مواد کاربری و آینده نانوتکنولوژی در نساجی

[Astraea 25,351]

امروزه ساخت کامپوزيت‌هاي تقويت‌شده به وسيلة نانوالياف پيشرفت چشمگيري کرده است. ليفچه‌هاي کربنيِ جامد و توخالي با چند ميکرون طول و دو تا بيش از صد نانومتر قطر خارجي خلق شده‌اند که مصارفي در مواد کامپوزيت و روکش دارند.

يکي از دانشجويان کارشناسي ارشد دانشکدة مهندسي نساجي دانشگاه اميرکبير، دستگاه توليد نانوالياف از محلول پليمري را طراحي کرده و ساخته است. اين دستگاه در *****اسيون مايعات، گازها و مولکول‌ها، امور پزشکي مانند مواد آزادکنندة دارو در بدن، پوشش زخم، ترميم پوست، نانوکامپوزيت‌ها ، نانوحسگرها، لباس‌هاي محافظ نظامي و... کاربرد دارد.

 

مهمترين تأثير نانوکامپوزيت‌ها در آينده کاهش وزن محصولات خواهد بود. ابتدا کامپوزيت‌هاي سبک‌وزن و بعد تجهيزات الکترونيکي کوچکتر و سبکتر در ماهواره‌هاي فضايي.

سازمان فضايي آمريکا (ناسا) در حمايت از فناوري نانو بسيار فعال است. بزرگترين تأثير فناوري نانو در فضاپيماها، هواپيماهاي تجاري و حتي فناوري موشک، کاهش وزن مواد ساختمانيِ سازه‌هاي بزرگ دروني و بيروني، جدارة سيستم‌هاي دروني، اجزاي موتور راکت‌ها يا صفحات خورشيدي خواهد بود.

 

در مصارف نظامي نيز کامپوزيت‌ها موجب ارتقا در نحوة حفاظت از قطعات الکترونيکي حساس در برابر تشعشع و خصوصيات ديگر همچون ناپيدايي در رادار مي‌شوند.

کامپوزيت‌هاي نانوذرة سيليکاتي به بازار خودروها وارد شده‌اند. در سال 2001 هم جنرال موتورز و هم تويوتا شروع به توليد محصول با اين مواد را اعلام کردند. فايدة آنها افزايش استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه‌جويي در سوخت را به همراه دارد.

علاوه بر اين، نانوکامپوزيت‌ها به محصولاتي همچون بسته‌بندي غذاها راه يافته‌اند تا سدي بزرگتر در برابر نفوذ گازها باشند (مثلاً با حفظ نيتروژن درونِ بسته يا مقابله با اکسيژن بيروني.

همچنين خواصّ تعويق آتش‌گيريِ کامپوزيت‌هاي سيليکات نانوذره‌اي، مي‌تواند در رختِ خواب‌، پرده‌ها و غيره کاربردهاي بسياري پيدا کند.

/www.rasekhoon.net/

[Astraea 25,351]

الیاف پنبه دارای خواص خوبی از قبیل جذب رطوبت، استحکام و نرمیمی باشد، از محدودیت های این الیاف می توان به چروک پذیری، لکه پذیری و قابل اشتعالبودن آنها اشاره کرد. محصولات ساخته شده توسط الیاف مصنوعی با اینکه به طور معمولدر برابر چروک مقاوم هستند و استحکام بالائی نیز دارند، اما فاقد خصوصیات مناسبمنسوجات پنبه ای می باشد. با پیشرفت های انجام شده در زمینه نانوتکنولوژی امکانتوسعه و پیشرفت در نسل آینده الیاف پنبه ای به وجود آمده که تکمیل کننده مزایایالیاف پنبه ای و مصنوعی است. در این مقاله سعی شده خلاصه مزایای بدست آمده در زمینهنانوتکنولوژی و کاربردهای قبلی آن در منسوجات پنبه ای همراه با ایده هائی در موردمسیر تحقیقات آینده را ارائه شود.

نانو تکنولوژی علمی است که با مقایس تقریبی ۱ تا ۱۰۰ نانومترکار می کند (۱ متر = ۱ بیلیون نانومتر). در حال حاضر در تولیدات صنعت نساجی ۱۰۰نانومتر ابعاد کاربردی می باشد. فناوری نانوتکنولوژی می تواند در ویژگی های مطلوبصنعت نساجی از قبیل نرمی پارچه، پایداری، استحکام، قابلیت جذب رطوبت ، ضد حریق،آنتی میکروب و غیره در الیاف، نخ ها و پارچه ها کاربردهای زیادی داشته باشد،بنابراین پیش بینی می شود با ارتقاء مواد نساجی به وسیله علم نانو این صنعت به یکصنعت تریلیون دلاری با نتایج اقتصادی و زیست محیطی مطلوب تبدیل گردد.

