NETKANÉ TEXTILIE

Prof. RNDr. Oldřich JIRSÁK, CSc.Ing. Klára KALINOVÁ, Ph.D.

2

Obsah

Předmluva 4

Úvod 5

1. Všeobecná část 7

1.1. Definice netkaných textilií 7

1. 2. Výroba NT, jejich postavení a užití 7

1. 3. Klasifikace a názvosloví NT 11

1. 4. Suroviny pro výrobu NT 14

1.4.1. Rekapitulace základních pojmů 14

1.4.2. Vlákna pro výrobu NT 20

1.4.2.1. Základní vlákna 20

1.4.2.2. Speciální vlákna 24

1.4.3. Pojiva pro výrobu NT 31

1.4.3.1. Formy pojiv 31

1.4.3.2. Vodné disperze polymerů 42

1.4.3.3. Zpěněné vodné disperze 42

1.4.3.4. Pasty 43

1.4.3.5. Roztoky polymerů 44

1.4.3.6. Termoplastická pojiva 44

2. Technologická část 45

2.1. Příprava vlákenných vrstev 45

2.1.1. Mechanické způsoby přípravy vlákenných vrstev 45

2.1.1.1. Příprava vlákenné pavučiny 46

2.1.1.2. Vrstvení vlákenné pavučiny 49

2.1.2. Aerodynamická výroba vlákenné vrstvy 53

2.1.3. Mechanicko-aerodynamické postupy výroby rouna 55

2.1.4. Hydrodynamická výroba vlákenné vrstvy 59

2.1.5. Příprava vlákenných vrstev z taveniny polymeru 63

2.1.5.1. Technologie spun-bond 63

2.1.5.2. Melt-blown 66

2.1.5.3. Elektrostatické zvlákňováni 70

2.1.6. Další způsoby přípravy vlákenných vrstev 72

2.2. Zpevňování vlákenných vrstev 77

3

2.2.1. Mechanické způsoby zpevňování 77

2.2.1.1. Technologie vpichování 77

2.2.1.2. Technologie proplétání 87

2.2.1.4. Plstění a valchování 91

2.2.2. Chemické způsoby zpevňování vlákenných vrstev 93

2.2.2.1. Pojení disperzemi a zpěněnými disperzemi polymerů 93

2.2.2.1.1. Nanášení pojiva na vlákenné vrstvy 93

2.2.2.1.2. Koagulace, sušení, síťování 102

2.2.2.2. Pojení roztoky pojiv 104

2.2.3. Termické způsoby zpevňování vlákenných vrstev 106

2.2.3.1. Pojení kalandrem 111

2.2.3.2. Teplovzdušné pojení 113

2.2.3.3. Pojení ultrazvukem 118

2.2.3.4. Pojení infračerveným zářením 120

2.3. Úpravy NT 121

3. Doporučená literatura 129

4

PředmluvaUčební text je koncipován jako úvodní kurs oboru netkané textilie. Je určen ke studiu

všeobecného základu textilního inženýrství na Fakultě textilní Technické univerzity.Pojednává o základních pojmech, základních technologiích a nejdůležitějších skupináchvýrobků.

Text si klade dva základní cíle:1. Poskytovat potřebné informace studujícím, kteří se dále budou specializovat v jinýchtextilních oborech. Skriptum by jim mělo poskytnout informaci o rozsahu technologií,základních výrobcích, základních technologických proměnných a z toho vyplývajícíchmožnostech ovlivňování vlastností výrobků jakož i o cestách k podrobnějším informacím. Toby mělo zajistit jejich schopnost komunikace s výrobci a zpracovateli netkaných textilií.2. Posloužit jako základ ke specializovanému studiu oboru netkané textilie v řadě základnícha doplňkových předmětů, které katedra nabízí. Na tomto místě je třeba upozornit naomezenost informací v předloženém textu, jak si to vyžádal jednosemestrový kurs a tozejména v oblastech:A - Použití netkaných textilií. Skupiny výrobků pro jednotlivé oblasti použití se vyznačujísadou specifických vlastností. S tím jsou obvykle spojeny teorie požadovaných účinků asoustava norem platných v jednotlivých státech.B - Základní pojmy týkající se polymerů, pojiv a vláken. Pojmy jsou zde stručněrekapitulovány pro jejich srozumitelnost v dalším výkladu. Jejich uvedení si nečiní nárok naúplnost a je vyvoláno rozdílností znalosti posluchačů z předchozího studia.C - Technologie netkaných textilií. Není zpracována celá řada modifikací základníchpopsaných technologií dnes běžně užívaných. Neúměrně by to zvýšilo rozsah skripta.

Text skripta vychází zejména z prací jednoho ze zakladatelů oboru netkané textilieProf. Ing. Dr.techn. Radko Krčmy, DrSc, jemuž patří naše upřímné poděkování za inspiraci apřipomínky k textu.

5

Úvod

V historii netkaných textilií (NT) můžeme rozlišit čtyři základní období lišící sepředevším důvody, které k jejich výrobě vedly:1) Prehistorie.

Pravděpodobně prvním doloženým způsobem výroby textilních plošných útvarů bylozpracování plstitelných zvířecích srstí postupy plstění, t.j. současným působením vody, tepla apřípadné chemikálií a mechanických vlivů. Takto vyrobené textilní útvary byly používányjako přikrývky a ke stavbě obydlí. Tyto postupy jsou dodnes využívány některými stepníminárody, ale i v průmyslové podobě při výrobě plstí.

Dalším archeologicky doloženým příkladem je využití slaměných rohoží při stavbáchv Mezopotámii. Zbytky těchto staveb včetně výztuží jsou dochovány a jsou historickýmpříkladem technického využití lineárních útvarů ve stavebních konstrukcích, které dnes opětzaznamenává rozmach.

2) 19. století.V každé textilní výrobě počínaje čištěním přírodních vláken vzniká určité množství

technologických odpadů (10-20 % ze vstupujících surovin), které pro vyšší obsah nečistot,malou délku vláken či z jiných důvodů nelze znovu využít k výrobě nití. Snaha zpracovat tytomateriály vedla k rozvoji nových technologií, zejména vpichování. Z textilních odpadů takbylo možno vyrábět textilie s vlastnostmi podobnými vlastnostem plstí. zpracovánítechnologických odpadů, ale i použitých sběrových textilií je dodnes jedním z hnacích motorůvýroby NT.

3) 30. - 50. léta 20. století.K rozvoji výroby NT netradičními metodami vedla zejména snaha pokrýt zvyšující se

potřebu plošných textilních útvarů efektivnějšími a levnějšími metodami než je poměrněkomplikovaný postup výroby nití s následným pletením nebo tkaním. Zejména ve Spojenýchstátech a následně pak v Československu byla vypracována řada metod přímé tvorbyvlákenných vrstev a jejich zpevňování termicky, mechanicky či adhezivy.

Podle (3.4.) Dosahují jednotlivé technologie v současné době následujícíchvýrobností:

6

Technologie Relativní výrobnost Tkaní 1 – 2Pletení 4 – 16Netkané textilie

- Všívání 38 - vpichování 50- spun-bond 200 – 2000- naplavování 2300

4) Současnost.Od 60. let je převládajícím motivem výroby NT možnost přípravy materiálů zcela

nových vlastností, které nelze realizovat jinými technologiemi. Jde například o filtry,zdravotnické materiály, ochranné oděvy, konstrukční materiály pro stavební, automobilový,leteckýa kosmický výzkum, tepelně a hlukově izolační výrobky, oděvní a obuvnické textilie amnoho jiných, které se ve stovkách nových typů objevují na pravidelných výstavách Index(švýcarsko), Idea (USA), Techtextil (SRN) a dalších.

Rozvoj je provázen vývojem specializovaných strojních zařízení a důkladnýmvýzkumem vlastností potřebných pro jednotlivé aplikace. Nejúspěšnější firmy staví nafilosofii ofenzívního vývoje, t.j. nečekají na požadavky z ostatních oborů hospodářství, alesamy nové aplikační možnosti vyhledávají a doporučují.

Postup výroby NT lze rozčlenit do následujícího schématu:

1. Příprava vlákenných surovin2. Výrobní technologie

a) Příprava vlákenné vrstvyb) Zpevnění vlákenné vrstvyc) Ořezávání okrajů, řezání, příp. navíjení

3. Úprava, případně vrstvení, povrstvování apod.

Toto schéma nemusí být vždy dodrženo, některé operace mohou být vynechány nebosdruženy.

V tomto textu se nebudeme zabývat přípravou vlákenných surovin (bod 1), t.j.:otvíráním balíků, rozvolňováním, mísením, špikováním, případně zdroji a druhy sekundárníchvlákenných surovin a jejich přípravou. Odkazujeme zde na předmět "Přádelnictví", případněspecializovaný předmět "Textilní druhotné suroviny" a poznamenáme jen, že volbavlákenných surovin, postup a kvalita jejich přípravy je jedním z rozhodujících momentůurčujících kvalitu výrobku.

Výše uvedené schéma výroby NT je současně východiskem ke klasifikaci NT.Ze schématu dále vyplývá jednoduchost postupu výroby NT, která je základem

příznivé ekonomiky výroby ve srovnání s výrobou pletením a tkaním. Základním rozdílem jepřímé zpracování suroviny na vlákennou vrstvu bez potřeby vyrábět lineární vlákenný útvar -nit.

7

1. Všeobecná část

1. 1. Definice netkaných textilií

NT zahrnují širokou škálu výrobků získaných nejrůznějšími technologiemi aodlišujícími se strukturou. Vzhledem k tomu, že vznikají stále nové technologie a s tímspojené výrobky a struktury, podléhá definice NT vývoji. V současné době jsou NTdefinovány následovně:

Netkaná textilie je vrstva vyrobená z jednosměrně nebo náhodně orientovanýchvláken, spojených třením a/nebo kohezí a/nebo adhezí s výjimkou papíru a výrobkůvyrobených tkaním, pletením, všíváním, proplétáním nebo plstěním.

POZN.: Náplň tohoto kursu i některých specializovaných předmětů na katedře netkanýchtextilií není v úplném souhlasu s uvedenou definicí, zejména u technologií všívání, proplétánía plstění. Tento nesoulad je způsoben zejména vývojem definice NT. Podstatné ovšem je, ževýše uvedené technologie, hojně zastoupené u výrobců NT v ČR, nejsou obsaženy v jinýchpředmětech vyučovaných na Fakultě textilní.

1. 2. Výroba NT, jejich postavení a užití

Objem výroby NT se blíží 20% celkové světové výroby textilií a tento podíl seneustále zvyšuje. V České republice a ve Slovenské republice se vyrábí asi 40.000 t/rok, cožpředstavuje 150 milionů m2. Toto množství je srovnatelné s výrobou ve Francii, VelkéBritánii, případně celé Skandinávii. Celosvětová výroba činí 4 miliony t/rok a v západníEvropě více než 1 milion t/rok resp. 25 miliard m2.

Zatímco výroba většiny druhů textilií celosvětově stagnuje nebo se jen pozvolnazvyšuje, roční nárůst výroby NT je celosvětově 6% a v západní Evropě dokonce 9%. Tentoneuvěřitelný nárůst je snad srovnatelný jen s rozvojem mikroelektroniky a je postaven naekonomické výhodnosti a kvalitativním rozvoji, který zabezpečuje pronikání výrobků do stálenových oblastí technického využití.

V západní Evropě se uvádí následující netkaných textilií podle použití:

8

Skupina výrobků Objem výroby (tis. t) - r. 1988

Obalové materiály 101,6Geotextilie 73,1Bytové textilie 46,6Čistící textilie 33,5Vzduchové a kapalinové filtry 22,1Různé 19,2Vložkové materiály 17,5Zdravotnické textilie 15,1Obuvnické textilie 12,7Elektro a brusné materiály 10,5Automobilový průmysl 7,3Agrotextilie 2,9Oděvní textilie 2,7

POZNÁMKY k některým výše uvedeným skupinám výrobků:

Geotextilie - Textilní materiály používané při geotechnických pracích, např. stavbě silnic,zakládání staveb, budování drenáží, ochraně svahů před erozí atd.;geotextilie plní jednu nebosoučasně několik z následujících funkcí: výztužnou, separační (př.: zábrana mísení jemnějšíhoa hrubšího materiálu dvou konstrukčních vrstev vozovky), drenážní, filtrační; důsledkempoužití geotextilií je podstatné zlevnění staveb a prodloužení jejich životnosti.

Bytovétextilie - koberce, závěsy, ubrusoviny, konstrukční součásti nábytku,prachovky, mycí hadry, leštící textilie, lapače pachů

Filtry - mnoho typů filtrů pro průmyslové závody, zejména pro čištění vzduchu a zachycováníexhalací, pro přípravu sterilního vzduchu v bioprovozech, filtraci v potravinářství - mléko,víno, pivo, pro automobily atd. Výroba se rozvíjí zejména s potřebou ochrany životníhoprostředí.

Vložkové materiály - tepelně izolační objemné materiály pro oděvy do chladného počasí,spací pytle, přikrývky; konstrukční součásti oděvů výztužné vložky.

Zdravotnické textilie - materiály pro osobní hygienu dětí i dospělých, obleky pro jednopoužití, roušky, ložní prádlo pro jedno použití.

Automobilový průmysl - v současných automobilech je 20 - 50 výrobků z netkaných textilií:filtry, polstrování, izolace, odhlučnění.

Agrotextilie - lehké krycí textilie pro urychlení růstu sazenic, k jejich ochraně vůči hmyzu avětru, zábrana vysychání půdy, zatravňovací rohože.

9

Největšími světovými firmami, které vyrábějí netkané textilie, jsou podle velikosti(údaj z roku 1996) :

Firma Sídlo Prodej NT (milionů US$/rok)

Freudenberg SRN 1 270Du Pont USA 880BBA Nonwovens USA 530PGI Nonwovens USA 500Kimberly - Clark USA 488Japan Vilene Japonsko 298Dexter Nonwovens USA 295Veratec USA 265Hoecht Trevira SRN 218Asahi Chemical Japonsko 182Toyobo Japonsko 165Akzo Nobel Nonwovens Holandsko 150Amoco Fabrics & Fibers SRN 150Lydall, Inc. USA 150Lantor Group USA 140Dominion Textile USA 134Walkisoft USA 130Polyfelt Rakousko 110Foss Manufacturing USA 108J. W. Suominen Oy Finsko 105

Nejvýznamnější výrobci netkaných republice jsou uvedeni na obr. 1.V dalších závodech se zavádí výroba netkaných textilií s cílem zhodnocení vlastních

technologických odpadů.Američtí výrobci jsou sdruženi v organizaci INDA (Association of the Nonwoven

Fabric Industry) a západoevropští v EDANA (European Disposables and NonwovensAssociation). Tyto organizace sdružující výrobce a zpracovatele netkaných textilií adodavatele surovin a strojů- koordinují studie a diskuse ekonomických, statistických, technických a vědeckých problémů- zastupují a brání vzájemné zájmy, zájmy vůči navazujícím odvětvím- pořádají konference a studijní programy.

S rozvojem netkaných textilií vznikly i speciální časopisy tohoto oboru, např.:Allgemeiner Vliesstoff-Report SRNNonwovens Report V. BritánieNonwovens Industry USA

10

Obraz 1: Mapka výrobců natkaných textilií v České republice

11

1. 3. Klasifikace a názvosloví netkaných textilií

Vzhledem k rozmanitosti surovin a technologií pro výrobu NT i jejich použití neníklasifikace NT jednoduchou a většinou ani jednoznačnou záležitostí. Uvedeme zde dvazpůsoby klasifikace, založené na

a) Technologiivýrobypoužitév jednotlivých výrobních krocích (viz obecné schéma výroby vÚvodu)

b) Způsobu zpevnění (která se ovšem úzce váže k technologii výroby)

a) Klasifikace podle technologie výroby

Základní technologie výroby a jejich rozčlenění jsou uvedeny v Tab. 1. Těmitotechnologiemi vyrobené textilie lze dále různě upravovat (zušlechťování, potiskování,barvení). Textilie je možno i povrstvovat a vzájemně vrstvit, čímž získáme

Vrstvené textilie, t.j. textilie vzniklé vrstvením alespoň jedné vlákenné vrstvy s jinýmplošným textilním či netextilním útvarem. Vrstvy mohou být navzájem mechanicky vázánynebo pojeny adhezivy.

Jednovrstvé textilie. Jejich rozdělení je uvedeno v tab. 1.

V následujícím přehledu jsou uvedeny překlady některých pojmů do anglického aněmeckého jazyka:

česky anglicky německy

netkané textilie Nonwovens Nichtgewebte Textilien, Vliesstoffetext. vyrobené za mokra Wet-laid Nassvliesstofetext.vyr. suchou cestou Dry-laid Trockenvliesstoffetext. vyr.aerodynamicky Air-laid Aerodynamisch gebildet Vliesstoffenáhodně orientovaná rouna Random-laid Wirrfaservliesepříčně kladené textilie Cross-laid Quergelegte Textiliekolmo kladené textilie Perpendicularlaid Senkrechtgelegte TextilienSpun-bond Spun-bond Spinvliessevpichované textilie Needle-punched Nadelvliesstoffeproplety Stitch-bonded Vliesnahwirkstoffepojené textilie Bonded textiles Verbundstoffepoj.tex.za tepla Thermo-bonded textiles Thermogebundene Vliesstoffe

12

Tab. 1. : Rozdělení netkaných textilií podle technologie výroby

Výroba vlákenné vrstvy

Mokrá cesta

Mechanicky

Suchá cesta

Aerodynamicky Přímo z polymeru

Vlákna orientována:- podélně- příčně- kolmo

Vlákna orientována:- nahodile

- Spunbond

- Meltblown

- elektrostatické

zvlákňování

Zpevňování vlákenné vrstvy

Mechanicky Chemicky Termicky

- vpichování- spunlace- proplétání

- impregnací- pěnou- postřikem

- teplovzdušně- kalandrem

13

b) Klasifikace podle způsobu zpevnění

Klasifikace jednovrstvých textilií

1. Mechanicky vázané textilie1.1 Jednotlivými vlákny (za mokra - vazba adhezí mezi jednotlivými vlákny, plstěním -

vzájemným zaklesnutím jednotlivých vláken, třením a adhezí, zpevnění propletenímjednotlivých vláken paprsky vody v technologii spunlaced)

1.2 Svazky vláken1.2.1 Nahodile uspořádanými svazky vláken (vpichování)1.2.2 Pravidelně uspořádanými svazky vláken (proplétání bez vazných nití, Arabeva,

Malivlies)1.3 Vaznými nitěmi (proplétání)

2. Pojené textilie2.1 Segmentově, t.j. pojivo smáčí povrch vláken, tvoří film (pojení roztoky nebo disperzemi

pojiv)2.1.1 S nahodilým rovnoměrným uspořádáním pojiva v ploše textilie (impregnace nebo

stříkání pojiva na rouno)2.1.2 Se vzorovým uspořádáním pojiva v ploše textilie (tisk disperze nebo roztoku pojiva na

rouno, nanášení pojiva soustavou jehel)2.1.3 S prostorovým pravidelným uspořádáním pojiva (nanášení pojiva na jednotlivé

pavučiny, vnášení pojiva soustavou nití)2.2 Aglomeračně, t.j. pojivo tvoří shluky mezi vlákny a na vláknech (pojení termoplastickými

pojivy v pevné formě vlákna, prášek, folie, mřížka)2.2.1 S nahodilým rovnoměrným uspořádáním pojiva v ploše textilie (pojení hladkými válci

kalandru, teplovzdušné pojení)2.2.2 Se vzorovým uspořádáním pojiva v ploše textilie (pojivo vneseno ve formě mřížky,

případně pojení drážkovanými nebo rastrovanými válci kalandru)2.2.3 S prostorovým pravidelným uspořádáním pojiva (nános pojiva na jednotlivé pavučiny,

vrstvení rouna a pojiva)2.2.4 S prostorovým nepravidelným uspořádáním pojiva (pojení soustavou termoplastických

nití) 2.3 Bodově (pojení dvousložkovými pojivými vlákny) 2.3.1 S nahodilým rovnoměrným

uspořádáním pojiva v ploše textilie (pojení hladkými válci kalandru neboteplovzdušně)

2.3.2 viz 2.2.2 (pojení drážkovanými nebo rastrovanými válci kalandru)

14

1. 4. Suroviny pro výrobu netkaných textilií

Cílem této kapitoly není v žádném případě nahrazovat ani opakovat zasvěcenévýklady z nauky o vláknech, polymerech, z chemie, fyziky a fyzikální chemie. Půjde spíše oshrnutí těch pojmů z výše uvedených disciplín, které jsou 'určující pro

- zpracovatelnost surovin dále popsanými technologiemi- průběh procesů vytváření struktur netkaných textilií a možnost jejich řízení- výsledné vlastnosti výrobků dané vlastnostmi jejich komponent.

1.4.1. Rekapitulace základních pojmů

Vlákenné suroviny a pojiva jsou v převážné většině polymery. Jejich zpracovatelské auživatelské vlastnosti proto vyplývají ze zvláštního charakteru a chování makromolekulárníchlátek. Ty umožňují vytvářet typické vlákenné struktury s výrazně směrově závislýmuspořádáním nadmolekulárních struktur a vlastností jakož i připravit polymery různé tvrdosti,tažnosti, teplot skelnění a tání, adhezivních a dalších vlastností.

Pojem makromolekulární látka

Názvem makromolekulární látka neboli polymer označujeme sloučeniny, jejichžmolekuly jsou tvořeny stovkami až miliony atomů navzájem spojených chemickými vazbamibez ohledu na způsob jejich vzniku. Zvláštní vlastnosti polymerů jsou spojeny s velikostímakromolekul, ze které vyplývá

- možnost mechanického zaplétání makromolekul při jejich vzájemném pohybu evroztoku,v tavenině)

- kooperace různých typů mezimolekulových vazeb při vytváření nadmolekulovýchstruktur a při vzájemném pohybu makromolekul.

Zatímco mezi atomy v řetězcích makromolekul působí většinou kovalentní vazby, kjejichž přerušení je nutno dodat energii asi 400 kJ/mol, mezi jednotlivými atomy neboskupinami atomů jednotlivých makromolekul působí různé typy slabších vazeb:

Dipól-dipólové mezimolekulární síly asi 10 kJ.mol-1Působí mezi makromolekulami obsahujícími permanentní dipóly. Příkladem je skupina

HO

NC −−−−

v polyamidech

Vodíkové vazby asi 20-40 kJ.mol-lPůsobí mezi skupinami, v nichž vodík je vázán přímo na dusík nebo kyslík. Příkladem jsousloučeniny obsahující skupiny -OH nebo -NH2

15

Disperzní síly asi 1 kJ.mol-lPůsobí mezi makromolekulami jakéhokoliv typu. Příkladem je polyetylen.

Chování polymerů ve vztahu k teplotě

K převedení polymeru do stavu taveniny je nutno dodat tolik tepelné energie, kolik její potřeba k přerušení významné části mezimolekulárních vazeb. Po odebrání této energie sevazby znovu obnoví. Zvláštní tepelně-mechanické vlastnosti polymerů jsou dány možnostívzájemného postupného přeskupování jednotlivých úseků makromolekul při působení vnějšísíly v takovém energetickém stavu, kdy je přerušena jen část mezimolekulových vazeb.

Roztoky Polymerů

K převedení polymeru do roztoku je nutno vybrat takové rozpouštědlo, jehož interakces částicemi makromolekul je silnější než mezimolekulové vazby. To závisí na chemickémsložení rozpouštědla a na teplotě. Vzhledem k velikosti makromolekul lze obvykle připravitjen nízkokoncentrované roztoky - často jen do 1 hmot. %, které se vyznačují vysokýmodporem vůči toku - viskozitou. Jen malý počet polymerů je rozpustný ve vodě. Jsou topolymery s vysokým obsahem polárních skupin jako polyvinylalkohol, kyselina polyakrylováapod.

Nahrazením výše,uvedených mezimolekulových sil vazbami kovalentními získámetrojrozměrné polymery, které jsou netavitelné. při dodání množství energie potřebné kdestrukci kovalentních vazeb dochází současně i k destrukci vazeb v hlavních řetězcích a tímrozpadu polymeru.

Fyzikální stavy polymerů

Nízkomolekulární látky se všeobecně mohou vyskytovat ve fyzikálních stavechpevném, kapalném a plynném. Přechodové teploty mezi těmito stavy jsou přesně definoványa nazývají se teplota tání a teplota varu. Chování polymerů je v tomto směru zásadně odlišné.U polymerů především neexistuje plynný stav. K jeho dosažení by bylo potřeba dodat takovémnožství energie, aby se přerušily současně všechny mezimolekulové vazby. Vzhledem kvysokému počtu mezimolekulových vazeb podél každé makromolekuly je to tak velkémnožství energie, že by již docházelo i k destrukci kovalentních vazeb v hlavních řetězcích atím k rozpadu polymeru.

Závislost obsahu energie nízkomolekulárních látek na teplotě je zobrazena na obr. 2.

16

plynnýstav

kapalnýstav

pevnýstav

Tt Tv teplota

energie

Obr.2: závislost obsahu energie nízkomolekulových látek na teplotě

V případě polymerů je tato závislost podstatně jiná ( obr. 3).

Tg Tf teplota

energie

sklovitýstav

viskoelastický(kaučukovitý)stav

plastický stav

Obr.3.: Závislost obsahu energie polymerů na teplotě

Zatímco teplota tání a varu nízkomolekulových látek Tt a Tv mají přesně definovanéhodnoty, jsou teploty skelného

přechodu Tg a teplota tečení Tf oblastmi určité šíře. Přechody nízkomolekulových látek zjednoho stavu do druhého jsou provázeny skokovou změnou energie (viz skupenské teplotání, výparné teplo) a nazýváme je přechody 1. řádu. Na rozdíl od toho přírůstek energie steplotou je u polymerů i v oblasti Tg a Tf plynulý a příslušné přechody označujeme jakopřechody 2. řádu (skokem se mění derivace uvedené závislosti na obr. 2).

