5. – 6. Textilní způsob zpracování odpadu

Katedra netkaných textilií, Fakulta textilní, Technická Univerzita v Liberci,

Jakub Hrůza,

Obecné informace:

1. Technologie netkaných textilií byla často původně určena

pro zpracování odpadu, nebo surovin jinou technologií

nezpracovatelných.

2. Technologie výroby netkaných textilií se dělí na skupiny:

tvorba vlákenné vrstvy, zpevnění vlákenné vrstvy a finální

úpravy.

3. V oblasti jednotlivých technologií výroby vlákenných

vrstev odkazuji na technologickou část skript „Netkané

textilie“ (autoři: O. Jirsák, K. Kalinová), zejména na části

týkající se mechanické přípravy vlákenných vrstev (mykání,

aerodynamické kladení, kombinace obého, naplavování),

zpevnění vlákenných vrstev vpichováním, proplétáním,

kalandrováním, lisováním a horkým vzduchem.

Zpracování vlákenných odpadů přináší následující obtíže:

1. Velké množství prachu a nečistot vyžaduje větší míru odsávání mezi

jednotlivými stroji i uvnitř jednotlivých strojů a následné čištění vzduchu.

2. Recyklované vlákenné suroviny mají horší vlastnosti (zejména pevnost) v

důsledku poškození vláken při recyklaci a v případě sběrových textilií při

původním užívání. Z toho důvodu je obvykle nutné odpadovou surovinu

vhodně mísit se surovinou primární. Obvykle se udává, že podíl odpadové

suroviny menší než 10 % nezhorší výrazně finální vlastnosti, což neplatí vždy.

3. Na povrchu recyklovaných vláken se mohou vyskytovat apretace, tedy různé

olejové emulze, povrchově aktivní látky, barviva, finální úpravy atd…, které

mohou výrazně snižovat koeficient tření vlákna i jeho adhezi k pojivu.

Koeficient tření je klíčový pro pojení vrstev vpichováním a proplétáním, adheze

pro termické pojení kalandrováním, lisováním, nebo horkým vzduchem. V obou

případech dochází k menšímu propojení vlákenné vrstvy a tím k menší pevnosti

textilie. Při termických procesech může navíc docházet k úniku dráždivých,

případně toxických látek do vzduchu.

4. Poškození vláken a výskyt různých apretací na povrchu je značně proměnlivé.

To vede ke kolísání kvality finálního výrobku, k nutnosti kvalitní kontroly a

účinné a rychlé změny parametrů výroby.

Technologie výroby netkaných textilií

používané pro zpracování textilních odpadů

(český text viz. skripta „Netkané textilie“).

1) Tvorba vlákenných vrstev

2) Zpevnění vlákenných vrstev

It is possible divide to three groups:

A) Manufacturing of staple fibers by wet method (wet.-laid)

B) Manufacturing of staple fibers by dry methods (carding, air-laid,

random laid)

C) Manufacturing of endless fibers (spunbond, meltblown,

electrospinning)

2) TECHNOLOGIES OF WEB FORMATION

A)Wet-laid

Wet laid nonwovens are made by a modified papermaking process. That is, the

fibers to be used are suspended in water, which is subsequently taken out.

Fiber swelling and

dispersion

Suspension transport

Web formation

Water recycling

Vacuum dewatering

system

Water drying or

SPUNLACE bonding

Typical wet-laid features:

•Random orientation of fibers on the fabric surface

•Wider range of area density compared with dry laid technology

•Processing of short and smooth fibers (for example glass microfibers).

•It is possible to connect with SPUNLACE bonding – elimination of one drying

stage.

•Special papers: synthetic fiber paper, filters, overlay paper, stencil paper, tea

bag paper, paper for wrapping susage and cooked meats

•Industrial nonwovens for: waterproof sheeting for roofs, separators, filters,

reinforcement material for plastics, backing material, shoe uppers, decoration,

interlinings, insulation

Typical wet-laid products:

Carding

• The aim of carding is to prepare uniform web from isolated fibers.

Consequently are fibers mixed, cleaned and paralleled.

• For nonwovens are used roller card machines, which are more productive

than flat cards. Productivity of roller cards increased during forty years from

30-50 kg/hod up to 1200 kg/hod and the carded web width increased from 1

up to 4,5 metres. Nevertheless it is important that productivity depends on

the type and quality of fibers and on the quality of fiber preparation.

