نفوذ منسوجات بی بافت در بازارهای خاص و ویژه

دکتر شاهین کاظمی – دکتری مهندسی شیمی نساجی و علوم الیاف، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

مقدمه

 منسوجات بی بافت :: هرچند که در نگاه غیرتخصصی و عمومی لغت منسوج بیانگر ساختارهایی است که در آنها نخ مهمترین ماده اولیه محسوب می شود، اما در طی چند دهه اخیر دسته خاصی از منسوجات با نام منسوجات بی بافت که نخ ماده اولیه تولید آنها نیست و مستقیماً از الیاف تولید می شوند توانسته اند با روند رو به رشد خود سهم قابل توجهی از بازار را در اختیار بگیرند و در بسیاری از کاربردها جایگزین منسوجات بافته شده و یا حتی فیلم و کاغذ نیز شوند.

کاهش هزینه های تولید (حذف فرایند تولید نخ از الیاف) و در نتیجه قیمت نهایی منسوجات بی بافت در مقایسه با سایر منسوجات بافته شده سبب شده است که این منسوجات در بازار کاربردهای یکبار مصرف نظیر کاغذ و فیلم نفوذ نموده و سهم قابل توجهی از آنها را در اختیار خود بگیرند.

در فرایندهای تولید منسوجات بی بافت به کمک روشها و تکنیکهای ویژه ای الیاف را مستقیماً به صورت یک ساختار دو بعدی که دارای طول و عرض است در می آورند (فرایند تشکیل لایه ) و سپس در مرحله بعد استحکام و چسبندگی الیاف درون لایه به یکدیگر را افزایش می دهند (فرایند اتصال دهی ) تا قابل استفاده جهت صنایع پایین دستی شود، البته در بعضی موارد از فرایند تکمیل نظیر چاپ، روکش دهی (لمینیتینگ) و .. نیز به عنوان آخرین مرحله از فرایند تولید منسوجات بی بافت نام برده می شود.

در متون علمی تقسیم بندیهای مختلفی جهت روشهای تولید منسوجات بی بافت آورده شده است. در یکی از این تقسیم بندیها روشهای تولید و تشکیل لایه به سه گروه عمومی:

۱.    روش ذوب ریزی
۲.    روش خشک ریزی
۳.    روش تر ریزی

و روشهای اتصال دهی بین الیاف درون لایه نیز به سه گروه کلی:

۱.    روش حرارتی
۲.    روش مکانیکی
۳.    روش شیمیایی

تقسیم بندی شده است (البته باید توجه داشت که همانند تمام انواع تقسیم بندیها این روش گروه بندی نیز دارای استثناهایی می باشد).

در طی چند سال اخیر علاوه بر بازارهای متداول، منسوجات بی بافت توانسته اند وارد حوزه بازارهای خاص و فنی نیز شوند و با توجه به ویژگی های منحصر به فرد خود در این بازارها سهم قابل توجهی را به خود اختصاص داده اند.

در همین راستا برای اولین بار در ماه مارس سال ۲۰۱۴ میلادی کنفرانسی تحت عنوان استفاده از منسوجات بی بافت در کاربردهای فنی و ویژه در شهر ساحلی کن فرانسه برگزار گردید که با استقبال خوبی نیز مواجه گردید. بسیاری از کاربردهایی که در این کنفرانس به آنها اشاره گردید بسیار جالب توجه و در بعضی موارد حیرت انگیز نیز بودند که در این قسمت به تعدادی از آنها به صورت گزیده اشاره شده است.

کامپوزیتها

آقای مارک ژولی در شرکت نورآفین آلمان نوع خاصی از منسوجات بی بافت را ابداع نموده است که دارای قابلیت تولید حرارت و گرما می باشند که می توان از این منسوج بی بافت به عنوان جز تقویت کننده در بستر پلیمری استفاده نمود و کامپوزیتهای ویژه ای از آن تولید کرد.

یکی از مهمترین مسائل در تولید و شکل دهی کامپوزیتها مخصوصاً قطعات ضخیم انتقال حرارت یکنواخت به لایه های داخلی قطعه مورد نظر می باشد، زیرا که عموماً فرآیند انتقال حرارت از قالب و از لایه سطحی قطعه به سمت مرکز می باشد که در بعضی موارد این اختلاف زمانی منجر به ایجاد خصوصیات نایکنواخت در قطعه می شود. اما با استفاده از این نوع منسوجات بی بافت، قطعه می تواند از داخل نیز گرم شده و نه تنها زمان و انرژی مورد نیاز فرایند شکل دهی را کاهش داد بلکه مشکل یکنواختی پخت در قطعات حساس را نیز برطرف نمود.