Sklovitý stav polymerů je charakterizován fixovanou polohou celých makromolekulvůči sobě a vysokou koncentrací mezimolekulových vazeb. Ve hmotě se uskutečňuje pouzevibrační pohyb jednotlivých atomů nebo funkčních skupin. Polymer je pod teplotou Tg tvrdý akřehký.

Teplota Tg závisí na energii potřebné k rotacím v hlavním řetězci a na chemickémsložení polymeru, které vytváří předpoklady ke vzniku mezimolekulových vazeb. Schopnostrotace je vyšší u některých typů řetězců, např. v sousedství dvojných vazeb u dienovýchpolymerů, u řetězců obsahujících kyslík a podobně. Jednotlivé polymery se značně lišíhodnotou Tg jak je uvedeno níže:

Tg(°C) Poly-1,4-cis-butadien -CH2-CH=CH-CH2 - -102Ataktický polypropylen

Polyamid 6 -NH-(CH2)5-CO- 55

Polyvinylchlorid

Polyetylentereftalát

Při přechodu přes teplotu zeskvlastností na teplotě, např. indexu lomPro mechanické chování platí ve skelné

σ = E.ε

kde E je konstanta úměrnosti (YoungůvViskoelastický stav (mezi Tg

takovým energetickým obsahem, mezimolekulových vazeb. Tyto vazbmakromolekul bez momentálně existujExistence mezimolekulových vazeb jevznikají a zanikají.

-CH2-C- -15CH3

-CH2-CH- 75

Cl

17

-CO-C6H4-CO-O-(CH2)2- 85

elnění dochází ke zlomu závislosti prakticky všechu, objemu, permitivity, tepelné vodivosti, ohebnosti.m stavu při malých deformacích Hookův zákon

(1)

modul) mezi napětím σ a deformací ε.a Tf) je typický pro polymery. Je charakterizovánpři němž je realizována jen část možnýchy zajišťují vzájemné polohy makromolekul. částiících vazeb mohou rotovat a vzájemně se přesunovat. ovšem statistickou záležitostí, jednotlivé vazby stále

18

Důsledkem viskoelastického (kaučukovitého) stavu je možnost makromolekulvzájemně se přemistovat postupným pohybem jednotlivých úseků při působení vnější síly.Toto přemistování může být v podstatě vratné, pokud síla působila krátce a došlo k přesunumalého počtu segmentů, nebo naopak trvalé. Chování polymerů v tomto stavu je tedy časovězávislé a v prvním přiblížení se popisuje Maxwellovým modelem, který je spojením výšeuvedeného Hookova zákona a Newtonova zákona toku (viz dále). Závislost přetvoření napřenášeném napětí se pro Maxwellův model uvádí ve tvaru

στ

+σ

=ε

E.1

dtd

E1

dtd (2)

kde dtdε je rychlost přetvoření

E Youngův modul pružnosti σ napětíτ materiálová konstanta zvaná relaxační doba, charakterizuje vliv doby

působení napětí na míru trvalého přetvoření.

Při rychlých změnách napětí (malé dt) je první člen na pravé straně rovnice podstatněvýznamnější než druhý člen. Zanedbáním druhého členu dostaneme Hookův zákon. Naopakpři dlouhodobém působení konstantního napětí (dσ/dt = 0) materiál teče (viz dále).

V plastickém stavu (nad Tf) je koncentrace mezimolekulových vazeb tak nízká, žemůže docházet k nevratnému přemistování celých makromolekul, které nazýváme tokem.Rychlost toku se řídí Newtonovým zákonem

dtdε

η=σ (3)

kde Eτ=η je charakteristika odporu materiálu vůči toku zvaná viskozita. Viskozita není upolymerů materiálovou konstantou. Vzhledem k délce makromolekul a jejich snaze sevzájemně zaplétat a vzhledem k vlivu momentálních vzájemných poloh makromolekul nakoncentraci mezimolekulových vazeb je tato veličina závislá na rychlosti toku. Toto zvláštníchování se nazývá nenewtonským.

Kromě toho je viskozita obecně závislá na teplotě podle Arrheniova vztahu

TREm

eA=η (4)

19

kde A je konstanta,Em aktivační energie toku,R universální plynová konstanta, T absolutní teplota.

Ze vztahu vyplývá, že viskozita polymerů s teplotou klesá. Závislost získámelogaritmováním výše uvedeného vztahu.

Viskozita taveniny polymerů závisí i na polymeračním stupni. Závislost má obecnýtvar

nMlogKlog =η (5)

kde Mn je střední číselná molekulová hmotnost. Hodnota konstanty K však není platnáv celém rozsahu hodnot Mn. Obecně viskozita tavenin polymerů roste s rostoucí molekulovouhmotností.

Viskozita roztoků polymerů roste s jejich koncentrací a molekulovou hmotností. Popistěchto komplikovaných vztahů je možno nalézt ve specializované literatuře.

Elastomery

Trvalé přetvoření polymerů, které je funkcí zatížení, času a teploty, je na závadu jejichpraktickému využití. K zabezpečení vratného chování byly vyvinuty tzv. elastomery. Jsou topolymery s řetězci vysoce ohebnými i při nízkých teplotách (nízké hodnoty.Tg). K zamezenítrvalého přetvoření jsou makromolekuly vzájemně propojeny kovalentními vazbami.Typickými látkami tohoto typu jsou síťované makromolekuly obsahující dvojné vazby.

Kopolymery

Většina pojiv používaných ke zpevňování vlákenných vrstev je na bázi kopolymerů.Kopolymer je makromolekulární látka vzniklá ze dvou nebo více monomerů. Podlevzájemného uspořádání strukturních jednotek odpovídajících jednotlivým monomerům (obr.4).

a) - A - A - B - A - B - B - B - A

b) - A - B - A - B - A - B - A - B

c) - A - A - A - B - B - B - A - A

d) - A - A - A- A

B B

Obr.4.:Typy kopolymerů

20

rozeznáváme kopolymery:

a. statistické (náhodné střídání),b. alternující (pravidelné střídání),c. sledové (bloky jednotlivých strukturních jednotek určité délky) ,d. očkované (při bočním napojení skupin z jednoho monomeru na řetězec z druhéhomonomeru).

Kopolymerizace umožňuje v širokém rozmezí volit vlastnosti výrobku zastoupenímjednotlivých skupin přinášejících charakteristické vlastnosti. Kromě toho se kopolymeracíobecně snižuje koncentrace mezimolekulových vazeb a tím charakteristické hodnoty Tg a Tf'Snížení koncentrace vazeb je způsobeno náhodným řazením různě dlouhých strukturníchjednotek. Tím se vytvářejí nevhodné geometrické podmínky pro vznik vazeb, které mohoupůsobit jen na určitou vzdálenost. Podobně působí i objemné skupiny vázané na hlavnířetězce. Jejich dus ledkem je větší vzdálenost řetězců sousedních makromolekul a horšípodmínky k vzniku sekundárních vazeb. To výrazně ovlivňuje teplotu tání. Kopolymerace setedy využívá m.j. i k přípravě pojiv s volitelnou teplotou tání.

Další možností kopolymerace je příprava polymeru s malým počtem reaktivníchskupin. Těch se pak využívá k síťování, t.j. tvorbě vícerozměrných polymeru.

1.4.2. Vlákna pro výrobu netkaných textilií

1.4.2.1. Základní vlákna

Základními vlákny zde rozumíme běžně masově vyráběné vlákenné suroviny protextilní průmysl, zejména ve formě stříží. Kromě toho se pro výrobu netkaných textilií mohouvlákna při výrobě zvlášť upravovat, například intenzivněji tvarovat s cílem dosažení vyššíobjemnosti výrobků, speciální úpravou povrchu a podobně. Některé typy vláken vznikají vprocesu tvorby vlákenné vrstvy přímo z polymeru. Významnou součástí surovinové základnyjsou také sekundární vlákenné suroviny pocházející z technologických odpadů ve všechstupních zpracování vláken v textilním a oděvním průmyslu a ze sběrových textilií. Protožeobjem technologických odpadů je až 20% ze vstupujících vlákenných surovin a problematikajejich zpracování je specifickou otázkou, je tomuto tématu věnován zvláštní předmět.

Základní vlákna posuzujeme ze dvou závažných pohledů. a) Zpracovatelnost v jednotlivých výrobních technologiích. b) Vliv vlastností vláken na vlastnosti netkané textilie.

Zastoupení jednotlivých typů vláken podle údajů z r. 1980 a 2000 (záp. Evropa)vyplývá z obr.5.

21

Polypropylen24%

Polyester20%Viskóza

29%

Polyamid20%

Přírodní vl.6%

Ostatní1%

Polypropylen46%

Přírodní vl.1%

Polyamid1%

Viskóza9%

Polyester22%

Ostatní21%

Obr.5.: Zastoupení základních typů vláken ve výrobě netkaných textilií v roce 1980 a 2000

Toto zastoupení se mění s vývojem cen, dostupností zdrojů a vývojem novýchtechnologií. Klesá podíl vlny pro její vysokou cenu a viskózy pro celkový pokles její výrobyzejména z ekologických důvodů. Vzrůstá zejména podíl polypropylenových vláken srozvojem technologií výroby přímo z polymeru. Stále se objevují pokusy zpracovávat dalšítypy vláken, např. jutu.

Nejvíce používaná vlákna podle výše uvedeného grafu mají z hlediska použití v NTnásledující obecné vlastnosti.

Celulózová vlákna: Vysoká sorpce vody a s tím spojené dobré hygienické vlastnostivýrobků. Dobrá zpracovatelnost a vybarvitelnost. Nízká pevnost zamokra, nízká odolnost vůči otěru, vlhkosti a hydrolýze.

Polypropylenová vlákna: Výborná odolnost vůči chemikáliím s vy jímkou dlouhodobéhopůsobení olejů, minimální navlhavost, nižší tepelná odolnost (Tt),nemožnost povrchového barvení, nižší schopnost zotavení podeformaci, nízká odolnost vůči ultrafialovému záření. Teplota tání170°C, teplota měknutí 145 – 155°C, tepelná odolnost výrobků do110°C.

Polyamidová vlákna: Dobrá pevnost za mokra, dobrá stálost na světle, nižší odolnostvůči kyselinám, nižší objemnost, dobrá barvitelnost. Teplota tání220°C, tepelná odolnost výrobků do 160°C.

Polyesterová vlákna: Dobrá schopnost zotavení, vysoká pružnost a objemnost, dobráodolnost vůči chemikáliím včetně dlouhodobého účinku, svýjimkou silných kyselin a zásad. Náročnější barvení, žmolkování.Teplota tání 256°C, tepelná odolnost výrobku 180 – 200°C.

22

Dále jsou uvedeny některé základní vlastnosti vláken, rozhodující pro jejichzpracovatelnost a pro vlastnosti výrobků. Příslušné vztahy jsou mnohdy neprobádané a častojsou předmětem úsilí technologa či vývojového pracovníka při vývoji jednotlivých výrobků.Některé dále uvedené známé závislosti mají jen ilustrativní charakter.

Lineární hmotnost vláken (dtex)

Běžné jsou vlákenné materiály s lineární hmotností 1,3 - 20 dtex. Pro speciální účelyse vyrábějí i vlákna jemnější - 0,5 dtex nebo extrémně hrubá - až 200 dtex. Čím je vláknojemnější, tím je obtížněji zpracovatelné z hlediska ojednocení a žmolkování. Zařízení musízpracovat vyšší počet vláken. Výkon zařízení tím klesá. Výrobky mají příjemnější omak.Klesá koeficient přestupu tepla. Současně klesá i odolnost textilie vůči stlačení, takže přiurčitém zatížení se výrobky vyznačují nižší izolační schopností. Roste odpor vůči průchoduplynů a kapalin a zvyšuje se separační schopnost při filtraci. Z hlediska zpevnění vlákennévrstvy poskytují jemnější vlákna větší povrch k interakci mezi vlákny i vůči adhezivu.

Délka řezu střiže

Běžné jsou hodnoty 38 - 85 mm pro mechanické procesy, 2 – 30 mm pro technologiinaplavování a pod 5 mm pro technologii nanášení vláken v elektrostatickém poli. Delšívlákna přinášejí lepší soudržnost pavučiny při mechanických postupech výroby a vyšší stupeňvyužití pevnosti vláken ve výrobku. Naopak vyžadují vyšší energii při ojednocování a majívyšší sklon k nabalování na otáčející se součásti strojů. Při tvorbě vrstvy z kapalné nebovzdušné disperze je délka vláken omezena nebezpečím vzájemného zaplétání vláken, tvorbyshluků a tím vyšší mírou nerovnoměrnosti výrobku.

Stupeň zkadeření výrobku

Vyjadřuje se obvykle počtem obloučků vlákna na 10 mm jeho délky. Netvarovanávlákna jsou obtížně zpracovatelná na mykacích strojích - ulpívají v povlacích - a tvoří málosoudržnou pavučinu. Středně tvarované střiže mají 3 – 5 obloučků na 10 mm. Speciálnívysoce tvarované střiže s počtem obloučků až 15 na 10 mm délky vlákna se používají kvýrobě vysoce objemných a vysoce elastických textilií. Jejich cena může však dosahovat aždvojnásobku ceny středně tvarovaných střiží. Zpracování bývá obtížnější.

Typ a obsah aviváže

Aviváž, u některých výrobců nazývaná lubrikace nebo preparace, je základní součástíkaždé vlákenné suroviny. Aviváž je nanesena na povrchu vlákna a určuje jeho povrchovévlastnosti, zejména hladkost, koeficient tření, soudržnost fibril, smáčivost vodou, oleji apojivy, sklon k tvorbě elektrostatického náboje a tím v podstatné míře zpracovatelnost ivlastnosti výrobku. Rotující válec vnořený spodní částí do zásobníku s aviváží je prvníhmotou, které se

23

vlákno dotýká po svém vytvoření ve zvlákňovací trysce. Také u ostatních typů vláken jenanášení aviváže jednou z prvních zpracovatelských operací.

Aviváž je nejčastěji směsí olejů S dalšími komponentami rozpuštěná ve vodě, vnevodném rozpouštědle nebo tvořící vodnou emulzi stabilizovanou povrchově aktivní látkou(PAL viz. kapitola o disperzích pojiv). Aviváž bývá nanesena na vlákně v množství 0,3 - 1 %z jeho hmotnosti.

Problematika aviváží je předmětem rozsáhlých experimentálních prací a dodnes je doznačné míry věcí zkušenosti. Je nejčastějším předmětem jednání s výrobci vláken při řešeníproblémů zpracovatelnosti a je nutno jí věnovat pozornost zejména při výrobě netkanýchtextilií pojením, kdy ovlivňuje adhezi pojiva k povrch vláken.

Na rozdíl od klasických textilií, ze kterých je aviváž při úpravárenských operacíchvypírána, ve většině netkaných textilií zůstává a může ovlivňovat jejich hygienické a dalšívlastnosti.

Jednou z používaných speciálních úprav cestou aviváže je tzv. silanizace vláken. Napovrch vláken se nanášejí polysiloxany obsahující reaktivní vazbu Si-H. V následujícíchmokrých operacích reaguje tato vazba s vodou. Vznikající nestabilní skupiny Si-OH vzájemněrychle kondenzují za vzniku nerozpustných vícerozměrných siloxanů.

3

3ii3

33

CHH

CHSOSCH

CHCH

−−−− + H2O →

3

3ii3

33

CHOH

CHSOSCH

CHCH

−−−− +H2

3

3ii

33

CHOH

CHSOS2

CHCH

−−−− →

33

3ii

3

3

3ii

33

CHCH

CHSOS

CHCHO

CHSOS

CHCH

−−−−

−−−−

Tyto kondenzační produkty na povrchu vláken zabezpečují trvalou úpravu s velminízkým koeficientem tření. Výrobky mají pak vysoký stupeň splývavosti a odolnost vůčiopakovanému stlačování. Využívají se zejména jako vysoce objemné výplně spacích pytlů apřikrývek.

n n

n

n

n

24

Sráživost

Sráživost vláken je jejich zkracování působením tepla. Je složitým jevemcharakterizovaným mírou srážení, srážecí silou a kinetikou srážení. Všechny tyto veličinyjsou funkcí teploty a prostředí.

Sráživost vláken je obecně nežádoucím jevem, který vede ke změně rozměru výrobkůpři působení tepla. Na druhé straně se může příměsi vysoce sráživých vláken využít kezpevnění vlákenných vrstev.

Výrobci vláken proto vlákna dlouží při zvolených režimech a následně fixují, abysráživost snížili. Např. švýcarská firma EMS uvádí srážlivost svých polyesterových vláken vevroucí vodě cca 1% a při 2000C ve vzduchu 1 - 3%. Naopak se vyrábějí speciální typy vysocesráživých vláken se sráživostí kolem 50%.

1.4.2.2. Speciální vlákna

Vlákna příčně profilovaná

Vyrábějí se nejčastěji z běžných vláknotvorných polymerů. Výraz "příčněprofilovaná" znamená, že příčný průřez vlákna má jiný než kruhový tvar. Typické průřezyvláken jsou na obr. 5. Tvarem zvlákňovací hubice a volbou podmínek zvlákňování a dlouženílze vyrobit vlákna prakticky s libovolným profilem. Ceny zvlákňovacích hubic jsou ovšemvysoké a zpracovatelnost některých typů vláken obtížná. Vlákna s profily b), c), d) sevlastnostmi blíží foliím, jsou málo pevná, křehká a hůře zpracovatelná. Vlákno s profilemtrojúhelníkovým a) se využívá pro výrobu lesklých efektů díky jeho velkým odrazovýmplochám. Vlákna e), g) pro svoji vyšší tuhost v ohybu, která zabezpečuje vyšší objemnostvýrobků ve stlačení a dobré zotavovací schopnosti, třeba při výrobě koberců. Vlákno sprofilem f) odolává vysokým tlakům a vyrábí se z polopropustných polymerů k separaci solíprocesem reversní osmózy při výrobě umělých ledvin nebo zařízení k odsolování mořskévody.

Obr.6.: Typické tvary příčných řezů příčně profilovaných vláken

25

Bikomponentní. popřípadě vícekomponentní vlákna

Vyrábějí se zvlákňováním nejčastěji dvou různých polymerů pomocí zvláštnízvlákňovací hubice (obr. 7, 8 ).

Obr.7.: Typické tvary příčných řezů bikomponentních vláken

Obr.8.: Průřez zvlákňovací hubicí pro výrobu bikomponentních vláken typu jádro – plášť,1,2 - přívod jednoho a druhého polymeru, 3 - vznikající bikomponentní vlákno

Vlákna jádro-plášť (a) a bok po boku (b) se využívají při výrobě pojených textilií jakopojiva. Sestávají obvykle z výše a níže tající polymerní složky. Nejčastěji je ve funkci výšetající složky polyester a níže tající složky kopolyester nebopolypropylen. Bikomponentnívlákna se aplikují do směsi se základními vlákny nebo samotná.

V průběhu pojení se vlákno díky výše tající složce nezbortí a výrobky mají vyššíobjemnost. Adhezní spoje se vytvářejí v místech křížení vláken. Nazýváme je bodové. Většíčást vláken tvoří pak poměrně pohyblivé úseky mezi spoji. To vede k výrobkům s dobrouohebností a nízkým počátečním modulem v tahu. Malý rozměr pojících míst však zvyšujenároky na vzájemnou adhezi zúčastněných polymerů, což je obecně problém.Vlákna typu ostrovy v moři (c) se využívají k tvorbě velmi jemných vlákenných strukturextrakcí matrice. Postupů se využívá při výrobě vysoce kvalitních syntetických usní(viztechnologická část).

26

Vlákna s průřezem podle obr. 6d) se vyrábějí pro svou schopnost rozštěpit se naněkolik jemných fibril. Jejich využitím se obcházejí problémy obtížné zpracovatelnosti velmijemných vláken a po rozštěpení se 'dosahuje jemného omaku výrobků.

Vlákna modifikovaná ve hmotě

Vyrábějí se ponejvíce přídavkem různých aditiv do polymeru před zvlákňováním.Cílem je dosažení některých zvláštních vlastností, které si vlákna a výrobky většinou udrží ipo praní a chemickém čištění. Výroba modifikovaných vláken a jejich zpracovatelnost nebývábez problémů. Rovněž ceny mohou být výrazně vyšší ve srovnání s běžně vyráběnými vlákny.Nejčastějšími typy modifikovaných vláken jsou vlákna

− nehořlavá− odolná vůči ultrafialovému záření− matovaná− barvená ve hmotě− povrchově barvitelná− antistatická, resp. elektricky vodivá.Cílem antistatické úpravy je zamezení vzniku statického elektrického náboje při

zpracování a používání výrobků. Toho se dosahuje zvýšením elektrické vodivosti. Proobtížnost a problematickou trvalost úpravy ve hmotě se obvykle více využívá dočasnýchpovrchových úprav, např. při máchání nebo praní.

Vlákna modifikovaná na povrchu

Jedním z příkladů je povrchová silanizace uvedená výše. Další skupinou povrchověmodifikovaných vláken jsou vlákna metalizovaná. Vyrábějí se například pokovenímpolyakrylových vláken mědí nebo niklem chemickou redukcí solí těchto kovů. Vlákna taktozískávají elektrickou vodivost a uchovávají si textilní charakter a zpracovatelnost běžnýmitextilními technologiemi.. Využívají se pro výrobu antistatických filtrů, ochranných oděvů provýbušná prostředí, radarového a elektromagnetického stínění.

Vlákna ze štěpené folie

Vyrábějí se nejčastěji z polypropylenu. Polypropylenová folie vytlačená z kruhovétrysky se jednosměrně dlouží do vysokého stupně. Tím získá vysoký stupeň orientacemakromolekul a vysokou pevnost v podélném směru. V příčném směru je pevnost podstatněnižší a je založena zejména na sekundárních mezimolekulových silách. Folie je snadnoštěpitelná. štěpí se pomocí rychle rotujících válců osazených kovovými hroty. Vznikásíťovina, která se zpracuje na staplová vlákna konvertorováním nebo sekáním.

27

Vlákna ze štěpené folie se využívají jako surovina pro výrobu netkaných textilií aspeciálních přízí. Mají nepravidelný a po délce proměnný průřez, nepravidelnou jemnost 5 -30 dtex a vysoký měrný povrch. Ten způsobuje vysoké sorpční schopnosti vůči organickým,zvláště ropným produktům. Výrobky z těchto vláken lze využít k čištění povrchových aspodních vod po ropných haváriích.

Skleněná vlákna

Skleněná vlákna se vyrábějí nejčastěji ze suroviny zvané E-sklo. Jejich jemnost seudává průměrem fibril a to běžně v rozmezí 7 – 18 µm. Speciální skleněná vlákna majíprůměr 1 – 3 µm. Nit ze skleněných vláken obsahuje několik set fibri1. Její typickouvlastností je, že se zlomí, když na ní uděláme uzel a dotáheneme jej. To se nestane v případějemných vláken s průměrem fibril do 3 µm.

Skleněná vlákna se vyrábějí v nekonečné formě odtahem na cívky. Lze je rovněžzpracovávat ve formě střiže na mykacích strojích, mokrými procesy nebo do kompozitů zesměsi skleněná střiž - pryskyřice. Přímo pod tryskou se vyrábějí izolační rohože.

Nejdůležitějšími užitnými vlastnostmi skleněných vláken jsou nehořlavost, vysokátepelná odolnost a vysoký modul v tahu. Problémem je křehkost způsobující problémy přizpracování a použití a u jemných vláken i nízká odolnost vůči hydrolýze. Typickými oblastmivyužití jsou nehořlavé textilie pro veřejné budovy z velmi jemných vláken, filtrace vzdušnin akapalin, stavební tepelné izolace a kompozity.

Speciálními postupy se vyrábějí skleněná mikrovlákna pro zpracování za mokra.Výrobky se využívají jako filtry pro přípravu sterilního vzduchu v bioprovozech anemocnicích.

Čedičová vlákna

Mají podobné vlastnosti jako skleněná vlákna a nižší cenu. Využívají se zejména provýrobu stavebních tepelně izolačních materiálů, kde nezáleží příliš na nerovnoměrnostivlastností vláken.

Silikátová vlákna

Vyrábějí se zvlákňováním taveniny připravené extrakcí skla. Vlákna jsou složena zčistého křemene a od skleněných vláken se liší podstatně vyšší tepelnou a chemickouodolností, pevností a modulem.

Uhlíková vlákna

Představují dnes jeden z vrcholů materiálového inženýrství. Používají se zejména provýrobu extrémně pevných, houževnatých, tepelně odolných a lehkých kompozitů prokonstrukční díly v leteckém a kosmickém průmyslu.

Dělí se na vlákna− uhlíková, vyráběná při teplotách 800 – 1600°C, s obsahem uhlíku do 92%− grafitová, vyráběná při teplotách do 2200°C, s obsahem uhlíku nad 92%.

28

Obecným postupem výroby těchto vláken z celulózových nebo polyakrylonitrilovýchvláken, příp. z ropných dehtů či smol je1) Nízkoteplotní oxidace a stabilizace na vzduchu při 200 – 400°C2) Karbonizace v interní atmosféře při teplotě asi 1000°C (až 1500°C)3) Grafitizace v interní atmosféře při teplotě asi 2200°C (až 3300°C)

Vyrobená vlákna sestávají prakticky pouze z uhlíku v semikrystalinickém stavutypickém pro polymery.

Světová výroba uhlíkových vláken v r. 1990 se odhadovala na 7500 t/rok a prudceroste.

