شیوه‌های تولید الیاف مصنوعی

تولید الیاف، یک فرآیند حیاتی در صنایع متنوع از جمله صنعت پوشاک، صنایع تکنیکی و تولید مصنوعات نساجی می‌باشد. این فرآیند نه تنها مواد اولیه را از منابع متنوع تأمین می‌کند، بلکه به عملکرد و کیفیت محصولات نهایی نیز تأثیر مستقیم دارد. تولید الیاف مصنوعی با استفاده از روش‌های تکنولوژیکی و پیچیده صورت می‌گیرد و در صنایع مختلف مانند پوشاک تا تجهیزات حفاظتی و فیلترها به کار می‌رود. این فرآیند از اهمیت بسیاری در اقتصاد و تولید محصولات مصرفی برخوردار است.

الیاف مصنوعی بسته به نوع مواد تشکیل دهنده آن، به شیوه‌های مختلفی تولید می‌شوند. در تمامی روش‌های تولید الیاف مصنوعی، بهره‌وری و به دست آمدن بیشترین میزان الیاف با حجم فرایندهای مشخص مد نظر قرار دارد و کارشناسان تولید الیاف تلاش می‌کنند عملکرد تولید را با استفاده از تجهیزات به‌روز و روش‌های مدرن بهبود بخشند. الیاف مصنوعی به روش‌های مختلفی نظیر ذوب‌ریسی و محلول‌ریسی تولید می‌شوند. تولید به شیوه محلول‌ریسی نیز شامل خشک‌ریسی و تر ریسی است.

هر یک از این روش‌ها، مزایایی دارند که سبب می‌شود تولیدکنندگان الیاف، به فراخور تولیدات خود، روش‌های مختلفی را برای تولید انتخاب کنند. اما یکی از ویژگی‌های روش ذوب‌ریسی این است که فرایند تولید در آن سریع‌تر انجام می‌شود و محیط زیست را نیز کمتر تخریب می‌کند. چرا که در روش محلول‌ریسی به استفاده از حلّال نیاز است و حلّال‌های استفاده شده نیز نیازمند بازیابی هستند که این اتفاق در نهایت موجب گران‌تر شدن فرایند تولید می‌شود. از سوی دیگر، حلّال‌ها برای محیط زیست خطرناک هستند و به دلیل وجود مواد سمی، آلودگی زیادی را به محیط تحمیل می‌کنند. این در شرایطی است که در شیوه ذوب‌ریسی این مشکلات وجود ندارد و در عین حال، سرعت تولید در روش ذوب‌ریسی بالاتر است و پیچیدگی کمتری دارد.

تولید الیاف مصنوعی به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. یکی از متداول‌ترین روش‌های تولید الیاف مصنوعی، فرآیند اسپینینگ (Spinning) می‌باشد. این فرآیند عبارت است از تبدیل مواد اولیه به الیاف نخی از طریق یک سری مراحل و متدهای شیمیایی و فیزیکی. در ادامه، به برخی از متداول‌ترین روش‌های تولید الیاف مصنوعی به کمک فرآیند اسپینینگ اشاره خواهیم کرد و روشهای متداول تر رو بصورت کامل تر بررسی خواهیم کرد.

تولید الیاف مصنوعی به روش ذوب‌ریسی (Melt Spinning)

اگر بخواهیم از سریع‌ترین، ساده‌ترین و کم‌هزینه‌ترین روش‌های موجود برای تولید الیاف مصنوعی نام ببریم، بدون‌شک ذوب‌ریسی در صدر فهرست قرار می‌گیرد. تولید الیاف مصنوعی به روش ذوب‌ریسی مناسب پلیمرهایی است که دارای قابلیت ذوب شدن باشند؛ در واقع، برای استفاده در این روش پلیمرها باید ترموپلاست باشند. قابلیت استفاده از پلیمرهای سلولزی و پروتئینی در روش ذوب‌ریسی وجود ندارد؛ چرا که این پلیمرها ترموست هستند و به همین دلیل قابلیت ذوب شدن ندارند و دمای بالا، موجب تخریب آنها می‌شود.

سنتز پلیمر، نخستین مرحله ذوب‌ریسی است. در مرحله بعدی پلیمرها به صورت گرانول، چیپس، ورقه و یا پودر وارد محل تولید می‌شوند و سپس در گام تبدیل گرانول به ماده مذاب، پلیمر جامد به ماده مذاب تبدیل می‌شود که البته قابلیت ریسندگی نیز دارند. مرحله بعدی برای تولید الیاف مصنوعی به روش ذوب‌ریسی، مرحله اکسترودر نام دارد که مذاب کردن، مخلوط کردن و هموژن‌سازی را شامل می‌شود. البته در این مرحله، طراحی اکسترودر اهمیت بسیار زیادی دارد چرا که این مرحله خواص مذاب و لیف نهایی را تعیین می‌کند. همچنین لازم است که ناخالصی‌های موجود در اکسترودر پاکسازی شوند؛ چرا که وجود هر نوع ناخالصی در این مرحله، سبب پارگی الیاف در زمان استفاده می‌شود. در این قسمت، مواد مذاب وارد رشته‌ساز می‌شوند و بعد از عبور از رشته‌ساز، به رشته لیف تبدیل می‌شوند.

