الیاف کنف

کنف به دلیل دارا بودن عناصر آوندی در هسته چوبی (آوند چوبی)، مانند چوب سفت، متعلق به نژاد گیاهان نهاندانه (Angiosperm) است. این گیاه در دسته خانواده دو لپه ای ها با گرده (eudicotyledons)، مانند چوب های سخت، بوته های عظیم و گیاهان قرار می گیرد، زیرا دارای دو لپه (یعنی برگ  دانه) است. الیاف کنف بلند و انعطاف پذیر در سطح پوست درخت (کورتکس) روی سطح ساقه تعبیه می شوند. کنف از آسیای مرکزی سرچشمه می گیرد، اما از استوا تا دایره قطبی نیز قابل کشت است.

الیاف کنف

یکی از دلایلی که الیاف کنف مورد توجه قرار گرفته است، به دلیل طول آن است. الیاف اولیه ساقه  در پوست درخت، 5 تا 40 میلیمتر طول دارند و در درسته های الیافی که می توانند 1 تا 5 متر طول داشته باشند، ترکیب می شوند (الیاف ثانویه ساقه، حدود 2 میلیمتر طول دارند). الیاف هسته چوبی، کوتاه اند و طول آنها حدود 55/0 میلیمتر است، همچنین مانند الیاف چوب سخت با لیگنین قابل توجهی به یکدیگر چسبانده شده اند.
الیاف هسته ای به طور کلی برای کاربردهای کاغذی با درجه بالا، بسیار کوتاه هستند (طول 3 میلیمتر ایده آل در نظر گرفته می شود) و در آنها بیش از حد لیگنین نیز وجود دارد. از الیاف  ساقه ای بلند برای تهیه کاغذ تقریبا به مدت 2 هزار سال و از الیاف هسته چوبی به ندرت استفاده شده است.
از دیگر خصوصیات مطلوب الیاف کنف، مقاومت و دوام آن (مقاومت ویژه در برابر پوسیدگی) است که در گذشته برای طناب، تور، بادبان، پارچه، عایق بندی و درزگیری مفید بودند. در دوران حمل و نقل از طریق کشتیرانی، کنف به عنوان بهترین بوم استفاده می شد و در واقع این کلمه از Cannabis به معنای شاهدانه گرفته شده است.
الیاف کنف در دسته هایی به بلندی ساقه ها موجود هستند که به راحتی می توانند با دست یا دستگاه از سطح چوبی کنده شوند. ساقه تازه شامل یک استوانه توخالی از آوند چوبی به ضخامت 1 تا 5 میلیمتر است که توسط کامبیون (لایه ی زاینده ی چوب و آبکش) 10 تا50 میکرومتری، کورتکس 100 تا 300 میکرومتری، پوست بیرونی 20 تا100 میکرومتری و کوتیکول 2 تا 5 میکرونی پوشانده شده است. پیت (مغزه)، فضای خالی در ساقه های خشک است.

گیاه کنف

حالت های انتخاب شده الیاف کولتیژن (گیاهی که در طبیعت به حالت خودرو یافت نمی شود و محتملاً ساخت دست انسان است، مانند گندم)، دارای ویژگی های تولید حداکثر الیاف است. از آنجایی که گره ها تمایل به ایجاد اختلال در طول بسته های الیاف دارند، از این رو گیاهان با کیفیت محدود،، بلند و نسبتاً بدون انشعاب همراه با بندهای طولانی انتخاب شده اند. یک استراتژی دیگر، انتخاب ساقه ها است که با چوب محدود در بندها، توخالی هستند؛ چون به حداکثر رساندن تولید الیاف به حمایت از بافت های چوبی ارتباط دارد.

