Mechanická technologie netkaných textilií Katedra netkaných textilií a nanovlákenných materiálů KAPITOLA IV.

Transkript

1 KAPITOLA IV. Příprava vlákenné vrstvy s nahodilou orientací vláken (aerodynamicky, hydrodynamicky) Doporučená literatura: O.Jirsák, K.Kalinová: Netkané textilie skripta TUL; S.J.Russell: Handbook of nonwovens, Woodhead Publishing Ltd, 2007; W.Albrecht: Nonwoven Fabrics, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2003.

2 PŘÍPRAVA VLÁKENNÉ VRSTVY 1 TVORBA VLÁKENNÉ VRSTVY Suchou cestou Mokrou cestou Náhodná orientace vláken Z polymeru MYKÁNÍ AIR LAID SPUN LAID Vlákna jsou uložena podélně, příčně nebo kolmo. Náhodná orientace vláken SPUNBOND MELTBLOWN ELECTROSPINNING Převážně náhodná orientace vláken

3 Široký rozsah zpracovatelných vláken Mechanická technologie netkaných textilií Vlákenný materiál je přiváděn k rotujícímu rozvolňovacímu válci. Ojednocená vlákna jsou jím vrhána do proudu vzduchu. Následně dopadají na kondenzační perforovaný pás nebo válec. Aerodynamická tvorba rouna Výrobky z aerodynamicky vytvořeného rouna mají proti výrobkům z mykané vlákenné vrstvy následující výhody: Vlákna jsou orientována náhodně izotropní struktura. Vlákenná vrstva může být objemnější tj. s nižší objemovou hmotností. Rozsah dosažitelných plošných hmotností je ( g/m 2 ) rovnoměrnost lehčích výrobků (do 30 g/m 2 ) je však nízká.

4 Nevýhody aerodynamické tvorby rouna Nízká úroveň rozvolnění vláken Vyžaduje použití předem rozvolněné suroviny nebo kombinovat rounotvořič s mykacím strojem. Nehomogenní struktura vlákenné vrstvy po šířce z důvodu nerovnoměrného proudu vzduchu blízko stěn kanálu. Řešení spočívá v kvalitě konstrukce a provedení řízení proudu vzduchu. Nebezpečí zcuchání a zapletení vláken v proudu vzduchu. Toto riziko lze eliminovat zvýšením poměru objemu vzduch/vlákno. To však způsobí snížení produktivity výroby a zvýšení energetické náročnosti vzhledem k zvýšení spotřeby proudícího vzduchu. Vztah mezi objemem vzduchu a produktivitou stroje ukazuje na důležitost délky a jemnosti vláken. Q A -objem vzduchu(m 3 /hod), K -konstanta, P -výrobnost stroje (kg/hod), L - délka vláken (m) a D jemnost vláken (dtex). 2 P. L Q A K. D Mechanická technologie netkaných textilií Ze vztahu vyplývá, jak velký vliv má délka vlákna

5 Používaná vlákna I. Výrobky pro hygienu, filtraci atd. Celulózová a přírodní vlákna Celulózová vlákna délky cca 2 mm Bavlněný linters 1,5-10 mm. Syntetická vlákna 1,7 3,3 dtex Viskóza 5 15 mm PES, PAD, POP, POE

6 Používaná vlákna II. Výrobky objemné (termoizolace, nábytkáři, atd.) Přírodní vlákna Použití hlavně ve směsích druhotných vláken a experimentálně v ekotextiliích vlna, juta, len, konopí kenaf. Syntetická vlákna 1,7 150 dtex, délka mm PES, PAD, POP, POE, bico

7 Používaná vlákna III. Speciální vlákna a nevlákenné substráty Superabsorbenty ve formě vláken Vlákenná struktura výhodnější pro dynamiku sorbce, vlákna jsou však obtížně zpracovatelná klasickými textilními technologiemi. Kovová vlákna, čedič, sklo Nevlákenné materiály granule, částice, hrudky

8 Příklad aerodynamického rounotvořiče Výrobnost do 3000 kg/hod

9 Schéma linky včetně vzduchotechniky

10 Kontrolní otázky k technologii Airlaid 1. Porovnejte vlastnosti vlákenné vrstvy vyrobené technologií Airlaid s vlákennými vrstvami vyrobenými technologiemi příčného kladení a kolmého kladení. 2. Vyjmenujte technologické parametry technologie A

11 Randomizované mykání kombinace mykání a aerodynamické technologie Hlavním úkolem této kombinace je vyrobit izotropní vlákennou vrstvu (s nahodilou orientací vláken) s dobrou hmotnou stejnoměrností lehkých výrobků a s vysokou produktivitou výroby. Prvním krokem je mykání, jehož výstupem jsou perfektně ojednocená a promíchaná vlákna Druhým krokem je nahodilé aerodynamické ukládání vláken na sítový buben či pás.

