پيشگفتار مترجم: در جهان معاصر، شتاب روزافزون پيشرفت‌هاي علمي و فناورانه امري انکارناپذير است؛ با اين حال، پياده‌سازي مؤثر و بهره‌برداري هدفمند از اين دستاوردها، به‌ويژه در صنايع، مستلزم نگاهي دقيق‌تر و رويکردي سنجيده‌تر است. در حوزه‌هاي صنعتي، کاربست. فناوري‌هاي نوين بدون ملاحظات فني و تطبيق با زيرساخت‌هاي موجود، نه‌تنها منجر به بهينه‌سازي فرآيند توليد نمي‌شود، بلکه مي‌تواند بهره‌وري را نيز تحت‌الشعاع قرار دهد؛ چرا که روند رشد و توسعه علوم، همواره به‌صورت يکنواخت و همزمان در تمامي حوزه‌ها رخ نمي‌دهد. براي نمونه، ممکن است شرکتي اقدام به تأمين و نصب ماشين‌آلات پيشرفته در زمينه توليد نخ‌هاي مصنوعي نمايد؛ ليکن اين پرسش مطرح است که آيا روان‌سازهاي ريسندگي يا اسپين فينيش‌هاي متناسب با اين تجهيزات، به‌صورت واقعي و پايدار در بازار داخلي موجود است؟ آيا پليمرهاي مصرفيِ در دسترس، با استانداردهاي عملکردي تعريف‌شده توسط سازنده دستگاه‌ها هم‌راستا هستند؟ از سوي ديگر، مي‌توان اين موضوع را از منظر معکوس نيز مورد ارزيابي قرار داد: آيا فرمولاسيون‌هاي نوين اسپين فينيش، که متکي بر مواد اوليه با عملکرد بالا هستند، براي به‌کارگيري در ماشين‌آلات قديمي يا با فناوري منسوخ مناسب خواهند بود؟ و در صورت وجود، آيا از نظر اقتصادي براي توليدکننده توجيه‌پذير هستند؟
بي‌ترديد، پاسخ به اين دست از پرسش‌ها نقشي تعيين‌کننده در کيفيت محصول نهايي و راندمان توليد دارد. تحقق اهداف اقتصادي يک واحد توليدي وابسته به اتخاذ تصميم‌هاي فني-تجاري صحيح و مبتني بر واقعيات فرآيندي است. در مقاله پيش‌رو، به‌صورت عملياتي نشان داده شده است که تطابق فرمولاسيون اسپين فينيش با نوع ماشين‌آلات، ويژگي‌هاي پليمر مصرفي و ساختار فرآيند توليد، چه تأثيرقابل‌ملاحظه‌اي بر نتيجه نهايي خواهد داشت. تمرکز صرف بر فعاليت‌هاي بازاريابي و توسعه بازار، بدون توجه به الزامات فني، نمي‌تواند به‌تنهايي پاسخگوي نيازهاي کيفي و عملکردي صنعت باشد. بر اين اساس، به توليدکنندگان الياف مصنوعي توصيه مي‌گردد در انتخاب شرکاي تجاري خود جهت تأمين اسپين فينيش و روان‌سازهاي ريسندگي، با در نظر گرفتن کليه مؤلفه‌هاي فني، اقتصادي و عملياتي، تصميم‌گيري نمايند تا از بروز مشکلات احتمالي در مسير توليد جلوگيري شود.
چکيده: روغن ريسندگي ويژه براي فيلامنت پيوسته حجيم شده، پلي استر اصلاح شده با استفاده از فناوري ترکيبي تهيه شد. مخلوطي از عامل نرم کننده، امولسيفاير، عامل جمع کننده و عامل ضد استاتيک در نسبت‌هاي مشخص، اثر هم افزايي نشان مي‌دهد که به طورکلي کارايي روغن ريسندگي را بهبود مي‌بخشد. با توجه به کاربرد اجزاي مختلف، روغنهاي ريسندگي پلي اکسي‌اتيلن اتر، پلي‌اتر و روغن سفيد به ترتيب سنتز شدند. عملکردهاي پايه روغن ريسندگي خود ساخته بهتر از روغن ريسندگي موجود در بازار است و نرخ توليد آن مي‌تواند به 93 درصد برسد.
