عملیات حرارتی نخ: یکی از روش های بهبود خواص مواد اولیه در صنعت نساجی، انجام عملیات تکمیلی بر روی آنها مانند حرارت دادن، رنگرزی کردن، بخاردادن و… می باشد. نخ خاب نیز به عنوان یکی از مواد اولیه تولید فرش می تواند تحت عملیات تکمیلی قرار گیرد.
6 – 3- عملیات حرارتی روی نخ
در صنعت فرش ماشینی دو نوع عملیات حرارتی بر روی نخ خاب انجام می شود که عبارتند از: «تثبیت حرارتی» یا «هیت ست کردن» و «فریز کردن». در ادامه نحوه انجام هر یک از عمليان تکمیلی ذکر شده به طور مختصر بیان می شود.
۱ – ۶ – ۳ – تثبیت حرارتی
عملیات تثبیت حرارتی یکی از مهم ترین و تأثیرگذارترین عملیات حرارتی نخ در صنعت فرش ماشینی است. در واقع، طی این عملیات، ساختار نخ با حرارت دادن به طور غیرقابل بازگشتی تثبیت می شود. نخ تثبیت حرارتی شده باید بلافاصله سرد گردد. به عبارتی، عملیات تثبیت حرارتی هر دو مرحله حرارت دادن و سرد کردن را شامل میشود.
تثبیت حرارتی نخ نه تنها بر خواص فیزیکی – مکانیکی نخ و فرش بافته شده تأثير می گذارد، بلکه جلوه بصری فرش را نیز تغییر می دهد. زمانی که درجه حرارت الياف افزایش می یابد و به بالاتر از یک دمای معین (دمای انتقال شیشه ای یا T) می رسد، ساختار ریز پلیمر تشکیل دهنده لیف تغییر می کند.
از یک طرف در نقاط بی نظم ساختار داخلی لیف، مولکول ها حرکت کرده، جابه جا می شوند و از طرفی بلوری یا کریستالی شدن زنجیرهای پلیمری رخ داده و بلورهای جدیدی به وجود می آیند.
بدین ترتیب می توان گفت لیف دارای ساختار جدیدی می شود که در آن نحوه قرار گرفتن زنجیرهای پلیمری و میزان بلورینگی تغییر کرده است. حال چنان چه لیف بلافاصله سرد شود، لیف قادر به بازگشت به ساختمان قبلی نخواهد بود و نظم جدید پلیمر و در نتیجه ساختمان داخلی جدید لیف، به طور دائم بدون تغییر باقی خواهد ماند.
از آن جایی که تغییرات ساختار پلیمری لیف در اثر حرارت فرآیندی زمان بر می باشد، بنابراین می توان گفت مدت زمانی که در آن الیاف تحت عملیات تثبیت حرارتی نگه داشته می شوند، عامل بسیار تأثیرگذار بر ساختار نخ می باشد.
به طور کلی خواص فیزیکی – مکانیکی نخ خاب تثبیت حرارتی (یا تثبیت تاب) شده به و در برپایی جز درجه حرارت، کشیدگی نخ، مدت زمان حرارت دادن نخ، مدت زمان می کرد یح، شار بخار و همچنین ساختمان شیمیایی نخ بستگی دارد. شاید بتوان گفت مهم ترین و موثر ترین آن ها، درجه حرارت و مدت زمان حرارت دادن نخ است.
مهم ترین دلایل انجام عملیات تثبیت حرارتی بر روی نخهای می زد. پس بر موارد زیر باشد:
-تثبیت تاب نخ جهت جلوگیری از باز شدن تاب
– جلوگیری و کاهش فر و موج نخ و حفظ حالت حجیم و پفکی نخ
– ثبات بعدی نخ
– مقاومت در مقابل فرسایش نخ خاب به هنگام استفاده از فرش
– بهبود خواص بازگشت پذیری خاب فرش حین بارگذاری (پاخوردن)
– دانه اناری شدن سطح خاب فرش و در نتیجه وضوح بیشتر نقشه فرش به هنگام مشاهده
– کاهش میزان پرزدهی فرش های بافته شده از نخ خاب ریسیده شده
نکته ای که در این جا باید به آن توجه داشت آن است که تثبیت حرارتی نخ خاب در فرش های «خاب بریده»، اهمیت بیشتری از سایر فرشها دارد.برای حرارت دادن نخ در عملیات تثبیت حرارتی، از حرارت خشک یا حرارت بخار آب استفاده می شود.
