چهارشنبه, ۸ اسفند, ۱۴۰۳ / 26 February, 2025
مجله ویستا


پارچه‌های تقویت‌شده دومحوری و چندمحوری


پارچه‌های تقویت‌شده دومحوری و چندمحوری
● مقدمه
امروزه منسوجات صنعتی در زمینه‌های گوناگون اهمیت روزافزونی کسب نموده‌اند. برطبق ارزیابی‌های انجام شده توسط مراکز اقتصادی، موادکامپوزیتی حدود ۵/۴۱ میلیون یورو در جهان درآمدزائی داشته‌اند. بیشترین استفاده از منسوجات فنی در بخش صنایع اتومبیل‌سازی (۲۳%)، مهندسی ساختمان (۲۱%)، صنایع هواپیماسازی (۱۷%) و تجهیزات ورزشی (۱۱%) است. پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۰۸ نرخ رشد این مواد حدود ۵ـ۲ درصد باشد و در این بین سهم بخش انرژی بادی ۲%، صنایع‌هوائی ۹%، صنایع اتومبیل‌سازی ۷% و صنایع‌کشتی‌سازی ۷% باشد.
با توجه به روش تولید، منسوجات به گروه‌های تاری ـ پودی، بی‌بافت، حلقوی تاری و حلقوی پودی تقسیم می‌شوند. شایان ذکر است که در صورت استفاده از منسوجات در کاربردهای صنعتی، منسوجات باید با ملاک‌ها و معیارهائی متفاوت از معیار مورد استفاده برای ارزیابی منسوجات معمولی مورد بررسی قرار گیرند. به‌عنوان مثال چنانچه این منسوجات به‌عنوان حامل یا مواد تقویت‌کننده به‌کار برده شوند، استحکام، قابلیت نفوذ، آویزش پارچه، پایداری و ثابت و پارامترهائی از این نوع بیش از خواص ظاهری منسوج نظیر رنگ، زیردست و خواص پوششی از اهمیت برخوردار خواهد بود.یکی از خصوصیات ویژه این‌گونه کالاها آن است که باید قادر به جذب نیروهای اعمال شده در جهت‌های مختلف باشند. که در این راستا پارچه را می‌توان به پارچه‌های تک‌محوری، دومحوری و چندمحوری دسته‌بندی نمود
تمام روش‌های تولید منسوجات دارای ویژگی‌های خاص خود هستند و با توجه به خصوصیات موردنظر جهت تولید یک پارچه انتخاب می‌شوند. به‌هر حال بافندگی حلقوی تاری، خواص و ویژگی‌های مثبت فراوانی برای تولید پارچه‌های صنعتی دارا است. از آنجائی‌که در این روش دسته‌های نخ در مسیرهای مستقیم درون یک کامپوزیت قرار می‌گیرند، لذا منسوج در برابر ازدیاد طول مقاومت مطلوبی دارد. بهره‌وری بالای ماشین‌های حلقوی تاری از مزایای دیگر این سیستم به حساب می‌آید.
با توجه به خصوصیات مصرف نهائی یک منسوج، پارچه‌های حلقوی را می‌توان با ساختارهای متنوعی از جمله بسته، باز، کشسان، ابعاد ثابت، سه‌بعدی، لوله‌ای شکل و غیره تولید کرد. بنابراین روش‌های متنوعی جهت تولید ساختارهای تقویت شده با توجه به کاربرد نهائی یک منسوج وجود دارد.
● ساختارهای دومحوری
این نوع منسوجات به‌وسیله ماشین‌های حلقوی تاری Copcentra HS.ST، با سیستم‌های پودگذاری افقی و این ـ لی صفر تولید می‌شوند. برای تولید این منسوجات بعضی از سازندگان ماشین‌آلات نظیر لیبا و نایلا ماشین‌آلاتی با نرخ پودگذاری تا ۱۸۰۰ رج بر دقیقه و مخزنی برای پودگذاری تا ۳۰ نخ در یک‌سوم اینچ تاری را ارائه کرده‌اند؛ در این سیستم یک گیره قابل اطمینان برای نگهداری نخ‌های پود تعبیه شده است.
