ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Производство нетканых материалов из вторичных волокон

Большие возможности для использования текстильных отходов представляет производство нетканых материалов, которые изготав­ливают из волокон, минуя стадию выработки пряжи.

Технология производства нетканых материалов имеет следую­щие преимущества: сокращение производственного цикла и интен­сификация производства; использование регенерированных воло­кон; возможность быстрой смены ассортимента выпускаемой про­дукции; низкая себестоимость продукции; сокращение энергозат­рат и расхода материальных ресурсов.

Нетканые текстильные материалы (НТМ) получают различны­ми способами, но все они включают следующие обязательные ста­дии процесса: смешивание волокон; формирование холста из воло­кон; закрепление нетканого холста. Понятие "холст" в данном случае относится к однослойной или многослойной волокнистой массе с одинаковой толщиной и плотностью, с требуемым располо­жением волокон, обладающих заданной длиной.

Свойства НТМ зависят от их структуры, на которую влияют: характеристики волокнистого сырья; технология формирования и закрепления холста; расположение волокон в холсте. Формирова­ние холста из вторичных волокон возможно механическим, аэро - и гидродинамическим способами.

Механическое холстообразование осуществляется с помощью чесальных машин, которые позволяют получить холст заданной ширины и развеса. Этот способ отличают хорошее разрыхление и смешивание различных волокон, а также возможность переработки волокна, неоднородного по качеству. При использовании в произ­водстве нетканых изделий чесальных машин особое внимание уде­ляется созданию условий для формирования холста. Этому способ­ствуют вибропитатели, которые обеспечивают равномерность по­дачи волокнистой массы за счет высокой точности ультразвукового контроля наполнения волокном вибрационной шахты. Этим спосо­бом из текстильных отходов изготавливают НТМ среднетяжелого и тяжелого типов. Для получения холстов большой массы чесальные машины агрегируются последовательно, что позволяет наслаивать образующиеся на каждой машине слои (ватки) друг на друга.

Аэродинамическое формование холста осуществляется с по­мощью воздушного потока, который транспортирует волокно в зо­ну образования холста. При этом способе холст формируется на поверхности перфорированного барабана или сетчатого конвейера. Предварительно разрыхленные и смешанные волокна отделяются от разрабатывающих элементов холстообразователя с помощью воздушной струи и транспортируются к месту образования холста. Отличительные особенности данного способа холстообразования: возможность изготовления изотропного холста; возможность пере­рабатывать волокна, значительно отличающиеся по своим свойст­вам и длине; возможность быстрого изменения развеса холста; вы­сокая производительность.

Аэродинамическим способом можно изготавливать холст разве­сом 10 - 2000 г/м2. Недостатком аэродинамического способа явля­ется зависимость качества полотна от линейной плотности перера­батываемых волокон. В частности, тонкие легкие волокна забива­
ют отверстия перфорированного барабана, увеличивая аэродинами­ческое сопротивление и ухудшая условия их транспортировки.

Холсты, полученные аэродинамическим способом, могут ис­пользоваться при изготовлении линолеума, прокладок, тепло-, шу - моизоляционных материалов, наполнителей для подушек, матра­цев, спальных мешков и других изделий.

Технология аэроди­намического холстооб - разования ясна из схе­мы, приведенной на рис. 12.6. Предвари­тельно разрыхленные волокна подаются на быстро вращающийся расчесывающий бара­бан и захватываются им с помощью специ­альной гарнитуры. Под действием центробеж­ной силы и воздушного рис_ 12.6. Схема аэродинамического формирова - потока волокна отделя - ния холста НТМ

Ются от гарнитуры ба­рабана и транспортируются на поверхность перфорированного ба­рабана или сетчатого конвейера. Одним из главных технических параметров процесса является скорость воздушного потока. При малой скорости волокно плохо прижимается к перфорированному барабану (или сетчатому конвейеру) и происходит сдвиг волокни­стой массы, что приводит к неравномерности полотна. При боль­шой скорости отверстия барабана забиваются волокном. Для опти­мальной работы оборудования целесообразно поддерживать скоро­сть воздушного потока в пределах 10 - 15 м/с. Скорость формиро­вания холста достигает 80 м/мин.

Гидродинамический способ холстообразования (его иногда на­зывают мокрым или бумагоделательным) реализуется с помощью водной среды, которая является одновременно дисперсионной сре­дой для волокна и транспортирующим агентом для его перемеще­ния в зону образования холста.

