انواع الیاف مصرفی در فرش ماشینی و مقایسه ویژگی ها

 

 تهیه کننده :  دكتر خشایار مهاجرشجاعی – مدیر تحقیق و توسعه شرکت صنایع فرخ سپهر کاشان

۱-  مقدمه

با توجه به سابقه طويل مدت صنعت توليد فرش ماشيني در ايران مي توان به ديدي كلي از روند جايگزيني انواع مختلف فرش ماشيني دست يافت. توليد فرش ماشيني در ساليان ابتدايي منحصر به توليد فرش هاي از جنس پشم بوده كه بعد ها نخ هاي از جنس اكريليك و پلي پروپيلن جايگزين آن گرديدند.

با توجه به ثبات نوري نسبتاً پايين و عدم برگشت پذيري پلي پروپيلن ، بعد از گذشت مدت زماني كوتاه فرش هاي از جنس پلي پروپيلن مورد استقبال قرار نگرفتند وليكن در فرش هاي از جنس اكريليك عوامل و فاكتور هايي چون برگشت پذيري نسبتا خوب  ، مقاومت بالا در برابر اشعه uv ، حرارت و نور منجربه استقبال عموم مردم در ساليان اخير قرار گرفته است .

امروزه با توجه به خارجي بودن منبع توليد الياف اكريليك يعني اكريلونيتريل ، ساليانه شاهد خروج صدها ميليون دلار به خارج كشور مي باشيم ، ضمنا با توجه به گسترش و توسعه صنعت فرش ماشيني در ايران و توليد الياف شركت پلي اكريل اصفهان هم تنها پاسخگويي ۱۰ تا ۱۵ درصد نياز كشور مي باشد  و سهم بسزایی از آن می بایست از منابع خارجی تامین شود.

عليرغم خواص و ويژگي هاي الياف اكريليك ، اين نوع الياف داراي معضلاتي چون پرزدهي ، فقدان قابليت تخريب در محيط زيست (non-biodegradable) و يكسري مسائل بهداشتي و زيست محيطي مي باشند . اين معضلات در ساليان اخير منجربه اعمال محدوديت در روند استفاده از مصنوعات متشكل از الياف اكريليك در كشور هاي پيشرفته اروپايي و آمريكا گرديده است . از جمله موارد جايگزين اكريليك در كشور هاي پيشرفته اروپايي مانند آلمان ، بلژيك ، انگلستان و … و آمريكا مي توان به نايلون ۶۶ ، پلي استر و پلي پروپيلن اشاره نمود.

با توجه به وابستگي صنايع فرش ماشيني كشور به مواد اوليه مانند اكريلونيتريل و الياف اكريليك ، ارزبري فراوان و افزايش قيمت مواد اوليه اكريليك در چند سال اخير و همچنين عدم سهولت صادرات فرش ماشيني از جنس اكريليك (AC) به كليه كشور هاي دنيا ( بویژه کشورهای پیشرفته)، بررسي دقيق مقوله هاي مرتبط با يافتن جايگزين مناسب براي اكريليك كاملا ضروري به نظر مي رسد . لذا مديران شركت فرش فرهي طي سال هاي اخير مطالعاتي پيرامون انواع نخ ها و مواد اوليه مصرفي فرش داشته اند . در اين ميان فيلامنت پلي استر به علت برخي خواص و ويژگي هاي بارز از قبيل عدم پرزدهي ، عدم حساسيت زايي ، ثبات بالاي نوري ، شستشويي و ثبات بالاي سايشي بيشتر مورد توجه قرار گرفته شده است . بر اساس تحقيقات انجام گرفته فيلامنت پلي استر داراي قابليت كاربردي به عنوان نخ چله ، نخ پود ، و نخ خاب فرش ماشيني بوده و از اين نوع نخ در سال هاي اخير استقبال فراوان به عمل آمده است . در ادامه اقدام به ارائه اطلاعاتي مقدماتي در زمينه خواص و ويژگي هاي پلي استر ، اكريليك ، پروسه توليد ، نو آوري هاي بدست آمدده در زمينه فيلامنت پلي استر توسط شركت فرش فرهي گرديده است

