مروری بر پارچه های سه بعدی و کاربردهای مختلف آن

پارچه های سه بعدی پارچه هائی با ساختار به طور معمول حلقوی بوده که از اتصال دو پارچه جدا از هم به وسیله نخ های متصل کننده نخ های ایجاد کنندهٔ فاصلهٔ بین دو پارچه با سختی خمشی متفاوت از نخ مورد استفاده در پارچه های سطحی ایجاد می شوند معمولاً جنس نخ های متصل کننده منوفیلامنت پلی استر یا پلی آمید هستند و نوع نخ پارچه های سطحی با توجه به کاربرد نهائی پارچه می تواند پلی استر, نایلون و یا پلی پروپیلن باشد

پارچه‌های سه بعدی پارچه‌هائی با ساختار به‌طور معمول حلقوی بوده که از اتصال دو پارچه جدا از هم به‌وسیله نخ‌های متصل کننده (نخ‌های ایجاد کنندهٔ فاصلهٔ بین دو پارچه) با سختی خمشی متفاوت از نخ مورد استفاده در پارچه‌های سطحی ایجاد می‌شوند. معمولاً جنس نخ‌های متصل کننده منوفیلامنت پلی‌استر یا پلی‌آمید هستند و نوع نخ پارچه‌های سطحی با توجه به کاربرد نهائی پارچه می‌تواند پلی‌استر، نایلون و یا پلی‌پروپیلن باشد. هر دو طرف پارچه از لحاظ تراکم، طرح، جنس و... می‌تواند مشابه و یا متفاوت باشد. شکل ۱) نمائی از سطح مقطع این پارچه‌ها را نشان می‌دهد.

برای بافت این پارچه‌ها بر روی ماشین‌های راشل به حداقل پنج میله راهنما احتیاج می‌باشد. فاصله بین دو پارچه، توسط فاصله بین دو میله سوزن تعین می‌گردد که با توجه به موارد استفاده متفاوت می‌باشد.

این پارچه‌ها به‌علت داشتن ساختمان سه بعدی و همچنین فضای خالی بین دو سطح پارچه، دارای خصوصیات متنوعی نظیر گردش هوای کافی داخل پارچه، قابلیت برگشت‌پذیری بی‌نظیر پس از اعمال نیرو، قابلیت جذب رطوبت به داخل ساختمان پارچه، نفوذپذیری هوا، قابلیت انتقال بخار آب از سطح پارچه، سبکی و.. می‌باشند. این خصوصیات کاربردهای متنوعی را برای این پارچه‌ها فراه کرده است. مقاومت فشاری این پارچه‌ها تحت تأثیر نمره منوفیلامنت، زاویه آنها و تراکم پارچه می‌باشد. همچنین ضخامت‌های متفاوتی برای این پارچه‌ها قبل دسترس می‌باشد که البته سازندگان مختلف ماشین‌آلات بافت این نوع پارچه‌ها، برای مصارف مختلف، به‌طور تخصصی ماشین مناسب را پیشنهاد می‌کنند.

● کاربردهای پارچه‌های سه بعدی

▪ صنایع اتومبیل‌سازی

همگام با توسعه صنایع خودرو در دنیا و تولید روزافزون انواع خودرو، برای ایجاد راحتی و آسایش مصرف‌کنندگان، به بخش‌های داخلی خودرو توجه بیشتری می‌شود. در این میان صندلی خودرو نقش مهمی در جلب نظر مشتری و راحتی او در سفرهای طولانی دارد. علاوه بر طراحی شکل ظاهری صندلی، نوع منسوجات مورد استفاده در آن به‌منظور جذب رطوبت بدن و جلوگیری از خستگی زودرس نیز اهمیت دارد.

