Нетканые полотна

Неткаными называют текстильные полотна, изготовленные из одного или нескольких слоев текстильных материалов (иногда в сочетании их с нетекстильными материалами), элементы структуры которых скреплены различными способами.

Основой нетканых полотен могут служить: волокнистый холст, система нитей, ткань или трикотажное полотно и разнообразные их комбинации. В качестве элементов структуры могут быть использованы и нетекстильные материалы; в частности, полимерные пленки или сетки. Скрепление структурных элементов нетканых полотен может быть осуществлено различными способами: провязыванием нитями и волокнами, иглопробиванием, склеиванием, сваркой, свойлачиванием и др.

Разнообразие способов производства нетканых полотен положено в основу их классификации. По способам скрепления различают нетканые полотна трех классов: скрепленные механическим способом, физико-химическим способом и комбинированным. Классы полотен в свою очередь подразделяются на подклассы, Далее деление полотен ведется на группы в зависимости от вида основы материала: холст, си­стема нитей, каркас и их различные сочетания.

Строение нетканых полотен. Структура нетканых полотен в значительной степени определяется способом производства. Технологический процесс изготовления нетканых полотен складывается из двух этапов: подготовки основы (холста, системы нитей, ткани и т. п.) и ее скрепления.

Подготовка волокнистого холста заключается в подборе смеси волокон и нитей, разрыхлении, смешивании, очистке и прочесывании волокнистой массы и формировании холста. Для производства нетканых полотен широко используются волокна и нити натуральные (хлопковые, шерстяные, льняные) и химические (вискозные, капроновые, лавсановые, нитроновые и др.) в различных сочетаниях, что позволяет получать материалы с разнообразными свойствами. В производстве нетканых полотен некоторых видов применяют волокна как стандартной длины, так и короткие (не менее 3 мм), отходы прядильного производства, утильные волокна, что даст возможность с большим экономическим эффектом использовать волокнистое сырье. Для образования волокнистой массы в зависимости от вида перерабатываемого сырья используют машины разрыхлительного, трепального и чесального отделов прядильного производства.

Формирование холста может быть осуществлено несколькими способами: механическим, аэродинамическим, гидродинамическим и электростатическим. Механический способ основан на укладывании прочесов с чесальных машин друг на друга с помощью транспортирующих лент.

В зависимости от направления укладывания прочесов различают холсты с разной ориентацией в них волокон: продольной, продольно-поперечной, диагональной. Все холсты с ориентированным расположением волокон имеют слоистую структуру.

При аэродинамическом способе волокнистый холст формируется воздушным потоком из отдельных волокон на поверхности сетчатого барабана (конденсора) или транспортирующей ленты. Гидродинамический способ формирования основан на диспергировании волокон в жидкости и последующем осаждении и укладывании их на сетчатых транспортирующих лентах. При электростатическом способе формирование волокнистого холста происходит путем перемещения и осаждения электростатически заряженных волокон в электрическом поле. При аэродинамическом, гидродинамическом и электростатическом способах формирования получают бесслойные холсты с неориентированным, хаотическим расположением волокон.

Характер расположения волокон в холсте в значительной степени определяет многие физико-механические свойства нетканых полотен, в частности их прочность в продольном и поперечном направлениях. Часто для повышения прочности волокнистого холста на его поверхности или между слоями располагают каркас в виде поперечной системы нитей, сетки из нитей основы и утка, уложенных друг на друга, редкой ткани или трикотажа. При подготовке систем нитей, ткани, трикотажа используют различные виды пряжи и комплексных ни­тей. Эти виды основы нетканых полотен изготавливают соответственно на прядильных, ткацких и трикотажных предприятиях.

Структурные элементы основы нетканых полотен скрепляют по механической, физико-химической или комбинированной технологии различными способами.

Механическая технология скрепления основана на воздействии рабочих органов оборудования на обрабатываемый волокнистый материал. При этом используются вязально-прошивной, иглопробивной и валяльный способы соединения, из которых наибольшее распространенней имеет вязально-прошивной способ.

Вязально-прошивной способ заключается в провязывании основы в виде холста, системы нитей, ткани и т. п. нитями. Основа провязывается нитями на вязально-прошивной машине, которая является разновидностью трикотажной основовязальной машины, с помощью пазовых игл. Крючки игл для облегчения прокалывания заострены. Для провязывания основы не­тканых полотен применяются переплетения цепочка, трико, сукно, шарме, филейные, плюшевые, комбинированные и др. В зависимости от вида провязываемой основы различают холстопрошивные, нитепрошивные и каркасопрошивные полотна.

Рис. 8

Холстопрошивные нетканые полотна получают на вязально-прошивных машинах ВП (СССР), «Маливатт» (ГДР), «Арахне» (СССР). Волокнистый холст 2 (рис. 8) с помощью транспортирующей ленты 1 подается в зону вязания. Пазовые иглы 6 прокалывают снизу вверх волокнистый холст и захватывают провязывающие нити 4, которые подают ушковины 5. Нити сматываются с навоя 3. При обратном ходе пазовые иглы протягивают нити через холст, образуя основовязаное переплетение. Готовое полотно 7 наматывается на товарный валик 8. Холстопрошивное полотно представляет собой холст, заключенный внутри редкого трикотажного переплетения, на лицевой стороне которого располагаются петельные столбики, а на изнаночной — зигзагообразные протяжки. Разновидностью его является полотно «Малифлис», представляющее собой волокнистый холст, провязанный волокнами этого же холста. Для получения такого полотна достаточной прочности необходимо, чтобы длина волокон в холсте была 60— 120 мм, а ориентация волокон преимущественно поперечная.

