الیاف پلی استر

الیاف پلی استر، به ویژه لیف پلی (اتیلن ترفتالات) (PET)، بیشترین حجم الیاف مصنوعی تولید شده در سراسر جهان را به خود اختصاص می دهد. حجم کل تولید شده این الیاف در سال 2016 بیش از 50 میلیون تن بوده که سرعت رشد آن بسیار بیشتر از سایر الیاف طبیعی یا مصنوعی است. کم هزینه بودن، قابلیت فرآیندپذیری مناسب، سهولت در مخلوط شدن با پنبه و سایر الیاف طبیعی، قابلیت بازیافت مناسب و عملکرد عالی و مناسب از دلایل موفقیت زیاد الیاف PET است. عملکرد عالی الیاف پلی استر در طیف وسیعی از کاربردهای نهایی، نتیجه توانایی کنترل دقیق مورفولوژی الیاف (توزیع و اتصال بین اجزای بلوری و غیر بلوری) است، که به توازن ثبات حرارتی و ابعادی، نقل و انتقال و خواص مکانیکی اجازه می دهد تا دقیقاً توسط تکنیک‌های تجزیه و تحلیل حرارتی کنترل شوند (Michel Jaffe, 2020; Yu, 2020). در این سری از مقالات نفیس نخ همراه ما باشید تا بیشتر با الیاف پلی استر و کاربرد آنها آشنا شویم. تهیه و تنظیم: دکتر علی کاکوان

تولید الیاف پلی استر از سال 1975 تا 2017

 از الیاف پلی استر بیشتر بدانیم

توسعه الیاف PET، مانند همه الیاف ترموپلاستیک مصنوعی، از تحقیقات در مورد پلیمرهای متراکم آلیفاتیک به رهبری Carothers از شرکت DuPont در دهه 1930 آغاز می شود. تجاری سازی PET پس از جنگ جهانی دوم با معرفی تریلن در انگلیس توسط ICI و معرفی Dacron در ایالات متحده توسط DuPont به سرعت انجام شد و الیاف PET با موفقیت به صورت های‌فیلامنتی و استیپل در بازار صنعتی نساجی جهان وارد شد (Michel Jaffe, 2020).

پلیمرهای با کارایی بالا به دلیل نسبت مقاومت به وزن و سایر مزایای اقتصادی نسبت به آلومینیوم یا فلزات دیگر به آرامی جایگزین مواد سنتی می شوند. آرایش یافتگی الیاف یا پلیمرها برای این نوع کاربردها به گونه ای است که مقاومت و سفتی بالاتری را نسبت به پلیمرهای مورد استفاده در کاربردهای معمولی نشان می دهند. موفقیت در تولید الیاف پلیمری با کارایی بالا در درک عمیق تر از ماتریس پلیمری غیر کریستالی نهفته است. (Zhang, 2014). از مهمترین شرکت های فعال در زمینه تولید انواع نخ های فیلامنتی پلی استری در ایران می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

شرکت رنگین الیاف سپاهان، الیاف پارس یزد، پارسیلون، نساجی دنا نخ سپاهان، اطلس پود، تولیدي وصنعتی رسول اصفهان، نساجی پرنیا یزد، پویا ریس یزد، نساجی نگین بروجن، نخ البرز، تولیدی یاس نخ البرز، تهران زرنخ، پویا ریس،رضا بافت، نانو نخ و گرانول سیرجان،  رنگدانه سیرجان، الیاف سازان بهکوش، تعاونی تولیدي سیرنگ، تولیدي رنگین الیاف پارس یزد، نفیس نخ، تولیدي نوارباف، پویا نخ ایلام،تولیدي قیام نخ، تولیدی الیاف دلیجان، ناز حریر خراسان، تولید نخ پیوسته زاگرس، صنایع الیاف ساویس اسپادانا، صنایع ذوب ریسی چهلستون و تعاونی ریسندگی تابناز اصفهان.

