تحقیق مقاله منسوجات بی بافت

مقدمه

منسوجات بی بافت اشاره به آن قبیل از پارچه هایی دارد که در الیاف نساجی تهیه شده و این الیاف یا به کمک عملیات سوزن زنی و مواد با همدیگر درگیر شده و در کنار هم نگه داشته می شوند و یا خود الیاف خاصیت ترمو پلاستیک داشته و بر اثر حرارت با همدیگر جوش خورده و طی فرآیندی به پارچه تبدیل می شوند؛ بنابراین برای تهیه این قبیل پارچه ها احتیاج به دستگاه های ریسندگی و بافندگی که در حالت عادی مورد استفاده هستند وجود ندارد. تقریبا یک نسل از دوره منسوجات بی بافتی که در انگلستان تولید می شود می گذرد. در عرض این حدود 25 سال تعداد زیادی از محصولات جدید تولید شده است که نشان دهنده امکان رشد و فعالیت بیشتر در این مورد می باشد. این مدت برای مورد توجه قرار گرفتن همه آنها خیلی کوتاه است. در این مدت صنعت بی بافت یک دوره دگرگونی بزرگی را پشت سر گذاشته است و آشکارا تغییر نموده است. در فعالیتهای به ظاهر متفاوت روشهای صنعتی گوناگونی به کار رفته و محصولات نهایتاً متغیر تولید می شوند. اما اساساً عوامل ساده و شبیه به هم ماخذ تمام آن چیزهایی است که در صنعت بی بافت انجام می شود. همین عوامل باعث می شوند که لایه به کار رفته در روشهای مختلف محصولات متفاوتی بدهد.

این صنعت بستگی زیادی به اختراعات جدید مخصوصا مهارت در ساخت استادانه ماشین آلات الیاف، لایه و نوع مواد مصرفی و غیره دارد. در سالهای اخیر استفاده از ضایعات الیاف و قیمت ارزان و ابتکار در ساخت ماشین آلات باعث تولید محصولات سودمند ولی نه چندان ظریف و زیبا گردید. امروزه معنای قابل استفاده بودن صنعت بی بافت خیلی وسیعتر شده است.

معمولا الیاف مورد استفاده در صنعت بی بافت از نوع درجه یک نیست ولی الیافی با خصوصیات این صنعت ساخته می شوند و همچنین ماشینها و پلیمرهای مخصوص امروزه بدین منظور ساخته می شوند. با انتخاب نوع الیاف، نوع اتصال و ترکیب آنها با درصدهای مختلف برای به دست آوردن یک واحد هماهنگ و هموژن و دارای خصوصیات مورد نیاز می توان محصول خوبی تهیه نمود.

اگر چه تکنیک های تولید و تنوع محصولات نساجی بسیار وسیع هستند ولی در بسیاری موارد مشکل است که گفته شود که تکنیک به کار رفته در تولید پارچه مبتنی بر اساس یک روش جدید با اصول تازه کشف شده می باشد. چرا که اکثر آنها فقط یک تغییر در روشهای شناخته شده می باشد ولی در پارچه های نبافته تعداد پروسسهایی که می توانند یک روش جدید تلقی شوند بسیار زیادند.

روشهای آماری در سالهای قبل نشان داده که متجاوز از دویست تکنیک جدید به انضمام ماشین آلات جدید و محصولات نو برای پارچه های نبافته در طول هر سال به وجود آمده است و آینده نیز شاهد پیشرفتهای وسیعتری خواهد بود. [8]

فصل اول

منسوجات بی بافت

منسوجات بی بافت

11 الیاف مورد مصرف و خواص آن

حقیقت این است که خواص پارچه های بافته نشده بستگی به متغیرهای زیادی دارد، خارج از اینکه یکی از مهمترین آنها جنس الیاف تشکیل دهنده آنها می باشد.

21 جنس الیاف

الیاف پایه و مهمترین عامل و فاکتور شروع تولید منسوجات بی بافت می باشد. درصد مقدار الیاف نسبت به کل منسوج تولید شده به صورت وسیعی تغییر می نماید که این تغییر بین 30 تا 100 درصد می باشد.

