Нетканые материалы

НЕТКАНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, полотна и изделия, изготовляемые из волокон, нитей или (и) др. видов материалов (текстильных и сочетаний их с нетекстильными, напр. пленками) без применения прядения и ткачества. По сравнению с традиц. способами произ-ва в текстильной пром-сти - ткачеством и прядением-произ-во нетканых материалов отличается простотой технологии (в т.ч. сокращением числа технол. стадий), повышением производительности оборудования и, следовательно, меньшими капитальными и трудовыми затратами, разнообразием ассортимента полотен, возможностями рацион. использования разл. сырья, более низкой себестоимостью продукции, возможностью макс. автоматизации произ-ва, т.е. создания поточных линий и фабрик-автоматов, а сами нетканые материалы имеют хорошие эксплуатац. св-ва. Поэтому нетканые материалы стали одним из осн. видов совр. текстильной продукции, хотя крупное пром. произ-во их появилось лишь в 40-х гг. 20 в. Мировое произ-во нетканых материалов ок. 16 млрд. м² (1985), причем на долю США приходится 59% всех производимых в капиталистич. странах нетканых материалов, на долю стран Зап. Европы-32%, Японии-9%.

Различают нетканые материалы типа тканей (холстопрошивные, ните-прошивные, тканепрошивные, иглопробивные, клееные, комбинированные) и ватины (холстопрошивные, иглопробивные, клееные), а также бытового и техн. назначения.

Св-ва нетканых материалов зависят от их структуры и способа произ-ва, природы сырья. Нетканые материалы вырабатывают из натур. (хлопковых, льняных, шерстяных) и хим. (напр., вискозных, полиэфирных, полиамидных, полиакрилонитрильных, полипропиленовых) волокон, а также вторичного волокнистого сырья (волокна, регенерированные из лоскута и тряпья) и коротко-волокнистых отходов хим. и др. отраслей пром-сти.

Осн. технол. операции получения нетканых материалов: 1) подготовка сырья (рыхление, очистка от примесей и смешивание волокон, перемотка пряжи и нитей, приготовление связующих, р-ров химикатов, напр. отвердителей, агентов набухания волокон, ПАВ, и т. д.); 2) формирование волокнистой основы (напр., холста, системы нитей); 3) скрепление волокнистой основы в единую систему (получение нетканого материала); 4) отделка нетканого материала.

Получение волокнистой основы. Волокнистый холст-слой текстильных волокон (поверхностная плотн. 10-1000 г/м² и бол ее)-чаще всего получают мех. способом: на чесалъ-кой машине из волокон длиной 45-150 мм формируют прочес, или ватку (непрерывный тонкий слой волокон с поверхностной плотн. ок. 20 г/м²), к-рый с помощью спец. приспособления укладывается "друг на друга" под разными углами, в результате чего в холсте получают продольную или продольно-поперечную ориентацию волокон.

При аэродинамич. способе расчесанные волокна увлекаются потоком воздуха и переносятся по каналу (диффузору) на сетчатый барабан или транспортер, где укладываются с образованием холста бeсслойной структуры (неориентированное расположение волокон). Гидравлич. (мокрым) способом холст формируют из водной суспензии коротких непрядомых волокон на сетке бумагоделательной машины. Электростатич. способом холст получают, укладывая заряженные волокна равномерным слоем на транспортере, имеющем заряд противоположного знака. Волокнообра-зующим способом холст получают укладкой на сетчатой пов-сти транспортера непрерывных волокон (нитей) непосредственно после их формования из расплава или р-ра полимера.

Волокнистую основу из нитей (система нитей) формируют укладкой неск. слоев пряжи или готовых хим. нитей упорядочение, напр. в виде сетки, или хаотически.

Получение и применение нетканые материалов. Волокнистую основу скрепляют физ.-мех., физ.-хим. или комбинированными способами.

Ф и з.-х и м. с п о с о б ы скрепления волокнистой основы в произ-ве нетканых материалов самые распространенные; их применяют для получения клееных нетканых материалов. Волокна (нити) в холсте скрепляются в единую систему связующим вследствие адгезионного (аутогезионного) взаимод. на границе контакта связующее -волокно (нить). В качестве связующих используют эластомеры, термопластичные и термореактивные полимеры в виде дисперсий, р-ров, аэрозолей, порошков, легкоплавких и бикомпонентных волокон. Иногда связующее не используют; в этом случае основу нетканых материалов подвергают спец. обработке (тепловой, хим. реагентами, газами), приводящей к снижению т-ры текучести полимера, из к-рого изготовлены волокна (нити) волокнистой основы, или к появлению "липкости" на их пов-сти в результате набухания, пластификации и др., способствующей скреплению волокон в местах их контакта.

Различают неск. осн. способов получения клееных нетканых материалов. Широко распространен метод пропитки холста жидкими связующими (дисперсиями и р-рами бутадиен-акрилони-трильного каучука, полистирола, поливинилацетата, поливинилового спирта, акриловых сополимеров или др.). Методы пропитки разнообразны: холст погружают в ванну со связующим; пена связующего подается в зазор двух валов, через к-рый непрерывно проходит холст; связующее распыляется на пов-сть холста спец. устройствами; наносится печатанием с помощью гравированных валов, шаблонов (аналогично нанесению рисунка на ткань). После пропитки полотно подвергают сушке и термообработке горячим воздухом или ИК излучением в спец. камерах или на каландрах.

