چمن مصنوعی همچون محصولات دیگر در عصر حاضر ، نماد پیشرفت فناوری های صنعتی میباشد . این تحولات در همه اجزاء چمن مصنوعی دیده میشود و باعث زیبایی ، ماندگاری و بهبود خواص رفتاری آن شده است .

بررسی الیاف چمن مصنوعی 

الیاف چمن مصنوعی از ۳ نوع ماده پُلیمر و یا ترکیبی از آنها ساخته میشود :

• نایلون
• پُلی اتیلن
• پُلی پروپیلن

نایلون اولین ماده ای بود که برای ساخت رشته های چمن مصنوعی به کار گرفته شد . خواص فیزیکی برتر و ماندگاری شگفت انگیز نایلون ، آن را به گزینه ای محبوب و بی رقیب در ساخت چمن مصنوعی تبدیل کرد .

اما هزینه تولید و قیمت تمام شده نایلون نسبتاً بالاست و به همین دلیل کارشناسان به دنبال ماده ای جایگزین برای آن بودند .

پس از انجام آزمایشات و ارزیابی های فراوان ، پُلی اتیلن مناسب ترین ماده برای ساخت الیاف چمن مصنوعی تشحیص داده شد .پلی اتیلن دوام و ویژگی های منحصر به فرد نایلون را ندارد ولی قیمت مقرون به صرفه ، رمز موفقیت و گرایش به این ماده میباشد .

بررسی نقاط قوّت و برتری نایلون : بازیابی حالت ایستایی ، استحکام ، پایداری در برابر سایش ، عدم جذب آلودگی لکه چربی

از سوی دیگر پلی اتیلن نیز در برخی زمینه ها برتر است از جمله : نرمی و انعطاف پذیری ، جذب آب کمتر و پایداری در برابر لکه رنگ مواد خوراکی ، پایداری شیمیایی و قیمت پایین .

تازه ترین فناوری مورد استفاده در ساخت الیاف چمن مصنوعی ، ترکیب نایلون با پلی اتیلن میباشد که توسط کمپانی مخترع چمن مصنوعی ابداع شده و در چند سال اخیر مورد استفاده قرار گرفته است .

این ماده دارای تمامی خواص برتر نایلون و پلی اتیلن به صورت یکجا میباشد و معایب آنها را نیز ندارد .

ماده سومی که در ساخت الیاف چمن مصنوعی استفاده میشود پلی پروپیلن نام دارد . این پلیمر از لحاظ ویژگی های فیزیکی و ماندگاری از دو ماده قبلی ضعیف تر است و به صورت محدود تری به کار گرفته میشود .

یکی از تکنیک های انقلابی در زمینه ساخت چمن مصنوعی ، تولید اَشکال گوناگون و پیچیده در سطح مقطع رشته ( نخ ) میباشد .

نسل نخست چمن مصنوعی با الیاف فیبریلِیت ساخته شد . نام دیگر آن slit film است و در واقع نوار یا ورقه پهنیست که بر روی آن بُرش ها و شکاف هایی به شکل چاک وجود دارد .

با باز کردن این درزهای باریک ، ساختار نوار به شکل لانه زنبوری و یا لوزی های منظم و به هم پیوسته تغییر شکل میدهد .

پس از نصب چمن مصنوعی و استفاده از آن ، این ساختار بر اثر پاخور و نیروهای وارده ، دچار گسستگی شده و به شکل رشته های نازک در می آید .

ماندگاری و عُمر مفید نخ فیبریلیت بالاست و هزینه تولید آن نیز مقرون به صرفه میباشد . به همین دلیل ، پس از گذشت ۵ دهه هنوز جایگاه مهم خود را حفظ کرده و کاربرد گسترده ای در تولید انواع چمن مصنوعی دارد .

با پیشرفت ماشین آلات و تکنیک های تزریق ( اکستروژِن ) در سال های اخیر ، رشته های مونو با شکل های متنوع و بسیار مقاوم ساخته شدند که شباهت بی نظیری به برگ های چمن طبیعی دارند .

به دنبال آن ، سازندگان چمن مصنوعی در جهان نیز به استفاده از الیاف مونوفیلامنت یا تک رشته روی آوردند .

رشته های مونو در ابتدا به شکل ساده و خطّی ساخته میشدند که به دلیل انعطاف بالا ، به سرعت تغییر شکل داده و و خواص فیزیکی اولیه را از دست میدادند ;  زیرا شکل ساده و خطّی ، نرم و منعطف است و به راحتی دچار خمیدگی ، تغییر شکل و کوبیدگی میگردد .

سطح صاف و بدون زاویه الیاف نیز ، نور را تماماً در یک جهت بازتاب داده و باعث درخشش بیش از حد و جلوه مصنوعی در چمن میگردد .

