Объединение нетканых материалов: методы, сравнение и руководство по выбору оборудования

Что такое консолидация нетканых материалов и почему это важно

Производство нетканых материалов включает в себя два основных этапа: формирование полотна и консолидация полотна. В то время как формирование полотна упорядочивает волокна в рыхлый мат, консолидация — это процесс, который превращает этот хрупкий узел волокон в целостную функциональную ткань. с измеримыми прочностью, целостностью и эксплуатационными характеристиками.

Без консолидации свежесформованное волокнистое полотно практически не имеет прочности на разрыв и не может быть обработано, намотано или использовано в дальнейшем. Этап консолидации — посредством физического, термического или химического воздействия — создает связи между волокнами, которые придают нетканому материалу его механические свойства, текстуру поверхности, пористость и долговечность.

Важно отметить, что выбор метода консолидации не является второстепенным решением. Он напрямую определяет мягкость или жесткость конечного продукта, его соотношение прочности к весу, эффективность фильтрации и его пригодность для применения в самых разных областях: от хирургических простыней до геотекстильных мембран. Поэтому понимание различий между технологиями консолидации важно для любого, кто проектирует линию по производству нетканых материалов или выбирает ткань для конкретного конечного использования.

Четыре основных метода консолидации нетканого полотна

1. Механическая консолидация

Механическое соединение спутывает волокна физически без использования тепла или химикатов. Двумя доминирующими методами являются прокалывание иглой и гидроперепутывание (спанлейс).

Иглопробивание использует иглы с зазубринами, которые неоднократно проникают в волокнистую ткань, зацепляя и переориентируя волокна, создавая плотную переплетенную структуру. В результате получается прочная, толстая ткань с высокой стойкостью к истиранию, обычно используемая в геотекстиле, автомобильных коврах, фильтрующем войлоке и изоляционных материалах. Плотность игл — обычно от 50 до 500 ударов/см² — напрямую влияет на компактность ткани и прочность на разрыв.

Гидрозапутывание (также называемый спанлейс) достигается перепутывание волокон за счет струй воды под высоким давлением, направленных на полотно. Этот процесс без использования связующих позволяет получить ткани, которые являются исключительно мягкими, драпируемыми и однородными — свойства, которые делают его предпочтительным методом закрепления для салфеток, медицинских повязок и косметических листов. Поскольку в них не добавляются химические связующие, гидропереплетенные ткани считаются более чистыми и более подходящими для контакта с кожей и гигиенических применений.

2. Термическая консолидация

При термосклеивании применяется тепло — под давлением или без него — для плавления термопластических волокон или компонентов связующего внутри полотна, образуя связи в точках контакта волокон при охлаждении. Это наиболее широко используемый метод консолидации в производстве спанбонда и прядения из расплава.

Каландрирование (склеивание горячими валками) полотно проходит через нагретые валики для тиснения, которые прикладывают локализованное тепло и давление, создавая узор из склеенных зон на поверхности ткани. Этот процесс быстрый, точный и хорошо подходит для высокоскоростных линий спанбонда полипропилена. Соотношение склеенной площади — обычно 15–25% поверхности ткани — контролирует баланс между прочностью и мягкостью.

Сквозное соединение (ATB) обеспечивает циркуляцию горячего воздуха по всей толщине полотна, равномерно активируя связующие волокна с низкой температурой плавления по всей структуре. В результате получается объемная, высокая и очень дышащая ткань. ATB — это метод выбора для изготовления гигиенических верхних слоев, слоев подгузников и теплоизоляционных изделий, где мягкость и воздухопроницаемость имеют решающее значение.

Порошковое склеивание распределяет термопластичный порошок по всему полотну, которое затем активируется под действием тепла. Этот бесконтактный метод используется для легких тканей с открытой структурой и получает признание как экономичная альтернатива смешиванию связующих волокон.

3. Химическая консолидация

При химическом соединении жидкое связующее — обычно акриловая, бутадиен-стирольная или поливинилацетатная эмульсия — вводится в волокнистое полотно посредством насыщения, распыления, печати или нанесения пены. После отверждения связующее перекрывает места пересечения волокон и создает склеенную сеть.

Химическое соединение очень универсально и может применяться практически к любому типу волокон, включая натуральные волокна и маты из стекловолокна, которые не подвергаются термической обработке. Однако он имеет тенденцию увеличивать жесткость и вес, а использование химических связующих вызывает вопросы, связанные с выбросами летучих органических соединений и возможностью вторичной переработки. Он по-прежнему широко используется в обшивке автомобильных потолков, фильтрующих материалах и нетканых материалах мокрой укладки.

4. Склеивание растворителем

Связывание растворителем частично растворяет поверхности волокон с помощью растворителя, позволяя соседним волокнам сплавляться при испарении. Эта нишевая техника используется для особых технических применений, требующих точного склеивания без добавления посторонних связующих материалов. Из-за своей сложности и требований к обращению с растворителями он гораздо менее распространен, чем три других метода.

Сравнение методов консолидации: практическое руководство

В таблице ниже приведены ключевые компромиссы между четырьмя основными подходами к консолидации, которые помогают инженерам и планировщикам производства принимать обоснованные решения.

Ни один метод консолидации не является универсальным. Оптимальный выбор зависит от типа волокна, целевой плотности, требуемых характеристик конечного использования и экономики производственной линии. На практике многие современные производственные линии сочетают два этапа консолидации — например, иглопробивание с последующим термическим соединением — для достижения эксплуатационных характеристик, которые ни один из методов в отдельности не может обеспечить.