بیشتر بدانید: خلاصه اصول پلی استر

پلی استر دارای ویژگی های عملکرد برتر و قیمتی مناسب است. خصوصیات مکانیکی برجسته، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر تخریب نور و مقاومت در برابر نور، از ویژگی‌های این الیاف است. الیاف پلي استر به آن دسته از الياف مصنوعی گفته مي شود كه از پليمريزاسيون يك استر بوجود آمده باشد. استرها خود از جايگزينی هيدروژن يك اسيد (معمولاً اسيد ترفتاليك) توسط يك گروه آلكيل، آريل، آليسيكليك و يا هتروسيكليك به دست می‌آيند. معمولاً در پلي استرها گروه‌های استري ( -co-o-) مرتباً تكرار می‌شوند. از جمله نامهای تجاری كه امروزه براي الياف پلي استر بكار می‌روند می‌توان به ترويرا (توليدي شركت هوخست) در آلمان، ترگال (شركت رودياستا) در فرانسه، تريتال (شركت رودياتس) در ايتاليا، ترلنكا (شركت انكا) در هلند و ويكرون (شركت ببيانت ميلز) در آمريكا اشاره كرد. در شکل زیر ساختمان شیمیایی این الیاف نشان داده شده است (Muthu, 2019; Ahmad, 2020; Camlibel, 2018).

ساختمان شیمیایی الیاف پلی استر

استفاده از پلی استر به شکل استیپل و فیلامنت برای کاربردهای مختلف به سرعت در حال افزایش است. الیاف پلی استر با کابردهای بسیار گسترده‌ای در زمینه منسوجات فنی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ به عنوان مثال برای کیسه هوا، نخ تایر، روکش صندلی اتومبیل، پارچه بادبان، ژئوتکستایل و تورهای ماهیگیری، کاربرد دارد (Ahmad, 2020). در جدول زیر اسامی شرکت‌های مهم و معتبر تولید کننده پلی استر در جهان آورده شده است. می توان نخ‌های پلی استر با ساختار و مورفولوژی متنوع تولید کرد و از این رو می توان انواع مختلفی از نخ‌ها را تولید کرد. بر اساس کاربردهایشان، نخ‌های پلی استر می‌توانند به طور گسترده به دو گروه تقسیم شوند: نخ‌های درجه یک برای مصرف پوشاک و نخ‌های صنعتی (Samui B. K., 2016; Bendak, 1991; Bunsell, 2018).

برای اطلاع بیشتر مطالعه نمایید: الیاف ضد باکتری چیست؟

هزینه تولید الیاف پلی استر چگونه است؟

مواد اولیه و هزینه‌های تولید الیاف پلی استر به طور قابل توجهی ارزان تر از سایر الیاف فنی مانند الیاف آرامید یا الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا است، با این وجود مقاومت کششی قابل قبولی برای استفاده در محصولات تجاری دارند. الیاف پلی استر به طور گسترده ای به عنوان مواد تقویت‌کننده تایر استفاده می‌شود. امروزه مقاومت نخ تایر پلی استر تجاری بین 8 تا 9 گرم بر دنیر است و انقباض آن (SLS) حدود 8٪ است (Yoon, 2017).

شرکت‌های مهم تولید کننده پلی استر در جهان

مهم ترین الیاف پلی استر کدام اند؟

از مهمترين انواع الياف پلی استرها می‌توان به الياف پلی‌ اتيلن ترفتالات (الياف تريلين و داكرون) اشاره کرد. الیاف پلی استر (Polyethylene Terephthalate; PET) از چیپس PET تهیه می شوند. ساختمان شیمیایی پلیمر پلی اتیلن ترفتالات شامل یک اسید و یک الکل است. برای ساختن داکرون از چیپس PET حاصل از اسید ترفتاليك و اتيلن گليكول و برای ساختن تريلين به جای اسيد ترفتاليك از دی متيل ترفتالات استفاده می‌شود. با توجه به سرعت توليد، انواع پلی استرها به پنج گروه تقسيم می‌شوند (Bansal, 2016):