Whiskery

Jsou to vláknité krystaly s průměrem asi 1 µm a délkou 3 - 4 mm, vyrobené z různýchanorganických látek jako SiC, Al203, Si3N3. Dokonalá krystalická struktura umožňuje vysokýstupeň využití teoretické pevnosti vypočítané z meziatomových vazeb. Mají vysokou cenu (65- 1000 US dolarů za 1 kg) a využívají se do speciálních kompozitů s kovovou matricí.

Kovová vlákna

Vlákna z hliníku, hořčíku, molybdenu a wolframu se vyrábějí pro různá speciálnípoužití. Vlákna z nerezoceli o průměru 5 - 25 µm v nekonečné formě nebo staplová sezpracovávají jako příměs (0,5 - 2%) k organickým vláknům pro zabezpečení elektrickévodivosti výrobků jako jsou koberce nebo dopravní pásy pro uhelné doly. Cílem použitítěchto vláken je stálá antistatická úprava výrobků. Cena ocelových vláken je z hlediskavýroby textilií velmi vysoká.

Borová vlákna

Vyrábějí se kondenzací par boru na wolframovém drátu. používají se zejména kleteckému průmyslu, přičemž se využívá jejich vysoké pevnosti a modulu.

Keramická vlákna

Vlákna z A1203, Zr, Zr02, BN, B4C, SiC a dalších sloučenin, vyrobená různýmipostupy, se využívají zejména jako vlákenná součást kompozitů s kovovou nebo keramickoumatricí.

Dále bude uvedeno několik novějších typů vláken z organických polymerů.

Aramidová vlákna

Od ostatních syntetických organických vláken se liší vysokým Youngovým modulemv tahu, vyšší tepelnou odolností dlouhodobě 200-300°C - a většinou vysokou pevností.Vyrábějí se asi 20 let a nyní je známo mnoho typů (Kevlar, Nomex). Na rozdíl od skleněnýcha jiných anorganických vláken jsou aramidová vlákna dobře zpracovatelná běžnými textilnímipostupy.

29

Používají se např. k výrobě kompozitů, filtrů pro horký vzduch, dopravníků v pojícíchkomorách, nehořlavých potahů, pneumatik, technických tkanin, lan, ochranných oděvů.

Příkladem postupu výroby a struktury aromatických polyamidů je syntéza poly-m-fenylenizoftalamidu z m-fenylendiaminu a dichloridu kyseliny izoftalové

HCl22 ClCCClnHNNHn

OO−→−−−−+−−

nCOCONHNH −−−−−−−→

Základem vysoké pevnosti a tepelné odolnosti vláken je vysoká koncentracesekundárních mezimolekulových vazeb založených na vazbě vodíkovým můstkem a interakcíelektronových systémů aromatických jader.

Aromatické polyamidy nejsou tavitelné, k přípravě vláken se používá zvlákňování zamokra - z roztoku koncentrované kyseliny sírové - nebo za sucha - z roztokudimetylacetamidu s následným odpařením rozpouštědla.

Polyimidová vlákna

Mají podobné vlastnosti a oblasti využití jako vlákna aramidová. Jsou levnější,tvarovatelná, nehořlavá a mají nižší měrnou hmotnost. Při jejich tepelném rozkladu nevznikajítoxické látky. Na trhu se objevila později než aramidová vlákna. Mají vysokou teplotu Tg=315°C a tepelnou odolnost do 260 – 300°C. Zvlákňují se podobně jako aramidy. Příkladjejich chemického složení je následující

OO

CCCCC

OOO

−−−−−−

kde

-N N- R - n

CH3

R =

CH3

nebo

30

Vysokopevná polyetylenová vlákna

Jsou výsledkem základního výzkumu v 70. letech. Vznikají zvlákňováním gelupolyetylenu s extrémně vysokou molekulovou hmotností (~= 1,6. 10). Takový polyetylen byvzhledem k vysoké viskozitě taveniny nebylo možno zvláknit běžným postupem. Zvlákňujese proto gel polyetylenu v dekalinu do vodní lázně a následně za tepla dlouží. Díky vysokémolekulové hmotnosti vzniká dokonalá vysoce orientovaná struktura, která dává vláknůmpevnost a modul přibližující se teoretickým hodnotám vypočítaným z pevnosti vazeb C-C.

Teoretické hodnoty pro různé typy organických polymeru jsou podle různýchliterárních údaj u E = 180 - 340 GPa a F = 16 - 36 GPa.

Teplota tání, nízká měrná hmotnost, odolnost vůči vodě, nízký koeficient tření a nízkébotnání vláken jsou typické pro polyetylen. Vlákna se používají jako výztuž kompozitu, nalodní plachty, rybářské sítě a námořní lana. Využívá se zde dobrá odolnost vůči únavěopakovaným namáháním.

Další typy speciálních vláken nalezne čtenář ve specializované literatuře.

HustotaVlákna mN/dtex GPa mN/dtex GPa kg/m3

Viskózová 470 - 600 6,9 - 9,6 15 - 50 0,22 -0,8 1510Polyetylentereftalátová 800 - 1150 11 - 15 35 - 80 0,5 - 1,1 1380Polyamid 6 200 - 400 2,3 - 4,6 35 - 80 0,5 - 1,1 1140Polypropylenová 200 - 600 2,3 - 6,8 40 - 66 0,4 - 0,6 910Slkeněná 71 - 77 3,5 2540Whiskery 120 - 2250 4 - 21 1600 - 9000Uhlíková 200 - 400 1,7 - 3,1 1300 - 1900Ocelová 200 2,8 - 4,1 7740Borouhlíková 276 - 400 2,07 - 2,42 2300 - 2500Aramidová 8 - 125 0,6 - 3 1380 - 1450PE-vysokopevná 120 5 940

PevnostE-modul

Tab. 2: Moduly pružnosti, pevnost a měrná hmotnost vláken

31

1.4.3. Pojiva pro výrobu netkaných textilií

Pojivo je jednou ze dvou základních složek pojených textilií. Forma pojiva a jehovlastnosti předurčují

− technologii a podmínky procesu pojení− způsob rozmístění pojiva ve vlákenné vrstvě a tím zčásti strukturu textilie− mechanické vlastnosti a chemickou odolnost výrobku.

1.4.3.1. Formy pojiv

Formou pojiva se rozumí jeho forma fyzikální (roztok, disperze, pěna, pevná látka)nebo geometrická. Z tohoto hlediska rozlišujeme pojiva v následujících formách:

− roztoky polymerů - ve vodě - v organických rozpouštědlech

- vodné disperze polymeru- zpěněné vodné disperze polymeru- pasty- tuhé polymery v podobě - prášku

- vláken - nití- síťovin - folií- vrstev z termoplastických vláken (např. vyrobených

pod hubicí)

1.4.3.2. Vodné disperze polymeru

Disperze je nejpoužívanější formou chemických pojiv. Jejich hlavní výhodou jevysoká koncentrace pojiva v disperzi (až 55 hmot. %) při nízké viskozitě. Vysoká koncentracesnižuje dopravní a manipulační náklady a množství vody, kterou je třeba v konečné fázivýroby odstranit z textilie. Nízká viskozita je předpokladem snadného transportu k vlákennévrstvě a mezi vlákna.

Disperze polymeru se vyrábějí v několika závodech, např. Chemické závody Sokolov,Chemické závody Nováky, Duslo Šala, Petrochema Dubová a v dalších.

Základní pojmy

Disperze je soustava sestávající z homogenní fáze a rozptýlených částic. Homogennífází je v našem případě voda, částice sestávají z polymeru nebo kopolymeru. Typický průměrčástic v disperzích pojiv je 0,1 - 1 mikrometr. Další nutnou složkou disperze je povrchověaktivní látka (tenzid) zajišťující její stabilitu tím, že brání vzájemnému spojování částic.Koagulace je proces rozpadu disperze cestou spojování částic.

32

Tento proces se uměle vyvolává po rozmístění disperze pojiva ve vlákenné vrstvě avede ke zpevnění pojiva a celé textilie. Disperze vznikají přímo v procesu emulznípolymerace nebo (v některých speciálních případech) dispergací polymeru v kapalině.

TenzidyPovrchově aktivní látky - tenzidy - zde také emulgátory - jsou látky snižující

povrchové napětí na rozhraní dvou vzájemně se nemísících složek. Tenzidy využívané vevodných systémech mají molekuly složené ze dvou částí: hydrofilní, rozpustnou ve vodě ahydrofobní, prakticky nerozpustnou. Tenzidy se dělí na neionogenní - nedisociující ve vodě aionogenní - disociující. Hydrofilní a hydrofobní skupiny neionogenních tenzidů se střídají vjejich molekulovém řetězci. Příkladem je polyalkylenoxid

- R - O - R - O - R - O -

kde R je uhlovodíkový řetězec představující hydrofobní část řetězce a kyslík je jeho hydrofilníčást.

Ionogenní tenzidy se dělí na anioaktivní a kationaktivní podle toho, zda disociací vevodě vytvářejí aniont nebo kationt. Příkladem anionaktivního tenzidu je sodná sůl organickékyseliny

R – COONa H2O→ R - COO(-) + Na(+)

R - uhlíkový řetězec.

Příkladem kationaktivního tenzidu je alifatický amin

R - NH2 + H2O → R – NH3 (+) + OH(-)

Tenzidy se díky rozdílné afinitě svých skupin k oběma nemísitelným složkám disperzekoncentrují na fázovém rozhraní těchto složek a snižují jejich vzájemné povrchové napětí.

Disperzní stav

Schematicky je disperze znázorněna na obr. 8. částice polymeru jsou pokrytymolekulami tenzidu, které jsou orientovány svými hydrofilními skupinami směrem k vodě.část hydrofilních skupin je disociována a díky tomu je povrch částic elektricky nabitý. Tím sečástice vzájemně odpuzují, čímž je zajištěna stabilita disperze.

33

Obr.9.: Schema disperze polymeru ve vodě

Koaqulace

Koagulace je rozpad disperze spojením jejích částic. Koagulaci lze vyvolat několikapostupy:a) Odstranění vodné fáze, např. jejím odpařením,b) Zvýšením kinetické energie částic polymeru natolik, že částice jsou schopny překonat

odpudivé síly a spojit se. Toho lze dosáhnout u některých labilních disperzí silnýmzahřátím nebo mechanickým namáháním, např. intenzívním mícháním,

c) Zábranou disociace molekul tenzidu, t.j. ztrátou náboje částic. Toho lze dosáhnoutcI) Zmrazením disperzec2) Zábranou disociace úpravou pH

Př.: přidáním silné kyseliny v případě anionaktivního tenzidu

R - COO(-) + H+ → RCOOH

c3) vytvořením nedisociovatelných nerozpustných sloučenin z tenziduPř.: přidáním solí dvou- ,tří- nebo čtyřmocných kovů, které tvoří s

karboxylovými skupinami nerozpustné a nedisiciovatelné soli:

3 R - COO- + A13+ → (RCOO-)3Al2 R - COONa + CaC12 → (RCOO-)2Ca + NaCl

d) TermosenzibilizátoryJsou to sloučeniny způsobující svou přítomností koagulaci disperze při jejím zahřátí podteplotu varu (40 – 95°C) podle typu a koncentrace. Existují termosenzibilizátory několikatypů a mechanismus jejich účinku není vždy zcela jasný.

34

d1) Termolabilní anorganické komplexní sloučeniny, které se zahřátím rozpadají a mění pHprostředí.

Př.: Zn(NH3)2Cl2 → ZnCl2 + 2 NH3

d2) Organické sloučeniny, které mají 'afinitu k povrchu částic disperze a jejichž rozpustnostve vodě klesá se vzrůstající teplotou. Příkladem je polyvinylmetyleter aorganopolysiloxany (výrobek Koagulant K fy Bayer, SRN)

Důležitými vlastnostmi disperzí z hlediska zpracování a tvorby struktur netkanétextilie je jejich viskozita a povrchové napětí.

Viskozita disperzí

Viskozita jako míra odporu kapaliny vůči toku se definuje rovnicí

[ ]s.Padxdv

η=σ (6)

kde σ je tečné napětí působící na jednotkovou plochu při vzájemném posunu dvouparalelních vrstev kapaliny /Pa/dv - rozdíl rychlostí vrstev /m.s-l/dx - vzdálenost vrstev /m/.

Na obr. 10 je uvedena typická závislost viskozity roztoků a disperzí polymerů nakoncentraci polymerů. Z obrazu vyplývá, že viskozita disperzí je velmi nízká, prakticky seblížící viskozitě vody i při koncentraci pevné fáze 20 - 30 hmot. %. Naopak u roztoků vzrůstáviskozita řádově často již při koncentracích pod 1 hmot. %.

Obr. 10.: Závislost viskozity roztoků (1) a disperzi (2,3,4) polymerů na koncentraci polymeru(hmotnostní zlomek)

35

Povrchové napětí

Povrchové napětí kapaliny je důsledkem přitažlivých sil mezi molekulami. Jakvyplývá z obr. 10, je vektorový součet mezimolekulových sil působících na molekulu a)nulový, zatímco výslednice těchto sil působících na molekulu b) u povrchu částice vtahujemolekulu do vnitřku částice. Výsledkem toho je snaha kapalin zaujmout tvar s minimálnímpovrchem, t.j. tvar koule. Ke zvětšování povrchu kapaliny je tedy nutno působit silou azvětšování povrchu je spjato se zvýšením energie částice, tzv. povrchové energie.

Obr. 11.: Schema k pojmu povrchové napětí. a- molekula uvnitř, b - molekula u povrchu

Obr.12.: Schema k odvození síly způsobené povrchovým napětím

36

Na obr. 12 je znázorněn rámeček s pohyblivou stranou AB a blána kapaliny. Síla F,kterou je nutno vynaložit ke zvětšení povrchu, je úměrná povrchovému napětí a vzdálenostiAB = s

F(N) = s (m) . γ (N.m-1) (7 )

Povrchová energie je práce, kterou je třeba vynaložit na zvětšení povrchu kapaliny oplošnou jednotku

γ=γ

==dsds

dsdFE (8)

Jednotkou povrchové energie je J.m-2 a její číselná hodnota je rovná γ.Dosud jsme se zabývali úvahami o podstatě povrchového napětí založenými na

představě kapalné fáze obklopené druhou fází, kterou může být plyn, jiná nemísitelnákapalina nebo tuhá látka. Prakticky se však setkáváme se soustavami třech různých fází,pevné, kapalné a plynné (např. vnitřní povrch kapiláry, kapalina, vzduch) - viz obr. 13.Jestliže je v této soustavě povrchové napětí mezi pevnou a plynnou fází větší než mezi pevnoua kapalnou fází, bude snaha soustavy zvětšovat povrch pokrytý kapalinou na úkor povrchupevná látka - vzduch. Kapka bude mít snahu smáčet větší povrch, úhel α se bude zmenšovat.Právě úhel α je mírou smáčivosti (úhel smáčení), přičemž platí Youngova rovnice

KV

PKPVcosγ

γ−γ=α (9)

Obr.13.: Tvar kapky na pevném povrchu

37

Povrchové napětí je podstatné pro způsob rozmístění disperze pojiva ve vlákennévrstvě, pro zušlechtovací procesy i pro transportní jevy spojené s fyziologickými vlastnostmitextilií. Lze je ovlivnit použitím tenzidů a úpravou povrchových vlastností vláken.

Neipoužívaněiší polymery a kopolymery ve formě disperzí

Pojiva se volí podle požadovaných vlastností výrobků a podle ceny. Základnímivlastnostmi pojiv jsou

- adheze k pojenému vlákennému materiálu- mechanické vlastnosti (pružnost, tažnost)- odolnost v podmínkách, kterým bude textilie vystavena (chemická odolnost, praní,

chem. čištění, povětrnostní vlivy, stárnutí, teplota)

Kopolymery butadien-styren (SBR)

Vlastnosti jsou ovlivňovány poměrem obou monomerů. Styren přispívá k tvrdosti apevnosti, butadien tažnosti. Nevýhodou těchto pojiv je nižší odolnost v ohybu a vůči stárnutí,výhodou příznivá cena. Využívají se k výrobě technických textilií a koberců jako součástrubového zátěru.

Polyakrylátové kopolymery

Vedle NBR kopolymerů jde o nejvýznamnější disperzí pojiv skupinu. Vyrábí se vchemických závodech Sokolov. Polyakryláty představují širokou škálu výrobků, jejichžvlastnosti lze v širokém měřítku ovlivňovat složením a to co se týče

- typu kyseliny (akrylová, metakrylová)- typu derivátu této kyseliny (estery s různým typem řetězce, amidy, nitrily).Kromě toho dává kopolymerace několik možností přípravy síťovatelných sloučenin.

Polybutadien-akrylonitrilové kopolymery (NBR)

Představují nejkvalitnější pojiva z hlediska pružnosti, odolnosti v ohybu, vůčipovětrnosti a chemikáliím. Vlastnosti lze v široké míře měnit poměrem akrylonitrilu, kterýdodává tvrdost a odolnost vůči chemikáliím,a butadienu.

U nás se používají dovážené NBR disperze k výrobě kvalitnějších typůoděvních a obuvnických NT.

Polyvinylacetát

Disperze často s obsahem změkčovadla (dibutylftalát apod.) se používají k výrobě NTpro filtraci. Pojivo je méně odolné vůči organickým rozpouštědlům. Častěji se používajíkopolymery vinylacetátu s různými komponenty jako je vinylchlorid nebo etylen (EVAkopolymery).

38

Polyuretanové disperzePřipravují se dispergací předaduktů polyuretanů, t.j. polyizokyanátů a dvojsytných

alkoholů. Dokončení reakce pak probíhá ve formě disperze. polyuretanové disperze jsoudražší než jiná pojiva připravená emulzní polymerizací. Používají se k výrobě kvalitníchmateriálů jako jsou usňové obuvnické materiály a k úpravám textilií. Pokračující výzkumpolyuretanových disperzí si klade za cíl odstranit dosavadní používání roztokových systémů.

Strukturní jednotky různých kopolymerů

22 CHCHCHCH −=−− butadien

Φ

−−− 2CHHC styren (vinylbenzen); Φ - benzenové jádro

COOH

CHHC 2 −−−kys. akrylová

COOH

CHHCCH 23 −−−−kys. metakrylová

94

2

HC

O

OC

CHHC

=

−−−

butylakrylát

39

CN

CHHC 2 −−−akrylonitril

2

2

HN

OC

CHHC

=

−−−

akrylamid

3

2

CHCO

O

CHHC

−=

−−−

vinylacetát

Cl

CHHC 2 −−−vinylchlorid

−−− 22 CHCH etylen

Reakce vedoucí ke vzniku polyuretanů:

HO

OCNRNCORHOOCNRNCOOHRHO 11 ==−−−−−−→==−−==+−−

40

Síťování polymerů

Cílem síťování je příprava polymerů s trojrozměrnou strukturou. sítování zvyšujetvrdost, adhezi pojiva k vláknům, odolnost vůči teplu, praní" rozpouštědlům a povětrnostnímvlivům, omezuje plastické chování a lepivost a stabilizuje výrobky. Sítování je operacezařazovaná za sušení

a realizuje se ohřátím výrobku na 100 - 1600C po dobu 1 - 5 minut. Z chemickéhohlediska lze síťování uskutečnit celou řadou postupů. Míra změny vlastností polymerůsíťováním závisí na koncentraci vytvořených příčných kovalentních vazeb. Obvykle sevytváří 1 příčná vazba na 50 - 200 strukturních jednotek v řetězci makromolekuly. Dáleuvedeme několik nejpoužívanějších postupů. Nejprve postupy spočívající v přidání reaktivnísíťující složky k disperzi.

a) Využití dvojných vazeb v dienových polymerech pro reakci se sírou (vulkanizace kaučuku)

−=−

−=−

+

+

CHCH

S

CHCH

x →

−=−

−=−

2

x

CHHC

S

CHC

b) Při kopolymerizaci se přidá asi 1 mol.% kys. akrylové. Řetězce pak obsahují reaktivníkarboxylové skupiny. Ty tvoří nedisociované vazby s ionty vícemocných kovů

OOHC

OZ

OOHC

n+

+

OC

O

Z

O

OC

n

=

=

OH2−

případně reagují s N-metylolovými nebo N-alkoxymetylolovými skupinami síťujícísloučeniny

41

−−−→−−−+−

NCHOOCNCHHOOOHC 2t

OH2

2

−−−→−−−+−

NCHOOCNCHROOOHC 2t

ROH2

Příkladem takové síťující sloučeniny je hexakismetoxymetylmelamin, vyráběný u náspod názvem MH-pryskyřice.

23

23

CHOCHCHOCH

−−−−

23

23

CHOCHCHOCH

−−−−

3223 CHOCHNCHOCH −−−−−−

Jiné postupy jsou založeny na eliminačních reakcích labilních skupin zavedených dopolymeru při jeho výrobě. Takové kopolymery se nazývají samosíťující systémy a jejichsítování se vyvolá pouhým zahřátím

−

−

OHCHCONH

OHCHCONH

2

2

ONHC

CH

ONHC

2

OCH2−

∆ OH2−

Problémem takovýchto systémů je dodnes uvolňování jedovatého formaldehydu.

N - - N

N N

N

42

1.4.3.3. Zpěněné vodné disperze

Pěna je disperzní dvoufázový systém složený z plynu rozptýleného v kapalné nebopevné fázi. Použití zpěněných pojiv přináší z hlediska výroby a vlastností textilií (a stejně takpři zušlechťovacích procesech) řadu výhod, zejména:

− nižší obsah vody v objemu pojiva potřebném k rovnoměrnému rozvrstvení po celéploše textilie

− úsporou energie při sušení− snížení míry migrace pojiva k povrchu v průběhu sušení a jemnější rozptýlení

pojiva v objemu textilie, což vede k lepšímu využití pojiva z hlediskasoudržnosti vláken (vyšší pevnost) , k nízké ohybové tuhosti, nízkémupočátečnímu modulu, vyšší prodyšnosti a lepšímu omaku.

Jemně rozptýlený plyn tvoří v pěně bublinky s velkým měrným povrchem. S velkýmpovrchem souvisí vysoká hodnota povrchové energie a s tím související nestabilita pěny.Podmínkou existence pěny je snížení povrchového napětí a povrchové energie kapalné fázevůči plynu účinkem povrchově aktivních látek.

V každém případě jsou však pěny nestabilní systémy. Mechanismus jejich rozpaduspočívá ve stékání kapaliny tvořící blány mezi bublinami působením gravitace. Tím se blányztenčují. Při určité kritické tloušťce blána praskne a sousední bubliny se spojí.

Obr.14.: Schema pěny

plyn

43

Na obr. 14 je znázorněn základní strukturní segment pěny a šipkami vyznačenostékáni kapaliny. Rychlost rozpadu pěny je dána rychlosti vytékáni kapaliny, která je určenavztahem

ηε

=2gQv (10)

kde Q je měrná hmotnost kapalinyg tíhové zrychleniε tloušťka blány kapalinyη viskozita kapaliny.

Ze vztahu vyplývá možnost snížení rychlosti rozpadu pěny zvýšením viskozitykapalné složky, např. rozpuštěním makromolekulární látky (záhustka).

Pěny se připravuji nejčastěji mechanickým směšováním kapaliny a plynu, které jsoudávkovány do mixeru (obr. 69). Poměrem dávkováni obou složek je určen stupeň napěněni.Plyn a kapalina s rozpuštěnou povrchově aktivní látkou se mísí působením střižních sillopatek statoru a rotoru mixeru. Stupeň napěněni je definován vztahem

K

PVVV = (11)

kde VP je objem pěnyVK je objem kapaliny před zpevněním.

Odolnost pěny vůči rozpadu - stabilita pěny se experimentálně stanoví v odměrnémválci jako závislost objemu pěny na čase podle vztahu

0

tV

tVS = (12)

kde Vt je objem pěny v čase tV0 je objem pěny po zpěnění.

1.4.3.4. Pasty

Pasty jsou vysoce koncentrované viskózní disperze pojiv. Mohou to být

− Zahuštěné vodné disperze pojiv s viskozitou 4 - 8.103 Pa.s− Plastisoly, např. směsi PVC - kopolymerizátů ve formě prášku se změkčovadly

(např. dioktylftalát)− Vodné pasty s obsahem práškových kopolymerizátorů, např. kopolyamidů.

44

Příkladem takové pasty je35 dílů zahuštovadlo25-20 dílů voda30-35 dílů kopolyamidový prášek, zrnění 100-400 mikronů 8-12 dílů dispergátor a stabilizátor.

Výhodou past je jejich snadná manipulovatelnost, možnost nanášení různýmitechnikami - tiskem, raklí - dobrá stabilita (oproti disperzím), možnost přidání aditiv apřesného bodového nánosu (oproti prášku).

1.4.3.5. Roztoky polymerů

Pojiva ve formě roztoků se pro výrobu pojených textilií používají jen výjimečně, a tovětšinou v případech, kdy není k dispozici disperze. Důvodem toho jea) Vysoká viskozita roztoků polymerů (viz obr. 7). Důsledkem je nutnost použití roztoků

nízkých koncentrací a odstraňování relativně velkého množství rozpouštědla.b) Toxicita nevodných rozpouštědel. Vodné roztoky lze využít jen výjimečně, protože pojiva

rozpustná ve vodě nevedou k výrobkům odolným v praní.

Příkladem roztoku, který je využíván jako pojivo je roztok polyuretanu vdimetylformamidu.

1.4.3.6. Termoplastická pojiva

Pojiva v různých formách, jak jsou uvedeny v kap. 1.4.3.1., jsou homopolymery nebokopolymery. Nejběžnějšími typy sou: polypropylen, polyetylen, kopolyestery, kopolyamidy.

