخ نهایی است.

چگالی خطی نخ با تکس بیان می شود که جرم ۱۰۰۰متر نخ است. پمپ باید حجم مشخصی از پلیمر مذاب نایاون را در واحد زمان ، در دمای ۲۸۰-۳۰۰ دجه سانتیگراد ودر برابر فشار بالا که در محدد ۵۰تا۷۰ مکاپاسکال است ، به ریسنده تغذیه نماید . سپس عملیات فیلتر کردن انجام می شود که با عبور پلیمر مذاب از بستری از شن ظریف که بروی یک توری فلزی قرار گرفته و یا به کمک یکسری از صفحات فلزی ” سینتر شده “این عمل انجام می شود . به کمک فیلترها ، هرگونه مواد زاید یا ژل که میتواند روزنه ریسنده را مسدود نماید ، از مذاب پلیمر جدا میگردد. همچنین فیلتر پلیمر مذاب را در برابر نیروی برشی بالایی قرار می دهد که بر رفتار ریولوژیکی آن تاثیزر گذاشته و تا حدودی موجب آرایش یافتگی مولکولی آن می گردد. فرآیند اکستروژن بویژه برای نایلون ۶۶ در دمایی انجام میگیرد که در نزدیکی این دما پلیمر تحت حرارت بسرعت تخریب می شود. در نتیجه طراحی بسته ریسندگی Spinning Pack باید به گونه ایی انجام گیرد که فاقد هرگونه ناحیه رکود و یا سکون بلشد که پلیمر در آن گیر کرده و در اثر حرارت تخریب گردد و هوا نیز نباید براحتی وارد آن شود . هنگامی که روزنه های اسپینرت مسدود گردد یا فشار بیش از حد باشد، بسته های ریسندگی که شامل فیلتر و ریسنده می باشند باید تعویض گردند. بسته های جدید پیش از نصب باید گرم شوند تا از جامد شدن پلیمر مذاب پس از به جریان افتادن آن در بسته ریسندگی جلوگیری شود .

سپس پلیمر مذاب از ریسنده عبور می کند که حاوی روزنه های متعددی ( به تعداد فیلامنتهای مورد دیاز در نخ نهایی) به قطر ۴۰۰-۱۰۰ میکرون می باشد . ریسنده صفحه ایی از جنس فولاد ضد زنگ به قطر ۵ میلیمتر و با ضخیمتر است. معمولا شکل روزنه های ریسنده دایروی است که در نهایت الیافی با سطح مقطع عرضی دایره ایی شکل تولید خواهند شد . هر روزنه شامل ناحیه ورودی Counter -Bore  (یک ناحیه مخروطی شکل برای انتقال مواد در ورودی روزنه ) و لوله مویین میباشد. قطر و طول لوله مویین روزنه باید ثابت باشند که نسبت طول به قطر (L/D) معمولا ۵-۲ است.

اگر تغییراتی در نسبت طول به قطر روزنه ها پیش بیاید و یا نسبت طول به قطر در تمام آنها یکسان نباشد ، در آن صورت برخی از فیلامنتهای نخ تولید شده ضخیمتر یا ظریف تر از مابقی خواهند شد و همچنین امکان پارگی فیلامنتها ونیز افت کیفیت نخ نهایی نیز وجود دارد.

هنگامی که مذاب پلیمر از فیلتر و روزنه ریسنده عبور می نماید ، در اثر نیروی برشی وارده ، مقداری آرایش یافتگی در آن بوجود می آید . نایلون خارج شده از روزنه ریسنده در معرض هوای خنک قرار می گیرد وبلافاصله در فیلامنتها آرایش یافتگی ایجاد می شود . نایلون مذاب خارج شده از روزنه های ریسنده تمایل به استراحت وآزادسازی زنجیرها و نیز ایجاد تورم منفذی Die Swell دارد. در اغلب موارد بدنه گرم بسته ریسندگی چندسانتی متر پایین تر از ریسنده امتداد می یابد و بدین شکل اطراف الیاف تازه شکل گرفته ناحیه گرم ایجاد میشود . بدین ترتیب اغتشاش هوای خنک در اطراف ریسنده کاهش می یابد وخنک کردن سطوح الیاف تازه شکل گرفته که دارای تورم منفذی هستند به حداقل می رسد . پس از تورم منفذی ، الیاف تازه شکل گرفته بوسیله غلتک برداشت به سمت پایین کشیده می شوند و سرعت آنها افزایش قابل ملاحظه ایی می یابد.

