فناوری نانو و صنعت نساجی (2)

همان طور که می دانیم قدمت صنعت نساجی به هزاران سال پیش باز می گردد. جایی که از پشم حیوانات با ساده ترین ابزار نخ ریسیده می شد و با ساده ترین روش ها به پارچه مبدل می گردید. اما امروزه جایگاه این صنعت بسیار دگرگون شده و منسوجات تنها شامل لباس نمی شوند، بلکه با تامل در دنیای پیرامون، متوجه استفاده انبوه از منسوجات در اطرافمان می شویم. در صنایع دفاعی، الکترونیک، کشاورزی، در امور عمرانی، تصفیه آب، تهیه مواد شیمیایی، کالاهای ورزشی، حمل و نقل، خودروسازی و پزشکی، صنایع غذایی، معماری و ساخت و ساز، هوافضا و صنایع کاغذ نیز از منسوجات استفاده می شود. امروزه منسوجات با ریزترین آجربناهای مواد یعنی اتم ها ارتباط دارند. خصوصیات یک منسوج با ساختمان اتمی، مولکولی، زنجیره پلیمری، شبکه کریستالی و غیرکریستالی، تک رشته الیاف، نخ و ساختمان پارچه ارتباط دارد و مسیر اتصال ساختارهای بنیادی به کاربرد، مسیری است که صنعت نساجی سال ها است طی کرده است و در سال های اخیر نیز شاهد تحولات زیادی در این بخش بوده ایم.

نانوالیاف

اگر با دقت به لباس هایتان نگاهی بیاندازید اولین چیزی که توجه شما را جلب می کند، ساختمانی است که نخ ها در کنار هم ایجاد کرده اند. این ساختمان به یک شکل و حالت نیست. ساختمانی که در لباس ها وجود دارد به روش بافتی که پارچه بافته شده بستگی دارد. در مقیاسی کوچک تر نخ ها هستند که با چشم به راحتی دیده می شوند. الیاف ساختارهایی هستند که نخ را می سازند. دیدن الیاف در لباس کار آسانی نیست، به همین دلیل یک تکه نخ قرقره را برای دیدن الیاف برخلاف جهت تاب آن پیچ داده و آن را باز کنید. رشته های ظریفی که در کنار هم قرار گرفته اند، همان الیاف هستند.

الیاف (جمع لیف) یا فیبر ماده ای است که در عین انعطاف پذیری و ظرافت، طول بلندی نسبت به قطرش دارد. نسبت طول به قطر لیف باید بیش از 1000 باشد تا آن را لیف بنامیم. الیاف از نظر فیزیکی به صورت کوتاه و قطعه قطعه یا بلند و یکسره هستند. آنها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. الیاف سلولزی پنبه از مهم ترین الیاف طبیعی به شمار می رود. الیاف مصنوعی را به این جهت مصنوعی می گویند که آنها را انسان ساخته است. امروزه صدها نوع لیف مصنوعی در سراسر دنیا تولید می شوند که هر یک ویژگیهای مختص به خود را دارند، تفاوت الیاف در مقیاس نانومتری(نانوالیاف) در خواص و کارایی آنها بسیار موثر است. با ایجاد یک تغییر کوچک در ابعاد نانومتری پارچه ای از الیاف تولید می شود کاربرد متفاوتی خواهد داشت.

معمولا آرایش زنجیره های پلیمری در کنار هم (چه در الیاف طبیعی وچه در الیاف مصنوعی)مناطق کریستالی یاغیر کریستالی و به اصطلاح آمورف را ایجاد کند.مهمترین ویژگی های الیاف مربوط به رفتار الیاف دربرابرکشش ومیزان افزایش طول آن ها وهمچنین رفتارشان در برابرخمش (خواص مکانیکی الیاف) است.این خواص تا حدی مهم هستند که دربسیاری از مواردکاربرد الیاف براساس آن تعیین می شود.مثلا الیاف ضعیف به تنهایی دریک لباس یا کامپوزیت استفاده نمی شوند،مگر اینکه کارایی دیگری غیر از استحکام داشته باشند،برای مثال بتوانند رطوبت را جذب کنند.

درحال حاضر یک روش معمول در تولید نانوالیاف استفاده از الکتروریسندگی(در تولید نانوالیاف  فرآیند الکتروریسی نسبت به سایر روشها برتری دارد. فرآیند الکتروریسی از لحاظ سرعت تولید، تنوع، پیوستگی، سادگی، هزینه و تجاری‌سازی بر سایر روشها ارجح‌تر می‌باشد.) است که جریان پلیمری (محلول یا مذاب) از طریق ایجاد اختلاف پتانسیلkv 20 بین محلول پلیمری و جمع‌کننده ریسیده و کشیده می‌شود. این روش که در تولید مقادیر نانوالیاف لازم برای کاربردهای پژوهشی به‌کار گرفته می‌شود، نمایانگر کاربردهایی برای پلیمرهایی است که قابلیت ریسندگی فاز مذاب یا فاز محلول را ندارند. تحقیقات اخیر اثبات کرده است که نانو الیاف می‌توانند با استفاده از پلیمرهای دارای قابلیت ذوب ریسی و بوسیلة آمیختن روش‌های ریسندگی و طراحی پک ریسندگی تولید شوند. با این روش نتایج حاصل نانوالیاف حدود 100 nm  تا 400 nm  تولید شده است. مزیت روش ریسندگی فاز مذاب در تولید نانوالیاف، قابل مقایسه بودن بهره‌وری آن با الیاف حاصل از روش ذوب ریسی است.