علاوه بر این، از این منسوجات بی بافت می توان به صورت لایه های سوزن زنی شده جهت تولید پره های توربین های بادی نیز استفاده نمود که بدین وسیله می توان از یخ زدگی آنها در ارتفاع زیاد و در معرض وزش بادهای شدید جلوگیری نمود.

همچنین از منسوجات بی بافت خودگرم شونده می توان به عنوان لایه میانی لباسهای زمستانی که در مناطق سردسیر مورد نیاز است نیز استفاده نمود و همانگونه که مسلم است موارد کاربردهای این منسوجات بی بافت بسیار زیاد و همچنان رو به گسترش است.

 فوق جاذبها

شرکت تکنیکال ابذوربنت انگلستان با استفاده از نوع ویژه ای از الیاف فوق جاذب منسوجات بی بافت بسیار خاصی تولید نموده است که می تواند تا ۲۰۰ برابر وزن خود آب شیرین و تا ۶۰ برابر وزن خود آب شور را به راحتی و به سرعت جذب نماید.

از این منسوجات بی بافت می توان به شکل فیلتر در مسیر سوخت موتورهای خاص خودروهای ویژه و یا هواپیماها استفاده نمود تا آبی که احتمالاً همراه سوخت وجود دارد را نیز جذب نماید.

همچنین استفاده از این منسوجات بی بافت در کاربردهای کشاورزی بسیار مفید خواهد بود زیراکه به کمک آنها می توان میزان آبرسانی به گیاهان را در سطح کنترل شده ای و در مقاطع مورد نیاز انجام داد.

هرچند که از الیاف فوق جاذب می توان جهت تولید نخ و متعاقب آن پارچه های بافته شده نیز استفاده نمود، اما با توجه به ماهیت و انتظار از قابلیت جذب، بهترین سیستم جهت بکارگیری این الیاف در حالت منسوج بی بافت است که خود ساختار نیز ذاتاً دارای پتانسیل جذب و نگهداری مایعات و یا حتی گازها می باشد.

از این منسوجات بی بافت که با نام تجاری KoolSorb به بازار عرضه شده است در تولید نوع خاصی از البسه آتش نشانی نیز استفاده می شود که با قابلیت های ویژه خود حداکثر راحتی پوشش را در فرد استفاده کننده در شرایط خاص ایجاد می نماید.

بسته بندی

شاید یکی از پیش پا افتاده ترین کاربردهای منسوجات بی بافت استفاده از آنها در صنعت بسته بندی است که در این صنعت عموماً کاربردها یکبار مصرف بوده و نیازمند حداقل قیمت تمام شده می باشد.

قابلیت بازیافت نسبتاً راحت، در کنار استحکام قابل قبول و امکان تولید و شکل دهی مناسب آنها متناسب با نوع کاربرد همگی می تواند از عوامل اصلی گسترش استفاده از منسوجات بی بافت در صنایع بسته بندی باشد.

منسوجات بی بافت اسپان باند بیش از ۵۰% سهم منسوجات بی بافت در بازارهای بسته بندی را به خود اختصاص داده اند که این مساله عموماً به دلیل یکنواختی استحکام آنها در جهات مختلف و همچنین دوام خوب آنها می باشد. نرمی و یکنواختی سطحی آنها نیز سبب گردیده است که گزینه مناسبی جهت بسته بندی مواد حساس به خراش و سایش سطحی نظیر قطعات الکترونیکی، قطعات رنگ شده در صنایع خودرو سازی و … به حساب آیند.

علاوه بر این با اضافه نمودن ترکیبات ویژه ای در حین فرایند ذوب ریزی تولید آنها می توان نوع خاصی از منسوجات بی بافت اسپان باند تولید نمود که در صورت استفاده از آنها در صنایع بسته بندی دوره عمر ماندگاری مواد غذایی حساس را افزایش می دهد.