Получение нитепрошивных нетканых полотен аналогично получению холстов прошивных полотен, только в зону вязания подаются одна (уток) или две (уток и основа) системы нитей, которые провязываются третьей системой. Для получения нитепрошивных полотен используют машины «Малимо» и «Шуссполь» (ГДР).

На машине «Шуссполь» можно вырабатывать нетканые нитепрошивные полотна плюшевого переплетения, что позволяет получать ворсовые материалы.

Каркасопрошивные нетканые полотна получают аналогичным образом на машине «Малиполь» (ГДР), провязывая на каркасной основе петли с удлиненными протяжками. В этом случае при использовании нитей различных видов можно изготовлять материалы типа махровых, плюшевых, искусственный мех и т. и. В качестве каркасной основы используют ткань (тканепрошивные полотна), трикотаж, нетканый материал «Малимо». Разновидностью каркасопрошивных полотен являются полотна, получаемые на машинах «Вольтекс» (ГДР). Особенность их изготовления заключается в том, что каркасный материал провязывается волокнами холста, укладываемого на каркасный материал. В результате на изнаночной стороне полотна располагаются волокнистые петли, а на лицевой стороне образуется сплошной волокнистый застил. Таким способом можно получать прокладочные материалы для одежды

И искусственный мех.

Иглопробивной способ получения нетканых полотен состоит в том, что волокнистый холст прокалывается (пробивается) специальными иглами, имеющими трехгранную, квадратную или ромбовидную форму лезвия, на ребрах которого расположены зазубрины. Волокнистый холст 1 подается с помощью транспортирующей ленты 2 в зону иглопрокалывания между прокладочным 3 и очистительным 4 столами. Столы имеют отверстия для прохождения игл 5 и фиксирования положения холста при прокалывании. Иглы 5 закреплены на игольной доске 6, совершающей движение вверх и вниз по вертикали. Проходя через холст, иглы захватывают зазубринами пучки волокон и протаскивают их через толщину холста. В результате в структуре холста изменяется расположение волокон, их ориентация. В местах проколов образуются пучки волокон, расположенные перпендикулярно плоскости холста; с помощью этих пучков происходит связывание структурных элементов полотна. Волокна располагаются в пучке в виде воронки, расширяющейся в месте входа иглы в холст. Прочность связывания холста зависит от его толщины и частоты проколов: чем больше толщина полотна и частота проколов ( а следовательно, частота расположения пучков волокон), тем выше прочность связывания.

Валяльный способ производства нетканых полотен — один из древнейших способов получения текстильных материалов. Он заключается в уплотнении волокнистой массы при совместном действии влаги, тепла и механической нагрузки. Наиболее прочные и плотные полотна получают из шерстяных волокон — единственного вида волокон, обладающего необходимыми для этого способа свойствами: эластичностью, извитостью и разницей в тангенциальном сопротивлении вдоль и против чешуек поверхности волокна. Применение других видов волокон неэффективно, получаемые полотна легко расслаиваются. В производстве нетканых полотен валяльным способом обычно обрабатывают холст с проложенным внутри каркасом из системы нитей.

Физико-химическая технология получения не­тканых полотен основана на адгезионном или аутогезионном скреплении волокон холста, системы нитей и текстильных материалов. Адгезионное соединение (склеивание) волокон и нитей обеспечивается полимерными связующими веществами (клеями). Аутогезионное соединение волокон и нитей в местах контактов происходит в условиях, обеспечивающих размягчение поверхностного слоя волокон и их слипание (сварку).

Для производства нетканых полотен используют полимерные связующие, доля которых в полотне составляет около 0,3. Они являются такой же важной составной частью нетканого полотна, как волокна и нити, и обеспечивают прочное соединение структурных элементов. В качестве связующих веществ используют полимеры трех типов: термопластичные, термореактивные и на основе каучуков (резины).

Термопластичные связующие представляют собой полимеры, способные при нагревании или растворении размягчаться и склеивать структурные элементы основы. К ним относятся полиэтилен, поливинилацетат, поливиниловый спирт, полипропилен, полиуретаны, производные целлюлозы и др. Термопластичные связующие применяют в различных видах: растворы полимеров, водные дисперсии, порошки, фибриды, волокна, пленки, сетки; они могут быть нанесены предварительно на волокна из расплава или растворов (комбинированные волокна) или введены в состав волокон при их формовании (бикомпонентные волокна).

Термореактивные связующие затвердевают в рсзультате химических реакций с образованием необратимой трехмерной структуры. Основой для них служат фенолформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и другие синтетические и природные смолы. В производстве бытовых нетканых полотен термореактивные связующие используются редко, так как придают полотнами повышенную жесткостью.