پارچه‌های سه‌بعدی دو جداره در قسمت‌های مختلف یک اتومبیل به‌کار می‌روند. از جمله مواردکاربرد این پارچه‌ها در صنایع خودرو روکش صندلی، لایه داخلی صندلی به جای فوم‌ها، به‌عنوان لائی در ستون‌ها، داشبورد، سقف ماشین، درب‌های ماشین و قسمت‌های مشابه دیگر می‌باشد. روش‌های قدیمی برای تولید صندلی، استفاده از قطعات منسوج یا اسفنج و متصل کردن آنها توسط دوخت و روکش کردن آن توسط پارچه پودی بوده است. نکته مهم در تولید صندلی، هماهنگی طراحی آن با بدن انسان است تا شرایط راحتی بدن را فراهم سازد. شکل ۲ و ۳ نمونه‌هائی از کاربردهای پارچه‌های سه‌بعید در صندلی خودرو را نشان می‌دهد.

نتایج بالا با استفاده از روش مدل‌سازی پوست با اندازه‌گیری مقاومت آنها در برابر بخار آب، بدست آمد. همچنین آنها با استفاده از روش کیفی و با استفاده از افراد مختلف نیز چنین نتیجه گرفتند که تمایل به عرق کردن، موقعی که این پارچه‌ها در صندلی به‌کار برده شده خیلی کمتر از حالتی است که از فوم‌ها استفاده شده است.

کانده و همکارانش [۲] با بررسی این پارچه‌ها بیان می‌کند. با توجه به اینکه راحتی صندلی اتومبیل ارتباط بسیار نزدیکی با ساختار صندلی و میزان چرخش هوا دارد و با توجه به آزمایشات صورت گرفته روی مواد مختلف مورد استفاده در صندلی اتومبیل، پارچه‌های سه بعدی دارای چرخش هوای چندین برابر بیشتر نسبت به ساختارهای چند لایهٔ ساندویچی (Sandwich Iaminated) بوده و امروزه بیشتر از آنها در این زمینه استفاده می‌شود.

● کاربرد در منسوجات پزشکی

استفاده از منسوجات برای کاربردهای پزشکی، سابقه طولانی دارد. مهمترین کاربرد آنها در پزشکی در بانداژها، چسب‌های زخم و منسوجات اتاق عمل می‌باشد. پارچه‌های تاری پودی و منسوجات بی‌بافت در این زمینه، پارچه‌های سه بعدی می‌باشند. مزیت پارچه‌های سه بعدی برای کاربرد در منسوجات پزشکی در داشتن حالت بهینه به لحاظ برگشت پذیری بعد از اعمال فشار و همچنین توزیع فشار وارده به آن می‌باشد. همچنین انتقال رطوبت و حرارت تولید شده توسط بدن به لایه داخلی خود و نگهداشتن این دو در حد قابل قبول برای بدن می‌باشد. از جمله مزیت‌های دیگر آنها، قابلیت شستشوی آنها با مواد ضدعفونی و حفظ کردن حالت خود پس از شستشو می‌باشد [۳].

داشتن فاصله مناسب بین دو لایه پارچه و ثبات ابعادی و مقاومت فشاری خوب، جهت حصول اطمینان از گردش هوای کافی و کنترلدرجه حرارت بدن از جمله مزایا و ویژگی‌هائی می‌باشد که پارچه‌های سه بعدی را برای کاربرددر لائی و رویه تشک‌ها و یا استفاده در ویلچرها مناسب ساخته است. قابل ذکر است خصوصیات ذکر شده احتمال ابتلا به زخم‌های بستر در بیمارانی که دوره درمان طولانی مدت دارند و یا افرادی که روی صندلی‌های چرخ‌دار می‌بایست باشند را کاهش می‌دهد. [۳ و ۴].

هیده و همکارانش [۴]، با استفاده از تغیرات در ساختار پارچه، ضخامت و نوع نخ مصرفی آزمایشاتی را روی این پارچه‌ها انجام داد و نتایج حاصله را با تشک‌های معمولی مقایسه کرده و نتیجه گرفت که استفاده از پارچه‌های سه بعدی برای روکش تشک، خطر ابتلا به زخم‌های بستر را تا حدود ۲۵% کاهش می‌دهد.

