پیشینه تاریخی
الیاف در ابتدا منشأ طبیعی داشتند و از پشم، ابریشم، پنبه، کتان و مواد مشابه ساخته می‌شدند. اولین الیاف ساخت بشر را سوان در سال ۱۸۸۳ساخت، وی محلولی از سلولوز نیترات در استیک اسید را به‌سرعت از درون منافذی عبور داد. اولین الیاف تجارتی از جنس سلولوز نتیرات را شاردونه تولید و در سال ۱۸۸۵ فرایند خود را ثبت کرد. لیف مصنوعی بعدی نیز یک مشتق سلولوزی موسوم به سلولوز بازیافته یا ویسکوز بود. تولید ویسکوز در سال ۱۸۹۲ ثبت شد و تا سال ۱۹۳۰، که تولید سالانه جهانی آن به میزان ۲۰۰ هزار تن رسید، رشد قابل‌توجهی نداشت.
البته این موضوع تا حدی به دلیل ضعف استحکام الیاف اولیه در حالت تر بود. ویسکوز، جانشینی ارزان ولی ضعیف برای ابریشم محسوب می‌شد تا اینکه روش‌هایی برای افزایش استحکام در حالت تر ابداع شد. گونه‌هایی دیگر از الیاف سلولوزی اختراع و به بازار عرضه شد. مثلاً الیاف ریون کوپرآمونیوم حدود سال ۱۹۰۰ و الیاف سلولوز استات در حدود سال ۱۹۲۱ ساخته شدند. اصلاحات و تغییرات زیادی روی این الیاف پایه سلولوزی انجام‌گرفته است.
اولین لیف واقعاً سنتزی، نایلون (یک پلی آمید) بود که در سال ۱۹۴۰ عرضه شد. این لیف را، کاروترز کشف و دوپان آن را تجارتی کرد. الیاف بعدی که به بازار عرضه شدند پلی‌استرها، آکریلیها و پلی اولفینها بودند. این چهار گروه عمده‌ترین الیاف سنتزی بودند که تا اواسط دهه ۱۹۵۰ تولید می‌شدند. از اواخر دهه ۱۹۵۰ تا به امروز بخش اعظم پژوهش به بهبود خواص الیاف و ابداع الیافی با خواص ویژه برای مصارف خاص (مثل الیاف مقاوم در برابر گرما) اختصاص داده‌شده است.
مصارف الیاف ساخت بشر به نوع لیف بستگی دارد. پوشاک، فرش ماشینی، موکت و مبلمان عمدتاً یا شاید همگی از الیاف مصنوعی ساخته می‌شوند. مخلوط پلی‌استر و پنبه سبب سهولت شستشو و ایجاد اتوی دائمی برای پارچه‌های پیراهنی و دیگر پوشاک شده است. بخش عمده نایلون تولیدشده به مصرف فرش ماشینی و موکت می‌رسد.
خواص الیاف
سه نمونه از خواص عمومی الیاف که مهم‌تر از دیگر خواص هستند عبارت‌اند از طول، جعد و دنیر (دنیر معیاری از وزن الیاف در واحد طول است که به‌صورت وزن ۹۰۰۰ متر لیف برحسب گرم بیان می‌شود. واحد دیگر تکس است که وزن ۱۰۰۰ متر لیف است). الیاف یا به‌صورت رشته پیوسته هستند یا کوتاه، طولشان نسبتاً یکنواخت است و به شکل نخ ریسیده می‌شوند. الیاف کوتاه یعنی پنبه و پشم به الیاف منفصل موسوم‌اند. ر شته‌های پیوسته طول تقریباً نامحدودی دارند و غالب الیاف سنتزی و ابریشم طبیعی از این نوع‌اند.
حالت موجی که به طریق شیمیایی یا مکانیکی در الیاف سنتزی ایجاد می‌شود به جعد موسوم است. در فریندپذیری الیاف منفصل این خاصیت اهمیت بسزایی دارد. در بعضی موارد برای تغییر ظاهر و احساس لمس بهتر نخ‌های رشته‌ای پیوسته، مثلاً در مورد نخ نایلون برای تولید فرش ماشینی و موکت به آن‌ها جعد می‌دهند. پنبه و پشم به‌طور طبیعی مجعدند.
الیاف سنتزی
دسته‌بندی
انواع الیاف غیر سلولوزی را که بازارشان به‌سرعت روبه رشد است می‌توان ازنظر شیمیایی و روش ریسندگی مطابق جدول ۵ دسته‌بندی کرد.
روش‌های ریسندگی به سه دسته مذاب، خشک و تر تقسیم می‌شوند.