۲-۱- خواص و ويژگي هاي نخ و مواد اوليه مصرفي در صنعت فرش ماشيني

به طور كلي از انواع مختلف نخ مانند پلي استر ریسیده و فیلامنت (یکسره)، اكريليك و پلي پروپیلن به طور وسيع جهت توليد فرش ماشيني استفاده مي شود در ادامه اقدام به ارائه اطلاعات جزئي تر در زمينه خواص و ويژگي هاي انواع نخ مصرفي در فرش ماشيني گرديده است

۱-۲-۱- پلي استر

الياف پلي استر براي اولين بار توسط آقاي كاروترز در سال ۱۹۲۸ توليد گرديد. از جمله خواص بارز پلي استر در آن زمان مي توان به مقاومت بالا در برابر حرارت و رطوبت اشاره نمود از سال ۱۹۲۸ به بعد تحقيقات و مطالعات وسيعي در زمينه بهبود خواص الياف پلي استر صورت گرفته كه داراي تاثير بسزا در بهبود خواص الياف پلي استر بود.

۲-۲-۱ ساختار پلي استر و نحوه سنتز پلي استر

پلي استر به عنوان نوعي ماده پليمري متشكل از واحد هاي مونومري تحت عنوان اتيلن ترفتالات بوده كه جهت توليد آن از پروسه پليمريزاسيون تراكمي “condensation polymerization” اسيد ترفتاليك و اتيلن گلايكول استفاده مي شود. ماده پليمري حاصله به صورت چيپس و يا گرانول جهت توليد فيلامنت پلي استر مورد استفاده قرار مي گيرد.

n+1) R(OH)2 + n R´(COOH)2 → HO[ROOCR´COO]nROH + 2n H2O)

ویژگی های انواع الیاف مصرفی در فرش ماشینی

  شکل ۱ : تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی از پلی استر فیلامنت

۳-۲-۱ نحوه تهيه فيلامنت پلي استر از چيپس PET

بطور كلي از روش هاي ذوب ريسي جهت تبديل چيپس و يا گرانول پلي اتيلن ترفتالات به فيلامنت پلي استر استفاده مي شود . در ابتداي پروسه چيپس PET تحت حرارت به صورت مذاب در آمده ، در ادامه مذاب پليمري از اسپينرت (spinneret) يا ريسنده عبور نموده و تحت جريانات هواي سرد مذاب پليمري به صورت جامد در مي آيد . در ادامه پروسه كششي بر روي فيلامنت اعمال شده ، فيلامنت هاي حاصله به دور بوبين پيچيده مي شوند .

۴-۲-۱- انواع فيلامنت پلي استر

بسته به ميزان سرعت ريسندگي يا ذوب ريسي و ميزان كشش اعمالي مي توان انواع مختلف فيلامنت پلي استر را تهيه نموده كه به ترتيب زير مي باشند

۱-    POY و يا نخ هاي داراي آرايش يافتگي جزئي: سرعت ذوب ريسي در حدود ۵۰۰۰min/m و يا كمتر از آن مي باشد.
۲-    FOY و يا نخ هاي داراي آرايش يافتگي كامل: سرعت ذوب ريسي بيشتر از ۷۰۰۰min/m است.
۳-    FDY یا نخ دارای آرایش یافتگی کامل کشیده شده: در این موارد سزعت ریسندگی بالاتر از ۷۰۰۰min/m بوده و در حین ذوب ریس نخ نخ تحت کشش می باشد. این نوع نخ عموما دارای براقیت بیشتری در قیاس با نخ های فیلامنت POY،LOY و FOY می باشد.
۴-    LOY و يا نخ داراي آريش يافتگي پائين: سرعت ذوب ريسي كمتراز m/min 3000است.

