СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕТКАНОГО ИГЛОПРОБИВНОГО МАТЕРИАЛА, АРМИРОВАННОГО СЕТКОЙ Российский патент 2009 года по МПК D04H1/54 B32B7/08 

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.

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. [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.].

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 температуре 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°С 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 смеси бикомпонентных 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 Н 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 сек [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 техническому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ производства упрочненного слоистого материала на основе нетканого материала, при котором его образуют, по крайней мере, одновременной экструзией первого нетканого слоя полиэстер полимера и второго слоя полиэстер полимера хаотично расположенными бесконечными нитями, образуют, по крайней мере, второй слой нетканого материала экструзией, по крайней мере, с первым полиэстер полимером хаотично расположенными бесконечными нитями, располагают одну сетку из стекловолокна между первым и вторым слоями, каландрируют сборку, образованную, по крайней мере, одним первым слоем, по крайней мере, одним вторым слоем и, по крайней мере, одной сеткой из стекловолокна при температуре, при которой второй полиэстер полимер размягчен, добавляют связующее и сушат сборку, при этом перед каландрированием сборку, состоящую из первого, второго слоя нетканого материала и сетки, предварительно иглопрокалывают для первого упрочнения, чтобы обеспечить поступление сборки на каландер [см. описание к Европейскому патенту ЕР № 1584737, М. кл. D06N 5/00, D04H 13/00, В32В 5/26, опубл. 12.10.2005].

Предлагаемый способ ставит своей целью получить упрочненный слоистый материал на основе нетканого полотна с улучшенной стабильностью к усадке во всех направлениях и содержащий уменьшенное количество связующего.

Поставленная цель изобретения в упомянутом выше решении достигнута, однако способ не обеспечивает необходимой производительности, поскольку технология предполагает образование нетканого холста экструзией бесконечных нитей из расплава, что существенно ограничивает скорость выхода готового продукта.

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 иглопробивного материала, армированного сеткой, включающем образование первого и второго нетканого слоя, расположение сетки из стекловолокна между первым и вторым слоями, каландрирование сборки, образованной первым, вторым нетканым слоем и одной сеткой из стекловолокна, добавление связующего и сушку сборки, при этом перед каландрированием сборку, состоящую из первого, второго нетканого слоя и сетки, предварительно иглопрокалывают для первого упрочнения, согласно изобретению первый и второй нетканые слои формируют в виде продольных и поперечных прочесов, полученных после рыхления исходного волокнистого сырья, эмульсируют смесь волокон, подвергают вылежке, прочесы формируют на чесальных машинах и вводят сетку из стекловолокна между прочесами, повторно иглопрокалывают, полученный материал перед каландрированием выравнивают путем натяжения с последующей пропиткой связующим, термофиксируют, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре.

Согласно изобретению, первый и второй нетканые слои формируют из одного-пяти прочесов.

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, в качестве упрочняющей сетки используют сетку из стекловолокна, обработанную поверхностно-активным веществом.

Согласно изобретению, адгезионное соединение волокон и сетки осуществляют на каландрах при температуре 212-220°С, скорости движения холста 8,9-9,6 м/мин, времени контакта 18-20 с.

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

Согласно изобретению, термофиксацию осуществляют при температуре 218-230°С в течение 20-22 с.

Согласно изобретению, в качестве связующего используют стиролакрилонитрильный латекс.

Согласно изобретению, окончательную сушку выполняют при температуре 140-210°С в течение 80-90 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.: изд-во 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 «…выравнивание материала путем натяжения…», которые в сочетании с «…соединением волокон путем адгезии…», «…термофиксацией…» и «…обработкой на холодном каландре…» обеспечивают 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 150RS. 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 15-18 кг/м³. Затем осуществляют эмульсирование смеси, для чего предварительно готовят раствор, состоящий из смеси антистатика 6-8% и вода остальное. 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 15-18 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 слоя, снимаемого со съемного барабана чесальной машины. Его укладывают друг на друга с помощью механических транспортеров преобразователей прочесов. Одновременно между прочесами укладывают сетку, например, из стекловолокна с нитью 34 текса, размером ячейки 12 мм в продольном направлении и 6 мм по утку, обработанную ПВА или ПВС. Таким образом происходит формирование нетканого слоя из двух прочесов и сетки. Также формируют нетканые слои из 2-5 прочесов, уложенных продольно-поперечно. Затем пакет уплотняют на иглопробивных машинах, создавая механические связи в нетканых слоях. На первой и второй иглопробивных машинах создают дополнительные механические связи между волокнами прочесов и стекловолоконными нитями сетки. Сформированный окончательно материал 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 9,5-9,6 м/мин. При этом время контакта волокон с каландром не превышает 18-20 с. После обработки на каландрах волокна термофиксируют (в камере ТЕРМОБОНДЕРА) с помощью горячего воздуха при температуре 218-230°С в течение 20-22 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 80-90 сек, дополнительной термообработкой и охлаждением. Охлаждение осуществляют, пропуская материал между полыми валами холодного каландра, температура которого находится в пределах 18-20°С. Эту операцию выполняют для предотвращения слипания материала при формировании рулонов готовой продукции. Примеры осуществления способа приведены в таблице 1.