به طور مشابه، بهره وری محدود بذر، انرژی گیاه را در تولید الیاف متمرکز می کند و نوع الیاف، معمولاً تمایل ژنتیکی پایینی برای تولید بذر دارد. انتخاب نژادهای منفرد بر غلظت متفاوت زمان بلوغ و کیفیت گیاهان نر (استامینات) و ماده (پستیلیت) غلبه می کند (نرها 1 تا 3 هفته زودتر بالغ می شوند).
معمولا گیاهان نر، بلندتر و لاغرتر هستند و استحکام کم و محصول کمتری دارند. به استثنای ویژگی دردسرساز مرگ بعد از شکفتگی کامل گل (anthesis)، ویژگی های نر برای تولید الیاف، در مقایسه با وضعیت گونه های دارویی که در بالا ذکر شد، مطلوب هستند. قبلاً در زمان های پر تحرک، گیاهان نر زودتر از ماده  ها قابل برداشت می شدند تا الیاف برتر را تولید کنند.
انشعاب محدود الیاف زراعتی غالباً با داشتن برگ های بزرگ با برگچه های گسترده جبران می شوند که بدیهی است توانایی فتوسنتز گیاهان را افزایش می دهد. از آنجا که گیاهان الیاف به طور کلی برای اهداف مخدر انتخاب نشده اند، لذا معمولاً سطح مواد تشکیل دهنده مخدر محدود است. ساختار معمول دسته بندی شاهدانه، ساتیوا است. گیاهان مخدر به طور کلی کم هستند، به شدت منشعب  می شوند و به خوبی رشد می کنند. گیاهان کاشته شده برای بذر روغنی از نظر سنتی دارای فاصله مناسبی هستند و گیاهان با ارتفاع متوسط و شاخه های قوی توسعه داده می شوند.
انواع الیاف در تراكم زياد رشد کرده و بدون انشعاب و بسیار بلند هستند. گیاهان دو گانه در تراکم متوسط رشد می کنند، همچنین تمایل دارند تا کمی منشعب شده و از ارتفاع متوسط تا بلند باشند. برخی از انواع دانه های روغنی با تراکم متوسط رشد می کنند و کوتاه و نسبتاً بدون انشعاب هستند. میزان انشعاب و ارتفاع هم از نظر تراکم گیاهان و هم از نظر سابقه ژنتیک آن ها تعیین می شود.

فرآوری الیاف

جهت تهیه پارچه های ریز برای الیاف چرخشی با کیفیت بالا، الیاف بلند کنف برخلاف کتان، نیاز به آبگیری مجدد دارند. میکروارگانیسم ها یا آنزیم های بهبودیافته می توانند باعث تقویت یا جایگزینی روش سنتی خیساندن در آب شوند. انفجار بخار یکی دیگر از فناوری های بالقوه است که بصورت آزمایشی بر روی کنف  اعمال شده است.
روش سنتی برای تولید الیاف از گیاه کنف، پوساندن زراعی است، یک فرایند طبیعی که به دلیل تفاوت در شرایط آب و هوایی منجر به ایجاد الیاف با کیفیت متغیر می شود. در طی این فرآیند، قارچ ها و مخمرها باعث كنترل كنف می شوند و آنزیم های تخریب کننده پلی ساكارید را تولید می كنند كه سلول های پارانشیم را تخریب و مختل می نماید. این فرآیند را می توان با روش کنترل پذیرتر خیساندن در آب که در آن ساقه های گیاه به مدت 4 روز در مخازن با آب داغ 30 تا 40 درجه سانتیگراد قرار می گیرند، جایگزین کرد.
پس از خیساندن، هسته چوبی به قطعات کوچکی شکسته می شود که می تواند از الیاف جدا شود. این کار بصورت صنعتی با جفت غلطک های چرخشی انجام می شود که باعث خرد شدن قطعات کوچک می گردد. در مقیاس آزمایشگاهی، الیاف با لایه های پوست جدا می شوند. الیاف استخراج شده به صورت دسته های بزرگی از الیاف هستند که در تشک های الیاف بافته نشده مفید هستند که از طریق خشک کردن هوا و سوراخ کردن سوزن کنترل نشده و در نتیجه جهت گیری الیاف تصادفی ساخته می شوند. تولید الیاف همتراز نیز می تواند در مقیاس آزمایشگاهی با شانه کردن الیاف موجود در آب، کشش آن ها و خشک کردن هوا انجام شود.

جداسازی الیاف

در حین خیساندن در آب، الیاف ساقه ای کنف به دسته های بزرگ الیاف تبدیل می شوند. برای جداسازی دسته های الیاف به الیاف های مفرد و دسته های کوچک الیاف برای تولید نخ کنفی، عملیات اضافی لازم است. این کار با فرسایش (تخریب) یا اختلال در بین لایه های میانی بین الیاف های منفرد انجام می شود. عملیات آنزیم، اکسیداسیون مرطوب و عملیات NaOH می تواند پکتین و لیگنین را در لایه های میانی بین الیاف منفرد تخریب کند.

