آشنایی با نخ تایر پلی استر HMLS

دکتر شاهین کاظمی

عضو هیئت رئیسه جامعه متخصصین نساجی ایران

مقدمه

تایر یکی از مهمترین قطعات هر وسیله نقلیه اعم از دوچرخه، موتور، خودروی سواری، خودروی باری، هواپیما و … می باشد. بطور کلی خصوصیات تایر از لحاظ فنی بسیار پیچیده، ویژه و حائز اهمیت است و جنبه های ظاهری آن در اولویت بعدی قرار دارد. از یک سو تایر بایستی به اندازه کافی مستحکم باشد تا نیروی وارد شده از طرف جاده و وزن شاسی را تحمل کند و نیز از طرف مقابل نرم و الاستیک عمل نماید تا ضربات اولیه جاده را مانند فنر جذب کند، به همین دلیل مشاهده می کنیم که مجموعه ای از خصوصیات نسبتاً متناقض را بایستی از تایر انتظار داشته باشیم (شکل ۱).

شکل ۱ – تصویر شماتیک اجزای تشکیل دهنده تایر

نیروهای وارد شده بر تایر خودرو عبارتند از:

الف) نیروی کششی وارد بر تایر: که در هنگام شتاب گیری از طرف تایر بر سطح جاده وارد می شود و باعث برطرف کردن نیروی اصطکاک جاده می شود.

ب)  نیروی فشاری وارد بر تایر: این نیرو در هنگام ترمز کردن از طرف جاده و شاسی بر تایری که نیروی منفی دارد یا همان نیروی مخالف حرکت بدنه این نیرو به آن وارد شده و آن را تحت فشار قرار می دهد.

ج) نیروی جانبی وارد بر تایر: نیرویی است که در اثر چسبندگی در موقع پیچیدن در تایر به وجود می آید و عکس العمل نیروی جانب به مرکز است. نیروی جانب به مرکز تمایل دارد بدنه خودرو را به خارج از پیچ منحرف کند، نیروهای عکس العمل در چرخ ها به صورت نیروی چسبندگی به کف جاده ظاهر شده از لغزیدن چرخ به طور عرضی جلوگیری می کند.

با توجه به این موضوع لاستیک وسایل نقلیه باید مقاومت بسیار زیادی در برابر نیروهای مکانیکی و دینامیکی داشته و قابلیت الاستیسیته آنها بالا بوده و مقاوم در برابر ضربه باشند. تامین کلیه خواص ذکر شده با استفاده از منسوج استخوان بندی لاستیک امکان پذیر است. منسوج استخوان بندی لاستیک عبارت است از پارچه ای با ویژگی مخصوص که از نخی صنعتی به نام نخ تایر یا همان تایر کورد (Tire Cord) بافته می شود. سالانه بالغ بر یک میلیارد لاستیک در جهان تولید و استفاده می شود که حاکی از بازار بسیار گسترده این محصول است.

تاریخچه تایر

لاستیک یکی از مواد بسیار مهم در زندگی روزمره است. صنایع حمل و نقل، شیمیایی، برق و الکترونیک و همچنین فضایی همگن از مصرف کنندگان اصلی لاستیک هستند. در ابتدای جنگ جهانی دوم وقتی تولید لاستیک طبیعی (کائوچو) بدلیل تهاجم ژاپن به مناطق تولید لاستیک متوقف شد، آمریکا اقدام به ساخت واحدهای تولید لاستیک مصنوعی کرد که به سرعت هم توسعه یافت، به طوری که در حال حاضر ۸۸ درصد لاستیک مصرفی در آمریکا منشا مصنوعی دارد.

کریستف کلمب را می توان یکی از کاشفان لاستیک نامید. نام Rubber به معنی پاک کن را پریستلی کاشف اکسیژن انتخاب کرد. وی اولین کسی بود که قابلیت لاستیک در پاک کردن اثر مواد را مشاهده کرد. مواد لاستیکی تنها نتیجه تلاش در جهت حفظ موادی چون افتیون، بوتا‌دی‌ان و ایزوپرن بودند که از تقطیر تخریبی لاستیک طبیعی بدست می‌آمدند، بدین ترتیب راه تولید لاستیک مصنوعی گشوده شد.

با آغاز جنگ جهانی اول، انواع نامرغوب لاستیک از دی متیل بوتا‌دی‌ان در آلمان و روسیه تولید شد. چارلز گوودیر با کشف پخت لاستیک توسط گوگرد در سال ۱۸۳۹ به شهرت رسید. این کشف مشکل چسبندگی طبیعی لاستیک را حل کرد و آن را به صورت تجاری در آورد.

