KAPITOLA VI. Spunlace (Hydrodynamické zaplétání) Výroba plstí

Transkript

1 KAPITOLA VI. Spunlace (Hydrodynamické zaplétání) Výroba plstí

2 Hydrodynamické vpichování Hydroentangling, spunlacing, hydraulic entanglement, water jet needling to vše jsou anglická synonyma pro hydrodynamické vpichování. Ani česká terminologie není ustálena a tak se používá většinou anglický název Spunlace. První práce na vývoji tohoto principu se datují do doby po II. světové válce Chicopee (divize společnosti Johnson and Johnson) a u Du Pont. Zásadní patenty vznikly v období od roku 1953 do První komerčně úspěšný výrobek byla textilie s obchodní značkou Sontara. V současné době roste trh s produkty této technologie vysokým tempem okolo 10% za rok.

3 Princip hydrodynamického vpichování Spunlace je technologie mechanického zpevňování rouna využívající jemných vysokotlakých pramínků vody k zapletení vláken. Proud vody svojí vysokou kinetickou energií přeorientuje vlákna do vzoru dle podpůrných sít (sítový pás nebo perforovaný buben). Tímto způsobem můžeme zpevňovat vlákenné vrstvy vytvořené: mykáním, aeromechanicky, hydrodynamicky i pod tryskou nebo jako kompozity. Vazný bod je vytvořen svazkem vláken různé orientace držících pohromadě frikčními silami (podobně jako u vpichování)

4 Popis technologie spunlace Nejprve je vlákenná vrstva smočena, aby se odstranily vzduchové kapsy. Tenké vodní paprsky procházejí z trysek skrz vlákennou vrstvu a podpůrné síto (jedna zaplétací jednotka). K dosažení lepšího provázání je voda odsávána z prostoru pod nosným sítem. Voda je následně vyčištěna a znovu použita. Struktura zpevněné textilie závisí na nastavení vodních trysek a struktuře podpůrného síta. Často se využívá možnosti řazení více zaplétacích hydrodynamických jednotek za sebe. Tlak vody v tryskách se pak postupně zvyšuje. Na konec se zpevněná textilie se odvodní, usuší a navíjí. Obíhající voda Vodní trysky Podpůrné síto (buben nebo pás) Sušení Vlákenná vrstva Čištění vody Odsávání vody Navíjení Odvodnění

5 Princip hydrodynamického vpichování Účinnost technologie Spunlace je zcela závislá na účinnosti přenosu kinetické energie proudu vody na vlákennou vrstvu a její využití na žádanou přeorientaci vláken. Úroveň zpevnění, vlastnosti výrobku a ekonomická efektivita celého procesu závisí na stupni využití přivedené hydromechanické energie. Energetickou bilanci procesu zpevnění lze spočítat jako měrnou energii spotřebovanou jednotkou hmoty výrobku K (J/kg) a závisí na počtu proudů, tlaku vody a času působení: Kde: b šířka rouna (m) ρ i hustota vody (kgm -3 ) m plošná hmotnost rouna (kgm -2 ) n i počet trysek v i-tem injektoru (1/m) V b rychlost rouna (m/s) l i šířka i-tého injektoru (m) p i tlak vody v i-tem injektoru (Pa) D i průměr trysek i-tého injektoru (m) Q i tok vody v i-tem injektoru (m 3 /s) M počet injektorů C d koeficient rozptylu trysky

6 Mechanizmus zpevnění Zpevnění vlákenné vrstvy je proces závislý na interakci následujících prvků: vlákna, pramínky vody, drátky a otvory podpůrného síta. Potenciál dopadající vody závisí na stupni rozptýlení vody, na hustotě a tloušťce rouna a vlastnostech vláken. Voda strhává vlákna jednak směrem k podpůrnému sítu, ale též turbulencí do stran až do rotačního pohybu. Výsledkem je přeorientace vláken jen částečně do svislého směru hlavně však ve směrech roviny textilie. Charakter zpevnění je proto zcela jiný než u klasického vpichování. Zcela chybí periodické sloupky svazků vláken. Podíl vláken orientovaných kolmo k rovině textilie a vláken uložených v rovině textilie závisí na technologických podmínkách (tlak vody, průměr trysek, intenzita odsávání, nosná síta). Zvyšování tlaku vody však způsobuje zhoršení snímání výrobku z nosných sít a vlivem nutné větší snímací síly i k prodloužení a přeorientování vláken do strojového směru.

7 Mechanizmus zpevnění Charakteristickým znakem technologie Spunlace jsou stopy po působení proudu vody na výrobku. Minimalizovat tento efekt lze: -Pokud zajistíme aby proud vody nepůsobil stále na stejné místo - Zvýšením počtu pracovních jednotek - Použitím trysek s menším průměrem - Zpracováváním obou povrchů textilie Stopy jsou patrnější pokud se použije vyšší tlak v počátečních stádiích zpracování. Dalším řešením je využití těchto stop a otisku nosného síta k zvýraznění textilní textury.