مقدمه: الياف مصنوعي به طور گسترده در فرش استفاده مي‌شوند، اگرچه به دليل عدم وجود چربي و موم طبيعي، داراي معايبي مانند جذب رطوبت ضعيف و پديده الکتريسيته ساکن شديد هستند. روغن ريسندگي يکي از مواد کمکي کليدي در فرآيند توليد الياف مصنوعي است و عملکرد آن تأثير قابل توجهي بر کيفيت الياف و فرآيندهاي بعدي دارد. به طور خاص، روغن ريسندگي مي‌تواند انعطاف پذيري الياف را به طور مؤثر بهبود بخشد. علاوه بر اين، يک لايه روغن روي سطح الياف تشکيل ميشود که مي‌تواند ضريب اصطکاک الياف را کاهش دهد، پيوستگي الياف را افزايش دهد، کشش يکنواخت را بهبود بخشد، نرخ پارگي فيلامنت‌ها را کاهش دهد و قابليت ريسندگي را افزايش دهد. در مقايسه با روش معمول اير تکسچره، فرآيند توليد فيلامنت پيوسته حجيم شده BCF داراي دماي اکسترودر ذوب بالاتر و سرعت ريسندگي بيشتري است. فرآيندهاي کشش، تکسچره و درهم تنيدگي در يک مرحله انجام مي شوند که نيازمند روغن ريسندگي با کيفيت بالا است. براي فيلامنت پيوسته حجيم شده پلي استر اصلاح شده BCF PET ، به دليل ساختار پيچيده و دماي تغيير شکل کششي بالا، بايد از روغن ريسندگي ويژه براي پاسخگويي به نيازهاي توليد استفاده کرد. پيش از اين، روغن ريسندگي براي فيلامنت پيوسته حجيم شده پلي‌پروپيلن BCF PP و پلي‌آميد BCF PA گزارش شده است. روغن ريسندگي براي پلي‌استر معمولي در چين به واردات يا شرکت‌هاي مشترک چين و خارج وابسته است. با اين حال، روغن ريسندگي ويژه براي BCF PET اصلاح شده هنوز گزارش نشده است. در حال حاضر، بيشتر شرکت‌هاي توليدکننده BCF PET اصلاح شده از روغن ريسندگي وارداتي پلي پروپيلن استفاده مي کنند.بيشتر شرکت‌هاي توليدکننده فيلامنت پيوسته حجيم شده پلي‌استر اصلاح شده BCF PET از روغن ريسندگي گرانقيمت پلي‌پروپيلن PP يا پلي‌آميد BCF PA استفاده مي‌کنند. براي کاهش هزينه‌ها، بسياري از اين شرکت‌ها از روغن ريسندگي معمولي PET استفاده مي‌کنند اما در هر صورت، مشکلاتي مانند مقاومت حرارتي ضعيف، تعداد زياد فيلامنت‌هاي شکسته و پارگي انتها همچنان وجود دارد. بنابراين، توسعه روغن ريسندگي بهبوديافته براي پاسخگويي به نيازهاي توليد، امري ضروري است . در اين پژوهش، با استفاده از فناوري ترکيبي، مقادير مشخصي از عامل نرم‌کننده، امولسيفاير، عامل جمع‌کننده و عامل ضداستاتيک مخلوط شدند که اثر هم‌افزايي آنها منجر به توليد روغن ريسندگي ويژه با کارايي بهتر براي BCF PET اصلاح شده شد. به‌طور خاص، از پلي‌اترها، روغن سفيد و پلي‌اکسي‌اتيلن اترها به‌عنوان مواد اوليه اصلي براي سنتز سه نوع روغن ريسندگي استفاده شد. پس از مقايسه عملکرد پايه اين روغن‌ها با روغن ريسندگي شماره 9 که به‌طور گسترده در صنعت استفاده مي‌شد، مشخص شد که يکي از روغنهاي سنتز شده عملکردي مشابه يا بهتر دارد. بهترين روغن سنتز شده در مقياس بزرگ توليد شد و از نظر عملکرد کاربردي با روغن شماره 3 مقايسه گرديد. اين نتايج مرجعي نظري براي تحقيقات بيشتر در زمينه روغن ريسندگي فراهم مي‌کند .
*مواد و روش‌ها
مواد
عامل نرم کننده:
شامل اتوکسيلات‌هاي الکل ايزومري، کوپليمر بلوک پلي‌اکسي‌اتيلن-پلي‌اکسي‌پروپيلن، پليمرهاي افزودني حاصل از اپوکسيد و يک آغازگر منحصر به فرد، پلي‌اکسي‌اتيلن استر روغن کرچک .
