СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕТКАНОГО ИГЛОПРОБИВНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2009 года по МПК D04H1/46 

Изобретение относится к технологии производства нетканых материалов и может служить основой для производства строительных, отделочных и других подобных материалов.

Известно, что производство нетканых материалов, представляющих собой полотна и изделия, изготовляемые из волокон, нитей или других видов материалов без применения прядения и ткачества, по сравнению с традиционными способами производства, например, текстильной продукции, отличается простотой технологии, повышенной производительностью оборудования, многочисленным ассортиментом полотен. Нетканые материалы с разнообразными эксплуатационными свойствами, изготовленные в условиях автоматизированных производств, обладают широким спектром функциональных возможностей, которые обеспечиваются как за счет использования разнообразного сырья, так и способов получения нетканых материалов. [Озеров Б.В., Гусев В.Е. Проектирование производства нетканых материалов. М.: Изд-во Легкая и пищевая промышленность, 1984, 400 с.; Бершев Е.Н. и др. Технология производства нетканых материалов. М.: изд-во Легкая и пищевая промышленность, 1982, 352 с.; Петрова И.Н., Андропов В.Ф. Ассортимент, свойства и применение нетканых материалов. М.: Легпромбытиздат, 1991, 208 с.; Бершев Е.Н. и др. Физико-химические и комбинированные способы производства нетканых материалов. М.: Легпромбытиздат, 1993, 353 с.].

Однако независимо от назначения нетканого материала любой материал в своем сегменте должен обладать комплексом хороших физико-химических свойств, а способ изготовления также хорошими технико-экономическими показателями.

Для получения наиболее лучшего комплекса физико-химических и потребительских свойств нетканого материала в соответствующем сегменте необходимо правильно выбрать структуру материала и способ формирования желаемой структуры.

Способ, как правило, включает, например, такие действия, как подготовка и смешивание волокна, чесание, замасливание, формирование волокнистого слоя, иглопрокалывание, термоусадка, и может характеризоваться эффективностью разрыхления сырья, эффективностью трепания, составом эмульсии и связующего, коэффициентом неравномерности распределения волокна, скоростью прочеса, линейной скоростью движения холста, температурой термической обработки и т.п.

Известен способ получения нетканого материала, включающий получение волокнистого холста, его иглопробивание, термопрессование на горячих каландрах [см. описание к патенту РФ №2182613, М.кл. D04H 1/48, опубл. 20.05.2002 г.]. Холст получают на валичной чесальной машине, при этом для получения холста используют бикомпонентные волокна с линейной плотностью 0,64 текс, с температурой плавления сердечника 110°С и оболочки 180°С, при этом температура термообработки 90-110°С в течение 1-2 мин, плотность прокалывания составляет 35-50 пр/см² и глубина до 2 мм.

Полученный таким способом материал обладает поверхностной плотностью 100-150 г/м², толщиной 0,29-0,56 мм, объемной плотностью 0,205-0,424 г/см³, воздухопроницаемостью 67,359-133,164 дм³/см².с, пылеулавливающей способностью 0,565-0,583.

Однако производительность способа низкая, не более 3-5 м/мин.

Известен также способ получения нетканого иглопробивного материала, включающий формирование волокнистого холста, иглопрокалывание и тепловую прокатку на каландре [см. описание к патенту РФ №2246565, М.кл. D04H 1/48, опубл. 20.02.2005 г.]. При этом тепловую обработку иглопробивного материала проводят при температуре валка 130-220°C с предпочтительной скоростью прокатки на каландре 3-5 м/мин.

В результате осуществления способа получают нетканый иглопробивной материал, выполненный из волокнистого холста, полученного из полиэфирного волокна линейной плотности 0,17-2,0 текс или смески биокомпонентных волокон, характеризующийся плотностью иглопрокалывания 50-250 пр/см² и поверхностной плотностью 400 г/м².

Предлагаемый способ позволяет получить прочность нетканого материала до 160-180 Н по длине и до 53-65 H по ширине при жесткости 6,0-6,7 сН по длине и 3,3-3,8 сН по ширине.

Как и в предыдущем случае, способ имеет низкую производительность 3-5 м/мин, которая определяется скоростью прокатки материала на каландре.

