ШВЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

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 осуществляют различными способами: провязыванием нитя­ми и волокнами, иглопробиванием, склеиванием, сваркой, свой - лачиванием и др.

Разнообразие способов производства нетканых полотен поло­жено в основу их классификации (схема 1.5). По способам скреп­ления различают нетканые полотна трех классов: скрепленные Механическим, физико-химическим и комбинированным спосо­бами. Классы полотен, в свою очередь, подразделяются на под­классы. Далее деление полотен ведется на группы в зависимости от »8ида основы материала: холст, система нитей, каркас и их различ­ие сочетания.

T Строение нетканых полотен. Структура нетканых полотен в зна­чительной степени определяется способом производства. Техноло­гический процесс изготовления нетканых полотен складывается

Двух этапов: подготовки основы (холста, системы нитей, ткани № т. п.) и ее скрепления.

Lj Подготовка волокнистого холста заключается в подборе смеси ролокон и нитей, разрыхлении, смешивании, очистке и прочесы­вании волокнистой массы и формировании холста. Для производ-

Ства 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 дает возможность с большим экономическим эффектом использовать волокнистое сырье. Для образования волокнистой массы в зависимости от вида перерабатываемого сырья использу­ют машины разрыхлительного, трепального и чесального отделе­ний прядильного производства.

Формирование холста может быть осуществлено несколькими способами: механическим, аэродинамическим, гидродинамичес­ким и электростатическим. При механическом способе прочесы с чесальных машин укладываются друг на друга с помощью транс­портирующих лент.

В зависимости от направления укладывания прочесов различа­ют холсты с разной ориентацией в них волокон: продольной, про- дольно-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 (конденсера) 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.

Механическая технология скрепления основана на воздействии рабочих органов оборудования на обрабатываемый волокнистый материал. При этом используются вязально-прошивной, игло­пробивной, струйный и валяльный способы соединения, из ко­торых наибольшее распространение 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. Холстопрошивные нетканые полот­на получают на вязально-прошивных машинах. Волокнистый холст (рис. 1.46) с помощью транспортирующей ленты подается в зону вязания. Пазовые иглы прокалывают снизу вверх волокнистый холст и захватывают провязывающие нити, которые подают ушковины. Нити сматываются с навоя. При обратном ходе пазовые иглы про­тягивают нити через холст, образуя основовязаное переплетение. Готовое полотно наматывается на товарный валик. Холстопрошив - ное полотно представляет собой холст, заключенный внутри ред­кого трикотажного переплетения, на лицевой стороне которого располагаются петельные столбики, а на изнаночной — зигзагооб­разные протяжки (рис. 1.47). Его разновидность — полотно, 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 холстопрошивных полотен, только в зону вязания пода-

Рис. 1.46. Схема получения нетка­ного полотна вязально-прошпв-

Ным способом:

1 — транспортирующая лента, 2 - Холст; 3 — павой; 4 — провязываю­щая нить; 5— ушковпна; б — пазо­вая игла; 7— холстопрошивное гю-

7 _

Лотно; 8 — товарный калик

....^"'■'«^WJ^-l'Ml'i;"-»* • М.» т ......-------- —

_ ,.«.4 ......... . ..•.....«.•.■ ... « » ... .V... - • - .

■ <А.|1 t«.I. H. .V.-I. I I I Г *

Рис. 1.48. Нитепрошивное нетканое полотно

Ются одна (уток) или две (уток и основа) системы нитей, кото­рые провязываются третьей системой (рис. 1.48).

Нетканые нитепрошивные полотна можно вырабатывать плю­шевым переплетением, что позволяет получать махровые и ворсо­вые полотна.

Каркасопрошивные нетканые полотна получают аналогичным образом, 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. п. В качестве каркасной основы используют ткань (тканепрошивные полотна), трикотаж, нетканый материал. Разновидностью каркасопрошивных полотен являются полотна, в которых каркасный материал провязывается волокнами холста, ук­ладываемого на каркас. 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 (рис. 1.49). Волокнистый холст (рис. 1.50) подается с помо­щью транспортирующей ленты в зону иглопрокалывания между Прокладочным и очистительным столами. Столы имеют отверстия Для прохождения игл и фиксирования положения холста при про­калывании. Иглы закреплены на игольной доске, 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 (рис. 1.51) изменяются расположение волокон, их ори­ентация. В местах проколов образуются пучки волокон, располо­женные перпендикулярно плоскости холста; с помощью этих пуч-

Рис. 1.49. Игла, применяемая для получения нетканых полотен иглопробивным способом

Ков 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 проколои (а следовательно, частота расположения пучков волокон), тем выше прочность связывания.