عامل امولسیون کننده
اتوکسيلات الکل عامل جمع‌کننده: مونو اولئات پلي‌اتيلن الکل دو عاملي 264 يا مونو اولئات پلي‌اتيلن الکل دو عاملي 40
عامل ضداستاتيک:
آمونيوم استر فسفات آلکيل يا نيترات کواترنري هيدروکسي اتيل دي‌متيل اکتادسيل. اين مواد از کارخانه Chemical Petroleum Haian Jiangsu چين خريداري شدند. روغن ريسندگي شماره 3 که يک روغن تجاري موجود در بازار است، به‌عنوان نمونه مقايسه استفاده شد.
*روش سنتز روغن ريسندگی
مقادير مشخصي از عوامل امولسيون‌کننده، جمع‌کننده و ضداستاتيک در يک راکتور مخلوط شدند.
پس از افزايش دما تا 180 درجه سانتيگراد، مخلوطي از عوامل امولسيون‌کننده اضافه شد و با سرعت همزده شد تا کاملاً ترکيب شوند. اين مواد به مدت 4 ساعت در دماي ثابت180 درجه سانتيگراد همزده شدند و سپس تا دماي محيط خنک شدند. در نهايت، روغن ريسندگي BCF PET اصلاح شده به‌دست آمد.
روش‌های آزمون عملکرد پایه
آزمون‌هاي عملکرد پايه روغن ريسندگي شامل موارد زير است :
ظاهر
بررسي رنگ، شفافيت، رسوب، ذرات معلق و ناخالصي‌ها.
پايداري:
مشاهده تغييرات امولسيون روغن ريسندگي با غلظت 2 درصد در آب به مدت72 ساعت.
ويسکوزيته:
مطابق استاندارد 2208-10247GB/T و با استفاده از ويسکوزيمتر دوار1- SNBاندازه‌گيري شد.
فراريت:
محاسبه کاهش وزن 5 گرم نمونه روغن ريسندگي پس از خشکشدن در دماي 200 درجه سانتيگراد به مدت 5 ساعت.
ميزان باقيمانده کک: محاسبه باقيمانده حلال‌هاي يک گرم نمونه روغن ريسندگي پس از خشک شدن در دماي 220 درجه سانتيگراد به مدت 8 ساعت .
دماي دود: با استفاده از دستگاهIII -HLY مطابق استاندارد 2006-20795GB/T اندازه‌گيري شد.
استحکام فيلم روغن: با استفاده از دستگاه تست اصطکاک چهارگلوله (A) 10-MRSمطابق استاندارد 98-12583 GB/T اندازه‌گيري شد و با مقدار فشار در لحظه پارگي فيلم روغن بيان گرديد .
آزمون‌های عملکرد کاربردیفيلامنت پيوسته حجيم شده پلي‌استر BCF PET داراي استحکام کششي بالا، حجيم‌شدگي، انقباض کم در آب جوش و ازدياد طول حرارتي بالا است. آزمون‌هاي عملکرد کاربردي روغن ريسندگي شامل موارد زير است :
نخ دهی: مطابق استاندارد 14343 GB/T
استحکام پارگي و ازدياد طول در نقطه پارگي: مطابق استاندارد 14344 GB/T
ازدياد طول حرارتي: مطابق استاندارد 50030FZ/T
انقباض در آب جوش: مطابق استاندارد 6505 GB/T
ميزان روغن ريسندگی: مطابق استاندارد 6504 GB/T
*نرخ تولیدبا استفاده از فرمول زير محاسبه شد که در آن: Wf :وزن کل نخ BCF توليد شده Ww :وزن نخ BCF ضايعاتي Wd :وزن نخ BCF معيوب Wt :وزن نخ BCF انتقالي تجهيزات اصلي توليد، دستگاه ريسندگي BCF مدل3S ساختNeumag آلمان با شرايط کاري سرعت ريسندگي 2500 متر بر دقيقه و مشخصات نخ فرش BCF معادل1250دسي‌تکس/ 90 فيلامنت بود .
نتایج و بحث در مرحله آزمایشی ظاهر: ظاهر روغن ريسندگي خودساخته در مرحله آزمايشي در شکل 1 نشان داده شده است. همانطور که در شکل 1 مشاهده ميشود، روغن ريسندگي پلي‌اتر يک مايع شفاف و بي‌رنگ است، در حالي که روغن ريسندگي پلي‌اکسي‌اتيلن اتر و روغن شماره 3 مايعاتي زردرنگ و شفاف هستند. روغن سفيد به‌وضوح لايه‌بندي شده است، به‌طوري که لايه بالايي آن زرد کمرنگ و لايه پاييني زرد پررنگ است.
