Переработка промышленных отходов

Производство нетканых материалов из вторичных волокон

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

Технология производства нетканых материалов имеет сле­дующие преимущества: сокращение производственного цикла и интенсификация производства; использование регенерированных волокон; быстрая смена 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 может осу­ществляться механическим, аэродинамическим и гидродина­мическим способами.

Механическое холстообразование осуществляется с помощью чесальных машин, которые позволяют получить холст заданной ширины и развеса. Этот способ отличают хорошие 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 равномерного по всей ширине холста. 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 формирование холста осуществляется с по­мощью воздушного потока, который транспортирует волокно в зону образования холста.

При аэродинамическом способе холст формируется на поверхности перфорированного барабана или сетчатого конвейера. Предварительно разрыхленные и смешанные волокна отделяются от разрабатывающих элементов холстообразователя с помощью

Ноздушной струи и транспортируются к месту образования холста. Отличительные особенности данного способа холстообразования: нозможность перерабатывать волокна, значительно отличающиеся по своим свойствам и длине; возможность быстрого изменения развеса холста; высокая производительность.

Аэродинамическим способом из отходов текстильного сырья 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 забивают отверстия перфорированного барабана, увеличивая аэродинамическое сопротивление и ухудшая условия их транспортировки.

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

Технология аэродинамического холстообразования ясна из схемы, приведенной на рис. 10.6. Предварительно разрыхленные волокна подаются на быстро вращающийся расчесывающий барабан и захватываются им с помощью специальной гарнитуры. Под действием центробежной силы и воздуш­ного потока волокна отделяются 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 воздушного потока 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 вех направлениях; полу­чать холст с плотностью 10-2000 г/м2. На рис. 10.7 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. При производстве холста гидродинамическим способом можно использовать не только короткие регенерированные тек­стильные волокна, но и целлюлозные и другие трудноперерабаты - ваемые 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. Скорость выпуска холста по этому способу на современных машинах достигает 400 м/мин при ширине 5 м.

По этому способу можно формировать холсты для из­готовления тяжелых и среднетяжелых нетканых материалов, используемых в производстве линолеума, геотекстильных мате-

И)

И»

И)

Риалов, фильтров с большой плотностью, гидро - и электроизо­ляционных материалов.

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

Самым распространенным является иглопробивной, при ко­тором можно использовать холсты, сформированные механи­ческим 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 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 производить НТМ, для которых эксплуатационные характеристики не зависят от различий и свойствах образующих волокон. Такими изделиями являются среднетяжелые 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/м2, полученные иглопробивным способом из текстильных отходов. Такие материалы, изготавливаемые из регенерированных волокон, обладают прекрасными акустическими и механическими свойст­вами (табл. 10.1).

Иглопробивным способом изготавливаются и геотекстильные материалы. Они имеют плотность холста 250—850 г/м2 и предназначены для фильтрации и стабилизации насыпаемого на них фунта.

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 такие волокна не подвержены гниению. Наиболее целесообразно применять 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 с по­мощью 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 латексы, связующие вещества на основе по- ливинилацетата, полиуретана и др.

На рис. 10.8 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 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.

В заключение следует отметить, что с увеличением доли синтетических волокон в текстильных материалах переработка их отходов по классической, рассмотренной нами текстильной технологии становится не всегда эффективной. 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 экструдера в него одновременно с отходами подается первичный полимерный материал, который смешивается с расплавленными и очищенными отходами, что позволяет повысить свойства изготавливаемых 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 проведения 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.