علم النسيج

الهدف الرئيسي من علم النسيج هو أن يمكّنك من اختيار النسيج الذي يخدم بالشكل الأفضل تطبيقات الاستعمال النهائي، والذي يطابق بالشكل الأنسب مستوى الأداء الذي يرغب المستهلك فيه.

المواد النسيجية هو مصطلح يشمل الألياف والألياف في طور تصنيع الخيط والخيوط والأقمشة والمواد المصنوعة من الأقمشة (الملابس) والمحتفظة بقوتها ومرونتها والخصائص الأساسية الأخرى للألياف والشعيرات النسيجية.[1] هذا التعريف يشير إلى خاصتين مهمتين في النسيج: بنية النسيج (الألياف، والخيوط، والأقمشة، والمنتجات)، وأداء النسيج(المتانة والمرونة).

ماهي بنية النسيج؟

مكونات النسيج الأساسية

يتكون النسيج من ألياف وخيوط وأقمشة. ويظهر الشكل جانبًا الخيوط التي يتكون منها النسيج، والألياف التي تتكون منها الخيوط. يمكننا النظر عن قرب باستخدام عدسة مكبرة، لتمييز بنية النسيج. فمثلا يمكننا تحديد كيفية ترتيب الخيوط لتشكل النسيج، وكيف تبدو الخيوط، وطول ألياف النسيج المستخدمة. نحتاج إلى مجهر ضوئي لرؤية هيئة سطح الألياف. كما نحتاج إلى مجهر إلكتروني لرؤية التفاصيل البنيوية.

تعتبر ألياف النسيج اللبنة الأساسية في جميع المواد النسيجة. ولألياف النسيج خواص أساسية عامة للألياف، فمثلا يجب أن تحقق شرط نسبة الطول إلى القطر، وهناك خواص محددة بألياف ذات سمات وخواص فريدة. وتصنف ألياف النسيج بشكل أساسي إلى ألياف طبيعية، وألياف اصطناعية. وتتميز الألياف الطبيعية بشكل عام بخواص معينة، فهي تتفكك حيويًا، وتعطي شعورًا أكبر بالراحة، ويمكن الحصول عليها من مصادر متجددة حيويًا، بينما تمتاز الألياف الاصطناعية بقوتها، ومتانتها، ورخص ثمنها، وإمكانية أكبر لتعديل خواصها. والتركيب الكيميائي، وبنية الألياف الطبيعية والاصطناعية مختلفة تمامًا، ويمكن هندسة الألياف الاصطناعية بحيث تحاكي الألياف الطبيعية لرفع سوية ونوعية المنتج النهائي. وبطبيعية الحال، تلعب خواص الألياف دورًا كبيرًا في تحديد خواص الخيوط والأقمشة والمنتجات النهائية.

تتكون ألياف النسيج بشكل عام من جزيئات ضخمة، فهي مكثورات ذات خواص محددة، فليس من الإمكان استخدام أي مكثور لإنتاج ألياف النسيج، وإنما يجب على المكثورات أن تحقق شرطين أساسيين:

• أن تكون مكثورات خطية.
• وأن تحتوي سلاسل المكثور على مجموعات قطبية. وإلا فيجب على الجزيئات الضخمة أن تكون طويلة جدًا، للاستعاضة عن كثافة الروابط بين جزيئية بروابط أكثر على طول الجزيئات الضخمة.

تنتج ألياف النسيج الاصطناعية بعدة طرق مختلفة التقنيات، بدءًا من محلول المكثور (مكثور مذاب في إحدى المذيبات المناسبة) أو بدءًا من مكثور مصهور، ولكن أغلبها تعتمد مبدأ تمرير المكثور ضمن فتحات دقيقة (انظر مبدأ البثق) لتحويل المكثور المصهور أو المذاب إلى ألياف طويلة جدًا. وتسحب بعدها هذه الألياف على عدة مراحل لتحسين خواص الألياف الناتجة. عمليتي البثق والسحب تساعدان في تحويل سلاسل المكثورات من سلاسل متكورة ومتجمعة على بعضها إلى سلاسل متوازية نوعا ما، مما يزيد فرصة تشكل روابط بين جزيئاتها. وتكون بنية الألياف بلورية في المناطق التي تزيد فيها نسبة وانتظام هذه الروابط الكيميائية، بينما تكون البنية لابلورية في المناطق التي تشكل عيوبًا أو عدم انتظام لهذه الروابط.