آزمون پایداری: پايداري يکي از شاخص‌هاي مهم براي ارزيابي روغن ريسندگي است و عمدتاً به اين موضوع اشاره دارد که آيا امولسيون روغن ريسندگي در دماي مشخصي لايه‌بندي ميشود يا خير.
ناپايداري امولسيون عمدتاً به سه شکل زير رخ مي‌دهد:
*لایه بندی: امولسيون به‌طور کامل از بين نمي‌رود، اما به دو نوع امولسيون مجزا تقسيم ميشود .
*تغيير فاز: امولسيون از نوع روغن در آب (يا آب در روغن) به امولسيون آب در روغن (يا روغن در آب)تبديل ميشود. اين تغيير زماني رخ مي‌دهد که حجم فاز داخلي امولسيون از 74 درصد بيشتر شود .
*تخريب امولسيون: امولسيون به‌طور کامل از بين مي‌رود که دلايل آن مي‌تواند شامل فرمولاسيون نامناسب، تغيير کيفيت يکي از اجزاي روغن ريسندگي، يا ترکيب نادرست امولسيون باشد. با توجه به مراجع، استاندارد جهاني مشخصي براي مدت زمان آزمون پايداري وجود ندارد. در اين آزمايش، مدت زمان 72 ساعت براي آزمون پايداري انتخاب شد. نتايج آزمون پايداري امولسيون 2 درصد روغنهاي ريسندگي مختلف در آب در شکل 2 نشان داده شده است . امولسيون‌هاي روغن پلي‌اتر و پلي‌اکسي‌اتيلن اتر مايعاتي شفاف و بي‌رنگ هستند، در حالي که امولسيون روغن شماره 3 به رنگ سفيد مرواريدي و امولسيون روغن سفيد به رنگ خاکستري نيمه‌شفاف است. پس از نگهداري چهار نوع روغن ريسندگي در دماي محيط به مدت12 ، 24 ، 48 و 72 ساعت، هيچ تغييري در امولسيون روغنهاي شماره 3 ، پلي‌اتر و پلي‌اکسي‌اتيلن اتر مشاهده نشد، اما امولسيون روغن سفيد تغيير کرد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، امولسيون روغن سفيد پس از 24 ساعت به يک مايع شفاف تبديل ميشود، اما يک لايه نازک روغن در بالاي امولسيون تشکيل ميشود و جدايش واضحي بين روغن و آب رخ مي‌دهد. اين نتايج نشان ميدهند که سازگاري و امولسيون‌سازي تأثير زيادي بر پايداري امولسيون دارند .
آزمون ویسکوزیته:
در طي فرآيند اصطکاک با سرعت بالا بر روي الياف، دما و فشار به‌طور قابل توجهي تغيير مي‌کنند. غلظت روغن ريسندگي بر روي الياف به دليل تبخير آب در دماي بالا افزايش مي‌يابد. اگر ويسکوزيته روغن با تغيير غلظت به‌طور قابل توجهي تغيير کند، باعث تغيير در فرم اصطکاک و نوسان تنش ميشود. براي اطمينان از ريسندگي روان، ضروري است که ويسکوزيته روغن با تغيير غلظت، ثابت بماند. ويسکوزيته چهار نوع روغن ريسندگي در شکل 4 نشان داده شده است. همانطور که در شکل 4 مشاهده ميشود، ويسکوزيته روغن پلي‌اتر به‌تدريج با تغيير غلظت تغيير مي‌کند، در حالي که ويسکوزيته ساير نمونه‌ها نوسانات قابل توجهي دارد. اين نوسانات به‌ويژه در محدوده غلظت 60 تا 90درصد مشهود است. در فرآيند ريسندگي، اگر رطوبت و دماي کارگاه بالا باشد، مي‌تواند باعث تغيير ويسکوزيته روغنهاي شماره 3 ، روغن سفيد و پلي‌اکسي‌اتيلن اتر شود و در نتيجه منجر به نوسان تنش و تأثير بر کيفيت الياف گردد .
آزمون مقاومت حرارتی:
مقاومت حرارتي روغن ريسندگي دو جنبه دارد :
*کمترين ميزان تبخير: روغن ريسندگي روي الياف بايد کمترين ميزان تبخير را داشته باشد، شکل‌پذيري خوبي از خود نشان دهد و پس از کشش روي غلتک‌هاي داغ، فيلامنت‌هاي شکسته ايجاد نشود .
*تحمل دماي بالا: در فرآيند کشش از گرمايش تماسي استفاده ميشود و روغن ريسندگي بايد در برابر اين دماها مقاوم باشد .
