Давно известно, что современные автомобили изготовляют далеко не из одного металла. Все больше и больше в их сборке используют детали и комплектующие из пластмасс и текстильных материалов; они легче и дешевле металлических, облегчают внутреннее и внешнее оформление автомобилей, способствуют созданию комфортных условий для пользователя.
Нетканые материалы применяются для внутренней отделки салонов, для облицовки дверей, боковин и потолков салонов, в качестве ковриков для пола, для отделки багажника, в качестве звуко- и теплоизоляции.
Ситуация на рынке нетканых материалов для автомобильной промышленности. Для внутренней отделки автомобилей в настоящее время в Северной Америке и Европе ежегодно используется 500...600 млн. м2 нетканых материалов. Этот объем практически удвоится, если к нему добавить скрытые от взора пользователя конструкционные материалы, также изготовляемые из нетканых материалов.
По данным Союза производителей нетканых материалов (INDA) более 40 деталей транспортного средства изготовляются из современных нетканых материалов: изоляционные материалов, искусственных кож, пеноматериалов, многослойных материалов. Современные технологии позволяют создавать напольные покрытия, а также облицовочные материалы для потолков и дверей с улучшенными свойствами: высокой мягкостью, приятным грифом, долговечностью, способностью пропускать воздух.
Объемы потребления текстильных (в том числе, нетканых) материалов в автомобилестроении постоянно увеличиваются. Поэтому многие производители нетканых материалов с большим интересом наблюдают за развитием этого сектора рынка. В 2002 году в мире было произведено 58 млн. автомобилей, в том числе, 8,5 млн. транспортных средств коммерческого назначения. Среднегодовые темпы роста объемов потребления нетканых материалов в этой области ожидаются на уровне 2,8...3,0%.
Если в 1977 года при производстве каждого автомобиля использовался только 1 м2 нетканых материалов, то в настоящее время этот показатель уже достиг 20 м2 и потребность продолжает расти. Быстрый рост производства автомобилей (диаграмма 1) также способствует повышенному вниманию к разработке нетканых материалов для этих целей.
Нетканые материалы применяются в основном при изготовлении салона, багажника и капота (диаграмма 2). Материалы изготовляют на основе волокнистых холстов, сформированных сухим (механическим или аэродинамическим), мокрым (гидродинамическим) или фильерным способами. Скрепление таких волокнистых холстов осуществляют с применением химических связующих веществ, методами гидроструйного (Spunlace) или термоскрепления.
В автомобилестроении применяются главным образом нетканые материалы, изготовленные путем скрепления сформированных сухим или фильерным способом (66%) волокнистых холстов методами иглопрокалывания (27%) или провязывания (Malivlies). На долю материалов, сформированных по технологии Spunlace, приходится не более 1% применения.
В этой статье особое внимание уделяется описанию различных способов изготовления нетканых материалов для автомобилестроения. При этом следует иметь в виду, что важное значения для получения нетканых материалов с требуемыми свойствами имеет также правильный выбор волокнистого сырья.
Ассортимент иглопробивных полотен и используемое для их производства волокнистое сырье. Покупатели, приобретая новые автомобили, все в большей мере обращают внимание на их внутреннюю отделку. Для внутренней отделки различных деталей автомобилей широко применяются иглопробивные нетканые материалы. Основными причинами этого являются относительно невысокая стоимость, возможность разнообразной отделки и хорошая формуемость иглопробивных материалов. В настоящее время иглопробивные материалы используются для отделки отсеков для шляп, багажников, колесных ниш, внутренней поверхности крыши, внутренней облицовки дверей, в качестве напольных ковриков, в качестве основы искусственной кожи с поливинилхлоридным покрытием (например, для обтягивания сидений), в качестве основы для винилового жесткого цельносъемного верха кузова (рис. 1).
Применение иглопробивных полотен для отделки багажников существенно увеличилось в связи с возросшей популярностью автомобилей, имеющих заднюю часть кузова с полого опускающейся крышей. Причиной этого является желание создать гармоничное зрительное впечатление от сочетания отделки багажника и напольного покрытия при откидывании задних сидений с целью увеличения общей внутренней площади салона, предназначенной для размещения багажа.
В зависимости от назначения иглопробивные нетканые материалы могут выпускаться с разнообразной поверхностью: гладкой, велюроподобной, вельветоподобной или рисунчатой. Они могут иметь однослойную или многослойную структуру. В последнем случае нижний слой материала, зачастую, изготовляется из вторичного текстильного волокнистого сырья, а лицевой слой - из высококачественных первичных волокон. Способ скрепления волокнистого холста также может быть различным: путем одностороннего или двухстороннего иглопрокалывания.
