طراحی سوزن نمدزنی و تأثیر آن بر خصوصیات منسوجات بی بافت سوزن زنی شده

سوزن نمدزنی یکی از مهمترین اجزاء در عملیات سوزن زنی می باشد در واقع این سوزن های نمدزنی هستند که باثع تولید کالای سوزن زنی شده می شدند

سوزن نمدزنی یکی از مهمترین اجزاء در عملیات سوزن زنی می‌باشد. در واقع این سوزن‌های نمدزنی هستند که باثع تولید کالای سوزن زنی شده می‌شدند. یک مصرف کننده بایستی کلیه توصیه‌هائی که در ارتباط با انتخاب سوزن می‌شود را دقیقاً مدنظر داشته باشد تا به‌واسطه آن در انتخاب سوزن مناسب دچار اشتباه نشود. البته توصیه انتخاب سوزن مناسب به مشتری کار مشکلی می‌باشد. در برخی مواقع سوزنی که برای یک مصرف کننده مفید بوده ممکن است جوابگوی نیازهای دیگری نباشد، جتی اگر هر دو تولید یکسانی داشته باشند.

امروزه سوزن‌های نمدزنی متفاوتی با طراحی‌های مختلف از جانب شرکت فاستر ساخته شده و به بازار ارائه می‌شود که قبل از استفاده بایستی اطلاعات کاملی از عملکرد آنها کسب نمود.

● عوامل مؤثر در طراحی سوزن نمدزنی

مشخصه‌های گوناگونی در ارتباط با طراحی سوزن نمدزنی مدنظر قرار می‌گیرد که مهمترین آنها عبارتند از:

I. شکل تیغه، II، شکل خار Barp Shape، III، تراکم خار و IV، طول سوزن.

▪ شکل تیغه:

سوزن‌های تیغه مثلثی از سال‌ها پیش مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. امروزه نیز اغلب مصرف کنندگان سوزن‌های نمدزنی از این نوع سوزه استفاده می‌کنند. اما در مواقعی که نیاز است تا محصول تولیدی از استحکام بالائی برخوردار باشد توصیه به استفاده از سوزن‌های نمدزنی تیغه الماسی (Pinch Blade) (با سطح مقطع شش ضلعی) و همچنین سوزن‌های نمدزنی تیغه ستاره‌ای (Star Blade) چهارلبه می‌شود. سوزن‌های تیغه الماسی دارای چهار لبه می‌باشد که لبه‌های مقابل هم خاردار می‌باشند و دولبه دیگر فاقد خار می‌باشند. در سوزن‌های تیغه ستاره‌ای چهار لبه هرچهارلبه خاردار هستند. در مقایسه با سوزن‌های تیغه مثلثی این دو نوع سوزن منسوج مستحکم‌تری تولید می‌کنند.

▪ شکل خار:

خار مهمترین قسمت سوزن نمدزنی محسوب می‌شود. بنابراین بایستی شکل خار در طراحی سوزن مورد توجه قرار بگیرد. امروزه اکثر سازندگان، سوزن‌های نمدزنی را با خارگرد (Round Bard) می‌سازند. لبه‌های این نوع خار گرد می‌باشد به همین علت در برخورد با الیاف حداقل صدمه را وارد می‌سازند. نوع دیگر خارهای برشی یا تیز (Cut Bard) می‌باشد که با ابزاری شبیه به قلم برروی تیغه سوزن به‌وجود می‌آیند. نفوذ این نوع خار به درون الیاف باعث آسیب دیدگی الیاف می‌شود چرا که الیاف به‌طور مداوم با یک سطح صاف و دو بخش تیز خار در تماس می‌باشد. بنابراین می‌توان گفت خارهای گرد در مقایسه با خارهای تیز از راندمان و کارآئی بیشتری برخوردارند و در اکثر موارد، استفاده از خارهای گرد توصیه می‌شود، چون این نوع خار تقریباً تمامی خصوصیات خارهای تیز را دارد.

▪ تراکم خار:

تراکم خار عبارت است از فاصله بین خارهای متوالی بر روی هر لبه در راستای طولی تیغه. امروزه اغلب سوزن‌های نمدزنی با تراکم خار نوع منظم (RB) که در آن فاصله بین خارها بر روی هر لبه بیشترین مقدار می‌باشد، ساخته می‌شوند. با این وجود، انواع دیگر سوزن‌های نمدزنی نیز وجود دارد که در آنها تراکم خار متفاوت می‌باشد. هر کدام از این نوع سوزن‌ها برای تولید محصول خاصی مورد استفاده قرار گرفته و خصوصیات متفاوتی در محصول ایجاد می‌کنند.