 

انواع تایر

بطور کلی تایرها از لحاظ نوع ساختار به دو گروه اصلی تقسیم میگردند:

  ۱- بایاس Bias

  ۲- رادیال Radial

در تایرهای بایاس امتداد نخهای لایه با خط مرکزی تایر زاویه مورب می سازد و قرار گیری لایه ها روی یکدیگر به صورت ضربدری می باشد. جنس نخ لایه ها معمولاً از نایلون است و در بدنه تایر بجز در ناحیه طوقه ها از سیم فولادی استفاده نمی شود.

در تایر رادیال امتداد نخهای لایه باخط مرکزی  تایر زاویه ای در حدود ۹۰ درجه می سازد  و به عبارت دیگر امتداد نخها در جهت شعاعی قرار گرفته است. جنس نخ لایه ها عموماً از ویسکوز ریون یا پلی استر است در تایر های رادیال به منظور ایجاد پایداری حرکتی از لایه هایی به عرض عاج و زاویه مورب نسبت به خط مرکزی تایر با نام کمربند یا بلت استفاده می شود، الیاف مصرفی در کمربند معمولاً از جنس نخ یا سیم فولادی است. در صورتی که کمربند نخی باشد تایر را رادیال نخی و در صورتی که سیمی باشد تایر را رادیال سیمی (استیل بلت) می نامند. تایر های رادیال به دلیل مزایای ویژه ای که نسبت به تایر های بایاس دارند در سالهای اخیر به تدریج جایگزین نوع بایاس شده اند (شکل ۲، ۳ و ۴).

 شکل ۲ – مقایسه نحوه قرار گرفتن نخها در ساختار تایر بایاس (سمت چپ) و تایر رادیال (سمت راست)

شکل ۳ – تصویر سطح مقطع تایر بایاس

شکل ۴ – تصویر سطح مقطع تایر رادیالر

نخهای صنعتی

بطور کلی نخ تایر را می توان یکی از مهمترین انواع نخهای صنعتی محسوب نمود. از نخهای صنعتی در تولید محصولات بسیاری نظیر تسمه انتقال نیرو، تسمه نقاله جابجایی مواد، کمربند ایمنی، پارچه های ویژه و … استفاده می شود (جدول ۱).

جدول ۱ – افزایش میزان تولید منسوجات صنعتی در چین (ارقام به۱۰۰۰ تن)

مصرف نهایی	۲۰۰۸	۲۰۰۹	۲۰۱۰	۲۰۱۱	۲۰۱۲
نخ تایر	۸۶	۱۰۳	۱۲۰	۱۳۰	۱۴۴
پارچه بنر و بیلبورد	۲۸	۳۴	۵۰	۸۰	۱۲۰
چادر و سایه بان	۱۴	۱۷	۲۴	۳۸	۵۰
نخ و طنابهای صنعتی	۹۸	۱۱۸	۱۴۰	۲۹۰	۴۲۰
ژئوتکستایلها	۲۰	۲۴	۵۸	۷۰	۸۰
تسمه نقاله	۵۶	۶۷	۸۰	۹۸	۱۲۰
کمربند ایمنی	۵	۹	۱۳	۱۸	۲۸
محصولات ویژه	–	–	–	۲۰	۴۰
جمع کل	۳۵۷	۳۲۲	۶۱۰	۸۸۴	۱۱۸۲
درصد رشد %	۳۳	۲۱	۴۱	۴۵	۳۴

آمارها حاکی از آن است که در سال ۲۰۱۰ میلادی بیش از ۸ میلیون تن منسوجات صنعتی در چین تولید شده اند که در تولید بیش از ۸۳% آنها از نخ پلی استر استفاده شده است و پس از آن پلی پروپیلن با ۵۰۰ هزار تن، نایلون با ۴۶۰ هزار تن، ویسکوز با ۲۰۰ هزار تن و اکریلیک با ۲۰ هزار تن در رتبه های بعدی قرار دارند.

همانگونه که مشخص است با توجه به رشد استفاده از نخهای پلی استر صنعتی به خوبی قابل پیش بینی است که در آینده ای نزدیک نخهای پلی استر صنعتی تنها بازیگر مهم این عرصه باشند.

در گذشته استفاده از نخ ویسکوز ریون در تولید تایر بسیار متداول بود، ولی به علت منشاء طبیعی این نخ و عوارض زیست محیطی تولید آن، که همان از بین رفتن جنگلها برای تهیه مواد اولیه این نخ است، دانشمندان بسیاری سعی نمودند تا جایگزین مناسبی برای آن بیابند. در قدم اول نخهای پلی آمیدی به عنوان جایگزین این نخ در بازار مطرح شدند اما با گذشت چندین سال نخ پلی‌استر نیز به عنوان یک جایگزین با خواص فیزیکی و مکانیکی قابل قبول در مقایسه با نخ ریون و دارای مزایایی نظیر پایداری ابعادی و استحکام کششی بیشتر و قیمت و وزن کمتر توانست سهم عمده ای از بازار را در اختیار خود بگیرد (شکل ۵).