Не считая вторичного волокнистого сырья, при изготовлении иглопробивных полотен для автомобилестроения используют почти исключительно химические волокна (полипропиленовые, полиэфирные, полиамидные) и смеси этих волокон друг с другом.
Например, для изготовления иглопробивных материалов для напольных ковриков применяют смеси полипропиленовых, полиэфирных и полиамидных волокон различной линейной плотности; для отделки отсеков для шляп - полиэфирные волокна низкой линейной плотности; для отделки багажников - полипропиленовые или полиэфирные волокна средней линейной плотности.
В последнее время полипропиленовые нетканые иглопробивные материалы для внутренней отделки багажников все в большей степени заменяются полиэфирными материалами. Основной причиной этого являются затруднения, возникающие при формовании из полипропиленовых иглопробивных материалов с полиэтиленовым покрытием деталей, к которым предъявляются высокие требования в отношении стабильности формы.
В то же время применение полиэфирных волокон позволяет изготовлять детали, сохраняющие высокую стабильность формы даже при высоких температурах. В настоящее время обсуждаются возможности изготовления самонесущих формованных деталей, которые могли бы заменить аналогичные металлические изделия.
С недавнего времени повышенное внимание уделяется применению а автомобилестроении материалов на основе регенерируемых волокон. Во многих моделях автомобилей уже применяются нетканые материалы из льняных волокон. Для скрепления волокнистых холстов поверхностной плотностью до 1200 г/м2, сформированных из льняных и пеньковых волокон, хорошо зарекомендовал себя струйный способ, реализуемый на установках Aquajet-Spunlace фирмы Fliessner.
Волокнистый холст из предварительно приготовленной смеси формируется на валичной чесальной машине, агрегированной с механическим преобразователем прочеса, или на аэродинамической холстоформирующей машине. Сформированый рыхлый волокнистый холст подвергается предварительному скреплению на иглопробивной машине с плотностью прокалывания 100...300 см-2.
Дополнительное упрочнение иглопробивных нетканых полотен осуществляется путем термоскрепления или с применением химических связующих веществ. Вид используемых связующих веществ оказывает существенное влияние на прочностные свойства, гриф, жесткость и формуемость материала.
Дополнительное упрочнение иглопробивных материалов с помощью латексных связующих веществ. Для этой цели широко используются стирол-бутадиеновые, поливинилацетатные и акриловые связующие.
При изготовлении формованных изделий с полиэтиленовым покрытием в качестве основы применяются иглопробивные материалы, пропитанные из экономических соображений специальными связующими, которые выпускаются фирмами BASF, Polymer Chemie, Bohm & Haas и др.
Содержание связующего (по сухому остатку) в иглопробивных материалах, предназначенных для изготовления формованных изделий, может достигать 60%.
Зафиксированная в раме плоская иглопробивная заготовка в процессе формования нагревается под воздействием инфракрасного излучения до температуры размягчения термопластичного связующего. Механическое формование заготовки и фиксация отформованного изделия осуществляется в охлаждаемой матрице. Нанесение связующего осуществляется либо сквозным пропитыванием холста жидким связующим, либо (все чаще в последнее время) покрытием поверхностей холста вспененным связующим.
В частности, разработанный фирмой Fliessner способ пропитывания волокнистых холстов вспененным связующим характеризуется следующими преимуществами: уменьшением количества воды в пропитываемом холсте примерно на 40%, что позволяет существенно снизить расход энергии при последующей сушке холста и повысить производительность сушильной машины; высокой точностью нанесения связующего при меньшем его расходе; равномерным распределением связующего на холсте; минимальной миграцией связующего; высокой безопасностью производства.
Импрегнитующая установка фирмы Fliessner может быть использована для пропитывания волокнистых холстов как с одной (рис. 2, а), так и обеих (рис. 2, б, в) сторон. Связующее может при этом либо только наноситься на поверхность волокнистого холста, либо проникать в его внутреннюю структуру на определенную толщину, либо полностью пропитывать холст. Различные варианты работы установки обеспечиваются с помощью распределителя пены, получающего возвратно-поступательное движение от пневмоцилиндра.