▪ طول سوزن:

انتخاب طول سوزن با توجه به نوع و مشخصات الیاف و همچنین ضخامت محصول انجام می‌گیرد. فاکتور دیگر در انتخاب سوزن، طول دامنه نوسان سوزن (سطح قرار گیرنده سوزن‌ها) می‌باشد. در ماشین‌های مدرن امروزی دامنه نوسان این سطح نسبت به ماشین‌های قدیمی کمتر شده است. با این توصیف سوزن‌های نمدزنی که طول کوتاه‌تری دارند به‌دلیل احتمال شکستگی و خمیدگی کمتر، کاربرد بیشتری دارند.

● فاکتورهای مؤثر در انتخاب سوزن نمدزنی

در انتخاب سوزن نمدزنی مناسب برای تولید یک محصول خاص بایستی فاکتورهای مختلفی مدنظر قرار بگیرد که عبارتند از:

۱) نوع محصول نهائی

۲) نوع الیاف و وزن نهائی محصول

۳) خصوصیات فیزیکی محصول

۴) موقعیت جغرافیائی محل تولید

۵) تجهیزات و وسایل عملیات سوزن نمندزنی

در ادامه به این عوامل به‌طور مشروح پرداخته خواهد شد.

▪ نوع محصول نهائی:

مبنای انتخاب سوزن عمدتاً براساس نوع محصول تولیدی می‌باشد. با توجه به تنوع زیاد محصولات، برای دستیابی به‌خصوصیات مورد نظر در محصول بایستی از سوزن مناسب استفاده کرد.

در اینجا به‌عنوان نمونه پارامترهای مهم که بایستی در انتخاب سوزن برای تولید نمدژئو تکستایل مورد توجه قرار بگیرد، اشاره می‌شود.

برای تولید نمدهای ژئوتکستایل، شکل تیغه سوزن نمدزنی بایستی ستاره‌ای چهارلبه باشد، چرا که در محصولات ژئوتکستایل پارامترهای استحکام کششی، استحکام ترکیدگی و همچنین گسیختگی ترپوزوئید (Trapezoid Tear) در جهات مختلف از اهمیت زیادی برخوردار است. سوزن‌های نمدزنی که تیغه آنها ستار‌ه‌ای چهار لبه می‌باشد به‌دلیل وجود یک لبه اضافی نسبت به سوزن‌های تیغه معمولی باعث در هم روی بیشتر الیاف به درون یکدیگر شده (مهمترین دلیل بهبود خصوصیات کششی است) و خصوصیات مذکور را در منسوج سوزن‌زنی شده تشدید می‌کند.

برای تولید محصولات ژئوتکستایل از سوزن‌هائی استفاده می‌شود که خارگرد با زاویه تحت برش ۲۰ دارند. همچنین در این سوزن‌ها برآمدگی خار از سطح تیغه (Padding & Wadding) بایستی از نوع B باشد. در این نوع سطح تیغه دماغه خار هم سطح با تیغه می‌باشد. چنانچه میزان برآمدگی خار از سطح تیغه زیاد باشد باعث شکستگی الیاف و در نتیجه افت خصوصیات فیزیکی می‌گردد. در این حالت هرچند که جابه‌جائی الیاف زیاد می‌شود ولی میزان درهم روی الیاف افزایش نمی‌یابد. در واقع بین میزان جابه‌جائی الیاف و درهم روی الیاف وجه تمایز وجود دارد. در مواردی که خصوصیات کششی محصول در درجه اول اهمیت نباشد، مثل منسوجات بسته‌بندی و محافظ (Kick Up)، استفاده از سوزن‌هائی با خارهای دارای مقداری برجستگی ایده‌ال است.

در صورت تولید ژئوتکستایل، زاویه خار که تحت آن زاویه، درگیری و در هم روی الیاف با یکدیگر انجام می‌گیرد بایستی ۲۰ درجه باشد. زاویه خار نسبت به خط عمود سنجیده می‌شود. محدوده زاویه خار در سوزن‌های نمدزنی ۲۰ درجه -۰ می‌باشد. چنانچه زاویه خار کم باشد در حین نفود خار به درون وب، الیاف از سط خار سر می‌خورند. منسوج تولیدی در این شرایط پفکی، نرم، ضخیم و دارای زیردست مناسبی می‌باشد ولی استحکام زیادی ندارد. چنانچه زاویه خار زیاد باشد در حین نفوذ به درون وب، الیاف اجازه سرخوردن از سطح خار را پیدا نمی‌کنند، در نتیجه نمد تولیدی فشرده بوده و از استحکام زیاید برخوردار خواهد بود.