۵-۲-۱- خواص و ويژگي هاي پلي استر

از جمله خواص و ويژگي هاي بارز پلي استر مي توان به موارد زير اشاره نمود:

۱-    عدم پرزدهي
۲-    عدم حساسيت زايي
۳-    براقيت يا Luster
۴-    ثبات شستشويي بالا
۵-    ثبات نوري بالا
۶-    ثبات سايشي بالا
۷-    نرمي و لطافت (زير دست مطلوب)
۸-    عدم رشد قارچ و باكتري
۹-    ثبات بالاي گرمايي و حرارتي
۱۰-    مقاومت بالا در برابر مواد شيميايي
۱۱-     پايداري بالاتحت شرايط اسيدي
۱۲-    فاقد ضرر بر سلامت

۶-۲-۱-  میزان تولید پلی استر در دنیا  و ایران

بر اساس آمار ارائه شده از سوي Fiber Year در سال ۲۰۱۳  ؛ ميزان توليد الياف مصنوعي با رشدي ۵/۶ درصدي به ۵۰/۸ ميليون تن در سال ۲۰۱۲  رسيد. در آمار ارائه شده ؛ توليد الياف مصنوعي استيپل و فيلامنت ( يكسره) به ترتيب داراي رشد سالانه ۱/۹ و ۷/۶ درصدي نسبت به سال ۲۰۱۱ بوده است.

   الياف پلي استر ( استيپل – فيلامنت) بيشترين سهم را در توليد الياف مصنوعي با سهمي معادل ۴۱ ميليون تن به خود اختصاص داده و الياف نايلون و پروپيلن در رده هاي بعدي قرار دارند.

بر اساس آمار ارائه شده ؛ در سال ۲۰۱۲ توليد فيلامنت پلي استر با افزايش ۹/۱ درصدي به ۲۷/۳ ميليون تن در سال رسيده كه اين نيز خود حاكي از رشد مداوم متوسط ۸/۶ درصدي در توليد اين نوع فيلامنت در هفت سال اخير مي باشد.  چين به عنوان عمده توليد كننده فيلامنت پلي استر در دنيا به شمار مي رود. از جمله عمده مصارف فيلامنت پلي استر مي توان به صنايع فرش ماشيني ومنسوجات نساجي اشاره نمود.

 در نمودار زير روند رشد مداوم توليد فيلامنت پلي استر در دنيا  در سال هاي ۱۹۸۵ تا ۲۰۱۲ نشان داده شده است.

 ویژگی های انواع الیاف مصرفی در فرش ماشینی

 شکل ۲ :  میزان تولید جهانی  فیلامنت پلی استر در سال های ۱۹۸۵ تا ۲۰۱۲

با توجه به حجم بالای تولید فیلامنت پلی استر و روند روبه صعود آن در ۲۷ سال اخیر ( ۱۹۸۵ تا ۲۰۱۲ ) می توان به اهمیت بالای آن در دنیا و گستردگی مصارف آن در صنایع نساجی مانند صنایع فرش ماشینی ، پوشاک ، منسوجات نساجی و …. پی برد .  با توجه به روند روبه صعود تولید فیلامنت پلی استر در دنیا ، در چند سال اخیر شاهد روند روبه بهبودی در تولید این نوع الیاف در ایران نیز بوده ایم که این نیز خود همراه با افزایش میزان اشتغال در این زمینه کاری گردیده است . از جمله مزیت های مهم فیلامنت پلی استر می توان به داخلی بودن مواد اولیه مصرفی جهت تولید پلی استر و عدم نیاز به واردات مواد اولیه در این حوزه اشاره نمود.

۶-۲-۱-  مصارف مختلف پلی استر

امروزه از نخ پلی استر اسپان و فیلامنت در مصارف مختلف مانند پوشاک کودک و بزرگسال ، منسوجات خانگی مانند پرده ، روتختی و… ) ، فرش ماشینی و کفپوش ها و منسوجات بی بافت  استفاده می شود.

در زیر اقدام به ارائه جزئیاتی در زمینه مصارف مختلف فیلامنت پلی استر در نمره نخ های مختلف گردیده است.