Typ pojiva Teploty tání (°C) FormyPOP 155 Vlákna, bikomponentní vláknaPOE 110 - 126 Prášek, vláknakopolyester 110 - 256 Vlákna, bikomponentní vláknakopolyamid 110 - 190 Prášek

45

II. Technologická část

Technologická část skript bude sledovat linii ( obr.15 )

Obr.15.:Výroba netkaných textilií

Příprava vlákenných surovin, otevírání balíků, dávkování, rozvolňování, mísení ašpikování jsou důležité operace, které v rozhodující míře ovlivňují kvalitu výrobku. Přesto jev tomto textu vynecháváme vzhledem k tomu, že jsou probírány v jiných předmětech,zejména přádelnictví. Stejně tak poslední část - ořezávání, nabalování, adjustace,ponecháváme do specializace.

2.1. Příprava vlákenných vrstev

V dalších kapitolách budou vysvětleny nejdůležitější postupy přípravy vlákennýchvrstev. Jednotlivé postupy se vyznačují různou produktivitou a vlastnostmi vytvořené vrstvy,zejména objemností, rovnoměrností a orientací vláken, z níž plynou vlastnosti výrobků.

2.1.1. Mechanické způsoby přípravy vlákenných vrstev

Mechanické způsoby spočívají ve vytvoření vlákenné pavučiny a v jejím vrstvení.

ze staplových vláken

výroba netkaných textilií

tavení polymerupříprava vlákenných surovin

přímými metodami (pod tryskou)

zpevnění vlákenných vrstev

úpravy

ořezávání, nabalování, adjustace

příprava vlákenných vrstev

46

2.1.1.1. Příprava vlákenné pavučiny

K přípravě vlákenné pavučiny se využívá mykacích strojů, případně mykacích zařízenívyvinutých speciálně pro výrobu netkaných textilií. Běžně jsou využívány klasické mykacístroje víčkové (bavlnářské) a válcové (vlnařské). Častěji se používají vlnařské stroje pro svouvětší šíři - 1,5-3,5 m a vyšší výkon. starší vlnařské stroje jsou konstruovány pro výkony 30-50kg/hod, novější pro 200-1000 kg/hod. Oproti tomu bavlnářské stroje zpracují 5-30 kg/hod.

Základem vlnařského mykacího stroje (obr.16) je soustava válců opatřenýchdrátkovými nebo pilkovými pracovními povlaky. Drátky, resp. hroty pilkových povlaků jsouna válcích ve vzájemném postavení (obr. 17) na mykání (tambur - pracovní válec), na snímání(obraceč - pracovní válec) nebo povytažení (volant - tambur).

Obr.16.: Schema válcového mykacího stroje

PRACOVNÍVÁLEC

TAMBUR

OBRACEČ

PRACOVNÍVÁLEC

VOLANT

TAMBUR

Obr.17.: Vzájemné postavení pracovních potahů mykacího stroje včetně vyznačení rychlostí

47

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Obr.18.: Drátkové pracovní povlaky mykacího stroje

Drátkové pracovní povlaky (obr. 18) se vzájemně liší typem a tloušťkou drátků, jejichtvarem a počtem drátků na jednotku plochy potahu. Pilkové povlaky (obr. 19) se používají vestále větší míře pro svou vyšší životnost.

a)

h3

α

h1

h2

a1

b) c)

Obr.19.: Pilkové mykací povlaky a) s vinutím do drážky, b) uzavírací, c) zaklíněné

Pilkové povlaky se dělí na povlaky s vinutím do drážky a na samosvorné, buď zavíracínebo zaklíněné. Pilkový drát prvního typu se zatlačuje do drážky na mykacích válcích.Opakovaná výměna drátů vede k poškozování drážek. Uložení v drážce je však pevnější avyužívá se u více namáhaných povlaků, např. u vstupních ústrojí.

Účinek mykacího zařízení je tím vyšší, čím je větší počet pracovních drátků či hrotůna plochu, čím větší je rozdíl obvodových rychlostí tamburu a pracovních válců a čím jetěsnější sesazení pracovních povrchů.

48

Účinek závisí i na typu a povrchové úpravě vláken, tvaru pracovních hrotů a řadědalších okolností. Zařízení se většinou osazují a seřizují tak, že účinek ve směru zpracovávánívzrůstá, to znamená, že mezery mezipovrchy jsou čím dálemenší a pracovní hroty jemnější ahustší.

Jemnost mykacích povlaků souvisí zejména s jemností zpracovávaných vláken.Zpracování jemných vláken hrubšími povlaky vede k tvorbě nopků v pavučině. Naopak hrubávlákna působí rychlejší poškozování jemných povlaků.

Vyšší intenzita mykání, daná bud těsnějším sestavením tamburu a pracovních válcůnebo zvýšením rozdílu jejich obvodových rychlostí, t.j. obvykle zmenšením rychlostípracovních válců vede ke zvýšení ojednocovacího efektu a jednosměrné orientace vláken a nadruhé straně k vyššímu namáhání povlaků, převodových mechanismů a motorů.

Typický příklad vzájemného sestavení válců dvoububnového mykacího stroje:

Vzdálenost povlaků /mm/

První tambur - první pracovní válec 2,0druhý pracovní válec 1,5třetí pracovní válec 1,0čtvrtý pracovní válec 0,8obraceče 0,5

Pracovní válce – obraceče 0,5

První tambur - první snímač 0,3

Přenašeč - druhý tambur 0,4

Druhý tambur - první pracovní válec 1,0druhý pracovní válec 0,8třetí pracovní válec 0,5čtvrtý pracovní válec 0,4obraceče 0,5

Pracovní válce – obraceče 0,5

Druhý tambur - druhý snímač 0,3

Snímač - sčesácaví hřeben 0,5

Pro vztah typu zpracovávaných vláken a typu mykacích povlaků neexistujíjednoznačná pravidla. Uživatel tuto otázku obvykle řeší konzultací s výrobcem potahů.

Podstatou funkce klasického válcového mykacího stroje je postupné ojednocovánívláken a jejich uspořádání převážně ve směru vystupující pavučiny. Takové uspořádánívláken se

49

nazývá anizotropické. Jeho důsledkem jsou rozdílné vlastnosti pavučiny i vlákennévrstvy vzniklé jejím vrstvením v různých směrech.

2.1.1.2. Vrstvení vlákenné pavučiny

Podélné vrstvení

Vlákenná pavučina, vystupující ze zařízení popsaných v předchozí kapitole, máplošnou hmotnost obvykle 5 - 30 g.m-2. Tuto pavučinu lze vést přímo ke zpevňujícímuzařízení. Tím se získá lehká netkaná textilie. Při uspořádání několika strojů za sebou je možnojednotlivé pavučiny podélně vrstvit a násobit tak plošnou hmotnost výrobku. Takováuspořádání (obr. 20) se využívají k v~robě pojených textilií nízkých plošných hmotností, do100 g/m .

Častějším způsobem přípravy vlákenné vrstvy je tzv. příčné kladení pavučiny naodváděcí pás. Odváděcí pás se pohybuje ve směru kolmém ke směru přívodu pavučiny.

a)1 2

3

b)

Obr. 20.: Uspořádání mykacích strojů při podélném vrstvení pavučin, dvě varianty: 1 -mykacístroj, 2 -pavučina, 3 -odváděcí dopravník

50

Příčné kladení

Na obr. 21 a 22 jsou schematicky znázorněny dva nejpoužívanější typy příčnýchkladečů. Méně používaný výkyvný vertikální kladeč (camel-back)na obr. 21 se skládá zpřívodního dopravníku pavučiny a dvojice společně výkyvných pásů ukládajících pavučinudo vlákenné vrstvy složené ze šikmých skladů na odváděcím dopravníku.

Používanější horizontální kladeč (obr. 22) se skládá z přiváděcího pásu, výkyvnéhoukládacího pásu a výkyvného kompenzačního pásu.

Úhel křížení pavučiny v příčně vrstveném vlákenném rounu je dán rychlostí pohybuukládacího pásu a odváděcího pásu. Plošná hmotnost vytvořeného rouna závisí na plošnéhmotnosti přiváděné pavučiny, její postupné rychlosti, šířce vytvářeného rouna a rychlostijeho odvodu. Ponechávám na čtenáři, aby si odvodil příslušné jednoduché vztahy, které jsouzákladem technologických výpočtů.

4

Obr.21.: Vertikální příčný kladeč pavučiny: 1 - pavučina z mykacího stroje, 2 - přiváděcídopravníky, 3 - dvojice výkyvných kladecích pásů 4 - odváděcí dopravník

51

f

ba

cd

e

Obr.22.: Horizontální příčný kladeč pavučiny: a) pavučina, b) kladecí dopravník, c)kompenzační dopravník, d) kladecí dopravník, e) odváděcí dopravník, f) příčně vrstvenérouno

Kolmé kladení

Výroba vlákenných vrstev kolmým kladením pavučiny patří k nejnovějšímprůmyslově využívaným technologiím v oboru netkaných textilií. Byla vyvinuta na katedřenetkaných textilií VŠST v Liberci v letech 1988 - 1992.

Cílem vývoje této technologie byla snaha připravit vlákenné vrstvy s vyšší odolnostívůči stlačení. S tloušťkou textilie, která je v podmínkách praktického použití funkcí stlačení(použití v čalounickém a nábytkářském průmyslu, v oděvech, spacích pytlích atd.), souvisípřímo některé její užitné hodnoty jako je výplňová a měkčící schopnost, tepelně izolačnívlastnosti a jiné. zvýšení odolnosti vůči stlačení se u kolmo kladených textilií dosahuje tím, ževlákna jsou ve vrstvě orientována převážně kolmo k rovině textilie. Vlákna jsou pak vprůběhu stlačování namáhána spíše na vzpěr než na ohyb, na rozdíl od vrstev s převážněhorizontálně uloženými vlákny (vysvětlení viz nauka o pružnosti materiálů).

52

5

Obr.23.: Vibrační kolmý kladeč pavučiny: 1 - pavučina z mykacího stroje, 2 - kladecí pilka, 3- dopravník teplovzdušné komory, 4 - kolmo kladená vlákenná vrstva, 5 - pěchovací lišta, 6 -drátový rošt, 7 - tvořící válec, 8 - kryt teplovzdušné pojící komory, 9 – přiváděcí plech

Pro výrobu vlákenných vrstev kolmým kladením byla vyvinuta dvě zařízení. U tzv.vibračního kolmého kladeče (obr. 23) je shora přiváděná pavučina stahována vibrující pilkouk pohybujícímu se dopravníku. Tím se vytvoří sklad pavučiny, který je z hrany pilky sejmutsoustavou hladkých jehel, umístěných na spřaženě vibrující pěchovací liště. Sejmutý sklad jepěchovací lištou doražen k vlákenné vrstvě tvořící se a postupující mezi dopravníkem adrátovým roštem. Dopravník s vlákennou vrstvou prochází teplovzdušnou pojící komorou,kde je vrstva zpevněna roztavením podílu termoplastických pojivých vláken a jejichpřeměnou na pojivo (viz kap. 2.2.3.2.).

Druhým zařízení pro kolmé kladení je tzv. rotační kolmý kladeč (obr. 24). Vlákennápavučina je přiváděná k soustavě pracovních kotoučů, jejichž hroty je formována do vlákennévrstvy tvořené kolmými sklady. Sklady jsou snímány z hrotů soustavou drátů roštu,umístěných mezi jednotlivými pracovními kotouči. Následuje zpevnění vrstvy postupem,který byl popsán u vibračního kladeče.

53

7

Obr.24.: Rotační kolmý kladeč pavučiny 1 - pavučina z mykacího stroje, 2 - pracovní kotouč,3 - hrot pracovního kotouče, 4 - kolmo kladená vlákenná vrstva, 5 - drátový rošt, 6 -dopravník pojící komory, 7 - přiváděcí plech, 8 - kryt pojící komory

2.1.2. Aerodynamická výroba vlákenné vrstvy

Při aerodynamické tvorbě rouna je vlákenná surovina rozvolněna rychle se otáčejícímškubacím válcem opatřeným pracovním povlakem. Vlákna jsou z tohoto válce snímánakombinovaným účinkem odstředivé síly a přiváděného proudu vzduchu. Tímto proudem jsouunášena a ukládána na pohybujícím se sítovém dopravníku.

Příklad zařízení pro aerodynamickou tvorbu rouna je na obr. 25.Na rozdíl od mechanických způsobů popsaných v předchozí kapitole vzniká tímto

postupem vlákenná vrstva, v níž jsou jednotlivá vlákna v podstatě nahodile orientována.Z toho vyplývá menší rozdíl vlastností rouna v jednotlivých směrech. Při výrobě objemnějšíchvrstev se vlákna neukládají horizontálně, ale šikmo a tvoří tak typickou vrstevnatou nebošupinatou strukturu (obr. 26).

Aerodynamický způsob výroby vlákenné vrstvy má několik charakteristických výhoda nevýhod. Mezi výhody patří zejména izotropický charakter výrobku a menší rozdíly vevlastnostech v příčném a podélném směru. Technologie umožňuje široký rozsah plošnýchhmotností a výrobu objemných vrstev.

54

Obr.25.: Zařízení pro aerodynamickou tvorbu rouna: 1 - kondenzor pro přívod vlákennéhomateriálu, 2 - škubací válec, 3 - kondenzor pro tvorbu vlákenné vrstvy, 4 - ventilátor, 5 -vlákenná vrstva

Obr.26.: Uspořádání vrstev vláken v objemném aerodynamicky vytvořeném rounu

Za nevýhody lze považovata) Nízký stupeň ojednocení vláken škubacím válcem.b) Možnost zaplétání jednotlivých vláken v proudu vzduchu. c) Nerovnoměrné proudění vzduchu, zvláště v okolí postranních stěn, které vede k rozdílnéorientaci vláken vzhledem k šířce textilie.

55

Nevýhody a) a b) limitují výkon zařízení. Stupeň ojednocení lze zvýšit při nižšímdávkování suroviny. Zaplétání vláken vede ke vzniku typické mrakovité struktury, kterásouvisí s plošnou nerovnoměrností rozložení vlákenné hmoty ve výrobku. Tu lze snížitzvýšením poměru vzduch/vlákna, tedy opět za cenu snížení výkonu zařízení.

Aby se zamezilo zaplétání vláken v proudu vzduchu, je nutno pracovat s velmi nízkoukoncentrací vláken, obvykle v rozmezí 0.003 - 0,02 g vláken na 1 m3 vzduchu. Z tohovyplývá omezení výkonu a poměrně vysoká energetická náročnost procesu. Maximálníkoncentrace vláken souvisí podobně jako při hydrodynamickém způsobu výroby s jejichdélkou a jemností podle vztahu

DLPKQ

2

V = (13)

kde QV je rychlost průtoku vzduchu / m3/min /P produkce zařízení / kg/min /L délka vláken / m /D jemnost vláken / dtex /K konstanta závislá na konstrukci stroje.

2.1.3. Mechanicko-aerodynamické postupy výroby rouna

Dále popsaná zařízení byla vyvinuta specielně pro výrobu netkaných textilií. Jejichkonstrukce byla vedena snahou vyrobit vlákenné vrstvy se strukturou blížící se izotropické, svysokým výkonem a rovnoměrností. Tři níže uvedené principy jsou založeny na současnémvyužití mechanických rozvolňovacích účinků, odstředivých a aerodynamických sil.

Mykací stroj Wirrvlies (obr. 27)

Od klasického mykacího stroje se liší konstrukcí a funkcí snímacího válce. U běžnéhoválcového mykacího stroje se povrch snímacího válce pohybuje souhlasně s povrchemtamburu, ovšem menší rychlostí. Na funkční elementy pracovního povlaku se přitom navěšujívlákna povytažená drátky volantu. Přenos vláken je čistě mechanický a vede k převážněpodélnému uspořádání vláken ve vznikající pavučině.

Na rozdíl od toho se snímací povlak válce wirrvlies pohybuje proti směru povlakutamburu (obr. 28) a to vysokou rychlostí (typicky tambur 1000 m/min, wirrvlies 1500 m/min).Prostor v okolí styčné linie obou povlaků je zakryt. Vlivem rychlého proti směrného pohybupovlaků v něm vzniká silné turbulentní proudění vzduchu. V součinnosti s odstředivou siloupůsobící na vlákna způsobuje proud vzduchu přenos části vláken na povrch snímacíhowirrvlies válce a to s víceméně náhodnou orientací.

Vysoká rychlost snímacího válce je příčinou nízké koncentrace vláken na jehopovrchu.

56

Aby se získala pavučina reálné plošné hmotnosti, za snímacím válcem je zařazen 1nebo více zhušťovacích válců (něm. Stauchwalze) otáčejících se nižší rychlostí.

Obr.27.: Mykací stroj wirrvlies: 1 - Wirrwalze, 2 - snímací válec, 3 - zahušťovací válec (Stauchwalze )

WIRRWALZE1500 m/min

TAMBUR1000 m/min

Obr.28.:Uspořádání tamburu a wirrwalze u mykacího stroje wirrvlies

57

Tříválcový princip

Dále popsaná zařízení sestávají z více pracovních válců. Vlákenný materiál jemechanicky rozvolňován a současně přenášen z jednoho válce na druhý součinnostíodstředivých a aerodynamických sil. Elementární děj přenosu se odehrává v prostoru mezikaždými třemi válci (obr. 28). Převažující směr přenosu je dán rychlostí otáčení jednotlivýchválců a s tím souvisejícími odstředivými silami.

Obr.29.: Proudění vzduchu mezi válci tříválcového mykacího zařízení

Na vlákna působí síly odstředivé

Fo = R ω2. m (14)

kde R je poloměr válceω = v/R úhlová rychlost válce m je hmotnost vlákna

a proudění vzduchu

Ldv2

QF 2AV = (15)

kde QA je hustota vzduchu v rychlost povrchu válce d průměr vláknaL délka vlákna.

58

Sestava více válců je znázorněna na obr. 30.

Obr. 30. : Sestava válců zařízení pracujícího s tříválcovým principem a schema přestupuvláken mezi jednotlivými válci

Zařízení poskytuje vysoký výkon a vznikající vlákenná vrstva obsahuje vláknapřibližně rovnoměrně rozmístěná ve všech třech směrech.

Rounotvořič K 21 firmy Fehrer

Nejnovější vysokovýkonné zařízení firmy Fehrer je znázorněno na obr. 31. Sestává zečtyř tamburů, z nichž každý pracuje v součinnosti s jedním párem pracovní válec - obraceč.Štěrbinami mezi jednotlivými tambury proudí vzduch takovou rychlostí, že strhává částvlákenného materiálu na sítový pás. Další část materiálu je přenesena na druhý tambur atd.Proces ukládání vláken na sítový pás se tak čtyřikrát opakuje. To vede k vysokérovnoměrnosti vyrobeného rouna i při nízké plošné hmotnosti. Zařízení dává vysoký výkon300 kg na metr šíře za hodinu i při výrobě lehkých roun 40 – l00 g/m2.

59

Výstupní rychlost rouna je 50 - 150 m/min. Poměr příčné a podélné pevnosti u jednotlivýchprincipů je následující:

poměr pevností podél/napříč

Klasický mykací stroj 10 - 12 : 1Mykací stroj s wirvlies válcem 3 - 4 : 1K-21 0,9 - 1,5 : 1

1

Obr.31.: Rounotvořič K 21 fy Fehrer: 1 - přívod vláken, 2 - tambur, 3 - pracovní válec, 4 -obraceč, 5 - proud vzduchu, 6 - podtlak, 7 odváděcí sítový transportér

2.1.4. Hydrodynamická výroba vlákenné vrstvy

Výroba netkaných textilií hydrodynamickým neboli mokrým postupem jebezprostředně odvozena od postupů a zařízení výroby papíru. Proces se vyznačuje

− použitím drahých, rozměrných a vysoce výkonných zařízení (až 1000 m/min)− výrobou méně objemných a lehčích textilií (do 100 g/m2, lze však vyrábět textilie

do plošné hmotnosti až 2500 gm-2)− relativně vysokou energetickou náročností (transport velkého množství silně

zředěných vlákenných disperzí, sušení) .Ve světě je vyráběno mokrým procesem 5 - 10% NT. V ČR je v provozu jedna

poloprovozní linka ve výzkumném ústavu Filpap Štětí a výrobní linka v papírně v Bělé p.Bezdězem. Využívají se pro výrobu speciálních textilií, např. vysoce účinných filtrů zeskleněných mikrovláken.

60

Součástí linek pro výrobu za mokra je i zařízení ke zpevnění vrstev. V případě výrobyz celulózových vláken ke zpevnění dochází sušením, přičemž mezi povrchy vláken působísekundární mezimolekulové síly. Při výrobě ze syntetických vláken se využívá pojiv, buďpřimísených do výchozí vlákenné disperze nebo nanášených některým z postupů uvedených vkap. 2.2.2.

Základními operacemi při mokrém způsobu výroby jsou:− smočení a dispergace vláken ve vodě,− transport vlákenné suspenze k pohybujícím se nekonečném sítovém pásu,− tvorba vlákenné vrstvy na sítu filtrací suspenze,− sušení, případně dodatečné zpevnění a povrchové úpravy.

Rozdílná konstrukce zařízení pro výrobu netkaných textilií a papíru je vyvolánazejména potřebou

− vyrábět objemnější výrobky− zpracovávat zředěnější suspenze vzhledem k použití delších vláken (viz dále).

Vlákna pro výrobu mokrým způsobem

Základními požadavky na vlákenné suroviny jsou jejich smáčitelnost vodou aschopnost tvořit disperzi. Pro mokrý proces se proto vyrábějí speciální vlákna nebo se alespoňupravují. Smáčitelnost jako funkce povrchového napětí vody vůči vláknům se zlepšujepoužitím hydrofilních povrchových úprav pomocí vhodných preparací. Schopnost tvořitdisperzi se zhoršuje se zvyšujícím sesklonem vláken k vzájemnému zaplétání. Tento sklonsouvisí s

− poměrem délky a průměru vláken, který se vyjadřuje tzv. štíhlostním poměrem

t

.

TL100

DL

= (16)

kde L je délka vláken v mmTt jemnost vláken v dtex,

− stupněm a typem zkadeření vláken,− kvalitou řezání (nepřekonatelné obtíže působí nekvalitně řezané vlákno s tzv.

nedořezy, t.j. vlákny několikanásobně delšími než je deklarovaný stapl).

Běžně používanými vlákny jsou− přírodní vlákna (bavlna, vlna, kolagenová vlákna z usní)− celulózová vlákna získaná chemickým procesem ze dřeva, délka 2 - 4 mm, průměr

0,02 - 0,07 mm; v mokrém procesu působí současně jako pojivo− celulózová vlákna získaná zvlákňovacím procesem, 6 - 25 mm, 1,7 - 3,3 dtex

syntetická vlákna různých typů včetně bikomponentních pojivých vláken, 6 - 25mm (výjimečně do 35 mm), 1,7 – 6 dtex.

61

− sk1eněná vlákna 6 - 50 mm, 0,009 - 0,018 mm nebo mikrov1ákna ca 0,002 mm− asbestová vlákna.

Vlákna se dispergují ve vodě mechanicky, nejčastěji mícháním. Připravují se disperzevelmi nízkých koncentrací. To je vynuceno snahou vláken zaplétat se. Odvození vztahu mezištíhlostním poměrem a maximální dostupnou koncentrací vychází z úvahy, v níž se každémuvláknu v disperzi přiřadí prostor tvaru krychle tak, aby se v něm vlákno mohlo volně otáčet.Odvození ponechávám na čtenáři.

V literatuře se pro tuto závislost uvádí vztah

2d

WLT

9.1C = (17)

kde Cw je kritická koncentrace suspenze, nad níž dochází k zaplétání vlákenTd jemnost vláken (denier)L délka vláken (mm).

Typické koncentrace vláken ve vodné disperzi jsou 0,005 - 0,05 hmot. %. Z tohovyplývá velký objem vlákenné disperze, který je nutno filtrovat sítovým pásem pro výrobuhmotnostní jednotky textilie.

Příklady zařízení pro tvorbu rouna z disperze jsou na obr. 32 a 33.

5

4

3

Obr. 32. : Zařízení se šikmým sítem pro tvorbu vlákenné vrstvy za mokra 1 - přívod disperzevláken, 2 - šikmé síto, 3 - odsávání vody, 4 – odvodňování vlákenné vrstvy podtlakem, 5 -vlákenná vrstva

62

8

4

7

Obr. 33 . : Zařízení Rotoformer pro tvorbu vlákenné vrstvy za mokra: 1 - přívod disperze, 2 -míchadlo, 3 - nátokový prostor, 4 - vlákenná vrstva, 5 - regulace hladiny 6 - odsávání vody, 7- odvod vody, 8 - odvodňovací vrstvy

V průběhu procesu naplavování se přivádí suspenze vláken k sítu. Přitom je důležitákonstantní, dobře vyregulovaná hladina suspenze v nátokovém prostoru. Odsávání vody přessíto je podporováno sacími skříněmi. Následuje ždímání vrstvy a její sušení, nejčasteji pomocíhorkovzdušných strojů se sítovými bubny (viz kap. 2.2.3.2.).

Uložení vláken v rounu je v podstatě isotropické. Lze je však ovlivnit rychlostmiproudění, rychlostí síta, plošnou hmotností výrobku, geometrií nátokového prostoru atd.

Typickými oblastmi použití naplavovaných textilií jsou: − textilie pro zdravotnictví (pleny, sanitární zboží) a průmysl − filtrační a těsnící materiály − bateriové separátory− vysoce pevné papíry a balící materiály− výrobky pro jednorázové použití − elektroizolační papíry

63

2.1.5. Příprava vlákenných vrstev z taveniny polymeru

2.1.5.1. Technologie spun-bond

Název technologie je odvozen z anglických výrazů zvlákňování a pojení. Do češtinyse tento název většinou nepřekládá. Někdy se používá označení "výroba pod hubicí".

a b

c

d

h

Obr.34.: Typické schema výroby vlákenné vrstvy pod tryskou: a) tavenina polymeru, b)filtrační sítka, c) tryska zvlákňovací hubice, d) odtahová vzduchová tryska, e) šachta, f)výkyvná rozmítací destička, g) odsávání pod sítovým dopravníkem, h) sítový dopravník, i)vyrobená vlákenná vrstva

64

Jde o vysoce produktivní technologii vhodnou pro masovou výrobu. Podíl netkanýchtextilií vyráběných postupem spun-bond, který činil v západní Evropě v roce1980 23%, stoupl do roku 1990 na 42%. Techhnologie spun-bond se tedy podílí na nárůstuvýroby netkaných textilií rozhodující měrou.