Связующие на основе каучуков затвердевают в результате вулканизации. Они широко применяются в виде водных дисперсий синтетических каучуков (латексы) с добавлением термореактивных связующих.

Склеивание жидкими связующими —один из самых распространенных способов получения клееных нетканых полотен. Он состоит из операций пропитывания основы (холста, системы нитей и т. п.), сушки и термообработки. Введение связующего в основу нетканого полотна может осуществляться различными способами. При полном погружении холста в раствор с последующим отжимом связующее равномерно распределяется по всей основе с образованием максимального количества склеек между волокнами, что придает материалам повышенную жесткость. При плюсовании холст пропускается между двумя валами машины, куда подается жидкое связующее. При этом способе часто используют вспененное связующее, что придает готовому полотну повышенную упругость, пористость, воздухопроницаемость и уменьшает его поверхностную плотность. Пропитывание распыленным связующим над движущимся холстом с использованием вакуумного отсоса для более глубокого проникании его в структуру обусловливает уменьшение количества склеск и получение более мягкого полотна.

Подобного же эффекта можно достичь путем пропитывания холста методом печати — локального нанесения загущенного связующего на холст по определенному рисунку в виде точек, колец, петель, ромбов и т. п. Последующая термообработка способствует прочному склеиванию структурных элементов не-тканого полотна в результате вулканизации каучука или размягчения термопластичного связующего. Однако при сушке и термообработке возможно проявление миграции частиц связующего к поверхностным слоям, что может вызвать расслаивание волокнистого холста.

Склеивание твердыми связующими основано на скреплении волокон и нитей основы нетканого полотна термопластичными связующими при нагревании. Термопластичные связующие вводятся в структуру основы на этапе подготовки волокнистой массы в виде порошка, легкоплавких волокон, фибридов, комбинированных и бикомпонентных волокон; при формировании холста — в виде каркасных элементов: пленок, сеток, систем легкоплавких нитей; в готовый холст — в виде порошка. Нагревание осуществляется путем термопрессования или термоконтактной сварки по всей площади или в отдельных местах, в последнем случае используют гравированные валы или электроды различной формы. При нагревании частицы порошка, легкоплавкие волокна и нити, фибриды, пленки расплавляются и образуют склейки между волокнами и нитями, причем часть связующего остается вне склеек. В отличие от них комбинированные и бикомпонентные волокна при нагревании не теряют формы, а только оплавляются по поверхности и образуют склейки только в местах контактов волокон, создавая идеальную точечную структуру склеенного холста. Изменяя толщину легкоплавкой оболочки комбинированных волокон, их соотношение с обычными волокнами п холсте и ре-жимы прессования, можно получать материалы различной структуры: от объемных пористых до материалов, состоящих из сплошной пленки связующего, армированного волокнами.

Бумагоделательный способ получения нетканых полотен основан на формировании волокнистого холста гидродинамическим способом из суспензии волокон, содержащей связующее. Технологический процесс состоит из операций подготовки суспензии волокон, отливки полотна на бумагоделательной машине, обезвоживания, сушки и термообработки. Этот способ весьма перспективный, так как позволяет использовать любое сырье, короткие волокна (2—6 мм) и высокопроизводительное оборудование. В настоящее время таким способом получают полотна медицинского назначения (для белья, халатов, салфеток и т. п.).

Фильерный способ производства нетканых полотен заключается в аэродинамическом формировании волокнистого холста непосредственно из расплава или раствора полимера. Тонкие струйки полимера 3 поступают из отверстий фильеры 4 в обдувочную шахту 2, где при воздействии потока воздуха происходят вытягивание и затвердевание нитей. Из шахты 2 нити подаются на транспортирующую ленту 1, где формируется волокнистый холст. Возможны два варианта формирования холста: горячий и холодный. При горячем режиме нити в момент укладывания размягчены настолько, что возможно образование в местах контактов склеек вследствие аутогезии без введения связующего. Однако в этом случае механические свойства нитей весьма низкие, так как из-за слабой вытяжки и происходящей релаксации при укладывании структура волоком слабо ориентирована. Подобным способом получают клеевую паутинку для склеивания деталей одежды. При холодном формировании холста нити к моменту укладывания полностью затвердевают, поэтому для их скрепления вводят связующее, а затем предусматривают термофиксацию.

Фильерный способ получения нетканых клееных полотен относится к наиболее перспективным. По прогнозам специалистов в ближайшие годы объем производства нетканых полотен фильерным способом достигает 30% общего объема и будет увеличиваться в дальнейшем. Это связано с высокой производительностью установок, упрощения процесса формирования холста, применением химических нитей и возможностью выработки широкого ассортимента полотен.

Комбинированная технология получения нетканых полотен основана на сочетании механических и физико-химических способов скрепления. К такому сочетанию относятся иглопробивание и пропитывание связующим, прошивание каркаса ворсовыми нитями и закрепление их с помощью связующих веществ (тафтинговый способ), нанесение в электростатическом поле волокон на основу, предварительно покрытую клеем (электрофлокирование) и т. д.