شکل و فرم ساختمان الیاف نیز در حدود وسیعی متغیر است. الیاف ممکن است به صورت تکی یا یک شبکه ی درگیر شده که توسط متدهای مختلفی تولید شده اند، باشند که اغلب به شکل تخت مثل الیاف کارد شده (Carded web) تولید می گردند. هر چند ممکن است در پروسسهای دیگر نساجی و مکانیزم های نظیر آیرودینامیک و غیره وارد شده و سپس با هم ترکیب شوند. اما به هر حال بدیهی است که خواص و رفتار الیاف یک اثر مهم روی خواص پارچه های بافته نشده ای که از آنها تولید می شوند خواهد داشت. انتخاب الیاف هم از نظر تکنولوژی تولید و مسایل آن و هم از نقطه نظر خصوصیات پوششی محصول تکمیل شده در بی بافتها توام و مهم می باشد. چون الیاف اسکلت اصلی منسوج        بی بافت و ساختمان لیفی کل سیستم را تشکیل می دهند لذا برای انتخاب نوع مناسب جهت یک محصول مورد نظر بعضی از فاکتور های موثر را باید در نظر گرفت.

1 الیاف عوامل درهم رفتگی اولیه محصول هستند که بدین وسیله محصول فرم خود را پیدا      می نماید و با توجه به خصوصیات آنها نظیر نمدی شدن الیاف می توانند خود به خود یا با درگیر کردن توسط نخهای درگیر کننده لایه را محکم نمایند.

2 الیاف می توانند عامل اتصال نمدی برای محصول بافته نشده باشند به دلایل زیر:

به واسطه خصوصیات توری یا قابلیت انحلال آنها

به واسطه خصوصیات ترموپلاستیکی الیاف

به دلیل خواص جمع شدگی آنها

فاکتور های قابل توجه برای انتخاب الیاف در بی بافتها :

ضخامت

طول الیاف

چین دار بودن

لغزندگی سطح الیاف

خواص فیزیکی لیف   

الف)نقطه ذوب                ب) وزن مخصوص                  ج) ضریب انبساط

د) ضریب هدایت حرارتی    ه) ضریب اصطکاک                 و) ضریب شکست نور

6.شکل سطح مقطع

7.استحکام

8.قابلیت ازدیاد طول

9.نوع مخلوط الیاف و درصد آنها

10.درصد جذب رطوبت

11.ثبات در برابر نور، شستشو و سایش

انتخاب الیاف برای جوابگویی خواص مورد نیاز و کیفیت و مورد مصرف نهایی منسوج بسیار مهم می باشد. [5]

31 پلی پروپیلن

پلی پروپیلن رایج ترین پلیمر مورد استفاده در تکنولوژی اسپان باند جهت تولید منسوجات بی بافت است. این پلیمر به دلیل دانسیته کم نسبت به پلیمرهای دیگر از بالاترین بازده و توان پوشانندگی (نسبت وزن به حجم) برخوردار است. از سال 1960 که این پلیمر برای اولین بار جهت تولید منسوجات بی بافت مورد استفاده قرار گرفت تاکنون روش های تولید آن و همچنین مواد افزودنی آن دچار تغییر و تحولات بسیاری شده است. یکی از مهمترین نقاط ضعف پلی پروپیلن پایداری ضعیف آن در مقابل اشعه ماوراء بنفش است که این مشکل نیز تا حدود زیادی با تولید افزودنی های جدید پایدار کننده در مقابل uv حل شده است. به نحوی که می توان به راحتی از الیاف حاوی این مواد افزودنی به مدت چندین سال در مصارف فضای آزاد بدون نگرانی از تخریب آن ها استفاده نمود. یکی دیگر از مزایای پلی پروپیلن در این است که می توان جهت کاهش هزینه تولید، ضایعات پلی پروپیلنی را به نسبت های کم با چیپسهای خالص پلی پروپیلن مخلوط نمود و محصولی با کیفیتی بسیار مشابه با لایه های تولید شده از چیپس های خالص پلی پروپیلن تولید نمود. [1]

41 پلی استر

از پلی استر نیز می توان جهت تولید منسوجات بی بافت استفاده نمود. منسوجات بی بافت تهیه شده از الیاف پلی استر علی رغم قیمت بالای خود دارای مزایایی از لحاظ کاربردی نسبت به منسوجات بی بافت پلی پروپیلنی مشابه می باشند. اما برخلاف منسوجات بی بافت پلی پروپیلنی در هنگام استفاده از پلیمر پلی استر به دلیل مشکلات تکنولوژیکی نمی توان از ضایعات پلی استر جهت تولید منسوجات بی بافت استفاده نمود. استحکام کششی، مدول اولیه و پایداری حرارتی منسوجات بی بافت پلی استری نسبت به منسوجات بی بافت تهیه شده از پلی پروپیلن بسیار بیشتر است. همچنین علاوه بر مزایای ذکر شده منسوجات بی بافت پلی استری را می توان به راحتی در فرآیندهای متداول تحت عملیات رنگرزی و یا چاپ نیز قرار داد. [1]

