الياف پليمری مصنوعی 1

[spow 44197]

در اين مقاله ما به توصيف الياف پليمري مصنوعي مي پردازيم. توليد الياف پليمري مصنوعي به گفته بسياري پيشرفت عظيمي در نيمه دوم قرن بيستم به شمار مي آيد. در حقيقت از لحاظ منطقي عمر الياف با ظهور الياف مصنوعي مانند نايلون، پلي استر و ... شروع شده است. اين پيشرفت شگرف در اواخر دهه ي 1930 اتفاق افتاد. در اين زمان بسياري از شرکت ها مانند دوپون (Dupont)، مانساتو (Monsato)، بي اي اس اف (BASF)، هوي چست (Hoechst)، آي سي آي (ICI) و ... در بخش الياف فعاليت کردند. براي آگاهي از وسعت فعاليت ها مي توان فعاليت هاي شرکت دوپون را در بين سال هاي 1902-1980 بررسي نمود.

بسياري از الياف پليمري مصنوعي مانند پلي استر، نايلون و... داراي خواص يکنواخت هستند و مي تواند آنها را چندين بار بازيافت کرد.

به هر حال، اين الياف داراي مدول الاستيک پايين هستند، از اين رو کاربرد اين الياف بيشتر به پوشاک و منسوجات محدود مي شود. کارهاي تحقيقاتي انجام شده باعث شد تا الياف پليمري مصنوعي با استحکام و سفتي مناسب جهت تقويت کننده ي کامپوزيت ها توليد گردد. اين کارهاي تحقيقاتي در اواخر دهه ي 1950و ابتداي دهه ي 1960 شروع شد. که باعث ورود الياف پليمري محکم مانند آراميدها (aramid) و پلي اتيلن با زنجيره هاي طويل به عرصه تجاري شد. در ادامه به توصيف توليد، ساختار و خواص تعدادي از الياف پليمري مصنوعي مي پردازيم.

 

تاريخ مختصري از الياف آلي

 

مرور مختصري بر کارهاي انجام شده در زمينه الياف آلي مي تواند ما را در آگاهي يافتن از جايگاه اين مواد در زندگي کمک کند. براي اين کار ما از کشف نايلون شروع مي کنيم. نايلون بوسيله شرکت دوپون در سال 1938 کشف و تجاري سازي شد. والاس کارتررز (Wallas Carothers) از شرکت دوپون عموماً به عنوان پدر نايلون در نظر گرفته مي شود. نايلون براي اولين بار و پيش از جنگ جهاني دوم به مراکز فروش جوراب وارد شد. در حقيقت سال 1988، پنجاهمين سالگرد ورود نايلون به عنوان ماده ي اوليه در توليد جوراب زنانه ساق بلند بود. نايلون بوسيله روش ريسندگي مذاب (melt spinning) توليد مي شود اين فيبر بسيار انعطاف پذير و با دوام است و حالت کشباف دارد. همه ي اين ويژگي ها منجر شد تا نايلون به عنوان يکي از مهمترين الياف در صنعت منسوجات درآيد. همچنين استحکام بالاي نايلون و خواص ضربه اي و مقاومت به خستگي مناسب اين فيبر باعث شد تا نايلون در صنعت الاستيک سازي نيز مصرف شود. اين مسأله بايد مورد توجه قرار گيرد که واژه ي نايلون به گروهي از مواد شبيه به هم اطلاق مي شود، همانگونه که ما گروهي از مواد را با نام شيشه، فولاد و يا کربن مي شناسيم. و به همين خاطر ما نايلون را با حروف بزرگ ننوشته ايم. (در انگليسي حروف اول کلمات خاص با حروف بزرگ نوشته مي شود).