شکل ۵ – تصویر شماتیک فرآیند تولید تایر از مواد اولیه مختلف

بطور کلی تعاریف متفاوتی جهت نخهای صنعتی پلی استری آورده شده است که به صورت اختصاری به تعدادی از پارامترهای کلیدی آن اشاره می شود:

نخ صنعتی با استحکام بالا HT[1]

• استحکام: بیشتر از cN/dTex1 (g/den 9.18)
• ازدیاد طول تا حد پارگی: تقریباً ۱۳%
• جمع شدگی در هوای داغ: تقریباً ۹% (به مدت ۱۰ دقیقه در دمای ۱۷۷ درجه سانتیگراد و تحت نیروی cN/dTex05)
• سرعت تولید: ۳۵۰۰-۳۲۰۰ متر بر دقیقه
• تعداد غلطکهای گودت: ۱ جفت غلطک سرد و گرم جهت تغذیه و ۴ جفت غلطک گرم جهت کشش
• کاربرد: کمربند ایمنی خودرو، تسمه صنعتی انتقال نیرو و انتقال مواد، بافت ژئوتکستایل، طناب، پوشش شلنگ و …

نخ صنعتی با جمع شدگی کم LS[2]

• استحکام: بیشتر از cN/dTex0 (g/den 7.90)
• ازدیاد طول تا حد پارگی: تقریباً ۲۴%
• جمع شدگی در هوای داغ: تقریباً ۳% (به مدت ۱۰ دقیقه در دمای ۱۷۷ درجه سانتیگراد و تحت نیروی cN/dTex05)
• سرعت تولید LS: 3300-3000 متر بر دقیقه
• سرعت تولید SLS[3]: 3000-2700 متر بر دقیقه
• تعداد غلطکهای گودت: ۱ جفت غلطک سرد و گرم جهت تغذیه و ۵ جفت غلطک گرم جهت کشش
• کاربرد: روکش بار تریلی، پارچه بنر و بیل بورد، چتر نجات، چادر و ….

نخ صنعتی با مدول بالا و جمع شدگی پایین HMLS[4] یا HSIP[5]

• استحکام: در محدوده cN/dTex4 – ۶.۹ (g/den 8.30-7.80)
• ازدیاد طول تا حد پارگی: تقریباً %۱۵-۱۳
• جمع شدگی در هوای داغ: کمتر از ۵% (به مدت ۱۰ دقیقه در دمای ۱۷۷ درجه سانتیگراد و تحت نیروی cN/dTex05)
• سرعت تولید: ۶۴۰۰-۵۲۰۰ متر بر دقیقه
• تعداد غلطکهای گودت: ۱ جفت غلطک گرم جهت تغذیه و ۵ جفت غلطک گرم جهت کشش
• کاربرد: تایر خودرو، تسمه های صنعتی

یکی از بارزترین ویژگی های فرآیند تولید نخهای صنعتی استفاده از تعداد زیاد غلطکهای کشش می باشد. فرآیند کشش در این نخها به صورت چند مرحله ای بین جفت غلطکهای گرم انجام پذیرفته و معمولاً حد فاصل جفت غلطکهای گرم انتهایی فرآیندهایی نظیر تثبیت حرارتی[۶] و همچنین استراحت دهی به زنجیرهای پلیمری در حالت گرم و رها سازی از تنش[۷] در حال انجام است (شکل ۶).

شکل ۶ – نحوه چیدمان غلطک های گودت جهت تولید نخهای صنعتی

 

تکنولوژی تولید نخهای صنعتی

مهمترین تولیدکنندگان قطعات و ماشین آلات نخ های صنعتی مخصوصاً نخ تایر در جهان عبارتند از شرکتهای تی ام تی TMT ژاپن و شرکت بارمگ آلمان، که البته تعدادی شرکت طراحی و مهندسی نظیر ویبا سیات VB-S&T ایتالیا نیز با خرید قطعات مختلف نظیر گودت و وایندر از یکی از این دو شرکت ژاپنی ویا آلمانی ماشین آلاتی با طراحی مختص به خود ارائه می نمایند (شکل ۷).

