الیاف چیست و آشنایی با انواع الیاف

الیاف ماده اولیه و واحد سازنده نخ هستند. برای استفاده در صنعت نساجی یک لیف باید دارای ویژگی های زیر باشد:

انعطاف پذیری، ظرافت و لطافت نسبت طول به قطر بالا (بیش از 100 برابر)، استقامت کافی در برابر مواد شیمیایی، حرارت و عملیات مکانیکی، قابلیت رنگرزی، قابلیت ریسندگی

الیاف نساجی از لحاظ طولی به دو دسته تقسیم می شوند:

- الیاف منقطع (کلیه الیاف طبیعی جز ابریشم و الیاف ساخت بشر )

- الیاف ممتد یا پیوسته (ابریشم و کلیه الیاف ساخت بشر)

الیاف مصنوعی با توجه به کاربردشان میتوانند ممتد (یک سره) یا منقطع باشند. اندازه طول آنها با توجه به کار برد لیفی که با آن مخلوط میشوند تعیین می گردد.

برای نمونه در تولید نخ پنبه-پلی استر از نوع الیاف (برای تولید پارچه ای با نام تجاری تترون) اندازه ی طول الیاف پلی استر باید به اندازه طول الیاف پنبه مورد استفاده باشد و در تولید نخ پشم-پلی استر از نوع الیاف (برای تولید پارچه فاستونی) طول الیاف پلی استر باید به اندازه طول الیاف پشم مصرفی باشد.

الیاف فلامنت و یا منقطع ساخت بشر برای تهیه جوراب، تریکو و برخی پارچه های تاری پودی (که نخ تار با نخ پود یا اینکه هر دو نخ تار و پود آنها از جنس پلی استر است) استفاده می شوند.

نخ های تهیه شده از الیاف منقطع از تعداد زیادی تارهای تک رشته ی بسیار نازک تشکیل شده است که به شکل تاب داده یا از روش های مختلف دیگری به دست می آیند. 

طبقه بندی الیاف

الیاف مورد استفاده در صنایع نساجی به دو طبقه الیاف طبیعی و الیاف ساخت بشر تقسیم می شوند. هر یک از این دو طبقه شامل گروه های فرعی دیگری نیز می شوند.

الیاف طبیعی مانند پشم و پنبه در طبیعت به شکل لیف وجود دارند. اما الیاف ساخت بشر در طبیعت وجود ندارند و با استفاده از مواد خام اولیه با سایر مواد شیمیایی و به واسطه ی روش های صنعتی تهیه می شوند.

الیاف طبیعی می توانند بر حسب منشا طبیعی آنها به سه گروه گیاهی، حیوانی و معدنی تقسیم شوند.

الیاف گیاهی: از طریق کاشتن تهیه میشوند و پایه شیمیایی سلولزی دارند که ماده اولیه گیاهان است و به گروه های فرعی تقسیم بندی می شود. 

الیاف حیوانی: شامل پشم، ابریشم و الیاف مویی (شتر، اسب، خرگوش و بز) است. این الیاف پایه شیمیایی پروتئینی دارند که قسمت عمده ساختمان بدن جانداران را تشکیل می دهد. 

الیاف معدنی: آزیست که در اصطلاح عامیانه به پنبه ی نسوز یا پنبه کوهی معروف است. مصارف صنعتی دارد و در پارچه ضد حریق به کار می رود که به دلیل به خطر انداختن سلامت در صنعت نساجی کاربرد محدودی دارد و کاربرد آن در بیشتر کشورها از جمله ایران ممنوع است.

الیاف ساخت بشر بر حسب ماده تشکیل دهنده الیاف به دو گروه فرعی تقسیم می شوند: 

• الیاف بازیافتی یا دوباره تولید شده
• الیاف مصنوعی

الیاف بازیافتی: ماده تشکیل دهنده این الیاف در طبیعت موجود است و فقط با به کارگیری عملیات شیمیایی و مکانیکی به شکل الیاف قابل استفاده در صنعت نساجی در می آیند.

الیاف بازیافتی با توجه به ساختار شیمیایی مواد اولیه شان ممکن است بازیافتی سلولزی مانند ویسکوز ریون، استات سلولز یا بازیافتی پروتئینی همانند کازئین و زئین باشند.

الیاف مصنوعی: ماده تشکیل دهنده الیاف مصنوعی از مواد شیمیایی است و به وسیله انسان ساخته میشود این ماده به تنهایی در طبیعت وجود ندارد و طبیعت در ساخت این مواد یا در بخشی از فرآیند تولید آن نقشی ندارد و به طور کامل مصنوعی است.

