الیاف پلیمری

نویسنده: فاطمه حاجی محمدی

 

الیاف پلیمری چیست:

 

الیاف در واقع جمع کلمه لیف (Fiber) و مجموعه ای از رشته های نازک در هم تنیده هستند که به صورت طولی کنار هم قرار گرفته اند.

الیاف به طور کلی به دو دسته الیاف پلیمری و غیر پلیمری تقسیم میشوند.

یک لیف پلیمری، پلیمری است که زنجیره‌های آن کاملاً مستقیم (یا تقریباً مستقیم) کشیده و پشت سر هم در یک راستا به صف می‌شوند.

الیاف، همیشه از پلیمرهایی ساخته می‌شوند که به صورت بلورین آرایش می‌یابند. پلیمرهای مورد استفاده در الیاف باید توانایی اجتماع در چیدمانی منظم را برای به خط شدن مثل الیاف داشته باشند.

 

انواع الیاف پلیمری:

 

الیاف پلیمری به طور کلی با توجه به منشأ تولیدشان به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم میشوند.

 

۱) الیاف طبیعی:

 

الیاف طبیعی به الیافی گفته می‌‌شود که در طبیعت وجود دارند و انسان آن ها را جمع آوري نموده و به کار مي برد. این دسته از الیاف به سه گروه اصلی الیاف گیاهی، الیاف حیوانی و الیاف معدنی تقسیم می‌شوند. 

البته این الیاف در مقایسه با الیاف مصنوعی دارای مقاومت و استحکام کمتری هستند.
اما از طرفی استفاده از الیاف طبیعی مخصوصا در تولید پارچه های لباس مانع ایجاد حساسیت می شود.

 

 

 

 

 

 

 

۱-۱) الیاف گیاهی:

 

منشأ تولید این دسته از الیاف گیاهان هستند که الیاف گیاهی بر حسب اینکه از چه قسمتی از گیاه به دست می‌آیند، به دسته های  مختلفی تقسیم می‌شوند. از مهم ترین و پرکاربردترین الیاف‌های گیاهی پنبه و کتان هستند.

الف) الیاف پنبه: لیاف پنبه بر روی دانه های کوچکی که تخم پنبه نام دارد رشد می‌کند و طی فرایندهایی به مرحله بهره برداری می‌رسد. الیاف پنبه به صورت خالص یا مخلوط مورد استفاده قرار می‌گیرد. از محصولاتی که با پنبه درست می‌شوند می‌توان به انواع پوشاک، انواع حوله ها، انواع ملحفه و روکش لحاف و تشک، پوشک، زیلو و… اشاره کرد.

ب) الیاف کتان: الیاف کتان از ساقه گیاه گرفته می‌شود و پس از طی فرایندهایی الیاف کتان ایجاد می‌شود. استحکام الیاف کتان تقریبا دو برابر الیاف پنبه است. الیاف کتان کاربردهای متنوعی دارد که می توان به پارچه‌های برزنتی، طناب‌های ماهی گیری و… اشاره کرد.

 

۲-۱) الیاف حیوانی:

 

این الیاف منشأ حیوانی دارند. دو تا از پرکاربردترین نوع الیاف حیوانی الیاف پشم و الیاف ابریشم هستند.

 

الف) الیاف پشم:

 

یکی از قدیمی ترین و مهم ترین الیاف نساجی، پشم است. این الیاف از حیوانات مختلفی بدست می‌آید ولی مهم ترین آن ها پشم گوسفند است. از جمله کاربردهای الیاف پشم، استفاده در پارچه‌های گران قیمت، بافت فرش، نمد و… است.

 

ب) الیاف ابریشم:

 

ابریشم نیز از گروه الیاف حیوانی است که ساختار پروتئینی دارد. الیاف ابریشم توسط کرم ابریشم تولید می‌شود. از کاربردهای الیاف ابریشم به بافت پارچه‌های ابریشمی گران قیمت و زیبا می‌توان اشاره کرد.

 

۳-۱) الیاف معدنی:

 

پنبه نسوز تنها الیاف طبیعي معدنی است و از سیلیکات‌های آلومینیوم و منیزیم ساخته شده است نام دیگر آن آسبست است. براي تولید آسبست این الیاف نسبتا دارای مصارف صنعتی زیادی هستند برای نمونه در صنعت نساجی در پارچه های ضدآتش نیز به کار می‌روند.