آزمون مقاومت حرارتی
نتايج آزمون مقاومت حرارتي در جدول 1 ارائه شده است جدول 1 نتايج آزمون مقاومت حرارتي روغن ريسندگي با سرعت بالا بايد در زمان کوتاه کمترين ميزان تبخير و در زمان طولاني‌تر تبخير بيشتري داشته باشد. بنابراين، دماي دود بايد بالاي C°165 و دماي تجزيه زير C °220 باشد. نتايج جدول 1 نشان مي‌دهد که دماي دود تمام نمونه‌ها بالاي C °165است. دماي دود روغنهاي ريسندگي خودساخته بالاتر از روغن شماره 3 است و ميزان فراريت و باقيمانده کک آنها نيز کمتر است. روغن پلي‌اتر از مقاومت حرارتي بالاتري برخوردار است.
آزمون استحکام فیلم روغن: در اين آزمايش، استحکام فيلم روغن سه نوع روغن ريسندگي مورد بررسي قرار گرفت (شکل 5) مقاومت در برابر سايش مي‌تواند ويژگي‌هاي اصطکاکي روغن ريسندگي را منعکس کند. فيلم روغن روي سطح الياف نبايد تحت تأثير دماي بالا، نرخ برش زياد و فشار ثابت از بين برود؛ در غير اين‌صورت، رفتار اصطکاکي الياف تغيير کرده و بر قابليت ريسندگي آنها تأثير مي‌گذارد. همانطور که در شکل 5 مشاهده ميشود، مقادير Pb براي روغنهاي پلي‌اکسي‌اتيلن اتر و پلي‌اتر بالاتر از روغن شماره 3 است.
نتایج و بحث در مرحله آزمایش میانی:
بر اساس نتايج آزمايشگاهي، روغنهاي ريسندگي پلي‌اکسي‌اتيلن اتر و پلي‌اتر براي توليد پايلوت انتخاب شدند. روغن 01- x BCF نشان‌دهنده روغن پلي‌اکسي‌اتيلن اتر و روغن02-x BCF نشان‌دهنده روغن پلي‌اتر است. عملکرد کاربردي انواع مختلف روغنهاي ريسندگي مورد تحليل قرار گرفت. از روغنهاي خودساخته 01- x BCF و 02- x BCF در دو شيفت و از روغن شماره 3 در دو شيفت ديگر استفاده شد. نتايج آزمون عملکرد کاربردي روغنهاي مختلف در جدول 2 ارائه شده است. نتايج آزمايش نشان مي‌دهد که تحت شرايط يکسان تجهيزات و فرآيند فني، ميزان روغن ريسندگي در الياف توليد شده با 01- x BCF و 02- x BCF بيشتر از روغن شماره 3 است و ساير عملکردهاي کاربردي آنها نيز بهبود يافته‌اند .
نتایج و بحث
نتايج آزمايش‌ها نشان مي‌دهد که روغنهاي ريسندگي خودساخته 01- x BCF و 02- x BCF از نظر عملکردي مشابه روغن شماره 3 هستند. نرخ توليد اين روغن‌ها به 93 درصد مي‌رسد و به‌طور کامل نيازهاي عملي توليد الياف را برآورده مي‌کنند.
نتیجه‌گیری
به‌طور خلاصه، چندين نوع سورفکتانت به‌عنوان عوامل نرم‌کننده، امولسيون‌کننده، جمع‌کننده و ضداستاتيک براي سنتز روغنهاي ريسندگي پلي‌اتر، پلي‌اکسي‌اتيلن اتر و روغن سفيد انتخاب شدند. روغنهاي شماره 3 ، پلي‌اتر و پلي‌اکسي‌اتيلن اتر از پايداري خوبي برخوردار بودند.
ويسکوزيته روغن پلي‌اتر با تغيير غلظت، تغييرات کمي نشان داد، در حاليکه ويسکوزيته ساير نمونه‌ها نوسانات قابل‌توجهي داشت. روغنهاي خودساخته مقاومت حرارتي بهتري نسبت به روغن شماره 3 دارند و مقدارPb آنها نيز بالاتر است. اين روغن‌ها از قابليت ريسندگي خوبي برخوردارند و نرخ توليد آنها مشابه روغن شماره 3 است.
توضيح: BCF مخفف فيلامنت پيوسته حجيم شده است.
نويسندگان:
*موسسه فيزيک شيميايي لانژو، آکادمي علوم چين، لانژو، چين
* مرکز تحقيقات و توسعه مواد عملکردي ييوو، موسسه فيزيک شيميايي لانژو، آکادمي علوم چين، ييوو، چين