علاوه بر این ضایعات نخ پود با این ماشین‌ها بسیار کم بوده و نخ‌های این ـ لی صفر با عملکردی ملایم در جای خود قرار می‌گیرند. علاوه بر مزایای فنی، پارچه‌های حلقوی تاری با عناصر تقویت‌کننده دومحوری نسبت به پارچه‌های تاری ـ پودی مقرون به‌صرفه نسبت به پارچه‌های تاری ـ پودی مقرون به‌صرفه‌تر می‌باشند.
سیستم پودگذاری مخزنی و نیز امکان تولید پارچه‌های دارای عرض زیاد در ماشین‌های بافندگی حلقوی تاری، امکان دستیابی به راندمان تولید بالاتری را نسبت به ماشین‌های بافندگی تاری ـ پودی فراهم می‌سازد. همچنین در مقایسه با ماشین‌های بافندگی تاری ـ پودی به نخ‌های تقویت‌کننده نیروهای بسیار کمی وارد می‌شود؛ در نتیجه امکان استفاده از نیمچه نخ‌های الیاف شیشه در جهت طول پارچه فراهم می‌شود. این پارچه‌ها که دارای نخ‌های تقویت‌کننده در جهت‌های صفر و ۹۰ درجه هستند، عمدتاً در موارد زیر استفاده می‌شوند:
● تقویت‌کننده گچ‌های ساختمان
این گروه دارای ساختمان شبکه‌ای از جنس شیشه هستند که به‌وسیله اکریلات پوشیده شده‌اند. ابعاد شبکه‌ها بین ۸ـ۴ میلیمتر در جهت طول است. این منسوجات که به‌عنوان حامل گچ به‌کار می‌روند، معمولاً در سیستم‌های کامپوزیتی عایق حرارتی به مصرف می‌رسند. در حال حاضر در هنگام ساخت ساختمان‌ها، معمولاً از صفحات پلی‌استایرن (استایروفوم) به‌عنوان مواد ایزوله یا عایق‌کننده استفاده می‌شود که به دیوار متصل می‌گردند. منسوج توری ساخته می‌شود که به دیوار متصل می‌گردند. منسوج توری ساخته شده از الیاف شیشه ابتدا روی صفحات فلزی چسبانده می‌شوند تا لایه خارجی گچ (عمدتاً رزین مصنوعی است) قابلیت چسبیدن به آن‌را پیدا کند. وجود منسوج از ترک برداشتن گچ جلوگیری می‌کند. بنابراین اهمیت نخ‌های تقویت‌کننده مستقیم در پارچه مشخص می‌شود.
نخ‌های تقویت‌کننده در منسوج حلقوی تاری بلافاصله نیروهای اعمال شده را بدون هیچ‌گونه کشش اولیه، جذب می‌نماید. پارچه‌های حلقوی تاری تقویت شده بزرگ با استفاده از نیمچه نخ‌های الیافت شیشه که نمره آنها تا ۳۱۰ تیکس می‌تواند باشد، تولید می‌شود. با استفاده از نیمچه نخ‌های ظریف‌تر با نمره‌ای در محدوده ۳۶ـ۳۴ تکس می‌توان پارچه‌های ظریف‌تر جهت کاربرد در تعمیرات تولید کرد.
● ژئوگریدها
این منسوجات سنگین و شبکه مانند با ساختار باز، اغلب به‌وسیله قیر یا PVC لایه‌گذاری می‌شوند و در بخش ژئوتکستایل به‌عنوان مواد تقویت‌کننده در جاده‌سازی، تثبیت خاکریزها، سنگ‌چینی اطراف رودخانه‌ها و نیز به‌عنوان دیوارهای حایل برای سنگ‌چینی جاده‌های آبی و نیز در جلوگیری از ریزش کوه‌ها استفاده می‌شوند. اندازه شبکه‌ها می‌تواند متفاوت باشد اما طول آنها معمولاً در حدود ۳۰ ـ ۱۵ میلیمتر است. این تنوع موجب انعطاف‌پذیری در استفاده از نخ‌هائی با ظرافت‌های مختلف جهت تحمل نیروهای وارده می‌گردد، بنابراین پارچه‌هائی با استحکام‌های مختلف را می‌توان تولید کرد و استحکام کششی تا ۱۰۰۰ کیلونیوتن بر متر در راستای طول و عرض قابل دستیابی می‌باشد.