پس از نايلون، پلي اتيلن ترفتالات (PET) و پلي اکريلونيتريل (PAN) دو کشف در زمينه ي الياف آلي بودند. پلي اتيلن ترفتالات از روش ذوبي ريسندگي مي شود و اين در حالي است که پلي اکريلو نيتريل از روش Spinable Polymer solution dope به الياف تبديل مي شود. پلي اتيلن ترفتالات يک پلي استر ترموپلاست است. اين ماده به سرعت به عنوان جايگزين براي پنبه، پشم و رايون در فرش، پتو و ... درآمد. پلي اکريلونيتريل نيز به عنوان پيش ماده در توليد الياف کربن (Carbon fiber) استفاده مي شود. از ميان تمام ويژگي هاي منحصر به فردي که الياف مصنوعي مانند نايلون، PET، PAN و ... دارند، برخي از ويژگي ها مانند خواص سايشي، مقاومت در برابر چروک خوردن، دوام و قابليت شستشوي آنها باعث شده اند تا الياف مصنوعي موفق باشند. توليد الياف پليمري مصنوعي به عنوان يکي از پيشرفت هاي شگرف بشر در نيمه ي دوم قرن بيستم به حساب مي آيد. به هر حال، مهم تر از اين مسئله اين است که هنگامي که اهميت رابطه ي ميان خواص و ساختار در پليمرها کشف شد، عصر جديدي در الياف ساخته بشر شروع شد. تعدادي از کارهاي مؤثر در زمينه ي کريستاليزاسيون پليمرها در اواخر دهه ي 1960 باعث پديد آوردن اين دوره شد. شناخت از فرآيند کريستاليزاسيون پليمرها باعث شد تا رابطه ي ميان ساختار و خواص مواد پليمري شناخته شود. يکي از نتايج اصلي که از کارهاي انجامي بر روي رابطه خواص و ساختار بدست آمد اين مسئله بود که «آرايش زنجيره هاي پليمري به صورت جهت دار و در طول فيبر باعث بهبود خواص مکانيکي مي گردد.» توليد الياف آلي با استحکام کششي و مدول بالا مانند آراميدها و پلي اتيلن، نتيجه ي مستقيم اين تلاش هاست. در واقع در توليد الياف با استحکام و مدول بالا از دو مسئله ساختاري متفاوت استفاده شده است. در پليمرهاي با استحکام بالا و صلب مانند آراميدها ما از صلبيت ذاتي و بسيار بالاي گروه هاي آراميدي در زنجيره ي اصلي به همراه آرايش فيزيکي زنجيره ها بهره گرفته ايم. در حالي که پليمرهاي داراي زنجيره ي انعطاف پذير مانند پلي اتيلن ما از آرايش زنجيره هاي پليمري براي بدست آوردن مدول بالا بهره برده ايم.

در ادامه ما تکنيک هاي عمومي در توليد الياف پليمري مصنوعي را بيان مي کنيم و پس از آن فرآيندهاي توليد، ساختار و خواص برخي از الياف آلي با مدول پايين را توصيف مي کنيم. سرانجام ما به توصيف دو نوع از الياف آلي تجاري مهم که داراي سفتي و مدول بالايي هستند، (آراميدها و پلي اتيلن) مي پردازيم.

 

توليد

 

عموماً، پليمرهاي مصنوعي بوسيله فرآيند ريسندگي به فيبر تبديل مي شود. ريسندگي فيبر (Fiber spinning) فرآيندي است که در طي آن مايعي از ميان سوراخ هاي کوچک عبور مي کند و به صورت فيلامنت هاي جامد در مي آيد.