پرتوی فروسُرخ یکی از طول موج های نامرئی نور خورشید میباشد . این پرتو در ۳ طول موج کوتاه ( نزدیک ) ، متوسط ( میانه ) و بلند ( دور ) طبقه بندی میشود .

گرمایی که از نور خورشید و به طور کل هر گونه منبع نوریِ دیگر حس میشود ، به خاطر پرتوی فروسرخ است . این پرتو با طول موج کوتاه با اجسام برخورد میکند و پس از جذب باعث ایجاد گرما در آنها میشود .

تابش آفتاب باعث افزایش دمای چمن میشود که در فصول گرم سال و یا مناطق گرمسیر ، گاهی به ۵۰ درجه سانتیگراد میرسد . این گرما در بلند مدت ، باعث کاهش کیفیت الیاف و عُمر چمن مصنوعی میگردد .

برای کاهش دمای چمن مصنوعی و خنک نگه داشتن آن ، راه های مختلفی اندیشیده شد .

افزایش سطح بازتاب نور از سطح فیلامنت و پراکندن آن در زوایای مختلف ، یکی از روش های کاهش دمای چمن میباشد .

برای محقق کردن این هدف ، رشته های مونو با شکل های گوناگونی مانند I ، O ،  X، S ، C ، W ، V ،M  ، اُمگا ، تیغه ، مثلث ، لوزی ، بیضی ، نیم بیضی ، دایره ، نیم دایره ، ۳ پَرّه و … تولید شده اند .

این اَشکال ، نور را در جهت های متفاوتی منعکس کرده و انرژی گرمایی اندکی را درون خود ذخیره میکنند . همچنین با داشتن شکل هندسی پیچیده ، فشار وزن را به خوبی تحمل کرده و پس از برداشته شدن وزن ، به حالت صاف ، ایستا و اصلی خود باز میگردند .

همچنین بخش هایی از رشته ها با قُطر و ضخامت بیشتر ساخته میشود که به مانند یک ستون تقویت کننده ، نیروها را جذب و دفع نموده و به میزان قابل توجهی ، لِه و کوبیده شدن چمن را به تاخیر می اندازد .

آن دسته از چمن های مصنوعی که با الیاف ساده و بدون رعایت موارد ذکر شده تولید میشوند پس از مدتی استفاده ، ظاهر زیبا و طبیعی خود را از دست میدهند .

فرایند ایجاد این فُرم های متنوع در الیاف چمن مصنوعی بسیار جالب توجه است .

ابتدا مواد اولیه و پلیمرها با یکدیگر مخلوط شده و پس از ذوب شدن ، وارد یک مجرا میشوند که مایع مذاب و روان را با فشار به سمت یک صفحه سوراخ دار به جریان می اندازد .

منافذ بسیار ریزی در سطح این صفحه ایجاد شده که با تغییر شکل این منافذ ، میتوان شکل رشته تولید شده را تعیین نمود .

مایع مذاب زمانی که از سوراخ عبور میکند به سرعت گرمای خود را از دست داده و به حالت جامد تبدیل میشود . در بعضی موارد ، رشته ایجاد شده مستقیما به درون حوضچه آب وارد میشود که سبب کاهش مضاعف دما و پایدارسازی شکل آن میگردد .

تمامی شِکل های سطح مقطع نامبُرده برای چمن مصنوعی ، حاصل از عبور پلیمر مذاب از درون منافذی با شکل مشابه است . هر کدام از این منافذ ، در حقیقت یک قالب ریخته گری دو بُعدی میباشد .

فرایند تزریق و تشکیل رشته باید پیوسته و غیر منقطع باشد . اگر رشته تشکیل شده در هر مرحله از ساخت پاره شود ، نخ با کیفیت و منطبق با استانداردهای مورد نیاز حاصل نمیشود و به فرایند بازیافت منتقل میگردد .

رشته های ساخته شده ، توسط ماشین آلات تمام خودکار ، درون قرقره های بزرگ پیچیده شده و برای تولید چمن مصنوعی ، به واحد بافنگی منتقل میگردند و یا پس از بسته بندی آماده صادرات میشوند .

بررسی بافت چمن مصنوعی

بافت چمن مصنوعی به ۳ شکل کلّی انجام میگیرد :

• Tufting یا ایجاد طُرّه ، پُرز ، منگوله
• Weaving یا بافندگی
• Knitting یا بافت

توسط دستگاه های خودکار و نیمه خودکار مخصوص انجام میشود . کشورهای تولید کننده این ماشین آلات در مقیاس انبوه صنعتی ، به تعداد انگشتان یک دست هستند و از آن میان ، تنها ۳ کمپانی تقریبا تمامی بازار این ماشین آلات را در اختیار خود دارند .

الف ) نوع نخست یا تافتینگ نخستین شیوه ایست که در تولید چمن مصنوعی استفاده شد . این روش ساده تر و کم هزینه تر است و بخش عمده چمن تولیدی در جهان با این روش ساخته میشود .