Proces výroby textilií postupem spun-bond lze členit do následujcícch fází:− tavení polymeru, který je předkládán ve formě granulátu− zvlákňování pomocí zvlákňovacích trysek− odtah od hubice, případně dloužení− rozkládání filamentů na plochu pohybujícího se sítového dopravníku− zpevnění vlákenné vrstvy − ořezávání okrajů a navíjení.

Příklad uspořádání výrobní linky je na obr. 34.

K jednotlivým operacím:Část tavení a zvlákňování polymeru je prakticky totožná s technologií výroby vláken z

taveniny syntetických polymerů. Materiálem pro výrobu jsou lineární vláknotvorné polymery.Nejvíce využívaným polymerem je polypropylen, zejména vzhledem k jeho nižší ceně. Proněkteré typy výrobků se zvlákňuje polyester, řídčeji polyamid. Speciální textilie se mohouvyrábět pomocí zvlákňovacích trysek produkujících bikomponentní vlákna. V části tavení azvlákňování odakzuji čtenáře v plné šíři na literaturu o výrobě vláken z taveniny a to co setýče typů polymerů a jejich důležitých vlastností, procesů tavení, transportu a filtracepolymeru, dějů ve zvlákňovací trysce a pod ní.

Pod zvlákňovací hubicí se v procesu sopun-bond vlákna mohou odtahovatněkolika způsoby (obr. 35):

− gravitační silou (obr. 35, větev d), výsledkem jsou málo pevné textilie znekonečnách vláken,

− vzduchovou odtahovací tryskou (obr. 35, větve b, c), výsledkem jsou textilie zčástečně dloužených vláken se zbytkovou tažností obvykle 100 - 250 %,

− galetami s případným dloužením mezi jedním nebo více páry galet (obr. 35, věteva), výsledkem jsou vysoce pevné textilie z vydloužených vláken.

Vlákna po vychlazení, případně po vydloužení, je nutno rozložit rovnoměrně naplochu pohybujícího se dopravníku, na němž tak vzniká vlákenná vrstva. To se můžeuskutečnit několika způsoby:

− přímým ukládáním vláken z dostatečně široké zvlákňovací trysky (obr. 35, věteva), příkladem je výroba materiálu z nedloužených polypropylenových vlákenPetex - Juta Úpice

65

− elektrickým nabitím vláken ve vzduchové odtahovací trysce, které způsobujevzájemné odtahování jednotlivých fibril (obr. 35, větev b)

− rozmítáním svazku vláken pod odtahovací vzduchovou tryskou výkyvnoudestičkou (obr. 35, větev c)

− výkyvným pohybem odtahovací vzduchové trysky− šanžírováním odváděcího dopravní ku− odtahem a ukládáním v celé šiři (obr.35, větev e) .

C

Babcde

Obr.35.: Varianty odtahu a kladení vláken pod tryskou: A - dávkování granulátu, B - tavícíextrudér, C zvlákňovací hubice, D - vzduchová odtahovací tryska

Vytvořené vlákenné vrstvy se mohou zpevnit několika způsoby:− vzájemným slepením neúplně vychlazených nedloužených vláken (technologie

Petex)− chemickým nebo tepelným pojením (viz kap. 2.2.2.)− vpichováním (viz kap. 2.2.1.1.) v případě neúplně vydloužených vláken− principiálně dalšími postupy zpevňování vrstev.

Textilie spun-bond nacházejí široké použití v oblasti zdravotnických výrobků aprostředků osobní hygieny, jako obalové materiály, geotextilie, ochranné oděvy, filtry,agrotextilie a podobně.

66

U nás existují tři výrobní linky: Výše zmíněná technologie v Jutě Úpice a linka vzávodě Tatralan Kežmarok, obě z vlastního vývoje. V r. 1992 byla instalována nová linka ufirmy pegas Bučovice.

Jednou z modifikací technologie spun-bond je postup flash-spinning americké firmyDu Pont. Název pochází ze slov flash - zablesknutí, vyšlehnout a spinning - zvlákňování.

Polyetylenová textilie Tyvek se vyrábí zvlákňováním roztoku vysokohustotníhopolyetylenu ve vhodném rozpouštědle, např. freonu. polyetylen se rozpouští pod tlakem přiteplotě vyšší než je bod varu rozpouštědla. Roztok je transportován při konstantní teplotě atlaku ke zvlákňovací hubici. Pod hubicí při normálním tlaku se rozpouštědlo téměř explozivněodpaří. To způsobí rozpad filamentů na sít jemných fibril, které jsou však v podélném směrusoudržné. Vrstva vytvořená kladením těchtosvazků se pojí kalandrem, nejčastěji srastrovanými válci.

Výrobky se vyznačují vysokou pevností v tahu, v dalším trhání, jemností povrchu aprodyšností. Používají se k výrobě poštovních obálek, obalů knih, visaček, sportovního apracovního oblečení.

2.1.5.2. Melt-blown

Název technologie je složen z anglických slov melt - tavit, tavenina a blown - foukat.Do češtiny se nepřekládá, někdy se opisuje výrazem "textilie vyrobené rozfukovánímtaveniny (polymeru)".

Technologie byla v principu vyvinuta v 50. letech, pro komerční využití však byladokončena až začátkem 80. let. V současné době je na světě v provozu asi 80 výrobních lineks přibližnou celkovou kapacitou 60 tisíc tun/rok. U nás byla v r. 1992 uvedena do provozuprvní linka firmou Ecotherm Mělník.

Výrobky melt-blown se skládají z vláken volitelných průměrů. Typická jsoumikrovlákna o průměru 2 - 4 mikrony vyznačující se velkým měrným povrchem. Procesemlze však vyrobit i textilie z mnohem jemnějších vláken (0,1 mikronu) nebo naopak z vlákenběžných textilních jemností (10 - 15 mikronů) .

Proces výroby se skládá z následujících základních operací (obr. 36):a) Tavení polymeru a doprava taveniny k hubici.b) Formování vláken.c) Strhávání taveniny proudem vzduchu, formování vláken a jejich chlazení.d) Formování vlákenné vrstvy na porézním sběrném bubnu nebo pásu. e) Pojení. f) Navíjení.

67

Nejvíce používanými polymery jsou: polypropylen, polyetylen, polyester a polyamid.Na rozdíl od technologie spun-bond, kterou se zpracovávají polymery běžných vláknařskýchmolekulových hmotností a tedy viskozity taveniny (index toku 1 - 30 (*» jsou v technologiimelt-blown zpracovávány speciálné vyvinuté nízkomolekulární, vysoce tekuté polymery(index toku 30 - 1500).

Poznámka: (*) Index toku je množství taveniny polymeru v gramech, která proteče začasovou jednotku otvorem plastometru při teplotě T a tlaku p. Hodnoty T, p a geometrieotvoru jsou dány normou.

ae

f

Obr.36.: Schema zařízení melt – blown: a) tavící extrudér, b) dávkovací zubové čerpadlo, c)zvlákňovací hubice, d) rozvod horkého vzduchu, e) sítový buben - kolektor, f) navíjení

K jednotlivým operacím:

a) K tavení polymeru a tavného transportu taveniny se využívá tavného extruderu.

b), c) K tvorbě vláken dochází ve speciální výtlačné hubici (obr.37) s mnoha zvlákňovacímiotvory. Šíře hubice odpovídá výrobní šíři zařízení. Zvlákňovací otvory jsou vyvedeny nahraně hubice a je k nim přiváděn stlačený horký vzduch. Vytékající tavenina je vzduchemstrhávána a formována do tvaru vlákna. Síla působení vzduchu na tvořící se vlákno se zvyšujes rostoucí délkou vlákna. Vlákno je postupně nepravidelně dlouženo a při určité délceodtrženo.

68

Obr.37.: Zvlákňovací tryska pro technologii melt - blown a) přívod horkého vzduchu,b)přívod polymeru, c) proud horkého vzduchu, d) sítový buben, g,h) detail ústí trysky

Typické hodnoty pro polymery a podmínky tvorby vláken:Teplota (°C) Viskozita taveniny (Poise)

200 13000280 3650310 1400

Teplota taveniny : 280 – 400°CTeplota vzduchu: 290 – 400°CRychlost proudění vzduchu: 100 – 500m/sRychlost výtoku polymeru : ca 1 g/min/otvorHmotnostní poměr vzduch:polymer : ca 100Vzdálenost hubice od sběrného bubnu: 0,2 - 0,5 m

Z uvedených orientačních údajů vyplývá relativně vysoká spotřeba energie vtechnologii melt-blown, spočívající zejména v ohřevu velkého množství vzduchu a jehotransportu vysokým tlakem. Pro jednotlivé polymery a jemnosti vláken se uvádějí spotřeby 2 -7 kW na 1 kg výrobku.

Podmínkami procesu lze do značné míry ovlivňovat všechny vlastnosti výrobku,zejména průměrnou jemnost vláken, jejich délku a objemovou hmotnost textilie.

Vlákna jsou tím jemnější, čím je- nižší viskozita taveniny polymeru (nižší hmotnost, vyšší teplota taveniny) - vyšší teplota vzduchu - vyšší poměr vzduch/polymer (vyšší dávkování vzduchu, nižší dávkování

polymeru).

Z toho vyplývá vysoká energetická náročnost, nižší produkce a vyšší cena výrobků zvelmi jemných vláken. Plošná hmotnost textilie se reguluje velmi jednoduše poměremdávkování polymeru a odváděcí a navíjecí rychlosti. Typické plošné hmotnosti jsou 10 - 500g/m2, lze vyrábět i extrémně lehké textilie 5 g/m2 .

69

d) Objemová hmotnost je ovlivněna zejména vzdáleností mezi hubicí a sběrným bubnemvzhledem k míře zrychlení vlákenné hmoty.e) Ke zpevnění textilií melt-blown se využívá zejména kalandrování.

Srovnání textilií spun-bond a melt-blown

Spun-bond Melt-blown

Vlákna Nekonečná, nedloužená, Konečná, nepravidelné tvary, částečně nebo zcela dloužená. průřezy, průměry a délky, Jemnosti 2-50 dtex. částečně dloužená.

Jemnosti 0,01-20 dtex.

Pevnost Podle stupně vydloužení a Obecně nízkázpevnění od nízké po vysokou

Ohyb, oděr podle stupně vydloužení a Nízká odolnostzpevnění od nízkého po vysoký

Měrný povrch Střední Podle jemnosti vláken střední až velmi vysoký

Tepelně izolační, Průměrné V případě jemných vláken filtrační a vynikajícísorpční vlast.

Použití textilií melt-blown

− Průmyslové sorbenty, obzvláště pro zachycování ropných látek z vody.− Konstrukce ochranných oděvů a oděvů pro čisté prostory.− Textilie absorbuje nebezpečné chemikálie a prach nebo naopak pot a bakterie

produkované lidským tělem (chirurgické oděvy, roušky, masky).− Sanitární a hygienické zboží. Textilie melt-blown se podle povrchové úpravy

chovají jako kapaliny propouštějící, savé nebo naopak bariéra.− Filtrační materiály úpro plyny a kapaliny. − Bateriové separátory.− Prachovky.− Adhezivní vrstvy.

70

2.1.5.3. Elektrostatické zvlákňování

Technologie byla vyvinuta koncem sedmdesátých let. Je založena na formovánítaveniny polymeru ve vlákna působením silného elektrostatického pole ( 30 kV). Vzniklávlákna jsou současně vlivem pole ukládána na podložku, nejčastěji textilní materiál,pohybující se po povrchu protielektrody.

Přestože pro výrobu vlákenných vrstev elektrostatickým zvlákňováním jsou vyráběnaprofesionální zařízení, vysvětlíme princip výroby na jednom z nejdříve patentovanýchzařízení, jehož funkce je snadno pochopitelná. Zařízení bylo jeho autory nazváno drátovýstroj (obr. 38).

4

Obr.38.: Drátový stroj pro elektrostatické zvlákňování: 1 - zásobník práškového polymeru,dávkovací zóna, 2 - ohřívací zóna, 3 - zvlákňovací zóna, 4 - vypalovací zóna, 5 - dráty, 6 -dopravník, 7 - protielektroda, 8 - zdroj napětí, 9 - pohon

Základem stroje je soustava odporových drátů upevněných na dvou řetězechpohybujících se naznačeným směrem. Konce drátů se dotýkají neznázorněných elektrickýchkontaktů s regulovatelným napětím, jímž se řídí teplota drátů v různých místech jejich dráhy.

71

V první zóně se na soustavu drátů sype polymer ve formě prášku z dávkovacíhozařízení. Dráty mají přitom takovou teplotu, že se částice polymeru dopadající na ně nataví apřilepí. V druhé zóně se zvyšuje teplota drátů, částice se taví a viskozita taveniny snižuje. Vetřetí zóně působí na taveninu elektrické pole. Tavenina polymeru se formuje do vláken, kterájsou polem transportována k pohybující se podložce. Na ní ulpívají a vzájemně se pojí. Večtvrté zóně se zvýší teplota drátů natolik, že se zbytek taveniny na drátech vypálí.

Technologií elektrostatického zvlákňování lze zpracovávat prakticky všechny tavitelnépolymery. Nejčastěji jsou to polypropylen, polyetylen, polykarbonáty a polyamidy. Protvorbu vláken je důležitá dostatečně nízká viskozita taveniny, využívají se tedy polymery svyšším indexem toku, zpravidla více než 100.

Vyrábějí se vlákenné vrstvy o plošné hmotnosti 5 – 200 g/m2. Rozložení materiálu vploše je vysoce rovnoměrné. Vysvětluje se to elektrickým nábojem na vláknech ve vznikajícívrstvě. Vlákna pohybující se v elektrickém poli mají stejný náboj a jsou tedy převážněsměrována do míst s nižší koncentrací hmoty.

V procesu vznikají velmi jemná vlákna o průměru 1 – 20 mikronů. Průměr závisí narozdílu potenciálů mezi elektrodami, na vzdálenosti mezi elektrodami, na průměru drátů,tlouštce vrstvy materiálu na drátech, na viskozitě a povrchovém napětí materiálu. stupeňvychlazení vláken před jejich dopadem na pohyblivou podložku a s tím související stupeňpropojení vrstvy je zejména funkcí vzdálenosti drátů od podložky ve zvlákňovací zóně.Kvalita příslušných závislostí vyplývá ze základních fyzikálních zákonů a její odvozeníponechávám na čtenáři.

Vznikající vlákna jsou nerovnoměrná vzhledem k průměru, tvaru průřezu a stupnivydloužení, který je obecně nízký. Z toho vyplývá velmi nízká mechanická soudržnostvýrobků, které se proto nejčastěji vytvářejí a používají vrstvené s nosnými a krycímimateriály. Nízkou mechanickou odolností se výrobky podobají textiliím melt-blown.

Podstatným důvodem výroby textilií elektrostatickým zvlákňován~ím je permanentní,případně dlouhodobý elektrostatický náboj vázaný na materiál. Platí to zejména pro polymeryobsahující polární skupiny, nicméně stabilní náboj vykazují i polyolefiny. Podstata vznikunáboje trvalého bude vysvětlena na polarizaci amidické skupiny polyamidu:

V tavenině polymeru jsou makromolekuly a zejména jejich jednotlivé funkční skupinydostatečně pohyblivé. Působí-li na ně stejnosměrné elektrické pole, orientují se v něm polární

skupiny vzhledem k jeho směru (obr. 39). Po zchlazení polymeru se pohyblivostřetězců drasticky sníží a zaujaté polohy jsou dlouhodobě fixovány. Kolem vláken pak existujepermanentní elektrické pole. Takto získané struktury jsou trvanlivé bez ohledu na vlhkostprostředí po dobu půl roku až dva roky. Ke ztrátě náboje může dojít vlivem zvýšené teploty.

72

Textilní vrstvy vyrobené elektrostatickým zvlákňováním se využívají zejména jakofiltry. Elektrostatické síly výrazně přispívají k vázání velmi malých částic na povrchu vlákenfiltru.

O

H

C

N

+

+

-

-

Obr.39.:Schéma polarizace amidické skupiny v elektrostatickém poli

Elektrostatickým zvlákňováním roztoků polymerů lze získat vlákenné vrstvy zextrémně jemných vláken - tzv. nanovláken o průměrech 50 - 500 na no metrů. Tatotechnologie se rozvíjí zejména od přelomu tisíciletí a vede k výrobkům s některýmiextrémními vlastnostmi, například filtračními.

2.1.6. Další způsoby přípravy vlákenných vrstev

V této kapitole je podán stručný přehled některých dalších postupů výroby vlákennýchvrstev, které jsou svým významem nebo rozsahem výroby omezené.

a) Výroba vlákenné vrstvy ze spleti nekonečných vlákenK výrobě je předkládána soustava skleněných nebo syntetických vláken,

případně nití, nejčastěji z cívečnice. Niti jsou odtahovým zařízením přiváděny nad pohybujícíse pás, kde se ukládají působením gravitace a tvoří vrstvu bud

− z nahodile utvořených smyček, jejichž tvar je dán zejména ohybovou tuhostívláken, nebo

− z pravidelných, v podstatě kruhových smyček vytvořených speciálními kladecímihlavami.

Vrstvy se pak mohou zpevnit vpichováním, kalandrováním, chemicky nebo termicky,s výhodou využitím podílu níže tajících termoplastických vláken. Postupu se využívalo i karmování vlákenných vrstev připravených vrstvením pavučiny. Výhodou postupu je vysokávýrobnost a poměrně dobré mechanické vlastnosti výrobků. Nevýhodou je zejména vyšší cenasuroviny a poměrně nízký stupeň využití pevnosti vláken. Z hlediska zvýšení pevnosti jinýchútvarů se ukázalo výhodnější armování mřížkou vyrobenou z podélné a příčné soustavy nitífixovanou nejčastěji pojivem ve formě disperze.

73

b) Výroba vlákenné vrstvy ze štěpené fólieVýroba ze štěpené fólie byla vyvinuta ve SVÚT Liberec a je využívána některými

československými podniky (Juta Turnov, Retex Moravský Krumlov). Jde o progresivníintegrovaný postůp s vysokou produktivitou, který vede bud k výrobě zpevněné vlákennévrstvy nebo vlákenné suroviny pro zpracování klasickými postupy výroby netkaných textiliíči předení.

Výrobní postup se skládá z -následujících operací řazených v kontinuální lince:b1 - Výroba fólie:

Tavení granulátu v extrudéru, dávkování do zvlákňovací štěrbinové trysky tvarumezikruží, odtah dvojicí válců. Mezi zvlákňovací tryskou a odtahovými válci je uvnitřvznikající kruhové fólie udržován přetlak vzduchu, který určuje rozměr fólie. Zvlákňovacítryska může být zásobována dvěma různými polymery ze dvou tavících extrudérů. Tímvzniká dvouvrstvá fólie a následně bikomponentní vlákna.b2 - Dloužení fólie v podélném směru průchodem přes několik skupin dloužících válců spostupně vzrůstající obvodovou rychlostí. Mezi skupinami válců jsou instalována ohřevnázařízení pro dloužení za tepla. Dlouží se na maximální dosažitelný dloužící poměr. To jenutné pro dosažení podélné štěpitelnosti.b3 - Podélné mechanické štěpení fólie na mřížku rotujícím ojehleným válcem.b4.l - Mřížka se vede do sekacího zařízení a vyrobí se z ní vlákenný materiál.

nebob4.2 - Mřížka se konvertoruje a tím se přemění na vlákenný materiál

nebob4.3 - Mřížka se zpracuje příčným kladečem na vlákenné rouno, které se zpevní, např.vpichováním.

Vlákna ze štěpené fólie jsou nepravidelného průřezu a jemnosti (10 - 30 dtex). Jsouznačně pevná vzhledem k použití výšemolekulového polymeru (pro výrobu fÓlií) a vysokémstupni dloužení. K výrobě se využívá nejčastěji polypropylenu, což je výhodné z hlediskaceny.

Ze štěpené fólie se vyrábí zejména stavební textilie, geotextilie a absorbenty olejovýchlátek využívané k čištění vody. Speciálních vlastností se dosahuje využitím bikomponentníchvláken - možnost kadeření nebo plněním polymeru různými anorganickými aditivy.

c) Výroba vlákenných vrstev elektrostatickým nanášením krátkých vlákenPostupu se využívá k úpravě povrchu textilních nebo netextilních substrátů nebo k

výrobě samostatných vrstev. Příklad technologie a zařízení je na obr. 40. Substrát určený knanášení se opatří nánosem pojiva. Alternativou je nanášení pojiva na hladký dopravník přivýrobě bezsubstrátových vrstev. Krátká vlákna, obvykle 1 - 5 mm, jsou umístěna vdávkovacím zásobníku spojeném se zdrojem vysokého napětí.

74

Vlákna musí být elektricky vodivá, čehož se dosahuje nejčastěji povrchovou úpravouvodivou preparací. Díky tomu jsou vlákna schopna převzít elektrický náboj a v elektrickémpoli mezi tělesem zásobníku a protielektrody umístěné pod dopravníkem jsou transportovának substráůu. Vzhledem k tvaru elektrického pole se na substrátu ukládají převážně kolmo kjeho rovině. Pojivo musí být dostatečně viskózní, aby zebezpečilo dočasnou stabilizaci polohyvláken. Používá se zahuštěných disperzí polymerů, případně jejich roztoků nebo plastisolů.Dopravník pak prochází zařízením k vy tvrzení pojiva, nejčastěji tepelnou komorou.

91

Obr. 40. : Zařízení na výrobu textilií nanášením krátkých vlláken v elektrostatickém poli: 1 -podkladová textilie, 2 - pojivo, 3 - přívod pojiva, 4 - roztírací rakle, 5 - zásobník krátkýchvláken, 6 - elektrostatické odstraňování krátkých vláken, 7 - podtlakové odstraňováníkrátkých vláken, 8 - infrazářiče pro tepelné zpevnění pojiva, 9 – navíjení

Výrobky se vyznačují zvláštním omakem a vzhledem a jsou převážně určeny kdekoračním účelům.

d) Všívání do podkladu (tufting)Technologie všívání je založena na principu nepravého uzlu, při kterém všívací jehla

vpichuje do nosného podkladového materiálu vzorovou - vlasovou nit.Technologie všívání se využívá při výrobě podlahových krytina a přikrývek.Všívaná textilie se skládá ze tří konstrukčních prvků: - podkladová - nosná tkanina ( textilie)- vlasový - vzorový materiál- rubová úprava

75

Vzájemné mechanické propojení podkladové textilie a vlasového materiálu je řešenotechnologií všívání. Všívací zařízení je konstruováno tak, že může vyrábět textilii s vlasem:

- taženým ( obr.41 ), t.j. smyčkou - řezaným ( obr.42 )- kombinovaným

2 1 3

Obr. 41.: Schema tvorby taženého vlasu: 1 - vlasová nit, 2 - podkladová textilie, všívací jehla,4 – háček

Vlasová smyčka při tvorbě taženého vlasu vzniká tím, že jehla 3 s navedenou vlasovounití 1 pronikne podkladovou textilií 2.Když jehla dosáhne dolní úvrati, zachytí příslušnýháček 4 vlasovou nit a podrží ji tak dlouho, až jehla dospěje do horní úvrati svého pohybu.Potom se vyklopí, pustí tím vlasovou smyčku a celý pracovní cyklus se opakuje. Mezitím seplynule odtahuje podkladová textilie.

Při výrobě textilie s řezaným vlasem je princip činnosti jehly i háčku stejný ( obr.42 ),háček je ale v tomto případě uložen proti směru posuvu podkladové textilie. Tento háček máponěkud odlišný tvar a je zakončen nosem, který zamezuje sklouznutí vytvořených smyček.

76

Smyčky přibývají na háčku 4, jsou postupně rozřezávány nožem 5 a to v okamžiku,kdy jsou na háčku zachyceny tři smyčky - rozřezává se smyčka nejvzdálenější všívací jehle.Jehla je při řezání smyček ve své horní úvrati. V době vpichování je řezací nůž odtažen.

4

Obr.42.: Schema tvorby řezaného vlasu: 4 - háček, 5 - řezací nůž

Vlas se všívá do podkladové textilie z rubu na líc.Proti vypadávání je vlas zajištěn úpravou:

a) u podlahových krytin rubovou úpravou - pojivem, které současně dodává koberci tuhosta kompaktnost

b) u přikrývek intenzivním počesáváním z obou stran

c) Výroba vlákenných vrstev biotechnologickými postupy Tento snad perspektivní postupvýroby je ve stadiu vývoje na několika pracovištích. Jeho podstatou je pěstovánívhodných typů řas biotechnologiemi a jejich formování do vlákenné vrstvy mokrýmprocesem.

77

2.2. Zpevnění vlákenných vrstev

2.2.1. Mechanické způsoby zpevňování

V této části jsou uvedeny pouze některé nejdůležitější postupy, zejména vpichování.Další rozšířený způsob zpevňování - proplétání, zahrnovaný někdy do oboru netkanýchtextilií, je stručně probrán v předmětu Pletení a podrobně v předmětu stroje a mechanickátechnologie netkaných textilií.

2.2.1.1. Technologie vpichování

Vpichování je jedním z nejstarších a dosud nejrozšířenějších způsobů zpevňovánívlákenných vrstev. Byl vyvinut v minulém století jako náhrada plstění.