در شکل 1 شماتيک کلي اين فرآيند نشان داده شده است. در ابتداي فرآيند ما نيازمند محلول يا مذاب پليمر هستيم. فيلامنت ها از سوراخ هاي رشته ساز (spinnert) بيرون مي آيند و پس از آن ممکن است از داخل حمام و آون عبور کند. و سپس به صورت تک نخ بر روي يک بوبين (bobbin) پيچيده مي شود. واژه ي ريسندگي (spinning) همچنين به معني ريسندگي نخ (spinning yarn) نيز استفاده مي شود و اين يک وضعيت نامناسب ايجاد مي کند. در طبيعت کرم ابريشم و عنکبوت ها بوسيله ي همين روش فيلامنت هايي مداوم توليد مي کنند. فرآيند ريسندگي الياف جامد بدين گونه است که يک مايع از ميان روزنه هاي بسيار ريز عبور مي کند و در حقيقت اين موقعيت از آنجايي بدست که مواد خاصي مانند پليمرهاي آلي و شيشه هاي غيرآلي بر پايه ي سيليس داراي ويسکوزيته ي متعادلي براي ايجاد فيلامنت پايدار از روزنه ها هستند. خروج فيلامنت ها از رشته ساز ممکن است بوسيله ي جريان هوا يا حمام انعقاد (coagulating bath) پايدار گردد. اگر ويسکوزيته پايين باشد، جريان خروج فيلامنت ها به خاطر کشش سطحي، ناپايدار مي شود. فلزات مذاب معمولاً داراي ويسکوزيته بسيار پاييني هستند (نزديک به ويسکوزيته ي آب) و بنابراين به طور عادي نمي توان از ريسندگي مذاب براي تهيه ي فيلامنت هاي فلزي استفاده کرد. نقطه ي کليدي که بوسيله آن مي توان تشخيص داد که چگونه جريان مذاب با ويسکوزيته ي پايين را به صورت جريان پايدار درآورديم، امواج رايليت (Rayleigh Waves) است.

بر طبق اين امواج کشش سطحي مناسب تعيين مي گردد و با تنظيم کشش سطحي جريان فلامينت ها پايدار مي شود. يک راه جهت ايجاد فيلامنت هاي مداوم و پايدار اين است که جريان فيلامنت هاي خروجي از روزنه ها را از يک محيط فعال شيميايي عبور دهيم. ويسکوزيته ي پليمرهاي آلي و شيشه ها در گستره اي است که فيلامنت هاي عبوري از روزنه ها تا زمان سرد شدن مشکلي ندارند. (اين ويسکوزيته بيش از 10 به توان 5 poise است.) در واقع عدم پايداري فيلامنت ها گاها به خاطر چسبيدن آنها به همديگر رخ مي دهد که در مورد جريان هاي مذاب با ويسکوزيته پايين مي توان از پايدار کننده هاي شيميايي استفاده کرد. براي مثال والنبرگر (wallenberger) و همکارانش در سال 1992 فرآيندي براي توليد الياف (آلومينا و سيليس) را ابداع کردند که در آن جرياني از فيلامنت ها با ويسکوزيته ي پايين (10poise) را بوسيله ي پروپان پايدار مي کنند. و پيش از اينکه فيلامنت ها به صورت قطره درآيند فرآيند پايدار کنندگي الياف انجام مي شود.

[spow 44197]

در ادامه به توصيف مختصري از روش هاي توليد الياف مي پردازيم:

 

1) ريسندگي مذاب (melt spinning)

 

در اين روش موادي که مي خواهيم آنها را به شکل الياف درآوريم را ذوب مي کنيم و مذاب حاصله از ميان يک رشته ساز عبور مي دهيم. (شکل 2)

مايع عبوري از رشته ساز بوسيله ي هوا سرد و جامد مي گردد. اين روش عموما براي توليد الياف آلي مانند نايلون، پلي استر و پلي پروپيلن استفاده مي شود.

 

2) ريسندگي خشک (Dry spinning)

 

در اين روش محلولي از مواد پليمري در حلال فرار آلي از ميان رشته ساز عبور مي کنند و بداخل يک محيط گرم وارد مي شوند. باريکه اي از هواي گرم در همان لحظه اي که جريان فيلامنت از رشته ساز بيرون مي آيد، بدان برخورد مي کند. اين مسئله باعث بخار شدن حلال مي گردد. و با خشک شدن حلال، فيلامنت هاي جامد پديد مي آيند. (شکل 3)

اليافي مانند استات، اکريليک و الاستومرهاي پلي يوريتاني از اين روش توليد مي شوند.

