Нетканые текстильные материалы. Учебное пособие

верхний слой войлока. В процессе чистки и шлифования с поверхности полностью удаляется ворс, и войлок частично выравнивается по толщине. Чистка и шлифование производятся на чистильно-шлифовальной машине с помощью валика, обтянутого шлифовальной лентой.

Выравнивание войлока по толщине наиболее эффективно достигается при спиливании на двоильных ленточных машинах. На этих машинах вместе с ворсом снимается верхний слой войлока (спилок), чем и достигается выравнивание войлока по толщине.

Обрезание кромок производится для выравнивания, а для некоторых видов войлока — для получения необходимых размеров готового материала. Далее производится контроль, маркировка и упаковка войлока [3].

5.4 Производство нетканых материалов склеиванием нитей

Процесс получения нетканых материалов этим способом состоит из следующих основных операций: подготовки системы нитей; введения связующего; обработки системы нитей, содержащей связующее, для их склеивания и образования нетканого материала.

В качестве связующего применяют латексы. Если система нитей, являющаяся основой материала, состоит из легкоплавких волокон, то при изготовлении материала можно применять контактную сварку без использования специального связующего. К этому способу можно отнести способ формирования полотна из нитей, получаемых из расплавов или растворов полимеров при выходе из фильер прядильной машины. В данном случае склеивание нитей осуществляется за счет сил аутогезии. Прочность материала можно повысить дополнительно горячим прессованием.

Процесс изготовления материала склеиванием нитей зависит от количества систем склеиваемых нитей. Различают два

61

метода изготовления нетканых материалов способом склеивания нитей: с применением одной системы нитей; с применением двух или более систем нитей.

Склеивание одной системы нитей. Этот метод основан на укладывании нитей на движущийся транспортер с образованием необходимого узора. Склеивание происходит с применением связующего или без него. Метод осуществляется следующими процессами: петлеобразованием и свободным укладыванием нитей, пропиткой связующим, сушкой и термообработкой. Этим методом из пряжи низких сортов получают декоративные материалы, заменяющие тюль и кружева.

Склеивание нескольких систем нитей. Материалы, полученные склеиванием нескольких систем нитей, отличаются более высокой прочностью и красивым внешним видом, чем материалы, изготовленные склеиванием одной системы нитей. Технологический процесс получения нетканых материалов склеиванием нескольких систем нитей отличается от процесса получения материалов склеиванием одной системы нитей, только тем, что применяемые раскладывающие устройства имеют более сложную конструкцию. Существует несколько вариантов получения материалов этим методом: перекрещивание двух систем нитей; обматывание системы основных нитей системой уточных; наматывание системы уточных на вращающиеся основные нити. Обматывание основных нитей уточными, применяют для изготовления грубых нетканых материалов из стеклянной, джутовой или хлопчатобумажной пряжи. Материал, полученный из двух пересекающихся систем нитей, используют для армирования пленок и бумаги вместо тканых сеток. Материал, полученный наматыванием системы уточных нитей на вращающуюся систему основных нитей с последующим склеиванием обеих систем, имеет вид сетки и применяется для армирования пленок и бумаги.

62

5.5 Способ производства нетканых материалов иглопробиванием с пропиткой связующими

Сущность способа заключается в том, что предварительно уплотненный на иглопробивной машине волокнистый холст может пропитываться связующим и подвергаться термообработке. На иглопробивной машине осуществляется механическое связывание холста волокнами, протаскиваемыми через холст с помощью игл с зазубринами. Роль скрепляющего элемента выполняют волокна холста, в качестве которых можно использовать все виды натуральных и химических волокон, волокнистые отходы прядильного и ткацкого производства, вторичные волокна.

Технология производства иглопробивных нетканых материалов с пропиткой связующим включает следующие процессы: приготовление смеси волокон; образование волокнистого холста; иглопрокалывание; пропитку связующими, сушку и термообработку.

приготовляют на обычных машинах текстильного производства. Образование волокнистого холста, являющегося основой иглопробивного материала, осуществляется механическим или аэродинамическим способом.

Иглопрокалывание производят на иглопробивных машинах, основными рабочими органами которых являются остов, привод, механизм питания и оттяжки, механизм иглопрокалывания. Иглопрокалывание сначала проводят на машинах для предварительного иглопрокалывания, а потом на машинах для основного. Применение двух видов прокалывания необходимо для устранения недостатков и уменьшения количества отходов, образующихся на машинах для основного иглопрокалывания.

При первоначальном иглопрокалывании происходит

63

вытягивание нескрепленного волокнистого холста в длину и в меньшей степени в ширину. Это приводит к уменьшению поверхностной плотности иглопробивного материала по сравнению с волокнистым холстом, увеличению неровноты материала в результате значительного вытягивания участков с меньшей плотностью, большей ориентации волокон в продольном направлении, увеличению отходов волокнистого сырья в виде слабо скрепленных краев. При предварительном прокалывании можно не только ликвидировать вытяжку волокнистого холста при прокалывании, но и увеличить поверхностную плотность иглопробивного материала по сравнению с поступающим волокнистым холстом. Скрепленный волокнистый холст не вытягивается в длину и ширину. В результате иглопрокалывания волокнистый холст уплотняется и приобретает достаточную связанность.

