Нетканые текстильные материалы. Учебное пособие

Применение легкоплавких волокон. Легкоплавкие гомогенные волокна являются распространенным видом термопластичных связующих, получаемых прядением из расплавов или растворов термопластичных полимеров. Это волокна с низкой температурой размягчения и текучести, не превышающей 160°С. К ним относятся, волокна из хлорированного поливинилхлорида (хлорин), полиэтилена, полипропилена и некоторых видов полиамидов. Влияние на физико-механические свойства нетканых материалов оказывают геометрические свойства основных волокон — длина и толщина:

сих увеличением увеличивается прочность материала, а мягкость увеличивается при использовании более коротких волокон (12—50 мм) с меньшей толщиной.

Применение порошков. Здесь применяют два варианта нанесения порошка. Первый вариант: связующее вводится в

волокнистый холст распылителем, который установлен непосредственно на холстообразующей машине. Порошок подают на поверхность отдельных слоев прочеса перед их сложением в волокнистый холст. Полученный холст вновь расчесывают, а затем смесь волокон подают в диффузор аэродинамического холстообразующего устройства, где формируется окончательный холст. Далее холст направляется на термообработку и термопрессование. Второй вариант: порошок и короткие волокна, являющиеся основой материала, распыляются одновременно. Полотно клееного нетканого материала образуется, когда порошок и короткие волокна осаждаются на нагретой поверхности.

Применение гетерогенных волокон. Гетерогенные волокна, это волокна в которых имеется два компонента — ядро и «рубашка». Гетерогенные волокна не способны к значительной потере прочности при высоких температурах в отличие от гомогенных волокон. Для получения нетканых материалов с более однородными свойствами лучше применять гетерогенные волокна, в которых ядро и «рубашка» имеют одну химическую природу, но разные свойства. Например, ядро

41

обычные текстильные волокна (как натуральные, так и химические), а «рубашка» — легкоплавкий полимер, выполняющий функции связующего (полистирол, поливинилацетат, полиакрилаты и др.).

Волокна вводятся в холст на стадии его формирования. Гетерогенные волокна наносятся также как легкоплавкие волокна, но в отличие от них не теряют формы при воздействии тепла и давлении, так как у них размягчается только поверхностный слой. Материалы, полученные с использованием гетерогенных волокон, отличаются хорошими структурномеханическими свойствами.

Склеивание волокон происходит только в местах их пересечения, зоны между волокнами остаются без связующего. Структура материалов, полученных с использованием гетерогенных волокон, близка к идеальной точечной структуре.. Получаемые этим способом нетканые материалы имеют ряд преимуществ: повышенная прочность, высокая воздухопроницаемость, мягкость, объемность, наиболее рациональное распределение связующего в волокнистом холсте.

Склеивание волокон без применения специальных связующих (аутогезионное скрепление холстов). Сущность метода: сначала из одного вида синтетических волокон изготовляют холст, который формируется без применения связующих. Затем создают условия, способствующие склеиванию волокон друг с другом в результате аутогезии, для обеспечения которой клеящую способность волокон активизируют специальной обработкой холста: применением повышенной температуры для размягчения волокон; обработкой химическими реактивами, вызывающими набухание волокон.

Холсты, состоящие полностью или преимущественно из термопластичных волокон, скрепляют обычно воздействием нагревания и давления на каландрах с гладкими или гравированными валами. Температуру выбирают такой, чтобы волокна только размягчались, а не распадались под действием сил поверхностного натяжения или собственной массы.

42

В качестве химических реактивов применяют органические растворители. Например, для ацетатных и поливинилхлоридных волокон можно применять обработку ацетоном, для вискозных волокон — щелочью. В результате последующей термообработки и прессования волокна склеиваются, а растворитель улетучивается.

Синтез связующего в сформированном холсте. Метод основан на синтезе связующего из мономеров на поверхности волокон в сформированном холсте. Метод имеет свои преимущества: мономеры, из которых синтезируют связующее, дешевле готовых термопластичных связующих; удается достичь более равномерного распределения связующего в холсте. Синтез связующего проводится с применением паров мономера и радиации в качестве инициатора полимеризации. В этих условиях связующее образуется в первую очередь в местах пересечения волокон в холсте (после капиллярной конденсации паров мономера) с получением в дальнейшем точечной структуры. При радиационной полимеризации мономеров в сформированном холсте в качестве источников излучения применяются изотопные источники гамма-излучения (кобальт60, ускорители электронов), которые позволяют проводить синтез связующего при непрерывном движении холста. Метод использован при изготовлении нетканых материалов из полиамидных или полиэфирных волокон, на поверхности которых синтезировался поливинилацетат, полистирол или сополимеры. После термообработки и прессования получались нетканые материалы, которые использовались в качестве фильтров.

Некоторые преимущества скрепления холстов термопрессованием:

-продукты могут быть относительно мягкими и подобными ткани;

-хорошая экономическая эффективность по сравнению с методами химического скрепления - использование менее дорогого оборудования и низкие энергетические затраты;

43

-однородное соединение компонентов по всей площади полотна;

-может быть достигнута стопроцентная переработка компонентов волокна;

-способ экологичен, так как не требует применения латексных связующих.

