تهیه البسه و منسوجات و کاربرد آن در زندگی بشر شاید از اولین فعالیت های انسان بعد از تهیه خوراک بوده باشد و دراین میان زمانی بشر توانست برای حفاظت خود از گزند سرما و گرما و محافظت از زندگی خود از منسوجات کمک بگیرد که الیاف را شناسایی کرد.
در طول تاریخ پر فراز و نشیب زندگی انسان عناصر گوناگونی توجه او را برای تهیه لباس به خود جلب کرد و شاید بتوان گفت با تحقیقات بسیار پیشرفته ای که امروزه صورت گرفته است گویی خالق حکیم عمداً انسان را بسوی برخی مواد رهنمون شده است و یا همان اولین شناختهای انسان از اولین الیاف طبیعی همچون پنبه و پشم در واقع برنامه ای برای زندگی بشر بوده است.
به طوریکه الیاف طبیعی پشم و پنبه به عنوان سازگارترین الیاف با زندگی ما هنوز هم یکه تاز میدان الیاف نساجی هستند هر چند هر روز دهها نوع الیاف مصنوعی با کاربردهای متنوع به زندگی بشر افزوده می شوند. اما رشد جمعیت جوامع و در کنار آن نیاز به برخی کالاها که تا دیروز برای ما ناشناخته بود و نیاز به بهبود برخی روشها در کنار رشد علمی بشر در زمینه علوم شیمی و فیزیک شاخه های دیگری را از علوم الیاف پدید آورد که به تولید الیاف بازیافتی و در نهایت الیاف مصنوعی انجامید تا آنجا که در سالهای اخیر الیاف از انواع مواد طبیعی و شیمیایی با خواص گوناگون تهیه می‌شوند و به خاطر خواصی که منسوجات نسبت به سایر مواد همچون آلیاژها یا کامپوزیت ها دارند در زمینه‌هایی غیر از منسوج قابل پوشش نیز بکار می روند.
زمینه هایی همچون الیاف طلا که در پوشش سفینه های فضایی به کار می‌رود و یا الیاف کربن که برای ساخت بتن های مسلح و یا رگ های مصنوعی بدن به کار می‌رود الیاف شیشه که برای انتقال اطلاعات و داده های مخابراتی مورد استفاده دارد و دهها نوع الیاف دیگر.
به هر حال اولین قدم در شناخت نساجی آشنایی با سنگ بنای این عمارت رفیع است که الیاف این سنگ بنا را تشکیل می دهند. مطالبی که پیش رو دارید ابتدا به تاریخچه مختصری از نساجی می پردازد سپس خصوصیات کلی الیاف و اینکه چه موادی به طور کلی لیف نامیده می‌شوند بیان می‌شود. پس از آن طبقه بندی الیاف به الیاف طبیعی و بشر ساخته و سپس توضیحاتی در رابطه با خصوصیات فیزیکی، ظاهری و شیمیایی انواع الیاف بیان می‌شود. الیافی که برای سازگاری با زندگی انسان تغییر شکل می یابند یا تکسچره می‌شوند و درنهایت نقش الیاف در تولید نخ تشریح می‌شود.
فصل اول
مطالب عمومی نساجی
صنعت نساجی یکی از قدیمی ترین و مهمترین صنایع موجود است که ماده اولیه آن الیاف می‌باشد. الیاف در واقع رشته های قابل انعطافی هستند که قطر آنها نسبت به طولشان بسیار کم است و از خواص گوناگونی برخوردارند.
از آنجاییکه نخ از تابیدن الیاف به دور یکدیگر و پارچه از در هم رفتن و به هم پیوستن نخها تشکیل می‌شود، تمام خصوصیات الیاف به همان صورت به پارچه منتقل می‌شود.
تا قبل از انقلاب صنعتی، عملیات ریسندگی و بافندگی با دست انجام می شد و الیافی که در صنعت نساجی آن زمان مورد استفاده قرار می‌گرفت، الیافی بودند که در ریسندگی و بافندگی دستی مشکلات کمتری ایجاد می‌کردند مثل پنبه ، پشم ، کتان ، ابریشم و … که به آسانی با دست ریسیده می‌شدند.