8 Hlavní výhody výrobků technologie spunlace velmi dobrá splývavost a velmi měkký omak žádná chemické či termoplastická pojiva; výrobek tak může být 100 % z přírodních vláken, vhodné pro sanitární účely a výborná recyklovatelnost široký rozsah plošné hmotnosti: od 10 do 1000 g/m 2 a vyšší objemová hustota (g/m 3 ) než u vpichovaných textilií; daleko vyšší pevnost ve srovnání s vpichovanými textiliemi (při srovnatelné plošné hmotnosti); blíží se k pevnosti tkanin; široký rozsah povrchové struktury (závisí zejména na struktuře podpůrného síta); stejnoměrný povrch vzhledem k vyššímu počtu jemnějších vazných bodů ve srovnání s technologií vpichování; velmi vysoká provozní rychlost: do 300 m/min pro mykané a aerodynamicky tvořené vlákenné vrstvy a do 500 m/min pro hydrodynamicky a pod tryskou tvořené vrstvy; při šířce výrobku do 6000 mm.

9 Technologické parametry procesu Spunlace Parametry vláken: jemnost, délka, průřez, obloučkovitost; drsnost, povrchová úprava; pevnost, pružnost, smáčivost. Uvedené parametry jsou standardní pro většinu textilních technologií. Zde je však nutné je chápat ve smočeném stavu. Čím ohebnější vlákna budou tím bude zaplétání snazší. Nejvíce jsou používána vlákna PES, POP a VS. Výrazně roste i podíl směsí syntetických vláken a dřevní celulózy. Zde pak celulóza funguje jako levný absorbent pro utěrky, zdravotnické roušky, pláště aj. Míra obsahu PES případně POP pak určuje i pevnost výrobků za mokra.

10 Technologické parametry procesu Spunlace Vysoce tepelně odolná vlákna. Meta-aramidová vlákna zpevněná technologií Spunlace jsou využívaná na ochranu před vysokými teplotami v leteckém průmyslu a pro ochranné oděvy. Melaminová a aramidová vlákna jsou využívaná pro ochranu před plameny. Hydrodynamické zaplétání se též využívá pro zpevňování neorganických vláken (sklo, křemík) pro kompozitní prepregy. Štěpitelná bikomponentní vlákna typu koláč jsou využívána pro výrobu tzv mikrotextilií (utěrky na brýle, elektroniku apod.). Ke štěpení dochází působením proudů vody.

11 Technologické parametry procesu Spunlace

12 Technologické parametry procesu Spunlace Parametry vlákenné vrstvy: Orientace vláken, hustota vlákenné vrstvy, tloušťka vlákenné vrstvy, homogenita vlákenné vrstvy. Technologie přípravy. Parametry Spunlace procesu: parametry trysek (tlak vody, hustota trysek, průměr, rozmístění, odsávací zóna ) rychlost průchodu vlákenné vrstvy charakter sítového pásu nebo perforovaného bubnu parametry vody (teplota, povrchové napětí, viskozita, ph...) parametry odvodnění a sušení (přítlak, teplota, čas...)

13 Části zařízení Spunlace Principiálně se stroj pro Spunlace technologii skládá ze čtyř částí: vodní trysky, perforovaný buben (sítový pás), vodní hospodářství a systém odvodnění a sušení. 1. Vodní trysky: Vlastní trysky jsou profilové otvory v nerezové desce, která zakončuje rozvod vody.

14 Parametry vodních trysek: Hustota trysek: otvorů/cm Průměr trysek: m Tlak v potrubí před tryskami: do 60 MPa pro zpevňování rouna (Fleissner) do 25 MPa pro vzorování (Perfojet) Rychlost proudu vody: m/sec Vzhled a umístění tryskové jednotky Water jet velocity profile

15 2. Nosné síto (válec nebo sítový pás) Podpůrný pás má dva hlavní úkoly. Prvním je podržet vlákenný materiál tak aby došlo potřebné přeorientaci a zapletení vláken. Zároveň však se zásadně podílí na vytvoření konečné struktury textilie. Struktura zpevněné textilie je definována strukturou nosného síta. Nosné síto je vyrobeno z bronzu nebo odolného plastu. Typický rozsah průměrů drátků síta je m. Jemnost síta musí být přesně definována. Pokud je síto příliš otevřené jsou vlákna vyplavována ven a dochází k ztrátám. Pokud je síto příliš uzavřené tak kinetická energie paprsku vody se rozptýlí a proces zaplétání není efektivní. Hustotu síta můžeme definovat stupněm zakrytí, který závisí na průměru drátků a jejich dostavě - vzdálenosti. Obvykle je stupeň zakrytí od 0,012 do 0,5. Významného zvýšení účinnosti zpevnění dosáhneme, když je voda ze spodní strany síta odsávaná. Nosné síto používané pro vzorování je vyráběno z jemnějších sít. Většinou to bývá perforovaný buben, kde vzor je vytvořen fotografickou cestou.