تثبیت حرارتی به وسیله هوای داغ یا حرارت خشک برای نخهای فیلامنتی تهیه شده از الیاف مصنوعی مانند پلی پروپیلن، نایلون و پلی استر استفاده می شود. البته، در برخی موارد برای آن که تثبیت حرارتی نخهای فیلامنت مصنوعی (به ویژه پلی استر نایلون) در درجه حرارت پایین تری صورت گیرد، از بخار آب نیز استفاده میشود. بخار آب داغ عموما برای تثبیت حرارتی نخهای ریسیده شده به ویژه نخ های پشمی به کار می رود.
از نظر عملیاتی دو روش کلی برای تثبیت نخ وجود دارد:
– روش «محموله ای (بچ)» یا «اتوکلاوه»
– روش «مداوم»
در روش اتوکلاو که یک روش غیر مداوم محسوب می شود، محموله ای از نخ به صورت کلاف و یا بوبین های شل پیچی شده به داخل ماشین اتوکلاو منتقل میشود. به دلیل ضخیم بودن نخ های خاب فرش، ابتدا آنها را از روی بوبین باز کرده به وسیله دستگاه کلاف پیچ به صورت کلاف در می آورند و سپس کلاف ها به داخل دستگاه اتوکلاو حمل می شوند.
ماشین اتوکلاو شبیه به یک استوانه یا کپسول بزرگ افقی (و در مدل های جدید شبیه به یک اتاقک مکعبی شکل است که انتهای آن بسته و ابتدای آن درب بزرگی دارد که پس از حمل نخ به داخل آن بسته می شود (شکل ۲-۲۱).
شکل 3-21- تصاویری از ماشین اتوکلاو برای تثبیت حرارتی
سپس «بخار آب اشباع» ۱۴۰ درجه سانتی گراد طی مدت زمان معین به داخل اتوکلاو تزریق می شود. پس از پایان عملیات، نخ از داخل ماشین به بیرون منتقل می شود تا کاملا خنک گردد. باتوجه به وجود بخار اشباع، دمای داخل ماشین اتوکلاو به کمک فشار داخل ماشین تنظیم می شود.
نخی که به روش اتوکلاو تثبیت تاب یا تثبیت حرارتی می شود، معمولا حجیم تر و پفکی تر از نخ تثبیت حرارتی شده به روش مداوم است. روش اتوکلاو متداول ترین روش از بین بردن عیب باملخی یا تاب زنده بودن نخ های ریسیده شده نیز می باشد.
در روش مداوم که کمپانی هایی چون Sussen، Superba و Power Heat Set مهم ترین سازنده ماشین آلات از این نوع میباشند، فرآیند تثبیت حرارتی نخ یک فرآیند پیوسته می باشد.
به عبارت دیگر، نخها از یک طرف ماشین تغذیه شده با طی کردن مراحلی در داخل ماشین، از آن طرف ماشین به عنوان نخ تثبیت حرارتی شده خارج می شوند. این ماشین ها معمولا می توانند تا روزانه ۱۰ تن نخ را تثبیت حرارتی (هیت ست) نمایند.
در این ماشینها، ابتدا نخ ها از روی بوبین های قفسه تغذیه ماشین (با ظرفیت ۲۴ تا ۷۲ بوبین) باز شده به صورت آزاد و به شکل حلقه های کوچک بر روی نوار نقاله استیل مشبکی، ریخته می شوند. با حرکت نوار نقاله مشبک، ابتدا نخ از یک محفظه کوچک بخاردهی عبور داده می شود.
در این محفظه، که به منظور آماده سازی نخ جهت تثبیت حرارتی تعبیه شده و به قسمت «پیش بخار» معروف است، بخار ۱۰۰ درجه سانتی گراد تحت فشار اتمسفر به نخ زده می شود. سپس با حرکت نوار نقاله به سمت جلو، نخ وارد تونلی به نام «تونل تثبيت حرارتی» یا «کانال تثبیت» به طول تقریبی ۹ متر می شود.
در این تونل بسته به نوع جنس نخ، بخار اشباع خالص با دمای بین ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد و تحت فشار بالاتر از اتمسفر به نخ زده می شود. مدت زمان عبور نخ از ابتدا تا انتهای تونل، بستگی به سرعت حرکت نوار نقاله و مدت زمان مورد نیاز بخاردهی هر نوع از نخها دارد.
این مدت زمان در مورد نخ های پلی پروپیلن بی سی اف، حدود یک دقیقه است. پس از خروج نخها از تونل وخنک شدن آنها، نخها از یکدیگر جدا می شوند. هر نخ در مسیری جداگانه به قسمت پیچش هدایت شده، بر روی یک بوبین مجزا پیچیده می شود.