 

3) ريسندگي تر (wet spinning)

 

يک محلول پليمري در يک مايع آلي يا معدني از ميان سوراخ هاي رشته ساز اکسترود مي شوند. پس از عبور فيلامنت ها از داخل رشته ساز، آنها از حمام انعقاد عبور مي کنند. در اين حمام واکنش هاي فيزيکي و شيميايي بر روي فيلامنت ها رخ مي دهد. و پس از خروج فيلامنت از حمام، الياف تشکيل مي شوند. شکل4 اين فرآيند را نشان مي دهد. مثال هايي از الياف آلي توليدي با اين روش عبارتند از رايون و الياف اکرليک.

 

4) ريسندگي تر- خروج خشک (Dry jet-wet spinning)

الياف آراميد به اين روش توليد مي شوند. در اين فرآيند، محلول آن- ايزوتروپيک از ميان سوراخ هاي رشته ساز اکسترود مي شود و وارد يک فاصله ي هوايي (تقريباً 1cm) مي شود و سپس از آنجا وارد يک حمام انعقاد مي شود. الياف انعقاد يافته سپس شسته مي شوند و پس از شسته شدن، عمليات خنثي سازي و خشک کردن اتفاق مي افتد.

 

5) ريسندگي ژله اي (gel spinning)

 

در اين فرآيند، فيلامنت ها از سوراخ هاي رشته به صورت يک ماده ي رابر مانند يا ژله اي خارج مي شوند و سپس سرد مي شوند. اين فرآيند براي ريسندگي پليمرهاي خطي با زنجيره ي انعطاف پذير مانند پلي اتيلن مناسب است. يک فيبر ژله اي هنگامي که محلولي مناسب از رشته ساز خارج گردد و سپس در هوا سرد گردد، پديد مي آيد.

اين الياف ژله اي داراي ساختاري شبکه اي از زنجيره هاي متورم هستند که با سرعت بالا و در دماي زير نقطه ذوب تشکيل مي شوند. الياف پلي اتيلن با وزن ملکولي بسيار بالا که داراي سفتي و استحکام بالاست، بوسيله ي اين فرآيند توليد مي شوند.

 

6) توليد الياف از غشاء (fibres from films)

 

در همه ي روش هاي توضيح داده شده در بالا محلول يا مذابي از پليمر در داخل رشته ساز اکسترود مي شود. در اينجا مي خواهيم روشي را توضيح دهيم که با روش هاي بالا کاملا متفاوت است. در اين روش از غشاء نازک جهت توليد الياف استفاده مي شود. اين تکنيک براي پليمرهاي به کار مي رود که به آساني به غشاء تبديل مي شوند. همچنين براي پليمرهايي مناسب است که بسيار جهت دارند و توليد غشاء از آنها گران نباشد. اين غشاء ها آن- ايزوتروپ هستند و خواص کششي آنها در جهات اصلي متفاوت است. (در واقع استحکام آنها در جهت طولي بسيار بيشتر از حالت عمود بر آن است). در اصل اين مسئله جهت گيري زنجيره هاي پليمري در جهت کشش غشاء است. اين تفاوت در خواص در جهات مختلف اجازه مي دهد که غشاء به آساني به الياف توليد شود. اين کار بوسيله فرآيندهاي مکانيکي مانند برس زني (brushing)، سائيدن (rubbing) يا پيچاندن (twisting) انجام مي شود. در واقع غشاء به آساني برش مي خورد. مقطع عرضي اين نوع الياف به جاي دايره اي، مستطيلي يا مربعي است که علت آن نوع مواد مورد استفاده است.

[spow 44197]

کشش و جهت دهي

 

ما به کرار گفتيم که يکي از خواص مهم هر فيبر پليمري ميزان جهت گيري زنجيره ي ملکولي در طول محور آن است. فرآيند روزن راني (extrusion) از ميان رشته ساز باعث مي گردد تا برخي از زنجيره ها در فيلامنت جهت گيري کند. عموماً ، ملکولهاي موجود در ناحيه سطحي بيشتر از ملکولهاي داخلي فيلامنت جهت گيري مي کنند، علت اين مسئله اين است که ملکولهاي سطحي بيشتر تحت تأثير لبه هاي سوراخ رشته ساز قرار مي گيرند. اين مسئله حتي مي تواند بر روي بسياري از خواص ديگر فيبرها اثر بگذارد. براي مثال، چسبندگي با يک زمينه پليمري يا قابليت رنگ پذيري الياف.