تگرچه صنعت نساجی یک قسمت کوچک از تحقیقات جهانی در نمایان کردنحوزه نانو تکنولوژی است، اما در سال ۲۰۰۳ با این ارزیابی تأمین بودجه جهانی برایتحقیقات و گسترش در زمینه نانو تکنولوژی سالیانه ۳ بیلیون دلار افزایش یافت.

● نانو تکنولوژی در نساجی

▪ الیاف و نخ های جدید

▪ توسعه الیاف یک یا چند جداره نانو از قبیل نانو کامپوزیت لولههای کربنی (CNT)؛

▪ تولید الیاف نانو با استفاده از الکتروریسی؛

▪ افزایش خصوصیات مکانیکی، شیمیائی عملیاتی الیاف و نخ؛

▪ اصلا تکمیل پارچه

▪ نانو تکنولوژی می تواند خصوصیات ظاهری پارچه های پنبه ای رابهبود بخشد.

▪ توسعه و تنوعی در تکمیل های شیمیائی ایجاد کرده است.

در این مقاله به توضیح خلاصه ای از پیشرفت های ساخت در این فنآوری و کاربردهایش در منسوجات می پردازیم که به دو سرفصل اصلی زیر تقسیم شده اند:

▪ کاربردهای نانو تکنولوژی در تولید الیاف و نخ؛

▪ کاربردهای آن در تکمیل پارچه.

واضح است که پارچه های ساخته شده از الیاف طبیعی پنبه ای ومصنوعی دارای مزایا و محدودیت های متفاوتی خواهند بود همان طور که قبلاً اشاره شدپارچه های پنبه ای خصوصیات مناسبی از قبیل جذب آب و نرمی دارند. هرچند کاربردهایآنها به خاطر استحکام کم، چروک پذیری، لکه پذیری و قابلیت اشتعال بالا محدود شدهاست. از طرفی الیاف مصنوعی فاقد خواص مطلوب پارچه های پنبه ای می باشد. هدفاین بحث،نشان دادن اهمیت فناوری نانو و لزوم گسترش آن می باشد، که منجر به پیشرفت درمنسوجات پنبه ای و مصنوعی می گردد. به علاوه، برخی کاربردهای فناوری نانو در صنعتنساجی و ایده های تازه برای استفاده در تحقیقات آتی، به طور خلاصه بیان شده اند.

● پیشرفت ها در گسترش های لیف/نخ نانو:

کشف نانو لوله های کربنی (CNT) توسط ایجیما در سال ۱۹۹۱ راهیجهت اکتشافات الیاف محکم و قویتر برای استفاده های کاربردی شد. اخیراً نخ هائی باعملکرد بالا به وسیله چیدمان و آرایشی خاص از نانو لوله های کربن بدست آمده است. این قبیل نخ ها شامل خواص مکانیکی فوق العاده ای از قبیل ضریب یانگ، مقاومت کششی درحدود ۲۰۰Gpa، و کرنش کشسانی در حدود ۲۰% می باشد.

آن دسته از الیاف نانو که با فرایند الکتروریسی بدست آمده بهطور قابل ملاحظه ای مقاومت و قابلیت هدایت گرمای پارچه را بعد از عملیات حرارتیمناسب بالا می برد. از این رو این نانو الیاف و نخ ها در سوپرخازن ها در قطعاتمنسوج الکترونیکی استفاده می شوند.

ضمناً می توان به طور همزمان با کاهش قطر و افزایش تاب لیف، نخهای نانوئی را ریسید که به آن نانو لوله های کربنی چند لایه (MWCNT) گفته می شود واز چند لوله کربنی نانو (CNT) به طور متحدالمرکز تشکیل یافته است این نخ ها خواصمکانیکی مخصوصی از قبیل استحکام، دوام و غیره دارا می باشدو در ساخت منسوجاتالکترونیکی برای استفاده های گوناگون از قبیل ذخیره انرژی، جذب امواج رادیو یا موجهای کوچک، و پشتیبانی دشارژ شدن الکتریسته ساکن استفاده می شوند.