12 Hlavní druhy randomizovaného mykání I. Randomizační válec (1) mezi tamburem a snímačem rotující opačným směrem než tambur Tambur Randomizační válec

13 Hlavní druhy randomizovaného mykání II. Snímání odstředivou silou a proudem vzduchu Random card Fehrer K12

14 Linky Fehrer na randomizované mykání Working widths (m) Production speeds (m/min) Weight range (g/m2) Capacity (kg/h/m) V 21/R - K 12 K 12 "HIGH-LOFT" V 12/R up to 30 * 1-10 * * in special configuration up to * up to 450 * up to 1500 *

15 Aerodynamická randomizovaná tvorba rouna: vlákna Primární vlákna syntetická, viskoza, bavlna a směsi z nich. Přírodní vlákna jako je len, sisál, konopí apod. Druhotné suroviny a odpady. Jemnosti dtex Staplová délka max. 120 mm. Aerodynamická randomizovaná tvorba rouna: použití Výstelky, vložky do bot, čalounické výrobky pro nábytkářský průmysl; podklady pro nánosování, syntetické kůže, vycpávky, geotextilie, filtrační materiály; bytový textil, technické plsti, izolační materiály, výplně matrací; vycpávky a polstrování v automobilním průmyslu; podkobercové podložky.

16 Kontrolní otázky k technologii randomizované tvorby rouna 1. Vyjmenujte geometrické parametry obecného textilního vlákna a popište jaký mají vliv na proces výroby randomizovaných a airlaid vlákenných vrstev.

17 Další metody přípravy vlákenné vrstvy suchou cestou Výroba vlákenné vrstvy ze spleti nekonečných vláken K výrobě je předkládána soustava skleněných nebo syntetických vláken, případně nití, nejčastěji z cívečnice. Niti jsou odtahovým zařízením přiváděny nad pohybující se pás, kde se ukládají působením gravitace a tvoří vrstvu buď: z nahodile utvořených smyček, jejichž tvar je dán zejména ohybovou tuhostí vláken, nebo z pravidelných, v podstatě kruhových smyček vytvořených speciálními kladecími hlavami. Vrstvy se pak mohou zpevnit vpichováním, kalandrováním, chemicky nebo termicky,

18 Další metody přípravy vlákenné vrstvy suchou cestou Výroba vlákenné vrstvy ze štěpené fólie Výroba ze štěpené fólie byla vyvinuta ve SVÚT Liberec. Jde o progresivní integrovaný postůp s vysokou produktivitou, který vede bud k výrobě zpevněné vlákenné vrstvy nebo vlákenné suroviny pro zpracování klasickými postupy výroby netkaných textilií. Výrobní postup se skládá z následujících operací řazených v kontinuální lince: 1 - Výroba fólie; 2 - Dloužení fólie v podélném směru průchodem přes několik skupin dloužících válců ; 3 - Podélné mechanické štěpení fólie na mřížku rotujícím ojehleným válcem. Vzniklá mřížka se vede do řezacího či trhacího konvertoru a vyrobí se z ní vlákenný materiál. Nebo se mřížka se zpracuje příčným kladečem na vlákenné rouno, které se zpevní, např. vpichováním. Vlákna ze štěpené fólie jsou nepravidelného průřezu a jemnosti (10-30 dtex). K výrobě se využívá nejčastěji polypropylenu.

19 Další metody přípravy vlákenné vrstvy suchou cestou Výroba vlákenných vrstev elektrostatickým nanášením krátkých vláken Postupu se využívá k úpravě povrchu různých substrátů. Substrát určený k nanášení se opatří nánosem pojiva. Krátká vlákna, obvykle 1-5 mm, jsou umístěna v dávkovacím zásobníku spojeném se zdrojem vysokého napětí. Vlákna musí být elektricky vodivá. Díky tomu jsou vlákna schopna převzít elektrický náboj a v elektrickém poli mezi tělesem zásobníku a protielektrody umístěné pod dopravníkem jsou transportována k substrátu. Vzhledem k tvaru elektrického pole se na substrátu ukládají převážně kolmo k jeho rovině. Pojivo musí být dostatečně viskózní, aby zebezpečilo dočasnou stabilizaci polohy vláken. Výrobky se vyznačují zvláštním omakem a vzhledem a jsou převážně určeny k dekoračním účelům.