Основными рабочими органами установки являются два вала диаметром 400 и 500 мм, причем вал увеличенного диаметра применяется на установках с большой рабочей шириной. Расстояние между валами регистрируется с помощью цифрового индикаторного устройства. Усилие взаимного прижатия валов регулируется с помощью пневматического устройства. Валы имеют покрытие из нержавеющей стали. Точное регулирование количества наносимого на холст связующего и глубины проникновения его в структуру холста достигается благодаря соответствующему изменению плотности пены и расстояния между валами установки.
Важной характеристикой вспененного связующего является его объемная плотность, измеряемая в г/л. С целью уменьшения потребления энергии при последующей сушке всегда стремятся работать со связующим, содержащим минимальное количество воды и имеющим минимальную объемную плотность.
Сушка пропитанного волокнистого холста и вулканизация связующего осуществляется на барабанной сушильной установке фирмы Fliessner, работающей по принципу продувания воздуха через обрабатываемый материал. Важным преимуществом такой сушильной машины является высокая теплопередача и оптимальная производительность.
В основу конструкции барабанной сушильной машины (рис. 3) положено непосредственное объединение перфорированного барабана с радиальным вентилятором больших размеров. Вентилятор отсасывает воздух из внутреннего пространства перфорированного барабана, продувает его через нагревательные элементы и возвращает затем к наружной поверхности барабана. Проходящий через перфорированную поверхность барабана поток воздуха надежно прижимает к барабану и удерживает на нем обрабатываемый материал. Одновременно поток воздуха проходит и через этот материал. Подобные барабанные установки исключают образование складок и гарантируют движение материала без натяжения в процессе его сушки, скрепления, фиксации или мокрой обработки.
Применение принципа продувания воздуха через обрабатываемый холст позволяет получать объемные нетканые материалы с высокой воздухопроницаемостью, хорошей впитывающей способностью и текстильным характером поверхности.
Требуемая производительность сушильной установки достигается благодаря выбору барабанов соответствующего диаметра или последовательной установке нескольких барабанов. Охлаждение материала осуществляется подсасываемым в установку свежим воздухом. Холодный воздух в области выпускной части установки проходит через обрабатываемый материал снаружи во внутреннее пространство перфорированного барабана. При этом он нагревается и возвращает тепловую энергию в сушильную установку. Тем самым уменьшаются энергозатраты.
Бесступенчатое регулирование частоты вращения вала электродвигателя, приводящего в движение вентилятор, позволяет легко изменять мощность установки в соответствии с фактической воздухопроницаемостью обрабатываемого материала. Сушильная установка может быть оборудована микропроцессорной системой управления, позволяющей уменьшить производственные затраты.
На многобарабанных установках материал автоматически передается с одного барабана на следующий барабан. Это позволяет экономично обрабатывать на таких установках относительно короткие материалы без применения заправочных концов.
Конструкция установки обеспечивает возможность регулирования температурного режима с точностью ± 1,5оС даже при работе в условиях очень высоких температур (около 250оС).
На многобарабанной установке обрабатываемый материал поочередно соприкасается с поверхностями барабанов противоположными поверхностями и продувается нагретым воздухом с разных сторон. Это обеспечивает равномерную сушку материала. В барабанных сушильных установках может быть использована прямая система нагревания воздуха сгорающим газом или другие нагревательные системы.
Установки для нанесения вспененного связующего и сушки могут быть использованы также для нанесения антисептических препаратов с целью защиты состоящего из восстановленных волокон нижнего слоя полотна от воздействия микроорганизмов.
За последние годы фирмой Fliessner были реализованы в разные страны мира более 45000 сушильных установок с перфорированными барабанами. Скорость сушки материала на таких машинах из расчета на 1 м2 сушильной поверхности во много раз превышает соответствующий показатель для сушильных машин других типов.
Дополнительное упрочнение иглопробивных материалов способом термоскрепления.
Для скрепления волокнистых холстов могут применяться легкоплавкие волокна, бикомпонентные волокна с легкоплавкой оболочкой и их смеси с другими волокнами. В частности, при изготовлении иглопробивных ковровых изделий с вельвето- или велюроподобной структурированной поверхностью применяются смеси, содержащие до 70% полиамидных бикомпонентных волокон со структурой типа «ядро-оболочка» в сочетании с обычными волокнами, полученными на основе полиамида-6.6. Ядро бикомпонентного волокна состоит из полиамида-6.6 с температурой плавления 245...250оС, а оболочка - из полиамида-6 с с температурой плавления 215...218 оС.
