Спанбонд
Спанбонд (англ. spunbond, spunlaid) — название технологии производства нетканого материала из расплава полимера фильерным способом. Часто в профессиональной среде термином «спанбонд» обозначают также материал, произведённый по технологии «спанбонд».
Сущность фильерного способа заключается в следующем: расплав полимера выделяется через фильеры в виде тонких непрерывных нитей, которые затем вытягиваются в воздушном потоке и, укладываясь на движущийся транспортёр, образуют текстильное полотно. Нити на сформированном полотне впоследствии скрепляются. Скрепление нитей в холсте может осуществляться несколькими способами:
- иглопрокалывание,
- химическая пропитка нитей связующими,
- термоскрепление на каландре,
- водоструйное скрепление
- термоскрепление горячим воздухом
Наиболее распространёнными способами скрепления являются термоскрепление на каландре и иглопрокалывание. Способ скрепления нитей на холсте определяет характеристики получаемого материала, а следовательно, и сферы применения.
Технология производства
В качестве сырья для производства материала «спанбонд» используются волокнообразующие полимеры с широким молекулярно-массовым распределением, такие как полипропилен, полиэтилентерефталат (полиэстер), полиамид и др. Наиболее часто для производства «спанбонда» используется полипропилен, поскольку он позволяет получать наиболее плотное распределение волокон в холсте и обеспечивает высокую выработку волокон в перерасчёте на килограмм сырья.
Процесс формирования холста включает следующие основные этапы:
- Подготовка и подача полимерного сырья к плавильному устройству
- Плавление полимера и фильтрация расплава
- Подача расплава на фильерный комплект
- Формирование волокон
- Аэродинамическая вытяжка и охлаждение волокон воздухом
- Укладка волокна на транспортёр для формирования холста
- Каландрирование и намотка материала
Гранулы полимера поступают в экструдер, в котором осуществляется процесс плавления, после чего, расплавленный полимер продавливается через специальные отверстия — фильеры, образуя бесконечные нити. Фильера представляет собой металлическую пластину с отверстиями, изготовленную из жаропрочной стали. Фильеры различаются количеством отверстий, их диаметром и формой. Диаметр отверстий в фильере может варьировать от 250 до 1200 мкм. Фильеры располагаются на специальной фильерной балке, при этом в производстве для более плотного расположения волокон на холсте чаще всего используется несколько балок (обычно две или три). Перед укладкой на транспортёр нити проходят стадию вытяжки — аэродинамическим или механическим способом. Наиболее широкое распространение получил аэродинамический способ вытяжки, состоящий в вытяжении нитей под действием высокоскоростного воздуха, поступающего из эжектора. В процессе вытяжения нити охлаждаются, приобретя прочность. Выходящие из эжектора охлаждённые нити укладываются на транспортёр, равномерное и однородное распределение нитей на холсте осуществляется с помощью специальных устройств, расположенных в эжекторе. Скорость движения транспортёра может меняться, благодаря чему достигается различная плотность материала. Для скрепления сформированного полотна может использоваться один из следующих способов:
- иглопрокалывание,
- химическая пропитка нитей связующими,
- термоскрепление на каландре,
- водоструйное скрепление,
- термоскрепление горячим воздухом.
Способ скрепления материала определяет сферы его дальнейшего использования. Наиболее распространённый способ скрепления нитей в холсте — термоскрепление на каландре используется для полотен плотностью не более 150 г/м² . Для более плотных полотен (свыше 150 г/м²) наиболее часто используется иглопробивной способ скрепления. Таким образом, диапазон возможных плотностей спанбонда варьирует от 15 до 600 г/м².
В настоящее время, усовершенствование технологий по производству фильерных нетканых материалов типа «спанбонд» идёт по пути получения бикомпонентных (элементарные волокна получают соэкструзией из двух или более полимеров) материалов, сочетающих в себе свойства исходных полимеров. Так, например, большой популярностью пользуются материалы СМС («спанбонд» — «мелтблаун» — «спанбонд»). «Мелтблаун» — технология «мелтблаун» подразумевает формирование волокон путём раздува расплавленного полимера (фильерно-раздувная технология) горячим воздухом непосредственно на раскладочный транспортёрный стол. Материал, полученный по технологии «спанбонд», имеет ряд характеристик, которые обусловливают его повсеместное применение во многих отраслях промышленности.
Свойства
При определении пригодности нетканых материалов «спанбонд» для использования в соответствующих отраслях промышленности проводят комплексную оценку материала, которая позволяет более точно определить поведение «спанбонда» в эксплуатации. С этой целью, прежде всего, необходимо установить, каким воздействиям материал будет подвергаться в условиях эксплуатации и какими свойствами он должен обладать, чтобы удовлетворять предъявляемым к нему в связи с этим требованиям. Таким образом, при оценке спанбонда руководствуются его геометрическими, физико-механическими и гигиеническими свойствами.
