ألياف مُقسّاة

الألياف المُقسّاة، والمعروفة أيضًا بالألياف الحمراء، هي بلاستيك مُرقّق مُكوّن من السليلوز فقط . هذه المادة متينة ومرنة، تُشبه القرن، وهي أخف وزنًا من الألومنيوم ، وأقوى من الجلد ، وأكثر صلابة من معظم اللدائن الحرارية . يُستخدم النوع الأحدث من الألياف المُقسّاة المُستخدمة في تغليف الخشب لتقوية طبقات الخشب المُستخدمة في صناعة الزلاجات ، وألواح التزلج ، وعوارض الدعم، وكطبقة فرعية تحت قشور الخشب الرقيقة .

يُعدّ الليثويد منتجًا مشابهًا جدًا للألياف المُفلكنة ، إلا أنه يُصنع باستخدام عملية كيميائية مختلفة. منذ عام 2004، عاد الاهتمام العلمي بهذه المادة نظرًا لتجددها وخصائصها الفيزيائية الممتازة، مما أدى إلى ظهور مجال مركبات السليلوز الكاملة. ^{[ 1 ]} تتكون هذه المركبات من مصفوفة تتألف من السليلوز المذاب أو المذاب جزئيًا، بينما تبقى ألياف السليلوز هي المادة المقوية. وقد تم استكشاف مجموعة متنوعة من المذيبات الأخرى غير كلوريد الزنك، بما في ذلك هيدروكسيد الصوديوم في درجات حرارة منخفضة والسوائل الأيونية . ^{[ 2 ] [ 3 ]} في حين كانت الفكرة الأصلية هي استخدام ألياف تقوية طويلة ( مثل الرامي والكتان والفيسكوز ) لمنح المركبات خصائص ميكانيكية متباينة الخواص ، فقد استكشف المجال أيضًا استخدام السليلوز النانوي .

للألياف المُقسّاة تاريخٌ عريقٌ في الهندسة، يعود إلى العصر الفيكتوري وما بعده. ورغم وجود العديد من المواد ذات الأداء العالي، ومعظمها بوليمرات اصطناعية، إلا أن الألياف لا تزال تُستخدم على نطاق واسع ولها استخداماتٌ عديدة. ولأنها تتميز بقوةٍ أكبر في المقاطع الرقيقة بين المكونات الصلبة ميكانيكيًا، بدلًا من الاعتماد على قوتها الذاتية، فقد استُخدمت في الغالب كحلقاتٍ مانعة للتسرب ، وحشيات ، وأنواعٍ مختلفة من الحشوات أو قطع التعبئة.

تُعدّ حلقات الألياف من أرخص أنواع الحشيات المطاطية المرنة المستخدمة في وصلات الأنابيب وأعمال السباكة العامة. تتمدد هذه الحلقات قليلاً عند تعرضها للماء، مما يُحكم إغلاقها. كما يُمكن استخدامها مع الهيدروكربونات، شريطة ألا تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا. وعلى عكس المطاط، تُعتبر حلقات الألياف من المواد المُخصصة للاستخدام لمرة واحدة.

يسهل تشكيل صفائح الألياف إلى أشكال معقدة، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع في صناعة الحشيات ذات الأشكال المختلفة. ويمكن استخدام هذه الحشيات لأغراض منع التسرب، أو كعوازل حرارية، أو كفواصل ميكانيكية.

حتى ظهور البلاستيك الحديث في ثلاثينيات القرن العشرين، كانت الألياف المادة العازلة الكهربائية القياسية للعديد من المكونات الصغيرة. وكان من السهل قصها حسب المقاس المطلوب، سواء في الإنتاج الضخم أو تقليمها يدويًا لتناسب التركيب. وقد شاع استخدامها بشكل خاص في تجميع الآلات الكبيرة، مثل لفّ المحركات.

استخدمت بعض سكاكين الجيش السويسري القديمة مقابض من الألياف المقواة.