درسالهای بعد از انقلاب صنعتی به علت رشد روزافزون جمعیت دنیا و نیاز آنها به منسوجات و کافی نبودن الیاف طبیعی، دانشمندان به فکر تولید الیافی افتادند که محدودیت الیاف طبیعی را نداشته و کم و بیش دارای همان خصوصیات باشند. این دسته الیاف را الیاف مصنوعی یا ساخت دست بشر نامیدند.
الیاف مورد استفاده درصنعت نساجی به دو صورت جدا به نامهای الیاف کوتاه و مداوم (فیلامنت) به کار می روند. الیاف پنبه و پشم همیشه به صورت الیاف کوتاه هستند و در عملیات ریسندگی با تاب خوردن به دور هم تبدیل به نخ می‌شوند. الیاف مصنوعی به صورت مداوم هستند و طول آنها ممکن است به صدها یا هزاران متر برسد. در بعضی مواقع الیاف مداوم را با اندازه های دلخواه می برند و به صورت الیاف کوتاه درمی آورند.ابریشم تنها لیف طبیعی است که به صورت مداوم می‌باشد.
آنچه در این میان می‌توان گفت این است که تا سالهای آینده علاوه بر رشد و توسعه در زمینه تولید الیاف به خواصی جدید از این مواد دست خواهیم یافت که زندگی بشر را به طور کلی تحت تأثیر قرار خواهد داد. الیاف رسانای جریان الکتریسیته و یا منسوجات هوشمند که همانند یک رایانه یا روبات می‌توانند به کار روند، الیاف ضد باکتری و قارچ و میکروب یا الیاف بسیار مقاوم و بسیار ظریف با کارایی فوق العاده.
فصل دوم
مشخصات عمومی الیاف
تحقیقات نشان داده است که همان طورکه در ریسندگی یک نخ از تابیده شدن مجموعه الیاف ساخته می‌شود، یک لیف نیز از مجموع اجزاء کوچکتری که فایبریل نامیده می‌شود و هر کدام شامل زنجیره های پلیمری هستند تشکیل شده است. مولکول های زنجیره به صورت موازی هم در راستای محور لیف قرار دارند و به صورتی قرار گرفته‌اند که در مناطقی بسیار منظم هستند که مناطق بلوری نامیده می‌شود و در مناطقی نیز این نظم وجود ندارد و مناطق آمورف نامیده می‌شوند.
هر چه مناطق بلوری یک لیف بیشتر باشد دمای ذوب آن لیف بالا می رود و در عین حال جذب رطوبت و خواص رنگپذیری آن نیز کاهش می یابد. انعطاف پذیری لیف که منطقه بلوری بیشتری دارد کمتر است. به عنوان مثال کتان و پنبه هردو دارای ساختار مشابهی هستند اما زنجیره های مولکولی کتان بسیارموازی و منظم‌تر قرار دارند و به خاطر همین تفاوت در قرار گرفتن زنجیره های مولکولی استحکام پنبه تقریباً نصف استحکام کتان است در حالی که انعطاف پذیری آن بسیار بیشتر است.
به طور خلاصه می‌توان گفت :
هر چه نظم داخلی الیاف بیشتر باشد استحکام الیاف بیشتر، ازدیاد طول تا حد پارگی کمتر ، خاصیت شکنندگی بیشتر، درخشندگی و بلوری بودن بیشتر و جذب رطوبت و رنگ کمتر می‌شود. ساختمان ظاهری الیاف نیز از عوامل با اهمیت در مورد خصوصیات الیاف است. مثلاً سطوح موجدار یا پولکی پشم سبب خواص نمدی شدن پشم می‌شود. یا سطح صاف الیاف نایلون سبب درخشندگی آن می‌شود. شکل سطح مقطع عرضی یا طولی الیاف از مواردی است که علاوه بر خواص متفاوت عامل شناسایی الیاف نیز می‌باشد. مثلاً الیاف اکریلیک با الیاف پلی استر به سبب تفاوت در شکل سطح مقطع شناسایی می‌شوند و البته شکل ظاهری متفاوتی در نخ و پارچه نیز ایجاد می‌کنند.