اکثر الياف پليمري که به روش ريسندگي توليد مي شوند را تحت کشش قرار مي دهند تا سايز زنجيره هاي پليمري نيز در جهت محور فيبر جهت گيري کنند و در نتيجه سفتي و استحکام در جهت محور فيبر افزايش يابد. عموماً مقدار کشش مورد نياز با واژه ي سرعت کشيدن يا سرعت کرنش (strainratio)، لاندا، نشان داده مي شود. اين مقدار برابر است با نسبت قطر ابتدايي به قطر نهايي، براي مثال الياف نايلون به طور نمونه وار با سرعت کشش 5 روبرو مي شوند. سرعت کشش بالاتر از حد نياز باعث افزايش هم ترازي زنجيره ها مي شود و اين مسئله نهايتاً مدول الاستيک بالاتري ايجاد مي کند. ( شکل 1 )

تغيير مدول به عنوان تابعي از سرعت کرنش يا کشش براي براي پلي اتيلن ترفتالات (PET) و پلي پروپيلن (PP) در جهت محوري و جهت مورب آورده شده است. توجه کنيد که تغيير سرعت کرنش يا کشش در جهت مورب تأثير کوچکي بر روي مدول مي گذارد.

جهت گيري زنجيره هاي ماکروملکولها. همچنين بر روي قابليت فيبر در جذب رطوبت تأثير مي گذارد. افزايش هم جهتي در زجيره ها باعث مي شود، کريستالينيتي افزايش يابد و جذب رطوبت کمتر مي شود. عموماً عمليات کشش باعث مقاومت بيشتر در برابر نفوذ ملکولهاي خارجي مي شود. اين مسئله موجب پايداري شيميايي بيشتر الياف مي گردد. به طور خاص عمليات کشش بر روي خواص رنگرزي الياف تأثير مي گذارد. که علت آن اين است که ملکولهاي رنگ نمي توانند به آساني به الياف نفوذ کنند. به هر حال ميزان کشش اعمالي بر روي يک فيبر پليمري داراي محدوديت است زيرا کشش بيش از حد موجب ايجاد پديده گلويي شدن (necking) در پليمر مي گردد. اين پديده موجب گسستن فيبر مي گردد. گلويي شدن نتيجه تغيير فرم پلاستيکي است که در يک نقطه مشخص اتفاق مي افتد. گلويي شدن سرانجام باعث شکست ماده در آن محل مي شود. اين نکته بايد مورد توجه قرار گيرد که پديده گلويي شدن در کليه موادي که تحت کشش از خود رفتار پلاستيک نشان مي دهند، اتفاق مي افتد. هم جهت شدن زنجيره هاي ملکولي پليمر در طول محور آن باعث تغيير قابل ملاحظه اي در خواص الياف پليمري در جهات مختلف مي گردد.

اثرات محيطي بر روي الياف پليمري

 

فاکتورهاي محيطي از جمله رطوبت، دما، PH، تابش نور فرابنفش (UV) و ميکروارگانيزم ها مي توانند بر روي الياف پليمري اثر بگذارند. الياف پليمري طبيعي نسبت به الياف پليمري مصنوعي حساس ترند و زودتر تخريب مي شوند. سلولز بوسيله گروه زيادي از باکتري ها، قارچ ها و کپک ها مورد هجوم قرار مي گيرد. در واقع ميکروارگانيزم ها از سلولز به عنوان منبع غذايي استفاده مي کنند. الياف طبيعي بر پايه ي پروتئين مانند پشم، مو و ابريشم و ... همچنين مي توانند به عنوان منبع غذايي ميکروارگانيزم ها باشند. اما اين چنين اليافي با وجود رطوبت و دماي مناسب براي تخريب مساعدتر مي شوند. الياف پليمري (طبيعي و مصنوعي) هنگامي که در معرض تابش پرتو نور (نور مرئي و فرابنفش) قرار گيرند، تخريب نوري مي شوند. از لحاظ فيزيکي تابش پرتو نور موجب تغيير رنگ الياف مي گردد. علاوه بر تغيير رنگ، خواص مکانيکي اين الياف نيز کاهش مي يابد.