فرایند کار بسیار ساده است ، ماشین تافتینگ از یک ردیف سوزن دوخت با روزنه تشکیل شده . به هر کدام از سوزن ها یه رشته و یا یک دسته نخ تابیده شده وارد میشود . این نخ ها توسط مجاری و لوله های تغذیه کننده به قرقره ها و دوک های اصلی متصل هستند .

قرقره ها در یک سالن بزرگ بر روی صفحه های عمودی و یا افقی قرار دارند و به طور پیوسته در حال تغذیه ماشین بافت میباشند .

لایه های نگهدارنده به صورت چسبیده به یکدیگر توسط یک نوار نقاله و غلطک وارد ماشین بافت میشوند . سرعت ورود و خروج این لایه ، متناسب با سرعت بالا و پایین رفتن سوزن ها ( سرعت تزریق رشته با درون بستر بافت ) تنظیم میگردد .

این سرعت ، تعداد کوک در واحد طول ( متر ) را مشخص میکند که یکی از عوامل تاثیر گذار بر تراکم الیاف در چمن مصنوعی میباشد .

پس از ورود سوزن به درون بافت لایه نگهدارنده ، یک قلاب در زیر این لایه ، نخ را نگه میدارد و یک تیغه تیز در انتهای آن ، نخ را بُرش میدهد .

این فرایند ، سبب میشود تا نخ درون لایه نگهدارنده ، با ساختاری شبیه به حرف U لاتین تثبیت شود . به این ترتیب که کف و قاعده حرف U در زیر لایه و دو بازوی آن در روی لایه قرار بگیرد .

پروسه تزریق-نگهداری-بُرش به صورت پشت سر هم و بدون وقفه انجام میشود و سرعت تولید چمن مصنوعی ، مستقیماً با سرعت و دقّت ماشین بافت و نیروهای اُپراتور آن مرتبط است .

در ماشین بافت ، فاصله هر سوزن از سوزن کناری مقداری مشخص است که به آن Gauge

( گِیج ) گفته میشود . این فاصله بر اساس واحد اینچ در سیستم اندازه گیری ایمپریال تنظیم میشود .

از جمله فواصل مرسوم و متداول در ساخت چمن مصنوعی میتوان به “۸/۳ ، “۸/۵ ، “۸/۱ ، “۱۶/۵ ، “۴/۳ و “۳۲/۵ اشاره نمود .

فاصله این ردیف ها ، عامل دیگریست در تعیین تراکم الیاف در واحد سطح ( مترمربع ) .

ب ) بافندگی شیوه ای بسیار جدید و پیشرفته در تولید چمن مصنوعی محسوب میگردد که سابقه آن به یک دهه میرسد .

این فناوری Interlock یا Tuftlock یا Interwoven نامیده میشود که در زبان فارسی آن را میتوان به چند صورت ترجمه نمود : به هم قفل شده ، به هم درگیر شده ، در هم بافته

تولید چمن مصنوعی به این روش ، تنها به وسیله ماشین آلات ویژه این کار میسّر میباشد . این ماشین آلات و فرایند کارشان ، شباهت بسیار بالایی به شیوه قبلی دارد با این تفاوت که رشته ها اصطلاحاً درون لایه نگهدارنده قفل میشوند .

فرایند کار به این ترتیب است که مشابه شیوه قبلی پس از ورود سوزن و رشته به لایه نگهدارنده ، نخ توسط قلاب در پایین نگه داشته میشود ولی بُرش توسط تیغه انجام نمیشود .

این فرایند چند بار تکرار میشود تا در نهایت ساختاری متشکّل از چند کوک پیوسته زیر و رو به وجود آید که W سه گانه نامیده میشود . تعداد دفعات تکرار این عمل به صورت اختیاری قابل انتخاب است و به طور مستقیم بر روی استحکام بافت تاثیر میگذارد .

مزایای این روش را میتوان در چند مورد بر شمرد :

ظاهر طبیعی به دلیل دسته بندی ویژه الیاف

کاهش پراکندگی مواد پُر کننده

کاهش فشرده شدن مواد پُر کننده

عدم جهت گیری الیاف = حرکت و غلطش آسان توپ بر روی چمن = سرعت بیشتر توپ = افزایش سرعت بازی = افزایش جذابیت

افزایش استواری و پایداری الایف در حالت راست و ایستا

کاهش درخشش و بازتاب نور از سطح چمن = بهبود جلوه طبیعی

 

با به کارگیری این تکنیک ، نخ به اندازه ای درون لایه نگهدارنده مستحکم میشود که هیچ نیازی به استفاده از مواد پوششی چسباننده مانند لاتکس و پُلی اورتان وجود ندارد .