در این میان ضروری ترین خاصیتی که الیاف به عنوان ماده خام جهت تولید نخ و سپس کاربرد در ساختمان پارچه دارند استحکام الیاف است. استحکام مجموع دسته الیاف در نخ یا پارچه معمولاً از تک تک لیف به کار رفته درآن کمتر است و ما معمولاً استحکام لیف را درنظر می‌گیریم.
یکی از خصوصیات الیاف عکس العمل یک لیف در مقابل انواع کشش است. همان طورکه می‌دانید الیاف و منسوجات به علت مصارف خاصی که دارند تحت انواع کشش های مختلف قرار می‌گیرند. مثل کشش در اثر عملیات ریسندگی، بافندگی، دوخت پوشاک و مصرف البسه همانند سر زانو، پشت کتف و … بنابراین آگاهی از خواص کششی الیاف از اهمیت زیادی برخوردار است.
از لحظه ای که یک لیف تحت کشش قرار می‌گیرد و طول آن افزایش می یابد تا زمانی که پاره می‌شود حالتهای مختلفی اتفاق می افتد. در قسمت اول کشش، تا حد مشخصی با افزایش نیرو طول لیف افزایش می یابد و مثل فنر بعد از قطع کردن نیرو به طول اولیه خود باز می‌گردد. در این حالت و تا این حد از نیرو تغییری در شکل لیف ایجاد نمی‌کند. در صورتی که مقدار نیرو از این حد بالاتر برود افزایش طول نسبت به افزایش نیرو بیشتر می‌شود و دیگر به حالت اولیه خود باز نمی گردد و در نقطه ای افزایش سبب پارگی می‌شود. دانستن این حدهای بازگشت و پارگی در طراحی سیستم هایی همچون برش الیاف توسط تاوبریکر ضروری است.
بازگشت به حالت اولیه پس از اعمال نیرو از خواص با اهمیت الیاف است. این خاصیت سبب می‌شود که منسوج پس از هر بار مصرف و یا اعمال فشار و کشش به حالت اولیه بازگشته و شکل خود را حفظ کند. به عنوان مثال عدم تغییر شکل پارچه های ابریشمی یا مصنوعی به علت همین خاصیت بازگشت آن هاست ولی پنبه و کتان خاصیت بازگشت ضعیفی دارند و در نتیجه به سرعت زانو می اندازند یا تغییر شکل می دهند.
از خواص دیگر با اهمیت یک لیف می‌توان به طول الیاف اشاره کرد. الیاف واحدهای سازنده نخ هستند و در عملیات ریسندگی با روشهای مختلفی از هم باز می‌شوند و به صورت موازی در کنار هم قرار می گیرند و با اعمال درفت و تابیدن به دور هم نخ ساخته می‌شود. همان طور که گفته شد استحکام مهمترین خاصیت یک لیف است و این خاصیت در مورد نخ نیز صدق می‌کند. طول الیاف اثر مستقیمی بر استحکام نخ تولیدی دارد. هر چه طول الیاف بیشتر باشد تماس سطحی آن با سایر الیاف در یک نخ بیشتر شده و استحکام نخ افزایش می یابد و این در حالی است که به تاب کمتری نیاز دارد و یکنواختی توزیع الیاف در نخ بیشتر می‌شود.
الیاف نیز همانند بسیاری از مواد دیگر در اثر قرار گرفتن در رطوبت و جذب رطوبت متورم می‌شوند. البته همانطور
که ذکر شد جذب رطوبت در مناطق آمورف یا غیر منظم لیف رخ می دهد. البته تورم لیف در اثر جذب رطوبت قطری است. پنبه در اثر جذب رطوبت 14% در جهت قطر و 12% در جهت طول افزایش تورم دارد. هرچه نظم مولکولی زنجیره پلیمری الیاف بیشتر باشد جذب رطوبت کمتر است.
بسیاری از خواص فیزیکی الیاف مثل قطر، طول، خاصیت بازگشت پس از اعمال کشش، استحکام و الکتریسیته ساکن الیاف در اثر جذب رطوبت تغییر می‌کند. مثلاً پنبه با جذب رطوبت متورم شده و قطرش افزایش می یابد در حالیکه استحکام آن نیز بهتر می‌شود ولی ویسکوز گرچه بسیار مشابه پنبه است ولی با جذب رطوبت استحکامش کاهش می یابد.
