چکیده: رشته های کامپوزیتی اسپان باند، یکی از مهمترین روشهای تولید پارچه های بدون بافت از میکرو الیاف به شمار میرود. اثر جداسازی رشتههای کامپوزیتی به طور مستقیم عملکرد محصولات نهایی را تحت تاثیر قرار میدهد. در این مقاله، شیوههای جداسازی الیاف کامپوزیتی به طور خلاصه بیان شده و اصول و ویژگی هر یک از روشها نیز برای توصیف مناسبترین تکنیک جداسازی الیاف جهت تولید منسوجات بیبافت اسپان باند دو جزئی نوع قطعهایی شرح داده میشود.
کلمات کلیدی: قطعهای، دو جزئی، بدون بافت، جداسازی
1- مقدمه
میکروالیاف معمولا به هر لیف با رشتهایی کمتر از 1 دنیر اشاره دارد. میکرو الیاف مصنوعی دارای قطری در حدود 10 میکرون یا کمتر هستند. میکروالیاف مصنوعیدر اوایل دهه 1970 توسط دکتر میوشی آکاموتودر ژاپن تولید شد. با وجود پتانسیل زیاد آنها، چند سال طول کشید تا در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرند. این الیاف بعدها توسط دکتر تويوهيكوهيكوتا دستخوش تغییراتی شد، وی اولین طراح منسوجات بدون بافت به نام Ultrasuede است که تولید آن در سال ۱۹۸۹ توسط کمپانی آمریکایی Dupont de Nemours آغاز شد . میکروالیاف به دو نوع تقسیم می شوند: : (1) رشته پیوسته و (2) نوع تصادفی (کوتاه). الیاف نوع پیوسته مجددا در دو بخش گسترده ریسندگی مستقیم و دو جزئی دستهبندی میشوند. رایجترین انواع میکروالیافها از پلیاستر، پلیآمیدها (مانند نایلون، کولار، نومکس، تروگامید) و یا ترکیبی از پلیاستر و پلیآمید ساخته شدهاند.
کاربرد میکروالیاف در صنعت نساجی به طور متوالی گسترش مییابد، زیرا دارای مزایای فراوانی از جمله مساحت سطحی و انعطافپذیری بیشتری هستند که نمیتوان با الیاف معمولی به آنها دست یافت. میکروالیاف را میتوان به صورت پارچههای بسیار سبک با کیفیت عالی و ظاهر لوکس تهیه کرد. میکروالیاف با تبدیل شدن به منسوجات بدون بافت از خواص بیشتری مانند جداسازی خوب، نفوذ ناپذیری، تنفسپذیری، مقاوم در برابر چین و چروک، مقاوم در برابر لکه، شستشوی آسان برخوردار خواهند شد . راحتی و قابلیت عملکرد بالقوه آنها، کاربردهای بیشتری را در این حوزهها ارائه میکنند.
2- تکنیک تولید منسوجات اسپانباند دو جزئی قطعه ایی
منسوجات اسپانباند دو جزئی قطعه ایی یک تکنولوژی جدید در تولید منسوجاتی از میکروالیاف با بهرهگیری از اصل ریسندگی دو جزئی است. روند تولید در شکل 1 نشان داده شده است.
لیف دو جزئی قطعه ایی یکی از مهمترین الیافی است که دارای خاصیت تکه تکه شدن بوده و از دو پلیمر ناسازگار تشکیل شده است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، دو پلیمر به طور متناوب در سطح مقطع لیف توزیع میشوند. تولید منسوجات بی بافت اسپانباند ساخته شده از رشتههای دو جزئی قابل تکه شدن یک فرایند مهندسی خلاقانه و انعطافپذیر برای بهبود ظرافت آنهاست. چندین دهه است که پارچه های ساخته شده از الیاف دو جزئی به خوبی شناخته شدهاند. با این حال، تکنولوژی جداسازی رشته های اسپانباند دو جزئی قطعهایی هنوز نابالغ است.
3– تکنیکهای جداسازی
تحقیقاتی در مورد تکنولوژی جداسازی الیاف دو جزئی همراه با توسعه ریسندگی دو جزئی گزارش شدهاند. در حال حاضر، روشهای زیادی برای جداسازی الیاف دوجزئی به میکروالیاف وجود دارد. این روشها به سه دسته روشهای شیمیایی، روشهای حرارتی و روشهای مکانیکی تقسیم میشوند.
3-1: روشهای شیمیایی
در روشهای شیمیایی، از برخی مواد شیمیایی برای تهیه الیاف دو جزئی استفاده میشود، به طوری که میتوان اجزای مختلف الیاف را از یکدیگر جدا ساخت. در این روش، استفاده از مواد شیمیایی به طور مساوی بین مواد الیافی امکانپذیر است . فرآیندهای شیمیایی عمدتا شامل کاهش وزن قلیایی، فرایند اسیدی و تورم مواد شیمیایی است.