جدول ۱ :  مصارف مختلف فیلامنت پلی استر تکسچره و ایر تکسچره

ویژگی های انواع الیاف مصرفی در فرش ماشینی

۳-۱-اكريليك

الياف اكريليك براي اولين بار در سال ۱۹۴۰ به طور آزمايشگاهي  سنتز و در سال ۱۹۴۸ براي اولين بار با نام تجاري اورلون به بازار مصرف ارائه گرديد. از آن سال به بعد تحقيقات و مطالعات گسترده اي در زمينه اصلاح خصوصيات اكريليك گرديد كه منجربه توليد الياف مد اكريليك و اكريليك گرديد.

۱-۳-۱ –  ساختار مولكولي و روش سنتز پلي اكريلونيتريل

الياف اكريليك از لحاظ ساختاري متشكل از واحدهاي تكرار شونده بر پايه اكريلو ينتريلCH2=CH2CN مي باشند مونومر سازنده (اكريلو نيتريل) از واكنش كربيد كلسيم و آب ، استيلن و HCN ، استالرهيد و HCN ( سيانوميدرين) تشكيل مي شود

۲CH3-CH=CH2 + 2NH3 + 3O2 → ۲CH2=CH-C≡N + 6H2O

ویژگی های انواع الیاف مصرفی در فرش ماشینی

 شکل ۳ : تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی از الیاف اکریلیک

۲-۳-۱- پروسه توليد الياف اكريليك

از پروسه هاي مختلف مانند ترريسي (wet spinning) و خشك ريسي ( Dry spinning) جهت توليد الياف اكريليك استفاده مي شود الياف اكريليك حاصله از پروسه ترريسي و خشك از لحاظ خواص باهم متفاوت بوده ، از جمله مي توان  به آبدوستي بيشتر الياف اكريليك حاصله از پروسه ترريسي در مقايسه با الياف حاصله از پروسه خشك ريسي ، سطح مقطع عرضي متفاوت آن ها اشاره نمود . سطح مقطع عرضي الياف اكريليك حاصله از پروسه خشك ريسي و تر ريسي به ترتيب  به صورت دمبلي و دايرو ي مي باشد.

۳-۳-۱- خواص و ويژگي هاي اكريليك

از جمله خصيصه ها و ويژگي هاي بارز الياف اكريليك مي توان به موارد زير اشاره  نمود:

۱- مقاومت فشاري بالا
۲- حفظ گرما
۳- برگشت پذيري مطلوب
۴- پوشانندگي بالا
۵- زير دست نسبتا زبر و خشن

وليكن برخي خواص ديگر اكريليك مانند پرزدهي نسبتا بالا ، مشكلات زيست محيطي حاصله از پلي اكريلونيتريل و وابستگی کامل به منابع خارجی  منجربه محدوديت در كاربرد اين نوع الياف در فرش هاي ماشيني در كشور هاي توسعه يافته گرديده است. بر اساس آمار ارائه شده از سوی گمرک ایران سالانه حجم قابل ملاحظه ای از الیاف اکریلیک به صورت تاپس از کشورهای تایوان ، آلمان ، بلاروس و….  به ایران وارد می شود که این نیز خود به عنوان عاملی موثر در خروج ارز از ایران می باشد .

۴-۱- پلي پروپيلن

الياف  پلي پروپيلن به عنوان نوعي  الياف مصنوعي متشكل از واحدهاي مونومري تكرار شونده بر پايه پروپيلن مي باشد. از اين نوع الياف به صورت فيلامنت و يا بي سي اف (BCF) در مصارف مختلف مانند فرش ماشيني استفاده مي شود. الياف پروپيلن عموما فاقد ثبات كافي در برابر اشعه ماورا بتفش بوده و تحت تاثير نور خورشيد تخريب مي شوند. از روش هاي ذوب ريس جهت تهيه نخ پروپيلن از  ماده پليمري پلي پروپيلن استفاده مي گردد.