همچنین طی این مرحله جریان هوای خنک به فیلامنتها برخورد می کند . این جریان هوا می تواند از کنار فیلامنتها و یا از لوله های منفذ دار در مرکز فیلامنتها با آنها برخورد نماید که در مورد دوم ریسنده بیشتر حلقه ایی شکل است تا دایروی.

فیلامنتها به وسیله یک راهنما جمع آوری شده و تحت عملیات لعاب زنی قرار می گیرند. در این مرحله نخ در تماس با غلتکی قرار می گیرد که در یک حمام کوچک در حال چرخش است. سپس اگر تولید نخ فیلامنتی مد نظر باشد ، نخ بروی بسته های استوانه ای شکل Cheeseپیچیده می شود.

برای تولید دسته ضخیم الیاف فیلامنتی Tow الیاف بدست آمده از تعدادی از چشمه های ریسندگی SpinningPosition با یکدیگر ترکیب شده وپیش از اعمال فرآیند کشش در مرحله ایی جداگانه ، در بانکه جمع آوری می شوند.

اصولا هدف از لعاب زنی ،روان کردن الیاف جهت جت حفاظت از آنها در برابر سایش و نیز دفع الکتریسیته ساکن است . ترکیبات لعاب می تواند شامل روان کننده ها ، امولسیون کننده ها ، مواد ضد الکتریسیته ساکن ، مواد ضد باکتری و نیز آنتی اکسیدان ها باشد . غلظت جز فعال لعاب بروی نخ معمولا ۱-۰/۲ درصد است.نقش دیگر لعاب آنست که در طی فرآیندهای تکمیلی بعدی و در رطوبت نسبی متداول ، الیاف را با غلظت آب متعادل Equilibrium water concentration اشباع نمایند. الیاف نایلون پس از جذب رطوبت هوا اندکی ازدیاد طول می یابند و اگر این الیاف در حالت خشک بروی بسته پیچیده شوند  ، در صورت جذب رطوبت شل می شوند که این مساله می تواند مشکلاتی را در حین باز کردن نخ از روی بسته برای عملیات کشش بوجود آورد.

نتیجه تحقیقات نشان می دهد که مرحله سرد کردن فیلامنتها نقش اساسی در خواص الیاف نهایی دارد . اگر جریان هوای خنک از کنار به فیلامنتها برخورد نماید ، فیلامنتهایی که در طرف هوای خنک یا بخش خنک تر حضور دارند ، قطر بیشتر ، آرایش مولکولی کمتر و استحکام کششی پایینتری در مقایسه با الیاف طرف دیگر خواهند داشت .