Геометрические свойства
Геометрические свойства характеризуют толщину, ширину и длину материала.
Толщина материала
Толщина нетканого материала определяется его назначением и способом производства. От толщины нетканого материала зависит его воздухопроницаемость, жёсткость, теплоизоляционные свойства и пр.
Ширина материала
Ширина нетканого материала определяется расстоянием между его кромками и колеблется в широких пределах — от 6 см до 4 м и более. «Спанбонд» легко кроится, поэтому многие производители осуществляют нарезку нетканого материала «спанбонд» на востребованные потребителями ширины.
Физико-механические свойства
- Плотность материала
- Плотность материала может варьировать от 10 г/м² до 600 г/м². Зачастую плотность материала определяет сферу применения спанбонда, так, например, материал плотностью 40 г/м² может использоваться для пошива одноразовой одежды, а плотностью 200 г/м² в качестве геотекстиля.
- Устойчивость к стиранию и сминанию
- Сминаемость
- свойство материала в течение длительного времени сохранять форму после удаления нагрузки, вызвавшей местную деформацию. Чем быстрее материал приобретает изначальную форму, тем лучше его упругие свойства.
- Низкая электропроводность
- Высокая разрывная нагрузка в сухом и мокром состоянии
- Термин «разрывная нагрузка» следует понимать, как наибольшее усилие, выдерживаемое нитями при растяжении их до разрыва. «Спанбонд» чрезвычайно прочный материал, способный выдерживать значительные нагрузки.
- Стойкость к высоким и низким температурам и атмосферным воздействиям
Важной характеристикой, определяющей в ряде случаев возможность использования спанбонда для различных изделий, является его стойкость к действию высоких и низких температур. При воздействии повышенных температур физико-механические свойства волокон в спанбонде изменяются: понижается прочность волокон, волокна усаживаются, размягчаются, плавятся или даже разлагаются. Стойкость волокон к высоким температурам называется тепло- и термостойкостью, а к низким — морозостойкостью.
Теплостойкостью называется способность волокон сохранять свои физико-механические свойства при повышенных температурах.
Термостойкостью называется стойкость волокон к химическому разложению при повышенной температуре. Термостойкость определяется по изменению физико-механических свойств волокон после воздействия температуры. Нетканый материал «спанбонд» устойчив к воздействию воды, кислот и щелочей, имеет низкое водопоглощение, не гниёт и не плесневеет, что способствует его длительному использованию. Обладает морозостойкостью и выдерживает низкие температуры (-55 °C) без изменения прочности, при введении специальных добавок может приобретать термостойкость до 130 °C.
- Способность к равномерному и глубокому окрашиванию
- «Спанбонд» легко окрашивается в любые цвета с помощью добавления в расплав полимера специальных красителей. Кроме того, на уже готовые изделия из спанбонда можно наносить изображения любых цветов. Это свойство спанбонда широко востребовано в лёгкой промышленности.
Гигиенические свойства
«Спанбонд» не имеет свойства образовывать токсичные соединения в воздушной среде и сточных водах в присутствии других веществ и факторов при температуре окружающей среды.
Области применения
Ввиду особенностей производства и многогранности физико-механических свойств нетканых материалов «спанбонд» и СМС, они широко используются во многих отраслях промышленности и народного хозяйства. Эту особенность необходимо учитывать не столько при построении системы сбыта продукции, сколько при оценке возможности развития рынка. По сложившейся тенденции на рынке нетканых материалов типа «Спанбонд» и СМС, принято укрупнённо сегментировать области применения данных материалов следующим образом:
- Агротекстиль, укрывные и мульчирующие материалы;
- Материал для гигиенических производств;
- Материал для изготовления одноразовой одежды, в том числе медицинской;
- Основа для строительных мембран и гидроизоляционных материалов;
- Материал, применяемый в лёгкой промышленности в качестве фурнитурно-упаковочного, в том числе производстве мягкой мебели, ортопедических матрасов, изготовлении чехлов, сумок и т. д.
Агротекстиль
Агротекстиль — спанбонд, применяющийся в качестве укрывного материала в сельском хозяйстве. Также разновидность спанбонда для сельскохозяйственного применения получила название «агроволокно». Такой спанбонд получается при введении в расплав специальных ультрафиолетовых стабилизаторов (СУФ), предотвращающих процесс разрушения полипропилена под действием лучей солнца. Дополнительной отличительной особенностью агротекстиля является то, что в большинстве случаев это спанбонд с УФ стабилизатором прошедший дополнительную переработку — конвертацию: продольную и/или поперечную порезку, спайку, укрепление края, нанесение логотипа на материал и др. Производители профессионального агротекстиля выпускают полотна материала спаянные или склееные продольно. Ширина таких полотен может достигать 24 м, что позволяет эффективнее использовать земельные участки и рабочее время персонала. Наиболее известными в Европе торговыми марками профессионального агротекстиля являются LUTRASIL (Германия), AGRYL / NOVAGRYL (Франция), AGREEN (Украина), PREMIUM-AGRO(Украина).
