ما هي عملية الغزل الرطب؟ المبدأ، والعملية، والآلة، والاستخدامات
تُستخدم عملية الغزل الرطب لإنتاج الأقمشة النسيجية عن طريق إذابة البوليمر في مذيب وبثق خليط الفسكوز هذا من خلال مغزل لإنتاج خيوط طويلة من الألياف، والتي يتم تجميدها في حمام تخثر سائل، ومن هنا جاء اسم الغزل الرطب.
تتناول هذه المقالة العملية الرئيسية وراء الغزل الرطب، وأنواع المنسوجات التي يمكنك إنتاجها، وأجزاء آلة الغزل الرطب.
المحتويات
ما هو الغزل الرطب؟ التعريف ونظرة عامة
الغزل الرطب هي عملية تصنيع ألياف يتم فيها إذابة بوليمر في مذيب لتكوين محلول لزج. يُبثق هذا المحلول عبر مغزل ويتصلب بسرعة في حمام تخثر سائل.
يحتوي الحمام على مادة غير مذيبة للبوليمر، مما يتسبب في ترسبه وتشكيل ألياف صلبة متصلة.
فلماذا يطلق عليه الغزل الرطب؟ يشير مصطلح "رطب" إلى طريقة التبريد السائل، وهو ما يميزه عن الغزل الجاف، حيث يتم تمرير الجزء المبثوق عبر قناة هواء ساخن، أو الغزل بالصهر (بدون أي مذيب).
بدأ الغزل الرطب في القرن التاسع عشر لإنتاج الحرير الصناعي، ولا يزال شائعًا اليوم في صناعة النسيج والبلاستيك لإنتاج الفسكوز والرايون والأراميد والسباندكس والألياف الاصطناعية.
مبدأ الغزل الرطب
تحضير محلول إذابة البوليمر والغزل
تبدأ عملية الغزل الرطب من محلول البوليمر المتجانس المعروف باسم محلول الغزل. يُذاب البوليمر في مذيب بتراكيز تتراوح بين 1% و25%. يعتمد اختيار التركيز على الحجم الجزيئي ووزن البوليمر وخصائص الألياف النهائية.
- بالنسبة للألياف الأكريليكية، استخدم ثنائي ميثيل أسيتاميد أو ثنائي ميثيل فورماميد
- يستخدم حرير الفسكوز ثاني كبريتيد الكربون القلوي
- يستخدم الليوسيل N-ميثيل مورفولين N-أكسيد
بعد مرور المذيب، يتم ترشيح المحلول لإزالة الجزيئات غير المذابة، والتي يمكن أن تسد ثقوب المغزل الصغيرة، وغالبًا ما يمر بمرحلة إزالة الغازات للتخلص من فقاعات الهواء، والتي هي سبب عدم انتظام خصائص الألياف.
عملية البثق عبر المغازل وتكوين الألياف
تتم معالجة محلول الغزل بمعدل مضبوط عبر مرشح إلى المغزل. المغزل هو الجزء الأهم في آلة الغزل الرطبعبارة عن قرص مصنّع بدقة عالية مزود بأنابيب شعرية دقيقة، يُغمر مباشرة في حوض التخثر. والفكرة هي السماح للمحلول الخارج من الأنابيب الشعرية بالتلامس المباشر مع سائل الحوض.
ينتشر المذيب غير المستخدم في الخيط، بينما ينتشر المذيب المستخدم في الغزل إلى الخارج. ولتوضيح حجم المغزل، فهو عبارة عن قرص صغير يحتوي على ما لا يقل عن 30,000 ثقب، وقد يتجاوز عدد الثقوب في بعض الألياف المستهدفة 100,000 ثقب.
حمام التخثر: تصلب الألياف
يُعدّ حمام التخثير مهماً لفصل الأطوار، وهي المرحلة التي يتحول فيها السائل إلى ألياف صلبة. يؤثر تركيب الحمام ودرجة حرارته ومدة الغمر تأثيراً مباشراً على خصائص الألياف وجودتها، إذ يمكن لهذه العوامل أن تُغير بنيتها الداخلية.
تشمل بعض الخصائص التي تتأثر بحمام التخثر ما يلي: شكل المقطع العرضي، والمسامية، وخصائص الشد، والصلابة، والفجوات.
تؤدي معدلات التخثر الأسرع إلى إنتاج طبقة خارجية أكثر كثافة ولب مسامي، بينما ينتج عن التخثر البطيء مقطع عرضي أكثر تجانسًا. بعد خروج الألياف من الحمام، تمر عبر سلسلة من حمامات الغسيل لإزالة المذيب المتبقي، ثم تُمدد لإزالة التوجيه الجزيئي قبل تجفيفها نهائيًا.
عملية الغزل الرطب: خطوة بخطوة
- تحضير محلول الغزليُذاب البوليمر في مذيب مناسب لتكوين محلول الغزل. يُرشح المحلول ويُزال منه الغاز قبل بدء عملية الغزل.
