Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение нетканого материала

Кочуров Д.В.

Владимирский государственный университет

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Способы формирования волокнистой основы

1.1.1 Механический способ формирования волокнистой основы

1.1.2 Аэродинамический способ формирования волокнистой основы

1.1.3 Электростатический способ формирования волокнистой основы

1.1.4 Гидродинамический способ формирования волокнистой основы

1.1.5 Волокнообразующий способ формирования волокнистой основы

1.2 Способы скрепления волокон между элементами материала

1.2.1 Вязально-прошивной способ скрепления волокон между элементами материала

1.2.2 Игольно-набивной (игольно-пробивной) способ скрепления волокон между элементами материала

1.2.3 Клеевой способ скрепления волокон между элементами материала

1.2.4 Термический способ скрепления волокон между элементами материала

1.2.5 Гидроструйный метод скрепления волокон между элементами материала (технология Спанлейс)

1.3 Способы получения нетканых материалов

1.3.1 Термоскрепительный способ получения нетканых материалов

1.3.2 Фильерный способ получения нетканых материалов

1.3.3 Валяльно-войлочный способ получения нетканых материалов

1.3.4 Комбинированные способы получения нетканых материалов

2. НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА

2.1 Технологии производства нетканого материала

2.1.1 Аэродинамическое холстоформование (аэроформование)

2.1.2 Флэшспиннинг

2.1.3 Электропрядение

2.1.4 Технология Спанджет

2.1.5 Технология Термопол

2.1.6 Технология Струтто

2.1.7 Технология AirLay

2.1.8 Технология Айрлайд

2.1.9 Технология Спанбонд

3. ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Нетканые материалы - это изделия и полотна, изготовляемые из всевозможных материалов (волокон, нитей и т.д.) без применения ткаческого и прядильного производства. Это изделия малой толщины, сравнительно большой ширины и неопределенно большой длины, изготовленные из одного или нескольких слоев текстильных материалов (волокнистой ватки, нитей и ткани малой плотности и др.) и скрепленных различными способами. Нетканые материалы по внешнему виду напоминают ткань.

Нетканые материалы состоят из двух элементов, один из них выполняет роль базового, другой - связующего. Базовый элемент - основа нетканого материала. В качестве базового элемента используют волокнистый холст, систему нитей, полимерную пленку, имеющую волокнистую структуру, ткани или сочетания этих материалов. В качестве связующего, который используется для скрепления базового элемента, могут быть использованы нити, волокна из базового, волокнистого холста, полимерные вещества (полиэтилен, каучуки), химические волокна с низкой температурой плавления [2].

Началом эпохи нетканых материалов считаются 1930-е годы. Первые образы были созданы в Европе. Это были полотна из вискозных волокон, скрепленных между собой химическими связующими. Несколько позже были освоены и другие способы их получения, различающиеся как по виду сырья, так и по способу скрепления. Интерес к нетканым полотнам возник мгновенно. Выяснилось, что формирование текстильных полотен нетрадиционными способами и возможность использования в них всех известных видов волокон как индивидуально, так и в самых разных сочетаниях (зачастую невозможных при классических способах получения тканей и трикотажа) наряду со свойствами, присущими тканым изделиям, придают им совершенно новые качества. Основные эксплуатационные свойства нетканых материалов - их легкость и прочность, которые прекрасно дополняются невысокой ценой, удобством использования, морозо- и огнестойкостью. У нетканых материалов - очень широкий диапазон температур использования - от -60 до +100 °C [8].

Нетканое производство имеет массу достоинств, среди которых следует выделить использование в качестве сырья как натуральных (хлопковых, льняных, шерстяных), так и химических волокон (например, вискозных, полиэфирных, полиамидных, полиакрилонитрильных, полипропиленовых), а также вторичного волокнистого сырья (волокна, регенерированные из лоскута и тряпья) и коротковолокнистых отходов химической и других отраслей промышленности. Основой нетканых полотен служат волокнистые холсты, слои ниток, ткани и трикотажные полотна, полимерные пленки, сетки. Часто для повышения прочности волокнистого холста на его поверхности или между слоями располагают каркас в виде поперечной системы нитей, сетки из нитей основы и утка, редкой ткани, полимерной пленки [8].

По сравнению с традиционными способами производства в текстильной промышленности - ткачеством и прядением - производство нетканых материалов отличается использованием дешёвого и менее дефицитного сырья, простотой технологии (в том числе сокращением числа технологических стадий и интенсификация производства), повышением производительности оборудования и, следовательно, меньшими капитальными и трудовыми затратами, а также сокращением расхода материальных ресурсов, разнообразием ассортимента продукции, возможностями рационального использования различного сырья, более низкой себестоимостью продукции, возможностью максимальной автоматизации производства, т.е. создания поточных линий и фабрикавтоматов, а сами нетканые материалы имеют хорошие эксплуатационные свойства. Поэтому нетканые материалы стали одним из основных видов современной текстильной продукции, хотя крупное промышленное производство их появилось лишь в 40-х гг. XX в. Мировое производство нетканых материалов около 16 млрд. м² (1985), причем на долю США приходится 59 % всех производимых в капиталистических странах нетканых материалов, на долю стран Западной Европы - 32%, Японии - 9% [4].

1. МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Особенностью производства нетканых материалов является использование сырья низкого качества, обратов производства, коротких волокон (до 3 мм) из отходов производства. Сырье перерабатывается при небольшом числе операций, поэтому подготовка сырья осуществляется очень тщательно. В процессе этой операции волокна разрыхляют и очищают от растительных и минеральных примесей, подбирают компоненты для получения однородной смеси волокон, подготавливают волокнистое сырье к холстообразованию и дальнейшей переработке [2].

Свойства нетканых материалов зависят от их структуры и способа производства, природы сырья.