کشش الیاف

meltspin

پس از عملیات اکستروژن ، پلیمر به شکل لیف در می آید ولی فاقد خواص کششی مطلوب وکافی میباشد . ازدیاد طول تا حد پارگی آن بسیار بالاست و بویژه مدول اولیه پایینی دارد . بدین ترتیب در حین کاربرد ، ثبات ابعادی محصول ضعیف است و تا۶ برابر طول خود کشیده خواهد شد. انجام عملیات ذوب ریسی در سرعتی حدود۱۰۰۰ متر بر دقیقه ، آرایش یافتگی زیادی در مولکولهای پلیمر و در جهت محور لیف بوجود نمی آورد و بلورینگی لیف نیز پایین است . هدف از اجرای عملیات کشش ، تولید نخی با خواص لیفی قابل قبول است . جهت انجام فرآیند کشش، بسته های نخ تولید شده در عملیات ذوب ریسی از مجموعه ای از غلتک های تغذیه عبور کرده و به غلتک های کشش میرسند که سرعت غلتک ها بیشتر از غلتک تغذیه است. عملیات کشش نخ های نایلونی مصرفی در پوشاک و فرش ، در شرایط سرد انجام می گیرد ؛ در حالیکه برای نخ های با استحکام بالا که در مصارف صنعتی بکار گرفته می شوند ، نخ پیش از عملیات کشش گرم می شود پس از اتمام عملیات کشش، نخ مجددا بر روی بسته پیچیده خواهد شد که می تواند همراه با عملیات تابندگی به کمک رینگ وشیطانک نیز باشد ویا اینکه بدون اعمال تاب بر روی بسته سیلندری شکل پیچیده شود . اگر نخ بدون تاب بروی بسته پیچیده شود ، لازم است که در عملیات دیگری پیوستگی لازم میان الیاف آن بوجود آید که اغلب اندکی پیش از پیچش و با استفاده از عملیات گره زنی ودر هم کردن فیلامنت های نخ Interlacing و با عبور آن از مقابل جت هوا یابخار این عمل انجام می گیرد .

برای دستیابی به محصولی با ازدیاد طول تا حد پارگی بهینه (۳۰ درصد یا کمتر) و مدول اولیه مطلوب ، از نسبت کشش محاسبه شده بوسیله رابطه زیر استفاده می شود:

نسبت کشش = سرعت سطحی غلتک های کشش تقسیم بر سرعت سطحی غلتکهای تغذیه

پیشرفت های حاصله در زمینه ذوب ریسی و کشش الیاف

اکثر تحقیقات انجام شده در جهت افزایش سرعت برداشت در فرآیند ذوب ریسی وتمرکز شده است . اگر سرعت برداشت نخ های نایلون از ۱۰۰۰به ۳۰۰۰ متر بر دقیقه افزایش یابد لازمست برای تولید نخی با چگالی خطی مشابه ،جرم پلیمر پمپ شده از روزنه ۳ برابر شود . اما تنها نباید این عامل را در نظر گرفت ؛ بلکه نسبت کشش باقیمانده که در عملیات کشش اجرا می شود نیز اهمیت دارد و?طی این فرآیند نمره نخ کاهش یافته یا نازکتر می شود .

در سرعت های برداشت بالا ، نیروی بازدارنده آیرودینامیکی Aerodynamic drag وارده بر فیلامنت ها پس از اکستروژن و نیز نیروهای برشی وارده بر الیاف تازه شکل گرفته افزایش قابل ملاحظه ایی می یابدوپیش از انجماد و بلورینگی ، آرایش یافتگی بالایی در مولکل های الیاف بوجود می آید. هرچه آرایش یافتگی الیاف در ذوب ریسی افزایش یابد ، امکان ایجاد آرایش یافتگی در الیاف و اعال نسبت کشش بالاتر در طی فرآیند کشش کمتر خواهد شد . مولکول های پلیمر در جهت محور لیف آرایش پیدا خواهند کرد وبدین ترتیب بلورینگی به سرعت رخ می دهد. در نتیجه آرایش یافتگی نواحی غیر بلوری لیف پایین است .