В технологии отделки текстильных изделий широко используется тепловое излучение, особенно в процессах сушки. Тепловое излучение сегодня применяется также для склеивания нетканых материалов, содержащих термопластичные волокна. Тепловое излучение - это энергия излучаемая объектом, который находится при температуре выше абсолютного нуля. Эта энергия транспортируется с помощью электромагнитных волн. Радиационный метод имеет ограниченное применение для термосклеивания. Основным преимуществом использования инфракрасного излучения для склеивания волокон, является то, что тепло передается в структуру, не нарушая ее, поскольку нет контакта с металлическими частями или потоком горячего воздуха. Это позволяет соединять полотна без усадки или деформации волокон, связанных с другими методами нагрева. Недостатком метода является трудность равномерного нагрева поверхности и середины полотна [7].

Применение ультразвука также известно в технологии термоскрепления. В ультразвуковом скреплении волокон,

тепловая энергия на поверхность полотна передается механическим ударным воздействием (вибрации высокой частоты). Энергия передается в четко определенные ограниченные области, чтобы механическая энергия, приложенная к волокнам, преобразовалась в тепло и произошло термическое соединение.

Ультразвуковой процесс соединения волокон схематически показан на рисунке 12.

Если используются синтетические волокна, то нет необходимости применять связующие компоненты, так как они не требуют скрепления. Преимущество этого способа

44

заключается в том, что энергия передается только в точках, в которых имеет место склеивание и не передается на окружающие несвязанные области ткани.

Рис.12. Соединение волокон ультразвуком

Локализации энергии связи приводит к получению ткани с хорошим эстетическим видом. Ткани, изготовленные с применением ультразвукового скрепления мягкие дышащие и гигроскопичные [7].

4.4 Производство нетканых материалов бумагоделательным способом

Способ называют мокрым, так как он связан с формированием холста гидравлическим способом из суспензии волокон, содержащей связующее.

Преимущества способа: высокие скорости оборудования для получения нетканых материалов, возможность использования различного волокнистого сырья и связующих,

45

получение дешевых материалов, способных конкурировать с ткаными материалами, получение широкого ассортимента изделий. Использование в качестве сырья волокон сравнительно небольшой длины (2—6 мм) способствует более широкому применению отходов текстильного производства.

Бумагоделательный способ включает следующие основные технологические операции: приготовление суспензии волокон; подготовку жидкого связующего; введение связующего в суспензию волокон; отливку полотна на сетке бумагоделательной машины; обезвоживание материала; сушку; термообработку и каландрирование.

Бумагоделательный способ имеет три разновидности: получение нетканых материалов из коротких волокон на обычном бумагоделательном оборудовании; получение нетканых материалов из волокон повышенной длины; получение нетканых материалов с применением фибридов.

Получение нетканых материалов из коротких волокон на обычном бумагоделательном оборудовании. Полотно материала формируется из суспензии, содержащей волокна длиной 2—6 мм и связующее. Получение нетканых материалов с равномерной структурой затрудняется, так как синтетические волокна склонны к флокуляции и диспергируемости, суспензия волокон не устойчива. Поэтому необходимо принятие мер, способствующих повышению агрегативной устойчивости волокнистой суспензии. Эти меры включают в себя разбавление суспензии, повышение вязкости дисперсионной среды, применение диспергаторов. В качестве диспергаторов обычно применяются поверхностно-активные вещества, наиболее эффективными из которых являются анионактивные вещества.

Для получения полотна равномерной структуры подготовку волокнистой суспензии и отлив полотна проводят при низкой концентрации, с большим содержанием воды. Отлив суспензии из коротких волокон осуществляется на плоскосеточных бумагоделательных машинах. Приготовленная суспензия из напускного устройства выливается на сетку, на

46

которой формируется полотно. В процессе движения полотна влага удаляется свободным сте-канием и с помощью отсасывающих ящиков до содержания 80—85 % влаги в полотне. Затем полотно уплотняется, проходя между двумя валами, отжимается до содержания влаги 60—70 % и поступает в барабанную сушильную машину. Высушенное полотно поступает на трехвальный каландр и затем накатывается в рулон.

Получение нетканых материалов из волокон повышенной длины. При формовании полотна из длинных волокон требуется большее разбавление суспензии, так как при диспергировании волокон повышенной длины наблюдается усиленная флокуляция волокон с образованием хлопьев. Это существенно влияет на гидродинамику процесса обезвоживания. Поэтому для этого способа используются машины с наклонной сеткой.

Суспензию подготавливают описанным выше способом. После гидроразбивателя волокна смешиваются со связующим в бассейнах, где происходит разбавление суспензии до концентрации 0,2-1 %. Из смесительного бассейна масса подается плунжерным насосом в распределительное устройство для разбавления оборотной водой до концентрации 0,025-0,005% и затем в напорный ящик, составной частью которого является зона фильтрации формующего устройства. Из напорного ящика суспензия поступает на наклонную сетку, угол наклона которой может изменяться от 15 до 45° в зависимости от скорости машины, вида волокон, скорости обезвоживания. Равномерность полотна в меньшей степени зависит от однородности суспензии, так как суспензия движется под некоторым углом к сетке. Сформованное полотно вместе с сеткой выходит из суспензии, проходит над отсасывающими ящиками, где влажность полотна снижается до 50—60%. После отжима материал подсушивается. При контактной сушке на сушильных цилиндрах получают жесткий бумагоподобный материал. Поэтому для получения более качественных и мягких материалов целесообразно применять конвективную сушку.