Технологические основные операции по получению нетканых материалов состоят:

-- в подготовке сырья: очистки от примесей, рыхление, смешивание волокон, приготовление связующих, растворов химикатов (отвердители, агенты набухания, ПАВы и т.д.), и перемотка нитей и пряжи;

-- в формировании волокнистой основы, состоящей из нитевых систем и холста (холстообразование). В качестве каркаса могут быть использованы малоплотные ткани, нетканые полотна и т.д.;

-- в скреплении в единую систему волокнистой основы или каркаса (непосредственное получение нетканого материала) [1];

-- в отделочных работах, связанных с неткаными материалами для придания ему определенных свойств (цвета, пушистости и т.д.) (промывка, сушка, отбеливание, окраска и др.). Отделка нетканого материала аналогична отделке тканей. При этом учитывают повышенную растяжимость нетканых полотен: все операции отделки протекают при минимальном натяжении полотна. Хлопчатобумажные нетканые полотна отваривают и отбеливают. Полушерстяные нетканые полотна подвергают валке или ворсованию. Нетканые полотна окрашивают, на них наносят рисунок, подвергают заключительной отделке.

Под заключительной отделкой нетканых материалов подразумевается процесс придания нетканым материалам необходимых свойств, таких как водонепроницаемость, воздухонепроницаемость, негорючесть, стойкость на разрыв и т.д. Для того, что бы придать материалу те или иные свойства прибегают к следующим процессам: пропитка специальными составами, как правило это происходит путем погружения материала в специальную ванну с дальнейшей сушкой материала в специальных печах [8].

Существует 5 способов формирования холста: механический, аэродинамический, электростатический, гидродинамический и волокнообразующий.

1.1 Способы формирования волокнистой основы

1.1.1 Механический способ формирования волокнистой основы

Сущность механического способа холстообразования (рисунок 1.1) состоит в формировании холста из нескольких слоев ватки, полученной с чесальных машин и аппаратов. При этом методе используют шляпочные, валичные чесальные машины [2].

При механическом методе основа получается в результате укладки в разных направлениях слоев волокон, выходящих из чесальной машины [3].

Волокнистый холст - слой текстильных волокон (поверхностная плотность 10-1000 г/м² и более) - чаще всего получают механическим способом: на чесальной машине из волокон длиной 45-150 мм формируют прочес, или ватку (непрерывный тонкий слой волокон с поверхностной плотность около 20 г/м²), который с помощью специального приспособления укладывается «друг на друга» под разными углами, в результате чего в холсте получают продольную или продольно-поперечную ориентацию волокон [4].

1 - съемный барабан чесальной машины; 2 - прочес;

3 - раскладчик прочеса; 4 - сформированный холст

Рисунок 1.1. - Механический способ формирования волокнистой основы

Этот способ отличают хорошие разрыхление и смешивание различных волокон, а также возможность переработки волокна неоднородного по качеству [11].

1.1.2 Аэродинамический способ формирования волокнистой основы

Сущность аэродинамического способа (рисунок 1.2) заключается в формировании холста из предварительно разрыхленных волокон, движущихся в воздушном потоке. Применяются обычные чесальные машины, оборудованные дополнительными устройствами (приставками) [2].

Предварительно разрыхленные и смешанные волокна обрабатываются быстровращающимся чесальным барабаном (или несколькими барабанами), отделяются от чесальной гарнитуры с помощью воздушной струи и транспортируются воздушным потоком к месту формирования холста. Далее расчесанные волокна увлекаются потоком воздуха и переносятся по каналу (диффузору) на сетчатый барабан или транспортер (или на горизонтальную сетку с максимальной скоростью до 100 м/мин и более), где укладываются с образованием холста бeсслойной структуры (неориентированное расположение волокон). Для оптимальной работы оборудования целесообразно поддерживать скорость воздушного потока в пределах 10-15 м/с. Этот метод является наиболее перспективным, так как позволяет получить полотна с хаотичным (равнопрочным во всех направлениях) и ориентированным расположением нитей [3].

1 - волокно; 2 - съемный барабан чесальной машины; 3 - диффузор; 4 - конденсор; 5 - выводной транспортер; 6 - сформированный холст

Рисунок 1.2. - Аэродинамический способ формирования волокнистой основы

Отличительные особенности данного способа холстообразования: возможность перерабатывать волокна, значительно отличающиеся по своим свойствам и длине; возможность быстрого изменения развеса холста; высокая производительность.

Аэродинамическим способом из отходов текстильного сырья можно изготавливать холст развесом 10 - 2000 г/м². Недостатком аэродинамического способа является зависимость качества полотна от линейной плотности перерабатываемых волокон. В частности, тонкие легкие волокна забивают отверстия перфорированного барабана, увеличивая аэродинамическое сопротивление и ухудшая условия их транспортировки.

Холсты, полученные аэродинамическим способом, могут использоваться при изготовлении линолеума, прокладок, тепло-, шумоизоляционных материалов, наполнителей для подушек, матрацев, спальных мешков и других изделий [11].

1.1.3 Электростатический способ формирования волокнистой основы

Сущность электростатического способа холстообразования основано на свойстве волокон приобретать заряды статического электричества. Управляя, расположением волокон на специальном транспорте, можно получать материалы с хорошими диэлектрическими свойствами. При этом способе применяются специальные устройства [2].

При электростатическом способе волокнам и транспортеру сообщаются противоположные заряды, вследствие чего происходит притягивание их друг к другу и создание равномерного слоя полотна [3].

1.1.4 Гидродинамический способ формирования волокнистой основы

Гидродинамический способ холстообразования (его иногда называют мокрым или бумагоделательным) (рисунок 1.3) реализуется с помощью водной среды, которая является одновременно дисперсионной средой для волокна и транспортирующим агентом для его перемещения в зону образования холста, т.е. образование холста из водной суспензии коротких непрядомых волокон на сетке бумагоделательной машины с содержанием волокон 2-8 % [11].