نخ تولید شده در سرعت برداشت کمتر از ۱۸۰۰ متر بر دقیقه ، از نسبت کشش باقیمانده بالا و بلورینگی پایین برخوردار است و عمر انبارداری آن نیز کوتاه می باشد ؛ چراکه در دمای اتاق، نخ به آرامی بلوری می شود و این موضوع سبب می گردد که در نهایت انجام عملیات کشش بر روی نخ دشوارتر شود . این نخ ها به نخهایی با آرایش یافتگی کم Low Oriented Yarn که به LOY معروفند و معمولا تحت فرآیند کشش – تابندگی قرار می گیرند . نخ هایی با آرایش یافتگی متوسط Medium Oriented Yarn یا MOY در سرعت برداشت ۲۵۰۰- ۱۸۰۰ متر بر دقیقه تولید می شوند وبلورینگی آنها اندکی بیشتر از نخ LOY است ولی با این وجود عمر انبارداری آنها نیز محدود میباشد و در سرعت برداشت ۳۰۰۰تا۴۰۰۰متر بر دقیقه ، نخ هایی با آرایش یافتگی جزییPartially Oriented Yarn یا POY تولید می شوند . این نخ ها بلورینگی کمی دارند ولازمست تحت عملیات کشش قرار گیرند . نخهایی یا آرایش یافتگی بالا Highly Oriented Yarn  یاHOYدر سرعت برداشت ۴۰۰۰تا۶۰۰۰ متر بر دقیقه تولید میشوند ؛ ولی کاملا کشیده نشده اند بطوریکه ازدیاد طول تا حد پارگی آنها ۵۰-۶۰ درصد است . در سرعت تولید بالاتر از ۶۰۰۰متر بر دقیقه نخهای نایلون با آرایش یافتگی کامل Fully Oriented Yarn یا FOY بدست می آیند و ازدیاد طول تا حد پارگی آنها ۲۰ تا ۳۰ درصد است .

الیاف کوتاه

مراحل تولید الیاف کوتاه عبارتند از ؛ ذوب ریسی ، کشش، فر و موج دادن، برش و عدل بندی. برای تولید الیاف کوتاه نیازی به برداشت جداگانه نخ های تولید شده از هر ریسنده نیست و عملا نخ های تولید شده از چند چشمه ریسندگی با یکدیگر ترکیب می شوند . در تولید الیاف کوتاه ، ریسنده ها روزنه های متعددی دارند و تنها عامل محدود کننده تعداد آنها ، خنک شدن وانجماد کافی هر فیلامنت قبل از رسیدن به غلتک برداشت است . اغلب دسته های ضخیم الیاف فیلامنتی با یکدیگر ترکیب شده و تحت فرآیند فر و موج دادن قرار میگیرند و پیش از انجام عملیات کشش در بانکه جمع آوری می شوند . در این مورد ، فر و موج ، دسته های ضخیم الیاف را کنار یکدیگر نگه میدارد تا بتوان آنها را مجددا برای عملیات کشش ، برش و عدل بندی از بانکه خارج نمود.

طول برش الیاف کوتاه به کاربرد آنها بستگی دارد. اگر نخ بعدا در سیستم پنبه ای بکار گرفته شود ، الیاف به طول ۴۰ میلیمتر ویا کمتربریده می شوند. طول الیاف کوتاه نایلون و یا مخلوط نایلون و پشم که در فرش و لباسهای کشباف بکار می روند ، ۶۰ تا ۱۵۰ میلیتر است.

تکسچرایزینگ

تکسچرایزینگ تبدیل الیاف صاف و مستقیم به الیاف فر و موجدار است . هدف از انجام این فرآیند شبیه سازی خواص الیاف کوتاه طبیعی ، افزایش حجم، عایق سازی گرمایی ، قابلیت پوشش ، نرمی وپرکنندگی و قابلیت انتقال رطوبت در الیاف مصنوعی است . امکان افزایش خاصیت کشسانی نخ های نایلون با این فرآیند وجود دارد که با ترکیب نخ تکسچر شده با نخ های الاستان میتوان خاصیت مزبور را افزایش داد. هر فرآیند تکسچرایزینگ از چند مرحله تشکیل شده است. نخ گرم می شود و از طریق اعمال تاب در فیلامنت ها یاعبور آنها از یک جریان آشفته یا جت سیال ، تغییر فرم طولی بوجود آمده ودر آنها فر و موج ایجاد میگردد . همچنین اجرای این فرآیند می تواند موجب تغییر شکل سطح مقطع عرضی الیاف گردد. در ادامه برای تثبیت فر و موج ایجاد شده ، نخ خنک میشود . فرآیندهای متعددی برای ایجاد فر و موج در نخ وجود دارد که با توجه به چگالی خطی نخ و نیز ویژگی های مورد نیاز محصول نهایی از فرآیند مناسب استفاده شود . اگر نمره نخ ۲۲ تکس کمتر بلشد از فرآیند تاب مجازی استفاده می شود . از نخعایی با نمره ۳/۳ تکس یا کمتر که در انتهای این محدوده قرار دارند برای جوراب و از نخ با نمره ۴ تا ۲۲ تکس در پوشاک استفاده می گردد .