در برخی مدل های ماشین تثبیت حرارتی، به جای ریخته شدن نخ روی نوار نقاله، نخها پس از باز شدن از روی بوبین های تغذیه، به صورت کلاف بر روی دو طناب موازی متحرک چیده می شوند. این دو طناب با حرکت خود به سمت کانال تثبیت، نخ قرار گرفته بر روی خود را به داخل کانال حمل می کنند.
کانال تثبيت برخلاف تونل تثبیت حرارتی، طول کوتاه تری (حدود ۲ متر) دارد. در ابتدای ورود نخ به کانال، یک پیش گرمایش با دمای پایین به نخ اعمال شده و سپس در اواسط کانال، نخ تحت بخار اشباع، تثبیت حرارتی می شود. هر یک از نخ ها پس از خروج از کانال، بر روی یک بوبین جداگانه پیچیده می شوند.
مدت زمان تثبیت حرارتی نخ در روشهای مداوم، در حدود چند دقیقه (پنجاه ثانیه تا دو دقیقه) می باشد که در مقایسه با مدت زمان قرار گرفتن نخ در داخل اتوکلاو که گاه به ۳۰ دقیقه نیز می رسد، به مراتب کوتاه تر است.
دلیل این امر، چرخشی و در حال حرکت بودن بخار آب از یک طرف و فشرده نبودن نخ (به صورت بوبین) از طرف دیگر می باشد که سبب می شوند تا بخار آب با سرعت بیشتری به داخل نخ نفوذ کرده، تثبیت حرارتی سریع تر انجام شود.
به طور کلی ماشین های تثبیت حرارتی ماشین های طویلی هستند. طول این ماشینهاء بسته به نوع و کمپانی سازنده ماشین و با احتساب طول قفسه تغذیه و قسمت بوبین پیچی انتهای خط، بین ۲۰ تا ۵۰ متر و عرض آنها حدود ۵ متر می باشد. ماشین های تثبیت حرارتی به دلیل نیاز به بخار آب اشباع، به تجهیزات جانبی مانند بویلر و لوله های انتقال بخار نیاز دارند.
در این جا ذکر این نکته ضروری است که اگر چه روش کلی تثبیت حرارتی نخ در روش مداوم شرح داده شد، لیکن بین مراحل و شرایط تثبیت حرارتی نخ در ماشین های ساخت کمپانی های مختلف تفاوت هایی نیز وجود دارد. شکل (۳-۲۲) تصویر نمونه ای از ماشین های تثبیت حرارتی مداوم با تونل تثبیت حرارتی طویل را نشان میدهد.
شکل 3-22- نمونه ای از ماشین تثبیت حرارتی مداوم نخ
در صنعت فرش ماشینی ایران، عموما دو نوع نخ خاب فیلامنت پلی پروپیلن بی سی اف (BCF) و نخ ریسیده شده اکریلیک تثبیت حرارتی می شود. دلیل تثبیت حرارتی هر یک از این نخها با دیگری متفاوت است.
فرش بافته شده از نخ های خاب پلی پروپیلن خواص بازگشت پذیری ضعیفی دارد. به عبارت دیگر، این نوع از فرش های ماشینی، پس از پاخوردن سفت و سخت می شوند و نخ های خاب آنها پس از فشرده شدن (پاخوردن یا قراردادن اجسام سنگین روی فرش) به حالت اول برنمی گردند.
از این رو نخ پلی پروپیلن بی سی اف را تحت عملیات تثبیت حرارتی قرار می دهند. این عمل سبب می شود تا خواص بازگشت پذیری فرش بافته شده، بهبود یابد و کوبیده شدن (سفت شدن) خاب فرش، دیرتر رخ دهد.
در مقابل، مهم ترین دلایل تئبيت حرارتی نخهای خاب اکریلیک ریسیده شده را می توان تثبیت تاب نخ، کاهش پرزدهی فرش حاصل و دانه اناری شدن سطح فرش بیان نمود. دانه اناری شدن خاب فرش سبب می شود نقشه فرش واضح تر و زیباتر به نظر برسد. در نتیجه این اقدام، جلوه بصری فرش بهبود یافته و فرش مورد نظر، مشتری پسندتر می شود.
۲ – ۶ – ۳ – فریزینگ
یکی از عملیات حرارتی دیگری که بر روی نخ انجام می شود، عملیات «فریزینگ» است. نخهای فریز، نخهایی با پیچ و تاب، فر و موج و تجعد بالا هستند. ظاهر پیچ پیچی نخ کاملا آن را از سایر نخهای خاب فرش متمایز می سازد.