 

 

۲) الیاف مصنوعی:

 

این الیاف در آزمایشگاه ها ساخته می شوندالبته اگر بررسی کنیم که مواد اولیه این الیاف چیست، ممکن است مواد طبیعی نیز جزء آن ها وجود داشته باشند.

 

۱-۲) الیاف پلی استر:

 

الیاف پلی استر، که عمدتاً پلی اتیلن ترفتالات (PET) را شامل می شود، حجم بسیار بزرگی از تولیدات صنعت الیاف مصنوعی جهان را تشکیل می‌دهند و به نوعی بر این صنعت تسلط دارند.

این الیاف ارزان هستند و به راحتی از منابع پتروشیمی تهیه می‌شوند و دامنه مطلوبی از خواص فیزیکی را دارند. آن ها مستحکم، سبک، به راحتی قابل رنگ شدن و مقاوم در برابر چین و چروک بوده و قابلیت شستشوی بسیار خوبی دارند. این الیاف به هر دو صورت پیوسته و گسسته، در پارچه‌های نساجی و مبلمان، فرش، نخ تایر، کمربند ایمنی خودرو، فیلتر، چادر، بادبان و … استفاده می‌شوند.

پلی استر در بعضی از کاربردها ممکن است تنها جزء سازنده محصولات پوشاک باشد، اما مخلوط کردن پلی استر با پنبه و دیگر الیاف طبیعی بسیار متداول است.
اگر چه پلیمر غالب در این الیاف، PET است، پلی استرهای دیگر نیز جایگاه خود را دارند. پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) و اخیراً پلی تری متیل ترفتالات (PTT)، به دلیل جهندگی برتر لیف آن ها، در الیاف فرش استفاده می‌شوند.

پلی استر در کل بر روی محیط زیست تأثیر منفی دارد. این پارچه از زمان تولید تا استفاده و سپس دور انداختن، در هر مرحله ای از چرخه استفاده بر محیط زیست تأثیر بدی ایجاد می کند. از همین رو پژوهش های جدید استفاده از زیست تخریب پذیر هاست.

 

 

 

 

۲-۲) الیاف پلی آمید یا نایلون:

 

الیاف نایلون ویژگی‌هایی دارند که آن ها را یکی از محبوب ترین الیاف مصنوعی کرده است. این الیاف به سبب ویژگی هایشان، در بسیاری از حوزه‌ها و صنایع به ویژه صنعت نساجی کاربرد گسترده دارند. این ویژگی‌ها عبارتند از مقاومت بالا، مقاومت در برابر سایش، براقیت، قابلیت شستشو با آب، قابلیت رنگ پذیری در طیف گسترده ای از رنگ ها و… 
به دلیل این خواص از الیاف نایلون به طور گسترده در پوشاک مانند لباس‌های کش باف (جوراب و …)، بلوز، و… استفاده می‌شوند.

این الیاف به سبب ویژگی هایشان، در بسیاری از حوزه ها و صنایع به ویژه صنعت نساجی کاربرد گسترده دارند. به طور مجزا به هر یک از این حوزه ها می پردازیم.

 

الف) منسوجات

 

الیاف نایلون ویژگی هایی دارند که آن ها را یکی از محبوب ترین الیاف مصنوعی کرده است. این ویژگی ها عبارتند از مقاومت بالا به عنوان یک لیف نساجی؛ مقاومت در برابر سایش، براقیت، مواد شیمیایی و روغنی، قابلیت شستشو با آب، قابلیت رنگ پذیری در طیف گسترده ای از رنگ ها، الاستیسیته و جهندگی خوب، سطح صاف، نرمی، ماندگاری طولانی نخ ها و پارچه ها. به دلیل این خواص از الیاف نایلون به طور گسترده در پوشاک مانند لباس های کش باف (جوراب و …)، بلوز، لباس زیر، بارانی، پوشاک اسکی، بادگیر، لباس شنا و لباس دوچرخه سواری، هم چنین برای اثاث خانه مانند مبلمان، روتختی، فرش و پرده استفاده می شوند.

ترکیبی از مقاومت عالی در برابر سایش، ظاهر و عوامل اقتصادی،  الیاف پلی آمید را در موقعیت عالی در بازار الیاف فرش قرار می دهد و می توان انتظار داشت که این نایلون ها هم چنان بیش ترین الیاف مورد استفاده برای فرش ها خواهند بود.