Термоскрепление в условиях высоких температур (218...220оС) должно проводиться в течение очень короткого интервала времени. Колебания температуры не должны превышать ± 1,0оС. Этим требованиям в максимальной степени соответствует термообработка на машинах, работающих по принципу продувания горячего воздуха через материал (рис. 4).
Интенсивная циркуляция нагретого воздуха обеспечивает быстрое нагревание материала. С целью предотвращения окисления в нагревательное устройство проходного типа впрыскивается пар. Охлаждение материала осуществляется на последнем охлаждающем барабане. Волокна, образующие ворсовое покрытие материала, также частично соединяются друг с другом, что способствует повышению стойкости ворсового покрытия к истиранию в процессе эксплуатации.
Технология AquaTex для отделки текстильных материалов, используемых в автомобилестроении. Разработанная фирмой Fliessner технология AquaTex, используемая для отделки текстильных материалов, позволяет повысить качество этих материалов, уменьшить энергозатраты и степень загрязнения окружающей среды, исключить отдельные отделочные операции (например, промывку). Технология AquaTex может быть использована для обработки любых тканей, изготовленных из пряжи. Подвергнутые такой обработке ткани находят применение в самых различных областях: при изготовлении пневматических подушек, обивочных материалов для мебели, изделий для автомобильной промышленности, джинсовых тканей, фильтров и текстильных изделий бытового назначения.
В основу технологии AquaTex положен струйный способ скрепления волокнистых холстов, основанный на перепутывании волокон струями воды. В 1987 году фирма ВВА Nonwovens (США) разработала и запатентовала технологию InterSpun® для обработки текстильных полотен струями воды (рис. 5). В декабре 2000 года фирма-разработчик продала патенты на эту технологию фирме Polymer Group Inc., в то время как фирма Fliessner осталась единственным производителем оборудования для этой технологии.
Многолетний опыт эксплуатации системы AquaJet для скрепления волокнистых холстов, разработанной фирмой Fliessner, позволил применить эту технологию для обработки тканей (рис. 6).
Обработка ткани по технологии AquaTex сопровождается появлением следующих эффектов: отдельные нити распушаются, а затем входящие в их структуру волокна вновь перепутываются; уточные и основные нити соединяются в точках взаимного перекрещивания, что проявляется в упрочнении ткани; эффективность такого упрочнения прямо зависит от интенсивности обработки ткани; соприкасающаяся с транспортирующим органом поверхность ткани приобретает мягкий бархатистый характер; устраняются внутренние напряжения в ткани.
Свойства обрабатываемой ткани изменяются следующим образом (в зависимости от вида ткани и параметров процесса обработки): увеличение толщины ткани может достигать 50%; поверхностная структура ткани получается более плотной и приобретает более закрытый характер; стойкость к истиранию повышается на 100-300%; прочность швов повышается на 100-200%; уменьшается разлохмачивание ткани; уменьшается склонность к пиллингообразованию; оптимальным образом может изменяться несминаемость; улучшаются мягкость и внешний вид ткани; улучшается равномерность ткани по всей ширине; сглаживаются и маскируются дефекты ткани; оптимизируются размеры пор; улучшается прокрашиваемость хлопчатобумажной ткани; улучшаются очистительные свойства тканей; водо- и воздухопроницаемость снижаются на 40-80%; повышается равномерность ткани по структуре и плотности; облегчается очистка ткани.
Технология InterSpun предусматривает использование только воды для обработки ткани, что делает ее экологически безопасной.
После обработки по технологии AquaTex ткань обладает такими же физико-механическими свойствами, как и аналогичная ткань более высокой поверхностной плотности, не подвергнутая струйной обработке. Это открывает возможности для существенного снижения расхода сырья на изготовление тканей.
Кроме того, при изготовлении тканей для транспортных средств и для обивки мебели исключается необходимость проклеивания латексом изнаночной поверхности ткани с целью ее стабилизации, что, в свою очередь, позволяет сохранить высокую мягкость ткани.
Упрочнение изнаночного слоя ковровых изделий путем обработки на установке AquaJet-Spunlace фирмы Fleissner без применения латексных связующих. Тафтинговые ковровые изделия и способы их производства уже давно известны. Такое ковровое изделие содержит грунтовое полотно, в которое заработаны петли ворсовых нитей. В качестве грунтового полотна могут применяться изготовленные фильерным способом нетканые материалы или ткани из ленточных нитей. Ворс коврового изделия может быть как петлевым, так и разрезным.