نخهای فریز عموما به عنوان نخ خاب در تولید فرش های «شگی» به کار می روند. در فرش های شگی که از نوع فرش های خاب بریده هستند، طول نخهای خاب بریده شده بین ۲۰ تا ۳۰ میلی متر می باشد.
یک سر این نخها در داخل زمینه یا برزنت فرش بافته شده و سرهای دیگر آنها به صورت آزاد و شل بر روی سطح فرش روی یکدیگر ریخته شده اند. این فرش ها دارای ظاهری فانتزی و غیر کلاسیک بوده، بیشتر برای اتاق خواب، اتاق کودک و یا تزئین کف در دکوراسیون منزل استفاده می شوند.
شکل (۳-۲۳) تصویر یک نمونه از ماشین های فریزینگ نخ را نشان می دهد. نخ هایی که معمولا در صنعت فرش ماشینی ایران تحت عملیات فریزینگ قرار می گیرند، از نوع پلی پروپیلن بی سی اف (BCF با نمره بالا هستند. برای فریز کردن این نخها در فرآیند انجام می شود. فرآیند تغییر شکل نخ مولتی فیلامنت از حالت صاف به حالت فر و موج دار و فرآیند تثبیت حرارتی نخ.
شکل 3-23- تصویر نمونه ای از دستگاه فریزینگ نخ (friezing)
برای فر و موج دار کردن نخ، از دو نوع عمل مکانیکی متفاوت شامل «پیچ و تاب دادن» و درهم فشردن» نخ استفاده میشود. بر این اساس، ابتدا هر یک از نخهایی که از روی بوبین های داخل قفسه تغذیه باز شده اند، از داخل یکی از سوراخهای صفحه راهنمای دایره ای شکل عبور داده می شوند.
مطابق شکل (۳-۲۴)، نخها که تعدادشان تا ۴۸ سرنخ می رسد، پس از عبور از این صفحه در یک نقطه همگرا شده به واسطه چرخش صفحه دایره ای به دور یکدیگر تابیده میشوند. جهت چرخش صفحه دایره ای به طور متناوب معکوس شده، نخها گاه در جهت ساعتگرد و گاه در جهت عکس به دور یکدیگر تابیده می شوند.
3-24- صفحه راهنمای دایره ای شکل ماشین فریزینگ
پس از فر و موج دار کردن نخها، عملیات مکانیکی نوع دوم یعنی درهم فشردن نخ انجام می شود. نخ های درهم تابیده شده به واسطه یک جفت غلتک تغدیه، به داخل قسمت قیفی شکل دستگاه که به «جعبه کوفنده» یا «محفظه تراکمی» معروف است، هدایت می شوند.
نخها با فشار زیاد به داخل محفظه فشرده شده، به واسطه فشار مکانیکی موجود، درهم چروکیده میشوند. نخهای فشرده شده در داخل محفظه تراکمی به طور مستمر تحت عملیات بخارزنی قرار دارند. بخارزنی به نخ ها به دلیل آن است که نخها نرم شده، بهتر و آسان تر تغییر شکل یابند.
برای تثبیت تغییر شکل ها یعنی فر و موج ها و چروک های ایجاد شده در نخها و جلوگیری از برگشتن شکل نخ به حالت صاف اولیه، آنها بلافاصله تحت عملیات تثبیت حرارتی قرار می گیرند.
عملیات تثبیت حرارتی توسط ماشین تثبیت حرارتی انجام میشود که به انتهای دستگاه فریز متصل است. عملیات تثبیت حرارتی دقیقا به همان روشی که در بخش قبل (تثبیت حرارتی) توضیح داده شد، انجام می گیرد.
در واقع در بسیاری از کارخانجات دستگاه فریزینگ و تثبیت حرارتی به هم متصل هستند که در زمانی که صرفأ نیاز به تثبیت حرارتی نخ باشد، نخ با جاگذاشتن قسمت فریزینگ، مستقیما وارد ماشین تثبیت حرارتی می شود و هر زمان نیاز به انجام عملیات فریزینگ باشد، نخ به ترتیب از داخل هر دو ماشین فریزینگ و تثبیت حرارتی عبور کرده، تحت هر دو عملیات قرار می گیرد.
مواد اولیه فرش ماشینی ( فصل 3 ، بخش 5 ) – مراحل ریسندگی نخ خاب
مواد اولیه فرش ماشینی ( فصل 3 ، بخش 7 ) – رنگرزی نخ های خاب