حصل الإنجليزي توماس تايلور على براءة اختراع بريطانية للألياف المُقسّاة عام 1859. ^{[ 4 ]} وقد نال هذه البراءة بعد ظهور السيلولويد عام 1856 وقبل اختراع حرير الفسكوز (السليلوز المُعاد تدويره) عام 1894. وفي عام 1871، حصل توماس تايلور على براءة اختراع أمريكية للألياف المُقسّاة. ^{[ 5 ] [ 6 ]} وكانت شركة الألياف المُقسّاة أول شركة صناعية مُنظّمة تُنتج هذه الألياف، وقد تأسست في البداية كشركة مساهمة في نيويورك في 19 يونيو 1873، وكان رئيسها ويليام كورتيناي وسكرتيرها تشارلز إف. كوبي. ^{[ 7 ]} وُجدت أول شركة في نيويورك أيضًا في دليل مدينة نيويورك لعام 1873 ^{[ 8 ]} ، والذي أدرج أيضًا اسم ويليام كورتيناي رئيسًا وتشارلز إف. كوبي سكرتيرًا في عام 1873. من عام 1873 حتى عام 1878، كان لشركة الألياف المُقسّمة عنوان مكتب في نيويورك هو 17 شارع دي، بينما كان المصنع يقع في ويلمنجتون بولاية ديلاوير. ويتضح ذلك من خلال العديد من الإعلانات التي نُشرت في مختلف المطبوعات في ذلك الوقت. ^{[ 9 ]} مُنحت الشركة ميثاقًا خاصًا ^{[ 10 ]} من قِبل ولاية ديلاوير في عام 1873، إلى أن تم تأسيس شركة ديلاوير رسميًا في 8 فبراير 1875 ^{[ 11 ]} ، والتي أدرجت حينها اسم ويليام كورتيناي رئيسًا وكليمنت بي. سميث سكرتيرًا.

في عام 1884 تم دمج شركة Courtenay & Trull Co. NY في شركة Vulcanized Fibre Co. ^{[ 12 ]} مما منح الشركة السيطرة على اختراع جديد يسمى بالاسم التجاري "Gelatinized Fibre".

في 4 ديسمبر 1901، وخلال عملية اندماج وتوحيد، غيرت شركة Vulcanized Fibre Co. ^{[ 13 ]} اسمها إلى "American Vulcanized Fiber Co." والتي تم تشكيلها لغرض دمج: شركة Kartavert Mfg.، ويلمنجتون، ديلاوير؛ شركة American Hard Fibre، نيوارك، ديلاوير؛ شركة Vulcanized Fibre، ويلمنجتون، ديلاوير؛ وشركة Laminar Fibre في نورث كامبريدج، ماساتشوستس.

في عام 1922، تم تغيير الاسم مرة أخرى عندما اشترتها مباشرة شركة الألياف والعزل الوطنية في يوركلين بولاية ديلاوير (التي كانت أيضًا مالكة شركة كيستون للألياف). وكان رئيس شركة الألياف الوطنية في ذلك الوقت هو جيه. وارن مارشال، الذي تولى المنصب نفسه بعد الاندماج في الشركة الجديدة "شركة الألياف المفلكنة الوطنية".

في عام 1965، تم تغيير الاسم مرة أخرى إلى شركة NVF لتجنب الالتباس على مر السنين مع خط إنتاج جديد ومتغير. ^{[ 14 ]}

أدت قوة المياه في جداول بيدمونت بشمال ديلاوير إلى ازدهار شركات صناعة الألياف المُقسّاة. وعلى مر السنين، أعادت هذه الشركات تنظيم نفسها واندمجت. وفي عام 1922، برزت شركة ناشيونال فلكنايزد فايبر كمنافس رئيسي لشركة سبولدينغ فايبر، التي بدأت بتطوير منتجات مُقسّاة في روتشستر، نيو هامبشاير، وتوناوندا ، نيويورك ، بعد ما يقرب من ربع قرن من بدء هذه الصناعة في ديلاوير.

من بين الشركات التي شاركت في تطوير الألياف المُقسّاة في منطقة ويلمنجتون: شركة نونسوتش للألياف، وشركة أمريكان هارد فايبر، وشركة أمريكان فولكانايزد فايبر، وشركة كونتيننتال فايبر، وشركة دايموند ستيت فايبر، وشركة فرانكلين فايبر. في دليل بوست للورق واللب لعام 1965، ذُكر أن شركة ناشيونال فولكانايزد فايبر تمتلك مصنعين لإنتاج ورق الخرق للألياف المُقسّاة. كان أحدهما في نيوارك، بطاقة إنتاجية تبلغ 15 طنًا يوميًا، والآخر في يوركلين، بطاقة إنتاجية تبلغ 18 طنًا يوميًا. بالمقارنة، كان مصنع سبولدينج فايبر في توناوندا ينتج آنذاك 40 طنًا يوميًا (وفقًا لدليل بوست). كما أنتجت الشركات المنافسة الباكليت ، لكنها سوّقته تحت أسماء تجارية مختلفة: سبولدينج باسم سبولدايت، وناشيونال باسم فينولايت، وإيتن إندستريز باسم ريزيتن أو إيتينايت.

