ذوب ریسی اصلی ترین روش تولیدی است که امروزه برای الیاف مصنوعی استفاده می شود. در زیر ماشین آلات این دسته را مشاهده می نمایید.
ذوب ریسی اصلی ترین روش تولیدی است که امروزه برای الیاف مصنوعی استفاده می شود. آغاز دوره جدیدی در الیاف مصنوعی با کشف نایلون و پلی استر تحقق یافت که منجر به فرآیند ذوب ریسی شد. ثابت شد که این موضوع از اهمیت اساسی برخوردار است. پیش از این، الیاف مصنوعی مانند نیترات سلولز، استات سلولز و ویسکوز با استفاده از یک پلیمر سلولزی طبیعی، مانند آنچه در چوب یا پنبه وجود دارد، ساخته می شده است. دستیابی به موفقیت در اواخر دهه 1930 هنگامی انجام شد که دکتر والاس اچ. کاروترز، دو پونت، ابزاری را برای سنتز یک پلیمر برای تشکیل اولین لیف مصنوعی واقعی کشف کردند.
کاروترز کشف کرد که پلی آمیدها را می توان از دیامین ها و دی اکسیدها ساخت، به این ترتیب دو مولکول از این میعانات واکنش می دهند و یک زنجیره مولکولی بلند، مناسب برای ایجاد لیف را تشکیل می دهند. این سرآغاز فرآیند اختراع ماشین آلات ذوب ریسی بود.
از این تحولات و پیشرفت ها، دو شکل اصلی پلی آمید مناسب برای تشکیل الیاف بدست آمد:
در سال 1941، از کار توسعه یافته توسط کاروترز، دو شیمیدان انگلستانی جی آر وینفالد و جی تی دیکسون یک استر پلیمری “تریلن”، ایجاد شد که با واکنش اسید ترفتالیک با اتیلن گلیکول برای تشکیل پلی اتیلن ترفتالات تشکیل شد.
این دومین پیشرفت عمده در تولید الیاف مصنوعی بود که به ذوب ریسی منتهی شد. هر دو پلیمر نایلون و پلی استر از نوع ترموپلاستیک هستند و به همین ترتیب، پلیمر در دمای بالا به یک جرم چسبناک تبدیل می شود.
در زیر پلیمر نایلون 66 و نایلون 6 یا پلی کاپرولاکتام را می بینید.
و در ادامه پلی اتیلن ترفتالات پلی استر (PET) را مشاهده می نمایید.
با اکسترود شدن مذاب پلیمر از طریق سوراخ های ریز و خنک سازی، رشته ها تشکیل می شوند. این اساس ذوب ریسی است، که اصلی ترین روش تولیدی است که امروزه برای الیاف مصنوعی استفاده می شود.
علاوه بر کشف نایلون و پلی استر، در سال 1954 پلی پروپیلن ظهور کرد. پلی پروپیلن یک پلیمر ترموپلاستیک است و پروپیلن یک محصول جانبی از پالایشگاه های روغن است. کارل رن و جولیو ناتا در ایتالیا برای اولین بار پلی پروپیلن را پلیمری کردند. پلی پروپیلن، با زنجیره های جانبی متیل، تمایل به ایجاد یک پلیمر اتاکتیک یا نامنظم دارد، که آمورف و غیر بلوری است و از خواص مکانیکی خوبی برای استفاده نهایی الیاف در فرآیند ذوب ریسی برخوردار نیست.
توسعه پلی پروپیلن ایزوتاکتیک توسط زیگلر و ناتا دنبال شد. آن ها از کاتالیزورها برای تشکیل گروه های متیل به روشی منظم و تکراری استفاده کردند که برای غلبه بر این محدودیت در همان سمت صفحه زنجیره اصلی کربن قرار دارد. در نتیجه، پلی پروپیلن نیز به بخشی از صنعت ذوب ریسی الیاف مصنوعی تبدیل شد. امروزه صنعت ذوب ریسی الیاف مصنوعی معمولا از پلی استر و نایلون تشکیل شده است. به دلیل خاصیت حرارتی و رنگی محدود (توانایی رنگ)، پلی پروپیلن محدود به بازارهای تخصصی می شود. در ادامه پلی پروپیلن را می بینید.
نخ های ترموپلاست ذوب ریسی شده از زنجیره های طولانی مولکولی از پلیمرهای با وزن مولکولی بالا تشکیل شده اند. میزان آرایش یافتگی زنجیره ها به عبارت دیگر درجه های جهت گیری است که در آن مولکول ها نسبت به محور رشته قرار می گیرند و تحت تأثیر سرعت ذوب ریسی است. بیشترین کشش نخ فیلامنت بین نقاط اکستروژن و جایی که فیلامنت ها تحت تنش دستگاه تغذیه پایین کش بعدی قرار دارند، هنوز در حالت پلاستیکی خود هستند. این مولکول ها نیز به طور تصادفی از طریق پیوند شیمیایی و قطبی با زنجیره های مولکولی مجاور پیوند می خورند و یک ساختار مولکولی عمدتاً آمورف ایجاد می کنند. اصطلاحاتی که برای توصیف نخ های ریسیده شده استفاده می شود به سرعت های ریسیدن اشاره دارد:
در شکل زیر فرآیند ذوب ریسی اولیه در ماشین آلات نساجی با استفاده از شبکه فلزی گرم شده برای ذوب پلیمر را مشاهده می نمایید.