Гидродинамический способ связан с получением нетканых материалов без использования волокон. При этом нетканые материалы формируют путем образования конденсационных структур из растворов или аэрозолей полимеров (в виде осадка пористой, иногда волокнистой структуры, которрый может содержать наполнители, затем из него вымываемые), отверждением пены, полимеризацией мономеров в среде, содержащей вымываемые наполнители и др. После нанесения рисунка тиснением такие нетканые материалы по внешнему виду напоминают традиционные текстильные материалы (ткань, войлок и др.). Они «дышат» подобно ткани. Их можно использовать вместо ткани или высококачественной бумаги в технике (для фильтров и др.) и для бытовых целей [13].

Рисунок 1.3. - Гидродинамический способ формирования волокнистой основы

Гидродинамический способ образования холста позволяет: использовать короткие дешевые волокна, образующиеся при переработке отходов; смешивать в любом соотношении волокна различного вида и происхождения; получать полностью изотропное полотно, у которого свойства одинаковы во всех направлениях; получать холст с плотностью 102000 г/м².

При производстве холста гидродинамическим способом можно использовать не только короткие регенерированные текстильные волокна, но и целлюлозные и другие трудноперерабатываемые иными способами волокна. Основные преимущества гидродинамического способа формирования холста заключаются в возможности смешивания и использования самых различных, в том числе очень дешевых волокон, и получении полотна с высокой однородностью свойств. Скорость выпуска холста по этому способу на современных машинах достигает 400 м/мин при ширине 5 м.

По этому способу можно формировать холсты для изготовления тяжелых и среднетяжелых нетканых материалов, используемых в производстве линолеума, геотекстильных материалов, фильтров с большой плотностью, гидро- и электроизоляционных материалов [11].

Бумагоделательным способом нетканые материалы получают из коротких текстильных волокон (2-12 мм), к которым иногда добавляют древесную целлюлозу на обычном бумагоделательном оборудовании и из волокон повышенной длины (40 мм и более) на бумагоделательных машинах с наклонной сеткой (скорость 100 м/мин и более). Связующие - синтетические латексы, легкоплавкие волокна (обычно поливинилхлоридные), фибриды и бикомпонентные волокна - вводят в полотно до или после его отливки на бумагоделательной машине. Затем полотно сушат и подвергают термообработке, как в предыдущем способе пропитки. Получаемые нетканые материалы бумагоподобны; применение более длинных волокон улучшает их текстильные свойства. Этим способом получают (при высокой производительности - до 300 м/мин) дешевые нетканые материалы одноразового пользования, например скатерти, пеленки, постельное белье, салфетки и т.д. [4]

1.1.5 Волокнообразующий способ формирования волокнистой основы

Волокнообразующим способом холст получают укладкой на сетчатой поверхности транспортера непрерывных волокон (нитей) непосредственно после их формования из расплава или раствора полимера. Волокнистую основу из нитей (система нитей) формируют укладкой нескольких слоев пряжи или готовых химических нитей упорядочением, например в виде сетки, или хаотически [4].

1.2 Способы скрепления волокон между элементами материала

Для скрепления волокон между элементами материала существуют много способов, но практикуют чаще всего вязально-прошивной, игольнонабивной (игольно-пробивной), клеевой, а также термический и гидроструйный способы.

Волокнистую основу скрепляют физико-механическими, физикохимическими, комбинированными способами, термическим способом.

Физико-химические способы скрепления волокнистой основы в производстве нетканых материалов самые распространенные. Их применяют для получения клееных нетканых материалов. Волокна (нити) в холсте скрепляются в единую систему связующим вследствие адгезионного (аутогезионного) взаимодействия на границе контакта связующее-волокно (нить). В качестве связующих используют эластомеры. термопластичные и термореактивные полимеры в виде дисперсий, растворов, аэрозолей, порошков легкоплавких и бикомпонентных волокон. Иногда связующее не используют; в этом случае основу нетканых материалов подвергают специальной обработке (тепловой, химическими реагентами, газами), приводящей к снижению температуры текучести полимера, из которого изготовлены волокна (нити) волокнистой основы, или к появлению «липкости» на их поверхности в результате набухания, пластификации и др., способствующей скреплению волокон в местах их контакта [4].

Физико-механические способы скрепления волокнистой основы применяют для получения нетканого материала вязально-прошивным, игольно-набивным (игольно-пробивным), термическим и гидроструйным методами.

1.2.1 Вязально-прошивной способ скрепления волокон между элементами материала

Для получения нетканого материала вязально-прошивным способом (рисунок 1.4) необходимо выработать из волокнистой массы холст определенной толщины, который затем обрабатывается на вязальнопрошивной машине. Все операции получения готового материала по этому способу осуществляются в одном агрегате, состоящем из шляпочной или валичной чесальной машины, преобразователя прочеса и вязальнопрошивной машины со шпулярником или секционным навоем для прошивной пряжи или комплексной нити [12].

При вязально-прошивном способе полотно нетканого материала формируется провязыванием или прошивкой волокнистого холста пряжей или комплексными нитями. Нетканые материалы, получаемые этим способом близки по внешнему виду и свойствам к тканям, которые идут для изготовления костюмов, платьев, одеял, полотенечно - салфеточных и других изделий с плотностью холста 200 - 400 г/м² [2].

1 - холст; 2 - транспортер; 3 - опорный стол; 4 - верхний стол; 5 - игла; 6 - нить; 7 - навой; 8 - кольцевая гребенка; 9 - прошитый материал

Рисунок 1.4. - Вязально-прошивной способ скрепления волокон между элементами материала

Вязально-прошивные нетканые полотна изготовляют на специальных машинах путем провязывания нитями или пучками волокон волокнистых холстов (холстопрошивные нетканые материалы), системы нитей (нитепрошивные нетканые материалы), а также их комбинацией с другими материалами (каркаснопрошивные нетканые материалы), например с тканями (тканепрошивные), пленками (пленкопрошивные). На всех машинах для выработки вязально-прошивных нетканых материалов осуществляется процесс петлеобразования, как при производстве трикотажа за исключением того, что на каждую иглу прокладывается отдельная нить. Все иглы машины, размещенные в одной плоскости, перемещаются одновременно, прокалывают волокнистую основу и возвращаются в исходное положение, протаскивая через нее провязывающую нить. Для провязывания используют пряжу из хлопка, капроновые, лавсановые, хлориновые и др. комплексные нити. Получается волокнистое полотно, закрепленное ниточным каркасом.