51 نایلون

از پلیمر نایلون 6 و یا نایلون 66 نیز جهت تولید منسوج بی بافت استفاده نمود. میزان انرژی مصرفی جهت تولید منسوج بی بافت از نایلون بسیار زیاد است و به همین دلیل هزینه تولید منسوج     بی بافت از این پلیمر نسبت به مواد مشابه بالاتر می باشد. اما منسوجات بی بافت نایلونی دارای مزایای منحصر به فردی می باشند؛ از جمله مزایای آنها می توان به امکان تولید منسوجات بی بافت با وزن 10 g/m2 با استحکام و فاکتور پوشانندگی مناسب نایلون 66 را عنوان نمود. همچنین برخلاف منسوجات  بی بافت تهیه شده از پلی اولفین ها و پلی استرها، منسوجات بی بافت پلی آمیدی از قابلیت جذب آب بسیار بالایی برخوردار هستند که به دلیل همین خاصیت این منسوجات دارای کاربردهای منحصر به فردی هستند. [9]

61 پلی اتیلن

خصوصیات و ویژگی های الیاف پلی اتیلنی که توسط روش های متداول ذوب ریسی تولید        می شوند نسبت به الیاف پلی پروپیلنی بسیار پایین تر می باشد، اما پیش بینی می شود استفاده از    پلی اتیلن ها در فرآیند تولید منسوجات بی بافت به دلیل پاره ای از خصوصیات و ویژگی های جالب آنها نظیر نقطه ذوب پایین در چند سال آینده گسترش یابد. البته شایان ذکر است که نسبت به سایر پلیمر های مورد مصرف در صنعت تولید الیاف مصنوعی، پلی اتیلن ها یکی از جدیدترین مواد می باشند. [1]

7 1 پلی یورتان

به تازگی در ژاپن فرآیند جدیدی جهت تولید منسوجات بی بافت به صورت تجاری از یورتان های ترموپلاستیک به ثبت رسیده است. هرچند که تولید منسوجات بی بافت پلی یورتانی در سال های قبل نیز انجام پذیرفته شده بود. اما این برای اولین بار است که روش تولید آنها به صورتی تجاری عرضه شده است.

از مزایای ذکر شده جهت منسوجات بی بافت پلی یورتانی می توان خاصیت ارتجاعیت و کشسانی مناسب آنها جهت تولید البسه استرج را عنوان کرد. [9]

8-1- مزایای منسوجات بی بافت

1.سرعت بالای ماشینهای تولیدی

2.حذف قابل ملاحظه مراحل تولیدی از جمله پروسه های ریسندگی و بافندگی در نتیجه: سرمایه گذاری اولیه کم تر ، مصرف انرژی کم تر ، نیروی انسانی کم تر ، کاهش قیمت تمام شده

3.به کار بردن مواد اولیه و الیافی که در سیستمهای دیگر نساجی غیر قابل مصرف می باشند.

9-1 معایب منسوجات بی بافت

1.بعضی مدلها از ثبات ابعادی و استحکام لازم برخوردار نبوده و در نتیجه تحمل تنشها و نیروهای وارده بر منسوج در حین کاربرد کمتر می باشد.

2.امکان طراحی و رنگ بندی آنها نسبت به سایر منسوجات کمتر است.[5]

10-1 بررسی روشهای تولید منسوجات بی بافت

روش های مختلف تهیه پارچه های نبافته :

اصولا تولید پارچه های بی بافت به دو روش کلی انجام می شود:

سیستم شیمیایی که اتصالات الیاف به وسیله مواد شیمیایی و چسبنده برقرار می گردد و بدین وسیله از حرکت آزادانه آنها جلوگیری شده و سبب ایجاد مقاومت در پارچه می گردد.

طریقه مکانیکی که عبارت است از روشی که درگیری بین الیاف یا در هم تنیده شدن آنها به روش مکانیکی با سوزنهای خاردار یا به وسیله نخ و بخیه زدن انجام می گردد.

جدول 1 1 : الیاف و مزایا و معایب

برای تولید منسوجات بی بافت از روشهای زیر استفاده می شود:

فرآیند تر

فرآیند خشک

فرآیند اسپان باند

1 فرآیند تر :

این روش در واقع شبیه فرآیند تولید کاغذ می باشد که ابتدا الیاف در داخل آب غوطه ور شده و آن گاه بر روی یک صفحه توری ته نشین می شوند و آب موجود در آنها از طریق منافذ صفحه خارج       می شوند. به طور کلی مراحل عمل عبارتند از: آماده سازی الیاف، مخلوط کردن، چرخ کردن، غوطه ور سازی الیاف در آب (سوسپانسیون) رقیق کردن، ته نشین کردن الیاف به صورت لایه های نازک بر روی توری و خارج کردن آب.