Белый (натуральный цвет) спанбонд используется для укрывания растений, чёрный — для мульчирования почвы.
Производство средств женской и детской гигиены
Материал для производства средств женской и детской гигиены (прокладки, подгузники) — применяется в качестве одного или нескольких внешних и внутренних слоёв в изделии. Служит слоем для удержания впитывающих слоёв при условии пропускания влаги и воздуха, для придания анатомической формы изделиям.
Особенности
Материал «спанбонд», реже СМС низких плотностей (от 15 до 25 г/м²). Зачастую при производстве требуется введение добавок TIO2 для придания кипенно-белого цвета и антимикробных свойств, а также приданию готовому материалу гидрофильных (впитывающих влагу) свойств.
Применение нетканых материалов при производстве средств гигиены позволяет:
- вести производство на высокоскоростных автоматических линиях с минимальным количеством перезаправок сырья;
- производить продукцию с высокими потребительскими свойствами.
Товары заменители
- Термобонд — материал, произведённый из штапельного химического или смесового с натуральным химического волокна путём термического скрепления в холст (аналогичного скреплению «спанбонда») штапельных волокон.
- Спанлэйс — материал, изготовленный из смеси штапельных химических волокон (полипропилен) с добавлением натуральных волокон (целлюлоза, вискоза), скреплённый способом гидроспутывания. Смесь волокон, сформованная в ковёр, подвергается воздействию большого количества тонких струй воды под большим давлением. Волокна перепутываются и материал получает прочность на разрыв. Данный вид нетканых материалов имеет более низкие ФМ показатели, но и более мягкие тактильные ощущения.
- Айэрлэйд (айрлайд) — в общем случае сырьём для приготовления материала являются сульфатная древесная целлюлоза (отбелённая или нет), и скрепляющий агент, который может быть различным
• Термическое скрепление (TBAL: Thermobonded Airlaid) — скрепляющий агент — бикомпонентное штапельное химическое волокно (ядро волокна из полиэфира, оболочка из полиэтилена), штапельные волокна смешиваются с распушённой целлюлозой в воздушном потоке, формуются на движущейся сетке, проходят через печь, в которой полиэтиленовая оболочка химволокон плавится, и полотно скрепляется. • Скрепление с использованием связующих (LBAL: Latexbonded Airlaid) — вместо штапельных волокон применяются латексы — дисперсии или эмульсии полимеров на водной основе. • Комбинированное скрепление (MBAL: Multibonded Airlaid) — комбинация штапельных волокон и латекса в качестве скрепляющих агентов. • Гидрогенное соединение посредством водородной связи (HBAL: Hydrogenbonding Airlaid) — прочность на разрыв материал из распушённой целлюлозы получает при одновременной обработке теплом и давлением.
Преимущества
Нетканый материал, произведённый по технологиям «спанбонд» и СМС имеет ряд преимуществ при использовании его в производстве средств гигиены:
- значительная прочность, позволяющая автоматическим линиям работать на больших скоростях;
- стоимость ввиду технологической особенности одновременного вытягивания волокон и формирования холста, при этом более низкие энергетические затраты на производство (по сравнению с технологиями «Спанлейс» и «Айэрлэйд»).
Производство одноразовой одежды
При производстве одноразовой одежды во всем мире широко применяют нетканые материалы, изготовленные по технологиям «спанбонд» и СМС. Это позволяет получать комплекты или отдельные элементы защитной одежды, обладающей заданными свойствами и при этом недорогой в производстве. Продукция, относящаяся к данному сегменту рынка нетканых материалов, предназначена, в первую очередь, для медицинских лечебных и профилактических учреждений, косметологических и процедурных салонов. Кроме медицинской и косметологической отраслей стоит отметить широкое применение одноразовой одежды в качестве защитной и спецодежды при проведении различных работ. Нетканые материалы, потребляемые в данном сегменте рынка, представлены «спанбондом» и СМС в плотностях от 15 до 60 г/м², и широким ассортиментом цветов. Также, некоторые материалы требуют дополнительной обработки:
- введение антистатических добавок — для снятия статического напряжения в процессе изготовления (зачастую, при ручном раскрое и шитье материал искрит и доставляет дискомфорт людям);
Необходимо учесть, что многие комплекты одежды и белья, предназначенные для операционного или послеоперационного обслуживания в медицинских учреждениях (комплекты хирурга и другого персонала в операционных, хирургические маски, операционные и послеоперационные простыни, стерильные бинты и т. д.) после раскроя и шитья изделия проходят процесс стерилизации. Как правило, это либо радиационная стерилизация, при которой изделия подвергаются кратковременному действию радиации, либо другие виды стерилизации (высокотемпературное воздействие, автоклавирование, обработка стерилизующими химическими составами).