جدول ۲ :  مقایسه خواص و ویژگی های نخ مصرفی در تولید فرش ماشینی

ویژگی های انواع الیاف مصرفی در فرش ماشینی

مراجع مورد استفاده

۱٫     Rosato, Dominick V.; Rosato, Donald V.; Rosato, Matthew V. (2004). Plastic product material and process selection handbook. Elsevier. p. 85. ISBN 978-1-85617-431-2.
۲٫     Cappitelli F; Principi P; Sorlini C. (Aug 2006). “Biodeterioration of modern materials in contemporary collections: can biotechnology help?”. Trends in biotechnology.
۳٫     Andrea Rinaldi (November;,7 2006). “Saving a fragile legacy. Biotechnology and microbiology are increasingly used to preserve and restore the world’s cultural heritage”. Embo Report7 (11): 1075–۱۰۷۹٫ doi:10.1038/sj.embor.7400844. PMC 1679785. PMID 17077862.
۴٫     ۱۹۴۱-۶۹: Changing Times. Orlon® : ۱۹۴۱٫ DuPont Corporation
۵٫     “Market Study: Polypropylene”. Ceresana Research.
۶٫     Maier, Clive; Calafut, Teresa (1998). Polypropylene: the definitive user’s guide and databook. William Andrew. p. 14. ISBN 978-1-884207-58-7.
۷٫     Cacciari, I.; Quatrini, P.; Zirletta, G.; Mincione, E.; Vinciguerra, V.; Lupattelli, P.; Giovannozzi Sermanni, G. (1993). “Isotactic polypropylene biodegradation by a microbial community: Physicochemical characterization of metabolites produced”. Applied and environmental microbiology 59 (11): 3695–۳۷۰۰٫ PMC 182519. PMID 8285678. edit
۸٫     Morris, Peter J. T. (2005). Polymer Pioneers: A Popular History of the Science and Technology of Large Molecules. Chemical Heritage Foundation. p. 76. ISBN 0-941901-03-3.
۹٫     This week 50 years ago in New Scientist 28 April 2007, p. 15
۱۰٫     Market Study: Polypropylene – ۲nd edition (UC-4205). Ceresana Research.
۱۱٫     Kissin, Y. V. (2008). Alkene Polymerization Reactions with Transition Metal Catalysts. Elsevier. pp. 207–. ISBN 978-0-444-53215-2.
۱۲٫     Hoff, Ray and Mathers, Robert T. (2010). Handbook of Transition Metal Polymerization Catalysts. John Wiley & Sons. pp. 158–. ISBN 978-0-470-13798-7.
۱۳٫    Moore, E. P. (1996) Polypropylene Handbook. Polymerization, Characterization, Properties, Processing, Applications, Hanser Publishers: New York, ISBN 1569902089
۱۴٫     Benedikt, G. M. and Goodall, B. L. (eds.) (1998) Metallocene Catalyzed Polymers, ChemTech Publishing: Toronto. ISBN 978-1-884207-59-4.
۱۵٫     Sinn, H.; Kaminsky, W. and Höker, H. (eds.) (1995) Alumoxanes, Macromol. Symp. 97, Huttig & Wepf: Heidelberg.
۱۶٫     “Polypropylene Production via Gas Phase Process, Technology Economics Program”. by Intratec, ISBN 978-0-615-66694-5, Q3 2012.
۱۷٫     Biaxially Oriented Polypropylene Films. Granwell. Retrieved: 2012-05-31.
۱۸٫     Sato, Hideki and Ogawa, Hiroyuki (2009) Review on Development of Polypropylene Manufacturing Process, Sumitomo Kagaku.
۱۹٫     ASTM Standard F2389, 2007, “Standard Specification for Pressure-rated Polypropylene (PP) Piping Systems”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2007, doi:10.1520/F2389-07E01, www.astm.org.

منبع : شماره ۲۵ مجله کهن

————————————————————————————

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

————————————————————————————
تحریریه مجله نساجی کهن
ارسال مقالات و ترجمه جهت انتشار در سایت : info@kohanjournal.com

فرم ثبت نام سریع

جهت دریافت آخرین خبرها و به روز ترین نمایشگاه های نساجی و فرش ماشینی ایران و جهان در فرم زیر ثبت نام کنید

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *