Нетканые текстильные материалы. Учебное пособие

валами подается в лотковый накопитель. Подвижная платформа выравнивает и укладывает полотно по центру накопителя. Устройство для очистки суровых покрытий состоит из вращающихся очистных капроновых щеток и вентиляторов, отсасывающих загрязнения из очистного устройства в рукавный фильтр. На плюсовке осуществляется предварительное смачивание полотна водой или раствором смачивателя перед нанесением печатной краски на ворсовую поверхность. Смачивание суровых полотен способствует лучшему прониканию печатной краски в ворсовую поверхность. Нанесение цветного рисунка на ворсовую поверхность может осуществляться с помощью плоских или цилиндрических шаблонов.

5.2 Производство нетканых материалов способом электрофлокирования

Электрофлокирование является одним из способов электронно-ионной технологии, процессы которой основаны на силовом взаимодействии электрического поля высокого напряжения с зарядами или частицами, несущими заряды.

Цель применения электрических полей для флокирования

— создание высокой степени ориентации волокон к моменту их закрепления в клее, в результате чего достигается максимальное плотное расположение ворса на поверхности материала. Повышение плотности нанесения ворса обеспечивается оптимизацией параметров электрофлокирования (напряженность электрического поля, расстояние между электродами, время нанесения ворса) и оптимизацией свойств ворса (электропроводимость и разделяемость) для улучшения его ориентации.

Электрофлокирование заключается в ориентированном осаждении в электрическом поле относительно коротких волокон (0,3—10 мм) на основу, с предварительно нанесенным на нее слоем клея. С помощью источника высокого напряжения между электродами создается электрическое поле; в этой зоне

51

осуществляются зарядка и ориентация волокон. Термофиксацию флокированного материала проводят в сушильной камере.

Электрофлокирование дает возможность производить полотна из сверхтонкого волокна с диаметрами волокон в наноразмерном диапазоне. В последнее время сфера применения нетканых материалов, полученных с помощью электроформования, расширилась от медицинских до военных [11].

Производство электрофлокированных материалов состоит из комплекса операций, которые можно разделить на следующие этапы:

-подготовка основных компонентов готового материала — основы, клея, ворса;

-окончательное формирование материала — термофиксация клея, очистка, транспортировка и разбраковкаготовых изделий.

Подготовка основы. Выбор основы определяется назначением флокированного материала. Это могут быть ткани, трикотаж из натуральных и химических волокон, нетканые материалы, дерево, металл, пластмассы, пленки, дублированные материалы. Основа должна иметь ровную поверхность, обладать адгезией к клею и не впитывать его. Для предотвращения

впитывания клея обычно материалы основы предварительно грунтуют (привес грунта составляет 60—100 г/м2 в расчете на сухой остаток).

Подготовка клея. Для приклеивания ворса применяют клеи на основе поливинилхлорида, полиуретанов, эпоксидных смол, поливинилацетата и полиакрилатов. Клеи используют в виде пластизолей и водных дисперсий полимеров, а также в виде термопластичных клеев.

Подготовка ворса. Волокна, применяемые для ворса, должны иметь высокую стойкость к многократным изгибам, устойчивость к истиранию и ультрафиолетовому облучению, хорошо очищаться. Для производства электрофлокированных материалов применяют в основном химические волокна — вискозные, полиамидные, полиэфирные, полипропиленовые, стеклянные.

52

Обработка ворса включает следующие технологические операции:

1.Отмывка ворса от пропитывающих препаратов и замасливателя. Замасливатель наносят в процессе производства химических волокон. Отмывка производится в два этапа в красильно-промывном аппарате, представляющем собой бак с механической мешалкой. Для уменьшения времени промывку проводят с применением поверхностно-активных веществ.

2.Крашение ворса производится дисперсными, прямыми, кислотными, металлокомплексными и др. красителями. Крашение проводят после промывки в красильно-промывном аппарате.

3.Для повышения электропроводности и придания необходимой сыпучести и разделяемости ворс обрабатывается химическими препаратами. Обработка ворса электролитами обеспечивает получение оптимальной удельной проводимости.