بيشتر الياف پليمري (طبيعي و مصنوعي) به خاطر جذب رطوبت متورم مي شوند. مقدار تورم در مورد الياف مصنوعي بيشتر است. در مورد الياف مصنوعي، مخصوصاً آنهايي که داراي درجه ي کريستاليستي هستند، تورم در جهت مورب بيشتر از جهت طولي است. اين مسئله به خاطر آن - ايزوتروپ بودن اين الياف است. همچنين علت ديگر اين مسئله اين است که ملکولهاي آب نفوذ کننده در الياف زنجيره هاي ملکولي را از پهلو بيشتر از جهت در طول محور فيبر باز مي کنند.

 

شکل 2 شماتيک اين پديده را نشان مي دهد. يکي از خواص پارچه هاي بافته شده اين است که اين پارچه ها داراي سوراخ هاي مجزا هستند و در هنگام تورم الياف اين سوراخ ها مي توانند به طور کامل يا به صورت نيمه، پر شوند. و از ايجاد تنش جلوگيري کنند.

الياف پليمري با مدول پايين

 

در ادامه به توصيف فرآيند توليد، ساختار و خواص تعدادي از الياف پليمري مصنوعي با مدول پايين مي پردازيم:

 

نايلون (Nylon)

 

نايلون نام عمومي هر پلي آميد با زنجيره بلند و ترموپلاست است که بيش از 85% از گروه هاي آليفاتيک آن در زنجيره ي اصلي باشند. اين مسأله مهم است که بدانيم نايلون ها و پلي آميدها نام عمومي يک گروه از الياف هستند. واژه ي نايلون عموماً در آمريکاي شمالي و انگلستان استفاده مي شود در حالي که واژه پلي آميد در کشورهاي اروپايي مرسوم است. ساختار شيميايي نايلون 66 در شکل 3 نشان داده شده است.

بخش (CONH) نشان دهنده گروه آميدي است. گروه هاي آميدي موجود در زنجيره هاي مجاور باعث مي شوند که بين اين زنجيره ها پيوند هيدروژني بوجود آيد. و اين مسأله باعث ايجاد ساختار متراکم تر مي شود. براي تعريف نايلون مي توان از تعريفي که بوسيله ي کميسيون تجارت فدرال ايالات متحده ي آمريکا (Commision Federal Trade) براي اين الياف بيان شده است استفاده کنيم. با توجه به تعريف اين کميته فيبر نايلون فيبري مصنوعي است که مواد اوليه ي استفاده شده براي توليد آن از يک پلي آميد مصنوعي با زنجيره هاي طويل هستند و کمتر از 85% از اتصالات آراميدي آن به طور مستقيم به دو حلقه ي آروماتيک متصل هستند. در واقع 85% مرز ميان پلي آميدها و الياف آراميدي است. و اين تمايز اين دو نوع فيبر به شمار مي آيد. همانگونه که در بالا گفته شد واژه ي نايلون به خانواده ي پلي آميدها اشاره دارد. به هر حال دو نوع مهم از نايلون ها وجود دارد. يکي نايلون 66 و ديگري نايلون 6. نايلون 66 عمده ترين فيبر پلي آميدي است. علت اين گونه نامگذاري آنها بدين علت است که فرآيند توليد الياف بدين صورت است که ابتدا پليمر پايه توليد مي شود و سپس با استفاده از روش ريسندگي مذاب، الياف تهيه مي شوند. چهار عنصر اساسي کربن©، هيدروژن (H)، نيتروژن (N)، و اکسيژن (O) تشکيل دهنده ي مواد اوليه در توليد ناليون 66 و 6 است. در واقع با ترکيب اسيد چرب هگزامتيلن (adipic acid hexamethylene) و کاپرولاکتام (Caprolactam) اين نوع نايلون ها توليد مي شود. فرآيند پليمريزاسيون اين نايلون از نوع پليمريزاسيون تراکمي است و بواسطه آن زنجيره اي طويل از پلي آميد شکل مي گيرد. 66 در نايلون 66 به تعداد اتم هاي کربن در جزء اصلي نايلون اشاره دارد. مثلا عامل دي آمين و اسيد دو عاملي هر کدام 6 اتم در ساختارشان دارند. به هر حال اگر پلي آميد توليدي داراي يک تک جزء اصلي باشد (مثلا مونوم آن يک آمينو اسيد باشد)، براي بيان تعداد کربن در جزء اصلي تنها از يک عدد استفاده مي شود. مثلا نايلون 6 پلي آميد توليدي سپس به روش ريسندگي ذوبي به فيلامنت تبديل مي شود. پس از عمليات کشش (با سرعت کشش 5) و پس از سرد کردن الياف، الياف نايلون ترموپلاست با استحکام بالا پديد مي آيد. در اينجا بايد بدين مسئله توجه کرد که استفاده از دستگاه ريسندگي الياف با سرعت بالا (بالاتر از 6000 متر بر دقيقه) مي تواند نياز هاي ما را براي مرحله کشش برطرف کند.