شکل ۷ – وایندر شرکت TMT ژاپن جهت تولید نخ تایر

 

بر طبق آمار منتشر شده تنها در سال ۲۰۱۲ در کشور چین ظرفیت تولید انواع مختلف نخهای صنعتی پلی استری نزدیک به ۱.۴۹۰.۰۰۰ تن افزایش یافته است که از این میزان سهم شرکت تی ام اتی TMT ژاپن ۷۸۹.۵۰۰ تن معادل با ۵۳% بازار، سهم شرکت بارمگ آلمان ۶۰۲.۰۰۰ تن معادل با ۴۰% بازار و سهم سایر شرکتهای طراحی و مهندسی تنها ۹۸.۵۰۰ تن معادل با ۷% بازار بوده است (شکل ۸).

شکل ۸ – طبقه همکف کارخانه تولید نخ تایر HMLS

 

مهمترین کشورهای سرمایه گذاری کننده جهت افزایش ظرفیت تولید نخهای صنعتی پلی استری از سال ۲۰۱۰ به بعد به ترتیب عبارتند از: چین، ژاپن، آمریکا، کره جنوبی، تایوان و هندوستان.

همچنین مهمترین بازارهای هدف صادرات نخهای صنعتی پلی استری چین در بازه زمانی مذکور نیز به ترتیب عبارتند از: آمریکا، آلمان، کره جنوبی، هلند، ترکیه، پرتغال، هند، تایوان، بلژیک.

کد نخ	۱۲۴۲T	۱۲۴۲T
تکمیل	آغشته شده با مواد فعال ساز چسبندگی	آغشته شده با مواد فعال ساز چسبندگی
نمره نخ (دی تکس)	۱۴۴۰	۱۶۷۰
تعداد فیلامنت	۳۳۱	۴۱۲
نیروی پارگی (نیوتن)	۹۹.۰	۱۱۲.۵
استحکام پارگی (mN/tex)	۶۷۸	۶۶۵
ازدیاد طول تاحد پارگی (%)	۱۲.۴	۱۲.۴
EASF% (xN)	(۶۸) ۶.۵	(۶۸)۵.۸
درصد جمع شدگی در هوای داغ (۲ دقیقه در دمای ۱۸۰ درجه سانتیگراد)	۵.۱	۴.۶

  جدول ۲ – مشخصات نخ تایر پلی استر HMLS با برند Emleen

نخ HMLS

با توجه به این مقدمه یکی از مهمترین ویژگی های مورد انتظار از نخ تایر مدول بالا و جمع شدگی پایین می باشد که این خصوصیات منجر به تولید نخ خاصی از جنس پلی استر به نام نخ پلی استر صنعتی با مدول بالا و جمع شدگی پایین است که اصطلاحاً به نام HMLS[8] شناخته می شود.

لاستیک خودرو به علت تماس دائمی با سطح جاده همواره در معرض یک نیروی اصطکاکی نسبتاً شدید می باشد که این نیروی اصطکاک منجر به بالا رفتن دمای تایر می شود. از سوی دیگر افزایش دمای تایر خود نیز منجر به افزایش فشار هوای محبوس در آن می شود. به همین دلیل می توان عنوان نمود که هر چقدر سرعت حرکت بیشتر شود، دمای تایر بالاتر رفته و متعاقب آن فشار هوای درون تایر نیز افزایش می یابد.

حال باید از منسوجی در استخوان بندی تایر استفاده نمود که نه تنها در دمای بالا خصوصیات مکانیکی و ثبات ابعادی خود را از دست نمی دهد بلکه بایستی توانایی تحمل فشار بیشتری را نیز داشته باشد که یکی از مناسبترین مواد جهت اینکار نخ تایر پلی استر HMLS می باشد.

جهت تولید نخ HMLS از چیپس پلی استر با ویسکوزیته بالا استفاده می شود. بدین منظور چیپس پلی استر تحت فرآیند پلیمری شدن در فاز جامد SSP قرار گرفته و ویسکوزیته ذاتی آن تا حد عدد ۱ افزایش می یابد.

بطور کلی اصول فرآیند ذوب ریسی تولید این نخ همانند سایر نخهای فیلامنتی است و مهمترین تفاوت آن در قسمت پایین دستگاه و ناحیه کشش می باشد. در این ناحیه بطور متداول از ۵ یا ۶ جفت غلطک کشش جهت ایجاد حداکثر آرایش یافتگی در مولکولهای نخ استفاده می شود که در قسمت قبلی نوع چیدمان آنها توضیح داده شد (شکل ۹).