• پلی استر با نظم كم Low Oriented Yarn (LOY): با سرعت های تا 1800 متر در دقيقه كه ساختار داخلی اين الياف دارای نظم قابل ملاحظه‌ای نبوده و بايد سريعاً بعد از توليد كشيده شوند. براثر كشش گرم ساختاری نيمه بلورين شكل می‌گيرد.
• پلی استر با نظم متوسط Moderate Oriented Yarn (MOY): با سرعت بين 1800 تا 2800 متر در دقيقه توليد می‌گردد.
• پلی استر نيمه آرايش يافته (كامل كشيده نشده) Partially Oriented Yarn (POY): با سرعت‌های در محدوده 2800 تا 4200 متر در دقيقه توليد می‌گردند.
• پلی استر با نظم زياد Highly Oriented Yarn (HOY): با سرعت بین 4000 تا 6000 متر در دقیقه تولید می گردد.
• پلی استر با نظم کامل (الیاف کامل کشده شده) Fully Oriented Yarn (FOY) و یا Fully Drawn Yarn (FDY): با سرعت‌های بیش از 6000 متر در دقیقه تولید می‌شوند.

خواص و ویژگی‌های الیاف پلی استر تحت شرایط دمای 21 درجه سلسیوس و 65% رطوبت نسبی

بخش قابل ملاحظه ای از مصرف پلی استر به صورت الياف ريسيده است كه در شاخه‌های مختلف نساجی كاربرد دارد. عموماً هدف از استفاده از اين كالا، جايگزين نمودن آن با الياف طبيعی در پاسخ به نياز روز افزون جمعيت در حال رشد جهان به پوشاك و محدوديت منابع طبيعی است. اين الياف در سيستم ريسندگی الياف كوتاه يا پنبه‌ای غالباً به منظور جايگزين شدن با پنبه استفاده می‌شوند. مشخصات پلی استری که در سیستم ریسندگی پنبه‌ای استفاده می‌شود، طولی در محدوده 38 تا 76 میلیمتر با نمره 7/1 تا 3 دسی تکس با استحکام 5 تا 6 سانتی نیوتن بر تکس دارد.

برای مطالعه بیشتر کلیک کنید: کلیاتی پیرامون تاثیر حرارت بر الیاف پلی استر

الياف پلي استر در سیستم ریسندگی الیاف بلند جايگزين الياف طبيعی پشم ميشوند. مشخصات پلی استر مورد استفاده در این سيستم، نمره 3 تا 6 دسی تکس و طول 75 تا 100 میلیمتر است. ساختار ملکولی الیاف بر خواص مکانیکی آن اثر دارد. عواملی که برای توصیف ساختار ملکولی بکار گرفته می شوند، عبارتند از: درصد بلورینگی، اندازه بلورها، آرایش یافتگی بلورها و آرایش یافتگی زنجیرهای ملکولی. بلورینگی پلیمرها یکی از خواص مهم پلیمرهاست و بر خواص الیاف تولیدی از جمله استحکام و ازدیاد طول اثر بسزایی دارد. در جداول ذیل استانداردهای جهانی و ملی مرتبط با الیاف پلی استر آورده شده است (Samui B. K., 2016).

استانداردهای جهانی الیاف PET پلی استر

استانداردهای ملی ایران مربوط به الیاف PET پلی استر

به طور کلی، مقاومت الیاف یک پارامتر کاملاً پیچیده است. با بالا رفتن درجه آرایش چین‌های زنجیره ای در بلورها، کاهش می یابد. استحکام پلی استر کشش داده شده با نسبت کشش مشخص، با افزایش جرم مولکولی افزایش می یابد. برای PET، چنین وابستگی به وزن مولکولی با جلوگیری گسیختگی و استراحت دادن به زنجیرهای مولکولی آرایش یافته، در طول تغییر شکل توضیح داده می‌شود. با رشد فاکتور آرایش یافتگی فاز آمورف در الیاف PET، مقاومت نیز رشد می‌کند (Bunsell, 2018).