Наиболее экономичен холстопрошивной способ (технология «маливатт» - ГДР, «арахне» - Чехословакия и др.), причем нитепрошивные нетканые материалы близки по свойствам тканям и трикотажу. Холстопрошивные нетканые полотна имеют толстую рыхлую структуру. Их получают при изготовлении волокнистых холстов на машинах «Маливат». Ассортимент полотен, изготовляемых по этой технологии, необычайно широк: заменители тканей для одежды, махровые полотенца, искусственный мех, декоративные полотна и т.п.; в технике - теплозвукоизоляционные материалы (взамен тканого ватина и др.), прокладки, упаковочные материалы, основа для синтетических покрытий и кожи и др. Производительность одного агрегата 3-8 м/мин и более [4].

Применяют вязально-прошивные машины, действие которых основано на тех же принципах, что и основовязальной трикотажной машины. В движущемся через вязально-прошивную машину холсте волокна закрепляются в результате прошивания его нитями, которые укладываются и соединяются так, как при основовязании. Стежки длиной 2 - 4 мм образуются со скоростью более 1000 в 1 мин при рабочей ширине прошиваемого материала 180 см и более [13].

Нитепрошивные нетканые материалы (материалы «малимо» - ГДР) получают прошиванием одной или нескольких систем нитей вспомогательной системой швейных нитей. Нитепрошивные нетканые материалы имеют прочную, формоустойчивую структуру, они тоньше и легче холстопрошивных. Их получают при провязывании настила нитей на машине «Малимо». Эти нетканые материалы используют для декоративных целей, для пляжной и верхней одежды, полотенец и др. Особый интерес представляют нитепрошивные нетканые материалы с ворсовыми провисающими петлями (полупетлями), которые успешно конкурируют с ткаными махровыми материалами (типа «фротте») [5].

В одних случаях вспомогательные нити соединяют основные и уточные нити (путем их провязывания), а в других материал изготавливают только из двух систем нитей (уточных и швейных). В готовом нетканом материале на долю швейных нитей приходится 50-60%. Нетканые материалы шириной до 240 см выпускаются со скоростью 5-10 м/мин и более [13].

Полотнопрошивные нетканые материалы изготавливают прошиванием текстильного полотна ворсовой пряжей (материал «малиполь» - ГДР), применение которой способствует улучшению структуры и свойств полотна, в качестве которого используют ткань, материал «малимо» и др. Полотнопрошивные нетканые материалы провязывают так, что на поверхности каркаса с одной или двух сторон образуется петельный ворс. Используют аппараты « Малиполь». Получают прочные полотна с устойчивой структурой типа махровых, плюшевых, искусственного меха. Нетканые материалы для пальто и юбок прошивают шерстяной пряжей, основу для тафтинг-ковров -ковровой пряжей с помощью игл, протаскивающих её через ткань. При обратном движении иглы пряжа захватывается держателем, в результате чего образуются петли. Для закрепления петель на изнанку ковра наносят связующее - каучуки или полиуретаны (проклеивание). При разрезании петель получают ковер с разрезным ворсом. Известны машины для изготовления тафтинг-ковров шириной 550 см со скоростью 5 м²/мин и более [5].

С помощью вязально-прошивных машин изготавливают нетканые материалы без применения нитей (материалы «вольтекс» - ГДР, «арабева» Чехословакия и др.). Такие нетканые материалы могут состоять, например, из ткани (каркаса) и холста, полученного из длинных волокон. При образовании нетканых материалов петли из волокон, закрепляющие волокна на ткани, образуются по тому же принципу, как петли из нитей в нитепрошивных нетканых материалах. После протаскивания волокон из холста сквозь тканый каркас на изнаночной стороне нетканых материалов образуются прочные петли, а на лицевой стороне - пушистый и высокий ворс. Иногда волокно дополнительно закрепляется петлями из пряжи. Такие нетканые материалы применяют в качестве утепляющей прокладки в спортивной одежде и демисезонных пальто, заменяет мех при изготовлении головных уборов, тёплой обуви и др. [13]

1.2.2 Игольно-набивной (игольно-пробивной) способ скрепления волокон между элементами материала

При игольно-набивном способе (рисунок 1.5) полотно нетканого материала формируется либо наложением волокнистого холста на ткань малой плотности и набивки в нее иглами, либо пробивается иглами без применения подкладочной ткани. Нетканые материалы, изготовленные этим способом мягки на ощупь и хорошо драпируются. Наиболее перспективны нетканые материалы, получаемые на иглопробивных машинах [2].

1 - слой волокон; 2 - питающий транспортер; 3 - подвижная доска; 4 - иглы; 5 - решетка; 6 - выводящий транспортер; 7 - готовый материал

Рисунок 1.5. - Игольно-набивной (игольно-пробивной) способ скрепления волокон между элементами материала

Иглопробивные нетканые материалы изготовляют на иглопробивных машинах. Скрепление волокон в холсте осуществляется в результате их механического пeрeпутывания при многократном прокалывании холста иглами с зазубринами. Особенности иглопробивных машин, конструкция игл, глубина и плотность иглопрокалывания оказывают решающее влияние на структуру нетканых материалов и, следовательно, на их характеристики. Для улучшения свойств иглопрoбивныe нетканые материалы подвергают специальной обработке (пропитке латексами, термообработке полотен, содержащих высокоусадочные или легкоплавкие волокна) или перед иглопрокалыванием холст дублируют с армирующим материалом (например, с тканью, пленкой, трикотажем и др.) [4]

При иглопробивной технологии для получения холста можно использовать почти все виды волокон: натуральные, искусственные, синтетические, металлические, стеклянные, асбестовые, минеральные [11].