کاهش وزن قلیایی در حال حاضر رایجترین روش جداسازی در تولید صنعتی میکروالیاف به شمار میرود. در این روش، محلول قلیایی با یکی از دو پلیمر در الیاف واکنش میدهد و آن را تجزیه میکند. هنگامی که پلیمرتا حدودی تجزیه میشود، دو پلیمر در لیف دو جزئی میتوانند به طور خودکار از یکدیگر جدا شوند. اما این روش باعث آسیب بیشتر به الیاف خواهد شد. اگر چه زمان واکنش و دما برحسب غلظت قلیایی، افزایش می‌یابند، اما این امر به کاهش بیشتر وزن الیاف و در نتیجه مقاومت و بازده کمتر منجر میشود .
میزان انقباض و تورم پلیمرهای مختلف در محلول اسیدی، متفاوت است. با انقباض و تورم پلیمرها در الیاف، یک نیروی برشی تشکیل خواهد شد که میتواند الیاف دو جزئی را بر روی فصل مشترک دو پلیمر تجزیه کند. لی نا و همکاران ، از لیف دو جزئی PA6/PET قطعهای خانه-بافت تهیه شده از اسید GS استفاده کرد. جداسازی وی در شرایط غلظت 35% GS در دمای 80 درجه سانتی گراد و در مدت 40 دقیقه، به نتایج خوبی منجر شد. Gao Xushan و همکاران روشی را برای استفاده از اسید استیک جهت جداسازی الیاف دو جزئی و پارچههای ساخته شده از آنها به ثبت رساندند. نرخ جداسازی الیاف تا 95 درصد است و میتوان الیاف یا پارچهها را با توجه به اطلاعات منتشر شده در اختراع وی، رنگآمیزی نمود.
پلیمرها با غوطه ور شدن در برخی از حلالهای آلی، ممکن است متورم شوند. جداسازی الیاف به پلیمرهایی با خواص تورمی مختلف در حلالهای آلی یک روش سازگار با محیط زیست است، زیرا امکان بازیابی حلالها وجود دارد .
3-2: روشهای حرارتی
اکثر پلیمرها هنگام گرم و سرد شدن، به ترتیب متورم و منقبض میشوند. نیروی برشی ناشی از تورم و انقباض پلیمرها بر روی فصل مشترک آنها ایجاد شده و آنها را جدا میسازد. این روند، قاعده روشهای حرارتی است. روشهای گرمایشی در این روش میتواند از هر شیوه ای مانند هوای داغ، بخار، گرمای تابشی و ترکیبات آن استفاده کند که میتوانند به انقباض گرمایی شدید و جداسازی اجزای فیبر منجر شوند. با قرار دادن الیاف در معرض آب گرم یا جوش نیز میتوان گرما را اعمال نمود. شرکت هیلز در آمریکا، یک روش حرارتی برای جداسازی درون خطی الیافی با اجزای فراوان به ثبت رساند. در این اختراع، الیاف کامپوزیتی چندگانه بر روی کمربند تشکیل دهنده وب قرار میگیرند و به هیتری منتقل میشوند که که باعث گرم شدن سطح وب تا دمای کافی و در نتیجه انقباض حرارتی دیفرانسیلی اجزای پلیمر میگردد، بنابراین بخشهای الیاف در کمتر از یک ثانیه از یکدیگر جدا میشوند .
3-3: روشهای مکانیکی
روشهای مکانیکی شامل اعمال نیروی خارجی بر روی الیاف دو جزئی و جداسازی آنهاست. این نیروی خارجی میتواند تاثیر فشار بالای آب یا فشار سوزن، فشار، نیروی کششی و غیره باشد. دو پلیمر در الیاف کامپوزیتی از نظر ترمودینامیکی، دو ساختار ناسازگارند، اما از یکدیگر کاملا جدا نیستند. یک پلیمر در پلیمر دیگر به فرم میکرودمین[4] پراکنده میشود که یک ناحیه میانی در فصل مشترک دو فاز ایجاد میکند. ناحیه میانی نازک است، تنها در حدود چند دهم نانومتر تا چند نانومتر، به طوریکه به آسانی میتوان دو پلیمر را با اعمال یک نیروی خارجی از یکدیگر جدا ساخت. Mbwana Suleiman Ndaro و همکاران [10] در تحقیق خود، الیاف دو جزئی سی ایسلند PA6 / COPET اصلاح یافته را با روش اسپانلیس[5] جدا نمود. نتايج نشان داد که اثر جداسازی و گره خوردگی با افزايش فشار آب، بیشتر است. با فشار آب 200 بار، نرخ جداسازی لیف تا 80% بدست میآید.
4- تکنیکهای جداسازی منسوجات بی بافت دو جزئی قطعه ای
رشته در منسوجات اسپانباند دو جزئی، نوعی از الیاف با قابلیت تکهای شدن است. در تئوری می توان از روشهای جداسازی فوق الذکر برای تولید منسوجات اسپان باند دو جزئی قطعهای استفاده نمود، اما همه آنها در واقعیت مناسب نیستند.