بدأت العملية بورق مصنوع من خرق القطن . قبل معالجة لب الخشب ولب الخشب الكيميائي في منتصف القرن التاسع عشر، كان المصدر الرئيسي للألياف في صناعة الورق هو خرق القطن والكتان. تُصنع ورقة خرق القطن المُخصصة للتحويل إلى ألياف مُفلكنة على غرار ورقة مناسبة للتشريب. يُصنع ورق التشريب بحذف أي مادة مُضافة للتحجيم، سواءً كانت مُضافة بواسطة الخلاط أو مُطبقة على السطح. اليوم، تحتوي معظم أوراق الكتابة والطباعة والطلاء على تحجيم داخلي (مُضاف بواسطة الخلاط ) باستخدام الصمغ الراتنجي أو أنهيدريد ألكيل سكسينيك (ASA) أو ثنائي ألكيل كيتين (AKD)، وتحجيم سطحي باستخدام النشا . أما الورقة المُخصصة للتشريب فلا تحتوي على أي من هذه المكونات الكيميائية. يُمرر ورق ألياف القطن المُشبع غير المُحَمّم، والمُجهز للألياف المُفلكنة، عبر حوض يحتوي على محلول كلوريد الزنك.

المنتج النهائي عبارة عن كتلة متجانسة من السليلوز بنسبة تقارب 100%، خالية من أي مواد لاصقة أو راتنجات أو مواد رابطة صناعية. تتميز الألياف المُفلكنة النهائية بخصائص ميكانيكية وكهربائية مفيدة. فهي تتمتع بمقاومة عالية للتمزق والشد، وفي السماكات الرقيقة تسمح لها بالمرونة لتتلاءم مع المنحنيات والالتواءات. أما في السماكات السميكة، فيمكن تشكيلها بالبخار والضغط. ومن التطبيقات التي تشهد على قوة الألياف المُفلكنة أنها المادة المفضلة لأقراص الصنفرة الثقيلة. وتتميز هذه الألياف بقوة غير متجانسة، نتيجة لعملية الدرفلة بالأسطوانات، حيث تكون عادةً أقوى بنسبة 50% في الاتجاه الطولي للورقة، مقارنةً بالاتجاه العرضي. ^{[ 16 ]}

تتميز الألياف المُفلكنة بخصائص كهربائية عالية، فهي تتمتع بقيمة عزل عالية، ومقاومة للقوس الكهربائي والتسرب الكهربائي عند درجات حرارة تشغيل تصل إلى 110 إلى 120  درجة مئوية. وقد شاع استخدام الألياف كعازل كهربائي لجزء كبير من منتصف القرن العشرين، ليس لأن مقاومتها كعازل كانت جيدة بشكل خاص، لا سيما في ظل مستويات الرطوبة العالية، بل لأنها أظهرت مقاومة أفضل بكثير للتسرب الكهربائي والانهيار مقارنةً بالبوليمرات القديمة المملوءة بدقيق الخشب مثل الباكليت .

تُظهر الألياف المُقسّاة مقاومة عالية للاختراق بواسطة معظم المذيبات العضوية والزيوت ومشتقات البترول.

• درجة تجارية؛ رمادي قياسي أو أسود أو أحمر، يستخدم في العديد من التطبيقات مثل الغسالات والحشيات والتروس والمقابض وما إلى ذلك.
• الدرجة الكهربائية: رمادي عالي العزل الكهربائي، 100% قطن، مرن للغاية، (يسمى تاريخياً ورق السمك)، هذه الدرجة مناسبة للعزل الطبقي والأرضي ولها اختلافات بما في ذلك درجة اللصق العلوي المستخدمة في الأوتاد في المحركات الصغيرة.
• ألياف الجذع: متينة ومقاومة للتآكل؛ تستخدم لتغطية جذع السفينة البخارية، وصناديق البراميل، وألواح التآكل والانزلاق.
• ألياف العظام: صلبة وكثيفة بشكل استثنائي، وتستخدم في عمليات التشغيل الدقيقة، والأنابيب، وحلقات عصي البلياردو (الرؤوس)، وقطع الصمامات.
• التغليف الخشبي: يتميز بقوة شد والتواء متعددة الاتجاهات، ويوفر الدعم والقوة أينما يتم استخدام التغليف الخشبي، وخاصة تحت القشرة الرقيقة والغريبة كمثبت/مقوي.