 

الياف پلي استر (Polyester Fibres)

 

الياف پلي استر، مانند الياف پلي آميد يکي ديگر از خانواده هاي مهم الياف هستند. الياف پلي استر در انگلستان و در سال 1941 کشف شد و در سال 1950 به صورت تجاري در آمد. دو نام عمومي متداول براي پلي استر عبارتست از: داکرون (Dacron) و تريلن (Terylene). در واقع نام تجاري داکرون در آمريکا و تريلن در انگلستان استفاده مي شود. واژه ي پلي استر بيان کننده خانواده اي از الياف است که از پلي اتيلن ترفتالات ساخته مي شوند. دي متيل ترفتالات (terephtalate Dimethyl) در حضور کاتاليزور اکسيد آنيموآن با اتيلن گليکول (ethylene glycol) واکنش مي دهد و پلي اتيلن ترفتالات يا پلي استر توليد مي گردد. ساختار تکرار شونده ي PET در شکل 4 نشان داده شده است.

اگر چه پلي استرها مي توانند ترموپلاست و ترموست باشند واژه ي پلي استر با PET مترادف شده است. توجه داشته باشيد که ساختار زنجيره PET از ساختار ساده تر نايلون يا پلي اتيلن متفاوت است. در PET، حلقه ي آروماتيک و پيوندهاي کربن کربن متصل به آن به گونه اي هستند که باعث صلب شدن ساختار شده اند. همچنين ساختار پلي استر فضاي بيشتري نسبت به نايلون يا پلي اتيلن اشغال مي کند. (ساختار بالک تري دارد). اين مسئله موجب مي شود تا پلي استر نسبت به نايلون و پلي اتيلن انعطاف پذيري کمتري داشته باشد و سرعت کريستاليزاسيون PET آهسته تر از سرعت کريستاليزاسيون در نايلون و پلي اتيلن باشد. بنابراين هنگامي که مذاب پلي استر سرد مي شود، مقدار قابل توجهي از کريستاليزاسيون اتفاق نمي افتد.

مانند نايلون، الياف پلي استر از پليمرهاي خطي که حاصل پليمرايزاسيون تراکمي است، بدست مي آيند. و بوسيله ريسندگي مذاب تشکيل مي شوند. سپس عمليات کشش بر روي اين الياف انجام مي شود. مانند نايلون، عمليات کشش در الياف پلي استر در دماي 80 درجه سانتي گراد و در بالاي دماي انتقال به حالت شيشه اي (Tg) انجام مي شود.