خارج کردن آب از جمله پروسه های مکانیکی به حساب آمده که باعث خروج بخش زیادی رطوبت موجود در لایه های الیاف می باشد که قسمت عمده ای از آب به طور خود به خود از میان حفره های توری خارج می شود. در طی تشکیل لایه مناسب از الیاف به وسیله یک سیستم مکنده قوی که دارای نازلهایی با فواصل مختلفی می باشد آب اضافی از لایه الیاف خارج می گردد.

این فرآیند از نقطه نظر میزان تولید قابل توجه است، به طوری که سرعت آن به بیش از 300 متر در دقیقه می رسد. ولی نکته ای که نباید فراموش شود این است که محصولات این سیستم بیشتر شبیه کاغذ بوده و زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد. (به علت کوتاه بودن طول الیاف)

2 فرآیند خشک :

الف) تولید وب با استفاده از ماشین های کاردینگ و هوا (آیرودینامیکی)

در این روش ابتدا الیاف مورد نظر حلاجی شده (نه به صورت حلاجی سیستم های ریسندگی) و کاملا باز می شوند و سپس به ماشین کاردینگ تغذیه می شوند. کاردینگهای به کار رفته در خطوط تولید منسوجات بی بافت نوع اصلاح شده ای از کاردینگهای ریسندگی می باشند.

ب) در روش آیرودینامیکی الیاف به کمک باد آن چنان از هم جدا می شوند که به صورت یک لا در می آیند. جریان دیگری از هوا ایجاد یک چرخش همانند گردبادی از الیاف می کند تا الیاف کاملا تفکیک شوند و بالاخره در اثر جریان دیگری خلا به روی یک توری ایجاد شده و الیاف به صورت یک لایه منظم بر روی آن شکل می گیرند. از این روش برای تهیه وب از الیاف کوتاه غیر قابل ریسندگی که حتی برای کاردینگ نیز مناسب نیستند می توان استفاده نمود.

این سیستم برای هر نوع الیافی مناسب می باشد به شرط آن که طول و ظرافتشان یکسان باشد و هم چنین از الیاف همگون استفاده شود، در غیر این صورت وب به دست آمده هموار و یکدست نیست. در حالتی که مخلوط الیاف مختلف مورد نظر باشد از همان روش اول کاردینگ استفاده می شود. لذا روش اول عمومیت بیشتری دارد.

در تولید وب موارد زیر قابل توجه می باشد:

پخش صاف و یکنواخت الیاف

تمایل به چسبندگی انواع لایه ها

آرایش متناسب الیاف

امکان ساخت لایه با توجه به ضخامت، حجم آن

در تهیه یک وب صاف و یکنواخت عواملی چون ماشین های باز کننده عدل، قسمت تغذیه کننده الیاف به ماشین کاردینگ و غیره موثر می باشند، همچنین در تهیه وب تمایل به چسبندگی در الیاف لایه های مختلف نیز تاثیر بسزایی در ایجاد عیب ضخیم و نازک بودن وب خواهد گذاشت، چون اگر این تمایل کم باشد زمانی که اندکی تورم به این علت حاصل شود لایه ها از روی هم سر خورده و در مرحله تکمیل عیوب مذکور ایجاد می شود. [8]

3 فرآیند اسپان باند :

با رشد و گسترش استفاده از منسوجات بی بافت در صنایع مختلف، تکنولوژیهای تولید منسوجات بی بافت نیز به طور مداوم در حال تغییر و تحول است. یکی از روش های تولید منسوجات بی بافت که استفاده از آن در دهه گذشته به طرز قابل توجهی رشد پیدا کرده است فرآیند اسپان باند می باشد.