لایه های ترکیبی

شرکت جی ایکس نیپون ژاپن نیز نوع خاصی از منسوجات ترکیبی با نام تجاری Claf & Milife به بازار عرضه نموده است که از قابیلهای ویژه ای جهت استفاده در صنایع بسته بندی برخوردار است. در این ساختارها منسوج بی بافت تا حد امکان در هر دو جهت کشیده و نازک شده است و بدین ترتیب استحکام آن در هر دو راستا در حد قابل قبولی قرار گرفته و از طرف دیگر منسوج بی بافت بسیار نازک گردیده است و کل ساختار دارای قابلیت تنفس پذیری در حد مطلوبی است.

در این ساختار Claf یک فیلم نازک پلیمری است که از دو جز پلیمری پلی اتیلن و پلی پروپیلن اکسترود شده و سپس فیبریله شده است. این فیلم ثبات ابعادی بسیار بالایی داشته و نسبت وزن به استحکام آن نیز در حد قابل قبولی است و در مقابل کشش و پارگی نیز مقاومت خوبی از خود نشان می دهد.

جز Milife نیز همان جز بی بافت در این ساختار است که از الیاف ریزدنیر و ظریف پلی استر تولید شده است و قابلیت های ویژه ای نظیر قابلیت چاپ پذیری به این ساختار می دهد.
از این ساختار دوجزئی علاوه بر صنایع بسته بندی می توان در تولید کامپوزیتهای با قابلیت تنفس و … نیز استفاده نمود.

عایق بودن

یکی از تکنولوژی های نسبتاً جدید در حوزه تکمیل منسوجات استفاده از فناوری پلاسما است. از حدود یک دهه قبل که این فناوری تجاری گردید استفاده از آن در بسیاری از کاربردها مخصوصاً البسه ورزشی، کفش و … و صنایع الکترونیک بسیار رایج گردیده است.

این فناوری را می توان بر روی رول منسوجات بی بافت به گونه ای اعمال نمود که در عین مسدود نمودن منافذ سطحی لایه منسوج بی بافت هیچگونه اثر سوئی بر روی خصوصیات ویژه آنها نظیر پفکی بودن نداشته باشد و بدین ترتیب منسوجات بی بافتی با قابلیت ضد آب و یا ضد روغن داشت.

اولتراسونیک

ماشین آلات اولتراسونیک بسیار ویژه شرکت هرمان آلمان می تواند علاوه بر اتصال لایه های مختلف، فرایند روکش دهی را نیز انجام دهد. با توجه به اینکه در این دستگاهها نیازی به فرایند گرم نمودن لایه وجود ندارد لذا این فرایند بسیار اقتصادی و سریع می باشد.

در هنگام استفاده از منسوجات بی بافت در این سیستم تنها الیاف موجود در موضع مورد نظر گرم و ذوب می شود و به همین دلیل سایر الیاف جانبی تحت تاثیر قرار نگرفته و خصوصیات کلی منسوج در حواشی نقاط اتصال دچار افت نمی شود.

لمینیتینگ

شرکت ماشین سازی ریلاینت از سال ۱۹۶۹ تاکنون بیش از ۲۲ هزار دستگاه لمینیتینگ ساخته و به بازار عرضه نموده است که در بسیاری از این دستگاهها سیستم Powerbond HPC به عنوان یک سیستم استاندارد استفاده شده است.

به تازگی شرکت ویلسون اوریچیو مطالعه موردی بر روی انواع محصولات مختلفی که توسط این سیستم تولید شده است به انجام رسانده است. در اکثر این محصولات هر دو فرایند لمینیت کردن و پرس کردن به صورت همزمان و در یک مرحله به انجام رسیده است.

در یکی از جدیدترین حوزه های کاربردی انواع مختلف منسوجات بی بافت توسط این سیستم به یکدیگر لمینیت و پرس شده و از محصول نهایی جهت تولید صندلی استفاده گردیده است. هم اکنون هر دو شرکت بزرگ هواپیماسازی دنیا یعنی بوئینگ آمریکا و ایرابس فرانسه علاقه بسیار شدیدی به این تکنولوژی نشان می دهند و هر دو امیدوارند با استفاده از این تکنولوژی و کاهش وزن صندلی ها نه تنها از وزن کلی هواپیما و در نتیجه مصرف سوخت آن بکاهند بلکه هزینه های نظافت صندلی ها و دوره عمر آنها را نیز بهینه تر بسازند.