در مقایسه با ژئوگریدهای ریسیده شده یا بافته شده و جهت طراحی مهندسی منسوجی که دارای عرض زیاد و درجه بالائی از ثبات ابعادی با توجه به کاربرد نهائی آن باشد وب را مستقیماً با استفاده از سیستم تغذیه درون پارچه حلقوی تاری حاوی نخ‌های تقویت‌کننده دومحوری می‌توان قرارداد و درون ساختمان شبکه ثابت کرد. وب در پارچه حلقوی تاری سپس برای جداسازی قطعات سنگ از خاکریزها و نیز به منظور فیلتراسیون و یا برای زهکشی، بسته به نیاز، استفاده می‌شود. از منسوجات حلقوی تاری که در آنها نیمچه نخ‌های الیاف شیشه دارای نمره ۲۴۰۰ ـ ۱۲۰۰ تکس به‌کار رفته، در جاده‌سازی استفاده می‌شود. در حالی‌که از منسوجاتی که در تولید آنها از الیاف پلی‌استر دارای مقاومت بالا و ظرافت ۱۱۰۰ دسی‌تکس استفاده شده است برای مقاوم‌سازی و نیز تثبیت خاکریزها (شیب‌ها) استفاده می‌گردد.
● تابلوهای تبلیغاتی
امروز در سراسر دنیا تابلوهای تبلیغاتی ساخته شده از منسوجات به شکل روزافزون استفاده می‌شوند. این تابلوها ممکن است در فضای باز و در معرض باد شدید و یا شرایط بد آب و هوائی قرار داشته باشند. الیاف پلی‌استر مقاوم با ظرافتی حدود ۲۸۰۰ ـ ۱۱۰۰ دسی‌تکس برای تولید منسوجات به‌کار رفته در این تابلوهای تبلیغاتی استفاده می‌شوند و ساختار منسوج مورد استفاده می‌تواند متراکم تا نیمه‌متراکم باشد. پارچه‌های حلقوی تاری تقویت‌شده دومحوری به‌دلیل دارا بودن استحکام در برابر پارگی اولیه و همچنین مقاومت در برابر نیروهای پس از آن، دارای مزایای بارزی جهت استفاده در تابلوهای تبلیغاتی هستند.● پارچه‌های عایق
سالیان متمادی از پارچه‌های حلقوی برای اندود کردن و تولید پارچه‌های عایق استفاده شده است و کاربرد صنعتی این پارچه‌ها به‌خوبی شناخته شده بود، اما امروز به‌دلیل پیشرفت‌های بزرگ در عملکرد ماشین‌های بافندگی حلقوی تاری و سهولت پودگذاری، این منسوجات صنعتی در کانون توجه قرار گرفته‌اند. برای سال‌ها در آمریکا و آسیا این پارچه‌ها در رقابت غیرمستقیم با پارچه‌های تاری ـ پودی جهت منسوجات عایق بوده‌اند و حتی بازار قابل توجهی داشتند. البته با گذشت زمان نقش تثبیت‌یافته‌ای نیز در بازارهای اروپائی کسب نمودند. به‌هر حال با بررسی و توجه به بازار مصرف، می‌توان به کاربرد روزافزون منسوجات حلقوی تاری حتی در اروپا آگاه شد. دلایل این موفقیت عبارت است از:
ـ بهره‌وری بالای ماشین‌های حلقوی تاری
ـ بهبود و پیشرفت در زمینه سهولت کار و سازگاری اپراتور با ماشین‌های حلقوی تاری
ـ عملکرد ملایم و نرم روی نخ مصرفی که در نتیجه موجب عدم کاهش استحکام نخ می‌گردد.
ـ دستیابی به حداکثر تحمل نیروی اعمال شده به پارچه به‌علت قرارگیری نخ‌های تقویت‌کننده در جهت مستقیم در ساختمان پارچه
ـ قابلیت چسبندگی خوب مواد پوشاننده به پارچه حامل
پارچه‌های حلقوی تاری که برای عایق‌سازی کاربرد دارند، از الیاف پلی‌استر استحکام بالا که دارای ظرافت ۱۱۰۰ دسی‌تکس است، تولید می‌شوند. همه مصارفی که برای پارچه‌های دومحوری ذکر گردید دارای یک‌ وجه مشترک می‌باشند و آن قرارگیری نخ‌ها در زاویه‌های صفر و ۹۰ درجه در پارچه است.