● کاربرد در پوشاک و لباس‌های ورزشی

در حال حاضر استفاده از پارچه‌های حلوقی تاری سه بعدی برای افزایش احساس راحتی بیشتر در کفش‌های ورزشی بسیار رایج شده است. این پارچه با توجه دارا بودن قابلیت نفوذ و خروج هوا در هنگام ورزش، در تولید کفش‌های ورزشی بسیار مناسب می‌باشند. این کفش‌ها با توجه به قابلیت بازگشت آنها، از انعطاف‌پذیری و نرمی خاصی برخوردار می‌باشند. ضمن اینکه از لحاظ وزن و راحتی نیز قال مقایسه با انواع دیگر کفش‌ها نیستند. تعریق حاصل از پوست بدن می‌تواند از طریق لایه داخلی پارچه جذب شده و به لایه میانی پارچه انتقال داده شود. سپس با تبخیر سطحی از لایه خارجی موجب خنک شدن بدن گردد. این در حالی است که به واسطه عبور رطوبت به لایه میانی، پوست بدن تماس کمی با رطوبت داشته و احساس راحتی مناسبی برای فرد حاصل می‌گردد. خصوصیات ذکر شده سبب شده که علاوه بر کاربرد این پارچه‌ەا در کفش‌های ورزشی، از آنها برای تولید کیف، کوله‌پشتی، البسه ورزشی، زانو بند و آرنج بندهای مخصوص ورزش اسکیت و ژاکت‌های مخصوص کوه نوردی نیز استفاده شود. شکل ۴ نمونه‌هائی از کاربردهای این از پارچه‌ها را برای مصارف ورزشی و پوشاک نشان می‌دهد.

یکی دیگر از کاربردهای پارچه‌های سه‌بعدی به‌عنوان آستری در لباس‌های آتش‌نشان‌ها می‌باشد که از مقاومت حرارتی بالائی می‌بایست برخوردار باشند. برای این منظور لازم است تا طبق استاندارد DIN EN ۵۳۳، این پارچه‌ها ویژگی‌های زیر را دارا باشند:

ـ گرمای تولید شده توسط آتش و یا منبع دیگر را به بدن انتقال ندهند و یا کمترین حالت انتقال را داشته باشند.

ـ خصوصیات ابعادی خود را پس از شستشو از دست ندهند.

ـ به اندازه کافی گرم و سبک باشند.

ـ راحت بوده و هنگام استفاده از آن بدن در شرایط راحتی مناسبی قرار گیرند و آزادی حرکت بدن را مختل نسازند.

در مجموع رفتار فیزیولوژیکی و راحتی پوشش لباس‌های محافظ عامل‌های بسیار مهمی می‌باشند. در برری که مؤسسه تحقیقات ملی حفاظت در برابر آتش (NFPA ۴) انجام داده مشخص شده که بیش از نیمی از مرگ آتش نشان‌ها دهنده اهمیت مسأله راحتی پوشش و انتقال حرارت این پارچه‌ها می‌باشد. یکی از فاکتورهای مهم در رفتار فیزیولوژیکی منسوجات قابلیت آنها به نگهداری و انتقال رطوبت به سطوح داخلی خود می‌باشد، تا از به‌وجود آمدن یک لایه مرطوب روی سطح بدن جلوگیری شود و در نهایت احساس راحتی مناسبی برای فرد حاصل آید. در این زمینه پارچه‌های سه‌بعدی دارای شرایط ایده‌الی می‌باشند.

از جمله موارد کاربرد دیگر پارچه‌های سه بعدی همراه با خواص محافظتی، در روکش‌های ضد آتش برای تشک‌های بیمارستان‌ها، خانه‌های پرستاری، خانه‌های سالمندان و هتل‌ها می‌باشد. برای استفاده این پارچه‌ها در موارد ذکر شده، پارچه باید دارای خواص زیر باشد:

ـ مقاوم در برابر شعله‌ور شدن

ـ ثبات ابعادی و فشارپذیری مناسب

ـ جذب و انتقال رطوبت

ـ حفظ فاصله مناسب بین دو لایه پارچه برای حصول اطمینان از گردش هوای کافی و کنترل درجه حرارت بدن

ـ رفتار خوش آیند و مناسبی با پوست بدن داشته باشد

ـ زیر دست خوبی داشته و قابل شستشو باشد

با توجه به ساختار پارچه‌های سه بعدی و حبس فیزیکی مقدار قابل توجهی از هوا بین دو سطح پارچه، سبب شده که این پارچه‌ها خواص مطلوبی از لحاظ عایق حرارتی از خود نشان دهند.

