رویکردهای جدید در الیاف پلی استر استیپل

مقدمه
پلی استر در حال حاضر مهمترین پلیمر مورد استفاده در صنعت نساجی محسوب می شود. هرچند که تا اوایل قرن بیست و یکم الیاف پنبه سلطان بلامنازع دنیای الیاف نساجی محسوب می شدند اما به تدریج الیاف پلی استر به دو صورت فیلامنت و استیپل توانستند این عنوان را از آن خود نمایند، به گونه ایکه هم اکنون میزان تولید و مصرف نخ پلی استر فیلامنتی (حتی بدون احتساب الیاف پلی استر استیپل) نیز از الیاف پنبه پیشی گرفته است.

در دنیای کنونی افزایش ارزش افزوده یکی از موضوعات بسیار مهم در تمام حوزه های صنعتی از جمله صنعت نساجی می باشد. ارتقا ارزش افزوده از لحاظ اقتصادی را بطور خلاصه می توان افزایش میزان خروجی و یا محصول در مقابل کاهش میزان مصرف مواد ورودی و یا اولیه تعریف نمود. به عبارت دیگر با صرف کمترین منابع بیشترین محصول تولید شود. با این دید در صنعت الیاف مصنوعی تولید الیاف سبک تر و یا ظریفتر که در انتها عملکردی مشابه کاربرد اولیه را بتوانند تامین نمایند می تواند از جمله راهکارهای افزایش ارزش افزوده محسوب گردد. (شکل ۱).
به عبارت دیگر در تولید این الیاف با صرف میزان کمتری از مواد اولیه می توان خصوصیات نهایی مورد نظر را بدست آورد. البته باید در نظر داشت که این مساله نه تنها از دید اقتصادی و راندمانی حائز اهمیت است بلکه خود می تواند با ایجاد خصوصیات منحصر به فرد جدیدی، از لحاظ عملکردی نیز جهشی در ویژگیهای کیفی محصول ایجاد نماید که خود در هنگام فروش منجر به ایجاد ارزش افزوده مضاعف می شود.
با این دید می توان راهکارهایی را جهت افزایش ارزش افزوده اقتصادی الیاف پلی استر مورد بررسی قرار داد که ۲ عدد از مهمترین آنها به شرح ذیل می باشد:
– تولید الیاف ظریف
– تولید الیاف توخالی

شکل ۱- تولید محصولات سبکتر با ارزش برابر

همانگونه که مشخص است هدف از ارائه این دو راهکار کاهش مصرف مواد اولیه (چیپس و یا پرک بازیافتی پلی استر) در تولید محصولی است که در هنگام کاربرد نهایی خصوصیاتی حداقل مشابه محصولات استاندارد از خود نشان دهند.
جهت بررسی دقیقتر این موضوع بهتر است ابتدا با مشخصه های فنی و استاندارد الیاف پلی استر استیپل (PSF= Polyester Staple Fiber) آشنا شویم. با توجه به اینکه منابع مختلف در مورد خصوصیات استاندارد الیاف پلی استر استیپل نظرات نسبتاً متفاوتی را ارائه داده اند در این مقاله تنها به داده های مندرج در گزارشات انجمن منسوجات بی بافت و یکبار مصرف اروپا (EDANA= European Disposable And Nonwoven Association) که جهت الیاف پلی استر استیپل متداول نگاشته شده استناد شده است.

بر طبق این اطلاعات مشخصات الیاف پلی استر استیپل متداول عبارت است از:
– دانسیته:  ۱.۳۹
– استحکام:      ۶.۱ گرم بر دنیر (g/d)
– رطوبت بازیافتی: ۰.۴ – ۰.۲ %
– بازگشت پذیری ارتجاعی  (در ۵% کرنش) : ۶۵%
– رفتار در برابر آتش:
نسبتاً مقاوم و سوختن (ذوب) با دود زیاد
– رفتار در برابر اشعه ماورا بنفش:
مقاومت در حد متوسط تا خوب