کاهش وزنی قلیایی، یک تکنولوژی کامل برای جداسازی الیاف دو جزئی سیایسلند است. نمونه اسپانباند دو جزئی قطعهای در شرایط غلظت قلیایی 5 %، دمای 80 درجه سانتی گراد در عرض 5 دقیقه در آزمایشگاه، تقریبا با نرخ جداسازی کامل تهیه شد. اما این روش یک فرایند طولانی است و باید تعداد دستگاه و هزینههای عملیاتی را افزایش داد. علاوه بر این، از بین رفتن برخی از مواد خام در این فرایند به کاهش زیاد مقاومت و تولید زبالهی بیشتر منجر میشود. مهمتر از همه، اگر این فرایند به درستی اجرا نگردد، می تواند آلودگی جدی محیط زیست را در پی داشته باشد. فرایند اسیدی یک روش جداسازی پیچیدهتر است. زمان زیادی طول می‌کشد تا الیاف جداسازی شده و اسید به تجهیزات اچینگ ارسال شود. در غیر این صورت، عملیات محلول اسیدی نیز مشکل‌ساز خواهد بود. اگر چه جداسازی الیاف با swellers، یک روش بدون آلودگی است، اما نرخ جداسازی به طور کلی پایین است. به دلیل محدودیت‌های شرایط پردازش و تاثیر جداسازی، از دو روش بعدی تنها در آزمایشگاه استفاده میشود.
روشهای حرارتی تنها در صورتی می توانند به اثر جداسازی خوب دست یابند که اختلاف کافی در انقباض بین دو پلیمر تشکیلدهنده لیف در رشته دو جزئی قطعهای وجود داشته باشد. اما بیشتر پلیمرها با اختلاف کافی در انقباض، قادر به برآورده سازی الزامات فرایند اسپانباند دو جزئی قطعهای نیستند. تا کنون، رشتههای دو جزئی PA6 / PET در دمای 90 درجه سانتیگراد در آب و دمای 160 درجه سانتی گراد در هوا به مدت سه دقیقه توسط نویسنده با نرخ جداسازی پایین تهیه شدهاند.
روش مکانیکی، به ویژه اسپانلیس، به عنوان مناسبترین فرآیند جداسازی منسوجات اسپان باند دو جزئی قطعهای در نظر گرفته می شود. در گذشته، ترکیب فرایندهای اسپانباند و اسپانلیس به دلیل تفاوت در سرعت، مقرون به صرفه نبود. تکنولوژی اسپانباند دارای سرعت بالا بود، اما تکنیک اسپانلیس به علت فشار محدود آب ناشی از طراحی خط، همچنان در سرعتهای متوسط عمل میکرد. اما در حال حاضر، ترکیب این دو تکنولوژی به دلیل پیشرفت وضعیت خطوط اسپان باند و اسپان لیس، قابل استفاده و سودمند است.
در حال حاضر سه شرکت وجود دارد (شرکت Freudenberg در آلمان، شرکت Phoenix در هلند و شرکت Sanjiang در چین) که از تکنولوژی اسپانلیس برای پردازش منسوجات اسپان باند دو جزئی قطعه ای استفاده کردهاند. در فرآیند اسپانلیس، آسیب کمی به الیاف وارد میشود و محیط آلوده نخواهد شد. علاوه بر این، این روش امکان گره خوردگی الیاف را هنگام جداسازی آنها فراهم میسازد. تنها در صورتی که فشار جت آب به اندازه کافی بالا باشد، میتوان به یک اثر جداسازی خوب دست یافت. فشار جتهای آب مورد استفاده شرکت Freudenberg حداکثر برابر با 230 bar است. اما فشار بالاتر مستلزم تجهیزات گران قیمتتری است و مصرف انرژی با افزایش فشار به سرعت افزایش مییابد. استفاده از تکنولوژی اسپانلیس به تنهایی برای جداسازی رشتههای اسپانباند دو جزئی قطعهای، به صرفه و عاقلانه نیست.
علاوه بر این، نویسنده تا کنون رشتههای اسپانباند دو جزئی قطعهای PA6 / PET را به ترتیب با روش سوزنی، نیروی کششی و فشار تهیه کرده است، اما به اثر جداسازی ایدهآل دست نیافته است.
5- نتیجه گیری
منسوجات اسپانباند دو جزئی قطعه ای تنها در صورتی دارای ویژگیهای عالی، از جمله نرمی، ساختار لیف فشرده، مانع خوب و فیلتراسیون و غیره خواهد بود که بتوان به خوبی رشتهها را در منسوجات از یکدیگر جدا ساخت. بنابراین فرآیند جداسازی در کل جریان تولید بسیار مهم است. با توجه به بحث قبلی میتوان نتیجه گرفت که با ترکیب برخی از روشهای جداسازی هنگام آمادهسازی منسوجات اسپانباند دو جزئی قطعهای، دستیابی به اثر جداسازی ایدهآل امکانپذیر است. ایجاد یک روش جداسازی ساده، کارآمد و سازگار با محیط زیست برای منسوجات اسپانباند دو جزئی قطعه ای یک پیشرفت قابل توجه برای صنعت منسوجات بیبافت محسوب خواهد شد.