16 Vztah mezi vzhledem nosného síta a konečného výrobku:

17 Příklad nosného síta ve formě perforovaného bubnu

18 Příklad použití nosného síta ve formě sítového pásu

19 Příklady perforovaných bubnů určených pro vzorování

20 Příklady vzorování spulace výrobků:

21 3. Systém odvodnění: Mechanická technologie netkaných textilií Kinetická energie vody se rozptýlí na povrchu nosného síta. A je potřeba ji odvést. Podtlak pod nosným sítem odvádí vodu z textilie. Tím je zábráněno zaplavení vláken, které by dále snižovalo účinnost zaplétání. Voštinový podklad nosného síta navíc usměrňuje odtok správným směrem.

22 4. Vodní hospodářství Použitá voda je kompletně recyklována proto je nutné sledovat následující veličiny: Čistota vody: Voda musí být bez bublinek, solí vápníku, patogenů, krátkých vláken ani jiných částic. Toto je velmi důležité protože vše by mohlo ucpat jemné trysky (průměr m) nebo je poškodit. ph: Neutralní jako prevence poškození povrchů trysek.. Teplota: Teplá voda snižuje tuhost vláken a zpevňovací efekt je lepší. Typický systém čištění obsahuje následující pasáže: odloučení vzduchu, hrubý filtr, jemný filtr, deionizační jednotka, tepelný výměník, bakteriální filtr

23 5. Odvodnění a sušení Obvykle se používají teplovzdušné bubny

24 Příklady spunlace linek: Nejznámější linky vyrábějí firmy: Rieter Perfojet a Fleissner GmbH. Příklad linky Rieter

25

26 Linka pro mykané n.t. nízké a střední hmotnosti, vysoká rychlost Linka pro kompozitní mykané a airlaid textilie Linka pro mykané n.t. nízké / střední / vysoké hmotnosti Linka pro spunbond textilie vysoká rychlost až 600 m/min; šířka do 5400 mm

27 Aplikace Spunlace výrobků: 1. Nemocnice: Mechanická technologie netkaných textilií Chirurgické pláště a roušky (fig.1), krytí, ložní povlečení, ručníky 2. Zdravotnictví: Fig. 1 Obvazy - kompresy (fig.2), náhrada gázy, vlhké ubrousky, bavlněné výrobky, podložky (fig.3) 3. Sanitární výrobky: Fig. 2 Fig. 3 Dětské ubrousky (fig.4), přípravky na ošetření pleti, plenky... Fig. 4

28 Aplikace Spunlace výrobků: 4. Bytový textil: Mechanická technologie netkaných textilií Čistící utěrky (fig.5),ubrusy, prostírání (fig.6), záclony (fig.7) 5. Průmyslové textilie: ochranné materiály pro elektroniku, průmyslové utěrky (fig.8), filtry (fig.9), střešní a vodní izolace (fig.10), ochranné prostředky (fig.11), absorbenty tekutin Fig. 5 Fig. 8 Fig. 6 Fig. 9 Fig. 7 Fig. 10 Fig. 11

29 Aplikace Spunlace výrobků: 6. Automobilový průmysl: Fig. 12 Opěrky hlavy (fig. 12), čistící utěrky, 7. Oděvní průmysl: podšívky (fig.13): Fig Podklady pro nánosování při výrobě syntetických usní (fig.14): Fig. 14

30 Otázky k technologii hydrodynamického zaplétání: 1. Vyjmenujte hlavní části stroje na hydrodynamické zaplétání a popište jejich funkci. 2. Popište vazný element výrobku spunlace. 3. Popište hlavní technologické parametry procesu hydrodynamického zaplétání.

31 Výroba plsti - valchování Přesto, že se jedná o nejstarší výrobu plošných textilií není terminologie ani vlastní princip výroby zcela jednoznačný. Základní princip spočívá ve zpracovávání živočišných chlupů (ovčí, velbloudí, zaječí aj.) působením mokra, zvýšené teploty a mechanického namáhání. Charakteristickým znakem vláken musí být šupinatý povrch, pružnost a ohebnost.

32 Výroba plsti - valchování Působení mokra a tepla. Používá se jak alkalická, kyselá i neutrální lázeň, obvykle s přídavkem povrchově aktivních látek. Cílem je otevřít povrchové šupinky a snížit tření. Mechanické namáhání. Cílem dynamického namáhání je pohyb vláken vůči sobě a postupné zaklesávání šupinek do sebe. F E D C B A

33 1. Tvarové plstěné výrobky video

34 2. Plošné plstěné výrobky Tenké plošné plsti se vyrábějí na kladivových valchách Neplést s tkanou plstí - suknem

35 Tkané plsti sukna, jsou látky z čisté vlny případně ze směsi vlny a polyesteru. Utkáno ve vazbě plátno nebo kepr, počesáno a následně valchováno na kladivových valchách. Použití na luxusní pláště, kdysi na uniformy, ale též jako potah kulečníkových stolů. U nejnáročnějších výrobků se opakovalo až 17 operací valchování, počesání dekatování aj.

36 Otázky k technologii výroby plsti: 1. Popište princip vzniku plsti. 2. Vyjmenujte hlavní podmínky plstění. 3. Jaká vlákna jsou vhodná pro výrobu plstí.