Podstatou vpichování je provazování vlákenné vrstvy svazky vláken vzniklýmipřeorientací části vláken účinkem průniku jehel s ostny. V průběhu vpichování dochází také kpodstatné redukci tloušťky vlákenné vrstvy, k výrazné přeorientaci všech vláken a ke změnámdélky i šířky útvaru.

Základní schema vpichovacího stroje je na obr. 43.

Obr. 43 - Schema vpichovacího stroje: 1 - vlákenná vrstva, 2 - vstupní ústrojí, 3 stěrací rošt, 4- opěrný rošt, 5 - jehelná deska, 6 - vpichovací jehla, 7 - pohon jehelné desky

78

Vlákenná vrstva je přiváděna vstupním zařízením mezi dva perforované rošty. otvoryv roštech pronikají periodicky vpichovací jehly umístěné v jehelné desce. Ostny jehelzachytávají skupiny vláken vrstvy, přeorientovávají je kolmo k vrstvě a protahují vrstvou.Vrstva je posunována odtahovými válci po spodním roštu, tzv. opěrném. Při zpětném pohybusoustav jehel zabezpečí vrchní, tzv. stěrací rošt vysunutí jehel z vlákenné vrstvy.

Míra zpevnění vlákenné vrstvy souvisí mimo jiné s počtem vpichů na jednotku plochyvrstvy. Produkce stroje je tedy funkcí počtu jehel v jehelné desce a dosažitelné frekvencejehelné soustavy. Přitom síla působící na každou jehlu v okamžiku jejího průchodu vrstvoumůže být značně vysoká - až 10 N. To vyvolává potřebu masivní konstrukce roštů, jehelnédesky a pohybového ústrojí. K dosažení vysokých frekvencí těžké jehelné desky (běžně 800zdvihů za minutu, špičkově až 2200/min) je třeba limitovat amplitudu výkyvu a tudíž ivzdálenost roštů, obvykle na 60, resp. 40 mm. Úkolem přiváděcího zařízení je pak redukovattloušťku výchozí vlákenné vrstvy, která může být až 250 mm na rozměr menší než jevzdálenost roštů a to pravidelně, bez vzniku nerovnoměrností. To je obtížný úkol, který se tešíbud konstrukcí přiváděcího zařízení nebo použitím předvpichovacího stroje.

Předvpichovací stroje se vyznačují nízkým počtem jehel v úzké jehelné desce, většívzdáleností roštů, případně speciální konstrukcí. Na obr. 44 je znázorněn princippředvpichovacího stroje firmy Asselin. Předvpichovací stroje zabezpečují rovnoměrnéztenčení vlákenní vrstvy před vstupem do vpichovacího stroje, představují však dalšíinvestiční náklady.

Obr.44.:Předvpichovací stroj fy Asselin

79

Přiváděcí zařízení sestávající ze dvojic válců působí (obr. 45) vertikální složkou sílyFv ztenčování vrstvy, avšak horizontální složkou FH borcení jednotlivých pavučin. To vede kevzniku příčných nerovnoměrností. Proto se využívá dvojice šikmých pásů, kde je horizontálnísložka síly menší nebo s výhodou vibrujícího roštu (obr. 46).

Obr.45.: Redukce tloušťky vlákenné vrstvy dvojicí válců

Obr.46.: Redukce tloušťky vlákenné vrstvy: a) šikmými dopravníky, b) vibrujícím roštem

80

Vpichovací jehla a její typické části a rozměry jsou zobrazeny na obr. 47. Pracovníčást jehly má obvykle průřez rovnostranného trojúhelníku. Na jedné, dvou, obvykle však navšech třech hranách jsou vpichovací ostny.

Obr. 47. Vpichovací jehla a její typické rozměry: a) 1 - stvol, 2 - kolínko, 3 - redukovaná část,4 pracovní část, 5 – osten b) různé tvary a výšky ostnů c) ilustrace k příkladu označení jehly

Příklady označení vpichovacích jehel:15 x 18 x 30 x 3 1/2 RB NKU15 x 18 x 36 x 3 RB 1 hrana bez ostnů

81

První tři číslice udávají průměry stvolu, redukované části a pracovní části v gauge (t.j.kolikrát se příslušný rozměr vejde do anglického palce). Další číslice - 3 ½ resp. 3 udávácelkovou délku jehly v palcích (dlouhé nebo krátké jehly. RB se vztahuje ke vzájemnévzdálenosti ostnů (RB, CB, MB). Označení R nebo NKU (non kick up) označuje výšku ostnůh (obr. 45 b):R (High) 0,3 - 0,46 mm (podle průměru pracovní části jehly)Standard 0,13 - 0,38 mmNKU 0,11 - 0,30 mm

Základními parametry procesu vpichování jsou:a) Počet vpichů na jednotku plochy textilie

vpfaVP = (18)

kde Vp je počet vpichů /m-2/a celkový počet jehel na 1 m vpichovací desky (ve všech řadách dohromady)f frekvence desky /s-l/p počet průchodů textilie strojemv rychlost odvádění textilie /m.s-1/

V literatuře se uvádějí i jiné vztahy beroucí v úvahu délkové i šířkové změny textilie vprůběhu vpichování. Běžně se vyrábějí textilie zpevněné 8.104 až 550.10 vpichy na 1čtvereční metr plochy.

b) Hloubka vpichuJe to vzdálenost špiček jehel od pracovní plochy opěrného roštu v dolní úvrati pohybu

jehel (obr.48).

Obr.48.: Schematické znázornění hloubky vpichu: 1 - stírací rošt, 2 - opěrný rošt, 3 –vpichovací jehla, 4 - hloubka vpichu

Udává se v milimetrech. Hloubka vpichu se pohybuje v rozmezí 5 - 25 mm.

82

Tyto dva parametry zásadně ovlivňují strukturu a vlastnosti vpichovaných textilií.Kromě toho však je výsledek vpichování ovlivněn mnoha dalšími okolnostmi, zejména

c) Typem a způsobem rozmístění vpichovacích jeheld) Tahovými vlastnostmi, délkou, jemností a povrchovými vlastnostmi vláken, souvisejícími stypem a koncentrací preparace.

Typická nemonotonní závislost pevnosti vpichovaných textilií na parametrechvpichování vyplývá z obr. 49.

TLO

UŠŤ

KA

PEV

NO

ST

HLOUBKA VPICHU(HUSTOTA VPICHOVÁNÍ)

Obr.49.: závislost tloušťky a pevnosti vpichovaných textilií na parametrech vpichování

Soudržnost vpichovaných textilií spočívá na tření mezi vlákny. Při textilie deformacise vlákna přeorientovávají ve směru působící síly. Přitom se zvětšují jejich vzájemné třecíplochy a současně síla, kterou jsou k sobě přitlačována. vyplývá z toho typická tahová křivkavpichovaných textilií vyznačující se nízkým počátečním modulem a poměrně vysokou trvaloudeformací (obr. 50).

Technologií vpichování se vyrábí široký sortiment výrobku jako jsou geotextilie,papírenské odvodňovací plstěnce, podklady pro výrobu syntetických usní, filtry, dekoračnímateriály, oděvní a obuvnické vložkové materiály, podlahové krytiny a podobně. Typicképlošné hmotnosti vpichovaných textilií se pohybují v rozsahu 100 - 2000 g.m-2.

Největšími firmami, které vyrábějí vpichovací stroje jsou Fehrer (Rakousko), Dilo(Německo), Asselin (Francie) a Bywater (Anglie).

83

DEFORMACE

NA

PĚTÍ

Obr. 50.: Chování vpichovaných textilií při opakovaném jednoosém namáhání

2.2.1.2. Zpevňování paprsky vody (spunlaced)

Technologie zpevňování vlákenných vrstev paprsky vody se rozšířila v 80. letechtohoto století a představuje novou třídu a kvalitu v netkaných textiliích.

Zpevňovány mohou být vlákenné vrstvy vytvořené v podstatě jakoukoliv technologií zvláken různých typu, o jemnosti 1-4 dtex a délce řezu 20-60 mm. typické plošné hmotnostivýrobku j sou nízké, v oblasti 10-100 gm-2.

Technologie spunlaced je proces výroby netkaných textilií, kde je využito prouduvody k provázání jednotlivých vláken rouna. Proces zahrnuje výrobu vlákenné vrstvy,proviřování = zpevňování vodními paprsky a následné odvodnění a sušení. Technologiespunlaced nevyužívá ke zpevnění výchozí vlákenné vrstvy žádných chemikálií v podoběpojiv, soudržnost textilie zajišťují třecí síly mezi vlákny obdobně jako u přízí.

Technologie spunlaced umožňuje výrobu široké škály textilií - od nejjemnějších krajekaž po pevné výrobky vyšších plošných hmotností. Pro výrobky je charakteristická dobrásplývavost, která je dána možností jednotlivých vláken pohybovat se vzájemně vůči sobě,stejně tak, jako je tomu u vláken v přízi a u přízí v tkaninách a pleteninách. Tím se výrazněodlišuj í od většiny ostatních netkaných textilií a blíží se pleteninám a tkaninám. Textilie j souměkčí, díky velkému počtu vyčnívajících konců vláken mají textilie měkký a příjemný omak.

84

Proces technologie spunlaced zahrnuje:(obr.51)- přípravu vlákenných surovin- příprava vlákenné vrstvy- provazování a vzorování účinkem paprsků vody- odstranění části vody- úprava technologické vody- sušení- konečné úpravy

Navíjení

Obr. 51.: Schéma technologie spunlaced

Samotný mechanismus přeorientovávání vláken a provazování vláken je znázorněn naobrázku 52.

Efektivnost procesu přeorientovávání a provazování vláken je do značné míry závislána provedení formujícího pásu. Formující pás jednak podpírá rouno, jednak zajišťujevytvoření požadované struktury, což je vlastně otisk pásu. Může jím být ocelové nebobronzové síto, nebo síto ze syntetických materiálů. Otvory v sítu musí být tak malé, aby sezabránilo odplavení vláken" ale zároveň tak velké, aby nebyl kladen příliš velký odpor

85

průchodu kapaliny. Obrázek 53 znázorňuje dvě odlišné struktury textilií spunlaced , vzniklýchze stejné výchozí vlákenné vrstvy - viskózové stři že - na dvou rozdílných formujících pásechpři stejných technologických parametrech.

86

Obr. 52.: Zóna přeorientovávání a provazování vláken

Obr. 53.: Struktura textilie spunlaced provázané: a) na jemnějším b) na hrubším formujícímpásu

87

Paprsky vody jsou vytvářeny průchodem vody tryskami o průměru 0,08-0,3 mm podtlakem až 15 MPa.

Vzhledem k vysoké spotřebě vody využívané ke zpevnění vláken je nutno zajistit jejírecyklaci. Voda musí mít neutrální pH, předepsanou teplotu, nesmí' obsahovat vápenaté soli,bakterie a jiné organické látky. V průběhu provazování se voda znečišťuje úlety vláken. Tytomusí být před dalším použitím z vody odstraněny. Systém pro úpravu technologické vodyzahrnuje:

- separátor voda - vzduch - hrubý filtr- jemný filtr- speciální filtr- deionizační jednotka- výměník tepla- bakteriální filtr

Po provázání vlákenné vrstvy přeskupením úseků vláken následuje odždímání vody ztextilie a její sušení. K sušení jsou využívány bubnové nebo horkovzdušné sušárny.

Výhody technologie spun-laced spočívají ve vysoké výrobnosti zařízení (10-50m/min), v hygienické nezávadnosti výrobků (žádné pojivo) a ve vynikajících mechanickýchvlastnostech textilií. Jemné provázání vrstvy jednotlivými vlákny dává výrobkům nízkýpočáteční modul v tahu (vysoká pohyblivost vláken při malých deformacích), vysokousplývavost, pevnost a pevnost v dalším trhání a výbornou prodyšnost. Textilie spunlaced sevyznačují převážně dobrými absorpčními vlastnostmi danými obvykle použitýmihygroskopickými vlákny.

Nevýhodou jsou vysoké investiční náklady na zařízení (soustavy jemných trysek,čerpadla na recirkulaci a čištění vody) a poměrně vysoká energetická náročnost procesusouvisí s potřebou sušení výrobku.

Textilie pojené paprsky vody jsou využívány jako podklady pro povrstvování, oděvnívložky, dekorace, filtry,čistící textilie, izolace, geotextilie a stavební textilie.

Nejvýznamější oblastí využití spunlaced výrobků je zdravotnictví, kde jsou využíványjako jednorázové oblečení pro operační týmy i pacienty, jednorázové povlečení nemocničníchlůžek, obvazové materiály, tampony apod.

88

2.2.1.3. Technologie proplétání

Technologie proplétání vznikla v padesátých letech. Princip proplétání spočívá vmechanickém provazování vlákenné vrstvy - nejčastěji rouna - soustavou vazných nití. Plošnétextilie vyrobené proplétáním označujeme jako proplety, strojní zařízení k výrobě propletůproplétací stroje.

Proplet je v podstatě výplňková osnovní pletenina, kde výplněk je rouno nebo jinávlákenná vrstva. Odkazujeme zde tedy na poznatky z předmětu pletení

Technologický postup výroby propletů zahrnuje:

přípravu materiálu

proplétání

úpravu

vlákenná vrstvasoustava vazných nití

Jako výplněk je možné zpracovávat v podstatě jakýkoliv plošný útvar: nejčastějirouno, dále soustavu nití, tkaninu, pleteninu, netkanou textilii, fólii z plastických hmot a pod.

Vlákenná vrstva tvoří 15 až 100 procent hmotnosti propletu.

Při výrobě propletů se nejčastěji používají osnovy z bavlněných, vlněných,viskózových nebo směsových přízí nebo ve formě viskózového, PAD, PES, nebo POPhedvábí. Osnova se připravuje postupem soukání a snování.

Konstrukce proplétacího stroje

Příklad uspořádání proplétacího stroje je na obrázku 54. Rouno 1 je přiváděnosoustavou dopravníku k proplétacímu ústrojí. Je sevřeno uzavíracími a odhozovými platinami4, 5, které umožňují prostup proplétací jehly 6 rounem a napomáhají tvorbě řádku oček. Jehlaje dvoudílná, dutá, se samostatně se pohybujícím jazýčkem 7. Kladecí jehly 8 kladou doháčků proplétacích jehel vaznou nit. Uzavírací jazýček 7 uzavírá háček proplétací jehly prozpětné vytažení jehly z propletu a umožňuje odhoz starého očka přes hlavu proplétací jehly.

Tvoření řádku propletu zahrnuje fáze ( obr. 55 ):- prostup - kladení - uzavření - odhoz- odtah

89

Obr. 54.: Schéma proplétacího stroje: 1 - proplétací jehla, 2 - odhozová platina, 3 - kladecíjehla, 4 - dopravníky, 5 - proplet, 6 - osnovní vál.

Nejčastěji používané vazby propletů je řetízek, trikot a kombinace řetízku a trikotu.

Speciálním propletem je proplet "bez vazné nitě", kde ke zpevnění rouna docházívlastními svazky vláken rouna. U této technologie je demontován kladecí přístroj, jehly přizpětném pohybu po prostupu rounem naberou určité množství vláken z rouna. Háčky seuzavřou, z vláken je vytvořeno očko obdobným postupem jako v případě proplétání vaznounití. Schematicky je technologie znázorněna na obrázku 56.

Dalším specifickým postupem je "smyčkový proplet", u kterého je rubní spojovacíklička zatahována přes smyčkovou platinu. Smyčkové (plyšové) platiny stojí na místěuzavíracích platin a jsou vyšší než klasické uzavírací platiny. Schéma technologie jeznázorněno na obrázku 57.

90

1) 2) 3)

4) 5)

Obr.55.: Tvorba řádku oček propletu: 1 - prostup: otevřená proplétací jehla prostupuje rounema starým očkem, 2 - kladení: kladecí jehly kladou bočním pohybem do otevřených háčků jehelvaznou nit, 3 - uzavření: vracející jehly se uzavřou jazýčkem, 4 - odhoz: uzavřené jehlyprotahují kličky rounem a starými očky, stará očka se odhodí přes háčky jehel, 5 – zatažení

Proplety jsou využívány jako čistící textilie a mycí hadry, technické i oděvní izolačnímateriály, bytové textilie, obalové materiály. Smyčkové proplety mají uplatnění všude tam,kde se setkáváme s výrobky se smyčkovým povrchem ( froté výrobky) .

91

Obr.56.: Proplet bez vazné nitě: 1 - proplétací jehla, 2 - uzavírací jazýček,3 uzavírací platina,4 - odhozová platina, 5 dopravník, 6 - vlákenná vrstva

2

4

Obr. 57.: Smyčkové proplety: 1 - jehla, 2 - jazýček, 3 - uzav. platina, 4 - odhoz. platina, 5 -kladecí přístroj

92

2.2.1.4. Plstění a valchování

Plstění je nejstarší známý proces výroby plošných vlákenných útvarů. Plstěním lzezpevňovat vrstvy z vláken, která mají plstící schopnost, to je z vlny a některých dalších vlákenživočišného původu, například lamích a velbloudích chlupů a po chemické úpravě králičíchchlupů. Ty se využívají k výrobě kloboukových plstí.

Plstění je proces, při kterém se volně uložená vlákna v rounu působením tepla,vlhkosti a opakovaného mechanického namáhání navzájem prolínají až dojde k vytvořenípevné soudržné látky, kterou nazýváme plstí.

Valchování je proces, ve kterém kromě tepla, vlhka a opakovaného mechanickéhonamáhání působí na materiál také zásadité, kyselé nebo neutrální chemikálie.

Teorie plstění není dodnes plně objasněn. Rozdíly v plstící schopnosti jednotlivýchtypů vláken souvisí zejména s následujícími vlastnostmi vláken:

- geometrická stavba (šupinkovitý povrch)- botnavost- pružnost- tažnost.Jedna z teorií vysvětluje proces plstění následovně:Zbotnáním se stanou vlákna tažnějšími a lépe po sobě kloužou. Opakovaným

mechanickým namáháním dochází k periodickému natahování vláken, to je k jejichvzájemným posunům tím směrem, kterým je to snadnější, to je ve směru kořenu vlákna.Pohybu v opačném směru brání zejména šupinky. Horní konce vláken jsou tenčí a mají snahuse zasmyčkovat. Jakmile přestane tlak působit, mají vlákna vlivem pružnosti snahu zaujmoutvýchozí polohu, brání jim v tom však zaklesnutí šupinkami s ostatními vlákny.

Kromě výše uvedených vlastností má na plstící schopnost vliv jejich jemnost, délka akadeřavost. Lépe se plstí vlákna jemnější, kratší a zkadeřenější.

Zbotnání lze ovlivnit a urychlit působením chemikálií. Valchování probíhá valkalickém (soda, mýdlo) nebo kyselém

(roztok kyseliny sírové, pH = 2-3) roztoku.Příklady plstících a valchovacích strojů:Linka k výrobě plstěné metráže (obr. 58) sestáváz dopravníku pro přívod vlákenné vrstvy, z napařovacího zařízení s přívodem vodní

páry a z deskového plstícího stroje. Vlákenná vrstva se přivádí přetržitým postupem poúsecích délkou odpovídajících délce napařovacího a plstícího stroje. Po napaření vstoupí úsekvlákenné vrstvy mezi desky plstícího stroje. Horní deska stroje se přesune do pracovní polohydo nastavitelné vzdálenosti od spodní desky. Horní deska se pak pohybuje jednosměrně nebodvousměrně vratným pohybem, přičemž mechanicky působí na vlákennou vrstvu, která sezplstí. Na obr. 59 je pohonné ústrojí horní plstící desky. Na obr. 60 je znázorněna tzv.kladivová valcha pro přetržitý postup valchováni.

93

Obr. 58.: Schema plstícího zařízení: 1 - přiváděná vlákenná vrstva, 2 - přívod páry, 3 odsávánípáry, 4 – plstící deska

Obr.59.: Pohonné ústrojí plstící desky: 1 - plstící deska, 2 - excentr pro podélný pohon desky,3 - excentr pro příčný pohon desky, 4 pohonná deska

94

4

5

3

Obr.60.: Kladivová valcha: 1 - vana,2 - kladiva, 3,4,5 - pohonný mechanismus kladiv

2.2.2. Chemické způsoby zpevňování vlákenných vrstev

Základními operacemi při výrobě chemicky pojených textilií jsou

a) příprava vlákenné vrstvy (viz kap.2.1.)b) nanášení pojiva na vlákennou vrstvuc) zpevnění pojivad) odstranění disperzního prostředí (disperze, zpěněné disperze) nebo rozpouštědla (roztoky)e) ztužení pojiva (sítování).

Operace podle bodů b) - e) budou podrobněji rozebrány v následujících třechkapitolách.

2.2.2.1. Pojení disperzemi a zpěněnými disperzemi polymerů

2.2.2.1.1. Nanášení pojiva na vlákenné vrstvy

K nanášení disperzí pojiva na vlákennou vrstvu se využívá operací- impregnace- stříkání pojiva na vlákennou vrstvu nebo na jednotlivé pavučiny- vzorové nanášení tiskem- nános raklí

95

Impregnace

Při nanášení pojiva impregnací se zpevněná, před zpevněná nebo nezpevněnávlákenná vrstva vede nádrží s disperzí pojiva. Přitom dojde k prosycení vrstvy disperzí. Dálevrstva prochází dvojicí válců, mezi nimiž je odždímána. Ve vrstvě zbude požadovanémnožství disperze regulovatelné přítlakem ždímacích válců.

Následně je vyvolána koagulace pojiva některým ze způsobů popsaných v kap.1.4.3.2., odstranění vody a případně sítování.

Předpokladem k tomu, aby došlo k prosycení vlákenné vrstvy disperzí, je dobrásmáčivost povrchu vláken, to-je nízké povrchové napětí mezi disperzí a vlákny. To většinounebývá problém vzhledem k tomu, že disperze jsou stabilizovány povrchově aktivnímilátkami, které snižují jejich povrchové napětí.

Stupeň odmačku se vyjadřuje jako množství kapaliny ve vlákenné vrstvě po průchoduždímacími válci v procentech (hmotnost suché vrstvy je 100%). Dosažený stupeň odmačku jezávislý na mnoha proměnných (hygroskopicita, jemnost a tuhost vláken, viskozita disperze,povrchové napětí, materiál povrchu válců), prakticky je však regulovatelný zejména přítlakemválců. Přítlak válců je definován jako síla vztažená na jednotku délky svěrné linie válců adosahuje hodnot až 50 000 N/m. Dosahované hodnoty odmačku se pohybují v rozsahu 80-400%.

3

Obr. 61.: Fulár pro impregnaci vlákenných vrstev: 1 - vlákenná vrstva, 2 - vana s cirkulujícímpojivem, 3 - dvojice ždímacích válců

V praxi se využívá mnoha konstrukcí a typů impregnačních zařízení. Na obr. 61 jeuveden příklad zařízení, tzv. fuláru pro impregnaci před zpevněných vlákenných vrstev. Tytovrstvy zde musí být natolik zpevněny (např. vpichováním), aby vydržely bez deformacetransport vanou s pojivem pomocí soustavy válců. Na obr. 62 je znázorněno zařízení knanášení pojiva na nezpevněné vlákenné vrstvy. Vrstva zde neprochází lázní, ale je prosycenapojivem vyneseným ze zásobníku povrchem válce. Nanášené množství pojiva závisí na výšejeho hladiny v zásobníku a viskozitě a na typu povrchu válce.

96

Obr.62.: Impregnační zařízení pro nezpevněné vlákenné vrstvy

Vysoké tlaky mezi válci mohou způsobovat deformaci válců vzhledem k tomu, že sílaje aplikována na jejich koncích. To pak vede k nerovnoměrnému přítlaku a odmačku podélsvěrné linie a výsledkem je textilie s nerovnoměrným obsahem pojiva a vlastnostmi po šířce.Zvětšováním průměru a tloušťky stěn válců lze těmto nerovnoměrnostem čelit jen za cenuzvětšování rozměrů, hmotnosti a ceny zařízení. Byla proto vyvinuta následující konstrukčnířešení fulárů:a) Bombírované válce. Válce mají uprostřed větší průměr než na krajích. Rozdílnost průměrůje pak právě kompenzována prohnutím válce vlivem přítlaku. Toto řešení je však účinné jenpři přesně vymezených hodnotách přítlaku.

b) Vyosení válců. Zařízení umožňuje nastavení osy jednoho z válců v rovině kolmé ke směrupřítlaku. Zařízení jsou nákladná a řešení je vhodné u fulárů s malou šíří.

c) Válce s přítlačným jádrem (obr. 63). Přítlačné jádro vyvíjí dodatečný tlak uprostřed válce akompenzuje jeho prohnutí. Nastavením vhodného poměru sil Pa/Pi je prohnutí válce právěkompenzováno.

d) Plovoucí válec firmy Küsters (obr. 64). Válec je konstruován z nepohyblivého jádra arotujícího pláště. Vnitřní prostor válce je rozdělen horizontální utěsněnou přepážkou. Do částiprostoru přiléhající ke svěrné linii s druhým válcem je přiváděn pod regulovatelným tlakemolej.

97

Tlak oleje je nastaven tak, aby právě kompenzoval prohnutí jádra válce. Jde o složitoua nákladnou konstrukci, která je však v současné době obchodně úspěšná.

Obr. 63.: Válce fuláru s přítlačným jádrem:

Obr. 64.: Plovoucí válec fy Küsters: 1-pevný válec, 2-pevné jádro plovoucího válce, 3-plovoucí válec, 4-prostor s olejem

98

Rozložení pojiva v textiliích pojených impregnací

Impregnací vzniká textilie s typickým rozložením pojiva vůči vláknům, které senazývá segmentová struktura. Dále bude popsán mechanismus vzniku, podstata a důsledkytéto struktury.

