Нетканые материалы - виды и технологии

В зависимости от желаемого результата существует несколько способов изготовления нетканых материалов.

Первое письменное определение нетканых материалов было дано Американским обществом по испытаниям и материалам в 1962 году, которое определило их как «текстильные ткани, изготовленные из кардочесанного или волокнистого полотна, скрепленного клеями».

В настоящее время INDA, ассоциация производителей нетканых материалов, определяет нетканый материал как «полотняные структуры, связанные друг с другом за счет перепутывания волокон или нитей (перфорацией пленок) механическим, термическим или химическим способами. Эти подложки представляют собой плоские пористые полотна, изготовленные непосредственно из отдельных волокон или из расплавленного пластика или пластиковой пленки. Они не производятся путем ткачества или вязания и не требуют преобразования волокон в пряжу (INDA)».

Технические определения выражают фундаментальную основу процессов производства нетканых материалов, но из-за большого разнообразия технологий производства общего описания нетканых материалов недостаточно. Как и в случае с ткаными или трикотажными тканями, каждый процесс обладает уникальными характеристиками. Получаемые нетканые полотна не имеют между собой много общего, за исключением того, что они все относятся к категории нетканых материалов. Составляющие нетканых материалов, такие как; методы отбора волокон, формирования полотна, склеивания и отделки могут изменяться для управления функциональными свойствами полотен в зависимости от требований соответствующего сегмента рынка. Благодаря широкому набору характеристик нетканые материалы проникают в широкий спектр рынков, включая следующие:

• медицина,
• гигиена,
• автомобилестроение,
• фильтрация,
• строительство,
• геотекстиль,
• СИЗ и др.

Существует несколько технологий изготовления нетканых материалов. В данной статье рассматриваются самые базовые из них, так как достаточно часто описанные технологии применяются в сочетании друг с другом с целью достижения тех или иных уникальных свойств нетканых материалов.

Нетканые материалы «Airlaid» (эйрлейд - аэродинамическая укладка)

По сравнению с другими технологиями производства нетканых материалов, «Airlaid»  обладает уникальной способностью укладывать короткие волокна, будь то 100% волокна целлюлозы или смеси целлюлозы и коротких синтетических волокон, для формирования однородного и непрерывного полотна. Существует возможность добавления сверхабсорбирующих порошков (SAP) или волокон (SAF) между слоями нетканого материала или в первичное сырье, создавая тем самым полотна с высокой абсорбирующей способностью.

Полотно «Airlaid» может быть скреплено несколькими способами. При латексном склеивании (LBAL – latex bonded airlaid) на обе стороны полотна наносится жидкое связующее, которое затем высушивается и отвердевает для достижения необходимой прочности в сухом и влажном состоянии. Типичными областями применения являются столовые скатерти, сухие и влажные салфетки, промышленные салфетки и товары для дома. Термическое скрепление полотен «Airlaid» (TBAL – thermally bonded airlaid) обычно включает термоскрепление двухкомпонентных волокон типа «оболочка-сердечник», в которых оболочка сделана из полимера, обладающего более низкой температурой плавления (размягчения), по сравнению с сердечником, который в основном отвечает за прочность. При формировании полотна происходит нагревание с целью активации легко плавящихся компонентов синтетических волокон для связывания полотна. Для абсорбирующих слоев различных медицинских, гигиенических и бытовых изделий, в процесс добавляют сверхабсорбирующий порошок (SAP), который фиксируется в структуре полотна синтетическими волокнами.

Скрепление несколькими способами одновременно (MBAL – multi-bonded airlaid) — это процесс, в котором сочетаются латексное и термическое скрепление. Обычно, внутренняя часть продукта склеивается термически, а на поверхность наносится небольшой слой связующего вещества для устранения пыли и ворса. Эти материалы, обычно используемые для абсорбирующих наполнителей, товаров для дома, сухих и влажных салфеток, также могут содержать SAP.

Водородное скрепление (XBAL) – скрепление полотна достигается за счет сочетания давления, влажности и температуры для создания так называемых водородных связей, что устраняет необходимость в других методах скрепления. Обычно используется для абсорбирующих слоев.

Нетканые материалы Air Through Bonded (воздушное термическое сквозное соединение)

Технология сквозного воздушного скрепления представляет собой тип термического склеивания, при котором на поверхность нетканого материала подается нагретый воздух. Во время процесса соединения нагретый воздух проходит через отверстия в камере над нетканым материалом. В отличие от горячих печей, которые проталкивают воздух через материал, в процессе сквозного воздушного скрепления используется отрицательное давление, при котором нагретый воздух всасывается через открытую конвейерную ленту, удерживающую нетканый материал, когда он проходит через печь. Подача воздуха через материал обеспечивает быструю и равномерную передачу тепла, сводя к минимуму деформацию нетканого материала.

Связующие вещества, используемые в процессе сквозного воздушного скрепления, включают в себя кристаллические связующие волокна и порошки, которые при плавлении образуют расплавленные капли по всему поперечному сечению нетканого материала. По мере охлаждения материала в точках этих капель происходит связывание. Нетканые материалы, созданные с помощью данной технологии, обладают такими характеристиками, как мягкость и объемность.