Иглы укрепляют в доске, совершающей возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении. Прокалывание материала происходит при движении доски с иглами вниз (до упора). При её движении вверх материал продвигается вперёд (производительность машин 5 м/мин). Этим способом целесообразно производить нетканые материалы, для которых эксплуатационные характеристики не зависят от различий в свойствах образующих волокон. Такими изделиями являются среднетяжелые и тяжелые материалы, где разница в свойствах волокон нивелируется за счет больших толщин холста. Такие нетканые материалы используют в качестве ковров, которые успешно конкурируют не только с тканными, но и с тафтингковрами, т.к. для изготовления не требуют пряжи. Иглопробивные нетканые материалы (иглопробивное полотно) применяют также в качестве одеял, технических войлоков, сукон для бумагоделательных машин, фильтров и др. [5]

Особенно перспективны иглопробивные нетканые материалы, при изготовлении которых применяют усадочные волокна (способные закручиваться в спираль после специальной обработки материала), в том числе бикомпонентные [13].

Модификация способа - перепутывание волокон холста тонкими струями воды или газа, выбрасываемых под большим давлением из сопел.

Этим способом вырабатывают, например, фильтровальные полотна для различных сред, теплозвукоизоляционные и технические сукна, одеяла, напольные покрытия, геотекстильные материалы, обладающие высокими проницаемостью (как песок) и прочностью (используют их как дренажнофильтрующий материал при строительстве дорог, дамб, мостов и др.) [4].

Таким методом изготавливают геосинтетические, тепло- и звукоизоляционные материалы, технические ткани, основы для кровельных и напольных покрытий. Например, гидроизоляционные паропроницаемые полотна Теплонит, Линокром. Для швейного производства по такой технологии делают холстопрошивной и иглопробивной ватин [3].

Отрасли применения иглопробивных нетканых полотен: фильтры, линолеум, ковровые покрытия, автомобилестроение, мягкая мебель, искусственная кожа, одежда, обувная промышленность, галантерея [9].

1.2.3 Клеевой способ скрепления волокон между элементами материала

Клеевой способ - волокна и нити основы или каркаса соединяют с помощью полимерных веществ. Таким способом скрепляют основы нетканых полотен различных видов: холст, систему нитей и т.д. [8]

При клеевом способе получения нетканых материалов (рисунок 1.6) возможны два варианта: склеивание волокон сухим и мокрым способами. В первом случае используют сухие связующие: термопластичные штапельные волокна и нити, порошки, пленки, которые имеют более низкую температуру плавления, чем волокна базового элемента. При мокром способе применяют жидкие связующие в виде дисперсий полимеров, т.н. эмульсии. Клеевые нетканые материалы (скорость получения 50 м/мин и более) широко применяются в качестве бортовки, обивочных, декоративных, фильтровальных, изоляционных и подкладочных материалов [2].

1 - предварительный питатель; 2 - смеситель-разрыхлитель; 3- аэродинамический холстообразователь; 4- пропиточная ванна; 5 - транспортирующая сетка; 6 - перфорированный барабан; 7 - вакуумирующее устройство; 8 - сушилка конвективного типа; 9 - рулоны

Рисунок 1.6. - Клеевой способ скрепления волокон между элементами материала

При клеевом способе сформованное полотно пропитывается связующим компонентом, нанесение которого может быть сплошным или фрагментированным. Этим способом получают «паутинку», флизелин и др. [7]

При клеевом способе закрепление холста производится с помощью пропитки дисперсией связующего вещества или оплавлением термопластичных волокон, входящих в состав полотна. В качестве связующего для закрепления холста применяются полиакрилатные дисперсии, бутадиен-стирольные и бутадиенакрилонитрильные латексы, связующие вещества на основе поливинилацетата, полиуретана и др. [11]

Волокна или нити, образующие основу нетканого материала, склеивают друг с другом связующим веществом, содержание которого в готовом нетканом материале составляет обычно от 20 до 60% [13].

Самый распространённый способ основан на пропитке холста жидким связующим - синтетическим латексом. Холст погружают в ванну со связующим или распыляют связующее над поверхностью холста. Иногда применяют пропитку с использованием растворителя, сходную с нанесением рисунка на поверхность ткани методом печати. Этот способ дает возможность осуществлять процесс с высокой скоростью и, кроме того, в этом случае можно совместить процессы пропитки и отделки нетканого материала. Пропитанный материал высушивают и подвергают обработке в термокамерах (каландрах), нагреваемых горячим воздухом или инфракрасными излучателями, а также ультразвуковым скреплением. Холст обычно формируют из хлопка, смеси вискозных и полиамидных волокон или из отходов текстильного производства, в том числе непрядомых [5].

Методы пропитки разнообразны: холст погружают в ванну со связующим (затем связующее отверждается); пена связующего подается в зазор двух валов, через который непрерывно проходит холст; связующее распыляется на поверхность холста специальными устройствами; наносится печатанием с помощью гравированных валов, шаблонов (аналогично нанесению рисунка на ткань) [4].

Для нанесения связующего компонента используется несколько методов, включающих: скрепление с насыщением, скрепление с распылением, скрепление с нанесением печати, а также скрепление с пропиткой пеной [6].

По клеевой технологии изготавливают основы для линолеума и бытовой клеенки, изделия для полиграфической промышленности. Материалы применяются в изготовлении прокладочных тканей для швейного производства. В качестве клеев используются латексы, водные дисперсии и полимерные пасты. Связующие расплавляются при горячем прессовании полотна и пропитывают всю массу [3].

Способ пропитки не обеспечивает равномерного распределения связующего по всей толщине нетканого материала, поэтому по механическим свойствам такие материалы часто уступают нетканым материалам, полученным другими способами. К недостаткам способа относится также то, что он связан с «мокрыми» процессами, поэтому такие нетканые материалы часто по внешнему виду больше похожи на бумагу, чем на ткань. Кроме того, при использовании способа пропитки возникает необходимость принимать специальные меры по очистке промышленных вод.