- البثق: تقوم مضخة قياس بضخ محلول الغزل بمعدل تدفق ثابت ودقيق إلى المغزل. ينتج كل أنبوب شعري خيطًا واحدًا عند دخول المحلول إلى حوض التخثر.
- التخثير، والسحب، والغسل: يتصلب الخيط المبثوق في حمام التخثر ويمر عبر عدة حمامات غسيل لإزالة المذيب. تقوم بكرات السحب بتطبيق شد متحكم به لتمديد الألياف، وتوجيه سلاسل البوليمر على طول محور الألياف وتحسين قوة الشد.
- إنهاء الدوران: تُستخدم مادة التشحيم (التشطيب النهائي) لتقليل الاحتكاك بين الخيوط وتراكم الشحنات الساكنة. ويمكن لفّ خيط طويل متصل على بكرات كخيوط غزل.
أنواع عمليات الغزل الرطب
| طريقة عملنا | ميزة رئيسية | الاستخدام الشائع |
| الغزل الرطب | الغمر المباشر في حمام التخثر | ألياف الأكريليك والفيسكوز |
| الغزل الجاف والرطب النفاث | فجوة هوائية بين المغزل والحوض | الليوسيل، ألياف الأراميد |
| غزل الجل | حالة هلامية شبه صلبة قبل الرسم | البولي إيثيلين عالي القوة |
| نفخ المحلول الدوار | تكوين الألياف بمساعدة تدفق الهواء | الألياف النانوية، وسائط الترشيح |
الغزل الجاف الرطب
يُعرف الغزل الرطب بالنفث الجاف أيضاً باسم الغزل بفجوة هوائية. وهو عملية معدلة من الغزل الرطب، ويكمن الاختلاف الرئيسي في موقع المغزل. ففي الغزل الرطب بالنفث الجاف، يوضع المغزل فوق حوض التخثر بدلاً من أن يكون مغموراً فيه، كما هو الحال في الغزل الرطب.
تنتقل الخيوط المبثوقة عبر الفجوة الهوائية قبل دخولها إلى حمام التخثر، وهذا الهواء يسمح بتوجيه جزيئي أفضل وخصائص ميكانيكية أفضل في الألياف النهائية.
آلة الغزل الرطب: المكونات وآلية العمل
A آلة الغزل الرطب يتكون من العديد من المكونات، لكن العملية تعتمد على عدد قليل من الأنظمة الرئيسية: المغزل، وحمام التخثر، ومضخة القياس، والتحكم في البيئة، ونظام تمديد الألياف.
سبينريت
تُعدّ المغزل مهمة لهندسة الألياف وحجمها وشكلها. وهي عبارة عن صفيحة رقيقة مصنوعة من سبيكة الذهب والبلاتين أو التنتالوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وتحتوي على ثقوب وأنابيب شعرية دقيقة للغاية.
عند تصميم المغزل، يعتمد قطر الفتحة ونسبة الطول إلى القطر وعدد الشعيرات على نوع الألياف المراد بثقها. ينتج عن قطر الشعيرات الأصغر خيوط أدق، ولكنه يتطلب ضغط بثق عالٍ.
نظام حمام التخثر
يجب التحكم بدرجة حرارة حوض التخثر لأن السائل غير المذيب يتحكم في معدل التخثر. ويُحدد زمن الإقامة، أي المدة التي يبقى فيها الخيط مغمورًا في السائل، من خلال سرعة السحب وطول الحوض الذي يحدده المشغل. ويؤثر زمن الإقامة فقط على مدى اكتمال استبدال المذيب قبل خروج الليف.
اختيار مضخة القياس
تحدد مضخة القياس معدل البثق، الذي يحدد بدوره الكثافة الخطية للألياف. يُعدّ نظام المضخة الترسية الأكثر شيوعًا لقدرته على التخلص من التدفق النبضي. ولكن يمكن تشغيل مضخات مختلفة حسب اللزوجة، التي تؤثر على مقاومة المضخة.
بالنسبة للغزل الرطب متعدد المواضع، تحتوي كل مغزلة على مضخة قياس خاصة بها لضمان الجودة والإنتاج الموحد عبر جميع الخيوط.
التحكم في التدفئة ودرجة الحرارة
على الرغم من أن التحكم في درجة الحرارة طوال العملية هو الأمثل، إلا أن هناك مراحل وتفاعلات عديدة بين الخيوط والمعدات، مما يجعل الأمر بالغ الصعوبة. ومع ذلك، يعمل نظام التحكم في درجة الحرارة على ثلاث مراحل.
- يتم الحفاظ على أنظمة تخزين وتوصيل مادة الغزل عند درجة حرارة محددة للحفاظ على استقرار اللزوجة أثناء عملية البثق.