Известен также способ производства нетканого полотна с поверхностной плотностью 100 г/м² и шириной 2 м, при котором полотно получают путем экструзии полимерных нитей толщиной 7 дтекс. Полученное полимерное полотно, упрочненное стеклянными нитями, подвергают иглопробиванию, создавая 50 пр/см² при глубине 12 мм. После иглопробивания полотно обрабатывают на каландре по S-образному пути при температуре 235°С и давлении 25 daN/см со скоростью 13 м/мин, которая обеспечивает контакт между двумя роликами в течение 15 с [см. описание к патенту США №5118550, М.кл. B05D 1/14, от 02.06.1992 г.].

В результате получают нетканый иглопробивной материал с поверхностной плотностью 107 г/м², с пределом прочности 18,0 daN и относительным удлинением 2,2% при 20°С, а также соответственно 5,2 daN и 2,2% при 180°С.

Способ обеспечивает производительность 13 м/мин, однако он технологически очень сложный, поскольку предполагает получение непрерывных нитей холста непосредственно из расплава полимера.

Наиболее близким к заявляемому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ получения нетканого материала, включающий рыхление, эмульсирование смеси, вылежку, формирование холста на чесальных машинах, пропитку холста связующим, сушку, термообработку и охлаждение [см. описание к патенту РФ №2057217, М. кл. D04H 1/64, опубл. 27.03.1996 г.]. Способ предусматривает смешивание волокна и обработку холста водным раствором состава, содержащего неионогенное поверхностно-активное вещество, кремний органическое соединение или их смесь и дубящее вещество. Обработку указанным составом либо совмещают с эмульсированием, либо проводят после формирования холста.

Предлагаемый способ позволяет получить прочность нетканого материала до 160-180 Н по длине и до 53-65 Н по ширине при жесткости 6,0-6,7 сН по длине и 3,3-3,8 сН по ширине.

Однако способ не обеспечивает необходимой производительности, поскольку включает обработку водным раствором, содержащим около 6,0 мас.% растворенных в ней компонентов и взятом в количестве до 15 мас.% от массы волокон.

Поэтому целью заявляемого технического решения является повышение производительности способа получения нетканого иглопробивного материала при одновременном обеспечении высоких потребительских свойств материала.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения нетканого материала, включающем рыхление, эмульсирование смеси, вылежку, формирование холста на чесальных машинах, пропитку холста связующим, сушку, термофиксацию и охлаждение, согласно изобретению после вылежки формируют продольные и поперечные прочесы, укладывают их в не менее чем пять слоев, обрабатывают иглопробиванием в два этапа, при этом перед вторым этапом иглопробивания добавляют упрочняющие нити, затем выравнивают материал путем натяжения, каландрируют с последующей пропиткой связующим, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре.

Согласно изобретению эмульсирование осуществляют составом лиманол в количестве 0,15-16 мас.% от массы волокна путем распыления.

Согласно изобретению рыхление проводят до получения сырья с объемной плотностью 15-18 кг/м³

Согласно изобретению вылежку осуществляют в течение 4-5 часов.

Согласно изобретению холст формируют из 5-7 прочесов.

Согласно изобретению иглопробивание осуществляют не менее чем в два этапа - предварительный и основной.

Согласно изобретению в качестве упрочняющих волокон используют стекловолокно.

Согласно изобретению адгезионное соединение волокон осуществляют на каландрах при температуре 212-220°С, скорости движения холста 12,6-12,9 м/мин, времени контакта 12-16 с.

Согласно изобретению выравнивание осуществляют при натяжении 900-1100 Н/м.

Согласно изобретению термофиксацию осуществляют при температуре 218-230°С в течение 16-18 с.

Согласно изобретению в качестве связующего используют стиролакрилонитрильный латекс.

Согласно изобретению окончательную сушку выполняют при температуре 140-180-210°С в течение 70-80 с.

Как видно из изложения сущности заявляемого решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.

Решение также обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача улучшения способа получения нетканого материала. Вследствие формирования после вылежки продольных и поперечных прочесов, укладки их в не менее чем пять слоев, обработки иглопробиванием в два этапа, добавления при этом перед вторым этапом упрочняющих нитей, выравнивания материала путем натяжения, каландрирования с последующей пропиткой связующим перед термофиксацией, сушки и обработки на холодном каландре, обеспечивают новый технический результат, который заключается в том, что формируется надежное адгезионное и механическое скрепление всех слоев материала, обеспечивающее повышенные термомеханические характеристики. За счет этого появляется возможность увеличить производительность способа.

