Способ изготовления нетканого материала
Способ изготовления нетканого материала путем перепутывания струями воды смеси волокон, содержащей непрерывные нити, как например формованные из расплава в потоке воздуха, и/или спряденные связывающие нити и натуральные волокна, и/или синтетические штапельные нити. Способ отличается вспениванием волокнистой ткани из натуральных волокон и/или синтетических штапельных волокон и перепутыванием струями воды вспененной волокнистой ткани совместно с непрерывными нитями для образования композиционного материала, в котором непрерывные нити полностью объединены с остальными волокнами. 8 з.п.ф-лы, 10 ил., 3 табл.
Предпосылки создания изобретения Настоящее изобретение относится к способу изготовления нетканого материала путем перепутывания струями воды смеси волокон, содержащей непрерывные нити и натуральные волокна и/или синтетические штапельные волокна.
Перепутывание струями воды или провязывание представляет собой способ, появившийся в 1970-х годах, см. , например, раскрытый в патенте Канады 841938. Способ включает в себя образование волокнистой ткани путем сухой укладки или мокрой укладки, после которой волокна перепутывают посредством очень тонких струй воды под высоким давлением. Несколько групп водяных струй направляют на волокнистый материал, который находится на движущейся проволочной сетке. Затем перепутанный волокнистый материал высушивают. Волокна, которые используются в материале, могут быть синтетическими или регенерированными штапельными волокнами, например полиэфирными, полиамидными, полипропиленовыми, гидратцеллюлозными и т.п., целлюлозными волокнами или смесями целлюлозных волокон и штапельных волокон. Можно получить провязанные материалы, имеющие высокое качество при приемлемой стоимости и высокую абсорбционную способность. Их можно использовать, например, в качестве протирочных материалов в быту и на производстве, в качестве материалов одноразового использования при уходе за больными и для гигиенических целей. В публикации Международной заявки WO 96/02701 раскрыт способ перепутывания струями воды вспененной волокнистой ткани. Волокна, включенные в волокнистый материал, могут быть целлюлозными волокнами или иными натуральными волокнами и синтетическими волокнами. Из заявок на Европейские патенты 0333211 В и 0333228 В известны способы перепутывания смеси волокон, в которой один из волоконных компонентов представляет собой формованные из расплава в потоке воздуха волокна. Сырьевой материал, т. е. волокнистый материал, который подвергают перепутыванию струями воды, состоит либо из, по меньшей мере, двух предварительно образованных волокнистых слоев, при этом один слой состоит из формованных из расплава в потоке воздуха волокон, либо из "коформного материала", в случае которого, по существу, однородную смесь из формованных из расплава в потоке воздуха волокон и другие волокна укладывают аэродинамическим способом на проволочную сетку и после этого подвергают перепутыванию струями воды. Из заявки на Европейский патент 0308320 А известно совместное расположение ткани из непрерывных нитей с уложенным мокрым способом волокнистым материалом, содержащим целлюлозные волокна и штапельные волокна, и совместное перепутывание струями воды отдельно образованных волокнистых тканей до получения слоистого материала. В таком материале волокна различных волокнистых тканей не объединены друг с другом, поскольку волокна во время перепутывания струями воды сцеплены друг с другом и имеют только очень ограниченную подвижность. Сущность изобретения Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа изготовления перепутанного струями воды нетканого материала из волокнистой смеси непрерывных нитей, например, в виде формованных из расплава в потоке воздуха и/или спряденных связывающих волокон и натуральных волокон и/или синтетических штапельных волокон, при этом обеспечивается большая свобода при выборе волокон, а непрерывные нити полностью объединяются с остальными волокнами. Этот технический результат достигается тем, что в способе изготовления нетканого материала путем перепутывания струями воды смеси волокон, содержащей непрерывные нити и натуральные волокна и/или синтетические штапельные волокна, согласно изобретению вспенивают волокнистую ткань из натуральных волокон и/или синтетических штапельных волокон и перепутывают струями воды вспененную волокнистую ткань совместно с непрерывными нитями для образования композиционного материала, в котором непрерывные нити полностью объединены с остальными волокнами. Вспенивание могут производить непосредственно на слое непрерывных нитей и осуществляют протекание вспененной волокнистой ткани через слой нитей. Слой непрерывных нитей можно укладывать непосредственно поверх вспененной волокнистой ткани и осуществляют последующее протекание вспененной волокнистой ткани. Слой непрерывных нитей можно укладывать между двумя вспененными волокнистыми тканями и осуществляют последующее протекание вспененных волокнистых тканей. Непрерывные нити можно укладывать на предварительно образованный слой ткани или нетканого материала. Непрерывные нити можно подавать непосредственно во вспененную волокнистую ткань до их формования или в сочетании с формованием для образования вспененной волокнистой ткани. Вспененная волокнистая ткань может содержать целлюлозные волокна. Непрерывные нити можно подавать в виде