خواص الیاف پلی استر

الیاف پلی استر سطح صافی دارند و معمولاً گرد و یکنواخت هستند. این الیاف را می‌توان با توجه به شرایط ذوب ریسی و کشش، به نخ استحکام بالا (HT)، با ازدیاد طول کم (85cN/Tex و 7%) و یا نخی با استحکام کم و ازدیاد طول زیاد (26cN/Tex و 40%) تبدیل نمود. خواص بارز الیاف پلی استر به شرح ذیل است (Ahmad, 2020; Ouederni, 2020; Sabir, 2018):

• الیاف پلی استر مقاومت خوبی در برابر چین و چروک از خود نشان می‌دهند
• رطوبت بازیافتی الیاف پلی استر 4/0 درصد است، همچنین دارای خاصیت جذب فتیله ای ضعیفی است
• وزن مخصوص پلی استر بسته به نوع آن بین 2/1 تا 38/1 است
• پلی استر در محدودة دمای 250 تا 300 درجه ذوب می شود. در شعله، جمع و ذوب شده و مادة باقی مانده از آن سخت است
• خواص مکانیکی الیاف پلی استر به کشش الیاف بستگی دارد، با افزایش آرایش یافتگی زنجیره‌های مولکولی، مقاومت کششی و مدول نیز افزایش می‌یابد
• نشان دادن مقاومت خوب در برابر عوامل اکسید کننده
• تثبیت حرارتی پلی استر می تواند شکل و مقاومت در برابر چین و چروک آن‌ را بیشتر بهبود بخشد
• پیوندهای جانبی و پلیمریزاسیون در الیاف پلی استر از طریق واکنش های گرمازا امکان پذیر است

در مقطع های الیاف پلی استر شکل‌های سطح مقطع گرد و هشت ضلعی باعث شکل گیری نخ با مقاومت و ازدیاد طول تا حد پارگی زیاد می‌شوند، به عبارت دیگر شکل‌های سه وجهی و شش وجهی باعث استحکام و ازدیادطول پایین می شوند.  شکل سطح مقطع گرد شرایط تشکیل نخ با فر و موج بالا و جمع شدگی پایین را فراهم می‌کند؛ شکل‌های مقطع شش وجهی و چهار وجهی باعث می‌شوند تا فر و موج کم و جمع شدگی بالا ایجاد شود. همچنين افزايش چگالی خطي باعث كاهش مقاومت نخ‌ها می‌شود، اما اين امر باعث افزايش فر و موج و رفتارهای انقباضی نخ‌ها می گردد (Selcen Özkan Haciogullari, 2018).

Bibliography

Ahmad, S. a. (2020). Fibers for Technical Textiles. Springer.

Bansal, S. a. (2016). Review on the Manufacturing Processes of Polyester-PET and Nylon-6 Filament Yarn. International Journal on Textile Engineering and Processes, 23-28.

(2013). Improved high tenacity/high modulus polyester for stiffer mooring ropes. In M. B. Bastos, 2013 MTS/IEEE OCEANS-Bergen (pp. 1-5). IEEE.

Bendak, A. a.-M. (1991). Effects of chemical modifications on polyester fibres. Journal of Islamic Academy of Sciences, 275-284.

Bunsell, A. R. (2018). Handbook of properties of textile and technical fibres. Woodhead Publishing.

Camlibel, N. O. (2018). Polyester: Production, Characterization and Innovative Applications. BoD- Books on Demand.

Chen, K. a. (2020). The evaluation of structure and properties of high-strength polyester industrial fibers with different polycondensation processes. The Journal of The Textile Institute, 1-6.

