Изготовление нетканых материалов посредством скрепления волокнистых холстов ультразвуковой сваркой.
Сущность технологии изготовления нетканых полотен заключается в получении волокнистых холстов и образовании между волокнами прочных связей. Холст - это определенным образом сформировавшийся слой, состоящий из равномерно распределенных в нем нескрепленных волокон. Широко распространен клеевой способ изготовления нетканых материалов, при котором связь между волокнами определяется адгезией связующего к волокнам. Помимо этого способа, применяют различные механические технологии, когда скрепление волокон в холстах осуществляется вязально-прошивным, иглопробивным и валяльно-войлочным способами. Применяют также способы горячего прессования, бумагоделательный, получение нетканых материалов из расплава полимера и др.
Наряду с несомненными достоинствами указанным способам присущи и недостатки, обусловливающие хаотическую ориентацию волокон, ограниченную толщину получаемого материала и его низкую прочность. В большинстве случаев прочность волокон не превосходит 20% прочности материала.
В настоящее время ведутся исследования в области создания нетканых материалов посредством ультразвуковой сварки холстов, сформированных из термопластичных волокон либо из их смеси с натуральными или химическими волокнами, а также разработки технологии и оборудования для изготовления материалов с помощью ультразвука. Сущность способа заключается в том, что волокна холста, которые могут быть ориентированы или распределены случайно, скрепляются посредством ультразвуковой сварки. При этом холст может состоять из термопластичных волокон (полипропилена, капрона, лавсана, сарана, хлорина и др.) либо из их смеси с хлопком, вискозой, шерстью и другими нетермопластичными волокнами. В последнем случае размягченная термопластичная составляющая обволакивает нетермопластичные волокна, образуя прочные соединения. С увеличением содержания нетермопластичных волокон прочность нетканых материалов падает практически линейно. Причем предельно допустимым содержанием нетермопластичных волокон можно считать 65%.
Из всего разнообразия карбо - и гетероцепных волокон чаще всего используются полипропиленовые и полиэтилентерефталатные (лавсановые). Такой выбор обусловлен исключительными свойствами этих волокон, в частности, гидрофобностью, делающей их незаменимыми для изготовления волокнистых фильтров, работающих во влажной среде. Поскольку волокнистые холсты характеризуются большим коэффициентом затухания, то их скрепление можно выполнять по схеме контактной ультразвуковой сварки.
Для непрерывного осуществления процесса наиболее приемлем способ шовно-шаговой сварки, являющейся разновидностью прессовой сварки, с шаговым перемещением материала. При такой схеме сварки предотвращаются деформации и разрывы нескрепленного холста при сварке и транспортировке готового материала на заданный шаг. При этом сварные швы располагают как в направлении, перпендикулярном продольной оси холста, так и под углом к оси (рис. 3.27,а,б). Протяженные швы можно получить при использовании нескольких сварочных головок, установленных таким образом, чтобы обеспечивалось перекрытие сварных швов (рис. 3.27,в).
Режим сварки определяет количество энергии, вводимой в свариваемый материал и, следовательно, возможность разогрева зоны сварки до температуры вязкотекучего состояния волокна. Процесс образования сварного соединения в этом случае можно условно разбить на три стадии.
На первой - происходит частичное размягчение поверхности волокон, расположенных в слоях, прилегающих к волноводу. Шов имеет спрессованную волокнистую структуру и незначительное усилие разрыва.
На второй стадии волокна, расположенные в слоях, прилегающих к волноводу, полностью переходят в вязкотекучее состояние, и размягченный термопластичный полимерный материал вдавливается сварочным давлением во внутренние слои холста, скрепляя их. Шов имеет при этом характерный матовый оттенок и значительную прочность.
Третья стадия характеризуется полным переходом термопластичного материала между волноводом и опорой в вязкотекучее состояние. Шов приобретает вид прозрачной пленки толщиной 15-20 мкм, прочность его незначительна.
Отделка.
Для отделки нетканых материалов используются огнезащитные и водоотталкивающие составы, антистатики, мягчители, противобактериальные и термоклеевые материалы, замасливатели и другие вещества для поверхностной обработки. Отделка нетканых материалов либо является составной частью производственного процесса, либо проводится самостоятельно, по завершении производства - в зависимости от процесса и типа отделки. Часто на одной из стадий производства добавляются антистатики, а некоторые виды поверхностной обработки, например, травление, также являются частью производственного процесса. Огнезащитные и водоотталкивающие составы добавляются отдельно. Некоторые специальные методы отделки полотен предполагают их высокоэнергетическую плазменную обработку, которая влияет на поляризацию материала и улучшает его фильтрующие свойства.
Лекция 15