تراکم خار سوزن‌ەایئ که برای تولید ژئوتکستایل (در محدوده وزنی ۵-۳ انس بریاردمربع) مورد استفاده قرار می‌گیرند بایستی از نوع تراکم بالا (Close Bard) CB باشد. این نوع تراکم باعث می‌شود تا در عمق نفوذ نسبتاً پائین (۱۱ میلیمتر)، تماس شش خار موجود در تیغه الماسی شکل به درون الیاف نفوذ کند. عمق نفوذ کم باعث می‌شود تا مدت اقامت سوزن در نمد کاهش یافته و در نتیجه نمد تحت کشش کمتری از منطقه سوزن زنی خارج شود که این ویژگی در کاهش نرخ سوزن شکستگی نیز تأثیر دارد. چنانچه از سوزن‌های نمدزنی با فواصل خار متداول استفاده شود برای ورود همان شش خار به دورن الیاف بایستی عمق نفود ۱۹ میلیمتر انتخاب شود. در این حالت چنانچه وزن نمد پائین باشد الیاف از سطح دیگر نمد بیرون می‌زند.

● محصول:

نوع، طول و دنیر الیاف و همچنین نحوه آرایش یافتگی الیاف درون وب که به نحوه تشکیل آن (تشکیل لایه با استفاده از جریان هوا یا با استفاده از کارد و سپس روی هم قرار گرفتن آن (Cross Lapped) برمی‌گردد، همگی از جمله عواملی هستند که بایستی برای تولید نمد سوزن‌زنی شده مورد توجه قرار بگیرند. همچنین وزن کلی نمد و استفاده از لایه آستری محافظ (A suppot Scrim) نیز اهمیت دارد. به‌عنوان یک قاعده کلی برای سوزن زنی الیاف ظریف از سوزن‌های نمدزنی تیغه ظریف و برای سوزن زنی الیاف ضخیم از سوزن‌های نمدزنی تیغه ضخیم استفاده می‌شود. جدول زیر به‌عنوان راهنما برای عملیات سوزن زنی الیاف پلی‌استر، پلی پروپیلن، نایلون و اکریلیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ـ جدول شماره ۱ ارتباط گیج تیغه و ظرافت الیاف

گیج تیغه سوزن (gg) / دنیرالیاف

۴۲ / ۵, ۱-۵, ۰

۴۰-۳۸/ ۶-۵, ۱

۳۸/ ۱۰-۶

۳۶-۳۴/ ۱۸-۱۰

۳۶-۳۲/ ۳۰-۱۸

ضخیم‌تر از ۳۰/ بالاتر از ۳۰

چنانچه از الیاف دیگر نظیر الیاف آرامید و الیاف طبیعی استفاده شود بایستی از سوزن متناسب با همان نوع الیاف استفاده شود.

نحوه آرایش یافتگی الیاف در وب نیز مهم می‌باشد. به‌عبارت دیگر با انتخاب سوزن نمدزنی می‌توان چگونگی استقرار الیاف در داخل تار عنکبوتی را تغییر داد. به‌عنوان مثال چنانچه تار عنکبوتی با استفاده از جریان هوا به‌وجود آمده باشد پس از عملیات سوزن‌زنی استحکام نمد در جهت ماشین نسبت به استحکام در جهت عرضی (۱/۲) و حتی (۱/۳) می‌باشد که به‌دلیل آرایش یافتگی بیشتر الیاف در جهت ماشین می‌باشد. در این حالت چنانچه از سوزن‌های تیغه الماسی استفاده شود با استقرار سوزن‌ها به‌گونه‌آی که خارها در جهت عرضی ماشین باشند. می‌توان آرایش یافتگی الیاف را در این جهت افزایش داد. این روش باعث افزایش همگنی استحکام در هر دو جهت می‌شود. گاهی اوقات در عملیات سوزن‌زنی از لایه‌ آستری استفاده می‌شود، استفاده از این روش در صنعت فیلتراسیون متداول است، که بایستی نخ‌های تار و پود در حین عملیات سوزن زنی آسیب نبیند در این شرایط سوزن‌ها به‌گونه‌ای در بورد (سطح قراگیری سوزن‌ها) چیده می‌شوند که خارهای سوزن نسبت به نخ‌های تار و پود زاویه ۴۵ درجه بسازد. به‌همین دلیل از سوزن‌های مثلثی شکل نمدزنی که تنها یک لبه خاردار دارند استفاده می‌شود. مشکل ستفاده از این نوع سوزن میزان جابه‌جائی الیاف توسط سوزن است. چنانچه از سوزن‌های نمدزنی تیغه الماسی استفاده شود و دو ردیف از سوزن‌ها نسبت به نخ‌های تار و پود زاویه ۴۵ درجه داشته باشند، میزان سوزن زنی نسبت به حالت قبل تشدید می‌شود.