Таблица 1   Пример 1 150 г/м² Пример 2 170 г/м² Смешивание волокон сырья, час 2,5 3 Плотность сырья после смешивания, кг/м³ 15-18 15-18 Плотность сырья после эмульсирования, перед кардочесанием, кг/м³ 12 12 Плотность прокалывания на первом этапе, 1/см² 45-50 45-50 Плотность прокалывания на втором этапе, 1/см² 42-47 42-45 Нагрузка при натяжении, Н/М 800-900 900-1100 Скорость обработки на каландре, м/мин 9,5 9,6 Температура обработки на каландре, °С 210-215 210-220 Время контакта холста с каландром, мин 0,28-0,33 0,29-0,34 Температура термофиксации холста, °С 218-230 218-230 Продолжительность термофиксации холста, мин 0,35 0,36 Температура сушки после пропитки связующим, °С 140-180-210 140-180-210 Продолжительность сушки, мин 1,50 1,55

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

Таблица 2   Пример 1 Пример 2 Поверхностная плотность материала, г/м² 150 170 Разрывная нагрузка по длине, Н 520 550 Разрывная нагрузка по ширине, Н 280 300 Разрывное удлинение по длине, ±10% 26 27

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, армированного сеткой, включающий образование первого и второго нетканого слоя, расположение сетки из стекловолокна между первым и вторым слоями, каландрирование сборки, образованной первым, вторым слоем и одной сеткой из стекловолокна, добавление связующего и сушку сборки. При этом перед каландрированием сборку, состоящую из первого, второго нетканого слоя и сетки, предварительно иглопрокалывают для первого упрочнения. Кроме этого, первый и второй нетканые слои формируют в виде продольных и поперечных прочесов, полученных после рыхления исходного волокнистого сырья, эмульсирования смеси, ее вылежки, формирования прочесов на чесальных машинах и введения сетки из стекловолокна между прочесами, повторно обрабатывают иглопробиванием. Полученный материал выравнивают путем натяжения перед каландрированием с последующей пропиткой связующим и термофиксацией, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре. Техническим результатом данного решения является повышение производительности способа получения нетканого иглопробивного материала при одновременном обеспечении высоких потребительских свойств материала. 10 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ изготовления нетканого иглопробивного материала, армированного сеткой, включающий образование первого и второго нетканого слоя, расположение сетки из стекловолокна между первым и вторым слоями, каландрирование сборки, образованной первым, вторым слоем и одной сеткой из стекловолокна, добавление связующего и сушку сборки, при этом перед каландрированием сборку, состоящую из первого, второго нетканого слоя и сетки, предварительно иглопрокалывают для первого упрочнения, отличающийся тем, что первый и второй нетканые слои формируют в виде продольных и поперечных прочесов, полученных после рыхления исходного волокнистого сырья, эмульсирования смеси, ее вылежки, формирования прочесов на чесальных машинах и введения сетки из стекловолокна между прочесами, повторно обрабатывают иглопробиванием, полученный материал выравнивают путем натяжения перед каландрированием с последующей пропиткой связующим и термофиксацией, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый и второй нетканые слои формируют из одного-пяти прочесов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что эмульсирование осуществляют составом лиманол в количестве 0,15-16 мас.% от массы волокна путем распыления.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что рыхление проводят до получения сырья с объемной плотностью 16-18 кг/м³.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вылежку осуществляют в течение 4-5 ч.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве упрочняющей сетки используют сетку из стекловолокна, обработанную поверхностно-активным веществом.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что адгезионное соединение волокон и сетки осуществляют на каландрах при температуре 212-220°С, скорости движения холста 9,5-9,6 м/мин, времени контакта 18-20 с.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание осуществляют при натяжении 900-1100 Н/М.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что термофиксацию осуществляют при температуре 218-230°С в течение 20-22 с.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют стиролакрилонитрильный латекс.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончательную сушку выполняют при температуре 140-210°С в течение 80-90 с.