مرحله بعدی، مرحله سرد کردن یا انجماد است. سرد کردن اهمیت زیادی در ذوب‌ریسی دارد. زیرا اگر سرد کردن سریع انجام شود، الیاف بدون اینکه آرایش منظمی به خود بگیرند، منجمد می‌شوند و درصد آمورف یا کریستالی شدن آنها زیاد است. سطح مقطع الیاف تشکیل شده، تابع شکل سطح مقطع روزنه‌ساز است و ظرافت آن توسط کشش تعیین می‌شود. سپس نوبت به مرحله کشش می‌رسد. کشش در دو مرحله انجام می‌شود؛ مرحله اول بر اثر اختلاف سرعت بین غلطک برداشت و پمپ تغذیه انجام می‌شود و در مرحله دوم، در ناحیه کشش اعمال اعمال می‌شود که متشکل از دو جفت غلتک است. به عنوان مثال پلی‌استر و نایلون، الیافی هستند که از طریق ذوب‌ریسی تهیه می شوند.

تولید الیاف مصنوعی به روش محلول‌ریسی (Solution Spinning)

همانگونه که از نام محلول‌ریسی مشخص است، در این مرحله از تولید الیاف مصنوعی نیازمند استفاده از حلّال هستیم. محلول‌ریسی به دو روش خشک‌ریسی و تر ریسی انجام می‌شود.

هنگامی که یک پلیمر ترموست و یک حلّال فرّار داشته باشیم، از روش خشک‌ریسی استفاده می‌کنیم. در این روش، ابتدا پلیمر را در حلّال حل می‌کنیم و پس از گرفتن ناخالصی‌ها از داخل رشته‌ساز عبور می‌دهیم. پس از عبور از داخل رشته‌ساز، این رشته‌ها هنوز به صورت محلول هستند و نیاز دارند جامد شوند. در این صورت باید حلال پلیمر استخراج شود؛ یعنی باید تبخیر شود. برای تبخیر حلّال باید به آن حرارت بدهیم. زمانی که حلّال خارج شد باید آن را سرد کنیم. سرد کردن باید تدریجی باشد تا میزان بلورینگی و آمورف کنترل شود. نواحی کشش در این روش فقط بین پمپ تغذیه و غلتک برداشت است و شکل سطح مقطع لیف منطبق بر شکل روزنه‌ساز نیست چون تبخیر انجام گرفته است. به طور مثال الیافی که به این روش تولید می‌شوند استات و اکریلیک هستند.

ترریسی همانند خشک‌ریسی نیاز به عملیات انحلال دارد؛ با این تفاوت که در ترریسی حلّال ما فرّار نیست و عملیات استخراج حلّال در حمام انعقاد انجام می‌شود. لیف پس از خروج از رشته‌ساز هنوز به صورت محلول است اما زمانی که وارد حمام انعقاد می‌شود بر اثر حضور ضد حلّال، حلّال خارج و لیف وارد فاز جامد می‌شود. به عنوان مثال ویسکوز ریون و اکریلیک الیافی هستند که از طریق ترریسی تولید می‌شوند.

تولید الیاف مصنوعی به روش اسپینینگ گازی (Gas Spinning)

در این روش، پلیمر مایع به شکل پدیده گازی از یک نازل خروجی عبور می‌کند و به صورت الیاف تجمع می‌یابد. این روش به ویژه برای تولید الیاف نانوساختار بسیار کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تولید الیاف مصنوعی به روش اسپینینگ الکتروسپین (Electrospinning)

در این روش، از تأثیر یک میدان الکتریکی بر مایع پلیمری استفاده می‌شود. این میدان الکتریکی باعث تشکیل الیاف بسیار نازک و تناوبی می‌شود.

تولید الیاف مصنوعی یک فرآیند پیچیده و حیاتی در صنایع متعدد می‌باشد که به وسیله روش‌های متنوع از جمله اسپینینگ مذاب، اسپینینگ حلال، اسپینینگ گازی و اسپینینگ الکتروسپین انجام می‌شود.

بیشتر بدانید : الیاف مصنوعی و طبیعی، کاربردها و موارد استفاده

بیشتر بدانید : الیاف و نخ هیت‌ست BCF