۱- ریسندگی مذاب ابتدا برای نایلون ابداع و برای پلی‌استر، پلی وینیل، پلی‌پروپیلن و سایرین هم استفاده شد. در این روش، بسپار مذاب به داخل لوله‌های مویین یا رشته ساز پمپ می‌شود. رشته‌های بسپاری که از سوراخ‌های رشته ساز بیرون می‌آیند با عبور در هوای سرد منجمد می‌شوند.
۲- در ریسندگی خشک بسپار در حلال آلی مناسبی حل می‌شود. محلول به‌دست‌آمده از درون رشته ساز با فشار عبور داده می‌شود و به‌محض تبخیر حلال در هوای گرم، رشته‌های خشک تشکیل می‌شوند. برخی بسپارهای آکریلی و هم‌بسپارهای وینیل – آکریلی به این روش ریسیده می‌شوند.
۳- در ریسندگی تر، محلول بسپار ریسیده و در همین حال الیاف در حمام شیمیایی منعقد می‌شوند. مثلاً، یک بسپار حل‌شده در دی متیل استامید در حمامی از گلیسیرین در ۱۴۰ یا در حمامی از کلسیم کلرید ۴۰% در ۹۰ منعقد می‌گردد. آکریلیها مثل آکریلان و کرسلان به روش ریسندگی تر تهیه می‌شوند. جدول ۱ روش ریسندگی برای الیاف نمونه را نشان می‌دهد.
پلی آمیدها
نایلون ۶.۶ اولین لیف تمام سنتزی بود که به شکل تجارتی عرضه شد. ماده حاصل از بسپارش آدیپیک اسید و هگزامتیلن دی آمین، نایلون ۶.۶ خوانده می‌شود چون هر یک از مواد اولیه شش اتم کربن دارند. نایلون ۶، جور بسپار کاپرولاکتام است و لیف آرامیدی که به‌تازگی ابداع‌شده (کِوُلار) یک پلی آمید آروماتیک به نام پلی- p- فنیلن ترفتالامید است.
پلی‌استرها
الیاف پلی‌استر معمولی، بسپارهای حاصل از واکنش دی متیل ترفتالات و اتیلن گلیکول هستند. جدول ۲ برخی خواص الیاف پلی‌استر را نشان می‌دهد. این الیاف به‌خوبی با پشم و پنبه مخلوط می‌شوند و محصول به‌ظاهر مناسبی در پارچه‌بافی دارد، مثل لباس تابستانی مردانه، پیراهن مردانه، پیراهن و بلوز زنانه، در بافندگی و پارچه‌بافی (البته در مواردی) به شکل مجرد هم استفاده می‌شود. به دلیل استحکام مناسب در نخ تایر، طناب‌بافی، خیاطی، شیلنگ آتش‌نشانی و تسمه ذوزنقه‌ای هم به کار می‌رود. در ساخت جوراب زنانه مصرف نمی‌شود چون مدول کشسانی آن خیلی بالاست و به همین علت برگشت پس از کشش سریعاً اتفاق نمی‌افتد. شکل منفصل این الیاف در ساخت لایی برای بالش کیسه‌خواب و لحاف مصرف می‌شود.
اسپندکس
اسپندکس نامی است عمومی و بنا به تعریف، الیافی هستند که در آن‌ها ماده لیف ساز عبارت است از یک بسپرا سنتزی زنجیر بلند حاوی دست‌کم ۸۵% پلی اورتان قطعه‌ای. از نمونه‌های تجارتی این ماده می‌توان لیکرا، گلوسپان و نیوما را نام برد.
الیاف شیشه
تولید پوشاک از جنس الیاف شیشه به سال ۱۸۹۳ برمی‌گردد، در آن زمان قطر لباس این نوع الیاف حدود پنج بار بزرگ‌تر از محصولات امروزی بود که توسط شرکت اوونز ساخته می‌شد. اما از آن زمان، کشفیات متعددی صورت گرفته است به‌طوری‌که در حال حاضر الیاف پیوسته به قطر ۵ هم ساخته می‌شود. بزرگ‌ترین و نخستین سازنده الیاف شیشه (از سال ۱۹۳۸)، شرت فایبرگلاس اوونز-کورنینگ است که محصولش را بانام تجارتی فایبرگلاس به بازار عرضه می‌کند. الیاف شیشه از طریق دو فرایند بنیادی ریسندگی به دست می‌آید: دمش (پشم‌شیشه) و کشش (الیاف شیشه نساجی)
الیاف چند جزئی
الیاف چند جزئی تهیه‌شده‌اند و خواص آن‌ها از تک‌تک اجزای موجود در آن‌ها وقتی به‌تنهایی ریسیده شوند برتر است. این نوع الیاف از ریسندگی دو یا چند ترکیب بسپاری با یکدیگر ساخته می‌شوند. این ترکیبات یا انواع یک بسپار هستند مثلاً دو شکل مختلف از پلی‌پروپیلن یا اینکه از چند ماده متفاوت ازنظر شیمیایی مثل پلی آمید و پلی‌استر ساخته می‌شوند. انتخاب مواد اولیه منوط به خواص موردنیاز در لیف نهایی است. این خواص عبارت‌اند از رنگ‌پذیری بهتر، جعد یا تای دائمی، یا ابریشم نهایی و غیره.