 

 

 

 

 

ب) کاربردهای صنعتی

 

خواص مکانیکی عالی، مقاومت در برابر خستگی و استحکام کششی خوب از دلایل برتری الیاف پلی آمید برای کاربردهای صنعتی و برای استفاده در لاستیک کامیون و هواپیما است. سایر کاربردهای این الیاف پارچه های اثاث خانه، کمربند ایمنی، چتر نجات، طناب، طناب قلاب ماهیگیری، تور، کیسه خواب، برزنت، چادر، ریسمان و نخ دندان هستند. به علاوه استحکام بالا، چقرمگی و مقاوت در برابر سایش عوامل اصلی انتخاب الیاف پلی آمید برای طیف گسترده ای از کاربردهای های نظامی است.

 

ج) الیاف نایلون بافته نشده

 

نایلون هم چون الیاف پلی استر (PET)، نقطه ذوب بالایی دارد که باعث کارایی خوب آن در دماهای بالا می شود. فیبر نایلون نسبت به آب حساس تر از PET است.
در بعضی موارد به عنوان یک فیبر مخلوط استفاده می شود، زیرا استحکام پارگی بسیار خوبی دارد. روی هم رفته، جهندگی و بازیابی چین و چروک محصول نایلون بافته نشده، به اندازه فیبر PET خوب نیست. به دلیل چقرمگی، الیاف نایلون برای کف پوش مناسب است.
هم چنین در باتری های Ni-H و Ni-Cd به عنوان جداکننده، جیر مصنوعی، عایق های حرارتی، کاغذهای مخصوص، محصولات مربوط به خودرو، پوشاک ورزشی و نوار نقاله استفاده می شود.

 

 

 

 

 

۳-۲) الیاف پلی اولفین (پلی اتیلن و پلی پروپیلن):

 

به استثنای الیاف کربن، شیشه، فلزی و سرامیک، بیش تر الیاف طبیعی یا مصنوعی در استفاده تجاری عمومی، ساختارهای آلی با یک ستون فقرات زنجیرکربن-کربن هستند. اساسا پلیمرهای پلی اولفینی جرم مولکولی بالا، هیدروکربن های آلیفاتیک و اشباع شده دارند که برخی از آن ها را می توان به راحتی به شکل لیف درآورد.

• محدوده دانستیه پلی اولفین ها gr/cm³ 94/0-90/0 است و بازیابی رطوبت بسیار کمی نشان می دهند. بدین ترتیب گزینه مناسبی برای کاربردهایی که نیازمند شناوربودن در آب و بازیابی ناچیز رطوبت هستند مانند طناب های لنگر اندازی، مهارهای آلودگی نفتی، تورهای ماهی گیری و … هستند.
• استحکام کششی خوب، مقاومت در برابر سایش و مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی، کپک، میکرو ارگانیسم و حشرات

ساختارهای پارچه ای پلی اولفین ها، مویینگی خوب و عایق بندی بالا نشان داده و برای پوست راحت است که این ها عوامل مهمی برای لباس ورزشی و پوشاک محافظ هستند.

 

 

 

 

با این حال پلی اولیفین ها خواص مشکل سازی برای کاربردهای خاص دارند. به عنوان مثال به خاطر نقطه ذوب کم، پلی اتیلن °C125-120 و پلی پروپیلن °C165-160 نمی توانند در دماهای بالا استفاده شوند. این الیاف در سطوح خارجی قابل استفاده نیستند؛ از آن جا که پلی اولفین ها مستعد تخریب فتوسنتز هستند، مقاومت پایینی در برابر آب رفتن در دمای بالاتر از °C 100 دارند، رنگ کردن آن ها سخت است و سایه رنگ محدود دارند. اولفین ها هم چنین اشتعال پذیری بالا، جهندگی پایین و خزش ناشی از تنش دارند.

