Нетканые текстильные материалы. Учебное пособие

самым обеспечивается прочное склеивание волокон. Эффективность термообработки зависит от свойств волокон и связующего, от вводимых в связующее добавок, от правильности проведения пропитки и сушки.

Способом пропитки изготавливают большой ассортимент клееных нетканых материалов бытового и технического назначения, отличающихся многими ценными свойствами. Такие материалы можно использовать в качестве фильтров в автомобильной промышленности, электроизоляции, в строительстве, для изготовления одежды (бортовка, прокладка и др.) и обуви.

Недостатком клееных нетканых материалов, полученных способом пропитки, являются низкая прочность на разрыв и большее удлинение при разрыве.

Химическое скрепление остается популярным из-за широкого ассортимента применяемых клеев, долговечности продукции и широкого разнообразия свойств, получаемых на тканях.

4.2 Производство нетканых материалов фильерным способом

Фильерный способ производства нетканых материалов заключается в непосредственной укладке в холст волокон (нитей), формуемых из расплавов или растворов полимеров. При укладке в холст волокон (нитей) в размягченном состоянии получают сразу готовый нетканый материал. При укладке охлажденных волокон (нитей) получают холст, волокна в котором скрепляют обычными способами. Технология объединяет в единый непрерывный процесс выработку синтетических волокон, формирование холста из них и его скрепление [3].

Выработка изделий фильерным способом основывается на продукции химической промышленности и исключает потребность в натуральных волокнах.

31

При фильерном способе производства нетканых материалов повышается производительность труда за счет высокой производительности установок, упрощения процесса формирования холста и возможности выработки широкого ассортимента материалов. Все эти факторы создают благоприятные условия для организации высокопроизводительных автоматизированных поточных линий и снижения себестоимости продукции при высоком качестве.

Процесс производства нетканых материалов фильерным способом представлен на рис. 8.

В основном этот процесс состоит из трех основных этапов: формирование нитей холста, склеивание основы холста и обработка холста.

Рис.8. Схема процесса производства нетканых материалов фильерным способом

Для формования волокон раствору или расплаву полимера продавливанием их через отверстия фильер придают форму тонких струек. Фильера представляет собой металлическую пластину с отверстиями, изготовленную из жаропрочной стали. Фильеры различаются количеством

32

отверстий, их диаметром и формой. Диаметр отверстий в фильере может варьировать от 250 до 1200 мкм. Фильеры располагаются на специальной фильерной балке, при этом в производстве для более плотного расположения волокон на холсте чаще всего используется несколько балок (обычно две или три). Тонкие полимерные струйки отверждаются при охлаждении или сушке. Также тонкие струйки можно получать растягиванием капель и струй раствора или расплава полимера.

Процесс формования волокон можно разделить на две группы: формование из расплавов и формование из растворов полимеров сухим способом. При формовании из расплава полимеров тепло отводится от формуемой нити потоком воздуха. При сухом формовании из раствора полимеров подвод тепла производится обдуванием волокон горячим воздухом, уносящим пары растворителя. Оба этих процесса подобны по принципу, но различны по технологии изготовления материала.

Формование из расплавов. Из расплавов формуют волокна полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата и других полимеров. Формование волокон происходит следующим образом. На прядильную машину полимер поступает в виде гранул, дозируемых в плавильное устройство. В некоторых случаях плавление полимера производится в отдельном устройстве, и он поступает на прядильную машину в виде расплава. Полимер дозируется насосом и, пройдя через фильтр и отверстия фильеры, в виде струек поступает в шахту для формования. В шахте струйки обдуваются потоком воздуха, охлаждаются и затвердевают. Полученные волокна поступают в приемное устройство (рис. 9) [3].

Метод выдувания из расплава включает в себя введение растворенного или расплавленного полимера в поток высокоскоростного воздуха или газа, который быстро превращает жидкости в микроволокна [8].

