|
توليد الياف مصنوعي
مقدمه
توليد الياف مصنوعي به وجود آورنده صنايع عمدهاي هم در كشور آمريكا و
هم در ساير نقاط جهان ميباشد. در سال 1990 ارزش دلاري الياف مصنوعي
حدود 17 ميليون دلار در آمريكا و 70 ميليون دلار در ساير نقاط جهان
بوده است. الياف مصنوعي به طور عمده شامل پنبه و پشم هستند در عين حال
شامل ابريشم نيز بوده كه تنها اندكي ارزش دلاري بيشتري دارد...
با
توجه به مهندسي شيمي ميتوانيم در توليد الياف گام برداريم چون
پيشرفتهاي عمدهاي در فرآيندهاي استفاده و توليد الياف ايجاد شده و ما
اغلب در انديشه استفاده و اصلاح فرآيندهاي توليد الياف مصنوعي هستيم...
مانند محققان مهندسي شيمي ما همه علاقمند به توليد الياف مصنوعي هستيم
زيرا فرآيندهاي چند مرحلهاي مهندسي شيمي را شامل خواهد شد. لذا
نيازمنديم تا اين روشها را ياد بگيريم و با تحليل آنها كار را سادهتر
كنيم. هدف ما در اينجا پاسخ به سؤالات دانشجويان در مورد مفاهيم پايه
شيمي الياف است كه در جريان توليد و فرآيندهاي مشابه آن آموزشها به
صورت تكاليف و تحقيقهاي دانشجويي ارائه ميشود...
شكل 1-1 چهار مرحله اصلي توليد
الياف را نشان ميدهد كه شامل مرحله پمپ كردن- فيلتراسيون الياف توليدي
و فرآيند عمليات سازي است. ما تمركز بيشتري براي توليد پليمر مذاب يا
محلول خواهيم داشت لذا با فرآيندهاي مرتبط با آن و پديدهاي انتقال
پليمر سر و كار داريم كه بيشتر از مفاهيم ديگر ميباشد. همچنين بيان
ميكنيم كه گروه الياف مصنوعي نه تنها شامل مثالهايي چون نايلون و
پلياستر هستند بلكه به كابلها، الياف نوري و غيره نيز تعميم
مييابند...
اصطلاح پارچه: اين عبارت شامل
بيان اختلاف ميان منسوجات بافته شده و نابافته ميباشد. همواره در
منسوج بافته شده نظم خاصي ميان الياف و نخ ديده شده كه بصورت متوازن يا
موازي يا عمودي نسبت به هم قرار گرفتهاند. در حاليكه در منسوج نابافته
هيچ نظمي ديده نميشود. با وجود اينكه الياف مصنوعي عمدتاً به روش
پليمر مذاب توليد ميشوند ليكن منسوج نابافته را ميتوان با بهم چسبيدن
فيلامنتهاي روي هم افتاده ايجاد كرد كه شرط آن مذاب بودن و چسبيدن
آنها به يكديگر ميباشد...
اصطلاح الياف
اين اصطلاح ميتواند شامل الياف طبيعي يا مصنوعي و يا الياف كوتاه يا
يكسره باشد. البته نوع طبيعي از حيوانات يا گياهان بدست ميآيند كه
نمونههايي چون پشم و پنبه را بيشتر ميشناسيم. ساختار شيميايي آنها
براساس پليمر بوده كه به شكلي منظم واحدهاي تكرار شونده در الياف طبيعي
ديده ميشود. الياف مصنوعي نيز طبق ساختار پليمري منظم هستند ولي در
الياف مصنوعي سنتز شده كه عمدتاً ماده اوليه آنها نفت خام و گاهي ذغال
سنگ يا گاز طبيعي خواهد بود، بيشتر الياف مصنوعي از پليمرها توليد
ميشوند، كه در فرآيند پليمر شدن اغلب (سنگين كردن پليمرها) بدست
ميآيند ولي بسياري از آنها از پليمرهاي ايجاد شده در فرآيند
پليمرازسيون زنجيرهاي بدست ميآيند (پليمرهاي افزايشي)...
الياف مصنوعي
اين عبارت شامل بيشتر اليافي است كه براي دانشجويان شناخته شده است كه
اغلب به از پليمرهاي كندانسيون ساخته ميشوند، اگرچه آكروليك از اين
گروه نيست و الياف كربن با روش پليمري افزايشي به وسيله مرحله پيروليز
(تجزيه حرارتي) و با تأثير يافتن اتمهاي هيدروژن ساخته ميشوند...