شکل دهی با حرارت

شرکت گییس آلمان دستگاه های شکل دهی حرارتی جدیدی جهت تولید قطعات خاص و صنعتی از منسوجات بی بافت طراحی و تولید نموده است. به عنوان مثال یکی جدیدترین قطعات ساخته شده توسط این سیستم دسته صندلی هواپیما می باشد که از منسوج بی بافت تولید شده از الیاف شیشه به عنوان جز مستحکم کننده و رزین پلی اتر ایمید (PEI) به عنوان بستر پلیمری در ساخت آن استفاده شده است و کل قطعه تنها به مدت ۲ دقیقه در دمای ۲۵۰ درجه سانتیگراد به شکل مورد نظر در آمده است.

ترکیب فنر و منسوج بی بافت

شرکت هریسون اسپینک انگلستان اولین شرکتی می باشد که از تکنولوزی فنرهای پاکتی که تا قبل از این تنها در تولید تشک خوشخواب استفاده می شد در تولید کفش های دومیدانی استفاده نمود.

در این سیستم دو لایه فنر در داخل یکدیگر قرار گرفته اند. در لایه بیرونی فنر از مفتول ظریفتری تولید شده است که قابلیت نشان دادن عکس العمل سریع به ساختار را فراهم نموده و لایه بیرونی با مفتول ضخیم تر وظیفه حفظ شکل ساختار را به عهده دارد. البته از دیدگاه نساجی نکته مهم در این سیستم نوع خاصی از منسوجات بی بافت اسپان باند پلی استری است که نقش پاکت را برای این مجموعه ایفا می نماید و از قابلیت کشسانی بسیار بالایی برخوردار است.

هم اکنون از این سیستم جهت تولید صندلی خودرو نیز استفاده می شود و به کمک آن نه تنها وزن صندلی خودرو به میزان قابل توجهی کم شده است بلکه از طرف دیگر راحتی کاربرد آن نیز بهبود یافته است. در صندلی های استاندارد خودرو از ابر و فوم به عنوان جز پرکننده صندلی استفاده می شود که عموماً عمر مفید کاری این مواد محدود بوده و از قابلیت بازیافت نیز برخوردار نمی باشند، به همین دلیل همواره یافتن جایگزین در این سیستم مورد توجه بسیاری از محققان بوده است.

شکل دهی سه بعدی

به تازگی شرکت تامیکر انگلستان تکنولوژی جدیدی به نام Cosyflex به بازار عرضه نموده است که می تواند بر روی منسوجات بی بافت به صورت ۳ بعدی عملیات چاپ را انجام دهد. در این سیستم شکل دهی سه بعدی، فرآیندهای اسپری کردن، چاپ فلوک الکتروستاتیک و پخت مجموعه به صورت تک مرحله ای و در داخل قالب انجام می پذیرد.

در صورت استفاده از الیاف سلولزی به صورت منسوج بی بافت در این سیستم می توان قطعات بسیار ویژه ای تولید نمود که از نفوذپذیری مناسبی در برابر جریان هوا برخوردار هستند و در عین حفظ حالت ۳ بعدی خود می توانند همانند پارچه های متداول دارای خمش و احساس راحتی در زیردست باشند.

یکی از مزایای قابل توجه این سیستم در قابلیت استفاده مجدد از ضایعات و حاشیه های دورریز آن در تولید قطعات دیگر می باشد و به همین دلیل می توان گفت که این سیستم هیچگونه ضایعاتی ندارد.

همچنین برخلاف سیستم های متداول جهت تولید قطعه مورد نظر نیازمند دستگاه برش نبوده و کل قطعه به صورت تک مرحله ای تولید و آماده می شود.

جمع بندی

همانگونه که مشخص است استفاده از منسوجات بی بافت در سیستم های جدید به منظور تولید قطعات و محصولات ویژه با کارایی خاص به سرعت رو به گسترش است و هر روز کاربردهایی جدیدی به این حوزه افزوده می شود.

ماخذ

Wilson, A., “Niche Nonwovens Outperform the Rest”, International Fiber Journal, June 2014, pp. 14-17.

منبع : مجله نساجی کهن

————————————————————————————

این مطلب را نیز بخوانید
پیشنهاد سردبیر : الیاف مصنوعی یا الیاف بشر ساخت چیست ؟