Для придания тафтинговому ковровому изделию требуемых потребительских и механических свойств, а также для фиксации ворсовых петель, изнаночная сторона полотна обрабатывается связующим, образующим первичное изнаночное покрытие.
Кроме того, в большинстве случаев поверх первичного изнаночного покрытия наносится вторичное изнаночное покрытие в форме слоя вспененного латекса: нетканого материала или ткани.
Применение латексных связующих является серьезным недостатком технологии изготовления тафтинговых ковровых изделий и, кроме того, резко затрудняет повторную переработку изношенных изделий, так как связано с образованием загрязненных сточных вод и выделением неприятных запахов. Кроме того, использование химических связующих веществ увеличивает стоимость ковровых изделий. С целью снижения затрат на сырье латексные связующие частично заменяются мелом, однако при утилизации таких изделий путем сжигания образуются несгорающие твердые отходы.
Другой способ обработки изнаночной стороны тафтингового коврового изделия заключается в использовании полиэтиленового порошка. Однако и в этом случае перед образованием вторичного изнаночного покрытия изделие приходится промазывать латексом.
С целью устранения этих недостатков предпринимались попытки соединять первичное изнаночное покрытие со вторичным изнаночным покрытием методом иглопрокалывания, Однако такой способ приводит к существенному повреждению поверхности коврового изделия.
От применения латексных связующих можно отказаться, если использовать струйный способ для соединения волокнистого холста с изнаночной стороной сурового тафтингового изделия. В этом случае волокна холста, выполняющего функцию изнаночного покрытия, перепутываются струями воды с нитями грунтового материала и с закрепленными в нем ворсовыми нитями, В то же время эти волокна не выходят на лицевую (ворсовую) поверхность коврового изделия (рис. 7). Кончики волокон холста можно рассмотреть только у оснований ворсовых петель. Глубина проникновения волокон холста в структуру сурового тафтингового материала может регулироваться путем изменения основных параметров струйной обработки: давления струй воды, геометрических характеристик сопел и др.
Волокнистый холст может быть подвергнут предварительному скреплению, которое также может осуществляться струйным способом. Для формирования волокнистого холста могут быть использованы полиэфирные, полипропиленовые или другие волокна.
В состав волокнистого холста могут вводиться также термопластичные или бикомпонентные волокна. В этом случае после струйного соединения с тафтинговым суровым полотном и последующей сушки осуществляется термообработка полуфабриката (например, на барабанной сушильной машине), что приводит к частичному расплавлению и склеиванию термопластичных или бикомпонентных волокон. Тем самым увеличивается прочность закрепления ворсовых петель тафтингового коврового изделия.
Способ гидродинамического соединения волокнистого холста с тафтинговым суровым полотном реализуется на установке AquaJet-Spunlace фирмы Fleissner и защищен патентом.
Волокнистый холст может быть использован также для стабилизации других видов ворсовых изделий.
Нетканые материалы на основе волокнистых холстов, скрепленных струйным способом. При изготовлении многих нетканых материалов струйный способ скрепления волокнистых холстов все чаще применяется вместо традиционного иглопробивного. Это объясняется рядом преимуществ струйного способа, сведенным в таблицу.
Изготовленные струйным способом нетканые материалы находят применение при изготовлении промежуточных слоев между передними и задними слоями формованных изделий автомобиля, как основа под поливинилхлоридные и полиуретановые покрытия, а также в качестве фильтров и материала для звукоизоляции (рис. 8).
Установка AquaJet-Spunlace может быть использована для скрепления струйным способом волокнистых холстов поверхностной плотностью до 500...600 г/м2 (при переработке синтетических волокон) и поверхностной плотностью до 1200 г/м2 (при переработке натуральных волокон, например, льна или пеньки). Благодаря возможности повторной переработки и биологической разлагаемости натуральные волокна находят в этой области все более широкое применение.
Указанные волокна могут использоваться в смеси с легкоплавкими или бикомпонентными волокнами, что позволяет получать изделия с более плотной поверхностью, Возможно также применение волокнистых холстов, полученных фильерным способом и дополнительно пропитанных связующими веществами с целью повышения стойкости к истиранию и прочности при разрыве.
Установка AquaJet-Spunlace может быть использована для скрепления волокнистых холстов, сформированных сухим или мокрым способом из штапельных волокон, полученных фильерным способом, а также многокомпонентных полуфабрикатов. Волокнистые холсты могут состоять из всех видов химических и натуральных волокон (в том числе, хлопковых, льняных, целлюлозных, стеклянных, ультратонких), а также из ленточек.
