استفاده از الیاف دوجزئی جهت تولید منسوجات بی بافت کشسان

استفاده از الیاف دوجزئی جهت تولید منسوجات بی بافت کشسان

مهندس شاهین کاظمی

دانشجوی دکتری مهندسی شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

در طی چند سال گذشته استفاده از الیاف چند وجهی با سطح مقطع های متفاوت جهت کاربردهای ویژه ای که نیازمند خصوصیاتی نظیر قابلیت جذب و انتقال رطوبت بالا می باشند بسیار رایج گشته است. در فرایند تولید این الیاف بهینه سازی نوع پلیمر انتخابی و همچنین ژئومتری شکل سطح مقطع آن از مهمترین زمینه های تحقیقاتی جهت بهبود خصوصیات فیزیکی و کاربردی محصول نهایی می باشد. استفاده از الیاف سه پره (Y شکل) در صنایع تولید کفپوش ها که نیازمند خصوصیات ویژه ای نظیر ارتجاعیت بالا، مقاومت در برابر جذب گرد و خاک و همچنین لکه پذیری پایین هستند بسیار رایج می باشد (شکل ۱). با توجه به گسترش دانش تولید الیاف دوجزئی (BiCo) و پس از موفقیت عرضه آن در سطح مقطع های استاندارد هم اکنون تمایل به تولید الیاف دوجزئی با سطح مقطع های ویژه به شدت در حال گسترش است. یکی از سطح مقطع های مورد توجه حالت سه پره ای است که در آن نوک پره ها از یک نوع پلیمر و بدنه اصلی لیف از نوع دیگری پلیمر تولید می شود. علاوه بر ترکیبی از خصوصیات بارز الیاف دوجزئی و الیاف با سطح مقطع سه پره ای این الیاف پتانسیل بسیار خوبی جهت فیبریله شدن و تولید الیاف بسیار ظریف میکرو را نیز دارند که استفاده از آنها را جهت تولید منسوجات بسیار نرم و لطیف مناسب می سازد.

فرایند تولید

فرایند تولید اسپان باند (SpunBond) یکی از روشهای بسیار اقتصادی تولید منسوجات بی بافت است که در آن می توان مستقیماً از گرانول (چیپس) منسوج بی بافت را تولید نمود (حذف مرحله میانی تولید الیاف). در دستگاههای پیشرفته اسپان باند همانند خطوط ذوب ریسی می توان رشته های لیفی را به صورت دوجزئی نیز تولید نمود و در مدلهای جدیدتر این دستگاهها امکان و قابلیت تولید الیاف دوجزئی با سطح مقطع های ویژه نیز لحاظ شده است.

هم اکنون در تعدادی از کارخانجات تولید منسوجات بی بافت اسپان باند در ایالات متحده از اسپینرتهای دو جزئی با حالت جزیره در دریا (Sea – Island) جهت تولید منسوج بی بافت استفاده می شود. در این کارخانجات معمولاً فرآیند ایجاد اتصال به کمک جریان جت های آب (اسپان لیث-SpunLace) نیز به عنوان جز تکمیلی خط تولید جهت حصول منسوج بی بافتی با نرمی ویژه و الیاف بسیار ظریف (حاصل از فیبریله شدن الیاف دوجزئی) استفاده می شود.

در این تحقیق هدف بررسی استفاده از سطح مقطع سه پره ای به صورت دوجزئی در تولید منسوج بی بافت اسپان باند است و انتظار می رود که پس از اجرای عملیات فیبریله کردن منسوج بی بافتی با نرمی بسیار بالا و زیر دست ویژه ایجاد شود.