4.Просеивание ворса производится на виброситах или просеивающих барабанах для удаления из общей массы спекшихся, искривленных и длинных волокон.

Оборудование для подготовки ворса комплектуется на отдельном участке и представляет единую установку. Сначала производится резка жгута на ворсорезальной машине. Затем ворс поступает в красильно-промывной аппарат, в котором осуществляются промывка, крашение и обработка ворса. После каждой операции ворс вместе с водой подается в корзину центрифуги, где ворс отжимается. После отжима обработанного ворса корзина с ворсом подается в аэродинамическую сушилку, где ворс просушивается горячим воздухом, до необходимой влажности. Обработанный и просушенный ворс проходит последнюю операцию — просеивание. Просеянный ворс упаковывают в мешки, которые маркируют, указывая вид волокон, длину, линейную плотность и цвет ворса

Внастоящее время применяют несколько видов

электрофлокирование узких лент и нитей, электрофлокирование объемных изделий и больших поверхностей.

Непрерывное электрофлокирование рулонных материалов. Процесс заключается в нанесении ворса в электрических полях на плоские наматывающиеся в рулоны материалы типа тканей, латексных основ, нетканых материалов

идругих. Этот метод широко применяют в производстве искусственной замши, искусственного меха, ковровых покрытий. Этот метод является наиболее распространенным.

Электрофлокирование узких лент и нитей. Метод заключается в нанесении ворса на тканые ленты. Ленты используются в галантерейной и швейной промышленности в качестве лент-бархоток, бретелек, брючных и декоративных лент с электрофлокированным узором.

Электрофлокирование объемных изделий и больших поверхностей. Электрофлокирование изделий различной формы для улучшения их внешнего вида и придания специальных свойств позволяет получать упаковочные изделия с декоративным и защитным ворсовым покрытием, резьбовые элементы с уплотняющим ворсом, металлические и пластмассовые изделия сложной формы с ворсовым покрытием

ит. д.

5.3 Производство нетканых материалов валяльновойлочным способом

Все виды валяных изделий изготавливают свойлачиванием или валкой подготовленных полуфабрикатов. В производстве валяных изделий применяются волокнистые материалы следующих основных видов: натуральная шерсть, заводская шерсть, отходы мехового и овчинно-шубного производства, шерсть, полученная от разработки лоскута и обрезков шерстяных тканей и валяных изделий на волокно, искусственные и синтетические волокна. Волокна шерсти обладают комплексом свойств: физико-механических и

54

химических, которые определяют ее валкоспособность. К физико-механическим свойствам шерсти относятся: толщина, длина, извитость, прочность, удлинение, гигроскопичность, упругость, эластичность, чешуйчатость и др. Химические свойства шерсти определяются химической природой кератина и его отношением к воде, кислотам, щелочам и другим химическим свойствам.

Для выработки нетканых материалов своилачиванием и валкой применяют натуральную овечью шерсть — тонкую, полутонкую, полугрубую и грубую. Шерстяное волокно — единственное из всех текстильных волокон, обладающее валкоспособностью, что обусловлено особыми свойствами: наличием разницы в коэффициентах трения против чешуек и по чешуйкам; высокими деформационными свойствами, способностью к извиванию и петлеванию, благодаря высокой гибкости волокон. Свойство шерстяных волокон к извиванию, благодаря двудальному строению коркового слоя, также влияет на повышение валкоспособности.

Под валкоспособностью понимают свойство шерстяных волокон при определенных рН среды и условиях механической и влажно-тепловой обработки перемещаться, сцепляться и переплетаться, образуя войлок.

Наличие на поверхности шерстяных волокон чешуек, направленных своими выступающими краями к вершине волокна, обуславливает разницу в силе трения шерстяного волокна при его скольжении по направлению к его вершине и к корню. У текстильных волокон сопротивление их перемещению вызывается трением и цепкостью, а поэтому отношение сопротивления перемещению соприкасающихся волокон к нормальному давлению называется коэффициентом тангенциального сопротивления перемещению соприкасающихся волокон.

Наиболее важным свойством валкоспособности, является разница в этих коэффициентах при перемещении волокон по направлению от вершины к корню и от корня к вершине [11].