Бумагоделательным способом нетканые материалы получают из коротких текстильных волокон (2-12 мм), к к-рым иногда добавляют древесную целлюлозу, на обычном бумагоделательном оборудовании (см. Бумага)и из волокон повышенной длины (40 мм и более) на бумагоделательных машинах с наклонной сеткой. Связующие -синтетич. латексы, легкоплавкие волокна (обычно поливинилхлоридные), фибриды (см. Бумага синтетическая)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 св-ва. Этим способом получают (при высокой производительности-до 300 м/мин) нетканые материалы одноразового пользования, напр. скатерти, пеленки, постельное белье, салфетки.

Более прогрессивным, чем пропитка, является способ термоскрепления, т.к. исключается применение жидких связующих, не требуется очистка сточных вод и т.д. При этом можно получить нетканые материалы разл. структур и св-в. Холст формируют из т.наз. базовых волокон - полиамидных, вискозных, полиэфирных или их смесей с легкоплавкими (полипропиленовыми, поливинилхлоридными) и бикомпонентными волокнами. На холст или отдельные слои прочеса наносят спец. устройствами порошки смол (феноло- или меламино-форм-альдегидных) и (или) пластификаторы либо только р-ри-тель для набухания поверхностного слоя волокон. После этого холст поступает в термокамеру, а затем на каландр, на к-ром в результате прессования происходит склеивание.

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, чем рассмотренным выше.

Фильерный способ произ-ва нетканых материалов из р-ров и расплавов полимеров развивается ускоренными темпами (на его долю приходится уже 30% произ-ва нетканых материалов от их общего объема). Этот способ совмещает произ-во хим. волокон и нетканых материалов. Волокна (нити) в холсте, сформированном на сетке приемного, движущегося транспортера (после выхода волокон из фильер), склеиваются друг с другом в местах пересечения аутогезионно, если они не потеряли своей "липкости", в противном случае их скрепляют провязыванием, иглопрока-лыванием или любым физ.-хим. способом. Фильерным способом можно формировать холст из волокон любой длины, даже практически бесконечной. Увеличение длины волокон резко повышает коэф. использования их прочности в нетканых материалах, что позволяет снизить требования к св-вам 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.

Наиб. 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 спец. фибрилляторами) и затем скрепляют.

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

Ф и з.-м е х. с п о с о б ы-провязывание, иглопрокалывание, свойлачивание.

Вязально-прошивные нетканые полотна изготовляют на спец. машинах путем провязывания нитями или пучками волокон волокнистых холстов (холстопрошивные нетканые материалы), системы нитей (нитепрошивные нетканые материалы), а также их комбинацией с др. материалами (каркаснопрошивные нетканые материалы), напр. с тканями (тканепрошивные), пленками (пленкопрошивные). На всех машинах для выработки вязально-прошивных нетканых материалов осуществляется процесс петлеобразования, как при произ-ве трикотажа за исключением того, что на каждую иглу прокладывается отдельная нить. Все иглы машины 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.

Наиб. экономичен холстопрошивной способ, причем нитепрошивные нетканые материалы близки по св-вам тканям и трикотажу. Ассортимент полотен, изготовляемых по этой технологии, необычайно широк: заменители тканей для одежды, махровые полотенца, искусств. мех, декоративные полотна и т.п.; в технике-теплозвукоизоляц. материалы, прокладки, основа для синтетич. покрытий и др.

Иглопробивные нетканые материалы изготовляют на иглопробивных машинах. Скрепление волокон в холсте осуществляется в результате их мех. 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 св-в иглопрoбивныe нетканые материалы подвергают спец. обработке (пропитке латексами, термообработке полотен, содержащих высокоусадочные или легкоплавкие волокна) или перед иглопрокалыванием холст дублируют с армирующим материалом (напр., с тканью, пленкой).

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

Этим способом вырабатывают, напр., фильтровальные полотна для разл. сред, теплозвукоизоляц. и техн. сукна, одеяла, напольные покрытия, геотекстильные материалы, обладающие высокими проницаемостью (как песок) и прочностью (используют их как дренажно-фильтрующий материал при стр-ве дорог, дамб, мостов, зданий и др.).

Валяльно-войлочным способом получают нетканые материалы из чистошерстяных волокон или смеси их с химическими (до 40%) путем мех. воздействий на волокнистый слой во влажной среде при повышенной т-ре. Шерстяные волокна в этих условиях свойлачиваются (перемещаются, переплетаются, уплотняются), образуя войлок. Полученный полуфабрикат подвергают валке на разл. 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. Этим способом получают войлоки, валяные и фетровые изделия (обувь, головные уборы).

К о м б и н и р. с п о с о б ы получения нетканых материалов, включающие неск. методов скрепления волокнистой основы, применяют для получения нетканых материалов повышенного качества (напр., большей формоустойчивости, повышенной прочности, с лучшими деформационными св-вами). Так, элсктрофлокированные нетканые материалы изготовляют ориентированным нанесением в электрич. поле высокого напряжения относительно коротких волокон (длина 0,3-10 мм) на основу (напр., 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.

В зависимости от назначения нетканые материалы выпускают в неотбеленном (суровом) виде или подвергают отделке (напр., отбеливание, крашение, стрижка ворса).

Лит.: Бершев Е.Н., Курицина В. В., Куриленко А. И., Смирнов Г. П., Технология производства нетканых материалов, М., 1982; Озеров Б. В., Гусев В. Е., Проектирование производства нетканых материалов, М., 1984.

В.М.Горчакова.