- تُضبط درجة حرارة حمام التخثر في الخزان، وتتراوح عادةً بين 10 و60 درجة مئوية حسب نوع البوليمر. ويُعدّ التحكم في درجة حرارة الحمام أمرًا بالغ الأهمية لبنية الألياف.
- يتم تنظيم درجة حرارة التجفيف من خلال فرن هواء ساخن لإزالة الرطوبة المتبقية والمذيبات من الألياف قبل لفها.
وحدات شد الألياف
تتحكم نسبة سرعة اللف إلى سرعة البثق في اتجاه الألياف النهائية. وتؤدي نسب السحب الأعلى إلى إنتاج ألياف أقوى ذات معامل يونغ أعلى من خلال محاذاة سلاسل البوليمر على طول محور الليف.
تُطبَّق عملية التمديد مبدئيًا في حوض الغسيل وهو رطب، ثم تُطبَّق في حوض التجفيف على بكرات ساخنة بعد التجفيف. وتُحدِّد سرعة بكرات بكرات التجفيف مقدار التمديد، ويمكنك ضبط عدد بكرات التمديد ومراحله لإضافة الدوران.
الألياف المنتجة بالغزل الرطب
| نوع الألياف | المذيب/العملية | خصائص المفتاح |
| أكريليك | ثنائي ميثيل أسيتاميد (DMAc) | ناعم، يشبه الصوف، مقاوم للأشعة فوق البنفسجية |
| فسكوزي (رايون) | محلول ثاني كبريتيد الكربون القلوي | قابلة للتنفس، ماصة |
| الليوسيل | مذيب NMMO | قوي وقابل للتحلل الحيوي |
| الأراميد | حمض الكبريتيك | متانة عالية، مقاومة للحرارة |
| قائم على البروتين | السوائل الأيونية | قابلة للتحلل الحيوي، للاستخدام المتخصص |
استخدامات وتطبيقات الغزل الرطب
تطبيقات المنسوجات والملابس
تعتمد صناعة النسيج بشكل كبير على الغزل الرطب لإنتاج أنواع مختلفة من الألياف الاصطناعية. وتُنتج ألياف الأكريليك حصرياً باستخدام الغزل الرطب، وهي بديل للصوف.
يُستخدم حرير الفسكوز، الذي يُغزل من محلول السليلوز القلوي، في صناعة البطانات والأقمشة الخفيفة. أما الإسباندكس فهو نسيج شائع آخر يُستخدم عادةً في الملابس الرياضية وملابس الصالات الرياضية والملابس الضاغطة، ويُنتج عادةً من خلال الغزل الرطب.
تطبيقات الألياف التقنية والصناعية
تستخدم العديد من الصناعات الأخرى غير صناعة النسيج تقنية الغزل الرطب. فعلى سبيل المثال، تُستخدم ألياف الأراميد، وهي ألياف تكتيكية، في الحماية الباليستية، والملابس الواقية المقاومة للحرارة، وصناعة الطيران في تصنيع المواد المركبة.
يتم غزل العديد من المواد الأولية للألياف بالطريقة الرطبة؛ وأكثرها شيوعًا ألياف PAN، والتي يتم تحويلها إلى ألياف كربونية بعد إنتاجها من خلال الغزل الرطب.
تُصنع الضمادات الطبية ولصقات الجروح من منسوجات طبية مثل الألجينات، وهو منتج من منتجات الغزل الرطب.
مزايا الغزل الرطب
- مثالي للبوليمرات التي لا يمكن صهرها دون تحلل، مما يسمح لك بإنتاج المزيد من خيارات الأقمشة.
- يمكن أن تكون فتحات المغزل صغيرة، مما يسمح لك بإنتاج ودراسة الأقمشة ذات الكثافة الخطية المنخفضة.
- يمكن معالجة أعداد كبيرة من عمليات السحب في وقت واحد
- متوافق مع محاليل البوليمرات الطبيعية مثل السليلوز
- يسمح بإنتاج ألياف متعددة في عملية واحدة مع تحكم فردي في شكل الألياف.
عيوب الغزل الرطب
- سرعة الإنتاج أقل بكثير من سرعة الغزل بالصهر
- المذيبات تشكل خطراً على الصحة وتتطلب تدريباً على السلامة في التعامل معها
- يُعد حمام التخثر تعقيدًا إضافيًا، ويجب مراقبة التركيبة وتعديلها للحصول على جودة ألياف متسقة.
- تكاليف أعلى من تكلفة الغزل بالصهر.
خاتمة
يُعدّ الغزل الرطب الطريقة الإنتاجية الوحيدة للعديد من الألياف ذات الأهمية التجارية، بما في ذلك الأكريليك، والفيسكوز، والسباندكس، والأراميد. أما بالنسبة للبوليمرات التي تتحلل في درجات الحرارة العالية أو تتأثر بالتغيرات الحرارية، فإن الغزل الرطب وأنواعه المختلفة، مثل الغزل الرطب بالنفث الجاف، هي الخيارات الوحيدة لإنتاج موثوق.