گروه های فرعی الیاف مصنوعی شامل پنج گروه زیر است:

• پلی آمید مانند نایلون و پرلون
• پلی استر مانند تریلن و داکرون
• مشتقات پلی وینیل پلی وینیل کلراید مانند وینیون و پلی اکریلونیتریل مانند نمونه اکریلیک
• پلی اولفین ها شامل پلی اتیلن و پلی پروپیلن
•  پلی اورتان ها مانند لایکرا

در دسته بندی دیگری، الیاف متفرقه نیز وجود دارد که غیر ارگانیک هستند و شامل الیاف فلزی شیشه کربن سرامیک می شوند.

ساختار الیاف

همان طور که یک نخ از مجموع الیاف تشکیل شده است یک لیف نیز از مجموع رشته های کوچک تری تشکیل می شود که به آنها فیبریل می گویند. هر فیبریل نیز مرکب از مولکول های زنجیری طویل به نام ماکرومولکول است.

مباحث خیلی کامل تری مانند آرایش یافتگی و بسپار وبسپارش در مورد ساختار الیاف وجود دارد که بسیار تخصصی هستند و احتمالا از حوصله خواننده مطلب خارج است.

به همین دلیل در ادامه به خاصیت الیاف می پردازیم و توضیحاتی در مورد آن ارائه خواهیم داد.

استحکام کشش

ضروری ترین خاصیت الیاف که به عنوان ماده خام برای تهیه نخ و سپس پارچه به کار می رود، استحکام یا قدرت آن لیف است. منظور از قدرت یا استحکام لیف، نخ یا پارچه، مقاومت آنهاست، که در جهت محور طولی کشیده میشوند تا جایی که پاره شوند.

برای بیان نیروی مقاومت الیاف از دو اصطلاح مقاومت کشش یا استحکام کشش استفاده می کنیم.مقاومت کشش مقاومت لیف را در حد پارگی بر حسب گرم بر دنیر بیان می کند.

برای نمونه اگر نیرویی برابر 10 گرم یک لیف منقطع (فیلامنت) را که نمره آن 4 دنیر است پاره کند، در این صورت مقاومت کششی آن لیف برابر است با 2/5 - 4: 10 گرم بر دنیر، این عدد نشان می دهد که لیف منقطع 4 دنیری، حداکثر می تواند این مقدار نیرو را تحمل کند.

قابلیت ارتجاعی (الاستیسیته)

الاستیسیته یا قابلیت ارتجاعی یک جسم، خاصیتی از آن است که باعث می گردد پس از وارد آوردن نیرو و تغییر شکل دوباره جسم به حالت اولیه خود برگردد. خاصیت الاستیسی به طور کلی در بیشتر مواد طبیعی یا مصنوعی کم و بیش وجود دارد.

این خاصیت در الیاف نساجی وجود دارد، اما میزان آن در الیاف گوناگون متفاوت است. بازگشت از حالت الاستیک یکی از خواص مهم نخ یا پارچه است. زیرا منسوجات باید در هر حالت پس از رفع هر نوع کشش و فشار شکل خود را حفظ کنند.

ثبات ابعادی و عدم تغییر شکل پارچه های نایلون، ابریشم و بسیاری از الیاف مصنوعی مربوط به قابلیت ارتجاعی بسیار زیاد آنهاست. این خاصیت در الیاف سلولزی ضعیف است.

برای نمونه، پارچه پنبه ای پس از مدتی پوشیدن شل می شود، به طوری که محل های مشخصی از لباس نظیر سرزانو و آرنج و دامن به اصطلاح جا می اندازد.

اما در پارچه های پشمی، ابریشمی و نایلونی این نقطه ضعف، کمتر وجود دارد. میتوان گفت که الیاف سلولزی از این نظر چندان جالب نیستند و به همین دلیل عملیات تکمیلی ضد چروک روی پارچه های سلولزی انجام می شود تا از شدت چروک پذیری و تغییر شکل آنها بکاهد.

جذب رطوبت

بیشتر الیاف نساجی زمانی که در محیط مرطوب قرار میگیرند، مقداری رطوبت جذب می کنند. مقدار رطوبت جذب شده به عوامل متعددی مانند نوع لیف، حالت فیزیکی آن (لیف نخ یا پارچه بودن آن و تاب نخ و مواردی از این قبیل)، درصد رطوبت و دمای محیط بستگی دارد.