لایه پوششی به صورت ذاتی نسبت به نفوذ آب عایق است و با حذف آن ، تمامی سطح لایه نگهدارنده میتواند آب را به میزان بسیار بالایی از خود گذر دهد .

این مساله به افزایش زهکش آب در مواقع بارانی و بهتر شدن کیفیت و کارایی چمن کمک به سزایی مینماید .

همچنین با حذف ترکیبات SBR و SBL که به عنوان موادی غیر قابل بازیافت و آلوده کننده محیط زیست ، به راحتی میتوان چمن های فرسوده را وارد چرخه استفاده مجدّد نمود .

 

پایداری الیاف درون لایه نگهدارنده توسط کشیدن رشته ها توسط دستگاه های نیروسنج ( نیوتون متر ) با دقت بسیار بالا اندازه گیری میشود .

به این ترتیب که آزمایشگاه های تولید کنندگان چمن مصنوعی و یا سازمان و موسسات ارزش سنجی و استاندارد معتبر جهان ، نمونه های چمن مصنوعی را درون دستگاه مخصوص قرار داده و در جای خود ثابت میکنند .

سپس انتهای رشته به وسیله گیره ای که به حسگر نیروسنج متصل است کشیده میشود . عمل کشِش تا زمانی انجام میشود که رشته از درون لایه نگهدارنده سُست و جدا شود .

چمن های مصنوعی تولید شده با روش سنّتی تافتینگ و آرایش U با نیرویی بسیار اندک از درون لایه نگهدارنده جدا و کنده میشوند ولی در چمن های تولیدی با شیوه در هم تنیده ، نیروی لازم برای جدا کردن الیاف بسیار بزرگ و در مواردی غیر قابل انفصال میباشد .

پوشش دهی نهایی چمن مصنوعی

این مرحله پس از بافت چمن قرار دارد . چمن پس از خروج از ماشین بافت ، مستقیما وارد دستگاه پوشش دهی میشود .

ماده پوششی در انواع ابتدایی و قدیمی از نوع styrene butadiene rubber یا latex  میباشد . در سال های اخیر از مواد پیشرفته ای مانند پُلی اورِتان و پُلی اتیلن برای پوشش دهی زیره چمن مصنوعی استفاده میگردد .

حالت فیزیکی این مواد در دمای اتاق جامد است که توسط گرمادهی ذوب شده و به صورت مایع تبدیل میشود .

چمن بافته شده در حالی که قسمت پشت لایه نگهدارنده ( جایی که برجستگی کوک ها قرار دادر ) رو به بالا قرار دارد ، با سرعتی ثابت وارد بخش مربوطه میشود .

مایع پوششی توسط لوله نازل از بالا بر روی سطح بکینگ جاری میشود و به وسیله یک غلطک یا استوانه گردان ، بر روی تمامی سطح بکینگ به طور یکنواخت پخش میگردد .

ضخامت لایه پوششی با سرعت حرکت چمن درون دستگاه ، نوع مایع ، مقدار افزودن مایع ، غلظت مایع ، نیروی فشار غلطک ، جنس و ساختار لایه نگهدارنده و بافت چمن مرتبط است .

ماده پوششی برای این که بتواند الیاف را درون لایه نگهدارنده به خوبی پایدار و مستحکم کند ، باید دوباره به صورت جامد درآید . این فرایند به کمک گرمادهی با دستگاه oven  یا اجاق خشک کن انجام میشود .

این دستگاه شامل محفظه های بسته ایست که درون آنها با کمک مشعل های گازسوز یا برقی گرم میشود . هر محفظه دمای خاصی دارد که معمولا از ۱۰۰ تا ۱۳۰ درجه سلسیوس متغیّر است .

چمن مصنوعی پوشیده شده با مایع چسباننده ، وارد این اجاق بزرگ میشود . طول این اجاق در مدل های مختلف متفاوت است ولی عواملی مانند نوع ماده پوششی و سرعت حرکت چمن و دمای اجاق در طول دستگاه تاثیر میگذارد .

مایع پوششی پس از خروج از این مرحله به صورت جامد و پایدار درآمده و سپس وارد مرحله پانچ یا ایجاد سوراخ زهکش میشود .

ایجاد منافذ زهکش در چمن مصنوعی به دو روش انجام میشود . میله های داغ ( هویه ) و استوانه چرخان با میخچه های برجسته .

در هر دو روش از فلز نوک تیز داغ برای ذوب کردن بافت چمن و ایجاد سوراخ درون آن استفاده میشود .

این روش ساده ترین نوع هدایت و خروج آب از چمن مصنوعی میباشد که با شیوه های نوین جایگزین شده که در مقاله ای دیگر به این موضوع خواهیم پرداخت .

 

در ادامه میتوانید مقاله نصب چمن مصنوعی  و نگهداری چمن مصنوعی را نیز مطالعه فرمایید.