در طراحی اسپینرت سه پره ای دوجزئی ابتدا منافذ اسپینرت به گونه ای تولید گردید که جز دوم تنها در نوک هر پره قرار بگیرد، اما بررسی ها نشان داد که میزان فیبریله شدن الیاف در این حالت در سطح مطلوبی قرار ندارد و به همین دلیل در طراحی منافذ اصلاحاتی صورت پذیرفت به گونه که جز اصلی کاملاً در مرکز لیف قرار گرفته و جز دوم علاوه بر پر کردن قسمت پره ها، پوشش بسیار نازکی بر روی قسمت میانی ایجاد نماید. بررسی ها نشان داد که در این حالت میزان فیبریله شدن بسیار بیشتر از حالت اول می باشد و منسوج بی بافت تولید شده به خصوصیات مد نظر نزدیکتر است. (شکل ۲)

یکی دیگر از مزایای طراحی حالت دوم در این است که بدین روش می توان پلیمرهای ناهماهنگ را نیز بدون ایجاد مشکل تحت فرایند ذوب ریسی قرار داد. در این موارد پلیمری که اجرای عملیات ذوب ریسی آن مشکل می باشد در هسته قرار گرفته و به کمک جز پوسته به شکل لیفی در می آید.

بحث و بررسی

در یک نمونه خاص از این حالت می توان پلیمر نایلون ۶ را در پوسته (پره ها) و کوپلیمر الاستومر (Kraton SEBS) که از قابلیت ذوب ریسی بسیار پایینی برخوردار است را در هسته (مرکز) قرار داد که این فرایند به صورت حق ثبت در انحصار دانشگاه کارولینای شمالی آمریکا است. منسوج بی بافت اسپان باند تولید شده به این روش با سرعت ۱۰ متر بر دقیقه از دستگاه اسپان لیث و با فشار جتهای آب ۲۰۰ بار عبور داده شد تا فرایند فیبریله شدن در آن اتفاق بیافتد. در انتها نیز خصوصیات استحکامی منسوج بی بافت تحت روش ASTM D5035 و مقاومت پارگی آن تحت روش استاندارد ASTM D5733 مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور بررسی دقیق تر شرایط تولید تمام نمونه ها در دو جهت اصلی: همراستای تولید (Machine Direction (MD و عمود بر جهت تولید
(Cross Direction (ِِِCD مورد ارزیابی قرار گرفتند.

همچنین جهت ارزیابی بهترین شرایط فرایند اسپان لیث نمونه ها تا چندین مرتبه از این دستگاه عبور داده شدند و در هر مرحله علاوه بر خصوصیات زیردست، خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آنها مورد ارزیابی مجدد قرار گرفت.

شایان ذکر است که در این آزمایش منسوج بی بافت اسپان باند دوجزئی با نسبت ۵۰% پلی آمید ۶ و ۵۰% الاستومر بر روی دو صفحه جمع آوری با بافت متفاوت (مش ۱۴ و بافت جناغی Herringbone) تولید گردیدند که هر دو مورد ارزیابی قرار گرفتند.

نتایج بررسی خصوصیات مکانیکی منسوجات بی بافت اسپان باند تولید شده در اینحالت در شکل ۳ در دو جهت مختلف و بر روی صفحات جمع آوری متفاوت نشان داده شده است. علاوه بر این تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) سطح مقطع این منسوجات نیز در شکل ۴ آورده شده است. بررسی این تصاویر نشان می دهد که الیاف در فرایند اسپان لیث به خوبی فیبریله شده و ظاهر نرمی را به منسوج داده اند. اندازه گیری ها نشان می دهد که هرچند ظرافت الیاف اولیه در حد ۱۵ میکرون می باشد، اما پس از اجرای فرایند اسپان لیث این ظرافت تا حد ۲ میکرون نیز کاهش یافته است.

جمع بندی

به طور کلی می توان گفت که استفاده از روش های ویژه ای نظیر اسپان باند دوجزئی با سطح مقطع ویژه توانسته است بازار منسوجات بی بافت را از حالت تکرار خارج نموده و حوزه های کاربردی محصولات این صنعت را کسترش دهد.

مرجع:

Anantharamaiah, N. Pourdeyhimi, B., “Elastomeric durable nonwovens through the use of novel bicomponent fiber cross-sections”, Chemical Fibers International, 2/2011, pp. 109-110.

————————————————————————————