صرف نظر از عواملی نظیر ساختمان مولکولی الیاف و رابطه آنها با جذب رطوبت، شرایط جوی نیز در مقدار جذب رطوبت مؤثر است. منظور از شرایط جوی، درجه حرارت و رطوبت محیطی است که منسوج با آن در تماس است.

این رطوبت با دو اصطلاح رطوبت نسبی و رطوبت مطلق بیان می شود. رطوبت مطلق عبارت است از وزن رطوبت موجود در واحد حجم هوای مرطوب.

رطوبت نسبی عبارت است از نسبت رطوبت مطلق هوا به رطوبت هوای اشباع در همان درجه حرارت و فشار، هر چه مقدار رطوبت محیط بیشتر باشد، جذب رطوبت لیف نیز بیشتر می شود. رطوبت محیط به طور معمول با رطوبت نسبی بیان می شود.

برای مقایسه صحیح میزان جذب رطوبت الیاف با یکدیگر، باید تمامی آنها در یک شرایط رطوبت نسبی و حرارت قرار گیرند. این شرایط، شرایط استاندارد است.

شرایط استاندارد برای کشورهای مختلف تعیین میشود در ایران شرایط استاندارد، رطوبت نسبی 2±65 درصد، و درجه حرارت 2±20 درجه سانتی گراد است.

میزان جذب رطوبت یک لیف با رطوبت بازیافته بیان می شود که عبارت است از نسبت وزن رطوبت جذب شده کالا به وزن خشک کالا در شرایط استاندارد.  درصد رطوبت بازیافته را با نمایش می دهند که برابر است با:

R%=W/Dx100

w=وزن رطوبت جذب شده

D= وزن کالای خشک

در بین الیاف پشم با 16 درصد رطوبت بازیافته و پلی پروپیلن با 0/05 درصد رطوبت بازیافته به ترتیب بیشترین و کمترین میزان جذب رطوبت را دارا هستند.

رطوبت بازیافتی افزون بر عوامل محیطی به ساختار شیمیایی لیف بستگی دارد. برای نمونه عوامل هیدروکسیل در پنبه وجود داردT در حالی که عواملی برای جذب آب در ساختار شیمیایی پلی پروپیلن موجود نیست.

بخشهای کریستالی و آمورف لیف پنبه و ویسکوز، سلولز است ولی به دلیل درصد کریستالی بیشتر در پنبه، جذب رطوبتش کمتر از ویسکوز است. شکل ظاهری کالا و در دسترس بودن لیف برای جذب آب نیز اهمیت دارد.

کالا در حالت لیف، جذب رطوبت بیشتری از نخ دارد، اما نخ با تاب بالاتر، جذب کمتری از نخ با تاب کم دارد. تراکم و نوع بافت نیز سبب میگردد دسترسی الیاف به رطوبت تغییر کند.

اثر حرارت روی الیاف

تمام الیاف نساجی، اعم از طبیعی و مصنوعی، به نحوی تحت تأثیر حرارت واقع می شوند. برخی از الیاف نظیر پشم هنگامی که تحت تأثیر حرارت قرار می گیرند، بدون اینکه ذوب شوند شروع به تجزیه شدن میکنند.

برخی دیگر نظیر پلی اتیلن، نایلون، پلی استر و استات، ابتدا نرم و سپس ذوب میشوند و در نهایت تجزیه می گردند. این الیاف مصنوعی، ترموپلاست (گرمانرم) هستند.

واکنش الیاف نساجی در برابر حرارت اهمیت فراوانی دارد. به ویژه در مراحل تولید که از حرارت استفاده می شود. برای نمونه کالای نساجی باید درجه حرارت خشک کن ها، اتو و پرس های داغ را بدون صدمه دیدن تحمل کنند.

درجه حرارت نرم شدن الیاف در صنعت نساجی اهمیت فراوان دارد. باید مراقب بود که درجه حرارت به کار رفته آسیبی به الیاف نرساند.

مقاومت الیاف مختلف در برابر شعله متفاوت است. الیاف سلولزی به سرعت در شعله می سوزند و پس تاب ایجاد میکنند؛ بیرون شعله به سوختن ادامه می دهند و به خاکستر نرمی تبدیل میشوند.

چنین الیافی، خودسوز هستند. الیاف پروتئینی، همانند پشم و ابریشم به راحتی نمی سوزند و با دور شدن از شعله خاموش میشوند که به آنها الیاف خود خاموش شونده میگویند.

الیاف مصنوعی که ایجاد مذاب میکنند می توانند در گروه خود خاموش شونده ها قرار گیرند زیرا مذاب ایجاد شده از آنها روی الیاف را می پوشاند و از ادامه سوختن جلوگیری میکند.