55

Разница коэффициента тангенциального сопротивления при трении по направлению чешуек и против них должна быть как можно большей — это обеспечивает максимальную способность волокон к смещению и возможность большего их спутывания и переплетения в процессе валки [6].

Получая в процессе валки удары, шерстинка, благодаря такому своему строению, продвигается лишь в одном направлении – в направлении корня. Перемещению в обратном направлении препятствуют выступающие края чешуек. Во время движения шерстяное волокно изменяет форму, переплетается с другими волокнами, образуя разнообразные петли. Способность передавать получаемые механические воздействия, а также принимать различную форму, зависит от свойства вещества, составляющего шерстяное волокно. Шерстяное волокно состоит из белка кератина, и именно от его свойств зависит валкоспособность шерсти [11].

Технологический процесс производства материалов свойлачиванием и валкой включает следующие основные операции: подготовку волокнистых материалов к чесанию; кардочесание волокнистых материалов; формирование волокнистой основы; свойлачивание или предварительное уплотнение полуфабриката; валку полуфабрикатов и другие операции мокрой отделки; сушку валяных изделий; сухую отделку валяных изделий.

Подготовка материалов к чесанию предусматривает проведение процессов очистки, разрыхления, трепания и смешивания.

После образования основы волокнистый полуфабрикат подвергается сначала предварительному уплотнению (свойлачиванию), а затем окончательному - валке.

Принцип предварительного уплотнения: это обработка чесаного холста посредством трения и давления при воздействии тепла и влаги с целью сближения, перемещения и перепутывания волокон и образования связанной структуры.

Процесс предварительного уплотнения является физико-

56

химическим процессом, основанным на комплексе факторов, обуславливающих друг друга и влияющих друг на друга. К числу таких факторов относятся:

-физические и физико-механические свойства волокон: поверхностные, коэффициент тангенциального сопротивления, способность к извиванию, деформационные;

-характер предварительной обработки волокнистой массы и формирования полуфабриката;

-внешние воздействия на волокнистую массу; характер и величина механических воздействий; продолжительность уплотнения, температура и влажность уплотненного полуфабриката.

Назначение предварительного уплотнения состоит в подготовке полуфабриката к восприятию более мощных механических воздействий в последующем основном процессе уплотнения – валке [12].

В процессе свойлачивания полуфабриката происходит сближение и перепутывание волокон, подвергнутых влажнотепловой обработке, а следовательно, некоторое уплотнение и упрочнение структуры полуфабриката.

В результате предварительного уплотнения полуфабрикат утрачивает свободное состояние волокон и способность их снова возвратиться к этому состоянию, а на поверхности полуфабриката образуется войлокообразный застил.

Валка представляет собой обработку полуфабриката войлока посредством трения, удара или давления при одновременном воздействии тепла, влаги и химических активизаторов [12].

Цель валки заключается в дальнейшем уплотнении и усадке полуфабриката по площади для придания ему заданных линейных размеров, объемной массы, прочности на разрыв и износостойкости. В процессе валки происходит дальнейшее перемещение волокон относительно друг друга в направлении их длины, а следовательно, более интенсивное перепутывание [6].

В результате валки полуфабрикат сокращается по

57

площади и несколько увеличивается или уменьшается по толщине. Механизм этого явления следующий. Шерстяные волокна под действием удара, сдвига, растяжения осуществляемых рабочими органами валяльных машин перемещаются преимущественно в направлении корневых концов. Движению в обратном направлении препятствуют концы чешуек. С помощью многократно повторяемых импульсов механических воздействий волокна приводятся в тесное соприкосновение, и они, изгибаясь, образуют множество петель, связывающих группы волокон между собой. Таким образом, процесс войлокообразования объясняется способностью волокна продвигаться в определенном направлении и способностью волокна к петлеванию, как результат его большой гибкости и растяжимости [12].

Успешное протекание процессов свойлачивания и валки обеспечиваются следующими свойствами шерстяных волокон:

-высокой растяжимостью и быстрой релаксацией;

-наибольшей разницей между коэффициентом тангенциального сопротивления при движении волокон по направлению чешуек и против них;

-способностью принимать более извитую, петлистую форму, фиксироваться в этом состоянии с уменьшением протяженности волокна.