هایده [۵] روی خواص آتش‌پذیری این پارچه‌ها آزمایشاتی انجام داد. برای این کار دو سری از این پارچه‌ها را به‌صورت زیر تولید کرده و آنها را طبق استاندارد DIN EN ۴۶۹ در برابر درجه حرارت زیاد قرار داده و طبق جدول ۱ نتایجی را بدست آورد. برای این کار از دو سری پارچه استفاده کرد:

BG۱ با الیاف Nomex نوع Delta با وزن تقریبی gr/m۲۱۹۵

BG۲ با الیاف Nomex نوع II با وزن تقریبی gr/m^۲ ۲۶۵

همان‌طور که در جدول مشاهده می‌شود هر دو نمونه که مواد اولیه آنها طبق استاندارد ذکر شده تهیه شده بود، ملزومات یک پارچه را از لحاظ ضد آتش بودن بدون هیچ گونه مشکلی برآورده می‌کند.

این پارچه‌ها به علت داشتن ساختمان سه بعدی و همچنین فضای خالی بین دو سطح پارچه، دارای خصوصیات متنوعی نظیر گردش هوای کافی داخل پارچه، قابلیت برگشت‌پذیری بی‌نظیر پس از اعمال نیرو، قابلیت جذب رطوبت به داخل ساختمان پارچه، نفوذپذیری هوا، قابیت انتقال بخار آب از سطح پارچه، سبکی و... می‌باشند. با توجه به این خصوصیات کاربردهای متنوعی را برای این پارچه‌ها فراهم کرده است که با توجه به نحوه کاربرد این نوع از پارچه‌ها می‌ةوان با تغییر هر یک از پارامترهای آن به خواص مورد نظر دست یافت. اما به‌طور اعم استفاده از این نوع پارچه‌ها در کاربردهای فنی مانند پوشاک ورزشی، لباس‌های محافظ، صنایع اتومبیل‌سازی و کامپوزیت‌ها را می‌توان به‌عنوان یک مزیت اشاره کرد.

تهیه و تنظیم: مهندس روح‌الله باقرزاده، دکتر مجید منتظر، دکتر مسعود لطیفی

پی‌نوشت:

کارشناس ارشد مهندسی تکنولوژی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

استادیار و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

استاد و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

مراجع:

۱) Nolkmar T. Bartels, "Thermal comfort of airplane seats: influence of different seat materials and the use of laboratory test methods" , Applied Ergonomics, ۳۴ (۲۰۰۳), ۳۹۳-۳۹۹

۲) K.Kunde, "Spacer fabrics _ their application and future opportunities" , Melliand Textileberichte international Textile Reports, ۲۰۰۴, E ۱۱-۱۲

۳) U.Wollina, M.Heide, W.Muller - Litz, D.Obenauf, J.Ash, "Functional Textiles in Prevention of Chronic Wounds, Wound Healing and Tissue Engineering" Textile and the skin, ۲۰۰۳, vol ۳۱, pp ۸۲ - ۹۷.

۴) Marianne Heide, Dirk Zschenderlein, Dr. Uwe Mohring, Three - Dimensional Spacer Fabrics in Medicine" , ۴ th international Confernece innovation and Modelling of the Clothing Engineering Processes - IMCEP ۲۰۰۳.

۵) M.Heide, "Spacer fabric with the specific protective characteristics", Melliand Textileberichte International Textile Reports, ۶ , ۲۰۰۰ , E ۱۲۴ - ۱۲۵