33

Рис. 9. Схема установки для производства нетканых материалов путем экструзии расплава полимера

Выдувание из расплава представляет собой процесс, в котором, как правило, полимер экструдируют через линейную матрицу, содержащую несколько сотен малых отверстий, с образованием термопластичного волокна (рис. 9). Основной аппарат состоит из двух дисковых распылителей, вращающихся одновременно на одной оси. Один из распылителей 1 (рис. 9) снабжен соплами, расположенными на его торцевой поверхности. Через сопла подается сжатый воздух в направлении, параллельном оси вращения. Расплавленная масса полимера 2 поступает через специальный желоб во внутреннюю полость. Под действием центробежных сил расплавленная масса направляется к соплам и вместе со сжатым воздухом перемещается вдоль оси вращения распылителя. Через второй распылитель 3 меньшего диаметра поступает в расплавленном

34

состоянии более легкоплавкий полимер под действием сжатого воздуха и центробежных сил в направлении, перпендикулярном направлению движения расплава другого полимера. Волокна обоих полимеров смешиваются в специальной камере.

Конвергентные потоки горячего воздуха (выходящие из верхней и нижней стороны наконечника матрицы) быстро вытягивают экструдированные полимерные потоки, образуя волокна чрезвычайно малого диаметра (рис. 10). Впоследствии ослабленные волокна обдуваются воздухом с высокой скоростью на коллекторе конвейера, таким образом, что образуется тонкий, расслаивающийся, самостоятельно связанный нетканый мелтблаун [9]. Примером мелтблауна в чистом виде или в форме композита являются салфетки, хирургические халаты и маски, ткани для фильтрации воздуха и др.

Рис. 10. Схема процесса выдувания из расплава

Формование из растворов полимеров сухим способом. Сухим способом из растворов формуют волокна на основе ацетатов целлюлозы, полиакрилонитрила, поливинилхлорида, хлорированного поливинилхлорида и ряда других полимеров, растворимых в веществах со сравнительно низкой температурой

35

кипения. При формовании сухим способом раствор полимера дозируется прядильным насосом и через фильтр поступает в фильеру. Вытекающие из отверстий фильеры струйки раствора, поступают в шахту для формования, где обдуваются горячим воздухом для испарения растворителя. Сушка волокон приводит к десольвации полимера, резкому снижению текучести системы и переходу в твердообразное или твердое состояние (рис. 11).

Достижения химии в области полимеров и технологий экструзии позволяют расширять ассортимент нетканых полотен, полученных фильерным способом.

Рис. 11. Схема установки для производства нетканых материалов из растворов полимеров фильерным способом

Раствор полимера под давлением поступает в пустотелый коллектор 1, откуда выходит в виде струи и попадает на специальный профилированный отражающий экран 5(рис. 11). Нетканый материал формируется на приемном ленточном транспортере 4. Под транспортером имеется опорная плита 3,

36

которой сообщается заряд противоположной полярности. На выходе приемного ленточного транспортера нейтрализатор 2 снимает с материала электростатический заряд. Установка заключена в камеру 6, которая оборудована вытяжной вентиляцией.

Одной из основных причин роста использования полимеров в качестве сырья для производства нетканых изделий является их относительная дешевизна и доступность. В производстве нетканых материалов широко используются полиолефиновые смолы, так как они просты в использовании по сравнению с обычными смолами, такими как сложные полиэфиры и полиамиды.

Свойства фильерных тканей отражают как состав, так и структура ткани. Способ производства определяет геометрию ткани, а полимер определяет ее характерные свойства. Базовый полимер определяет такие свойства как, плотность нитей, термостойкость, химическая стабильность, простота окрашивания.

Большинство процессов прядения дают ткани с плоскими анизотропными свойствами вследствие случайного расположения нитей. Фильерные ткани не являются направленными, так что их можно использовать, не заботясь о растяжении в направлении смещения нитей.

Фильерные ткани широко используются в различных отраслях промышленности. Они могут быть использованы в качестве основы для ковров, мебели, постельных принадлежностей и геотекстиля. Основными рынками сбыта фильерной продукции являются автомобильные, строительные, гигиена и медицина и упаковочное производство.

4.3 Производство нетканых материалов способом горячего прессования

Способ термопрессования основан на склеивании волокон в волокнистом холсте термопластичными связующими,

37

клеящую способность которых активизируют прессованием материала при повышенной температуре. Он относится к наиболее распространенным способам получения нетканых материалов. Связующее размягчается и приобретает способность склеивать волокна, образующие холст. Термопрессование включает в себя следующие основные операции: подготовка волокнистого сырья, холстообразование (в некоторых случаях с введением связующего), введение связующего в холст, предварительная термообработка и горячее прессование.