Cho, D. H. (2006). Study on the strength retention of technical cord yarn. Fibers and Polymers, Springer, 305-309.

Cho, H.-W. a.-J.-J. (2020). Lifetime Prediction of High Tenacity Polyester Yarns for Hydrolytic Degradation Used for Soil Reinforcement. Fibers and Polymers, Springer, 1663-1668.

Horrocks, A. R. (2015). Handbook of Technical Textiles: Technical Textile Processes. Woodhead Publishing.

Jiang, Y. (2020). PhD Dissertation: Threadline Modification of Poly(ethylene terephthalate) (PET) High-Speed Melt Spinning by Integration of Horizontal Liquid Isothermal Bath (HIB) and Drawing Process. North Carolina State University.

Luckert, H. (1995). Method of manufacturing polyester bottle granulate. Fibre Chemistry,Springer, 228-230.

Luckert, H. (1995). Method of production of industrial polyester yarns. Fibre Chemistry, Springer, 276-279.

Mahdavipour Z, K. M. (2020). Thermomechanical Properties of Nylon 6,6/ Polyester Hybrid Tire Cord: Effectof Twist Level and Core Ratio . Iran. J. Polym. Sci. Technol., 115-123.

Michel Jaffe, A. J. (2020). Chapter 8: Polyester fibers. In M. a. Jaffe, Thermal Analysis of Textiles and Fibers (pp. 133-149). Woodhead Publishing.

Muthu, S. S. (2019). Recycled Polyester: Manufacturing, Properties, Test Methods, and Identification. Springer Nature.

Naskar, A. K. (2004). Studies on tyre cords: degradation of polyester due to fatigue. Polymer Degradation and Stability, Elsevier, 173-180.

Ouederni, M. (2020). Chapter 10- Polymers in textiles. In M. A. Mariam Al Ali AlMaadeed, Polymer Science and Innovative Applications-Materials, Techniques, and Future Developments (pp. 331-361). Elsevier.

Paul, R. (2019). High Performance Technical Textiles. John Wiley & Sons.

Peng, K. a. (1993). The amorphous phase in high-speed spun PET fibers. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 1339-1345.

Rath, J. a. (2012). Effect of thermal treatment on structure and properties of polyester tire cords. Journal of applied polymer science, 266-274.

Rim, P. B. (1991). Dimensionally stable PET fibers for tire reinforcement.[Polyethylene terephthalate (POLYESTERS). Rubber World, 204.

Sabir, T. (2018). Chapter 2- Fibers used for high-performance apparel. In J. M. Sabir, High-Performance Apparel (pp. 7-32). Woodhead Publishing Series in Textiles.

Samui, B. K. (2013). Structure–property relationship of different types of polyester industrial yarns. Journal of the Textile Institute, 35-45.

Samui, B. K. (2016). Studies on the static and dynamic properties of different types of polyester industrial yarns. The Journal of The Textile Institute, 1175-1184.

Selcen Özkan Haciogullari, O. B. (2018). An investigation on the properties of polyester textured yarns produced with different fiber cross-sectional shapes. Industria Textila, 270-276.

Tian, L. a. (2019). Preparation and characteristics of an advanced polyester tire cord with hybrid effect. Journal of Engineered Fibers and Fabrics.

Vecchiato, S. a. (2017). Enzymatic functionalization of HMLS-polyethylene terephthalate fabrics improves the adhesion to rubber. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 6456-6465.

Yoon, J. H. (2017). Development of high-tenacity, high-modulus poly (ethylene terephthalate) filaments via a next generation wet-melt-spinning process. Polymer Engineering & Science, 224-230.

Yu, W. a. (2020). Fabrication of high-strength PET fibers modified with graphene oxide of varying lateral size},. Journal of Materials Science, Springer.

Zhang, D. (2014). Advances in filament yarn spinning of textiles and polymers. Elsevier.