Способ горячего прессования более перспективен, т.к. в этом случае не применяются жидкие связующие и имеется больше возможностей получить нетканый материал лучшей структуры и, соответственно, лучшего качества. Способ основан на склеивании волокон термопластичными связующими (полиамиды, полиэтилен, поливинилхлорид и др.) под давлением до 2 Мн/м² (20 кгс/см²) при повышенных температурах, обычно на специальных каландрах. Горячему прессованию предшествует термообработка слоя волокон, содержащего связующее. Последнее вводят в холст на стадии его формирования (в виде легкоплавких волокон, сетки, нитей и др.) или в уже сформированный холст (в виде порошка) [13].

Наиболее перспективны клееные нетканые материалы, вырабатываемые по новой технологии из пленок (полиэтиленовой, полипропиленовой, полиамидной), исключающей получение волокон. Сущность способа заключается в том, что полимерную пленку расщепляют на фибриллы (на иглопробивной машине или специальными фибрилляторами) и затем скрепляют.

Клееные нетканые материалы используют как тепло- и звукоизоляционные, фильтровальные, тарные и обтирочные полотна, как основу под полимерные покрытия (искусственная кожа, линолеум, клеенка) и абразивные материалы, как прокладочные материалы для одежды, полотна для полиграфии, материалы для армирования пластмасс [4].

1.2.4 Термический способ скрепления волокон между элементами материала

Термический способ основан на скреплении волокон в волокнистом холсте термопластичными связующими, в качестве которого используются термопластичные волокна или порошки по так называемой фильерной технологии получения холста. Суть метода заключается в том, что холст нетканого материала формируется непосредственно из расплава или раствора полимера, который под давлением выдувается через мельчайшие отверстия (фильеры), формируя моноволокна. Направленными потоками воздуха моноволокна переносятся на конвейер, где, остывая, они формируют холст. Как видно, в этом методе отсутствует традиционный процесс чесания волокна. Данная технология позволяет изготавливать материал на основе волокон, диаметр которых в 10-20 раз меньше диаметра традиционных волокон, применяемых в текстильной промышленности. Скрепление холста достигается путем размягчения термопластичных волокон и их сплавление между собой или с другими термопластичными волокнами. В этом процессе можно применить термопластичные волокна, обладающие достаточной термостойкостью, т.е. не разрушающиеся при температуре размягчения (плавления), например полипропиленовые, полиэтиленовые [8].

Вследствие этого указанная технология по сравнению с пропиткой холста дисперсией связующего и последующей сушкой имеет ряд преимуществ: возможность использования дешевых связующих полимеров; более высокая производительность; меньшие площади, занимаемые оборудованием; отсутствие сточных вод и вредных выбросов; менее высокая энергоемкость [11].

Иногда используются волокна, из которых состоит нетканый материал, но в большинстве случаев в нетканый материал еще на стадии формования специально добавляют небольшое количество волокон с низкой температурой плавления. По такой технологии изготавливают термовойлок, синтепон, которые применяются в швейном и мебельном производстве [7].

1.2.5 Гидроструйный метод скрепления волокон между элементами материала (технология Спанлейс)

Технология Спанлейс (рисунок 1.7) появилась в 60-х годах прошлого века, но впервые была официально представлена фирмой DuPont в 1973 году (материал Сонтара) и была результатом напряженной работы, проделанной фирмами DuPont и Chicopee.

Рисунок 1.7. - Гидроструйный метод скрепления волокон между элементами материала (технология Спанлейс)

Технология гидросплетения основана на переплетении волокон материала высокоскоростными струями воды под высоким давлением. Обычно полотно скрепляется на перфорированном барабане с помощью струй воды, бьющих под высоким давлением из форсуночных балок. За счёт этих струй волокна холста связываются между собой. По технологии Спанлейс производят такие материалы, как Сонтара, Новитекс, Фибрелла [9].

Полотно может быть изготовлено с помощью технологий влажного, сухого или аэродинамического холстоформования (воздушный Спанлейс в последнем случае), а в последнее время начали использовать и технологию Спанбонд. Технология Cпанлейс (создание гидроспутывания или гидравлического иглопробивания) включает спутывание в нетканое полотно свободно располагающихся волокон на пористой ленте или формование проволоки для создания структуры листа с помощью воздействия на волокна многочисленными рядами струй воды под высоким давлением.

Преимуществом технологии Cпанлейс являются эстетические свойства мягкого полотна, умеренная прочность и хорошее влагопоглощение. Материалы, изготовленные по технологии Спанлейс, используются для хозяйственных нужд; для гигиенического применения -- протирочные салфетки; для медицинских нужд, в частности хирургических, -- одноразовая медицинская одежда, а также для технического применения в соответствии со строгими требованиями клиента [6].

1.3 Способы получения нетканых материалов

1.3.1 Термоскрепительный способ получения нетканых материалов

Термоскрепительный способ получения нетканых материалов представлен на рисунках 1.8 и 1.9. Холст формируют из так называемых базовых волокон - полиамидных, вискозных, полиэфирных или их смесей с легкоплавкими (полипропиленовыми, поливинилхлоридными) и бикомпонент-ными волокнами. На холст или отдельные слои прочеса наносят специальными устройствами порошки смол (феноло- или меламиноформальдегидных) и (или) пластификаторы либо только растворитель для набухания поверхностного слоя волокон. После этого холст поступает в термокамеру, а затем на каландр, на котором в результате прессования происходит склеивание.



1 - загрузочная воронка; 2 - заслонка; 3 - ротор; 4 - валик со щетками

Рисунок 1.8. - Термоскрепительный способ получения нетканых материалов (вариант №1)

1 - сформированный холст; 2 - электрическое поле; 3 - барабаны; 4 - устройство для очистки барабана; 5 - цилиндры; 6 - бункер; 7 - электрод; 8 - бункер; 9 - транспортер

Рисунок 1.9. - Термоскрепительный способ получения нетканых материалов (вариант №2)

Разновидность способа - локальный нагрев холста иглами или ребрами вала, когда образуются зоны сплавления (сварки), скрепляющие холст (порошкообразное связующее не используется). Сварку можно осуществлять также токами высокой частоты, ультразвуком, лучом лазера.