الیاف سلولوزی
ریون و استات
از نخ‌های ویسکوز با استحکام میان ویسکوز معمولی و ویسکوز با استحکام کششی بالا به مقدار جهت‌گیری مولکول‌های الیاف موقع ساخت بستگی دارد. قیمت ریون و استات به لحاظ اندازه رشته، فرایند ساخت و نوع پرداخت متغیر است. در نساجی، ریون و استات عمدتاً به مصرف پوشاک زنانه، پرده و مبلمان و در اختلاط با پشم به مصرف فرش ماشینی و موکت می رسند.
الیاف کربن
الیاف مدول بالای کربن از ریون، پلی آکریلونیتریل یا قیر ساخته می‌شوند. الیاف ریون ابتدا در دمای ۲۰۰ تا ۳۵۰ نیم‌سوز و سپس در ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ زغال می‌شوند. الیاف کربن حاصل در دمای ۳۰۰۰ تحت عملیات گرمایی و کشش قرار می‌گیرند. این فرایند بسیار پرهزینه و بهره کلی عملیات حدوداً ۲۵ درصد است. از الیاف کربن ریونی در ساخت سپر گرمایی فضاپیماها و ترمز هواپیما استفاده می‌شود.
الیاف کربن به سه شکل فروخته می‌شوند:
۱- مدول پایین (GPa138). از این نوع لیف (به شکل نمد) به‌عنوان سطح رسانا در افشانه الکتروستاتیک و در قالب‌گیری تزریقی برای رسانایی، مقاومت گرمایی و افزایش مقاومت سایشی (برای یاتاقان‌ها) استفاده می‌شود.
۲- مدول متوسط (۱۳۸ تا ۵GPa 517). از این نوع لیف می‌توان پارچه درست کرد.
۳- مدول بالا (بالاتر از GPa345). این ارزان‌ترین نخ مدول بالای موجود است و درجاهایی کاربرد دارد که سفت بودن نیاز باشد.
از الیاف کربن در پلاستیک‌های تقویت‌شده مورد مصرف در لوازم ورزشی (مثل چوب ماهیگیری و غیره) و پلاستیک‌های مهندسی استفاده می‌شود.
فیلم‌ها
اولین فیلم موفق پلاستیکی، سلولوز نیترات بود. پس‌ازآن خیلی زود فیلم‌های سلولوز بازیافتی و سلولوز استات هم عرضه شدند. تا سال ۱۹۵۰، فیلم سلولوز بازافتی بیشترین سهم بازار را در اختیار داشت. با اختراع پلی‌اتیلن، اولین رقیب فیلم‌های سلولوزی عرضه شد. در حال حاضر، از دیگر پلی اولفینها، پلی وینیل کلراید و استات، پلی استیرن و هم‌بسپارهای آن، پلی امیدها، پلی کربنات‌ها، آکریلیها و بسیاری از بسپارهای دیگر فیلم ساخته می‌شود.
ویسکوز و سلولوز استات
فیلم شفاف ویسکوز (سلوفان) از محلولی مشابه آنچه برای ریون به کار می‌رفت ساخته می‌شود. محلول از درون حدیده ای شکافدار به داخل حمام انعقاد (سولفوریک اسید بارشده) روزن رانی و روی استوانه دواری به شکل ورق ریخته می‌شود. بخش زیرین آن در حمام قرار می‌گیرد. فیلم تشکیل‌شده ویسکوز از مخازن پشت سرهم آب گرم عبور می‌کند تا اسید آن گرفته شود. سپس در محلول قلیایی سدیم سولفید، گوگردزدایی و سپس مجدداً شسته می‌شود. رنگ زرد مشخص فیلم با هیپوکلریت از میان می‌رود، و پس از شستشوی کامل با گلیسیرین خیس می‌خورد تا نرم شود. فیلم سلولوزی بدون پوشش (روکش) ضد رطوبت نیست و مصارف بسته‌بندی آن محدود است. این فیلم روی دستگاه‌های خودکار آب‌بندی نمی‌شود، به‌محض خیس شدن جمع می‌شود و راه خروج آب را سد نمی‌کند. از این نوع فیلم دربسته بندی سوسیس، پایه نوارچسب‌های حساس به فشار (خودچسب، هم‌بسپار آکریلیک است) و در رزین‌های قالب‌گیری به‌عنوان ماده تخلیه قالب استفاده می‌شود. یک امتیاز بزرگ این فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر بودن آن‌هاست.