Гидродинамический способ образования холста позволяет: ис­пользовать короткие дешевые волокна, образующиеся при перера­ботке отходов; смешивать в любом соотношении волокна различно­го вида и происхождения; получать полностью изотропное полот­но, у которого свойства одинаковы во всех направлениях. При про­изводстве холста гидродинамическим способом можно использовать

Не только короткие ре­генерированные тек­стильные волокна, но и целлюлозные и другие трудноперерабатываемые иными способами во­локна. Основные пре­имущества гидродина­мического способа фор­мирования холста за­ключаются в возможно­сти смешивания и ис­пользования самых раз­личных, в том числе очень дешевых, воло­кон, и получении по­лотна с высокой одно­родностью свойств. Способ позволяет по­лучать холст с плот­ностью 10 - 2000 г/м2. На рис. 12.7 показана схема агрегата гидроди­намического формиро­вания холста НТМ.

При этом способе в специальных емкостях образуется дисперсия волокна в воде с кон­центрацией 0,01 - 0,1 %. Дисперсия перемешива­ется с помощью лопаст­ной мешалки и подает­ся на наклонное сито в зону формирования холста. Вода, прошед­шая через сито, возвра­щается в производст­венный цикл, а сфор­мированный холст за­крепляется с помощью связующих веществ и подается в сушилку.

Скорость выпуска холста этим способом на современных машинах достигает 400 м/мин при ширине полотна 5 м. Этим способом можно формировать холсты для изготовления тяжелых и среднетя- желых нетканых материалов, используемых в производстве лино­леума, геотекстильных материалов, фильтров с большой плотно­стью, гидро - и электроизоляционных материалов.

Производство нетканых текстильных материалов из сформиро­ванного волокнистого холста осуществляется иглопробивным, вя - зально-прошивным и клеевым способами.

Самым распространенным является иглопробивной, при кото­ром можно использовать холсты, сформированные маханическим и аэродинамическим способами. По этой технологии производят НТМ из холста плотностью 50 - 2000 г/м2, а иногда и до 5000 г/м2. Иглопробивная технология состоит из следующих опе­раций: подготовки и смешивания волокна, формирования холста, иглопрокалывания, финишной отделки (при необходимости). Для увеличения прочностных свойств иглопробивных НТМ иногда ис­пользуют армирующие текстильные полотна различных способов производства (ткани, трикотаж, НТМ).

При иглопробивной технологии для получения холста можно использовать почти все виды волокон: натуральные, искусствен­ные, синтетические, металлические, стеклянные, асбестовые, ми­неральные. Наибольшее влияние на свойства НТМ, полученных иглопробивным способом, оказывают следующие свойства волокон: длина, извитость, линейная плотность, форма поперечного сече­ния, структура поверхности, эластичность, устойчивость к много­кратным деформациям и др.

Этим способом целесообразно получать НТМ, для которых экс­плуатационные характеристики не зависят от различий в свойст­вах образующих волокон. Такими изделиями являются среднетя - желые и тяжелые материалы, где разница в свойствах волокон ни­велируется за счет больших толщин холста. По этой технологии изготавливают НТМ для производства: напольных покрытий (ков­ров); технических войлоков; объемных прокладок для швейной промышленности; тепло-, звукоизоляционных материалов; фильт­ровальных материалов и др.

Например, в конструкции автомобилей широко используют тепло-, звукоизоляционные материалы с плотностью холста 1000 г/м, полученные иглопробивным способом из текстильных отходов. Такие материалы, изготавливаемые из регенерированных волокон, обладают прекрасными акустическими и механическими свойствами (табл. 12.1). Физико-механические и акустические свойства шумопоглощающего иглопробивного нетканого материала из регенерированных волокон приведены ниже:

Толщина, мм............................................

Поверхностная плотность, г/м2 ... .

Разрывная нагрузка, Н, в направлении:

Продольном.......................................

Поперечном......................................

Теплопроводность, Вт/(м К)

Грибоустойчивость, баллы......................

Коэффициент звукопоглощения, %, на частотах, Гц:

250 ....................................................

500 ....................................................

1000 ..............................................................................

2000 ..............................

4000 ..................................................

6000 ..............................................................................