Выбор правильного метода консолидации для вашего приложения

Соответствие метода консолидации предполагаемому применению является наиболее важным решением при разработке нетканых изделий. Вот практическая разбивка по основным сегментам приложений.

Медицинские и хирургические применения

Хирургические халаты, простыни и повязки на раны требуют барьерных свойств, стерильности и часто мягкости по отношению к коже. Термическая консолидация посредством каландрирования на линиях спанбонд SMS или SMMS является доминирующим подходом, поскольку слой, полученный методом экструзии из расплава, обеспечивает присущую ему барьерную функцию, в то время как слои спанбонда придают материалу прочность и ощущение. Для повязок, контактирующих с раной, предпочтительно использовать гидроперепутывание без связующего, чтобы избежать каких-либо химических остатков. Дополнительную информацию о том, как нетканые материалы используются в медицинских целях, см. в нашем руководстве по применение нетканых материалов в гигиенической, медицинской и промышленной областях. .

Товары гигиены (подгузники и средства ухода за женщинами)

Верхние листы и приемно-распределительные слои в детских подгузниках и средствах женской гигиены должны быть мягкими, хорошо пропускающими воздух и быстро пропускающими жидкость. Сквозное соединение двухкомпонентных волокнистых полотен с использованием системы волокон ПП/ПЭ оболочка/сердцевина обеспечивает требуемую высокую, открытую структуру. Спанбонд, связанный каландром, используется для внешнего покрытия и слоев заднего листа, где прочность и пригодность для печати имеют приоритет.

Фильтрационные материалы

Эффективность фильтрации зависит от размера пор, диаметра волокон и однородности ткани. Полотна, полученные методом выдувания из расплава, из которых производятся волокна обычно диаметром менее 5 микрон, консолидируются посредством самого процесса прядения из расплава, а затем ламинируются слоями спанбонда для формирования композитного фильтрующего материала. Для требовательной фильтрации промышленной пыли иглопробивной войлок из более тяжелых полотен штапельного волокна обеспечивает высокую нагрузочную способность и механическую долговечность. Наш подробный обзор как нетканые материалы работают в фильтрационных приложениях более подробно освещает выбор средств массовой информации.

Сельскохозяйственное и геотехническое использование

Покровы растений, корневые барьеры и геотекстильные мембраны требуют высокой прочности на разрыв, устойчивости к ультрафиолетовому излучению и долговечности при механических нагрузках. Стандартным решением являются иглопробивные полипропиленовые и полиэфирные нетканые материалы, часто плотностью 200–600 г/м2. Плотность игл и глубина прокола регулируются для контроля удлинения и проницаемости ткани в соответствии с требованиями к дренажу почвы.

Как конфигурация машины влияет на качество консолидации

Качество и стабильность закрепления нетканых материалов определяются не только технологией склеивания — они в равной степени определяются точностью и конфигурацией производственного оборудования. Несколько параметров на уровне машины оказывают непосредственное влияние на конечные свойства склеенной ткани.

На линиях с термическим каландром необходимо строго контролировать температуру поверхности валков, давление зажима и геометрию рисунка тиснения. Даже отклонение температуры валика на 5°C может изменить соотношение склеенных площадей и изменить ощущение ткани на ощупь и характеристики растяжения. Высокоточные каландровые системы с замкнутым контуром контроля температуры и равномерным распределением давления зажима необходимы для стабильной производительности при широкой производственной ширине.

На линиях спанбонд количество прядильных балок напрямую влияет на однородность консолидации ткани. Однолучевая линия S производит ткань, подходящую для основных применений, в то время как многолучевые конфигурации — SS, SSS — обеспечивают более равномерное распределение нити перед каландром, что приводит к более равномерной плотности точек скрепления по ширине полотна. Линии по производству нетканых материалов спанбонд со встроенными системами термоскрепления доступны в конфигурациях с одним и тремя лучами для соответствия различным требованиям к выходу и качеству.

Линии производства композитов методом спанбонд, сочетающие балки спанбонд и мельтблаун в таких конфигурациях, как SMS, SMMS или SMMSS, интегрируют консолидацию непосредственно в процесс формования. Слои, полученные методом экструзии из расплава, наносятся на полотно спанбонд в частично связанном состоянии, а затем композит каландрируется до получения единой структуры. Этот поточный подход позволяет производить тщательно контролируемые многослойные ткани с превосходными барьерными свойствами по сравнению с автономным ламинированием. Машины для спанбондирования и выдувания из расплава для консолидации композитов. представляют собой наиболее эффективную платформу для производства тканей медицинского и гигиенического назначения.

Для производителей, специализирующихся на фильтрации, автономный оборудование для выдувания из расплава для производства тонковолокнистых фильтровальных полотен позволяет точно контролировать распределение диаметров волокон и плотность полотна — два параметра, которые напрямую влияют на эффективность фильтрации и перепад давления.

Выбор машины, спецификация волокна и параметры консолидации должны разрабатываться как система, а не как независимые варианты. Инвесторы и инженеры-технологи, планирующие новую линию, должны согласовать все три, прежде чем переходить к оборудованию. Полный контрольный список того, что необходимо оценить перед вводом в эксплуатацию производственной линии, можно найти в нашем руководстве по основные приготовления перед запуском линии по производству нетканых материалов из ПП .