Meltblown (мелтблоун)

Нетканые материалы, выдуваемые из расплава, производятся путем экструзии расплавленного полимера через фильеру, имеющую до 45 отверстий на дюйм, с образованием длинных тонких волокон, которые растягиваются и охлаждаются путем прохождения горячего воздуха над волокнами, в тот момент, когда они падают из фильеры. Полученное полотно собирается в рулоны и впоследствии превращается в готовую продукцию. Чрезвычайно тонкие волокна (обычно полипропиленовые) отличаются от других экструдированных материалов, особенно спанбонда, тем, что они имеют низкую внутреннюю прочность, но гораздо меньший размер (толщина от 0,5 микрон), обеспечивающий ключевые свойства. Нетканые материалы, выдуваемые из расплава, могут иметь чрезвычайно тонкие волокна и часто используются в респираторах, масках для лица и фильтрующих материалах. Часто, технология «мелтблоун» используется совместно с технологией «спанбонд» для формирования композитных полотен типа SMS, которые используются в производстве одноразовых подгузников и предметов женской гигиены.

Spunlace (гидропереплетение)

Технология «спанлейс» (также известная как гидропереплетение) представляет собой процесс скрепления волокнистых полотен, изготовленных путем кардочесания (card), воздушной (airlaid) или мокрой укладки (wetlaid), в результате чего получается нетканый материал. В этом процессе используются тонкие струи воды под высоким давлением, которые проникают в полотно, ударяются о конвейерную ленту (или так называемую «проволоку» («wire, inclined wire») и отскакивают назад, вызывая запутывание волокон.

В нетканых материалах спанлейс используются короткие штапельные волокна. Наиболее популярными являются вискозные и полиэфирные штапельные волокна, но также используются полипропилен и хлопок. Основными областями применения спанлейса являются салфетки, тканевые маски для лица и медицинские изделия.

Spunlaid, spunbond (спанбонд)

Сущность технологии состоит в следующем: расплав полимера (в основном ПП и ПЭТФ)экструдируется через фильеру в виде тонких непрерывных волокон, которые затем вытягиваются в воздушном потоке и, укладываясь на движущийся транспортёр, образуя нетканое полотно. Сформированное полотно впоследствии скрепляется одним из нижеуказанных способов:

• иглопробивание,
• химическая пропитка связующими,
• термоскрепление на каландре,
• гидроструйное скрепление,
• термоскрепление горячим воздухом,

Наиболее распространённым способом скрепления является термоскрепление на каландре. Способ скрепления сформированного холста определяет характеристики получаемого материала, а следовательно, и сферы применения. Спанбонды на основе полипропилена широко используется в гигиенических изделиях, таких как детские подгузники и предметы женской гигиены, а также в медицинской одежде. Материалы спанбонд на основе полиэфира обычно используются в прочных нетканых материалах для таких областей применения как строительство (кровельные материалы, геотекстиль) и автомобилестроение.

Spunmelt SMS

Материалы Spunmelt SMS (SMMS, SSMMMS и т.д.) представляют собой сочетание технологий спанбонд и мелтблоун, в результате чего получается многослойный продукт, называемый SMS (спанбонд-мелтблоун-спанбонд). Слой нетканого материала «мелтблоун» не отличается особой прочностью и обычно укладывается между несколькими слоями спанбонда, несущими армирующую функцию. Мелтблоун придает высокие барьерные свойства материалу, благодаря чрезвычайно тонкому диаметру филаментов и их равномерной укладке. Полотна SMS, полностью изготовленные из полипропилена обладают водоотталкивающими свойствами, повышенными тактильными свойствами и достаточной тониной для того, чтобы их можно было использовать при производстве одноразовых гигиенических и медицинских изделий (хирургические поля, халаты, нарукавники, шапочки, одноразовые простыни, пододеяльники, подгузники, прокладки и т.д.).

Wetlaid (мокрая укладка)

В процессе мокрой укладки водная суспензия штапельных волокон (вискозные, полиэфирные и др.) длиной до 12 мм, очень часто смешанных с измельченной древесной целлюлозой (или по раздельности), непрерывно осаждается на формовочную сетку (inclined wire, принцип бумагоделательной машины). Вода отсасывается, фильтруется и возвращается в процесс. Сформованное на наклонной сетке полотно сушится на барабанной, воздушной (омега) или плоской (стол) сушилке в зависимости от использованного сырья. Допустим из-за большой вероятности деформации полотна стеклокерамические и углеродные полотна сушатся только в плоских печах. Wetlaid обычно используется для производства таких материалов, как чайные пакетики, кофейные/автомобильные фильтры и водораспадаемые салфетки. Иногда, для получения материалов с дополнительными функциональными свойствами в начале линии ставятся кардочесальные машины для формования холста-основы (либо разматывается слабокаландрированный спанбонд), на наклонной сетки на полотно укладывается измельченная целлюлоза, а далее идет стадия дополнительного гидроперепутывания.  Такая технология называется Wetlace Composite.