الیاف آزبست با مقاومت بالایی که در برابر حرارت از خود نشان می دهند، در آتش نمی سوزند و نسوز یا ضد آتش هستند.

اثر نور خورشید بر الیاف

نظر به اینکه نور خورشید حاوی مقداری اشعه فرابنفش است، هنگامی که الیاف تحت تأثیر تابش آن واقع شوند، ویژگی های آنها تا حدودی تحت تأثیر قرار می گیرد.

قدرت برخی از الیاف در اثر تابش نور خورشید به تدریج کاسته میشود. در واقع ساختمان مولکولی الیاف تحت تأثیر این اشعه شکسته می شود و قدرت لیف را کاهش می دهد.

به غیر از لیف، بعضی از رنگهای به کار رفته روی آن نیز تحت تأثیر اشعه فرابنفش قرار می گیرند و به اصطلاح پارچه دچار رنگ پریدگی می شود.

برای نمونه اگر بخواهیم از پارچه به عنوان پارچه پرده ای استفاده کنیم یا جایی که به میزان بیشتری تحت تابش آفتاب قرار می گیرد، به طور حتم باید از الیافی استفاده کرد که مقاومت آنها در برابر نور خورشید بالاست.

از الیاف مصنوعی لیف پلی استر به دلیل حضور حلقه بنزن در ساختار شیمیایی اش (آروماتیک بودن) ضمن اینکه جاذب امواج فرابنفش است، از لحاظ استحکام نیز مقاومت خوبی در برابر اشعه ی فرابنفش دارد.

اثر الکتریسیته ساکن روی الیاف

قدرت دی الکتریک، یعنی حداکثر اختلاف سطح الکتریکی که واحد ضخامت یک عایق می تواند تحمل کند. الکتریسیته ساکن در اثر مالش و اصطکاک سطح کالای نساجی به وجود می آید.

عامل دی الکتریک از نظر تجمع الکتریسیته ساکن روی الیاف، در بخش تولید نظیر ریسندگی و بافندگی و مصرف اهمیت دارد و می تواند باعث بروز اختلالاتی شود.

اجسام در حالت کلی خنثی هستند اما در حالتی که باری اضافه یا کم کنیم (در اثر مالش و اصطکاک) باردار میشوند.

الیاف از نظر مقاومت در برابر الکتریسته ساکن به سه دسته تقسیم می شوند:

الف) الیاف سلولزی، نظیر پنبه و کتان مقاومت الکتریکی کمی دارند و بار الکتریکی را عبور می دهند. الکتریسیته ساکن در آنها مشکل کمی ایجاد می کند.

ب) مقاومت الکتریکی پشم، ابریشم و استات نسبت به گروه اول بیشتر است و الکتریسیته ساکن در آنها مشکل تر از گروه اول عبور می کند.

ج) الیاف مصنوعی نظیر نایلون، پلی استر، اکریلیک پلی پروپیلن که مقاومت الکتریکی بالایی در برابر عبور الکتریسیته ساکن دارند و مشکلات بیشتری را ایجاد می کنند.

وجود رطوبت در محیط سبب هدایت الکتریسیته ساکن به خارج از توده الیاف می شود و از بروز مشکلات ممانعت به عمل می آورد یا دست کم فشار آن را کاهش می دهد.

به همین دلیل در سالن بافندگی از دستگاه های ایجاد رطوبت استفاده میشود. جهت کاهش مشکلات ناشی از تجمع الکتریسته ساکن در بخش تولید الیاف مصنوعی از مواد آنتی استاتیک استفاده می شود.

چگالی

چگالی یا سنگینی جسم عبارت است از جرم واحد حجم آن جسم که واحد آن گرم بر سانتی متر مکعب است. در مورد الیاف لازم است که پارچه افزون بر اینکه استحکام کافی داشته باشد تا حد ممکن سبک باشد.

به طور کلی عواملی نظیر تراکم و آرایش مولکولی و وزن اتمی عناصر تشکیل دهنده مولکولها در چگالی الیاف مؤثرند، یعنی هر چه آرایش و تراکم مولکولی لیف بیشتر باشد امکان وجود فضاهای خالی در فواصل مولکولی کمتر است، در نتیجه لیف متراکم تر و سنگین تر خواهد بود به همین ترتیب وزن اتمی عناصر نیز اثر بسزایی دارند.

الیاف پلی اتیلن با چگالی 0/92 سبکترین لیف است و سنگین ترین الیاف، الیاف فلزی هستند که در جدول ضمیمه چگالی الیاف مختلف آمده است.