Известна возможность формирования волокнистых холстов с продольно-поперечной ориентацией волокон [см. Бершев Е.Н. и др. Технология производства нетканых материалов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.86], когда на прочес с продольной ориентацией волокон, выработанный несколькими чесальными машинами, настилают прочес с поперечной ориентацией волокон. Отмечено, что волокнистые холсты с продольно-поперечной ориентацией волокон должны отличаться высокой прочностью при растяжении в продольном и поперечном направлениях, стабильностью размеров и эластичностью. При этом указывается, что для изготовления таких холстов необходима сложная расстановка оборудования и имеются определенные трудности при обслуживании цепочки машин [см. там же].

Известна также возможность производства иглопробивных нетканых материалов, включающая приготовление смеси волокон, образование волокнистого холста, иглопрокалывание, пропитку связующим, сушку и термообработку. Отмечено также, что иногда для обеспечения необходимой прочности иглопробивного материала применяют каркасный материал в виде тканого полотна, сетки, пленки и др, который располагают под волокнистым холстом или в середине холста [см. там же стр.270-271].

Предлагаемое решение принципиально отличается от известных способов тем, что предлагает новую последовательность известных приемов получения нетканого материала, дополненную новыми операциями, такими как «...добавление упрочняющих нитей...», «...выравнивание материала путем натяжения...», которые в сочетании с «...соединением волокон путем адгезии...», «...термофиксацией...» и «...обработкой на холодном каландре...», обеспечивает ускоренный темп производства с одновременным обеспечением таких свойств готового продукта как повышенная прочность и сопротивляемость усадке при сравнительно высокой скорости получения продукта в отличие от прототипа.

Предлагаемый способ промышленно применим, поскольку использован в серийном производстве нетканого материала марки РУНО RF. Автоматизированное производство позволяет выдерживать заданные параметры способа в указанных интервалах, что обеспечивает стабильность свойств получаемого продукта.

Способ получения нетканого материала осуществляют следующим образом.

Вначале смешивают волокнистое сырье, если предполагается изготавливать прочес из смеси волокон. Смешивание и разрыхление осуществляют на трепальных машинах в течение 2-3 часов до получения однородной массы плотностью 16-18 кг/м³. Затем осуществляют эмульсирование смеси, для чего предварительно готовят раствор, состоящий из смеси антистатика 6-8% и воды остальное, в качестве которого используют лиманол в количестве 0,15-16 мас.% от массы волокна. Смесь для эмульсирования в виде распыла наносят на волокно в трубопроводах. Полученную однородную массу вылеживают в боксах в течение 4-5 часов при температуре 18-20°С. После добавления в смесь волокон раствора для эмульсирования осуществляют рыхление до получения однородной массы плотностью 12-16 кг/м³. Обработанное таким образом сырье представляет собой волокнистую массу, состоящую из различных по размеру клочков волокон. Клочки волокон различных видов недостаточно равномерно распределены в смеси, а отдельные волокна перепутаны между собой. Для получения из неоднородной массы продукта высокого качества в виде волокнистого прочеса волокнистую массу обрабатывают на чесальных машинах для разъединения спутанных клочков и пучков на отдельные волокна, выделения сорных примесей, частичного распрямления и ориентации волокон в одном направлении. Прочес служит исходной структурой для формирования холста, снимаемого со съемного барабана чесальной машины. Его укладывают друг на друга с заданным числом сложений с помощью механических транспортеров преобразователей прочесов. Таким образом происходит формирование холста из 5-7 прочесов. Затем холст уплотняют на иглопробивных машинах, создавая механические связи в холсте. После уплотнения на первой иглопробивной машине к холсту подают упрочняющие стекловолоконные нити марки ЕС9 68 Z20 Т6С Н8 S12 Е4 и холст поступает на вторую иглопробивную машину, на которой создают дополнительные механические связи как между волокнами прочесов, так и между волокнами прочесов и стекловолоконными нитями. Сформированный окончательно холст выравнивают путем натяжения с нагрузкой 900-1100 Н/м и осуществляют адгезионное соединение волокон, для чего обрабатывают на каландрах при температуре 212-220°С и скорости движения холста 12,6-12,9 м/мин. При этом время контакта волокон с каландром не превышает 12-16 с. После обработки на каландрах волокна термофиксируют (в камере термобондера_) с помощью горячего воздуха при температуре 218-230°С в течение 16-18 с. После обработки на каландрах выполняют пропитку холста связующим. В качестве связующего используют, например, стиролакрилонитрильный латекс Acronal S 888 S в количестве 15-17 мас.%.