پلی اولفین ها، به ویژه پلی پروپیلن، مقاومت و بی اثری بسیار خوبی در برابر مواد شیمیایی دارند که این خواص پیش نیازکاربردهای پزشکی و جراحی هستند. ساختارهای فیبری برای کاربردهای پزشکی نیاز به ترکیبی از استحکام، انعطاف پذیری و رطوبت و نفوذ پذیری هوای به صورت کنترل شده دارند. کاربرد مواد برای این کاربردها را می توان به چهار ناحیه تقسیم کرد:

مواد غیر قابل کاشت؛ پانسمان زخم، باند، گچ و …

وسایل خارج از بدن؛ کلیه، کبد و ریه مصنوعی

 مواد قابل کاشت؛ بخیه، مش جراحی، پیوندهای عروقی، اتصالات و رباط های مصنوعی

محصولات بهداشتی؛ ملافه، پوشک، روپوش جراحی، دستمال و …

 

 

 

در کاربرد مواد غیر قابل کاشت مانند مناطق تماس با زخم و محصولات مراقبت از زخم، از پارچه های پلی اتیلن و در بعضی از باندهای ارتوپدی و به عنوان تقویت کننده گچ از الیاف پلی پروپیلن، به صورت بافته شده و بافته نشده، استفاده می شود. 
در کاربردهای قابل کاشت مانند بخیه های غیر قابل جذب، معمولاً الیاف پلی پروپیلن قابل استفاده هستند و یا مش های جراحی، مانند مش های فتق، که تک رشته های پلی پروپیلن هستند. 
محصولات بهداشتی عمدتاً بر اساس پارچه های بافته نشده PP است. بزرگ ترین کاربرد PP  فیبر تک رشته برای پارچه های بافته نشده است. بزرگ ترین بازار پارچه های بافته نشده تک رشته PP، پوشک یک بار مصرف و محصولات کنترل بی اختیاری ادرار است. روپوش های بیمارستانی و جراحی به دلیل هزینه های  بالای شست و شو و استریل کردن، عمدتاً یک بار مصرف هستند. برای این کاربرد پارچه های بافته نشده، ایده آل هستند. بسیاری از پوشاک بیمارستانی از کامپوزیت های بافته نشدۀ SMS PP ساخته شده اند که در لایه میانی آن ها برای جلوگیری از پاتوژن های منتقل شده از خون یا میکروب های ایجاد کننده بیماری، یک غشاء حائل اضافه شده است. به علاوه، پارچه های بافته نشده PP یکی از اجزاء اصلی دستمال، ملافه و لوازم تخت خواب مورد استفاده در مراکز درمانی هستند. الیاف PP توخالی در ریه های مصنوعی برای از بین بردن دی اکسید کربن خون بیماران و تأمین خون تازه استفاده می شود. 

طیف گسترده ای از فرایندهای صنعتی مستلزم جداسازی مواد جامد از مایعات (سیستم تعلیقی) یا گاز (آئروسل) برای تصفیه محصولات، صرفه جویی در مصرف انرژی، افزایش بهره وری فرایند، بازیابی مواد گران بها و بهبود سیستم کنترل آلودگی و … هستند. به عنوان مثال از فیلترهای هوا برای جداسازی ذرات جامد معلق (دوده) یا قطرات مایع (آئروسل) در هوا استفاده می شود. یکی از اولین کاربردهای نخ های پلی اتیلن در تولید پارچه های تصفیه صنعتی بود. دامنه خواص ارائه شده توسط پلی اتیلن به ویژه برای این کاربرد مناسب است که برای این منظور به طور فزاینده از فیبر پلی اتیلن استفاده می شود. نخ های پلی اتیلن به دلیل ویژگی های زیر برای پارچه های تصفیه صنعتی استفاده می شوند: 
• مقاومت مرطوب زیاد الیاف و پارچه های پلی اتیلن، طی تصفیه محلول های آبی ضعیف نمی شوند. 
• مقاومت عالی پلی اتیلن در برابر طیف گسترده ای از مواد شیمیایی و حلال های مورد استفاده در تصفیه مایعات صنعتی. 
• مقاومت بالای پلی اتیلن در برابر سایش، پارچه های فیلتر را قادر به تاب آوری قابل توجه در برابر سایش در حین تصفیه کردن می سازد. 

 

۴-۲) الیاف آکریلیک:

 

بیش ترین رشد در استفاده از الیاف آکریلیک به خاطر جایگزینی آن با پشم است. آکریلیک ها بسیاری از خواص مطلوب پشم را دارا بوده و در عین حال در بسیاری از حوزه ها که پشم در آن ها کمبود دارد، برتر هستند. الیاف آکریلیک مانند پشم،  به دلیل گرمی، نرمی، توده زیاد، کیفیت کرک و توانایی بازیابی کشش ارزشمند هستند. ضمناً آکریلیک ها کم هزینه تر، مقاوم تر در برابر سایش و حمله شیمیایی و نسبت به تخریب ناشی از نور و گرما پایدارتر هستند. به علاوه آکریلیک ها، به وسیله بید و عوامل زیستی مورد حمله قرار نمی گیرند.