تشکیل نخ

دسته های الیاف به طول 5/0 تا 2 متر، معمولا به طور مستقیم برای تولید نخ استفاده می شوند. ابتدا شانه کردن و از هم گسستن در دو مرحله برای صاف کردن الیاف  و از بین بردن الیاف کوتاه نامنظم با یک قلم موی فلزی انجام می شود. این امر منجر به ایجاد یک مقدار از الیاف موازی مفید برای اسپین (چرخش) می گردد. در مقیاس صنعتی، شانه کردن و گسستن با استفاده از برس های فلزی و غلتک های چرخشی انجام می شود تا الیاف به جلو کشیده شوند. این تکنیک در اصل برای ساختن فتلیه ای از الیاف کوتاه تر، مانند الیاف کتان نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
با نخ ریسی دستی نخ، برخی از الیاف از سطح فتیله بر روی یک قلاب دوار سوار می شوند. الیاف در طی فرآیند پیچ خوردگی کشیده می شوند و الیاف بیشتری را اضافه می کنند. وقتی دست به عقب کشیده می شود تا میزان چرخش نخ را طولانی تر کند، یک ضخامت ثابت از الیاف ایجاد می گردد. در مقیاس صنعتی، بخش کششی این فرآیند را نخ کشی می گویند. در نخ  کشی، الیاف با عبور از فتیله از طریق یک سری از غلتک ها با افزایش سرعت چرخش در حرکت رو به جلو صاف می شوند. فرآیند نخ کشی، قسمت های ضخیم رشته را طولانی تر می کند تا ضخامت همان قسمت های نازک تر بدست آید و در نتیجه یک فتیله یکنواخت برای ریسندگی آماده می شود.
متداول ترین روش ریسندگی، ریسندگی حلقه ای است که در آن فتیله های تحویل داد شده از طریق غلتک های نخ کشی توسط غلتک گردانی که به راحتی در حال چرخش روی حلقه است، پیچیده می شوند. حلقه، نخ را روی یک قرقره دوار توزیع می کند. هر چرخش غلتک گردان به منظور یک پیچش است. افزایش سرعت تحویل از غلتک های کشش الیاف، تعداد پیچ ها در هر طول را کاهش می دهد. نیروهای پیچشی، الیاف را مجبور به ایجاد ساختاری مارپیچی می  کنند و منجر به اصطکاک لغزشی درونی بین الیاف و کشش محوری در نخ می شوند. نخ های تولید شده می توانند روی یک قاب فلزی پیچیده شوند تا زنجیره الیاف همتراز حاصل گردند و آماده تولید کامپوزیت شوند.

موارد استفاده از محصول کنف

کاغذ کنف برای کاربردهای خاص مانند پول و کاغذ سیگار در جایی که مقاومت لازم باشد، مفید است. الیاف ساقه ای به دلیل خاصیت استحکام عالی در مقایسه با چوب، برای صنعت کاغذ و خمیر کاغذ بیشترین توجه را به خود اختصاص داده اند. با این وجود، از الیاف کوتاه و حجیم موجود در قسمت داخلی گیاه (موانع) نیز می توان برای ساختن مقادیر ارزان تر کاغذ استفاده کرد که ظاهرا تاثیر کمی بر کیفیت چاپ اثر خواهند گذاشت. از کنف برای روزنامه، کتاب، کاغذ مخصوص نوشتن و کاغذهای عمومی (کیسه های مواد غذایی، لیوان های کم هزینه و دستمال) استفاده نمی شود، هر چند که یک بازار خاص یا نوظهور در این زمینه برای کسانی وجود دارد که به طور خاص تمایل دارند تا از صنعت کنف با خرید کاغذ کنفی برای نوشتن یا کاغذ چاپ با وجود قیمت بیشتر حمایت کنند.

• خمیر مخصوص (کاغذ سیگار، اسکناس های بانکی، فیلترهای فنی و محصولات بهداشتی)
• کامپوزیت برای اتومبیل
• مصالح ساختمانی و عایق حرارتی
• ژئوتکستایل ها (پارچه های قابل نفوذ هستند که در صورت استفاده از خاک، قابلیت جداسازی، فیلتر کردن، تقویت، محافظت یا تخلیه را دارند.)
• تخته فیبر
• سیمان (بتن) و گچ