حرارت نیز همچون رطوبت بر بسیاری خواص الیاف تأثیرگذار است. از این رو خواص گرمایی الیاف نیز اعم از الیاف طبیعی ومصنوعی خاصیت با اهمیتی است. همچنین‌کالاهای نساجی در پروسه تولید بارها ممکن است تحت موقعیت های گرمایی اعم از اتوکشی، رنگرزی، چاپ، خشک کن ها و … قرار گیرند که عکس العمل هر لیف نسبت به حرارت برای طراحی این روش ها مهم است. رفتار الیاف در مقابل گرما بسیار پیچیده است، الیاف بر خلاف سایر مواد یا فلزات به ندرت دارای دمای ذوب مشخصی هستند و با توجه به ساخت شیمیایی آنها ممکن است به جای ذوب شدن کاملاً متلاشی و ذغال شوند. انبساط الیاف در حرارت نیز وابسته به نظم مولکولی آنهاست به این معنا که الیاف بر خلاف جامدات در اثر گرما منقبض شده وجمع می‌شوند. دمای ذوب خاصی نیز برای الیاف به نام دمای تبدیل حالت شیشه‌ای تعریف می‌شود. دمایی که در آن الیاف از حالت جامد خارج می‌شوند ولی هنوز به حالت مایع درنیامده و حالت ژله ای دارند. در این دما مناطق آمورف لیف ذوب شده ولی مناطق بلوری هنوز ذوب نشده است و پس از این دما مناطق بلوری نیز ذوب شده و حالت مذاب الیاف ایجاد می‌شود. پس هرچه مناطق بلوری بیشتر باشد دمای ذوب بالا می‌رود زیرا مناطق آمورف کمتری داریم و دمای‌تبدیل شیشه‌ای نیز بالا رفته است.
گرما در هرحال درمدت زمان طولانی اثرمخربی بر الیاف دارد و باعث کاهش استحکام و یا تغییر رنگ آن می‌شود. قابلیت اشتعال الیاف نیز از خواصی است که هم عامل شناسایی الیاف است و هم در مواردی برای مصارف خاص این قابلیت را با روش هایی کاهش می دهند. تست سوختن یکی از روش های شناسایی الیاف است .
فصل سوم
طبقه بندی الیاف
الیاف مورد استفاده در صنعت نساجی را می‌توان از لحاظ کلی به دو دسته کاملاً متمایز تقسیم بندی کرد :
1- الیاف طبیعی 2- الیاف بشر ساخته
هریک از این دوگروه خود دارای‌گروه‌های فرعی دیگری هستند. الیاف طبیعی مثل پشم و پنبه آن‌هایی هستند که به طور طبیعی وجود دارند و بشر تنها در تهیه آن نقش دارد نه تولید آن، اما الیاف بشر ساخته الیافی هستند که مستقلاً وجود ندارند و با استفاده از مواد خام موجود در طبیعت یا واکنش های شیمیایی با روشهای صنعتی تولید می‌شوند.
الیاف طبیعی چه گیاهی، چه حیوانی و چه معدنی همگی تقریباً به همان صورتی که در طبیعت موجود هستند در ریسندگی به کار می روند اما الیاف بشر ساخته نیازمند طی مراحل تولید شیمیایی و فیزیکی می‌باشند.
البته در مورد الیاف مصنوعی تقسیم بندی های دیگری نیز وجود دارد که بر مبنای روش تولید و یا مواد اولیه هرکدام به قسمت های مختلف دیگر دسته بندی می‌شوند. برخی الیاف مصنوعی با روش های فیزیکی و برخی با روش های شیمیایی محض تولید می‌شوند.
البته روش های آزمایشگاهی و بدست آوردن الیاف با این روشها با آنچه درصنعت و مقیاس صنعتی تولید می‌شود متفاوت است. در ادامه به بررسی مختصری از هر کدام از الیاف دسته بندی فوق خواهیم پرداخت.