همانگونه که مشخص است بسیاری از مشخصات کیفی، به خصوص پارامترهای فیزیکی الیاف را می توان در حین فرآیند تولید تا حدی ارتقا داد. به عنوان مثال استحکام الیاف استیپل را با استفاده از نگهداری دسته الیاف به مدت معین تحت حرارت و تنش ثابت (آنیلینگ Annealing) که در خط تولید الیاف استیپل بوسیله غلطکهای داغ متعدد و نسبتاً بزرگ انجام می شود افزایش می دهند، تا الیاف پلی استری با خصوصیات مشابه الیاف پنبه تولید نمایند که اصطلاحاً الیاف پلی استر نوع پنبه ای (Cotton Type) شناخته می شود.
با تعریفی که در ابتدای این مقاله در خصوص ارزش افزوده اقتصادی عنوان گردید مهمترین پارامتر تاثیرگذار بر روی این موضوع چگالی پلی استر است که امکان تغییر زیاد آن در فرآیند تولید الیاف عملاً امکانپذیر نیست. حال باید به دنبال راه حلی جهت این موضوع باشیم.
الیاف پلی استر استیپل را معمولاً در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می دهند که مهمترین آنها عبارتند از فرآیند ریسندگی و تولید نخ (الیاف کوتاه و بلند)، فرآیند تولید منسوجات بی بافت و فرآیند پر کردن.

با توجه به نوع این فرآیندهای پایین دستی می توان گفت که تولید الیاف ظریف و الیاف توخالی که محصول نهایی تولید شده از آنها (نخ و یا منسوج بی بافت) دارای خصوصیات عملکردی مشابهی با منسوج تهیه شده از الیاف متداول باشد می تواند راهکار مناسبی جهت ایجاد ارزش افزوده اقتصادی تلقی شود.
تعریف ظرافت استاندارد و متداول الیاف در طی چند دهه گذشته بطور مرتب با افزایش دانش تولید الیاف دچار تغییر و تحول شده است. پس از تولید صنعتی الیاف پلی استر استیپل توسط شرکت دوپونت آمریکا در دهه ۱۹۵۰ میلادی تا حدود ۱۰ – ۱۵ سال ظرافت الیاف پلی استر استیپل ظریف در حد ۲.۲۵ دنیر بود، پس از آن در دهه ۱۹۷۰ و متعاقب آن در دهه ۱۹۸۰ میلادی این میزان به ترتیب به ۱.۵ و ۱.۲ دنیر کاهش پیدا کرد. روند کاهش ظرافت الیاف پلی استر استیپل در طی ۲ دهه گذشته نیز ادامه یافت به نحویکه هم اکنون الیاف پلی استر ظریف، ظرافتی کمتر از ۰.۹ دنیر دارند که عمدتاً در صنایعی نظیر ریسندگی، تولید منسوجات خانگی و منسوجات بی بافت مورد استفاده قرار می گیرند.

همانگونه که مشخص است افزایش ظرافت الیاف استیپل می تواند منجر به افزایش استحکام (نسبت نیروی قابل تحمل به دنیر الیاف) نیز شود و به همین دلیل یکی از مشخصات قابل انتظار از الیاف پلی استر استیپل ظریف استحکام نسبتاً زیاد آنها در مقایسه با الیاف متداول است. یکی دیگر از مشخصات ویژه الیاف ظریف لطافت آنها می باشد که نرمی محسوسی در منسوجات تولید شده از آنها ایجاد می نماید. البته در بین این خصوصیات بایستی به قابلیت تولید منسوجات سبکتر و ظریفتر از این الیاف نیز اشاره نمود که در حقیقت به عنوان هدف اولیه در جهت ایجاد ارزش افزوده اقتصادی مورد نظر می باشد.
مقایسه خصوصیات فیزیکی الیاف پلی استر استیپل ظریف با الیاف پلی استر استیپل ۱.۲ و ۱.۶ دنیر می تواند به خوبی اثبات کننده ادعاهای فوق باشد.

نتایج آزمایشات خصوصیات فیزیکی انجام شده بر روی الیاف پلی استر استیپل با دنیر ۱.۶ به شرح ذیل می باشد:
– استحکام: ۶.۰  – ۵.۸ گرم بر دنیر
– ازدیاد طول تا حد پارگی: ۲۰%
– جمع شدگی حرارتی:     ۱۰%

نتایج این آزمایشات بر روی الیاف پلی استر استیپل با دنیر ۱.۲ که به وسیله ماشین آلات یکسانی تولید شده است نیز به صورت ذیل است:
– استحکام: ۶.۷ – ۷.۰ گرم بر دنیر
– ازدیاد طول تا حد پارگی: ۱۴%
– جمع شدگی حرارتی:     ۹%