Свойлачивание полуфабрикатов производится в условиях умеренного увлажнения (обрызгивания водой, подогрева острым паром). Валка происходит в условиях более обильного смачивания полуфабрикатов подогретой водой с применением химических реагентов. В процессе валки полуфабрикат пропитывают растворами серной кислоты. Это делается для достижения высокой плотности и ускорения процесса валки. Химическая обработка шерстяных волокон в процессе валки повышает деформационные свойства кератина. Растворы кислот или щелочи, проникая в структуру кератина, действуют на солевые связи, ослабляя или разрывая их. Кислотная среда ускоряет валку полуфабрикатов за счет снижения работы при

58

растяжении волокон, почти не изменяя работу при сокращении волокон, по сравнению с водой.

В процессах свойлачивания и валки влажно-тепловая обработка полуфабрикатов необходима, так как в условиях механических воздействий на свойлачивающих и валяльных машинах имеет место длительное время повторяющаяся деформация шерстяных волокон. Влажно-тепловая обработка в конечном итоге способствует снижению величины потенциального (энергетического барьера) вращения участков цепей макромолекул кератина шерсти, благодаря чему повышаются гибкость и удлинение волокон при растяжении.

При растяжении волокон шерсти, подвергнутых влажнотепловой обработке, облегчается распрямление полипептидных цепей кератина коркового слоя, а следовательно, растяжение самих волокон. Растяжение увлажненных волокон можно производить на большую величину, чем неувлажненных. После растяжения волокна остаются способными восстанавливать свою длину полностью в течение непродолжительного времени [3].

Основным параметром процессов уплотнения является продолжительность обработки полуфабриката на машинах. Продолжительностью обработки определяется усадка полуфабриката по площади и объемная масса материала и тем самым механические свойства готовых материалов. Большое значение имеет сила трения, преодолеваемая при сдвиге, т. е. при смещении волокон в уплотненном полуфабрикате.

Условия среды при влажно-тепловой обработке изменяют значение коэффициента тангенциального сопротивления, который при трении в воде увеличивается, а при повышении температуры среды уменьшается.

Свойлачивание производят на плиточных свойлачивающих машинах, на которых в процессе свойлачивания уменьшается толщина полуфабриката, а площадь его не изменяется. Основными рабочими органами машины являются транспортеры, запарная плита и свойлачивающий аппарат.

59

Для валки полуфабрикатов применяют машины, на которых осуществляются следующие виды воздействий на полуфабрикат: ударное, скользяще-давящее, колебательнодавящее.

К машинам ударного действия относятся молотовые машины. Молотовые валяльные машины разделяют на одно-, двух- и многомолотовые, которые могут быть горизонтального и вертикального боя.

В молотовой валяльной машине молот или молоты наносят поочередные удары (сжатия) по обрабатываемому полуфабрикату, перемещая (вращая) его в корыте. Усадка полуфабриката происходит в основном в направлении действия молота, т.е. нельзя одновременно осуществлять усадку полуфабриката по длине и ширине. Чтобы получить усадку в другом направлении, полуфабрикат нужно завернуть и подставить под действие молота именно в этом направлении.

Валка производится в несколько этапов, между которыми осуществляется расправка и завертывание полуфабриката в другом направлении для изменения направления усадки.

После проведения процесса валки следует мокрая отделка полуфабриката, которая включает в себя промывку, расправку и отжим. Промывка войлока производится на промывных машинах. Цель промывки — удаление остатков валочных растворов и других загрязнений. Перед поступлением на сушку войлок отжимают на расправочно-отжимных установках с валами. Расправка войлока по ширине производится расправочным спиральным валом, а отжим — отжимными валами. После предварительного отжима полуфабрикат направляется на сушку, сущность которой заключается в удалении из изделий оставшейся после отжима влаги в виде водяных паров. После сушки войлочные изделия подвергаются сухой отделке.

Сухая отделка включает стрижку, чистку, шлифование, спиливание, прессование, обрезание кромок. В процессе стрижки войлоков выравнивается ворс и не затрагивается

60