● ساختارهای چندمحوری
ساختارهای حلقوی تاری چندمحوری را بر روی ماشین‌های لیبا مدل Copcentra MAX۳ CNC و MAX ۵ CNCمی‌توان تولید کرد.
استفاده از ماشین‌های Copcentra MAX۳ CNC برای اپراتوری بی‌نهایت آسان است. زاویه نخ را می‌توان توسط رایانه و بدون هیچ‌گونه دخالت دست، تنظیم کرد. هم‌چنین از نیمچه نخ‌های الیاف شیشه، آرامید، کربن، بازالت و نیز نخ‌های پلی‌استر استحکام بالا به‌عنوان مواد اولیه می‌توان استفاده کرد. از مهمترین کاربردهای پارچه‌های چندمحوری به موارد زیر می‌توان اشاره نمود:
● توربین‌های بادی
از معروف‌ترین کاربردهای این پارچه‌ها، در تیغه‌های (پره) توربین بادی است. الیاف شکل LM برای ساخت بزرگ‌ترین توربین‌های بادی که عملکردی معادل ۵MW (مگاوات) دارند و قطر روتور آن به ۱۲۶ متر می‌رسد، متداول می‌باشد. بر این اساس یک پارچه چندمحوری که ترتیب قرارگرفتن نخ‌های آن ۴۵± درجه است با استفاده از نیمچه نخ‌های الیاف شیشه بر روی ماشین‌های حلقوی تاری تولید می‌شود. وزن پارچه در حدود ۴۰۰ گرم بر متر مربع است. مواد پایه شامل نیمچه نخ‌های الیاف شیشه با نمره ۶۰۰ تکس همراه با الیاف کربن ۱۲K می‌باشد. پارچه‌های چندمحوری به‌طور معمول با عرض ۵۰ اینچ (۲۷/۱ متر) تولید می‌شوند اما برای استفاده در ساخت پره‌توربین‌های بادی باید از این مقدار بزرگتر باشد. عرض ساختار نیز جهت دستیابی به نسبت مناسب طول به عرض باید تغییر کند. در سال ۲۰۰۰ شرکت لیبا ماشین‌های با عرض ۱۰۱ اینچ (۵۶/۲ متر) را به بازار عرضه کرد و در سال ۲۰۰۴ این شرکت ماشینی با عرض ۱۳۰ اینچ (۳/۳ متر) را به شرکت آلمانی فروخت، در این فروش با توجه به کاربرد پارچه تولید شده، عرض پارچه را تا ۸۰ اینچ می‌توان کاهش داد.
● تجهیزات ورزشی
تعداد زیادی از انواع پارچه‌های چندمحوری به‌طور گسترده برای ساخت کالاها و تجهیزات ورزشی استفاده می‌شود. در این صنعت از پارچه‌های مذکور برای ساخت اسکی، تخته برف‌سواری، تخته موج‌سواری، گلف، راکت‌های تنیس، بدنه دوچرخه و تعدادی مصارف دیگر استفاده می‌شود. استفاده از الیاف کربن و آرامید در این منسوجات موجب کاهش وزن و افزایش استحکام می‌شود. در این بین نیمچه نخ‌های الیاف شیشه با نمره‌ای بین ۱۲۰۰ ـ ۲۰۰ تکس نیز معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند.
● مهندسی ساختمان
در این بخش، منسوجات برای مصارف حمل‌و‌نقل و یا به‌عنوان اجزاء تقویت‌کننده کاربرد دارند. نیروهای اعمال شده در جهت‌های مختلف می‌تواند به‌وسیله پارچه‌های چندمحوری جذب شود. کالای نساجی به‌طور معمول در بازسای پل‌ها، مقاوم‌سازی در برابر زلزله، پایدارسازی دیوارها و یا برای تقویت پایه‌های به‌خصوص در جاهائی که هیچ‌گونه پوشش سطحی وجود ندارد، به‌کار می‌روند.