47

Получение нетканых материалов с применением фибридов. Фибридыэто волокнистое полимерное связующее, представляет собой частички полимера удлиненной формы, имеющие развитую поверхность. Основным их свойством является высокая сцепляемость между собой. Фибриды служат в качестве связующего для получения бумагоподобных материалов с применением синтетических волокон [10].

Материалы, изготовленные с применением фибридов, называют текстрилами. Преимущества текстрилов: стабильность по свойствам, большая прочность, хорошая термо- и хемостойкость, высокие электроизоляционные свойства. При изготовлении текстрилов применяют разбавленные суспензии основных волокон и фибридов. Свойства получаемых материалов зависят не только от вида и свойств фибридов, но и от свойств основных волокон. Лучшими свойствами обладают нетканые материалы, в которых фибриды и волокна имеют одну природу.

Сущность метода: из жидких фибридов готовят суспензию, которую смешивают с суспензией основных волокон. В массе, поступающей на бумагоделательную машину, фибридов содержится 25—30 % от массы основных волокон. После смешения суспензия подается в питатель бумагоделательной машины, затем на сетку, равномерно распределяясь по ее поверхности. Обезвоживание осуществляется с помощью вакуумного устройства и отжимных валов. После отжимных валов материал подсушивается при температуре 90°С до влажности 5—1 0 % . Окончательную обработку материала можно проводить методом термопрессования или термообработкой без прессования. В обоих случаях под действием температуры происходит размягчение фибридов и склеивание волокон. Чтобы материал не прилипал к отжимным валам и сушильным барабанам, его укладывают на фетровую подложку. Нетканые материалы, изготовленные этим способом, можно использовать в качестве фильтров, изоляции, драпировок, для упаковки и др.

48

5. КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Комбинированная технология производства нетканых материалов основана на совместном воздействии на обрабатываемый волокнистый материал рабочих органов машин и химических веществ, способствующих упрочнению готового материала.

Технология характеризуется механическим формированием структуры материала с последующим ее упрочнением связующими.

5.1 Производство нетканых материалов тафтинговым способом

Тафтинговым способом вырабатывают в основном ковры и в небольших количествах искусственный мех.

Технология производства тафтинговых ковров включает следующие операции:

-прошивание грунтового материала ворсовой пряжей или ворсовыми нитями на тафтинговых машинах и получение сурового материала с разрезным, петлевым, комбинированным, рельефным ворсовым покровом;

-нанесение на изнаночную сторону сурового материала связующих веществ для закрепления ворсовых пучков в грунтовом материале и последующее нанесение вторичного вспененного основания;

-крашение или печатание ворсовой поверхности;

-стрижка, разрезание, обшивание кромок ковров на оверлочной машине, разбраковка, маркировка и упаковка готовых ковровых изделий.

Для производства тафтинговых ковровых материалов

используют текстурированные нити (для формирования

49

ворсового покрова), каркасные материалы (на них формируется ворсовый покров), связующие (для повышения прочности закрепления ворсового покрова в грунтовом материале), вспененные материалы (для покрытия изнанки ковровых покрытий).

Технологическая схема изготовления тафтинговых материалов включает: изготовление суровых полотен, нанесение связующего на изнаночную сторону полотен, печатание ворсовой поверхности.

Суровые полотна изготавливают на тафтинговых машинах. Здесь осуществляется формирование петлевого или разрезного ворса на поверхности каркасного материала, т. е. процесс ворсообразования. Образование петлевого ворса происходит в результате взаимодействия иглы с заправленной в ее ушко ворсовой нитью и петлителя; при образовании разрезного ворса в процессе взаимодействия иглы и петлителя дополнительно участвует разрезной нож.

При нанесении связующего на изнаночную сторону полотен латексная смесь должна полностью покрывать изнаночную сторону каркасного материала, проникать между волокнами ворсовых нитей, находящихся на изнаночной стороне ковра. Но латексная смесь не должна проходить сквозь каркасный материал, во избежание порчи лицевой стороны. Процесс нанесения латексной смеси на изнаночную поверхность может осуществляться как при одинаковом, так и при противоположном направлении вращения наносящего валика относительно направления перемещения ковра.

Процесс печатания, последующая промывка и сушка тафтинговых полотен должны осуществляться таким образом, чтобы сохранялась структура ворсового покрова. Поточная линия для печатания ковров состоит из следующих машин: запралочного устройства, устройства для очистки полотен, плюсовки, печатной машины, зрелышка, промывной машины, сушильной машины, накатной машины. Суровое тафтинговое полотно направляется на подвижную платформу и тянульными

50