Этим способом получают более объемные материалы [4].

1.3.2 Фильерный способ получения нетканых материалов

Фильерный способ получения нетканых материалов (рисунок 1.10) из растворов и расплавов полимеров развивается ускоренными темпами. Этот способ совмещает производство химических волокон и нетканых материалов. Волокна (нити) в холсте, сформированном на сетке приемного, движущегося транспортера (после выхода волокон из фильер прядильной машины), проходят через каналы, в которых вытягиваются в воздушном потоке, затем склеиваются друг с другом в местах пересечения аутогезионно, если они не потеряли своей «липкости», в противном случае их скрепляют провязыванием, иглопрокалыванием или любым физико-химическим способом. Фильерным способом можно формировать холст из волокон любой длины, даже практически бесконечной. Увеличение длины волокон резко повышает коэффициент использования их прочности в нетканых материалах, что позволяет снизить требования к свойствам связующего или уменьшить его содержание в материале, в результате чего увеличивается пористость материала. Фильерные установки можно использовать для формирования с большой скоростью не только полотен, но и изделий сложной конфигурации [4].

1 - расплав полимера; 2 - фильера; 3 - устройства для вытяжки волокон; 4 - волокна, образующие холст; 5 - транспортер для укладки сформированного холста

Рисунок 1.10. - Фильерный способ получения нетканых материалов

При данной технологии холст формируется из нарезанного («штапельного») волокна либо из непрерывных нитей («филаментов»), полученных из расплава полимера. Волокна формуются из полимера фильерно-раздувным способом и практически одновременно укладываются в холст. Единичные волокна конечной длины («штапельки») в чесальной машине ориентируются преимущественно в горизонтальном направлении и формируются в холст («ватку»).

Впоследствии уложенный холст проходит процедуру скрепления механическим способом путём пробивания полотна иглами специальной конструкции треугольного сечения, с одной либо двух сторон. Целью иглопробивания является уплотнение уложенных филаментов («штапелек») и спутывание их между собой. На данном этапе технологического процесса полотно приобретает свои прочностные свойства, которые могут варьироваться в зависимости от характера дальнейшего применения иглопробивных полотен. При необходимости пробитый холст проходит процедуру дополнительного термоскрепления при помощи каландра. Так же для иглопробивных полотен используемых в качестве основы для полимерных покрытий (линолеум, искусственная кожа, кабельная продукция), применяется дополнительное прогревание в промышленных печах, т.н. «усадка» [9].

Перспективны нетканые материалы, получаемые фильерным способом из смеси полимеров, т. е. на основе бикомпонентных волокон, один из компонентов которых выполняет роль связующего.

Фильерным способом изготовляют нетканые материалы из полиамидов, полипропилена, полиэтилена и др. волокнообразующих полимеров. Перспективны получаемые этим способом вискозные нетканые материалы, которые могут заменить некоторые виды бумаги, получаемой по классической бумажной технологии [13].

1.3.3 Валяльно-войлочный способ получения нетканых материалов

Валяльно-войлочным способом (рисунок 1.11) получают нетканые материалы из чистошерстяных волокон или смеси их с химическими (до 40%) путем механических воздействий на волокнистый слой во влажной среде при повышенной температуре. Шерстяные волокна в этих условиях свойлачиваются (при механической или тепловлажностной обработке) (перемещаются, переплетаются, уплотняются), образуя войлок. Полученный полуфабрикат подвергают валке на различных машинах для дальнейшего уплотнения, усадки и придания ему заданной формы и размеров. Затем валяное полотно или изделие направляют на мокрую отделку, сушку и сухую отделку. В состав таких нетканых материалов иногда вводят каркас из ткани. Технология их получения имеет многовековую историю. Этим способом получают войлоки, драп, сукно, валяные и фетровые изделия (валенки и обувь, головные уборы) [4].

1 - нижний конвейер; 2 - волокнистый холст; 3 - баки с водой; 4 - верхний конвейер; 5 - запарная плита; 6 - верхняя подвижная плита; 7 - нижняя неподвижная плита; 8 - скалка

Рисунок 1.11. - Валяльно-войлочный способ получения нетканых материалов

1.3.4 Комбинированные способы получения нетканых материалов

Клеевой способ - два слоя материалов соединяют между собой при помощи клея. Для верха используют плотные и износостойкие ткани, трикотажные полотна, искусственный мех, кожу и замшу. В качестве подкладки применяют плотные массивные полушерстяные ткани, трикотажные и нетканые полотна с начесом, искусственный мех с полиакрилонитрильным ворсом, ткани с длинным начесным ворсом (имитация шубной овчины).

Огневой способ - применяют для дублирования текстильных материалов поролоном. Поверхность рулонного пенополиуретана оплавляют, а затем соединяют с текстильным материалом под давлением и охлаждают.

Прошивной способ - два или три текстильных материала соединяются на многоигольных стегольно-прошивных машинах ниточными швами. В случаях, когда все слои состоят из синтетических термопластичных материалов, стегальную ниточную строчку заменяют сварной строчкой, выполненной на специальном оборудовании [8].

Комбинированные способы получения нетканых материалов (рисунок 1.12), включающие нескольких методов скрепления волокнистой основы, применяют для получения нетканых материалов повышенного качества. Они обладают легкостью, упругостью, несминаемостью, ветростойкостью, высокими водо- и теплозащитными свойствами, повышенной жесткостью, плохой драпируемостью, невысокой воздухопроницаемостью. Так, электрофлокированные нетканые материалы изготовляют ориентированным нанесением в электрическое поле высокого напряжения относительно коротких волокон (длина 0,3-10 мм) на основу (например, на текстильную ткань или пленку), предварительно покрытую клеем. Окончательное закрепление волокон в клеевом слое проводят в сушильной камере. Этим способом изготовляют нетканые материалы, имитирующие натуральную замшу, мех, упаковочные материалы и др.