Струйный способ скрепления волок­нистого холста основан на воздействии на него тонкими струями жидкости или газа, которые выбрасываются из сопел под давлением 1,4 — 32,4 МПа со скоростью 15 — 30 м/с. Наиболее распространено применение струй воды. Холст располагается на сетчатом транспортере и подвергается одностороннему или двух­стороннему воздействию струг! воды, в результате чего происхо­дит перепутывание волокон в холсте с образованием достаточно прочного материала. Подача струй воды может быть непрерывной и пульсирующей. Прочность скрепления холстов зависит от давле­ния, числа сопел на единице площади холста, скорости его пода­чи к струйному устройству. Большое влияние на структуру и внеш­ний вид нетканого материала оказывает структура подложки — сетки, на которой помещается холст. Если подложка имеет рельеф­ную структуру, то струи воды, ударяясь о рельефы, отклоняются и вторично воздействуют на холст. В результате связующие уплотнен­ные пучки волокон располагаются не только вертикально к поверх­ности холста, но и горизонтально или наклонно. При этом волок­на, попавшие в углубление подложки, перепутываются интенсив­нее и образуют на поверхности полотна рисунчатые эффекты.

Иглопробивной и струйный способы можно рассматривать как способы предварительного скрепления холстов, так как получае­мые полотна обладают значительным удлинением и большой до­лей необратимой деформации.

Рис. 1.50, Схема получения нетканою полотна иглопробивным способом-

1 — холст: 2 — транспортирующая леШ-i. 3 ~ прокладочный стол; 4 — очистит-' ный стол; 5 — иглы; 6 — игольная доск-1

Рис. 1.51. Ориентация волокон в иглопробивном нетканом полотне

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 связуюшие, 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 Лрех типов: термопластичные, термореактивные и на основе кау - 1'Чуков (резины).

Термопластичные связующие представляют собой полимеры, ^способные при нагревании или растворении размягчаться и скле - щвать структурные элементы основы. К ним относятся полиэти - |Лен, поливинилацетат, поливиниловый спирт, полипропилен, ролиуретаны, производные целлюлозы и др. Термопластичные свя - рующие применяют в различных видах: растворы полимеров, вод­ные дисперсии, порошки, фибриды, волокна, пленки, сетки. Их Заносят предварительно на волокна из расплава или растворов ^Комбинированные волокна) или вводят в состав волокон при их [формовании (бикомпонентные волокна).

К, Термореактивные связующие затвердевают в результате хими­ческих реакций с образованием необратимой трехмерной структу - ■рьт. 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 полотнам повышенную жест­кость.

Связующие на основе каучуков затвердевают в результате вул­канизации. Они широко применяются в виде водных дисперсий синтетических каучуков (латексы) с добавлением термореактин - ных 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 связующим, рас­пыленным над движущимся холстом, с использованием вакуум­ного отсоса для более глубокого проникания его в структуру обус­ловливает уменьшение количества склеек и получение более мяг­кого полотна.

Подобного 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 способствуй прочному склеиванию структурных элементов нетканого полотна в результате вулканизации каучука или размягчения термоплас­тичного связующего. Однако при сушке и термообработке возмож­на миграция частиц связующего к поверхностным слоям, что мо­жет вызвать расслаивание волокнистого холста.

Склеивание твердыми связующими основано на скрепленпп волокон и нитей основы нетканого полотна термопластичными связующими при нагревании, которые вводятся в структуру осно­вы на этапе подготовки волокнистой массы в виде порошка, лег­коплавких волокон, фибридов, комбинированных и бикомпонент - ных волокон; при формовании 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; если же в от­дельных местах, то используют гравированные валы или электро­ды различной формы. При нагревании частицы порошка, легко­
плавкие 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 форму, 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 в холсте и режимм 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 формовании 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 формовании волокнистого холста непо­средственно из расплава или раствора полимера (рис. 1.52). Тонкие струйки полимера поступают из отверстий фильеры в обдувочную шахту, где при воздействии потока воздуха происходят вытяги­вание и затвердевание нитей. Из шахты нити подаются на транс­портирующую ленту, где формуется волокнистый холст. Возмож­ны два варианта формования холста: горячий и холодный. При горячем режиме нити в момент укладывания размягчены настоль­ко, что в местах контактов возможно образование 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 волокон слабо ори­ентирована. Подобным способом полу­чают клеевую паутинку для склеивания Деталей одежды. При холодном формова-

Рис. 1 .52. Схема получения нетканого полот­на фильерным способом:

1 — транспортирующая лепта; 2 — обдувочная шахта; 3— струйки полимера; 4— фильера
нии холста нити к моменту укладывания полностью затвердевают, поэтому для их скрепления вводят связующее, а затем проводят термофиксацию.

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

Комбинированная технология получения нетканых полотен ос­нована на сочетании механических и физико-химических спосо­бов скрепления. Варианты сочетаний способов могут быть различ­ными: например, предварительное иглопробивное или струйное скрепление холста и последующее соединение его связующим; прошивание каркаса ворсовыми нитями и закрепление их с помо­щью связующих реагентов и т. п. К комбинированному способу можно отнести струйную обработку холста, содержащего легко­плавкие волокна, фибриды или бикомпонентные волокна, горя­чим воздухом или водой. При этом происходит не только перепу - тывание волокон холста, но и их термоскрепление.