• Input to card machine: web of fiber flocks

• Output of card machine: light anisotropic web (about 20-30 g/m2) of

isolated fibers; this web is necessary to lap to obtain bigger density and

more isotropic orientation of fibers.

B) Carding, Air-laid, Random-laid

FANCY

ROLLER

Simple card machine

Double doffer card with

condensing rollers

Horizontal Cross Lapper

Area weight of web depends on

1. Feeding velocity

2. Area weight of carded web

3. Width of layer

4. Postion of fibers

5. Average angle between

fibers

6. Output direction

Horizontal cross lapper

Camel Back

Perpendicular Layering

Developed in Czech Republic in 1988-1992 in Technical University of

Liberec, Textile Faculty, Department of Nonwovens.

Position of fibers are perpendicularly oriented to fiber

High resistance to compression and elastic recovery.

Thermally insulating a filling, used in automotive, sleeping bags

Blankets cushioned furniture and sleeping bags are produced from these.

This technique has an advantage over longitudinal and cross layering

because of the perpendicular and oriented fibers in the fabric. The bonded

webs have high resistance to compression and show better recovery after

repeated loading

Air-laid: Aerodynamic Web Forming

The fiber material is at first opened by rotating cylinder named lickerin. Then

single fibers are dispersed into the air stream and condensed on the

perforated cylinder or belt.

Example of air laid machine

Production up to 3 000

kg/hour

Random cards – combination of air laid and

carding technology

A major objective of this combination is isotropic textile

fabric (random orientation of fibers) with good mass

uniformity of light fabrics and with high production speed.

• The first part – card machine opens perfectly fibrous

material so single fibers are as a output.

• The second part – air laid system uses the centrifugal force

to strip the fibers off a roller and. put them down on an air

controlled scrim belt.

Main variations of random cards I.

Airlaid function of random card:

1) Random roller between main

cylinder and doffer, which rotate in

the opposite direction of the main

cylinder.

Main

cylinder

Random

roller

2) Centrifugal

force of mean

cylinder strips the

fibers off

Main variations of random cards II.

Random card Fehrer K12

Example of random card line Fehrer

V 21/R - K 12

K 12 "HIGH-LOFT"

V 12/R

Working widths (m)

1.2 - 5.4 1.2 - 5.4

Production speeds (m/min)

up to 30 * 1 - 10 *

Weight range (g/m2)

40 - 3000 * in special

configuration up to 6000

500 - 6000*

Capacity (kg/h/m)

up to 450 * up to 1500 *

Air laid and random cards: used fibers

synthetic fibres, viscose, cotton and blends thereof;

natural fibres such as flax, hemp, sisal etc.; reclaimed

textile waste and shoddy,

1.7 - 2000dtex

max. 120 mm staple length

Air laid and random cards: end products

interlinings, shoe linings, „high loft" products for the garment and furniture

industries; base material for coating substrates and synthetic leather;

waddings;geotextiles, filter materials; needle blankets; carpets and wall

coverings; technical felts insulation felts; mattress felts, waddings for the

upholstery and automotive industry; undercarpets

3)WEB BONDING A) Mechanical:

- Needlepunching

- Spunlace

- Stitch bonding

- Tufting

B) Thermal: - Calendering

- Hot-air bonding

- Pressing operation

- Sonic bonding

C) Chemical: - Impregnating

- Foam coating

- Spraying

- Printing

MECHANICAL BONDING METHOD

Needle Punching: Produced by moving needles up and down, this needling action interlocks the fibers.

Fibrous web

Needle

Needle barb

Fiber

Lower holeplate

Parameters of needlepunching • Working frequency range from 800-

2500m/min

• Large force upto 10netwon per needle

stroke.

• Working width range from 2,4,6 even

16m

• The fiber webs are 100-300mm thick.

• The level of web densification is a

funcation of number of punches per unit

area of web.

• The number of needles in needle board.

• Frequency of needle board.

• Maximum distance between the upper

and lower plates.

• Depth of needle plays vital role.

• Natural, synthetic fibers like glass fiber,

ceramic, stainless steel, aramindes

WHY NEEDLE PUNCHING??...............

Simple process

Effective bonding

No additives

Re-cycling

Flexible

Now to increase efficiency and better

binding the both sides of the web needle

board punching is used now a days.