нетканый материал волокнистый



1 - основа, покрытая клеем (ткань, пленка и т.д.);

2 - электрическое поле; 3,6 - электроды;

4 - источник высокого напряжения; 5 - сушильная камера

Рисунок 1.12. - Комбинированные способы получения нетканых материалов

2. НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА

К числу технологий производства нетканых материалов относятся сухое холстоформование, аэродинамическое, влажное холстоформование и производство Спанбонда. На сегодняшний день основной технологией холстоформования является сухое холстоформование, включающее термоскрепление холстов, иглопробивание, Спанлейс и химическое соединение (латексное скрепление) материалов. Сухое холстоформование осуществляется, преимущественно, прочесыванием как способом производства формованного полотна, и изготовленные таким способом полотна соединяются термическим, механическим, химическим способом или спутыванием, как Спанлейс. Сухое холстоформование включает также различное расположение волокон: параллельное, случайное, расчесанное, перекрестное или аэродинамическое (аэродинамическое размещение длинного волокна из прочесанных волокон). Прочесывание представляет собой технологию холстоформования, при котором отделяются небольшие ворсинки в отдельные волокна для того, чтобы начать процесс параллельного упорядочивания для получения волокон в виде цельного полотна. Прочесанные нетканые полотна производятся из целого ряда волокон, включая вискозное волокно и полиэфир с диапазоном длины волокна от 1,2 до 20 см.

2.1 Технологии производства нетканого материала

2.1.1 Аэродинамическое холстоформование (аэроформование)

Аэродинамическое холстоформование (аэроформование) представляет собой метод формования полотна за счет смешивания волокон с воздухом для образования однородной смеси воздуха и волокна, которую затем наносят на движущуюся воздухопроницаемую ленту или проволоку. Таким образом, полотна могут создаваться с использованием латексного аэродинамического скрепления, термоскрепления, или же сочетания и того, и другого, или же соединения при высоком давлении, например, гидроспутывания.

Dan-Web и Oerlikon Neumad (ранее M&J Fibertech) являются двумя крупнейшими производителями с аэродинамической технологией. Распространение данной технологии продолжается, его стимулирует расширение использования материалов в виде воздушно-волоконной массы в одноразовых гигиенических нетканых продуктах. Аэродинамическая технология, в целом, отличается от прочих технологий сухого холстоформования своим использованием коротких волокон, в основном, древесной массы. В результате, большинство продуктов, полученных с помощью данной технологии, отличается высоким влагопоглощением. Они недороги, и полностью поддаются биологическому разложению [6].

Древесное волокно и смеси волоконной массы с синтетическими материалами являются основными сырьевыми волокнами для материалов, получаемых аэродинамическим холстоформованием.

К числу основных конечных рынков для материалов из воздушной массы относятся рынки салфеток (детских, для личного употребления, бытовых и промышленных), абсорбирующих ядерных материалов, столовых принадлежностей (скатерти, салфетки), а также медицинских перевязочных материалов. К числу развивающихся применений относятся защитные и амортизирующие материалы для упаковки, средств фильтрации, новые композитные материалы для вытирания, а также впитывающие подложки для пищевых продуктов.

При использовании технологии влажного холстоформования образование исходного полотна для спутывания эффективнее всего получают при применении нетканых систем влажного формования. Волокна диспергируются в воде при очень сильном разведении, а затем помещаются на специальную мембрану для отделения воды от волокон. Так, из систем влажного формования получаются однородные, почти идеально изотропические структуры листа для гиперспутывания [6].

Системы влажного формования используются быстро и эффективно по сравнению с прочими технологиями формования полотна. К обработке полотна влажного формования могут применяться несколько технологий скрепления. Нетканые материалы, полученные влажным способом, используются для производства применений в целом ряде областей, особенно, на рынке продуктов для обеспечения гигиены, в составе средств фильтрации, а также медицинских и хирургических одноразовых применений, при изготовлении пакетиков для чая, фильтрационных материалов, медицинских барьерных тканей, специальных салфеток, разделителей батарей, подложек с покрытиями и ламинатами. Крупнейшим мировым производителем нетканых материалов, изготовленных влажным холстоформованием, является компания Ahlstrom, за ней следует Hollingsworth & Vose [6].

2.1.2 Флэшспиннинг

Флэшспиннинг - это сложная и трудно реализуемая технология производства тканей из спанбонда, трудность заключается в необходимости поворачивать нагретый раствор, находящийся под давлением, при выдерживании очень точных заданных условий. Самым крупным рынком для полиэтилена, изготовленного флэшспиннингом, является рынок защитной одежды. В данном сегменте одним из основных нетканых материалов является Tyvek от компании DuPont. К числу прочих применений для Tyvek относятся: конверты, прокладки для зданий, стерильная упаковка, графические материалы, а также упаковка [6].

2.1.3 Электропрядение

Электропрядение дает возможность производить полотно из сверхтонкого волокна с диаметрами волокон в наноразмерном диапазоне. В последнее время сфера применения нетканых материалов, полученных с помощью электропрядения, расширилась от медицинских до фильтрационных, и от военных до потребительских, костюмы из химикобиологических материалов с нановолоконной подкладкой.

В настоящее время на рынке имеется несколько товарных марок нетканых материалов. Вот лишь некоторые из них: нановолоконные фильтры от Donaldson, DuPont, Finetex, а также ткани, отталкивающие жидкости, от Nano-Tex. Эти виды запущенных в промышленное производство нановолоконных нетканых материалов быстро расширяют свое присутствие на рынке.

Одной из проблем для современного промышленного производства нановолоконной продукции является низкая пропускная способность при использовании технологии электропрядения. При наличии промышленной технологии электропрядения в промышленности можно теперь делать капиталовложения в эту отрасль, но процесс промышленного внедрения находится еще на очень ранней стадии для крупносерийного нановолоконного производства [6].

...