آکریلیک ها، در رقابت سختی با نایلون، پلی استر و پلی اولفین هستند و فقط در بازارهایی نفوذ کرده اند که در آن جا یک مزیت واضح در خواص بحرانی دارند. برای مثال آکریلیک ها از نظر مقاومت در برابر نور خورشید برتری دارند که باعث می شود در کاربردهای فضای باز مانند سقف خودروهای با سقف برزنتی، چادرها و سایه بان ها با ارزش باشند. آکریلیک های رنگ شده با رنگ دانه می توانند در کاربردهایی که در آن ها حداکثر مقاومت در برابر محو شدن و از بین رفتن نیاز است به کار روند. 

در کاربردهایی مانند سایه بان که نیاز به مقاومت در برابر شعله زیاد نیاز دارند از الیاف مودآکریلیک استفاده می شود. آکریلیک هایی که کومنومر کمی دارند، در برابر حمله شیمیایی و حرارتی بسیار مقاوم هستند. این خصوصیات باعث می شود آکریلیک ها برای فیلترهای صنعتی و جداکننده باتری مناسب باشند. 

در بازار پوشاک عمومی، الیاف آکریلیک و مودآکریلیک به عنوان خز مصنوعی یا پارچه با ظاهر خز مانند استفاده می شوند. در این بازار، این الیاف یک محصول ممتاز هستند که در پارچه های لباس، ساتن و پاپیلن بسیار شیک مورد استفاده قرار می گیرد. این پارچه ها برای عایق بندی مواد، مانند کاپشن و بخش های خارجی لباس اسکی مفید هستند.

 

 

۵-۲) الیاف وینیل:

 

الف) الیاف پلی وینیل الکل (PVA) یا وینیلون (Vinylon):

 

• یکی از خواص الیاف PVA، وابستگی یا نزدیکی آن به آب است. استحکام، مدول و چقرمگی آن تفاوت چندانی با الیاف مصنوعی متداول دیگر ندارد. با این حال، ضعف اصلی وینیلون این است که ترموپلاستیک نیست و بازیابی الاستیک کمی نشان می دهد، اگرچه در این بخش از پنبه و ریون برتر است. 
• وینیلون برای طناب، لوازم ماهیگیری، نخ های خیاطی صنعتی، نخ های های تایر دوچرخه، شیلنگ، ورق، پارچه های سنگین صنعتی، لوازم کشاورزی و… استفاده می گردد. 
• مصارف صنعتی الیاف وینیلون شامل تورهای حوضچه کشت، نوار نقاله، نخ های تایر رادیال، نخ های دوخت تشک های تاتامی و برزنت، الیاف تقویت کننده، شیلنگ ها و بسیاری دیگر است. 
• کاربرد های جدید این الیاف در صنعت مهندسی عمران است، مانند مواد تقویت کننده ژئو تکستایل

 

ب) الیاف پلی وینیل کلراید (PVC) یا وینیون (Vinyon):

 

ویژه ترین خاصیت الیاف PVC، عدم اشتعال آن است که بسیاری از کاربردهای آن به این خاصیت بر می گردد. وینیون، ترموپلاستیک و در برابر آب بسیار مقاوم و عایق برق و گرما است. معایب آن دمای نرم شدن و استحکام کششی پایین است. 

 

 

 

 

ضعف الیاف پلیمری:

 

البته الیاف هم نقاط ضعف خاص خود را دارند. در حالی که آن ها مقاومت کششی خوبی دارند، یعنی در مقابل کشش مقاوم هستند، معمولاً مقاومت فشاری ضعیفی دارند؛ به عبارت دیگر، آن ها در مقابل فشرده یا متراکم شدن ضعیف هستند. همچنین، الیاف معمولاً فقط در یک جهت مقاوم هستند، یعنی جهتی که در آن راستا آرایش یافته‌اند. اگر در جهت عمود بر جهت آرایش، آن ها را بکشید، معمولاً عمل کرد ضعیفی دارند.