Jak bylo popsáno v kap. 1.4.3.2., je mírou smáčení pevného povrchu kapalinou úhel,který svírá tečna k povrchu kapky kapaliny s pevným povrchem. Je-li tento úhel menší nežπ/2, jde o smáčivý povrch, tedy povrchové napětí a povrchová energie na rozhraní pevná látka- kapalina jsou menší než na rozhraní pevná látka - vzduch. To je případ smáčení povrchuvláken disperzemi. Celková hodnota povrchové energie soustavy vlákna-disperze-vzduch jetím menší (a soustava je tím energeticky stabilnější), čím větší část povrchu vláken je pokrytadisperzí. Na obr. 65 jsou znázorněny situace, kdy je kapkou kapaliny pokryta malá plocha (a)a velká plocha (b) povrchu vláken. Z uvedeného vyplývá, že v procesu sycení vlákennévrstvy, odždímávání a sušení, kdy dochází k pohybům úseků vláken a vzájemnému působenísložek, budou úseky vláken preferovat polohy podle obr. 61 b. částice pojiva pak mají tvarfolií a protažených segmentů s velkou plochou styku s vlákny. Jejich tvar závisí zejména namožnosti úseků vláken změnit své polohy. Tato ,možnost je dána pohyblivostí úseků vláken asouvisí především s mírou nahuštění vláken a před zpevněním vlákenné vrstvy, např.vpichováním. Tvar segmentů pojiva není příliš ovlivněn koncentrací pojivé disperze astupněm odmačku. Tyto parametry ovlivňují zejména tloušťku segmentů.

Obr. 65.: Rozdělení kapalného pojiva na povrchu vláken při vysokém (a) a nízkém (b)povrchovém napětí vlákno-pojivo

Segmentová struktura vede ke značné fixaci úseků vláken, které se pak nemohou přimalých zatíženích přeskupovat. Znamená to vyšší ohybovou tuhost a hodnotu počátečníhomodulu v tahu impregnovaných textilií. Ohebnost a splývavost pojených textilií proto doznačné míry závisí na deformovatelnosti pojiva. Na druhé straně velká plocha styku pojiva svlákny znamená nižší požadavky na hodnoty adheze vlákno-pojivo.

99

Nános pojiva stříkáním

Podstatou technologie je rozstřikování pojiva nad vlákennou vrstvou. Kapičky pojivapak dopadají na povrch vlákenné vrstvy a ulpívají na vláknech převážně v blízkosti povrchuvrstvy. Pro rovnoměrnější rozmístění pojiva v objemu textilie se využívá stříkání z obou stranv kombinaci s podtlakovým prosáváním.

K rozstřikování pojiva se využívá stříkacích pistolí principiálně známých z jinýchoborů (lakování, malířství pokojů, ošetřování ovocných stromů) nebo zařízení prorozstřikování rotujícím kartáčem, případně hladkým válcem (obr. 66).

Obr. 66.: Stříkací zařízení s rotujícím kartáčem: 1 - rotující kartáč, 2 - vynášecí válec, 9 -pojivo

100

2

1

2

2

2

Obr.67.: Pneumatická stříkací pistole: 1 - pojivo, 2 – vzduch

Stříkací pistole pracují na pneumatickém (obr. 67) nebo vysokotlakém principu.stříkací pistole se pohybují vratným pohybem kolmo ke směru pohybu vlákenné vrstvy.Používá se jedné pistole nebo jejich soustavy v různém uspořádání. Cílem je pokrýtvlákennou vrstvu rovnoměrně pojivem při maximálním výkonu zařízení.

Pneumatické stříkací pistole jsou trysky, do nichž je dávkováno zvlášť kapalné pojivoa vzduch pod tlakem 0,2-0,5 MPa. Interakcí obou médií dochází ke vzniku kapek sprůměrným rozměrem asi 0,1 mm. Kapky jsou unášeny proudem vzduchu k povrchuvlákenné vrstvy. Na rozdíl od pneumatických stříkacích pistolí vysokotlaké trysky pracují přitlaku 8-12 MPa. K rozprášení kapaliny dochází zejména vlivem různých rychlostí kapaliny vprůřezu ústí trysky a vlivem z toho vyplývajících střižních sil. Vznikají obvykle kapky sprůměrným rozměrem 0,01 mm.

Kapky pojiva se zachytávají na povrchu vláken vrstvy, přičemž jen část z nich zaujmepolohy v místech křížení vláken. Při nízké koncentraci pojiva je tím dán způsob jehorozmístění ve výrobku: pojivo je rozmístěno nespojitě, z čehož vyplývá nízký počátečnímodul v tahu. část pojiva je ve formě kapek na jednotlivých vláknech a nepřispívá ksoudržnosti textilie. stříkání tedy vede k nízkému stupni využití pojiva. Typické koncentracepojiva v textilii se pohybují kolem 30 hmot. % (při impregnační technologii kolem 20 hmot.%). Lze však takto vyrobit objemné, např. tepelně izolační textilie.

101

Při překročení určité hodnoty koncentrace pojiva ve vrstvě (podle viskozity pojiva,zhruba nad 30 hmot. %) se začínají jednotlivé kapky vzájemně slévat a vzniká segmentovástruktura typická pro impregnační postup nánosu pojiva.

Za výhody nánosu stříkáním se považuje:- přesné dávkování pojiva, bez následného ždímání- rovnoměrný nános v ploše- možnost výroby objemných textilií.

Nevýhodami jsou zejména- horší využití pojiva (t.j. větší spotřeba)- nižší pevnost- nerovnoměrnost rozložení pojiva vzhledem k tloušťce náročnost zařízení z

hlediska ochrany okolí vůči rozprášenému pojivu a s tím spojené ztráty pojiva.

Vzorové nanášení tiskem a raklí

Technologie jsou popsány v předmětu "Zušlechťování". Cílem nanášení tiskem jenespojitý nános pojiva v ploše textilie, který plochu textilie dělí na

- části propojené, zajištující vzájemnou soudržnost vláken- nepropojené části s vysoce pohyblivými úseky vláken.Nejpoužívanějšími postupy jsou tisk vzorovanými válci a perforovanými rotačními

šablonami.Při nánosu raklí (obr. 68) jde o roztírání pojiva zejména na povrch textilie. Pojivo je

přiváděno potrubím do zásobní nádržky nebo vratně se pohybující hadicí po šíři textilie.

Obr.68.: Schema uspořádání při nánosu pojiva raklí 1 - přívod pojiva, 2 - rakle, 3 - pojivo 4 -dopravník, 5 - vlákenná vrstva

102

Nanášení zpěněných pojiv

Pojivo, nejčastěji ve formě disperze, se zpění pomocí zpěňovacího zařízeníschematicky znázorněného na obr. 69.

4

5

6

Obr.69.: Mixer pro přípravu pěny: 1 - motor, 2 - vstup kapaliny, 3 - vstup vzduchu, 4 - rotor, 5- stator, 6 - výstup pěny

Do zařízení se přivádí v nastavitelném poměru vzduch a disperze pojiva s obsahempovrchově aktivní látky usnadňující tvorbu pěny a případně i s obsahem záhustky upravujícíviskozitu. Vlivem stři žních sil mezi segmenty rotoru a statoru zařízení dojde k intenzivnímupromísení vzduchu a kapaliny.

Pěna je pak potrubím transportována k vlákenné vrstvě,na kterou je nanášena meziválci, tiskem nebo raklí, jak je popsáno výše.

Při průniku pěny mezi vlákna vrstvy se mění tvar bublin pěny a zvyšuje se tím jejípovrchová energie. To představuje značnou energetickou bariéru průniku pěny zvláště unahuštěných vrstev (např. vpichovaných), kde jsou malé vzdálenosti mezi vlákny. průnikpěny je často podporován prosávacím zařízením. Přesto je aplikace pěny limitována zejménaobjemovou hmotností předkládané vlákenné vrstvy.

103

Použití pojiv ve formě pěny má řadu výhod:- Napěněním se podstatně zvýší objem pojiva. K rovnoměrnému pokrytí plochy

vrstvy je pak zapotřebí méně kapaliny i sušiny pojiva. Tím se ušetří pojivo ienergie potřebná k sušení.

- Struktura pěny se v průběhu koagulace pojiva rozruší jen zčásti. Pojivo je v textiliirozmístěno ve formě menších útvarů a nedochází k tvorbě typické segmentovéstruktury. Důsledkem je vyšší tažnost, ohebnost a splývavost, jakož i textilní omakpři zachování vysoké pevnosti.

2.2.2.1.2. Koagulace, sušení, sítování

Koagulaci disperzí lze vyvolat několikerým způsobem, jak to vyplývá z podmínekjejich stability (kap. 1.4.3.2.). Některé dříve užívané způsoby jako je inaktivace stabilizujícípovrchově aktivní látky ionty vícemocných kovů technologií dvoulázňové impregnace nejsoudnes únosné z ekologických důvodů. Koagulace se prakticky vyvolává

- odstraněním disperzního prostředí (vody) jejím odpařenímnebo- využitím termosenzibilizátorů.

Odpaření vody

Probíhá v sušících zařízeních většinou kontinuálně navazujících na část výrobní linkypro nános pojiva. V sušícím zařízení dochází postupně k následujícím dějům:

- ohřev vody k teplotě varu za současného odpařování a zvyšování koncentracesušiny v disperzi ke kritické koncentraci koagulace,

- přeměna vody v páru, intenzivní odpařování, koagulace,- odpaření zbytku vody (sušení),- případně zvýšení teploty (120-160°C) a síťování.Odpařování vody se zvláště u některých ohřevných systémů (kontaktní ohřev)

odehrává převážně na povrchu textilie.Uvnitř objemu textilie brání procesu odpařování prostředí nasycené vodní páry.

Koncentrace vodní páry je nižší u povrchu textilie, odkud je pára transportována difuzí nebokonvekcí do okolí. K odpařování a následné koagulaci pojiva dochází proto zejména navolném povrchu vlákenné vrstvy. Kapalné pojivo z vnitřku vrstvy je pak mezivlákennýmikapilárními prostory transportováno do blízkosti povrchu a tam koaguluje. Výsledkemtakového uspořádání procesu koagulace je textilie s vyšším obsahem pojiva v blízkostijednoho nebo obou povrchů. To vede k nižšímu využití pojiva a k zvýšení ohybové tuhostivýrobků.

Popsaný jev je typický pro textilie vyrobené impregnací disperzemi. Je podstatněméně významný při pojení postřikem a pěnou.

104

Koagulace účinkem termosenzibilizátorů

Termosenzibilizátory způsobí koagulaci disperzí bez odstranění vodného disperzníhoprostředí, při 40-95°C podle typu a koncentrace termosenzibilizátoru. Tento jev má některévýhody:

- koagulace pojiva současně v celém objemu textilie. Zamezí se výše popsanémumechanismu zvyšování koncentrace pojiva v blízkosti povrchů, lepší využitípojiva, zlepšení pevnosti, splývavosti a omaku

- zamezení znečišťování funkčních součástí sušících strojů pojivem vyneseným kpovrchu vlákenné vrstvy unikající vodní parou .

- možnost následného odstranění části vody odmačknutím, keré je podstatně levnějšínež sušení.

Síťování

Síťováním vznikají trojrozměrné struktury pojiva. To vede k zvýšení odolnosti pojivaa výrobků vůči chemikáliím (omezení botnání), vodě, procesům údržby, tečení vlivemdlouhodobého namáhání, stárnutí atd.

Reakce sítování probíhají většinou po dokončení procesu sušení, kdy je možno zvýšitteplotu na 120-160oC. Čas sítování je podle použitého síťujícího systému 1-6 min.

Příklad technologie impregnaceVlákenná vrstva o plošné hmotnosti 80 g/m2 složená z 80% PES střiže 4,4 dtex, 60

mm a 20% VS střiže 3,9 dtex, 57 mm vyrobená mykáním, příčným kladením pavučiny a předzpevněná vpichováním při hustotě vpichů 20/cm a hloubce vpichu 8 mm jehlami 15 x 18 x 32x 3 1/2 RB. se vede rychlostí 2 m/min fulárem s cirkulujícím pojivem následujícího složení:

kgNBR disperze 50% sušiny 720Vulkanizační disperze 40% sušiny 98,7Koagulant K (termosenzibilizátor) 3,6Pigmentové barvivo 5Voda 170

Textilie je odmačknuta dvojicí válců fuláru (ocelový válec - gumový válec) připřítlaku 7000 N/m. Výsledný odmačk je 130%. Textilie je vedena do bubnové sušárny s šestibubny vyhřívanými parou. První dva bubny mají teplotu 1200C a dojde na nich ke koagulacipojiva. Další čtyři bubny mají teplotu l40°C, dochází k dosušení textilie a síťování pojiva.

Vzhledem k průměru bubnů je celková doba zdržení textilie v zařízení 6 minut.Vycházející textilie jeořezávána a navíjena.

105

2.2.2.2 Pojení roztoky pojiv

Zpevňování vlákenných vrstev účinkem roztoků polymerů je z kvantitativníhopohledu okrajovou záležitostí. Roztoků se používá v případech, kdy nemáme k dispozicipojivo ve formě disperze. Z existujících technologií jde zejména o výrobu syntetických usníimpregnací vrstev roztokem polyuretanu a o některé speciální úpravy textilií.

Základními problémy pojení roztoky jsou:a) Vysoká viskozita roztoků polymerů, která stěžuje jejich transport k vlákenné vrstvě,

pronikání mezi vlákna vrstvy a omezuje koncentraci sušiny v roztocích. Problém se zčásti řešípřípravou polymerů, jejichž makromolekukly se vzájemně spojují v průběhu srážení (vizpříklad dále).

b) Nutnost použití organických rozpouštědel, vesměs toxických. Vodné roztoky zdeprakticky nepřicházejí v úvahu, vodorozpustná pojiva nezajišťují odolnost výrobků vůčivlhkosti. Z použití toxických rozpouštědel plyne vysoká cena výrobních zařízení, která musízajistit regeneraci rozpouštědel a zamezit jejich úniku do ovzduší a spodních vod.

Dále bude rozveden příklad výroby syntetických usní impregnací vpichovanévlákenné vrstvy roztokem polyuretanů.

Příprava vlákenné vrstvy

Vlákenná vrstva se vyrábí ze směsi základních jemných PES vláken 1,7 dtex, 38 mm avysoce sráživých jemných POP vláken (sráživost v horkém vzduchu 135°C asi 40%)mykáním, příčným kladením a intenzivním vpichováním - až 600 vp/cm2. Vrstva je následnězhutněna a zpevněna srážením ve volném stavu horkým vzduchem při 135°C. Tím se výraznězvýší pevnost, plošná hmotnost a objemová hmotnost textilie při současném příčném ipodélném sražení.

Impregnace vlákenné vrstvy

Impregnuje se roztokem předpolymerem polyuretanu v dimetylformamidu. Používá sepolyuretanu na bázi polypropylenoxidu

n32 CHH

HOCCHO

H

−−−−

a diizokyanátu v přebytku

OCNRNCO ==−−==

106

připravený následující polyadiční reakcí:

OH

OCNROHOCNR 2 −−−−→+==−−

Přebytek diizokyanátu v reakci omezuje molekulovou hmotnost předpolymeru azajišťuje přítomnost vysoce reaktivních koncových diizokyanátových skupin.

Vlákenná vrstva je sycena roztokem polyuretanu v lázni opakovaným stlačovánímdvojicemi válců a následným odmačkem.

Zpevnění polymeru

Dochází k němu srážením polyuretanu tzv. nerozpouštědlem. Nerozpouštědlo mánásledující vlastnosti:

- nerozpouští polymer- neomezeně se mísí s rozpouštědlem (dimetylformamidem).

V tomto případě je nerozpouštědlem voda.V průběhu srážení dochází současně k chemickým reakcím koncových přebytečných

diizokyanátových skupin s vodou, které vedou ke dvěma efektům:- k vzájemnému navazování molekul předpolymeru a zvyšování molekulové

hmotnosti

OH

OHCNOHOCN 2 −−−→+==−

OH

CONHOHCN 22+→−−−

HOH

NCNNCONH2 −−−−→−==+−

- k uvolňování kysličníku uhličitého, který napěňuje zpevňující se polymer.Odpadním produktem je roztok dimetylformamidu ve vodě, ze kterého se

rozpouštědlo regeneruje destilací.Po skončení praní a sušení následují další operace:

Štípání vrstvy na 2 - 3 tenčí vrstvy, tzv. rubové vrstvy syntetické usně.

Broušení vrstev z jedné strany skelným papírem k získání lepšího omaku.

Slepování s lícovu vrstvou a její dezénování horkými vzorovacími válci.

107

Lakování

Významného zlepšení vlastností lze dosáhnout při použití bikomponentních vlákentypu ostrovy v moři (obr. 7). Po provedení výše popsaných operací impregnace a sušení seprovádí extrakce vlákenné matrice (moře) vhodným organickým rozpouštědlem. Příklademkombinací matrice - rozpouštědlo je polystyren - xylen nebo polypropylen - xylen. Vlákna vimpregnované vrstvě jsou pak tvořena svazky velmi jemných fibril (na průřezu původníhovlákna se jevících jako "ostrovy") o průměru kolem 1 mikronu. Důležité je, že tyto svazkynejsou s pojivem spojeny adhezí, ale pouze interakcí třením. To dovoluje svazkům fibrilvolný pohyb a orientaci ve směru působící síly při malých deformacích. Výsledkem je nízkýpočáteční modul a vysoká pevnost v dalším trhání. Tahové křivky syntetických usní s adheznívazbou (a) a třec1 vazbou (b) jsou uvedeny na obr. 70.

NA

PĚTÍ

(Pa)

PROTAŽENÍ (%)

Obr.70.: Tahové křivky vlákenných kompozitů s adhezivní (a) a třecí (b) vazbou vlákno -pojivo

2.2.3. Termické způsoby zpevňování vlákenných vrstev

V této kapitole bude popsán způsob zpevňování vlákenných vrstev pojivy ve forměpevných polymerů nebo kopolymerů. Podstatou procesu je

- nanesení pojiva na pavučinu nebo vlákennou vrstvu (prášek, pasta) nebo vrstvenívlákenné vrstvy s plošným pojivým útvarem (mřížka, folie), případně přípravavlákenné vrstvy ze směsi základních a pojivých vláken (níže tající nebobikomponentní vlákna)

108

- tavení pojiva zvýšením teploty vrstvy- formování pojících míst- zpevnění pojiva ochlazením.

Jak vyplývá z výše uvedeného, využívá se pojivých polymerů v různé formě:Prášky s rozměrem zrn obvykle mezi 0,1 – 0,5 mm se připravují nejčastěji

mechanickým drcením granulátu ve speciálních mlýnech při teplotě pod Tg. V případěkopolymerů vyznačujících se nízkými hodnotami Tg je třeba použít speciálních drtičů, jejichžfunkční agregáty jsou chlazeny kapalným dusíkem. Vedle nákladného zařízení pak je třebapočítat i se značnými náklady na chladící medium, protože při drcení se vyvíjí teplo.

Vlákna a bikomponentní pojivá vlákna se připravují zvlákňováním.Folie se připravují kalandrováním nebo vytlačováním taveniny tryskami tvaru

mezikruží. Jejich použiti je omezené vzhledem k nerovnoměrnému rozložení pojiva v objemutextilie.

Mřížky se vyrábějí buď zvlákňováním speciálními zvlákňovacími tryskami neboprořezáváním fólií a jejich následným roztahováním do šířky.

Z chemického hlediska se využívají pojiva typu- nížetajících homopolymerů (polypropylen, polyamid)- kopolymerů (kopolyestery s teplotami tání 110 – 260°C, kopolyamidy s teplo tání

110 – 200°C, polyvinylacetát polvinylchlorid, etylen - vinylacetát apod.).Volba typu polymeru resp. kopolymeru se řídí požadavky na tepelnou a chemickou

odolnost výrobků a na míru zpevnění, která je dána zejména adhezí pojiva k základnímvláknům.

Adheze je kritickou veličinou z hlediska mechanických vlastností výrobků a z hlediskajejich odolnosti v praní a chemickém čištění. Teorie a praxe adheze je složitá a budeme se jízajímat až ve specializovaném studiu. U tepelně pojených textilií je adheze podstatná zejménavzhledem k relativně malé ploše styku pojiva s vlákny ve srovnání s textiliemi pojenýmichemicky. Menší plocha styku je dána podmínkami tvorby pojících míst, zejména vysokouviskozitou tavenin polymerů. Obecně platí, že adheze mezi různými polymery je tím vyšší,čím jsou si tyto polymery chemicky podobnější. Pro pojení polyesterových vláken jsou protovýhodnější kopolyestery. Kopolyamidy mají dobrou adhezi k většině základních vláken díkypřítomnosti polárních skupin. Pro zpevnění výrobků, které nejsou určeny k chemickémučištění či praní (stavební a průmyslová izolace a pod.) se obvykle volí levnější polypropylen.

Nejčastěji používanou formou pojiva jsou nížetající monokomponentní nebobikomponentní vlákna. Tato vlákna,zejména v technologii teplovzdušného pojení, musí mítněkteré specifické vlastnosti:

109

a) Vhodnou teplotu tání vzhledem k tepelné odolnosti základních vláken a kpožadavkům na tepelnou odolnost výrobků.

b) Odolnost vůči tepelné a tepelně-oxidační degradaci při teplotě pojení.c) Nízkou sráživost za tepla. Vysoká sráživost vede k zužování výrobku a k vzniku

nerovnoměrností.d) Nízkou viskozitu taveniny. Zajišťuje se volbou polymeru s nižší molekulovou

hmotností a vyšším indexem toku. Vysoká viskozita brání přeformování taveninydo pojících míst.

e) Dobrou adhezi základním vláknům.f) Nízký obsah a vhodný typ povrchové preparace. Preparace obecně snižuje adhezi

a jejím odpařováním se znečišťuje ovzduší.

Tyto požadavky platí přiměřeně i pro základní vlákna; zejména co se týče tepelnéodolnosti, sráživosti a obsahu preparace a olejů. Míra znečištění povrchu může býtomezujícím faktorem zpracovatelnosti zejména sekundárních vlákenných surovin.

Způsoby nanášení poiiv na vlákenné vrstvy

Prášky se dávkují na povrch vlákenné vrstvy nebo na pavučinu zařízením podle obr.71. Zařízení sestává z násypky dosedající na rastrovaný válec nebo na válec opatřený napovrchu šroubovicovou vynášecí drážkou. K válci je přisazen rotující kartáč, který z jehopovrchu uvolňuje ulpělá zrnka. Prášek dopadá na vlákennou vrstvu vlivem gravitace. Bodovýnános prášku se realizuje hrubě perforovanou rotační šablonou se stěrkou, do níž se prášekdodává šnekovým dávkovacím zařízením. Typický rozměr pojících míst je kolem 2 mm.Rotační šablonou se obvykle nanášejí pasty.

Pojivá vlákna se mísí se základními vlákny v mísících komorách, mykacíchčechradlech, mykacích strojích a podobně. Přitom je nutno dosáhnout vysokého stupněojednocení základních a pojivých vláken a jejich vzájemného promísení podobně jako je tomupři zpracování směsí vláken v mykaných přádelnách (viz přádelnictví). V opačném případě,kdy by ve vlákenné vrstvě byly přítomny celé svazky vláken, došlo by k nižšímu stupnivyužití pojiva a zpevnění textilie a ke zhoršení omaku výrobku. Tato operace je poměrněnákladná a spolu s cenou pojiv představuje stinnou stránku pojení termoplasty. Dostatečnéhoojednocení a promísení surovin se obvykle dosahuje dvojicí mykacích strojů mezi nimiž jemateriál transportován příčným kladečem.

110

1

2

4

3

Obr.7l.: Práškovací zařízení: 1 - zásobník, 2 - drážkový vynášecí válec 3 - stěrací kartáč, 4 -vlákenná vrstva

Výhody a nevýhody pojení termoplasty

Mezi výhody pojení termoplasty ve srovnání spojením disperzemi pojiv se uvádízejména

- hygienická nezávadnost výrobků - ekologicky nižší závadnost výrob (nepoužívají se síťovací prostředky, není

skladování chemikálií)- jednodušší strojní zařízení- vyšší rychlost ohřevu (rychlost výroby, produkce a produktivita zařízení)- nižší spotřeba energie.

Nevýhodami jsou- ušlechtilejší a dražší forma pojiv- vyšší náročnost mísení vláken s pojivem

111

- nižší plocha styku vlákno-pojivo, větší problémy se stabilitou výrobku v průběhuúdržby

- snížení produkce výrobního zařízení – rounotvorným zařízením prochází i pojivove formě vláken.