Заканчивают процесс получения нетканого иглопробивного материала сушкой при температуре 140-180-210°С в течение 70-80 с, дополнительной термообработкой и охлаждением. Охлаждение осуществляют, пропуская материал между полыми валами холодного каландра, температура которого находится в пределах 8-20°С. Эту операцию выполняют для предотвращения слипания материала при формировании рулонов готовой продукции. Примеры осуществления способа приведены в таблице 1

Таблица 1 Пример 1
140 г/м²Пример 2
170 г/м²Смешивание волокон сырья, ч2,53Плотность сырья после смешивания, кг/м³15-1815-18Плотность сырья после эмульсирования перед кардочесанием, кг/м³1212Плотность прокалывания на первом этапе, 1/см²50-5550-55Плотность прокалывания на втором этапе, 1/см²50-5555-60Нагрузка при натяжении, Н/М800-900900-1100Скорость обработки на каландре, м/мин12,912,9Температура обработки на каландре, °С210-215210-220Время контакта холста с каландром, мин0,18-0,200,20-0,22Температура термофиксации холста, °С218-230218-230Продолжительность термофиксации холста, мин0,260,27Температура сушки после пропитки связующим, °С140-180-210140-180-210Продолжительность сушки, мин1,151,18

Характеристики материала, полученного описанным выше способом, приведены в таблице 2

Таблица 2 Пример 1Пример 2Пример 3Пример 4Поверхностная плотность материала, г/см²140150160170Разрывная нагрузка по длине, Н490520560620Разрывная нагрузка по ширине, Н270280300330Разрывное удлинение по длине, ±10%21212222Разрывное удлинение по ширине, ±10%28282929Толщина материала, мм, ±8%0,80,80,91,0

Как видно из описания сущности технического решения и примеров его осуществления, способ не имеет технологически сложных операций, обладает достаточно высокой производительностью и обеспечивает получение нетканого иглопробивного материала с хорошими техническими свойствами для данного сегмента, а именно битуминизированных строительных, отделочных и других подобных материалов.

Изобретение относится к технологии производства нетканых материалов и может служить основой для производства строительных, отделочных и других подобных материалов. Способ изготовления нетканого иглопробивного материала включает рыхление, эмульсирование смеси, вылежку, формирование холста на чесальных машинах, термофиксацию, пропитку холста связующим, сушку и охлаждение. При этом после вылежки формируют продольные и поперечные прочесы, которые укладывают в не менее чем пять прочесов, обрабатывают иглопробиванием в два этапа. Кроме этого, перед вторым этапом добавляют упрочняющие нити, затем выравнивают материал путем натяжения, каландрируют с последующей пропиткой связующим, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре. Технический результат представленного решения заключается в повышении производительности способа получения нетканого иглопробивного материала при одновременном обеспечении высоких потребительских свойств. 11 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ изготовления нетканого иглопробивного материала, включающий рыхление, эмульсирование смеси, вылежку, формирование холста на чесальных машинах, термофиксацию, пропитку холста связующим, сушку и охлаждение, отличающийся тем, что после вылежки формируют продольные и поперечные прочесы, которые укладывают в не менее чем пять прочесов, обрабатывают иглопробиванием в два этапа, при этом перед вторым этапом добавляют упрочняющие нити, затем выравнивают материал путем натяжения, каландрируют с последующей пропиткой связующим, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эмульсирование осуществляют составом лиманол в количестве 0,15-16 мас.% от массы волокна путем распыления.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рыхление проводят до получения сырья с объемной плотностью 16-18 кг/м³.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вылежку осуществляют в течение 4-5 ч.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что холст формируют из 5-7 прочесов.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что иглопробивание осуществляют не менее чем в два этапа - предварительный и основной.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве упрочняющих волокон используют стекловолокно.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что адгезионное соединение волокон осуществляют на каландрах при температуре 212-220°С, скорости движения холста 12,6-12,9 м/мин, времени контакта 12-16 с.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание осуществляют при натяжении 900-1100 Н/М.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что термофиксацию осуществляют при температуре 218-230°С в течение 16-18 с.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют стиролакрилонитрильный латекс.12. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончательную сушку выполняют при температуре 140-180-210°С в течение 70-80 с.