هي عملية سحب بعض الألياف من كتلة الألياف ثم برمها مع بعضها لتشكل خيطا مستمرا. كما أن اسم عملية الغزل يطلق في صناعة الألياف الاصطناعية على عملية بثق محلول المكثور لتشكيل الألياف، والعملية مشابهة لطريقة تشكيل دودة القز لشعيرات الحرير.[2] فالغاية من عملية الغزل هي تحويل ألياف النسيج المشتتة والمفككة إلى خيوط تستخدم في عمليات النسج أو الحياكة أو الخياطة أو عمليات النسيج الأخرى. يكتسب شريط السحب (ألياف متوازية ومسحوبة) أثناء عملية الغزل المتانة الكافية ببرم مجموعة الألياف بحيث تزيد قوة الاحتكاك بينها وتعطي المتانة اللازمة لتشكيل الخيط. والبرم هو عدد اللفات (البرمات) في وحدة الطول الناتجة عن إدارة خيط حول محوره. واختلاف عدد البرمات من خيط لآخر يغير الكثير من خواصه، فمثلا كلما زاد عدد البرمات زادت معها متانة الخيط، وخشونته، واختلفت طريقة عكسه وبعثرته لأشعة الضوء، كما تنقص امتصاصية الخيط للرطوبة، وتنقص مرونته. كما تتفاوت خصائص الخيوط المغزولة بناءً على المواد الخام المستخدمة، وطول الألياف، وتوازيها، وكمية الألياف المستخدمة، ونسبة البرم.

تستخدم ثلاث تقنيات عموما للحصول على الألياف المغزولة:

• تقنية الغزل الحلقي (Ring spinning)
• تقنية الغزل العنفي (Open-end (roto) spinning)
• تقنية الغزل بنفث الهواء (Air-jet spinning)

يمكننا تمييز ثلاث أنواع رئيسية للنسيج بحسب طريقة تصنيعها.

النسيج المحاك

•  مقالة مفصلة: حياكة

قطعة نسيج محوك

يتكون النسيج المنسوج من تشابك مجموعتين من الخيوط بشكل متعامد تماما، بينما يتكون النسيج المحوك من عنصر أساسي هو الغرزة. والغرزة هي حلقة من الخيط تتماسك نتيجة تداخلها مع الحلقات الأخرى. وهذه البنية الخاصة للنسيج المحوك تعطي الأقمشة المحاكة مرونة عالية، ودائما تحاول العودة إلى الوضع الأكثر استقرارًا، وهو الوضع الدائري للغرزة.

وجدت تقانة النانو في علم النسيج كما في غيره من العلوم تطبيقات عديدة ومتنوعة بحيث صار من الممكن الحصول على مواصفات جديدة ومبتكرة كان من الصعب الحصول عليها باستخدام التقانة التقليدية، وفتحت أما النسيج تطبيقات جديدة وفي مجالات عدة. ومحاكاة الطبيعة باستخدام بيونيك هي أحد المفاتيح لهذا الطريق. فلباس السباحة الذي يحاكي جلد سمك القرش، والنسيج ذاتي التنظيف الذي يحاكي سطح ورقة اللوتس، والحصول على ألوان قوية أو كثيفة بمحاكاة عملية التداخل.[4]

فإذا تمكنا من طلاء النسيج بطبقة نانوية من السيراميك فإننا نحصل على نسيج مضاد لالتصاق الأوساخ، كما أنه مضاد للبكتريا وتزداد نسبة الحماية من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. ويمكن بدمج كبسولات نانوية معبئة بالعطور أو المستحضرات الصيدلانية على أو ضمن الألياف الحصول على نسيج يطلق الروائح الطيبة والعطور ذاتيا كما أنه يرطب الجلد مثلا.[4]

• بوابة صناعة