علاوه بر این پارچه‌های حلقوی تاری مخصوصی برای تعمیر خطوط لوله وجود دارند. این پارچه‌ها را می‌توان به شکل یک لوله به‌هم دوخت و سپس داخل آن‌ را با یک رزین پوشاند. این لوله پارچه‌ای را وارد سیستم لوله‌های خراب نموده و با استفاده از هوای داغ متورم می‌کنند، سپس مواد در مقابل دیواره لوله قرار گرفته و سفت می‌شوند. از همین روش در تولید خطوط لوله نیز می‌توان استفاده کرد. نیمچه نخ‌های الیاف شیشه با نمره ۶۰۰ ـ ۱۵۰ تکس اغلب در ساخت این منسوجات به‌کار می‌رود. در حال حاضر شرکت لیبا ماشین بافندگی Copcentra MAX۵ CNC را جهت استفاده از مواداولیه با وزن خیلی کم (مثل الیاف کربن) طراحی کرده است؛ با توجه به نوع مواداولیه مورد استفاده تولید پارچه‌های حلقوی سبک تا ۵۰ گرم بر مترمربع امکان‌پذیر است.
● صنایع اتومبیل و هواپیماسازی
اخیراً در ساختمان‌ ماشین و هواپیما از پارچه‌های چندمحوری استفاده می‌شود؛ هرچند که دستیابی به استانداردهای کیفی لازم نیاز به گذر زمان دارد و یک امر تدریجی است. اجزاء تولیدشده از پارچه‌های تقویت‌شده چندمحوری جهت ایمنی مسافران بسیار مناسب هستند. آزمایش‌های شبیه‌سازی کننده تصادفات نشان داده است که ظرفیت جذب انرژی توسط این مواد بسیار بالاتر از ساختارهای متداول است.
سقف ماشین‌های BMW (مدل M۳) با استفاده از پارچه‌های چندمحوری حاوی الیاف کربن در ترکیب با پارچه‌های تاری ـ پودی بافته شده از الیاف کربن ساخته شده است. در سال ۲۰۰۳ شرکت مرسدس، ماشین‌هائی را به بازار عرضه کرد که تمامی بدنه آنها با استفاده از الیاف کربن ساخته شده بود. این ماشین‌ها به‌وسیله شرکت مک‌لارن در انگلستان تولید شدند و پارچه‌های چندمحوری بافته شده به‌وسیله ماشین‌‌آلات لیبا مورد استفاده قرار گرفت در صنایع هواپیماسازی نیز در بدن صندلی‌ها، نوک و نیز در بال و دم هواپیما به‌عنوان مواد تقویت‌کننده از الیاف کربن و منسوجات تولیدشده از آن استفاده می‌شود.
با توجه به قیمت بالای سوخت مصرفی برای حمل و نقل بار و نیز جابه‌جائی مسافر، استفاده از مواد سبک که موجب کاهش وزن اجزاء اصلی وسایل نقلیه‌ میگردد، از اهمیت فراوانی برخوردار می‌باشد؛ بنابراین بهترین فرصت برای تولیدکنندگان منسوجات که بتوانند از دانش و مهارت خود برای تولید کالاهائی با کیفیت بالا و قیمت مناسب و نیز در اسرع‌وقت استفاده کنند، فراهم شده است.
● نتیجه‌گیری
در این مقاله تنها به چند مورد از کاربردهای اصلی منسوجات دومحوری و چندمحوری اشاره شد. تولیدکنندگان این نوع از منسوجات حلقوی تاری، دورنمای کاربردهای جدیدی را برای آنها در نظر دارند. بخش تحقیقات و ساخت ماشین‌آلات نیز در رسیدن به اهداف فعال هستند و تلاش آنها بر ایجاد پیشرفت و توسعه در کاربردهای نهائی منسوجات تولیدشده است. انتظار می‌رود در آینده تقاضا برای تولید کالاهائی با آرایش فضائی سه‌بعدی مدور و یا تخت وجود داشته باشد و بر این اساس کارهای تحقیقی در این زمینه آغاز شده است.
ترجمه: مهندس روفیا توفیقی
(کارشناس نساجی مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران)
منبع : ماهنامه نساجی امروز