Dále bude uveden příklad výpočtu spotřeby tepla:- při sušení textilie v průběhu pojení impregnací disperzi pojiva- při pojení pomocí termoplastických vláken teplovzdušným ohřevem.

vstupní údaje:

Pojení disperzemi: Složení výrobku: 80% PES vláken, 20% pojiva

Obsah vody ve vrstvě po odmačku: 80% na 100% hmotyvlákenné vrstvy

Teplota sušení a sítování: 170°COkolní teplota: 25°C

Pojenítermoplastickými vlákny: Složení výrobku: 80% PES vláken, 20%

pojivých POP vlákenTeplota pojení: 170°COkolní teplota: 25°C

Fyzikální konstanty:Měrné teplo csp důležitých syntetických vláken kJ. kg-1.K-1

PES 1,38PAD 1,84PVC 1,10 - 1,22POP 1,51 - 1,88PAN 1,51

Měrná tepla dalších látekVody 4,19 Vodní páry 200°C 4,50Vzduchu (O°C) 1,00Vzduchu (200°C) 1,025Entalpie odpařování vody (skupenské teplo cSK, 100°C):2 257 kJ.kg-1

Technologická spotřeba tepla vztažená na 1 kg materiálu 1. Tepelné pojení

Q = M . (cSP)směsi .∆T (19)

(csp)směsi = XPES. 1,38 + XPOP . 1,88 =0,8 . 1,38 + 0,2 . 1,88 = 1,48 kJ.kg-1 .K-1

(XPES a XPOP jsou hmotnostní zlomky komponent ve vlákenné směsi)Q = 1 . 1,48 . (170 - 25) = 214,6

2. Sušení po impregnaci QPES = M . cSP . ∆T = 1. 1,38 . (170 - 25) = 200,1

112

Qvoda = M . cSP . ∆T = 0,8 . 4,19 . (100- 25) = 251,4Qvýpar = M . cSK = 0,8 . 2 257 = 1 805,6Qpára = M . cSP ∆T = 0,8 . 4,5 . 70 = 252,0Qvzduch ( 5,33 m3 ) = V . Q . cSP . ∆T = 5,33 . 1,2 . 1 . (170 - 25) = 927,4

celkem 3 436,5

Srovnání: Tavné pojení 218,0 kJ.kg-1

Disperze 3 436,5 kJ.kg-1

Vzájemný poměr: 1 : 15,7

V praxi se dosahuje poměru 1 : 4 až 1 : 7. Důvodem jsou tepelné ztráty zařízení.

2.2.3.1. Pojení kalandrem

Při zpevňování kalandrem probíhá vlákenná vrstva s pojivem štěrbinou mezi dvojicíválců, z nichž jeden nebo oba jsou vyhřívané. Mezi válci dojde ke stlačení vrstvy a k jejímuohřátí na takovou teplotu, kdy pojivo taje, případně je ve viskoelastickém stavu, to znamenádeformovatelné působením vnější síly. Vlivem tlaku je pojivo formováno do tvaru pojícíchmíst. Následným ochlazením dojde ke zpevnění pojiva a vlákenné vrstvy.

Kalandry pro výrobu netkaných textilií jsou nejčastěji dvouválcové, s ocelovými válcio průměru 150 - 300 mm. Válce jsou vyrobeny z tlustostěnných trubek z vysoce homogenníoceli a zajišťují tím rovnoměrný rozvod tepla po celém svém povrchu a odolnost protiprůhybu vlivem vloženého zatížení. Kromě toho je rovnoměrnost přítlaku po délce svěrnélinie obvykle 2 m - zajištěna konstrukčním řešením podobně jak je popsáno v kapitole ofulárech (kap. 2.2.2.1).

Válce kalandru jsou vytápěny obvykle olejem, přehřátou vodou nebo jiným kapalnýmmediem uzavřeným či cirkulujícím uvnitř válce a ohřívaným elektricky, parou, plynem nebojiným způsobem. Kalandry jsou konstruovány pro vyhřívání obvykle do 250°C, pro přítlakválců do 300 000 N/m a pro pracovní rychlosti do 150 m/min.

Pojiva jsou nejčastěji ve formě prášku naneseného na vrstvu nebo pojivých vlákenpřimíchaných k základním vláknům, případně fólií, mřížek a podobně, vložených mezi dvěvrstvy základních vláken.

výrobní rychlost kalandrů je omezena malou plochou styku vlákenné vrstvy s válci atloušťkou vlákenné vrstvy. Obvykle jsou pojeny vrstvy o plošné hmotnosti 10 - 100 g/m2. Propojení těžších vrstev je nutno použít kalandrů s předehřívacím infračerveným nebohorkovzdušným zařízením, případně víceválcových kalandrů. Taková zařízení umožňujípojení vrstev o plošné hmotnosti do 1,5 - 3,0 kg/m2.

Válce mohou být hladké nebo rastrované. Hladkými válci se vlákenná vrstva propojí vcelé ploše, zatímco rastrovanými v pojících místech volitelných tvarů a rozměrů.

113

Na obr. 72 je příklad povrchu rastrovaného válce, který pracuje proti válci hladkému.Velikost pojených ploch je obvykle 1 x 1 až 3 x 3 mm, celková propojená plocha tvoří 10 -20% plochy textilie. Jiným příkladem (obr. 73) je dvojice válců opatřených šroubovicovýmidrážkami se stejným nebo různým stoupáním.Vlákenná vrstva je účinkem těchto válcůpropojena silně - setkají-li se neprohloubené oblasti, středně – mezi neprohloubenou aprohloubenou oblastí nebo nepropojena.

Obr.72.: Rastrované povrchy válců kalandru.

Základními parametry procesu pojení kalandrem jsou- typ a koncentrace pojiva- teplota- tlak- rychlost postupu vlákenné vrstvy- plošná hmotnost vlákenné vrstvy.

V závislosti na uvedených veličinách dochází k roztékání pojiva a tvorbě spojů mezizákladními vlákny. Vzniká obecně aglomerační struktura s různým stupněm spojitosti částicpojiva.

114

a) b)

Obr.73.: Dvojice válců kalandru s drážkou (a) a schemata pojené textilie

Výrobky se vyznačují nízkou objemností a vysokou smykovou tuhostí a blíží sevlastnostmi papíru. Diskretní rozmístění pojiva v ploše ve formě pojících míst ponechávánaopak mez i pojícími místy plochu s volnými, neukotvenými a snadno pohyblivými úsekyzákladních vláken. To vede k zvýšení splývavosti, ohebnosti, pevnosti v dalším trhání,prodyšnosti a ke zlepšení omaku při nepatrném snížení tahové pevnosti.

Typickými výrobky pojenými kalandrem jsou textilie pro nemocnice, hygienickézboží, filtry, čistící textilie, různé typy textilií vyrobené pod tryskou atd.

Příkladem je výroba textilie 20 g.m-2 ze směsi viskóza polypropylen nebo zesamotného polypropylenu pro hygienické zboží. Dvě vlákenné pavučiny s převažujícípodélnou orientací vláken vycházející z mykacích strojů se podélně vrství a procházejíkalandrem, kde dojde ke zpevnění.

2.2.3.2. Teplovzdušné pojení

Při teplovzdušném pojení se zpracovává nejčastěji směsová vlákenná vrstvapřipravená ze směsi základních a . pojivých vláken. Jsou však možné i jiné varianty, např.folie nebo mřížka z termoplastického polymeru vložená mezi dvě vrstvy zezákladních vláken.

Podmínkou teplovzdušného pojení je propustnost zpracovávané vlákenné vrstvy provzduch a proto v případě použití folie je nutno je perforovat, například zařazením operacevpichování.

Vlákenná vrstva s pojivem prochází horkovzdušnou pojící komorou s cirkulujícímhorkým vzduchem.

115

Horký vzduch, jehož teplota je udržována vhodným ohřevným a regulačním systémemna hodnotě postačující k roztavení pojiva, je pomocí ventilátoru proháněn vlákennou vrstvou.Teplo je tak velmi rychle transportováno k povrchu všech' vláken a k ohřevu vrstvy dojdemimořádně rychle. Nejpomalejším dějem při ohřevu vlákenných vrstev je obecně transporttepla soustavou vláken a vzduchu, která má nízkou tepelnou vodivost. Na obr. 74 jeschematicky znázorněn rozdíl v mechanismech přenosu tepla při ohřevu povrchu vlákennévrstvy a povrchu jednotlivých vláken při teplovzdušném (thru-air) ohřevu. Čas potřebnýk ohřátí vrstvy na teplotu pojení je při teplovzdušném pojení okolo 10 s, zatímco u jinýchohřevů (konvekční, kontaktní s vy jímkou kalandru) jde o časy 1 - 5 min.

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

T1

T2

l

Q

T1

T2

Q������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

l

a) b)

Obr.74.: Schema ohřevu vlákenné vrstvy horkým vzduchem při ohřívání povrchu (a) a připrůchodu vzduchu vrstvou (b)

116

Tepelný přenos je popsán rovnicí 20.

l

TQ

∆λ=

•

(20)

kde Q je množství tepla prošlé jednotkovou plochou za jednotku času [J.m-2.s-1 = W.m-2]λ je součinitel tepelné vodivosti materiálu [W.m-1.K-1]∆T je teplotní rozdíl mezi dvěmi teplosměnnými plochami [K]l je vzdálenost teplosměnných ploch [m]

Rozdíl rychlostí ohřevů a) a b) na obr. 74 lze odhadnout z vyčíslení poměru λ/l:

a) λ- typická hodnota pro objemnou vlákennou vrstvu je 0,04 W.m-1.K-1, l je celátloušťka textilie, např. 0,02 m

b) λ vláken – typická hodnota je 0,2 W.m-1.K-1, l je poloměr vlákna – typická hodnotaje 10.10-6.

Z toho vyplývají poměry a) λ/l = 2, b) λ/l = 2.104

Jelikož je tepelný tok úměrný poměru λ/l, příklad ukazuje mnohem lepší tepelnýpřenos realizovaný teplovzdušným ohřevemv porovnání s kontaktním ohřevem v případěobjemnějších textilních vrstev.

Teplovzdušný ohřev se realizuje v pojících komorách. V zásadě se používají komory shorizontálním sítovým pásem (obr.75), komory s jedním (obr.76), dvěma (obr.77) nebo víceperforovanými bubny. U výstupu z komory nebo uvnitř komory může být umístěna dvojicehorkých či chladných kalandrovacích válců sloužící ke zvýšení pojícího efektu vlivem tlakuna taveninu pojiva. Přitom ovšem dochází obvykle ke snížení objemnosti výrobku.

117

Obr.75.: Teplovzdušná pojící komora s horizontálním sítovým pásem: 1 - vlákenná vrstva, 2– sítový pás, 3 - horký vzduch, 4 - dvojice přítlačných válců

3

Obr. 76.: Teplovzdušná pojící komora se sítovým bubnem: 1 - vstup chladícího vzduchu, 2 -horký vzduch, 3 kryt komory, 4 - clona, 5 - sítový buben, 6 vlákenná vrstva

118

1

Obr. 77.: Dvoububnová pojící komora: 1 - vlákenná vrstva, 2 - sítové bubny, 3 - clony, 4 -proudící horký vzduch

Po roztavení se pojivo přeskupuje a formuje spoje mezi vlákny v závislosti na- viskozitě taveniny, která je funkcí teploty, typu a molekulové hmotnosti polymeru- povrchovém napětí mezi základními vlákny a pojivem- vzájemném uspořádání vláken ve vrstvě (objemnost, míra předzpevnění, orientace

vláken) a s tím spojených kapilárních efektech- rychlosti proudění ohřevného vzduchu a propustnosti vrstvy, t.j. mírou

mechanického působení vzduchu na vrstvu a tím vyvolanými pohybyvláken.

Typické tvary pojících míst kalandrovaných a teplovzdušné pojených textilií jsouuvedeny na obr. 78.

Vyplývá z nich nejen různá tuhost a rozdíly prakticky ve všech vlastnostech textiliívyrobených různými postupy, ale i náročnost technologie teplovzdušného pojení na výběrpojiv. Relativně malá plocha styku dvou různých polymerů pojiva a vlákna (obr. 68b)vyžaduje pro dostatečné zpevnění dobrou soudržnost obou složek textilie. Soudržnost jecharakterizována adhezí, t.j. adhezní energií vázanou na jednotku plochy styku dvou různýchlátek. Adheze různých typů polymerů je obecně nízká. Zejména je nízká adheze nepolárníchpolymerů (polypropylenu) k jiným typům vláken. Výrobky pojené polypropylenem vykazujínižší odolnost při praní a chemickém čištění.

119

Obr.78.: Typické tvary spojů při pojení termoplastickými vlákny (aglomerační struktura)

Pojení: a) bikomponentními, b) monokomponentními vlákny, c) pojení za tlaku

Technologií teplovzdušného pojení lze zpevňovat téměř jakákoliv základní vlákna.Omezení je dáno zejména stupněm znečištění povrchu vláken u druhotných vlákennýchsurovin olejovými látkami, které se v průběhu ohřevu odpařují a znečišťují ovzduší azpůsobují výrazné snížení adheze pojiva k povrchu vláken.

Teplovzdušné pojení umožňuje výrobu velmi široké škály textilií z hlediska plošné aobjemové hmotnosti:

plošná hmotnost: 0,01 - 2 kg.m-2

objemová hmotnost: 5 - 200 kg.m-3

Tím je dána i značná šíře sortimentu zahrnující většinu typů vyráběných netkanýchtextilií včetně vysoce objemných tepelně izolačních oděvních materiálů.

Typickým příkladem výrobní linky a technologie je zpracování druhotnýchvlákenných surovin ve směsi s 25 hmot. % pojivých polypropylenových vláken. Technologiezpracovává směs vláken připravenou v mykacím čechradle. V lince probíhá

- jemné promísení obou typů vláken průchodem dvojicí mykacích strojů s přenosemmaterriálu mezi 1. a 2. strojem příčným překládáním

- transport pavučiny z 2. mykacího stroje ke kolmému kladeči umístěnému nadsítovým dopravníkem teplovzdušné pojící komory u jejího vstupu

- pojení průchodem teplovzdušnou pojící komorou při 170°C a rychlosti ohřevnéhovzduchu 2 m.s-1

- chlazení, ořezávání, navíjení.Výrobek se používá jako tepelná a hluková izolace při výrobě automobilů.

2.2.3.3. Pojení ultrazvukem

Podstatou zařízení (obr. 79) je kovová sonotroda, na kterou se přenáší kmitání zgenerátoru ultra zvuku. Charakteristický kmitočet je zde kolem 18 000 Hz. Vlákenná vrstva sepřivádí mezi sonotrodu a podložku, která je nejčastěji tvořena přiváděcím bubnem

120

Mezi sonotrodou a podložkou je materiál sevřen nastavitelným tlakem. Kmitaváenergie sonotrody se ve vlákenném materiálu přeměňuje na tepelný kmitavý pohyb molekul.Projevem této přeměny je zvyšování teploty materiálu.

Obr.79.: Schema zařízení pro pojení ultra zvukem 1 - sonotroda, 2,3 - vlákenné vrstvy 4 -přiváděcí buben

Dosažená teplota se řídí časem ohřevu ts. Musí se dosáhnout měknutí, případně tavenípolymeru, nesmí však dojít k tepelné nebo oxidační destrukci materiálu.

Rychlost ohřevu závisí na amplitudě A a frekvenci kmitání f, na tloušťce D a typuohřívaného materiálu charakterizovaném materiálovou konstantou K a na potřebné teplotěpojení T a výchozí teplotě To podle vztahu

ts = K (T - To) / f4 . D2 . A2 (21)

Zařízení pro ultra zvukové technologie byla původně vyvinuta jako náhrada šitíamerickými firmami Pinsonic a Branson Ultrasonic. U nás se jejich vývojem a výrobouzabývá Ústav mechanizace oděvní výroby Trenčín. V provozu jsou v závodech Partex MalýBeranova Texlen Malé Svatoňovice. Využívají se ke spojování různých typů textilních vrstev(např. vrchová pletenina a objemná tepelně izolační vlákenná vrstva), případně k pojení.

Výhodami ultrazvukového pojení jsou:- vysoké výrobní rychlosti, až 100 m/min- využití základního termoplastického materiálu současně jako pojiva- možnost vzorového, případně diskontinuálního pojení použitím vzorovaného

přítlačného bubnu.

121

Nevýhody spočívají zejména v- nutnosti použití drahých materiálů pro výrobu sonotrod (slitiny titanu), případně v

jejich omezené životnosti- nemožnosti zpracovávat netavitelné materiály.

2.2.3.4. Pojení infračerveným zářením

Infračervené záření je část elektromagnetického spektra charakterizovaná vlnovýmidélkami 10-6 - 10-4 m. Toto záření je emitováno tělesy při teplotě 550 – 950°C. Při dopaduzáření na hmotnou vrstvu se část záření odrazí, část projde a část se pohltí. Energiepohlceného záření se

- zčásti opět vyzáří vlastním zářením tělesa - zčásti projeví vzrůstem teploty tělesa.

dx

φ φ − dφ

Obr.80.: Interakce infračerveného záření s vlákennou vrstvou

Pro homogenní tělesa je absorpce záření popsána Lambert-Beerovým zákonemvycházejícím z předpokladu úměrnosti snížení intenzity záření a tloušťky tělesa (obr. 80)

- d φ = k φ d x (22)

z toho integrací v mezích φ0, φ dostaneme

dalog0

−=φφ (23)

kde φ0, φ je intenzita dopadajícího a prošlého zářeníd je tloušťka vrstvya je absorpční koeficient.B je materiálová konstanta závislá na vlnové délce světla.

122

Z této závislosti plyne vliv barvy materiálu na absorpční koeficient. Ten je tím vyšší,čím je barva materiálu tmavší. Tmavá až černá tělesa pohlcují větší část infračerveného světlanež světlá tělesa.

Představy odvozené pro homogenní tělesa nelze aplikovat v celé šíři na vlákennésoustavy s velkým vnitřním povrchem.

Infrazářiče jsou většinou keramická tělesa elektricky vyhřívaná zabudovanýmiodporovými dráty na teplotu 550 950°C. Vlákenná vrstva, která se má sušit nebo pojitprochází rychlostí v (m/min) ve vzdálenosti l (m) od tělesa emitujícího záření. část záření semění na teplo a odpařuje kapalinu z vrstvy nebo taví termoplastický podíl obsažený vevlákenné vrstvě a přeměňuje jej na pojivo.

Dosažená teplota vrstvy je tím vyšší, čím je nižší rychlost materiálu, větší rozměrzářiče, menší vzdálenost od zářiče a větší absorpční koeficient.

Technickým problémem je při této technologii vysoká teplota zářiče. Z ní sice plynemožnost relativně rychlého ohřevu, ale v případě poruchy posunu materiálu může snadnodojít k jeho přehřátí nad teplotu vzplanutí a požáru. Provozní zařízení jsou proto vybavenamechanismy pro okamžité oddálení těles od materiálu při stoupnutí teploty nad nastavenoubezpečnostní mez.

2.3. Úpravy netkaných textilií

Netkané textilie se po zpevnění mohou dodávat spotřebitelům nejčastěji navinuté narolích (roll goods), často se však nejrůznějším způsobem upravují. To provádí buď přímovýrobce v následných operacích nebo specializované výrobny. Úpravárenské a zpracovatelskézávody tvoří samostatné odvětví zvané converting.

V této kapitole bude uvedeno jen několik příkladů operací, které vedou často kvýrobkům určeným přímo pro malospotřebitele nebo k textiliím s dokonale vypracovanouškálou specifických vlastností. Nebudeme se zde zabývat celou škálou procesů probíraných vpředmětu Zušlechťování, které se na netkané textilie rovněž aplikují (potiskování, barvení,přenosový tisk, změkčování, tužení, antistatické, hydrofilní, hydrofobní, nehořlavé a jinéúpravy).

a) Povrstvování

aa) Povrstvování pomocí raklíTypy raklí a jejich uspořádání jsou znázorněny na obr. 81. Raklí se nanášejí zahuštěné

disperze, pěny, pasty, plastisoly apod. Cílem úprav jsou mimo běžných úpravárenskýchprocesů nánosy lepidel a výroba povrstvených substrátů (syntetické usně, nepromokavémateriály atd.).

123

Obr.81a.: Tvary raklí

Obr.81b.: Uspořádáni při nánosu raklí: a,c) vzdušné rakle, b) rakle podepřená válcem d) raklepodepřená pásem, e) dvojice vzdušných raklí

ab) Bodový nános práškuZařízeni na celoplošný nános prášku bylo ukázáno na obr. 82. K povrchové úpravě

práškem s cílem následného adhezivního spojení textilie s dalšími substráty, např.nažehlováním, se častěji využívá zařízeni k bodovému nánosu prášku. Tento postupsoustřeďuje adhezivum do jednotlivých pojicích míst, ve kterých dochází k intenzivnějšímupropojeni ve srovnáni s celoplošným nánosem. Zmenšuje se tak spotřeba prášku (12 - 18 g/m2

místo 18 - 25 g/m2 při celoplošném nánosu) a zlepšuje se prodyšnost a ohebnostkombinovaného útvaru. Přiklad zařízeni na bodový nános prášku je znázorněn na obr. 82.

124

Obr.82.: Zařízeni pro bodový nános prášku: 1 - zásobník prášku, 2 - vynášecí buben, 3 -přiváděcí buben, 4 - vyhřívaný přítlačný buben

4

5

Obr.83.: Rotační šablona pro bodové povrstvování: 1 - rotační šablona, 2 - pojivo, 3 - rakle, 4podpěrný válec, 5 - ohřevná komora (zpevnění pojiva)

125

ac) Podobného výsledku lze dosáhnout využitím rotačních šablon, využívaných k bodovémupovrstvování prášky, pastami nebo taveninami polymeru (obr. 83). Hustota pojících míst jedána typem perforace šablony a udává se v mesh, t.j. počet míst připadajících na diagonálučtverce o straně 1 palec. Vztah mezi mesh a počtem míst na 1 cm2 je následující:

Mesh Míst/1 cm2

11 2217 5220 7225 11830 161

ad) Povrstvování taveninou polymeru pomocí kalandruPovrstvování polymerem, typicky polyetylenem nebo polyvinylchloridem, se provádí

pomocí kalandrů v různém uspořádání. Jeden ze způsobů je znázorněn na obr. 84. Výsledkemje kompozit s pevně spojenými složkami, např. ubrusovina, koženka, geomembrána apod.

1

2

Obr.84.: Nános polymeru na textilní vrstvu kalandrem: 1 - pojivo, 2 - textilní vrstva

126

b) Vrstvení (kašírování)

Touto operací rozumíme spojování dvou samostatných vrstev. To se provádí celouřadou způsobů s využitím adheziv.

ba) Adheziva ve formě roztoků, disperzí, past, prášků, fólií nanášená některým ze způsobů ada). Před ztužením pojiva se připojí druhá vrstva. ztužení proběhne- za tepla a tlaku (obr. 85).

1

2

Obr.85.: spojování vrstev pomocí tisku taveniny nebo pasty rotační šablonou: 1 - rotačníšablona, 2 - bodový nános pojiva, 3 - odviny textilií, 4 - navíjení výrobku

bb) Postřik taveninou polymeru (hot-melt)Tavná lepidla na bázi kopolyamidů, kopolyesterů, polyetylenu, etylen-vinylacetátů a

polymerní kompozice jsou nanášeny na substrát pomocí speciálně vyvinutých tavícíchzařízení. Tento aparát je složen z tavícího zařízení, čerpadla a aplikátoru.

Existují různé typy aplikátorů (obr.86):− Meltblown− Spunbond (spirála)− tryska (kapka)− tisk (povrstvení filmem)

127

Obr.86.: Různé typy aplikátorů technologie hot-melt

Pomocí hot-melt adheziv lze materiály spojovat dalšími technologiemi: horkými nebostudenými válci, lisem, infraohřevem nebo teplovzdušně.

bc) Spojování plamenemTohoto postupu spojování se využívá typicky pro kombinace textilních vrstev s

polyuretanovou pěnou. Přímý plamen z plynových hořáků působí na vrstvu polyuretanovépěny, přičemž dochází ke vzniku kapalných produktů tepelné destrukce.

128

Tyto produkty jsou dobrými adhezivy. Ze schématu zařízení (obr.87) ovšemnevyplývá důkladné protipožární zabezpečení stroje pro případ zastavení posuvu zboží.

1

2

Obr.87: Spojování vrstev plamenem: 1,2,3 - vlákenné vrstvy, 4 - plynové hořáky

bd) Spojování v teplovzdušné komořeVlákenné vrstvy s adhezivem v různé formě jsou propojeny vzájemně nebo s

podkladem účinkem procházejícího horkého vzduchu. Příklad horkovzdušné komory je naobr. 75, kapitola 2.2.3.2.

c) Natavování povrchu textilie

Při výrobě filtračních materiálů z termoplastických vláken se natavuje jeden z povrchůvlákenné vrstvy. Dojde tím ke zpevnění výrobku a ke vzniku povrchu částečně uzavřenéhovůči prachu. Takové filtry se podstatně pomaleji zanášejí a umožňují periodické odstraňováníprachu oklepáváním. Zařízení je na obr. 88.

129

1

2

Obr. 88.: Natavování povrchu textilie infraohřevem: 1 - infrazářič, 2 - chlazený buben

d) Krepování netkaných textilií

Jeden ze způsobů zvýšení objemnosti plošné textilie je znázorněn na obr. 89. Textilieje po povrchu horkého válce přiváděna do štěrbiny s nastavitelným protitlakem. Vlivemprotitlaku dojde ke skládání natavené textilní vrstvy. Vzniklé sklady jsou za fixoványochlazením.

4 3

12

Obr.89.: Krepování textilií: 1 - přiváděcí horký válec, 2 - vlákenná vrstva, 3 objemovanávlákenná vrstva, 4 - zatížení

130

3. Doporučená literatura

3.1. Krčma, R., Chrpová, E.: Stroje a mechanická technologie netkaných textilií. SkriptaVŠST, Liberec 1983

3.2. Krčma, R.: Stroje a chemická technologie netkanýchtextilií. Skripta VŠST, Liberec 1983

3.3. Krčma, R.: Teorie netkaných textilií. Skripta VŠST,Liberec 1986

3.4. Ltinenschloss, J., Albrecht, W.: Vliesstoffe. GeorgThieme Verlag Stuttgart, New York 1982

3.5. Šňupárek, J., Formánek, L.: Vodné disperze syntetickýchpolymerů. SNTL Praha 1979

3.6. Krčma, R.: Manual of Nonwovens. Textile Trade Press,Manchester 1971 .

3.7. Albrecht, W., Fuchs, A., Kittelmann, W.: Vliesstoffe.Wiley-VCH, Weinheim 2000

3.8. Jirsák, O., Wadsworth, L.C.: Nonwoven Textiles. Carolina Academic Press, Durham NC 1999