Методы получения нетканых материалов способом термопрессования различаются в зависимости от условий введения связующего в волокнистый холст: введение связующего в сформированный холст; введение связующего в момент формирования холста; склеивание волокон без применения специальных связующих; синтез связующего в сформированном холсте.

Способом термопрессования можно изготовлять нетканые материалы технического и бытового назначения. Такие материалы используют в качестве фильтров, в обувной и швейной промышленности. От условий прессования, природы склеиваемых волокон и связующего, температуры, давления, продолжительности прессования, содержания связующего в волокнистом холсте и равномерности его распределения, во многом зависят физико-механические свойства нетканых материалов.

Так, например, прочность некоторых нетканых материалов, полученных этим способом, приближается к прочности тканей. Это обуславливается применением в качестве связующих легкоплавких компонентов гетерогенного волокна. Кроме высокой прочности эти материалы обладают высокой воздухопроницаемостью.

На физико-механические свойства нетканых материалов значительно влияет температура прессования. Во всех случаях прочность нетканого материала повышается с того момента, когда температура прессования становится выше температуры

38

размягчения полимера. Чрезмерное повышение температуры снижает прочность материала в результате деструкции связующего и снижения прочности склеиваемых волокон. С увеличением прочности снижается относительное удлинение, повышается начальный модуль упругости, уменьшается несминаемость, воздухопроницаемость изменяется в небольшой степени [3]. С температурой тесно связана продолжительность термообработки: чем больше температура, тем меньше продолжительность процесса.

Давление прессования также оказывает влияние на свойства нетканого материала. С увеличением давления прессования материал уплотняется, увеличивается число контактов между волокнами и связующим, повышается прочность материала. Однако при увеличении давления ухудшаются деформационные свойства материала: снижается относительное удлинение, увеличивается модуль упругости, уменьшается несминаемость. С повышением давления прессования увеличивается число склеек на единицу объема материала, возрастает жесткость всей системы волокон и снижается относительное удлинение.

Каждое связующее характеризуется определенными термомеханическими свойствами. В связи с этим изменение его содержания в материале или изменение природы полимера, из которого состоит это связующее, резко изменит условия прессования и, прежде всего, температуру предварительной термообработки и термопрессования. При изменении вида связующего получают нетканые материалы с различными свойствами. Влияние содержания связующего на свойства нетканых материалов: с увеличением содержания связующего относительное удлинение нетканых материалов уменьшается, начальный модуль упругости заметно повышается. Это связано с увеличением количества связующего на волокнах и снижением гибкости участков волокон.

Рассмотрим методы получения нетканых материалов способом термопрессования.

39

Введение связующего в сформированный волокнистый холст. Волокнистый холст и связующее готовят отдельно, а затем связующее в твердом состоянии вводят в волокнистый холст. В качестве связующего применяют порошки или каркасные элементы (пленку, сетку, нити из синтетических полимеров).

Применение порошков. В виде порошков применяют связующие на основе термопластичных и термореактивных полимеров: полиэтилена, полиамидов, сополимера винилхлорида с винилацетатом, фенольных смол. Волокнистый холст пропускают через камеру, где на поверхность холста наносится порошок. В процессе термообработки и прессования порошок размягчается и склеивает волокна. С увеличением температуры состояние связующего, находящегося в холсте в виде порошка, изменяется. При температуре выше температуры текучести связующее может сильно растекаться с образованием пленок, что ухудшает свойства нетканых материалов. Текучесть расплава многих полимеров не всегда отвечает требованиям технологии. Поэтому в производстве нетканых материалов со связующим в виде порошка используют операции пластификации связующего.

Применение каркасных элементов. Холст дублируют

скаркасными элементами, а затем материал подвергают термообработке и термопрессованию. В результате связующее размягчается и склеивает прилегающие к нему слои волокон в холсте. Применение связующих в виде сеток значительно улучшает воздухопроницаемость материалов, придает им мягкость, хорошие механические свойства.

Введение связующего в момент формирования холста. Здесь совмещаются операции формирования холста и распределения связующего в объеме холста. При изготовлении материала этим методом используют в основном три вида связующих: легкоплавкие гомогенные волокна, порошки, легкоплавкий компонент гетерогенных волокон.

40