End use:

Geotextiles, automotive, filters, hometex,

synthetic leather, other technical felts….

Parts of needlepunch machine:

Parameters of needlepunch machine

Penetration depth

It changes number of working barbes

It inreases textile strenght (until some value)

and decreases textile thickness.

When the penetration depth is too high fibers

are pulled through the textile

Density of punches

The number of punches per area is given by

where Npis number of punches per square meter of fabric (m-2), a is total number of needles

per 1 meter of working width (m-1), f is frequency of needle board (s-1), p is number of

passages through needle loom (or number of needle looms) and v is velosity of web (m.s-1).

Higher density of punches causes: Higher strength of textile, higher dimension changes of

textile, higher damage of fibers when density is too high, lower thickness, lower permeability

of textile

v

pfaN p

Parameters of needles:

•Proportions (length, diameter, density of barbs, size of barbs...)

•Shape of needle parts (shape of working blade, shape of barbs....)

•Type of needle (felting, structuring)

•Location on the needle board

Types of needles:

Felting needles

To mechanically compact fibrous material

Structuring needles

To prepare surface structure with a velour or rib effect

Stitch Bonding

Stitch bonding method for mechanical bonding of fibrous web by knitting. This

process is divided onto four systems:

• Malivlies – fibrous web is bonded by system of threads

• Maliwat – fibrous web is bonded without threads. (Instead of threads, the fibers

are pulled out of the layer to create bonding bundles.)

• Malipol – bonding threads create loops on the surface

• Malimo – bonded is not fibrous web but parallel pack of fibers, which is

perpendicular to bonding threades.

The properties of stitch bonded fabrics depends on:

Type of fibers, layering and area weight web.

Type of threads, stitch length and distance of therads.

Pattern bonding avaliable.

The stitch bonding work with therad similar like needle

Spunlace (Hydroentanglement)

Tato technologie není využívána pro zpracování odpadů z důvodu nutnosti

čistého prostředí a z důvodu odlišného sortimentu (velký objem výroby, malá

variabilita vstupní suroviny).

Principle of spunlace bonding Spunlace or hydroentanglement is web bonding technology, which uses fine, high

pressure jets of water to cause the fibres to interlace. Water jet due to high kinetic

energy reorientates fibers according to the shape of the support screen (sieve belt or

perforated drum). As a bonded web is possible to use whole range of nonwovens:

carded webs, spunbond and meltblown webs, wetlaid, airlaid and composites.

Binding point is a set of fibers

with various orientation, which are

bonded by friction forces (similar

as for needlepunch process).

support screen

In chemical bonding, bonding adhesives are used in the form of polymer dispersions

(latex) or polymer solutions. Chemically bonded webs are prooduced in the following,

mostly integrated steps:

a) Forming fiber layer (see Chapter 3.1.)

b) Application of binder

c) Coagulation of binder

d) Drying

e) Curing

CHEMICAL BONDING

Málo používané technologie z důvodu vysoké energetické náročnosti sušicího

procesu, toxicity chemických pojiv a nutnosti čištění provozních vod.

Ad b) types of applications:

•Impregnating

•Foam coating

•Printing

•Spraying

Thermal bonding The process consists of

a) Forming fiber layer

b) Application of binder by

- depositing of powder, paste or polymer melt

- ayering up fiber layer and binder netting or foil

- orming fiber layer of a blend of basic and bonding fibers

c) Melting binder by increasing temperature

d) Forming binder

e) Solidification of binder by cooling.

Binder powders are produced usually by grinding polymer granules. The grinding must be

carried out at a temperature below Tg of the binder. It is rather demanding in case of co-

polymers showing low values of Tg. The powders' particle sizes range between 0.1-0.5 mm.

Mono- and bi-component bonding fibers are produced by the melt spinnning process.

Foils are produced by calendering or melt extrusion using special dies.

Nettings are formed by spun bonding, melt-blowing, forming polymer melt by grooved

rollers or by cutting foils.

Advantages of thermal bonding:

• The main advantages in comparison with chemical bonding are good

hygienic properties of fabrics

• environmentally friendly process

• simple devices

• high productivity (high heating rate)

• low energy consumption

Disadvantages:

• demanding blending

• low fiber-binder interface, possible low stability in washing and

dryycleaning

• lower productivity of forming fiber layers, the bonding fibers must pass

through the device

In calender bonding, the fiber layer passes through a nip between two rollers.