تازه ترین تکنولوژی بدست آمده در این زمینه نشان می دهد که ازترکیب الیاف نانو و الیاف مقاوم می توان منسوجات بی بافت خاصی نیز تهیه کرد. بااستفاده از فرایند ذوب ریسی، الیاف مرکب پلی پروپیلن/ نانو کربن ریسیده می شود کهبه صورت قابل ملاحظه ای توانائی بهبود مدول ها استحکام فشاری و خواص انتشار (پراکندگی) پلیمرها را دارا می باشد.

● پیشرفت در تکمیل پارچه

از پیشرفت های اخیر بدست آمده در این بخش می توان به استفاده ازعلم نانو تکنولوژی در پارچه های تکمیل شده اشاره کرد. از شرکت های مهم و پیشگام دراین زمینه شرکت نانوتکس می باشد. پیشرفت های متعددی که این شرکت در زمینه تولیدمنسوجات خاص داشته می توان ایجاد خواص ذیل را اشاره نمود:

۱) خاصیت ضد الکتریسیته ساکن؛

۲) عملیات ضد چروک با استفاده از فناوری چروک رطوبتی؛

۳) مقاومت لکه پذیری و عملیات دفع روغن؛

۴) نانو دانه ها، برای حمل عامل های بیواکتیو یا آنتی بیولوژی،داروها، مواد داروئی، مواد محافظ در برابر اشعه خورشید و حتی رنگ های نساجی، باتوسعه فناوری های نوین نانو تکنولوژی؛

از دیگر تکنولوژی های برجسته بدست آمده در این زمینه فرایندرسوب گیری اکسیداسیون شیمیائی است. این روش با رسوب گیری پلیمرهای الکتروفعال کارکرده و در نتیجه آن منسوجاتی با قابلیت کششی بالا و پایداری خوب تولید می شوند. علاوه بر این فرایند پلیمری شدن سطحی پلیمرهای الکتروفعال هدایتی قابلیت رسانش راتا ۱۰ برابر حالت اولیه، با کاهش مقاومت الکتریکی در الیاف پلیمری شامل می گردند. این قبیل مواد مرکب پلیمری در تضعیف موج های کوتاه، حفاظت کردن EMI تأثیر داشتهبنابراین می تواند در کاربردهای نظامی و تکنولوژی های امنیتی و حفاظتی مورد استفاده قرار گیرد.

● کاربردهای نانو در صنعت نساجی

در پی پیشرفت های نانوتکنولوژی و استفاده این علم در کارخانه هاو صنعت نساجی پیشرفت زیادی در تکمیل پارچه ها بدست آمد که از بین آنها به موارد زیرمی توان اشاره داشت:

▪ مقاومت در مقابل تهدیدهای شیمیائی و بیولوژیکی؛

▪ توسعه نانو کامپوزیت ها برای عملکردهای بهتر؛

▪ استفاده در منسوجات پزشکی و نظامی؛

▪ برطرف کردن خاصیت چروک پذیری، لکه و به طور کلی بالا بردنمقاومت ایستائی پارچه ها؛ پارچه های محافظ در برابر اشعه UV؛

● کاربردهای نانو تکنولوژی در پارچه ها:

با توجه به توضیحات داده شده در این زمینه می توان گفتنانوتکنولوژی فرایندی جهت توسعه پارچه های تکمیل شده می باشد و می تواند خواصمناسبی از قبیل مقاومت در برابر چروک و لکه، خاصیت ضد الکتریسته ساکن، خاصیت حفاظتیدر برابر اشعه UV و... در پارچه ها ایجاد نماید. اخیراً شولر تکنولوژی جدیدی جهتکنترل شرایط آب و هوائی ایجاد کرده که به پوشش حلزونی معروف می باشد و کاملاً دربرابر هوا، آب و باد مقاوم هستند.

● نتیجه گیری و مسیر آینده

با توجه به توضیحات ارائه شده می توان گفت که نانوتکنولوژی از پتانسیل های بالائی برای سودآور کردن صنعت نساجی و سایر صنایع برخوردار می باشد. در حقیقت این علم در بالاتر بردن ساخت ماشین آلات و فرایندهای نساجی نقش مهمی را داراست. برای مشتری گرا شدن بیشتر محصولات در آینده استفاده از تکنولوژی نانو توصیه می گردد. تحقیقاتی آتی باید براساس توسعه و بهبود مقاومت پارچه ها، از بین بردن چین و چروک و سایر خواص توضیح داده شده برنامه ریزی گردد.

 

منبع:

Belt

 

۲۰۰۶ Wide cotton confernces, San Antonio, Texas January ۳۶, ۲۰۰۶

ترجمه: مهندس سیداحسان هاشمی نسب ـ شرکتمهندسی راک صنعت پارس

ماهنامه نساجی امروز