الياف پلي اولفين (polyolefin fibers)

 

پلي پروپيلن و پلي اتيلن احتمالا دو نوع مهم از الياف پلي اولفيني هستند. پلي اتيلن داراي ساختار زنجيره اي خطي و ساده است. در ساختار پلي اتيلن، اتم هاي کربن زنجيره اي اصلي و هيدروژن گروه هاي جانبي را تشکيل مي دهد. يک چنين ساختاري کريستاليزاسيون آن را آسان مي کند.

براي پلي اتيلن سه درجه بندي معمولي وجود دارد.

1) پلي اتيلن با دانسيته ي پايين (low density polyethylen)

 

اين درجه از پلي اتيلن را به اختصار LDPE مي ناميم.

2) پلي اتيلن با دانسيته بالا (high density polyethylen)

 

اين درجه از پلي اتيلن را به اختصار HDPE مي ناميم.

3) پلي اتيلن با وزن ملکولي بسيار بالا (ultra-high molecular weight polyethelene)

 

اين درجه از پلي اتيلن را به اختصار UMWPE مي ناميم.

براي ساخت الياف با مدول بالا از UMWPE استفاده مي شود.

در بخش هاي بعدي در مورد الياف پلي اتيلن با وزن ملکولي بسيار بالا به طور مفصل توضيح مي دهيم. علت اين مسئله اين است که اين نوع الياف به عنوان يکي از الياف با استحکام و مدول بالا در نظر گرفته مي شود.

الياف پلي پروپيلن نيز يکي از الياف مهم محسوب مي شوند، اگرچه اين الياف مدول بسيار بالايي ندارند. درجه کريستاليزاسيون بدست آمده در الياف پلي پروپيلني عموما کمتر از درجه ي کريستاليزاسيون در پلي اتيلن است. علت اين مسئله اين است که پلي پروپيلن داراي گروه هاي جانبي است در حالي که پلي پروپيلن خطي است. عموماً گروه هاي جانبي بزرگ باعث مي شود تا آرايش زنجيره هاي ملکولي سخت گردد. نحوه ي قرار گيري گروه ها (آريشمندي) نيز در اين مورد مهم مي باشد. الياف پلي اولفيني از پليمر يا کوپليمرهاي اولفيني مانند پلي اتيلن و پلي پروپيلن توليد مي شوند. الياف پلي پروپيلن بوسيله ريسندگي مذاب توليد مي شود. در اين فرآيند پليمر از ميان روزن ران (extruder) اکسترود مي گردد. و پس از آن عمليات حرارتي و مکانيکي مناسب بر روي الياف انجام مي شود. شکل 5 نشان دهنده ي شماتيک اين فرآيند است.

روزن ران اين فرآيند داراي يک رشته ساز در انتهاي خود است و مانند ساير موارد، رشته ساز عموماً داراي روزن هايي است که بر روي يک شکل استوانه اي قرار دارند. دماي ذوب پليمر در اين فرآيند 250 درجه سانتيگراد است. فيلامنت هاي توليدي از داخل يک تانک آب عبور مي کنند و سپس به بخش غلطک هاي کشنده رفته، کشيده مي شوند. رشته هاي کشيده شده سپس به بخش آون آينلپنگ برده شده، سرانجام بر روي قرقره پيچيده مي شوند. مانند ساير پليمرها، ميزان جهت گيري زنجيره ها، تابعي از سرعت کشش الياف. در اين مورد نيز سرعت کشش برابر است با نسبت سرعت غلتک کشش (draw roll) به سرعت غلتک هاي پوول (rolls Pull). عموماً اين سرعت کشش برابر 9 است که مي تواند الياف با استحکام بالا توليد کند. فرآيند آينلينگ نيز باعث آزاد سازي تنش هاي پس ماند مي گردد.

[SHEK 11]

با تشکر از شما . ولی 1 پیشنهاد دارم .چون بیشتر مطالب بالا تکراری بود و در همه سایت ها بود به نظر من بهتره از سایت های خارجی برای بهتر کردن آن ها و به روز بودنشون کمک بگیرید . ولی همین که تمام مطالب را 1 جا در اختیار کاربران قرار میدید عالی هستین.