امروزه مقدار کمی از سرعت ریسیدن اولیه LOY استفاده می شود که دلیل اصلی آن موارد زیر است:
قبل از ذوب ریسی، چیپسهای پلیمری با برش رشته های جامد شده از پلیمر اکسترود شده از فرآیند پلیمریزاسیون تولید می شوند (اگرچه گاهی از فرآیند های مداوم پلیمریزاسیون-ریسیدن استفاده می شود). دی اکسید تیتانیوم در طی پلیمریزاسیون برای دستیابی به درخشندگی مطلوب، هنگامی که به ظاهر مات نیاز است، اضافه می شود. پلیمرها معمولاً به صورت انواع روشن، نیمه مات یا مات عرضه می شوند. چیپس های پلیمری را در این تصویر می بینید.
در فرآیند ذوب ریسی ریسندگی POY امروزی، چیپس های پلیمری تحت شرایط رطوبت کنترل می شوند. سپس در یک اتمسفر بی اثر با استفاده از اکسترودر پیچی شکل، که مناطق دمایی را به طور دقیق کنترل می کند تا به تدریج پلیمر ذوب شود، تغذیه می شوند. فشار ذوب ثابت با تنظیم خودکار سرعت اکسترودر حفظ می شود. از خروجی اکسترودر، ذوب، تحت دما و فشار کنترل شده، به میله ریسندگی تغذیه می شود. هنگام خروج از میله، مذاب به تعدادی پمپ چرخ دنده در حال ریسیدن توزیع می شود که به طور دقیق پلیمر را به مجموعه های ریسنده، که شامل محیط فیلتراسیون و اسپینرت ها هستند، تغذیه می کند.
سیستم های تصفیه به طور معمول می توانند ذرات ریز باشند، به عنوان مثال شن و ماسه یا پودر فلز، یا مش های فلزی. آرایش و ترکیب مواد برای فشارهای ذوب عملیاتی مورد نظر، به منظور حفظ و یکدست بودن فشار بین قسمت های خط تولید دستگاه ریسندگی بسیار مهم است. اسپینرت ها دیسکهای استیل ضدزنگ حاوی سوراخ های دقیق ریز مهندسی شده با قطر حدود 2/0 میلی متر هستند. فیلامنت ها از طریق آنها از یک اتاقک خنک کننده به یک جریان هوای خنک کننده اکسترود می شوند.
سوراخ های اسپینرت دارای ورودی های مخروطی و طول مشخصی هستند: نسبت های قطر برای بهینه کردن عملکرد در مورد جریان رئولوژیکی مذاب پلیمر است. در ذوب ریسی مقاطع سوراخ اصلاح شده می تواند برای ساخت رشته با شکل سطح مقطع های مختلف مانند، سه لبه یا چند لبه، که بر انعکاس نور و از این رو درخشش نخ تأثیر می گذارد، استفاده شود. چگالی خطی (نمره) نخ ریسیده شده نه از طریق قطر سوراخ های اسپینرت بلکه از طریق توان ذوب پلیمر و سرعت پیچیده شدن نخ فیلامنتی ممتد تعیین می شود.
در زیر تشکیل نخ فیلامنت ممتد؛ اکستروژن از اسپینرت به داخل منطقه خنک سازی هوا را مشاهده می نمایید.
در این تصویر هم ابزار سرامیکی برای سنجش پایان ریسیدن را می بینید.
نخ ریسیده شده در فرآیند ذوب ریسی نیز با استفاده از تکمیل ریسندگی از طریق جت های اندازه گیری در منطقه خنک سازی، روغن کاری می شود. علاوه بر این، اینترلاک کردن فیلامنت ها در نخ، با استفاده از جت های هوای فشرده قبل از پیچش برای اعمال یک انسجام بخشی با دوره تکرار شونده بین رشته ای به طور معمول 4 تا 5 اینترمینگل در هر متر، برای اجتناب از جداشدن فیلامنت ها در زمان برداشت نخ ریسده شده از بوبین در فرآیند پایین دست، یک عمل استاندار است.
با کشیدن، و در بعضی موارد نیز با اعمال گرما به POY، ساختار مولکولی آرایش یافته تر می شود. همچنین مناطق سازمان یافته یا “کریستالی” زنجیره ها افزایش زیادی می یابد. این به نخ مدول، استحکام و پایداری بیش تری می دهد، یعنی خواص مکانیکی قابل استفاده برای نخ صنعت نساجی در فرآیند ذوب ریسی بهبود می یابد. در شکل زیر دوازده موقعیت اینترلاک جت SPT برای فرآیند های ریسندگی را می بینید.
در این تصویر هم مدل به تصویر کشیدن مناطق آمورف و بلورین در زنجیره های مولکولی (a) مناطق آمورف و (b) مناطق مرتب بلوری را مشاهده می نمایید.
| LOY | POY | کشیده شده | |
| جهت گیری (تجزیه مجدد) | 0.005 | 0.038 | 0.18 |
| تبلور% | 0 | 5 | 30 |
| چگالی (g/cm3) | 1.338 | 1.341 | 1.380 |
| دسیتکس | 552 | 273 | 167 |
| استحکام (g / dtex) | 1.1 | 2.0 | 3.9 |
| ازدیاد طول% | 400 | 130 | 30 |
| مدول (g / dtex) | 20 | 27 | 99 |
| جمع شدگی در آب جوش% | 44 | 60 | 8 |
منبع: دایره المعارف جامع دوخت: پوشاک، لوازم خانگی، بهترین ابزارها، روشهای گام به گام، پروژههای خلاقانه / نوشته آلیسون اسمیت؛ ترجمه احسان زرینآبادی و محبوبه احمدی.