آن دسته از الیاف نانو که با فرایند الکتروریسی بدست آمده به‌ طور قابل ملاحظه‌ای مقاومت و قابلیت هدایت گرمای پارچه را بعد از عملیات حرارتی مناسب بالا می‌برد. از این رو این نانو الیاف و نخ‌ها  در قطعات منسوج الکترونیکی(منسوجات الکترونیکی( e-textile )، پارچه‌‌هایی هستند که از نخ‌‌های حامل اجزای الکترونیکی ساخته شده‌‌اند.

چارچوبی سه لایه از پارچه های الکترونیکی شامل اجزا، سیستم‌‌ها و کاربردها، می باشد:

* اجزا، عبارتند از اجزای الکترونیکی که می‌‌توانند به پارچه‌‌ها متصل شوند مانند کلیدها، آنتن‌ها و حسگرها

* سیستم‌ها، عبارتند از سیستم‌‌هایی که می‌‌توانند به پوشاک متصل شوند مانند شبکه حسگرها که در لباس جاسازی‌‌‌شده و فعالیت قلب را پایش می‌‌کنند.

* کاربردها، اهداف خاص کاربر یا بازار هستند مانند قابلیت دسترسی آسان به اطلاعات و سرگرمی‌‌ها در لباس‌‌های مد یا لباس‌‌های ورزشی) استفاده می‌شوند.

کنترل رطوبت به کمک نانوالیاف

خیلی اوقات رطوبت جمع شده در داخل کفش ها بسیار آزاددهنده است، به خصوص در فصل زمستان که امکان بیرون آوردن پا نیست. چکمه های بارانی در بیشتر موارد پلاستیکی هستند و مانند پلی استر رطوبت را دفع می کنند.

 فضای داخل این چکمه ها مثل دیگ بخار برای پا ناراحت کننده است. به کمک فناوری نانو می توان ورود و خروج رطوبت در داخل کفش را کنترل کرد. لایه متخلخلی که از منسوجات بی بافت این کار را ممکن می کند. بی بافت ساختاری از الیاف است که همانطور که از نامش پیداست بافت مشخصی ندارد و الیاف به روش دیگری در هم تنیده شده اند. پارچه هایی مثل نمدها از این نوع بی بافت ها هستند و شاید قدمتشان بیشتر از پارچه های دیگر باشد. نمد از در هم تنیدن پشم گوسفندان تهیه می شود. اما بی بافت ها نسل جدیدی از پارچه ها هستند که مستقیماً از الیاف تولید می شوند. چون مرحله تولید نخ و آماده سازی نخ برای بافت مراحل طولانی و پرهزینه ای است، مهم ترین برتری بی بافت ها قیمت ارزان تر برخی از آنها نسبت به پارچه های دیگر است.

یک بی بافت می تواند  با ایجاد یک اختلاف در مساحت سطحی پشت و روی پارچه، عبوردهی رطوبت را کنترل کند. این لایه ها در چکمه های بارانی مفید خواهد بود، کافی است بی بافت به عنوان یک لایه عبوری در کفش قرار گیرد. بی بافتی که به این منظور استفاده شده یک بی بافت فوق جاذب است. این بی بافت نه تنها هوا را عبور می دهد، بلکه بسته به شرایط جوی مثل پارچه پنبه ای قادر است رطوبت هوا را نیز عبور دهد یا برعکس، جلوی عبور آن را بگیرد.

 وقتی آب در مجاورت این پوشش قرار گیرد، ذرات دانه دانه ای که بصورت ثابت روی بی بافت ایجاد شده اند می توانند تا 400 برابر وزنشان آب را جذب کرده و بعد تخلیه کنند. جذابیت فوق العاده این مواد به خاطر ساختار مولکولی آنها است که ماده اصلی اسید آکریلیک را دارد. تعداد بی شماری از این دانه ها در جاهای مختلف به ساختار بی بافت چسبیده شده است. در نتیجه ساختمان نرمی ایجاد شده است که آب محیط را به داخل شبکه پلیمری می کشد. در این حالت فضای محیط بی بافت آنقدر از آب سیر و اشباع شده است که دیگر نمی تواند اجازه نفوذ آب بیشتری را بدهد. در هوای گرم این لایه به هوا اجازه می دهد که به راحتی از کفش عبور کند.

      ادامه دارد...