Особенность применения иглопробивных машин для основного прокалывания состоит в том, что машины используют главным образом для обработки предварительно скрепленных и уплотненных волокнистых холстов, высота которых значительно меньше первоначальной. Основное прокалывание предназначено для окончательного скрепления и уплотнения волокнистого холста.

Основными параметрами иглопрокалывания, влияющими на свойства нетканых материалов, являются плотность и глубина прокалывания. При иглопрокалывании увеличиваются длина и ширина волокнистого холста, что объясняется раздвижкой волокон при динамическом воздействии игл на волокнистый холст. В результате масса 1 м2 волокнистого холста уменьшается.

Глубина прокалывания — расстояние между верхней плоскостью подкладочного стола и первой зазубриной иглы в нижней мертвой точке кривошипно-шатунного привода игольного стола. В зависимости от глубины прокалывания волокна, захватываемые зазубринами игл, протаскиваются на различную глубину волокнистого холста. Для лучшего перепутывания стол

64

волокон по всей толщине холста необходимо, чтобы крайняя от острия иглы зазубрина выходила на нижнюю сторону холста.

Плотность прокалывания — это количество проколов, приходящееся на единицу площади вырабатываемого материала. Плотность прокалывания влияет на изменение массы 1 м2 волокнистого холста.

С увеличением плотности и глубины прокалывания объемная масса волокнистого холста увеличивается, вместе с ней упрочняется его структура, что повышает прочность на разрыв. При увеличении плотности прокалывания в начальный момент прочность иглопробивного материала резко возрастает до определенного предела, а затем начинает уменьшаться. Когда материал становится в достаточной степени уплотненным, дальнейшее повышение плотности прокалывания приводит к повреждению волокон и прочность материала падает. Зависимость прочности на разрыв иглопробивного материала от глубины прокалывания аналогична зависимости прочности материала от плотности прокалывания: при периодической подаче материала плотность прокалывания увеличивается при уменьшении подачи на прокалывание и не зависит от частоты прокалывания.

После основного иглопрокалывания холст может направляться на процесс пропитки связующим и дальнейшую термообработку. Методы пропитки холстов связующими и термообработка описаны ранее.

Иглопробивным способом вырабатывают фильтровальные материалы для фильтрации различных сред, ковровые покрытия пола, одеяла, теплозвуко-изоляционную основу для линолеума, технические сукна (в том числе прессовые и сушильные сукна для бумагоделательных машин), подкладочные материалы для обуви и т. д.

Наиболее известно нетканое полотно, выработанное на основе полиэфирных волокон, полученное способом иглопробивания с последующим термоскреплением, – геотекстиль Геосинт. Этот материал негигроскопичен, не

65

подвержен гниению, устойчив к воздействию ультрафиолета и микроорганизмов, имеет хорошие теплозащитные, фильтрационные и звукоизоляционные свойства, не имеет запаха. Материал представляет собой аналог войлока и изготавливается из волокон полиэфира белого цвета.

Внастоящее время большинство нетканых материалов выпускается по физико-химической и комбинированной технологии, так как для их производства не требуются пряжа и нити.

Вширокий ассортимент нетканых материалов входят полотна медицинского назначения, тарные и упаковочные полотна, прокладочные материалы для швейной промышленности, основа для клеенок, искусственный мех, фильтровальные полотна.

Расширение области применения химических волокон и нитей — основная тенденция развития производства нетканых материалов, а также совершенствования технологий их изготовления.

66

6. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В связи с развитием химической промышленности для изготовления нетканых материалов все чаще используются синтетические и искусственные волокна. Связано это прежде всего с простотой их обработки и доступностью сырья.

Наиболее широко распространены гидроструйный и фильерно-раздувной способы формирования холста при производстве нетканых материалов. Гидроструйный способ является современным механическим способом скрепления волокон в холсте. Он основан на переплетении волокон материала струями воды под высоким давлением. Полотно скрепляется на перфорированном барабане с помощью струй воды бьющих под высоким давлением из фарсуночных балок.

Гидроструной технологией скрепления нетканого полотна является технология Спанлэйс. Эта технология включает в себя 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.

Процесс производства спанлэйса состоит из нескольких этапов:

-сток волокон;

-формирование полотна;

-пробивание полотна струями воды.

Спанлэйс — материал, изготовленный из смеси штапельных химических волокон (полипропилен) с добавлением натуральных волокон (целлюлоза, вискоза), скрепленный способом гидроспутывания [13].