относительно неплотной, разрыхленной тканевидной волокнистой структуры, в которой волокна являются, по существу, незакрепленными друг с другом, так что они легко могут быть разъединены друг от друга и объединены с волокнами вспененной волокнистой ткани. В качестве непрерывных нитей можно использовать формованные из расплава в потоке воздуха волокна и/или спряденные связывающие волокна. С помощью вспенивания достигается лучшее перемешивание натуральных и/или синтетических волокон с синтетическими нитями, при этом указанный эффект перемешивания усиливается перепутыванием струями воды, так что получается композиционный материал, в котором волокна всех типов, по существу, равномерно перемешаны друг с другом. Это проявляется, в частности, в очень высокой прочности материала и в широком распределении пор по объему. Сущность изобретения охарактеризована всеми признаками, включенными в пп. 1-9 формулы изобретения. Описание чертежей Ниже изобретение будет описано более подробно для некоторых вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг. 1-5 - схематичные изображения некоторых вариантов осуществления установки для изготовления перепутанного струями воды нетканого материала в соответствии с изобретением; фиг. 6 и 7 - диаграммы распределений пор по объему в контрольном материале в виде вспененного провязанного материала и провязанного материала, состоящего только из формованных из расплава в потоке воздуха волокон; фиг.8 - диаграмма распределения пор по объему в композиционном материале в соответствии с изобретением; фиг. 9 - столбчатая диаграмма, отражающая прочность на разрыв в сухом и мокром состояниях и в растворе тенсайда для композиционного материала и для двух исходных материалов, включенных в него, и фиг. 10 - полученное с помощью электронного микроскопа изображение нетканого материала, изготовленного в соответствии с изобретением. Описание вариантов осуществления изобретения На фиг. 1 схематично показана установка для изготовления перепутанного струями воды композиционного материала в соответствии с изобретением. Газовый поток формованных из расплава в потоке воздуха волокон образуется в соответствии с известным способом формования из расплава в потоке воздуха посредством оборудования 10 для формования из расплава в потоке воздуха, например, типа, показанного в патентах США 3849241, 4048364. Вкратце, способ заключается в том, что расплавленный полимер продавливают через фильеру в виде очень тонких струй, а сходящиеся воздушные струи ориентируют в направлении полимерных струй, так что они вытягиваются в непрерывные нити с очень небольшим диаметром. В зависимости от размера волокна могут быть микроволокнами или макроволокнами. Микроволокна имеют диаметр вплоть до 20 мкм, но обычно он находится в интервале между 2 и 12 мкм. Макроволокна имеют диаметр свыше 20 мкм, например между 20 и 100 мкм. В принципе, для производства формованных из расплава в потоке воздуха волокон можно использовать все термопластичные полимеры. Примерами пригодных полимеров являются полиолефины, такие как полиэтилен или полипропилен, полиамиды, полиэфиры или полилактиды. Кроме того, можно, конечно, использовать сополимеры этих полимеров, а также природные полимеры с термопластическими свойствами. Спряденные связывающие волокна производят несколько иным образом, выдавливая расплавленный полимер, охлаждая его и вытягивая до соответствующего диаметра. Диаметр волокон обычно превышает 10 мкм, например находится между 10 и 100 мкм. В дальнейшем при описании непрерывных нитей будут подразумеваться волокна, формованные из расплава в потоке воздуха, но понятно, что, кроме того, можно использовать непрерывные нити других типов, как например спряденные связывающие волокна. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.1, формованные из расплава в потоке воздуха волокна 11 укладывают вниз на проволочную сетку 12, где они образуют относительно неплотную, разрыхленную тканевую структуру, в которой волокна являются относительно незакрепленными друг с другом. Этого добиваются путем выбора относительно большого расстояния между фильерой для формования из расплава в потоке воздуха и проволочной сеткой, так что нити, падая вниз, охлаждаются до достижения проволочной сетки 12, на которой их липкость уменьшается. В ином случае охлаждения формованных из расплава в потоке воздуха волокон до укладки добиваются несколько другим путем, например посредством распыления жидкости. Поверхностная плотность образованного из расплава в потоке воздуха слоя должна быть между 2 и 100 г/м2, а удельный объем - между 5 и 15 см3/г. Вспененную волокнистую ткань 14 из напорного ящика 15 укладывают поверх слоя, формованного из расплава в потоке воздуха. Вспенивание означает, что волокнистую ткань образуют из дисперсии волокон во вспененном растворе, содержащем воду и тенсайд. Способ вспенивания описан, например, в патентах Великобритании 1329409, США 4443297 и в публикации Международной заявки WO 96/02701. Вспененным волокнистым материалам присуще весьма однородное волокнообразование. Для получения более подробного описания способа вспенивания можно обратиться к вышеуказанным документам. Вследствие интенсивного эффекта вспенивания уже на этой стадии происходит смешивание формованных из расплава в потоке воздуха волокон с вспененной дисперсией волокон. Пузырьки воздуха из пены с высокой турбулентностью, которая выходит из напорного ящика 15, будут проходить между подвижными, формованными из расплава в потоке воздуха волокнами и расталкивать их, так что до некоторой степени более грубые вспененные волокна будут объединяться с волокнами, формованными из расплава в потоке воздуха. Поэтому после этой стадии будет получаться в основном составляющая одно целое волокнистая ткань и больше не будет слоев из разных волокнистых тканей. Для изготовления вспененной волокнистой ткани можно использовать волокна многих видов и их смеси в различных пропорциях. Поэтому можно использовать целлюлозные волокна или смеси целлюлозных волокон и синтетических волокон, как например полиэфирных, полипропиленовых, гидратцеллюлозных, лиосельных и т.