از نخ های ضخیمتر با نمره ۵۰ تا ۴۰۰ تکس در فرش ، رومبلی و نیز تولید پارچه های محکم مصرفی در چمدانهای مسافرتی استفاده می شود . اکثر این نخ ها تحت عملیات اینتر مینگل قرار می گیرند.

در فرآیند تکسچرایزینگ تاب مجازی ، نخ تغذیه تا نزدیکیهای نقطه ذوبش گرم شده و تابنده می شود . معمولا این دما برای نایلون ۶۶ و نایلون ۶ بترتیب ۲۲۰ و ۱۸۰ درجه سانتیگراد است . در ادامه نخ سرد شده وسپس تاب آن باز می شود . اصولا تاب با حلقه کردن نخ حول یک سوزن که در مرکز یک لوله کوچک قرار گرفته بود ، در نخ اعمال می گردد. لوله می چرخید و با هربار در چرخش آن یک تاب در نخ گذشته می شد . این فرآیند تاب سوزنی نام داشت . تاب مورد نیاز بالا بو ؛ بطوریکه برای نخی با نمره ۷/۸ تکس، تقریبا ۳۲۰۰ تاب بر متر لازم بود . با پیشرفت های صورت گرفته در فرآیند تاب سوزنی ، سرعت چرخش لوله به ۸۰۰هزار دور در قیقه رسید ، اما هنوز سرعت تولید نخ کمتر از ۳۰۰ متر بر دقیقه بود . برای بهبود بازدهی فرآیند ،لازم بود تا از فرآیندی با اعمال تاب سریعتر استفاده شود .

با بکار گیری تاب دهنده اصطکاکی ، امکان اعمال تاب با سرعت بیشتر فراهم گردید. با حرکت نخ بر روی لبه های دیسک های چرخان که اغلب شامل ۹ دیسک چرخان هستند که بر روی سه محور در یک مثلث متساوی الاضلاع قرار گرفته اند ، تاب در آن اعمال می شود . نخ از مرکز مثلث و از روی لبه هر دیسک عبور می کند . هر دیسک با سرامیک یا پلی یورتان پوشش داده شده است تا لغزش نخ به حداقل برسد . با استفاده از دیسک های پلی یورتانی ، نخی با زیر دست نرم و حجیمتر تولید ، ولی عمر این دیسک ها کم است . در اغلب موارد برای نخ های نایلون از دیسک های سرامیکی استفاده می شود. مزیت دیگر استفاده از تاب دهنده دیسکی آنست که نخ را روبه جلو هدایت می کند و در نتیجه این امکان فراهم می شود که کشش به همراه تکسچرایزینگ انجام گردد و فرآیند بنام کشش – تکسچرایزینگ همزمان خوانده می شود . این فرآیند ترکیبی بر سطح مقطع عرضی فیلامنتها تاثیر می گذارد و شکل آن را از دایروی به مثلثی تبدیل می نماید . علت این امر می تواند شکستن پیوند های بین مولکولی در اثر حرارت بالا باشد که موجب می گردد در طی اعمال تاب وکشش، نیروهای فشاری شکل سطح  مقطع عرضی را تغییر دهند . در مصارف عملی ، نخ می تواند ظاهری براق داشته باشد که مممن است همواره مطلوب نباشد. تاب مازی نخ را حجیم می کند ولی اصولا نخ به جهت خواص کششی واسترچ مورد استفاده قرار می گیرد.