При прохождении через систему водного циркулирования сформированное полотно сжимается, чтобы удалить воздушные пузыри, а потом скрепляется. Скрепление полотна происходит водными струями на перфорированном барабане. Излишняя

67

вода из полотна высасывается с помощью вакуума в барабане. Это делается для того, чтобы предотвратить переувлажнение продукта и не снизить силу пробивания полотна струями воды. Полотно пробивается поочередно с двух сторон, определенное количество раз. Рисунок полотна зависит от рисунка перфорированной решетки. Сушка полотна происходит на высушивающем устройстве [11].

Преимущества данной технологии: эстетические свойства полотна, его мягкость, умеренная прочность и хорошее влагопоглощение, отсутствие повреждений волокон, экологичность. Основное применение материалы, изготовленные по технологии спанлейс, нашли в медицинской промышленности, для гигиенического применения - влажные салфетки, а также для технического применения в соответствии со строгими требованиями клиента. Лидером и новатором в области технологии спанлейс является фирма «Rieter».

Нетканые материалы, получаемые по технологии спанлэйс:

-сонтара (ДюПонт, США), состав: целлюлоза 50%, полиэфир 50%;

-спанлейс, Новитекс (Новита, Польша), состав: вискоза 70%, полиэфир 30%;

-фибрелла (Суоминен, Финляндия), состав: вискоза 80%, полиэфир 20%.

Технология спанлейс постоянно развивается и совершенствуется, что приводит к значительнейшим результатам в области энергосбережения производства. Значительно улучшается эффективность оборудования благодаря модернизации многих основополагающих элементов машин; снижаются требования к потребляемому объему воды, разрабатываются новые виды продукции на основе более дешевых видов сырья. Благодаря этому технология производства нетканых материалов методом гидросплетения стала сегодня наиболее современной и быстроразвивающейся технологией по производству нетканого продукта.

68

Еще одним быстроразвивающимся способом формирования холстов является фильерно-раздувной. При этом способе холст формируется путем непосредственного формования бесконечных синтетических нитей или волокон из расплавов или растворов полимеров с одновременной укладкой их в холст.

Наиболее распространенными материалами, полученными из расплава, являются спанбонд, флэшспан, мелтблаун. Полотна из мелтблауна самосвязываются за счет охлаждения при горячем воздухе и небольшом расстоянии от головки экструдера до устройства отбора.

Технология Спанбонд. Сформованная экструдированная нить смещается на приемном конвейере равномерным беспорядочным способом с последующим соединением волокон. Во время настилания полотна волокна разделяются воздушной струей или электростатическими зарядами. Чтобы предотвратить перемещение волокон некотролируемым способом поверхность полотна перфорируют (пробивают). Скрепление придает прочность и целостность полотну посредством применения нагретых валов или горячих игл для частичного расплавления полимера и сплавления волокон вместе. Процесс формирования волокна состоит из следующих операций:

-экструзия;

-охлаждение и фильтрование;

-прядение (формование волокна);

-вытягивание;

-расположение на формовочной сетке;

-автогенное скрепление волокна;

-свертывание в рулон.

В производстве спанбонда за счет размещения аппарата для скрепления на одной линии с формованием волокна (прядением) объединяется процесс формования волокна с процессом формирования полотна.

Основным фактором в производстве спанбонда является

69

контроль четырех одновременных интегрированных операций: экструзии, прядения, вытягивания и скрепления. Все производственные процессы спанбонд имеют два общих аспекта: все они начинаются с полимерного сырья и заканчиваются готовой тканью; все спанбонд полотна производятся на основе комплексной и непрерывной производственной линии.

Основным процессом в производстве спанбонда является получение расплава из гранулированного полипропилена, который происходит в экструдере. Для расплава могут использоваться также полиэтилен, полиамид и полиэфир, так как они являются наиболее распространенными термопластичными полимерами. Полимерные гранулы подаются в экструдер через загрузочную воронку. После экструдера расплав проходит через фильтр в распределитель, где под действием рециркуляции нагретого масла происходит нагревание расплава до определенной температуры. После выхода расплава через фильеры начинается процесс волочения или формирования волокна. Фильеры представляют собой микроскопические отверстия в пресс-форме, которые могут иметь круглую или прямоугольную форму. Далее происходит вытягивание нити под действием воздушного потока с последующим охлаждением. После вытягивания нить направляется в перемешиватель, где происходит равномерное распределение нити на формирующемся полотне. Затем полотно скрепляется и охлаждается. Есть три основных метода скрепления, используемых при спанбонд технологии: термоскрепление, химическое и механическое. Выбор метода определяется в основном назначением ткани. Иногда используют сочетание двух или более методов скрепления. Иглопробивной спанбонд характеризуется высокими поверхностными плотностями (свыше 150 г/кв. м.) и соответственно высокими прочностными характеристиками, что обусловливает его применение главным образом в качестве геотекстильных материалов, а также основы для рулонных кровельных материалов и напольных покрытий.

70