Получаемые струйным способом нетканые материалы могут подвергаться крашению и отделке водоотталкивающими, огнезащитными и другими химическими препаратами в процессе изготовления.
В настоящее время разработан широкий ассортимент нетканых материалов с рельефной (рис. 9) и перфорированной (рис. 10) структурой, вырабатываемых на одно-, двух-, трех-, четырех- и многоступенчатых установках AquaJet- Spulace фирмы Fleissner (рис. 11).
Изоляционные материалы на основе пропитанных фенольными смолами волокнистых холстов. Нетканые материалы, полученные на основе сформированных из вторичного волокнистого сырья и пропитанных фенольными смолами волокнистых холстов, характеризуются отличными амортизирующими и изолирующими свойствами. Благодаря этому они за последние 20 лет нашли широкое применение в самых различных областях.
В автомобилестроении эти нетканые материалы перерабатываются в трех различных видах:
1. Материалы с объемной плотностью 50...100 кг/м3 и поверхностной плотностью 500...1200 г/м2, полученные на основе сформированных из вторичного волокнистого сырья и пропитанных фенольными смолами волокнистых холстов. Они применяются в форме плоских штампованных изделий для звуко- и виброизоляции в конструкции крыш и полов автомобилей. Такие изделия могут быть подвергнуты специальной обработке для придания самоклеящейся способности.
2. Формованные изделия с дополнительным текстильным покрытием или без него, видимые для пользователя или скрытые от него, используемые в качестве звукоизолирующих или самонесущих элементов. Объемная плотность таких изделий составляет 100...250 кг/м3. Они могут быть мягкими на ощупь, упругими или жесткими. Примерами практического применения таких изделий являются: изоляция капота, передней стенки кузова, панели управления и пространства для ног, покрытие для пола багажника, изоляция крыши.
3. Жесткие прессованные детали с объемной плотностью 400...900 кг/м3, применяющиеся в качестве самонесущих элементов конструкции автомобиля в течение двух последних лет.
Изделия из указанных материалов по сравнению с пластмассами имеют меньшую массу, более высокие жесткость при изгибе и устойчивость к расщеплению.
Изделия из таких нетканых материалов формуют при высоком давлении в нагретой пресс-форме, в результате чего они приобретают стабильную форму и могут использоваться, например, в конструкции потолка кузова, спинки водительского сиденья или облицовки отсека для шляп.
В качестве волокнистого сырья для изготовления нетканых материалов такого типа наиболее пригодны хлопковые волокна. Из экономических соображений часто применяются восстановленные волокна. Используются также полиэфирные волокна, однако, их содержание в смеси не должно превышать 20%.
Для скрепления волокнистых холстов применяется порошкообразная фенольная смола, которая до полной вулканизации проходит три состояния (от плавящегося порошка до термопласта). В зависимости от предъявляемых к готовым изделиям конкретных требований соотношение восстановленных волокон и фенольного порошка может варьироваться в пределах от 90:10 до 60:40. Термоскрепление частично или полностью полимеризованного холста осуществляется на установках с двумя ленточными конвейерами (рис. 12).
Предварительное скрепление частично полимеризованного холста проводится при температуре 100...120оС. Фенольная смола должна сохранять достаточную реакционную способность для последующего процесса прессования (при изготовлении пластин и формованных изделий). Окончательное скрепление полностью полимеризованного холста проводится при температурах до 220оС.
Процесс отверждения фенольной смолы является функцией времени и температуры. Процесс непрерывного скрепления волокнистого холста протекает не только при повышенной температуре, но и при повышенном давлении, сопровождающемся сжатием волокнистого холста.
На установках с пластинчатыми конвейерами это обеспечивается с помощью второго пластинчатого конвейера, причем расстояние между верхним и нижним пластинчатыми конвейерами регулируется с помощью подъемного механизма.
Находящийся на пластинчатом конвейере волокнистый холст продувается горячим воздухом поочередно сверху вниз и снизу вверх. Тем самым обеспечивается равномерное и быстрое прогревание объемного волокнистого холста.
Подобные двухконвейерные установки могут быть использованы для скрепления волокнистых холстов как с фенольными порошками, так и с легкоплавкими волокнами. При отсутствии жестких требований к равномерности изделия по толщине для термоскрепления могут быть использованы также более экономичные установки с перфорированными барабанами, оборудованные парой охлаждаемых калибровочных валов (см. рис. 3, рис. 4).