در تکسچرایزیگ هوا ، نخ از درون لوله ونچوری Venturi tube عبور می کند که در آن جریان اغتشاشی هوا موجب درگیری فیلامنت ها و تشکیل حلقه های سطحی می گردد.جت های هوا می توانند محوری باشند مانند مدل هایی که در بالا و پایین مسیر عبور نخ قرار می گیرند و یا اینکه از نوع شعاعی باشند . برای نخ های ظیفتر مانند نخ های پود مصرفی برای لباس های استرچ اسکی که نمره آن ها حدود ۱۹۰ دسی تکس است ، ترجیحا از جت های شعاعی استفاده می شود و فرآیند در سرعت های بالاتر از ۳۰۰متر بر دقیقه انجام می گردد. نخ های تکسچره هوا حجم خوبی دارند ولی فاقد خاصیت کشسانی هستند. برای تولی چند نمونه از نخ های عرضه شده با نام تجاری تکتل ، از جنس نایلون ۶۶، از فرآیند تکسچرایزینگ هوا استفاده می شود .

نخ های فیلامنتی حجیم به کمک جت سیال یا هوا تکسچره می شوند. پس از کشش ، نخ ها باعبور از غلتک هایی که درون یک محفظه داغ قرار دارند گرم می شوند وسپس تحت شرایط کنترل شده، از محفظه ایی حاوی هوای داغ یا جت بخار عبور می کنند . میتوان عملیات تکسچرایزینگ را با هدایت نخ با سرعت بر یک صفحه منحرف کننده Baffle plate توری و یا دیواره های یک محفظه خاص انجام داد . نخ های فیلامنتی حجیم دارای فر و موج سه بعدی تصادفی هستند که حجم خوبی دارند ولی خاصیت کششی آنها در حد متوسط است . در اغلب موارد ، تکسچره کردن و کشش این نخ ها بصورت مداوم انجام می گیرد . می توان تغذیه همزمان نخ ها با رنگ های مختلف( که در حین ذپب ریسی رنگ شده اند) به ناحیه تکسچرایزینگ ، اثرات رنگی بدست آورد.س

تکسچرایزینگ به روش لبه Edge Crimping بدین ترتیب انجام می گیرد که نخ پس از گرم شدن ، بر روی یک لبه چاقویی شکل کشیده می شود . قسمتی از نخ که نزدیک لبه است فشرده شده و سمت دیگر آن کشیده خواهد شد . هنگامی که تنشهای نخ آزاد گردد ، فر وموج در آن بوجود می آید و نخ خاصیت کشسانی پیدا می کند . در تکسچره کردن به روش چرخ دنده Gear crimping نخ گرم شده و از بین دنده های چرخ دنده ایی که در تماس با یکدیگرند ، عبور می کند . شکل هندسی دندانه چرخ دنده تعیین کننده شکل فر و موج نخ است . از جعبه تراکمی Stuffer box برای ایجاد فر و موج در نخ های کوتاه نایلون استفاده می شود . دسته ضخیم الیاف فیلامنتی بوسیله غلتکهای تغریه به درون جعبه تراکمی هدایت می شوند.ای الیاف یا به وسیله غلتکها یا به وسیله تزریق بخار به درون جعبه ، گرم می شوند. در قسمت خروجی جعبه، وزنه ایی قرار داده شده است که از خروج نخ جلوگیری می کند . هنگامی که فشار الیاف متراکم شده در جعبه بیشتر از فشار قسمت خروجی آن باشد ، دسته ضخیم الیاف از جعبه خارج خواهد شد وبدین ترتیب فر و موج در آنها ایجاد می شود .

منابع و اطلاعات بیشتر:

الیاف مصنوعی / روح الله سمنانی رهبر
مهندسی الیاف / دکتر محمد علی توانایی

NYLON FIBERS
Updated: April, 2004 – Raghavendra R. Hegde, Atul Dahiya, M. G. Kamath

Synthetic Fibers + PDF

درباره نویسنده

مدیر

وبسایت Textile DB با هدف ارتقا صنعت نساجی وارد عرصه شده است و با بخش های علمی ٬ صنعتی و بازرگانی سعی دارد با فراهم آوردن امکانات لازم شرایط بهتری را برای قشر های مختلف از جمله دانشجویان ٬ اساتید و صنعت گران و فعالین اقتصادی بوجود آورد.

مطالب مرتبط

نظر بدهید

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

This site is protected by wp-copyrightpro.com