شکل ۹ – نمودار تنش کرنش نخ صنعتی نایلون، پلی استر، شیشه و آرامید

بزرگترین تایر سازان دنیا

بزرگترین شرکتهای تایرسازی دنیا به ترتیب عبارتند از:

1. بریجستون (ژاپن)، ۲. میشلن (فرانسه)، ۳. گوودیر (آمریکا)، ۴. کونتینتال (آلمان)، ۵. پیرلی (ایتالیا)، ۶. سومیتومو (ژاپن)، ۷. هانکوک (کره جنوبی)، ۸. یوکوهاما (ژاپن)، ۹. چنگ شین (تایوان)، ۱۰. کوپر (آمریکا)، ۱۱. کومهو (کره جنوبی)،

که سهم آنها از بازار جهانی تایر در سال ۲۰۱۴ در شکل ۱۰ نشان داده شده است.

شکل ۱۰ – میزان فروش بزرگترین شرکتهای سازنده تایر دنیا (میلیارد دلار)

۲۹در بین ۷۵ شرکت بزرگ دنیا در حوزه تایر ۲۹ شرکت چینی، ۱۰ شرکت هندی، ۵ شرکت آمریکایی، ۵ شرکت تایوانی، ۴ شرکت ژاپنی، ۳ شرکت کره ای، ۲ شرکت ایتالیایی، ۲ شرکت اندونزیایی، ۲ شرکت روسی، ۲ شرکت تایلندی و ۲ شرکت ترکیه ای حضور دارند و سهم سایر کشورها نظیر آرژانتین، بلاروس، جمهوری چک، فنلاند، فرانسه، آلمان، هلند، ویتنام و ایران تنها ۱ شرکت می باشد که البته این شرکت ایرانی در بین ۵۰ شرکت اول قرار ندارد.

بازار نخ تایر در ایران

بطور کلی مواد تشکیل دهنده تایر عبارت است از:

• کائوچوی طبیعی ۲۳%
• کائوچوی مصنوعی ۲۵%
• نخ و سیم ۱۵%
• دوده ۲۷%
• سایر مواد شیمیایی ۱۰%

و تایر سازان مطرح در بازار ایران عبارتند از:

آرتاویل، ایران یاسا، ایران تایر، لاستیک بارز، پارس، خوزستان، دنا، کویر تایر، کیان تایر، یزد تایر

بر طبق آمار انجمن تایرسازان ایران تولید واقعی تایر در سال ۱۳۹۲ شمسی برابر با ۳۵۰ هزار تن بود که با لحاظ نمودن ترکیب درصد اجزای تشکیل دهنده تایر می توان گفت ایران به ۵۳ هزار تن نخ و سیم تنها برای صنعت تایر سازی نیاز دارد که با احتساب سایر مصارف نخهای صنعتی نظیر تسمه، کمربند و … این میزان بسیار بیشتر خواهد شد.

البته آمار گمرک ایران حاکی از واردات نزدیک به ۳۰ هزار تن نخ و منسوج تایر در سال ۱۳۹۳ دارد که با توجه به واردات غیرقانونی و یا اظهار با کدهای نامربوط می توان تخمین زد که در حال حاضر حجم واردات این محصولات بایستی در حد ۵۰ هزار تن در سال باشد.

شایان ذکر است که در حال حاضر در ایران شرکت نخ تایر صبای زنجان دارای دستگاههای پلیمریزاسیون، SSP، ذوب ریسی، تابندگی، بافندگی و آغشته سازی جهت تولید نخ تایر از جنس پلی آمید ۶ و ۶۶ می باشد (تنها خط کامل تولید نخ های صنعتی در ایران) و شرکتهای تایر کورد کرمانشاه، نخ تایر ملایر و نخ تایر گلدستون تاکستان نیز دارای واحدهای تابندگی، بافندگی و آغشته سازی می باشند.

اخبار نیز حاکی از آن است که به زودی یک واحد تولید نخهای صنعتی نیز در استان کرمان به بهره برداری خواهد رسید.

مراجع:

1. Global and Chinese market trends for polyester industrial filament yarns, Chemical Fibers International, 2/2012, Page 55.
2. Innovative Solutions for HMLS Polyester Yarn, Man-Made Fiber Year Book 2015, Page 60.
3. TMT website & catalogues
4. Barmag website & catalogues
5. VB-S&T website & catalogues

[۱] High Tenacity

[۲] Low Shrinkage

[۳] Super Low Shrinkage

[۴] High Modulus Low Shrinkage

[۵] High Speed Industrial Polyester Yarn

[۶] Heat Setting

[۷] Stress Relaxation

[۸] High Modulus Low Shrinkage

منبع : شماره ۳۳ مجله کهن

تلفن اشتراک : ۷۷۲۴۵۷۸۰-۰۲۱