Основные характеристики структуры. До сих пор нет устоявшей­ся классификации характеристик структуры нетканых полотен, что связано с постоянным совершенствованием технологии их изго­товления и появлением все новых разновидностей структур. По­этому в настоящее время структура нетканых полотен характери­зуется параметрами строения их основы (волокнистого холста, систем нитей, ткани, трикотажа и т. д.) и параметрами элементов скрепления (прошивок, склеек).

Структура волокнистого холста определяется линейной плот­ностью волокон и нитей, степенью их распрямленности и ори­ентации в холсте, числом слоев прочесов. Степень распрямлен­ности волокон характеризуется коэффициентом изогнутости С, Который представляет собой отношение истинной длины L„ во­локна к расстоянию а между точками скрепления волокна или его концами:

С= LJa.

Ориентация волокон в холсте оценивается углом наклона р во­локна к продольному направлению холста. Так как расположение волокон в холсте неодинаковое, то принято определять показате­ли указанных характеристик у большого числа волокон и строить кривые их распределения, по которому можно установить пре­имущественное значение коэффициента изогнутости и угла ори­ентации.

Если в качестве основы нетканого полотна служат системы па­раллельных нитей, ткань или трикотаж, то характеристиками струк­туры этого полотна являются число нитей по длине и ширине, а также общепринятые характеристики структуры ткани и трико­тажа.

Существенное влияние на характер структуры нетканого по­лотна оказывает способ скрепления элементов его основы. При вязально-прошивном способе скрепления характеристики струк­туры прошивки аналогичны характеристикам структуры трикота­жа. Это число петель по длине Пх и ширине Пт полотна на услов­ной длине 50 мм, длина нити в петле /п. Кроме них определяют длину прошивной нити L, мм, на 1 м2 полотна:

L = 0,4 ЯДЛШ/П

И уработку У, %, нити:

У= 100(1,- L2)/L,

Где Lx — длина нити, мм; Ь7 — длина участка полотна, из которо­го вынута нить, мм.

Структура иглопробивного полотна характеризуется частотой проколов, приходящихся на 1 см2.

Отличительная особенность клееных нетканых полотен, полу­ченных по физико-химической технологии, состоит в наличии зон скрепления (склеек) волокон или нитей связующими веществами. Структура склеек характеризуется конструкцией, внешним видом, размерами, распределением и числом волокон в склейке. Различа­ют несколько типов склеек, встречающихся в структуре нетканых полотен.

Контактные склейки (рис. 1.53, а) образуются прослойкой свя­зующего между волокнами в местах их контакта. Они характеризу­ются минимальными размерами и небольшой прочностью; возни­кают преимущественно при использовании в качестве связующего комбинированных и бикомпонентных волокон, фибридов и при горячем формовании фильерного холста.

Склейки-муфты (рис. 1.53, б) образуют более прочное соеди­нение, но менее подвижное, чем контактные, так как пленка свя-

Зуюшего обволакивает волокна в местах пересечения. Эти склейки возникают при скреплении холстов жидкими и твердыми связую­щими.

Ламельные склейки в виде пластин (рис. 1.53, в) являются как бы увеличенными по длине волокон муфтами, они резко ограни­чивают подвижность волокон в соединении. Ламельные склейки возникают преимущественно при использовании в качестве связу­ющего латексов.

Агрегатные склейки скрепляют более двух волокон, располо­женных параллельно (рис. 1.53, г) или хаотически (рис. 1.53, д). При параллельном расположении волокон конструкция склейки сочетает в себе контактную склепку и муфту, такая склейка обла­дает максимальной прочностью и минимальной подвижностью. При хаотическом расположении волокон прочность склейки немного ниже.

В нетканых полотнах могут встречаться одновременно склейки различных типов, долевое соотношение которых зависит от вида волокон, структуры холста, вида связующего и условий изготов­ления полотна. Различают три основных типа структуры нетканых клееных материалов: сегментную, агломератную и точечную.

В сегментной структуре (рис. 1.54, а) основную долю составля­ют агрегатные и ламельные склейки, которые имеют тенденцию к образованию непрерывной трехмерной сетчатой структуры внутри материала. В материалах сегментной структуры свойства определя­ются в большей степени свойствами связующего, чем свойствами волокон, подвижность которых крайне мала. Материалы отлича­ются жесткостью и малой проницаемостью.

Агломератная структура (рис. 1.54, б) характеризуется нали­чием преимущественно склеек-муфт, а также случайными скоп­лениями связующего различной формы. По сравнению с сегмент­ной структурой она более подвижная и менее жесткая.

В точечной структуре (рис. 1.54, в) присутствуют контактные склейки и склейки-муфты. В ней наиболее рационально распреде­ляется связующее. Свойства нетканого полотна точечной структу­ры определяются свойствами составляющих волокон, характером цх расположения и прочностью склеек. Такие полотна отличаются мягкостью, подвижностью, хорошей проницаемостью.

Структура клееных нетканых полотен характеризуется долей связующего в общей массе полотна и коэффициентом использо­вания связующего Ксл, который определяется как отношение мас­сы Мскл или объема УСкЯ связующего в склейках к общей массе Мсв Или объему VCtt связующего в полотне;

К = Л/ /М = V /V