Проводятся также работы с целью замены фенольных порошков другими видами связующих, например, волокнами.
Использование изготовленных фильерным способом полиэфирных нетканых материалов в качестве основы напольных автомобильных ковриков. В качестве грунтовых полотен при изготовлении высококачественных тафтинговых ковровых изделий применяются вырабатываемые фильерным способом нетканые материалы (например, Lutradur фирмы Lutrafil или Colback фирмы Enka). Такое грунтовое полотно придает ковровому изделию высокую стабильность размеров; ковровое покрытие хорошо настилается без образования выпуклостей.
Автомобильные коврики на основе полученных фильерным способом полиэфирных материалов могут формоваться и вытягиваться с высокой точностью. В частности, по этой причине они применяются изготовителями автомобилей во всем мире (рис. 13). В Западной Европе такое грунтовое полотно имеют более 2/3 всех выпускаемых тафтинговых покрытий для автомобилей.
В качестве исходного сырья для изготовления фильерного нетканого материала используется гранулированный полиэфир. Формуемые из расплавленного полимера тонкие бесконечные волокна выходят с высокой скоростью из фильер и укладываются на приемную конвейерную ленту с образованием равномерного волокнистого холста. Скрепление и фиксации волокнистого холста осуществляются на установке с перфорированными барабанами, работающей по принципу продувания воздуха через материал (рис. 14).
Бесконечная движущаяся прессовая лента создает необходимое давление на обрабатываемый волокнистый холст и предотвращает его усадку. Обработка проводится при температуре 230оС. Система нагревания воздуха работает на максимальной мощности. Сформированные сухим способом волокнистые холсты имеют высокую воздухопроницаемость, благодаря чему они быстро прогреваются по всей толщине. Температура обработки поддерживается с точностью ±1,5оС. Фирма Fleissner выпускает барабанные сушильные установки с рабочей шириной до 6 м и с диаметром барабанов до 3,5 м (рис. 15).
Производство полиэфирных и полипропиленовых волокон со специальными свойствами. Изготовители нетканых материалов для автомобильной промышленности используют широкий ассортимент полиэфирных и полипропиленовых волокон, различающихся по линейной плотности, длине, извитости, характеру заключительной отделки, накрашиваемости и др. Большие возможности для производства разнообразных нетканых материалов предоставляет крашение химических волокон в массе. Полипропиленовые и полиэфирные волокна вырабатывают на двух типах установок: компактной и традиционной.
Фирма Fleissner уже в течение многих лет выпускает компактные установки для производства полипропиленовых волокон мощностью 200...300 тонн в сутки. Такая установка содержит встроенное прядильное устройство и обеспечивает непрерывное осуществление полного цикла изготовления волокна, начиная от гранулята и заканчивая штапельным волокном (рис. 16).
Установка дает возможность изготовителю непрерывным способом вырабатывать окрашенные в массе извитые штапельные волокна и тем самым гибко и быстро реагировать на изменяющиеся условия рынка.
Установка такого типа, имеющая производительность 500 кг/ч, занимает производственную площадь 35 х 6 м при высоте 5,5 м. Важными преимуществами такого оборудования являются низкие капиталовложения, относительно простое обслуживание и высокая технологическая гибкость.
Для обслуживания установки достаточно несколько квалифицированных человек. Установка обеспечивает возможность экономичного изготовления небольших партий волокон, так как при переналадке с одной партии на другую не образуется большого количества отходов.
В состав установки входят: дозирующее устройство; экструдер; прядильная система; отводящее устройство с охлаждающей системой и валиками для нанесения авиважа; вытяжное устройство с обогреваемыми каналами, направляющее устройство для образованного из филаментных волокон жгута; препарационное устройство, текстурирующую машину; сушилка или фиксирующее устройство (например, сушилка с перфорированными барабанами или фиксирующее устройство с пластинчатыми конвейерами); резальное устройство или укладчик жгута.
Скорость формования волокон на установке составляет около 50 м/мин, линейная плотность волокон - 1,5...110 денье, длина резки - 6...180 мм, скорость выпуска волокон - около 150 м/мин.
Традиционные установки для производства химических волокон имеют значительно более высокую мощность - 30...200 тонн в день. Для таких установок фирма Fleissner поставляет все агрегаты, монтируемые за прядильным устройством.