شكلگيري الياف
اين مرحله شامل ارائه روشهايي است كه بدنبال هم ميباشند. مخصوصاً سه
مرحله اصلي فرآيند تشكيل الياف به صورت ريسنگي مذاب، خشك و تر كه بشرح
آن ميپردازيم. همه اين مراحل منجر به توليد الياف پيوسته (يكسره)
خواهند شد كه در يك چرخه توليد قرار ميگيرند، اما در عين حال ذوب ريسي
شامل خنك شدن مواد مذاب و جامد شدن فيلامنتها است ولي روشهاي خشك و تر
ريسي دربرگيرنده جداشدن حلال از مجموعه براي جامد شدن فيلامنتها است.
در روش خشك ريسي حلال به يك گاز تبديل ميشود (تبخير) در روش تر ريسي
حلال در يك حمام مايع شسته وجدا ميشود...
مرحله پمپ كردن
در
اين بخش ما دو سيستم اصلي استفاده شده براي پمپ كردن مايعات را مطرح
ميكنيم: اولي پمپ سانتريفوژ(گريز از مركز) و دومي پمپ چرخدندهاي. از
پمپ گريز از مركز كه يك سيستم چند منظوره است براي انتقال مايعات با
چگالي پايين در طول فرآيند استفاده ميشود...
فيلتراسيون
شروع كار خط ريسندگي بعنوان كاري پچيده مد نظر ميباشد و بر اين اساس
هدف اصلي در اين زمينه به حداقل رساندن مراحل توليد ميباشد. در اين
روال، همچنين وقت زيادي براي تعويض دستگاه مخصوص توليد الياف (رشته
ساز) و مجموعه آن صرف ميشود. علاوه بر اين، مرحله مونتاژ باز كردن،
جدا كردن پليمرها و يا ضايعات كوچك فلزي كه باعث معيوب بودن سيستم و
ناكارايي آن ميشود موجب ايجاد وقفه توليد ميگردد. از اين بدتر اينكه
اين ذرات ممكن است در بخش ورودي داخل سوراخ ظريف رشتهساز رفته و باعث
كاهش جريان سيال شده و قطر فيلامنتها كاهش يابد. اين تغيير قطر در
مرحله رنگرزي موجب ايجاد اختلاف و ناهماهنگي در پارچه نهايي توليدي
خواهد شد...
ريسندگي
همانطور كه قبلاَ گفتيم الياف بوسيله فرآيند تزريق (اكستروژن) پليمر
مذاب يا ريسندگي سيستم داپ از ميان سوراخهاي ظريف صفحه رشته ساز خارج
ميشوند كه اين صفحه ميتواند داراي 1000 سوراخ يا بيشتر باشد. الياف
نساجي نيز ظريف هستند و قطرسوراخ ميتواند تنها چندين ميل باشد...
روش ذوب ريسي
در
اين روش محصولاتي چون نايلون، پلياستر و پلي پروپيلن با فرآيند سرد
كردن فيلامنتهاي مذاب خروجي از رشته ساز آغاز ميشود. در همان لحظه
الياف به سمت پايين و غلطكهاي برداشت كشيده ميشوند و تنش حاصل باعث
ايجاد تنش در پليمر نيمه مذاب خواهد شد...
خشك ريسي
در
اينجا ، پليمر در محلولي حل گشته كه پس از عبور مايع چسبناك و غليظ
(ماده بهساز ريسندگي) از رشتهساز تبخير ميگردد...
ترريسي
الياف بافته شده بوسيله ترريسي شامل رايون و كولر (Kevlar) ميباشد.
رايون بصورت اوليه بعنوان ساختهاي مصنوعي جايگزين ابريشم بوجود آمده و
كولر نيز بعنوان اليافي با قدرت و استحكام بالا براي مصرف در امور
مختلف فضايي و كاربردهاي خاص توليد گرديد. پس از آن بسياري از الياف
اكريليك تجاري نيز با استفاده از روش ترريسي توليد شد...
روشهاي بعمل آوري الياف و موارد مختلف آن
به
منظور راهاندازي يك خط ريسندگي الياف ، كلافهاي فيلامنت ميبايست در
طول مسير اين فرآيند بصورت رشتههايي پايدار نمود يابند. اولين مرحله
فرآيند ريسندگي حالت عمود بسمت پايين را داشته و بنابراين نيروي جاذبه
خط مذكور را بسمت پايين هدايت مينمايد. اين خط بوسيله نازل واكيوم
بزرگي گرفته شده و تقريبا بطور همزمان خط زير اين نازل بوسيله قيچيها
برش ميشود...
|