Иглопробивным способом изготавливаются и геотекстильные материалы. Они имеют плотность холста 250 - 850 г/м2 и предназ­начены для фильтрации и стабилизации насыпаемого на них грун­та. Такие материалы используют при строительстве железных и автомобильных дорог, в борьбе с эрозией почвы, для укрепления берегов каналов, водохранилищ, пляжей, дамб, насыпей, при стро­ительстве спортивных площадок, взлетно-посадочных полос аэрод­ромов и для других целей. Срок службы таких материалов, изго­товленных из синтетических волокон, не менее 20 лет, поскольку волокна не подвержены гниению. Наиболее целесообразно при производстве геотекстильных материалов использовать полиэфир­ные и полипропиленовые волокна, полученные из отходов.

При вязально-прошивном способе производства закрепление холста производится с помощью тех же волокон или с применени­ем ниток. В первом случае принципиально важно использовать холст, имеющий не менее 30% волокон длиной более 40 мм, кото­рые и должны выполнить закрепляющую роль и обеспечить проч­ность изделия.

Вязально-прошивным способом из восстановленных волокон изготавливают одеяла, упаковочные материалы, подкладочные ма­териалы для мебели и обуви, для напольных покрытий (линолеума и ковра) с плотностью холста 200 - 400 г/м2.

При клеевом способе закрепление холста производится путем пропитки дисперсией связующего вещества или оплавлением тер­мопластичных волокон, входящих в состав полотна. В качестве
связующего для закрепления холста применяются полиакрилатные дисперсии, бутадиен-стирольные и бутадиен-акрилонитрильные ла - тексы, связующие вещества на основе поливинилацетата, полиуре­тана и др.

На рис. 12.8 показана поточная линия для производства НТМ путем закрепления холста с помощью дисперсии связующего веще­ства. Предварительный питатель 1, смеситель-разрыхлитель 2 и аэродинамический холстообразователь 3 формируют холст, кото­рый проходит через пропиточную ванну 4 и с помощью транспор­тирующей сетки 5 подается на перфорированный барабан 6 и да­лее в вакуумирующее устройство 7, где происходит стекание и удаление с помощью вакуума излишнего связующего. Затем мате­риал высушивается в сушилке конвективного типа 8 и наматыва­ется в рулоны 9.

Закрепление холста по другому способу изготовления клееного НТМ достигается путем тепловой его обработки, в результате ко­торой часть волокон холста с более низкой температурой плавле­ния, чем у основной массы волокон, оплавляется и скрепляет весь холст. В качестве оплавляемых применяют волокна из ПВХ, поли­этилена, полипропилена. Технологическая схема производства клееного НТМ с закреплением холста с помощью волокон из тер­моплавких полимеров проста и состоит из операций по формирова­нию холста и его термической обработки. Вследствие этого указан­ная технология по сравнению с пропиткой холста дисперсией свя­зующего и последующей сушкой имеет ряд преимуществ: возмож­ность использования дешевых связующих полимеров; более высо­кая производительность; меньшие площади, занимаемые оборудо­ванием, отсутствие сточных вод и вредных выбросов; менее высо­кая энергоемкость.

Следует отмстить, что с увеличением доли синтетических во­локон в текстильных материалах переработка их отходов по клас­сической текстильной технологии становится не всегда эффектив­ной с точки зрения получения высококачественного вторичного сырья. Поэтому в последние годы появились принципиально но­вые, химические способы переработки отходов текстильных мате­риалов из синтетических волокон.

Один из таких способов заключается в измельчении отходов и подаче их шнеком на специальный экструдер-гранулятор, где они расплавляются и очищаются от вспомогательных веществ, содер­жащихся в текстильном материале. Благодаря специальной конст­рукции экструдсра в него одновременно с отходами подастся пер­вичный полимерный материал, который смешивается с расплав­ленными и очищенными отходами, что позволяет повысить свойст­ва получаемых гранул.

Другим нетрадиционным способом переработки отходов тек­стильных материалов из синтетических волокон является экстраги­рование селективными растворителями полимерной части отходов, благодаря которому можно получать очищенный от всех примесей полимер. Технологический процесс регенерации синтетического полимера из текстильных отходов состоит из следующих стадий: измельчения отходов; растворения синтетических волокон; фильт­рации раствора от нерастворимых примесей; высадки полимера из растворителя; сушки полимера; грануляции полимера.

Таким образом, современная промышленность располагает раз­личными технологиями и оборудованием для переработки тек­стильных отходов. Окончательное решение о выборе того или ино­го способа переработки может быть принято после технико-эконо­мического анализа, позволяющего учесть все расходы, в том числе транспортные (на доставку отходов) и энергетические (на проведе­ние техпроцесса), а также наличие устойчивого спроса на продук­цию из перерабатываемых отходов.