▪ خصوصیات فیزیکی محصول:

خصوصیات فیزیکی پارچه سوزن‌زنی شده از جمله مهمترین نکات قابل توصیه در انتخاب سوزن می‌باشد. برخی پارچه‌های خاص به‌دلیل نوع کاربردشان بایستی از ویژگی‌های منحصر بفردی نیز برخوردار باشند تا کارآئی لازم را در حوزه کاربرد از خود نشان بدهند. در جدول زیر به برخی از خصوصیات فیزیکی مهم که بایستی در محصولات گوناگون مدنظر قرار بگیرند اشاره شده است.

ـ جدول شماره ۲ خصوصیات فیزیکی مهم در انواع منسوجات سوزن‌زنی شده

خصوصیات فیزیکی / نوع محصول

استحکام / ژئوتکستایل

نفوذپذیری در مقابل هوا / فیلتر، نمدهای مورد استفاده در ماشین کاغذساز

سایش / کفپوش

قابلیت فرم‌پذیری / نمدهای مورد استفاده در اتوموبیل

ازدیاد طول / ژئوتکستایل

انتقال حرارت / جداره‌های حرارتی

زیردست نرم / نمدهای مورد استفاده در محصولات وینیلی

ضخامت / صنایع مبل، جداره‌های حرارتی

در این ارتباط توصیه‌هائی وجود دارد که به‌کارگیری آنها باعث بهبود خصوصیات فیزیکی محصول تولیدی می‌گردد.

▪ استحکام:

قبلاً توصیه‌هائی در ارتباط با پارامترهای مؤثر برای افزایش استحکام شده است. این توصیه‌ها مربوط به خار و تیغه سوزن می‌باشد.

▪ ضخامت:

هیچ روشی که بتواند استحکام و ضخامت نمد را تواماً افزایش دهد وجود ندارد چرا که افزایش یکی باعث کاهش دیگری می‌شود. در هر صورت می‌توان از سوزنی استفاده نمود که مستقلاً باعث کاهش ضخامت شود. در حین پروسه سوزن زنی نیز می‌توان با کاهش تراکم پانچ (PPsi) و یا کاهش عمق نفوذ سوزن ضخامت منسوج سوزن زنی شده را افزایش داد بدون اینکه احتیاج به تغییر سوزن باشد. اما در این روش ممکن است لایه‌های تار عنکبوتی در پشت نمد به‌صورت لایه لایه شوند و یا پشت آن به‌طور مطلوبی سوزن زنی نشود. در ارتباط با سوزن نیز استفاده از سوزن‌های نمدزنی که خصوصیات زیر را داشته باشند باعث افزایش ضخامت منسوج تولیدی می‌گردد:

خارهای با ابعاد کوچکتر و تعداد کمتر ۲ درجه زاویه خار کوچکتر ۳ درجه تراکم خرا نوع معمولی (RB) خارهای کوچک کمک به افزایش ضخامت منسوج می‌کند. همچنین با استفاده از خارهای کوچکتر و تنظیم صحیح پانچ (سوزن‌ها) و عمق نفوذ در ماشین سوزن زنی می‌توان از ورقه ورقه شدن لایه‌های الیاف در پشت محصول جلوگیری کرد. بدلیل آنکه با سوزن‌ به داخل وب، حجم کمتری از الیاف جابه‌جا می‌شود، در نتیجه فشار وارده از طرف الیاف به تیغه سوزن کاهش یافته و در نهایت احتمال شکستگی سوزن نیز کاهش می‌یابد. کاهش بار وارده بر سوزن افزاش ثبات تیغه سوزن در حین عملیات سوزن زنی را نیز به دنبال دارد.

برای دستیابی به ضخامت یکنواخت‌تر از سوزن‌هائی که زاویه خار کوچک دارند، می‌توان استفاده کرد. زاویه خار کوچک باعث می‌شود تا در هنگام نفوذ سوزن به داخل وب، الیاف بر روی سطح خار سر بخورند و در نتیجه جابه‌جائی الیاف کمتر صورت پذیرد. همچنین برای دستیابی به نرمی یا زیر دست مناسب منسوج از سوزن‌هائی که زاویه خار کم دارند، استفاده می‌شود. تنها مشکل استفاده از این سوزن‌ها در پارچه‌های با وزن بالا است و احتمال لایه‌لایه شدن در بخش پائینی محصول افزایش می‌یابد. دلیل این مسئله هم به احتمال سرش الیاف بااین طراحی سوزن برمی‌گردد. به‌طور کلی برای تولدی نمدهای سبک که فشردگی کم دارند از سوزن‌های با زاویه خار کم می‌توان استفاده کرد.

پی‌نوشت:

کارشناس ارشد تکنولوژی نساجی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

ماخذ:

J.,H.,Foster. "Needle Designs and Theri Effect on the Needled Nonwoven, www. fosterneedleusa. com".

مهندس امیرفراتی

---