д. В качестве альтернативы синтетическим волокнам можно использовать натуральные волокна с большей длиной волокон, например свыше 12 мм, такие как волокна семенного происхождения, например хлопковые, ватные из семян капка, из млечного сока; лиственные волокна, как например лубяное волокно сизаль, волокно из абаки, ананасное лубяное волокно, волокно из новозеландской конопли или лубяные волокна, такие как волокно из льна, пеньковое волокно, лубяное волокно рами, джутовое, кенафное. Можно использовать волокна различной длины, а при применении способа вспенивания можно использовать волокна длиной, которая больше, чем возможная при обычной мокрой укладке волокнистых тканей. Длинные волокна, около 18-30 мм, являются предпочтительными для перепутывания струями воды, поскольку они повышают прочность материала в сухом состоянии, а также в мокром состоянии. Дальнейшее преимущество вспенивания заключается в том, что можно производить материалы с меньшей поверхностной плотностью, чем это возможно при мокрой укладке. Вместо целлюлозных волокон можно использовать другие натуральные волокна с меньшей длиной, как например из травы альфа, тростниковые, а также соломку из сельскохозяйственных культур семенного происхождения. Пена всасывается через проволочную сетку 12 и опускается вниз через ткань из формованных из расплава в потоке воздуха волокон, уложенных на проволочную сетку, посредством всасывающих ящиков (на чертеже не показаны), расположенных под проволочной сеткой. Объединенную волокнистую ткань из формованных из расплава в потоке воздуха волокон и из других волокон подвергают перепутыванию струями воды в то время, пока она еще удерживается проволочной сеткой 12, и посредством этого образуют композиционный материал 24. До перепутывания струями воды волокнистую ткань можно передать на специальную, перепутывающую проволочную сетку, которая может быть выполнена рельефной для получения узорчатого нетканого материала. На стадии 16 перепутывания можно использовать несколько рядов форсунок, из которых очень тонкие струи воды под высоким давлением направляются к волокнистой ткани для обеспечения перепутывания волокон. Дальнейшее описание способа перепутывания струями воды, который также называют способом провязывания, раскрыто в описании патента Канады 841938. Таким образом, вследствие эффекта вспенивания уже до перепутывания струями воды формованные из расплава в потоке воздуха волокна смешиваются и объединяются с волокнами, образуя вспененную волокнистую ткань. При последующем перепутывании струями воды волокна различных видов будут перепутываться, и получается композиционный материал, в котором волокна всех типов, по существу, равномерно перемешаны и объединены друг с другом. Тонкие подвижные волокна, формованные из расплава в потоке воздуха, легко скручиваются и перепутываются с другими волокнами, что обеспечивает получение материала с очень высокой прочностью. Потребление электроэнергии, необходимой для перепутывания струями воды, является относительно небольшим, т.е. материал нетрудно перепутать. Энергопотребление при перепутывании струями воды находится соответственно в диапазоне 50-300 кВт![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Вспененную дисперсию волокон, содержащую смесь из 50% целлюлозных волокон крафт-целлюлозы и 50% полиэфирных волокон (1,7 дтекс, 19 мм), укладывали на ткань из формованных из расплава в потоке воздуха волокон (полиэфирных, 5-8 мкм) с поверхностной плотностью 42,8 г/м2 и перепутывали струями воды вместе с ней, в результате чего получали композиционный материал с поверхностной плотностью 85,9 г/м2. Подача электроэнергии для перепутывания струями воды составляла 78 кВт
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Ряд перепутанных струями воды материалов с волокнами различных структур был изготовлен и исследован с целью определения прочности на разрыв в мокром и сухом состояниях, работы, необходимой для разрыва, и относительного удлинения. Материал 1. Вспененная дисперсия волокон, состоящих на 100% из целлюлозных волокон крафт-целлюлозы с поверхностной плотностью 20 г/м2, была уложена на обе стороны очень слабо термосклеенного, слегка сжатого слоя спряденных связывающих волокон из полипропилена (1,21 дтекс) с поверхностной плотностью 40 г/м2, и было проведено перепутывание друг с другом струями воды. Прочность на разрыв полипропиленовых волокон составляла 20 сН/текс, модуль упругости составлял 201 сН/текс, а относительное удлинение было 160%. Материал подвергали перепутыванию струями воды с обеих сторон. Подача электроэнергии для перепутывания струями воды составляла 57 кВт
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21