Товары-заменители
Натуральные, синтетические и смесовые ткани (хлопок, вискоза, полиэфир, полиамид).
При анализе тенденций мирового и российского потребления тканей для сегмента одноразовой одежды можно заметить, что за последнее время произошло значительное смещение в сторону применения защитной одежды из нетканых материалов.
Строительные мембраны
Строительные мембраны — рулонные или листовые материалы, применяемые для защиты зданий и сооружений, а также их отдельных элементов от действия климатических факторов. Их использование позволяет продлить сроки службы строительных, отделочных или теплоизоляционных материалов и сократить затраты на строительство в части экономии последних. Строительные мембраны делятся на несколько групп, в зависимости от выполняемых функций:
- ветроизоляция — служит для защиты от продувания ветрами фасадных или крышных систем — как правило, применяется нетканый материал «спанбонд» с УФ-стабилизатором;
- пароизоляция — предназначена для изоляции в кровельных и стеновых конструкциях утепляющего материала от водяных паров, поступающих изнутри помещения, сохраняя тем самым низкую теплопроводность и защищая от образования конденсата внутри теплоизолирующих материалов, но при этом сохраняя воздухопроницаемость конструкции. В качестве таких мембран зачастую выступает нетканый материал «спанбонд», ламинированный «дышащей» плёнкой, поры которой в диаметре меньше размера молекулы воды;
- гидроизоляция — тип мембран, предотвращающий попадание атмосферных осадков или грунтовых вод в строительные конструкции или элементы зданий и сооружений. Применяются на фундаментных, стеновых, кровельных и других конструкциях. Изготовление подобных мембран заключается в нанесении гидроизолирующего слоя (битум, другие составы) на армирующий слой материала (картон, стекловолокно, полиэфирные нетканые материалы). Применение в данного вида строительных плёнках полипропиленового нетканого материала «спанбонд» ограничено его физико-механическими характеристиками (полипропилен не выдерживает нанесение битумных мастик при температуре свыше 150 ˚C) — применяется только ламинированный плёнкой материал в лёгких кровельных, стеновых или межэтажных конструкциях в качестве защиты от протечек или при выполнении кровельных работ в условиях плохой погоды.
Товары заменители
Полимерные плёнки — могут обладать теми же барьерными свойствами, что и армированные нетканым материалом, но имеют более низкие разрывные характеристики и стойкость к повреждениям во время монтажа (проколы, надрывы и т. д.). Тканые полимерные материалы — значительно превышают механические характеристики нетканого материала «спанбонд», но при этом и гораздо дороже и менее удобны в процессе проведения работ. Нетканые материалы, сделанные из других полимеров — речь идёт в первую очередь о материалах из полиэтилентерефталата (ПЭТФ, полиэфир). Данные материалы, в том числе и изготовленные по технологии «спанбонд», позволяют наносить на них гидроизолирующие битумные мастики и выступать в роли кровельных покрытий (мягкие кровельные системы, аналоги рубероида и пергамина, но при этом имеющие высокую стойкость к разрывным и прокалывающим нагрузкам). В свою очередь данные материалы значительно дороже полипропиленовых нетканых материалов «Спанбонд».
Фурнитурно-упаковочные материалы
Фурнитурно-упаковочный материал — речь идёт о нетканых материалах «спанбонд», применяемых в качестве дублирующего или защитного материала в мебельной промышленности (производство мягкой мебели, матрасов), в швейных изделиях (корсажные ленты, подкладочные материалы) или о материалах, служащих основой для изготовления чехлов, сумок, подложек, покрывал и т. д. Данный сегмент отличается широким ассортиментом применяемых материалов по цветам и плотностям, а также большим количеством потребителей.
Товары заменители
Традиционные тканые и нетканые материалы (сукно, мешковина, бязь, войлок и т. д.) — давно применялись при производстве мягкой мебели и матрасов, а также в швейной отрасли, но постепенно вытесняются современными неткаными материалами «спанбонд» ввиду более низкой стоимости и более высоким физико—механическим свойствам последних.
Литература
- Технология производства химических волокон: Уч. для тех. — 3-е издание/ Ряузов А. Н., Груздев В. А., Бакшеев И. П., и др. — М.: Химия, 1980;
- Бершев Е. Н., Курицина В. В., Куриленко А. И., Смирнов Г. П., Технология производства нетканых материалов, М., 1982;
- Озеров Б. В., Гусев В. Е., Проектирование производства нетканых материалов, М., 1984.
- Материалы статей Академии Конъюнктуры Промышленных рынков