One of the rollers or both of them are heated. The fiber layer is compressed between

the rollers and is heated by the rollers.

The fiber layers are formed of either

a) thermoplastic fibers of one type or

b) non-fusible or highly fusible fibers and fusible bonding fibers either bi-

component or mono-component. '

Calendering

The rollers of the calenders are smooth, embossed or grooved

Air permeable fiber layers are effectively heated in a through-air process. This

process is useful in both bonding and laminating techniques. In bonding, a fiber

layer made of a blend of base and bonding fibers is heated. Monoponent fusible

fibers or bi-eomponent core/sheet fibers with fusible sheet are commonly used

as bonding fibers.

Throug-air bonding

Ultrasonic techniques are used to process thermoplastic materials. In the

textile industry, ultrasonic energy is applied to replace sewing, to cut

fabbrics and seal edges. Special devices have been developed to bind fiber

webs.

Ultrasound bonding

PŘÁDELNICKÝ ZPŮSOB ZPRACOVÁNÍ VLÁKENNÉHO

ODPADU – málo používaný

1) Mykaná příze vigoňová, bavlněná

Složení vigoňové příze:

Linka pro mykanou přízi

Druh vlákna Podíl %

Viskózová stříž, 40 mm nebo 60 mm (jako „nosné“ vlákno) 10 - 30

Méněcenné, krátkovlákenné bavlny 20 - 40

Trhané a recyklované odpady (bavlněné nebo vlněné) 20 - 70

(Případně také:) lýková vlákna 20 - 25

Mykací

stroj

Dělicí a zaoblovací

zařízení Dopřádání

Vlastnosti a použití:

Většina přízí se vyrábí v rozmezí 100-1000 tex, výjimečně v jemnostech do 40

tex. Charakteristický je měkký omak, matný povrch s našedlým odstínem, velmi

nízká pevnost v tahu (asi do 7 cN/tex) a velká nestejnoměrnost.

Použití pro méně náročné výrobky je velmi mnohostranné, příze jsou obzvlášť

vhodné pro počesávané, hřejivé tkaniny a pleteniny. K nejpoužívanějším patří:

pletené zboží, zimní spodní prádlo, pracovní oděvy, podšívky, závěsy, přehozy,

přikrývky, prachovky, hadry na čištění, potahy válců na různých strojích …

2) Poločesaná příze

Tato příze má větší pevnost a vyšší stejnoměrnost, problémy s krátkými vlákny.

Mykací

stroj Posukování Dopřádání

Dopřádací systémy:

Vhodné jsou frikční systémy DREF 2 a DREF 3, kde je možné kombinovat nosnou část

jádra s obalem z odpadových vláken.

Princip: Pramen vláken od mykacího stroje je přiváděn podávacím ústrojím k vyčesávacímu bubnu.

Jednotlivá vyčesaná vlákna nese proud vzduchu kolem usměrňovacího kotouče mezi

spřádací bubny. Oba bubny se otáčí stejným směrem a perforací v jejich povrchu se odsává

vzduch. Vlivem podtlaku a tření spřádacích bubnů se vlákna stáčí a napojují na otevřený

konec příze, která se odvádí k navíjecímu ústrojí.

Vyčesávací buben

Pramen vláken

Spřádací bubny

Navíjení příze

Vlastnosti a použití:

Na stroji se nechají spřádat všechna přírodní, umělá a recyklovaná textilní vlákna s délkou 10-

120 mm a s jemností mezi 1,7 a 17 dtex. Frikční příze mohou v tomto rozsahu nahradit

značnou část vigoní a přízí z mykané vlny. Navíc se nechají vyrábět určité směsi materiálů a

jádrové (opřádané) příze pouze touto technologií.

Frikční příze jsou objemnější a méně pevné než příze z mykané vlny ze stejných materiálu a se

stejným zákrutem. Stejnoměrnost je dostačující natolik, že se z hotové příze nemusí

odstraňovat tenká a tlustá místa, takže odpadá soukání. Příze se používají z největší části na

technické textilie.

Příze z DREF 2 hlavně na filtry, izolace, hadry na čištění

Příze z DREF 3 (jádrové a hybridní) na ochranné oděvy proti ohni a proti pořezání, kompozity

Obal

Jádro