حال اگر بر روی همان خط تولید، الیاف پلی استر استیپل ظریف با دنیر کمتر از ۱.۰ تولید نماییم خصوصیات فیزیکی محصول تولید شده به شرح ذیل می باشد:
-استحکام: ۷.۶ گرم بر دنیر
– ازدیاد طول تا حد پارگی ۱۰%
-جمع شدگی حرارتی: ۹ %

همانگونه که مشخص است در مورد الیاف ظریف خصوصیات فیزیکی به نحو محسوسی بهتر از الیاف متداول می باشد.
بررسی تصاویر میکروسکوپی حاکی از آن است که در وزن یکسان تعداد الیاف قرارگرفته در سطح مقطع نخ در حالت استفاده از الیاف ظریف بسیار بیشتر از حالت استفاده از الیاف متداول است که این موضوع نیز بر روی خصوصیات نهایی نخ و محصول تاثیر گذار می باشد (شکل ۲).

شکل ۲- تعداد الیاف با ظرافت های مختلف در سطح مقطع یکسان

یکی از مهمترین تاثیرات استفاده از الیاف ظریف تفاوت در رنگ پذیری و عمق رنگی قابل حصول در این نخها می باشد که در بسیاری از کاربردها بسیار حائز اهمیت است. البته باید توجه داشت که در صورت نیاز به تولید نخهای ظریف در محدوده نمره انگلیسی ۵۰ الی ۱۲۰ نیز چاره ای جز استفاده از الیاف ظریف نیست.  علاوه بر این نخهای تولید شده از الیاف ظریف قابلیت جذب رطوبت بالاتری دارند که این مساله راحتی پوشش بالاتر منسوجات تهیه شده از آنها را توجیه می نماید. البته در صورت استفاده از بافتهای متراکم منسوجات تهیه شده از این نخها می توانند از خصوصیات ضد آب مناسبی حتی بدون تکمیل شیمیایی نیز برخوردار شوند. بررسیها نشان می دهد که زمان خشک شدن منسوجات تهیه شده از الیاف ظریف تقریباً یک سوم منسوجات تهیه شده از الیاف پلی استر استاندارد می باشد.

در صنعت منسوجات بی بافت، کاپشن، کیسه خواب و لحافهای تولید شده از الیاف ظریف نه تنها سبکتر، بلکه عایقتر از نمونه های استاندارد نیز می باشد. علاوه بر این قابلیت جمع شدگی حرارتی پایینتر این الیاف نسبت به الیاف استاندارد دوره عمر مفید این کالاها را به میزان زیادی افزایش می دهد.
یکی دیگر از کاربردهای ویژه الیاف ظریف در صنعت منسوجات بی بافت تولید دستمالهای جاذب و تمیزکننده می باشد. با توجه به زیاد بودن نسبت سطح به وزن در لایه های بی بافت تهیه شده از این الیاف می توان به خوبی عملکرد بهتر آنها را در جذب گرد و غبار و رطوبت در هنگام تمیز کردن سطوح توجیه نمود.

در حوزه تولید منسوجات خانگی ایجاد حالت نرم و پَر مانند در کالاهای تهیه شده از الیاف ظریف مخصوصاً کالاهای خواب بسیار حائز اهمیت است. در کاربردهایی نظیر روکش مبلمان نیز از این الیاف در ایجاد حالاتی مشابه چرم و جیر مصنوعی استفاده می شوند که عمدتاً به وسیله اجرای عملیات تکمیل فیزیکی بر روی پارچه های تولید شده از الیاف ظریف می باشد.
همانگونه که عنوان شد دومین راه ایجاد ارزش افزوده اقتصادی در صنعت الیاف پلی استر استیپل تولید الیاف توخالی (هالو Hollow) می باشد (شکل ۳).
مهمترین خصوصیت قابل سنجش در الیاف توخالی نسبت و میزان حفره به سطح کل الیاف می باشد که معمولاً در حد ۲۰% قرار دارد و افزایش آن می تواند منجر به افزایش حجم در وزن یکسان گردد که مسلماً از منظر ایجاد ارزش افزوده اقتصادی بسیار قابل توجه است.

شکل ۳- تصویر سطح مقطع الیاف توخالی

همانند الیاف استیپل ظریف، از الیاف استیپل توخالی نیز می توان در هر سه حوزه ریسندگی، تولید منسوجات خانگی و منسوجات بی بافت استفاده نمود. هرچند در مورد الیاف استیپل ظریف حوزه ریسندگی به عنوان اولین بازار مصرف مدنظر قرار می گیرد، اما در مورد الیاف توخالی تولید منسوجات خانگی (مخصوصاً کاربرد پُر کردن) گزینه اول محسوب می شود.