در فرآیند اسپان باند فیلامنت های ریسیده شده به وسیله سیستم ذوب ریسی در یک فرآیند از پیش تعیین شده ولی تصادفی بر روی یک صفحه متحرک جمع آوری می شوند و سپس از عملیات اتصال به صورت یک منسوج بی بافت در می آیند. سطح صفحه یا تسمه جمع آوری الیاف معمولا دارای خطرات و سوراخ هایی جهت عبور هوا می باشد تا از هر گونه انحراف و کجی جریان هوای هدایت کننده الیاف و در نتیجه از کنترل خارج شدن نحوه ته نشینی الیاف بر روی این صفحه جلوگیری به عمل آورد. پس از جمع آوری الیاف بر روی یک سطح یا تسمه، جهت تولید منسوج بی بافت یکپارچه و مستحکم این لایه تحت عملیات اتصال حرارتی به وسیله غلتک های داغ و یا سوزن های داغ قرار می گیرد، در حین عملیات اتصال حرارتی الیاف تشکیل دهنده لایه تا حدی نرم می شوند و یا حتی پوسته آنها ذوب می شود و الیاف آنها تحت فشار به هم اتصال می یابند. از آن جایی که افزایش آرایش یک مولکولی پلیمر ها سبب افزایش نقطه ذوب آنها می شود، الیاف تولید شده در این فرآیند قبل از اینکه به میزان زیادی تحت کشش قرار بگیرند توسط فرآیند اتصال حرارتی به هم اتصال می یابند. با توجه به پایین بودن نقطه ذوب پلیمر هایی نظیر پلی اتیلن و پلی پروپیلن می توان گفت که این مواد بیشترین کاربرد را در این تکنولوژی دارا هستند. از منسوجات بی بافت اسپان باند جهت پوشاندن پشت کفپوش ها، منسوجات بهداشتی/ پزشکی استفاده می شود. همچنین از آن جایی که فرآیند تولید منسوجات بی بافت به روش اسپان باند به خودی خود شامل فرآیند تولید الیاف نیز می باشد. استفاده از این تکنولوژی نسبت به روش تولید منسوجات بی بافت از الیاف کوتاه بسیار اقتصادی تر است.

به طور کلی تکنولوژی تولید منسوجات بی بافت به روش اسپان باند از فرآیند های ذیل تشکیل شده است:

فرآیند ذوب پلیمر و تصفیه مذاب آن

فرآیند تولید الیاف فیلامنتی

فرآیند کشش الیاف فیلامنتی

فرآیند ته نشینی الیاف فیلامنتی و تشکیل لایه

فرآیند اتصال حرارتی

از پلیمر هایی با وزن مولکولی بالا و با توزیع پهن وزن مولکولی نظیر پلی پروپیلن، پلی استرها، پلی آمیدها و ... می توان در طی فرآیند اسپان باند لایه های یکنواخت منسوج بی بافت تولید نمود. به عبارت دیگر می توان گفت که پلیمر های با ویسکوزیته مذاب متوسط که جهت الیاف به روش ذوب ریسی مورد استفاده قرار می گیرند جهت تولید منسوجات بی بافت به روش اسپان باند نیز مناسب هستند.

11-1  سیستم های مختلف فرآیند اسپان باند

به طور کلی می توان فرآیند اسپان باند را در یکی از سه سیستم ذیل طبقه بندی نمود:

1-11-1 سیستم Docan

این سیستم برای اولین بار در سال 1970 توسط شرکت لورگی کول اند مینرال تکنیک در آلمان به کار گرفته شد و پس از آن تعداد زیادی از کارخانجات تحت لیسانس گروه لورگی از این سیستم جهت تولید صنعتی منسوجات بی بافت استفاده کردند. همان طور که در شکل نشان داده شده است اساس این سیستم بر مبنای فرآیند ذوب ریسی استوار می باشد. در این سیستم مذاب پلیمر تحت فشار پمپ های ریسندگی از صفحات رشته ساز خاصی که دارای تعداد زیادی سوراخ می باشند عبور می کند، در این سیستم با انتخاب مناسب شرایط ریسندگی و اکستروژن می توان فیلامنت هایی با دنیر مطلوب و مناسب تولید کرد. کانال ورزش هوا که مستقیما در زیر هر صفحه رشته ساز قرار دارد موجب تسهیل فرآیند خنک کردن رشته های الیاف خروجی از صفحه رشته ساز می شود. در این سیستم نیروی لازم جهت ایجاد آرایش یافتگی و کشیدن الیاف توسط مکانیزم آیرودینامیکی خاصی ایجاد می شود. دسته های الیاف خروجی از این سیستم به طور مجزا توسط جت های کشش خاصی که با فشار بالا کار       می کنند به داخل لوله های راهنما مکیده می شوند، الیاف خنک شده پس از خارج شدن از این لوله به صورت کاملا تصادفی بر روی تسمه متحرک سوراخ دار زیرین ریخته می شوند. البته لازم به ذکر است که سیستم مکش موجود در زیر این تسمه متحرک سوراخ دار نیز به قرار گیری تصادفی فیلامنت ها بر روی تسمه کمک زیادی می کند