20 PŘÍPRAVA VLÁKENNÉ VRSTVY TVORBA VLÁKENNÉ VRSTVY Suchou cestou Mokrou cestou Náhodná orientace vláken Z polymeru MYKÁNÍ AIR LAID SPUN LAID Vlákna jsou uložena podélně, příčně nebo kolmo. Náhodná orientace vláken SPUNBOND MELTBLOWN ELECTROSPINNING Převážně náhodná orientace vláken

21 Hydrodynamická tvorba vlákenné vrstvy Jedná se o mechanickou tvorbu rouna využitím hydrodynamických sil. Užití této technologie však spadá skoro výhradně do oblasti chemických technologií pojení. Hydrodynamická tvorba je modifikací papírenského procesu. Principiálně prvním krokem je vytvoření suspenze rozptýlením vláken do vody. Druhým krokem pak je formování suspenze na vhodný podklad a její odvodnění. Hlavní výhodou hydrodynamického způsobu proti ostatním suchým technologiím tvorby rouna je možnost zpracovávat velmi krátká a hladká vlákna (např. skleněná mikrovlákna apod). První komerčně úspěšný dlouhovlákenný papír byl na trh uveden v roce 1934 v USA. Charakteristickým znakem hydrodynamicky vyrobených vlákenných vrstev je: Náhodná orientace vláken Vyšší objemová hustota Mechanická technologie netkaných textilií

22 Hydrodynamická tvorba vlákenné vrstvy princip technologie Hydrodynamická tvorba n. t. probíhá ve třech základních etapách: Vytvoření vlákenné suspenze rozptýlením a dispergováním vláken ve vodě Kontinuální tvorba vlákenné vrstvy na dopravníku Odvodňování a sušení případně pojení Rozptýlení a dispergování vláken Transport suspenze Tvorba vlákenné vrstvy Recyklace vody

23 Hydrodynamická tvorba vlákenné vrstvy princip technologie

24 Používaná vlákna: -Celulózová vlákna získaná chemickým procesem ze dřeva délky 2-4 mm, průměr 0,02-0,07 mm, v mokrém procesu působí též jako pojivo; - Celulózová vlákna získána zvlákňováním, délka 6-25 mm, 1,7 3,3 dtex; -Syntetická vlákna různých typů, délka 6-25 mm, 1,7 6 dtex; -Skleněná vlákna délky 6-50 mm, průměr 0,009-0,017 mm, (0,002 mm); Příprava suspenze: Mechanická technologie netkaných textilií Hydrodynamická tvorba vlákenné vrstvy princip technologie Vlákna se dispergují ve vodě mícháním při velmi nízkých koncentracích. Jako kritická hustota (C W ) se uvádí koncentrace suspenzí v rozsahu 0,0025 0,05 hmotnostních %.

25 Speciální papíry : Příklady použití textilií vyrobených hydromechanickou cestou papír ze syntetických vláken, prachové filtry, kapalinové filtry, potahové papíry, papír na čajové sáčky, obaly uzenin a tepelně upravených masných výrobků Technické netkané textilie pro: Podstřešní izolace, separátory, filtry, armovací materiály pro výrobu plastů, podkladové materiály, obuvnické materiály, izolace Netkané textilie: Chirurgické oblečení, ložní povlečení, stolní povlečení, utěrky, bytové textilie, kosmetické pomůcky, hygienické výrobky;

26 Hydrodynamická tvorba vlákenné vrstvy používané materiály Hlavní důvod používání hydrodynamických metod je výroba struktur s textilními vlastnostmi (splývavost, pevnost) při rychlostech srovnatelných s papírenským procesem. Textilní vlákna jsou proti papírenským delší, pevnější a hůř smáčitelná. Papírenská vlákna jsou kratší, jemnější a zejména jsou schopná spojení v hustší struktury. Výrobky z textilních vláken jsou charakteristické svojí otevřenější avšak stále pevnou a stabilní strukturou. Proti papírenským výrobkům jsou tedy pevnější, měkčí, objemnější, více splývavé a více porézní.

27 Kontrolní otázky k technologii hydrodynamické tvorby rouna 1. Popište hlavní fáze vzniku vlákenné vrstvy hydrodynamickým způsobem. 2. Vyjmenujte technologické parametry hydrodynamické tvorby rouna.