امروزه استفاده از الیاف پلی استر استیپل توخالی با دنیر در محدوده ۱.۵ در صنعت ریسندگی رینگ و چرخانه ای (OE = Open End) نیز رایج گردیده است. یکی از مهمترین مزایای پارچه های تهیه شده از این نخها مقاومت زیاد در مقابل چروک پذیری است که در تولید البسه بشور و بپوش (البسه راحتی) بسیار حائز اهمیت است.
در صنعت منسوجات بی بافت از این الیاف می توان در تولید لایه های جذب و انتشار (ADL = Acquisition Distribution Layer) مورد استفاده در تولید پوشک استفاده نمود. قسمتهای توخالی این الیاف نقش بسیار مهمی را در جذب و انتشار مایعات در این کاربرد به عهده دارند. قابلیت عایق بودن در مقابل تغییرات دمایی نیز از جمله خصوصیات بسیار مهم در منسوجات بی بافت تهیه شده از این الیاف می باشد.

همانگونه که عنوان شد حوزه منسوجات خانگی مهمترین بازار مصرف الیاف توخالی می باشد. در مصارفی نظیر پر کردن داخل مبلمان، کوسن، بالش، لحاف و … که از الیاف با ظرافت بالا نظیر ۱۵ و ۲۰ دنیر استفاده می شود افزایش میزان و سطح حفرات در تولید کالاهایی سبک بسیار حائز اهمیت می گردد. البته افزایش میزان سطح توخالی بودن الیاف در این کاربردها تاثیرات دیگری نظیر ارتجاعیت بالاتر کالاهای تولیدی را نیز به همراه دارد (شکل ۴).

شکل ۴- استفاده از الیاف توخالی جهت پرکردن کالای خواب

جمع بندی
بررسیها نشان می دهد که در طی چند سال گذشته میزان تقاضا جهت استفاده از الیاف پلی استر استیپل ظریف و توخالی بسیار رشد داشته است. بر طبق آمار تجارت منتشر شده در قاره اروپا، در فاصله سالهای ۲۰۱۱ تا ۲۰۱۳  میزان تقاضای کشورهای این حوزه جهت پارچه های با وزن بیش از ۱۵۰ گرم در متر مربع ۸% کاهش داشته است در حالیکه میزان تقاضا جهت پارچه های با وزن در ۷۰ الی ۱۵۰ گرم در متر مربع ۱۷.۶%، پارچه های با وزن ۲۵ الی ۷۰ گرم در متر مربع ۴۲% و پارچه های با وزن کمتر از ۲۵ گرم در متر مربع ۶۳% افزایش داشته است.
این اعداد و ارقام به خوبی گویای روند حاکم بر بازار صنعت تولید الیاف پلی استر استیپل و همچنین با یک دید کلی تر صنعت نساجی می باشد. در صورت ادامه این روند به زودی تولید الیاف پلی استر استیپل ظریف و توخالی از حالت یک محصول ویژه به یک محصول استاندارد مورد تقاضا حتی برای بازارهای معمولی می شود و بایستی به دنبال راهکارهایی جدیدتر جهت پاسخگویی به نیازهای رو به رشد بازار بود.
در حال حاضر شرکتهای مطرح تولید الیاف ژاپنی که مدتها است از عرصه رقابت در تولید الیاف پلی استر استیپل کنار رفته اند ولی تمرکز خود را بر روی تولید الیاف پلی استر استیپل ۰.۳ دنیر قرار داده اند که مسلماً در چند سال آینده، بازار این حوزه را تسخیر خواهند نمود.
با توجه به این موضوع تولیدکنندگان الیاف پلی استر استیپل ایران که در چند سال اخیر از لحاظ عددی به صورت تصاعدی رشد سریعی داشته اند و کمتر به مسائل کیفی و نوآوری در محصول توجه کرده اند جهت بقای در بازار بایستی سرمایه گذاری بیشتری بر روی دانش فنی انجام دهند تا از این قافله عقب نماند.

ماخذ:
Cetin, O., “Lightweight Polyester Fibers”, Chemical Fibers International, 4/2014, pp. 194-195.

تهیه و تنظیم: دکتر شاهین کاظمی- دکتری مهندسی شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

منبع: شماره ۲۹ مجله کهن

تلفن اشتراک: ۷۷۲۴۵۷۸۰-۰۲۱