Свойства вырабатываемых на компактной или традиционной установке волокон определяют свойства вырабатываемой из этих волокон готовой продукции. При этом важное значение имеют содержание компонентов в смеси, линейная плотность, длина, форма поперечного сечения, извитость и характер заключительной отделки волокон. Из волокон высокой линейной плотности вырабатывают объемные нетканые материалы, обладающие способностью хорошо восстанавливать первоначальный объем после устранения деформирующих нагрузок. Волокна низкой линейной плотности позволяют получать более мягкие нетканые материалы.
Длина волокон оказывает решающее влияние на показатели разрывной нагрузки и удлинения нетканых полотен при разрыве. Форма поперечного сечения волокон оказывает существенное влияние на светоотражающие характеристики и фрикционные свойства волокон. Характер и интенсивность извитости оказывают большое влияние на прочность закрепления волокон в структуре нетканого материала и прочность материала в целом.
Существенное значение имеет процесс вытягивания, определяющий важные для термоскрепления холста характеристики волокон. Важным преимуществом окрашенных в массе волокон является высокая стойкость окраски и светостойкость. Окрашенные в массе волокна позволяют создать широкий спектр многоцветных нетканых материалов для автомобильной промышленности.
Фильтровальная бумага для автомобилей. Многие из применяемых в автомобилях фильтров (например, воздушные и масляные) изготовлены из целлюлозных волокон, а иногда могут содержать и синтетические волокна. Для формирования волокнистых холстов из таких волокон применяется гидродинамический способ, аналогичный способу образования бумажного полотна на бумагоделательной машине. Суспензия, содержащая воду и распределенные в ней волокна, направляется на слоеформирующую сетку. Формирующийся на сетке волокнистый слой обезвоживается и направляется в сушильную машину. Для сушки волокнистого холста может быть использована либо высокопроизводительная сушильная машина TAD (Through-air Drum) с продуванием воздуха через полотно (рис. 17), либо комбинированная установка, состоящая из сушильной машины TAD и барабанной сушильной машины (рис. 18). Дополнительно волокнистый холст в «проклеивающем прессе» пропитывается химическими веществами, обеспечивающими повышение его прочности во влажном состоянии. Поверхностная плотность такого фильтровального полотна, как правило, находится в пределах 80...130 г/м².
С целью придания водо- и маслоотталкивающих свойств фильтровальная бумага может быть подвергнута пропитыванию фенольными смолами или другими препаратами на отдельной пропиточной установке.
Для сушки и скрепления волокнистых холстов и воздухопроницаемой бумаги на практике применяются сушильные установки фирмы Fleissner с перфорированными барабанами, работающие по принципу продувания теплоносителя через обрабатываемый материал. Для этой же цели наряду с обычными барабанными сушилками могут быть использованы работающие по тому же принципу высокопроизводительные сушильные установки TAD фирмы Fleissner, отличающимися особенно большой суммарной площадью отверстий для прохода воздуха.
Скорость движения материала через сушильную установку зависит от температуры технологического воздуха, скорости движения воздуха через материал и влажности воздуха в сушильной установке.
Обычно температуру воздуха в сушильной установке стараются поддерживать на уровне, обеспечивающем максимальную производительность оборудования, но не приводящем к повреждению волокон или обрабатываемого материала в целом.
Производительность сушильной установки может быть повышена также путем увеличения скорости движения нагретого воздуха через обрабатываемый материал. В качестве критериев, ограничивающих скорость движения воздуха, рассматриваются возрастающий с ее увеличением расход электроэнергии и опасность негативного влияния на качественные показатели обрабатываемого материала.
Доля свободной открытой площади поверхности барабана сушильной машины TAD составляет 96%, т.е. в два раза больше, чем доля площади перфораций обычного перфорированного барабана. Благодаря этому при одинаковой скорости движения за одинаковый промежуток времени через поверхность барабана машины TAD проходит вдвое большее количество воздуха, чем через поверхность обычного перфорированного барабана. Соответственно и вдвое большее количество тепловой энергии передается в обрабатываемый материал. Это проявляется в уменьшении продолжительности процесса сушки и увеличении производительности сушильной установки.
Кроме большой площади свободной поверхности высокопроизводительная сушильная установка TAD обладает следующими важными преимуществами:
- высокой стабильностью формы обечайки барабана, позволяющей создать высокую степень разрежения воздуха внутри барабана и обеспечить прохождение большого количества воздуха через обрабатываемый материал, т.е. увеличить производительность установки
- отсутствием сварочных швов, которые могли бы оказать негативное воздействие на обрабатываемый материал
- возможностью работы барабана с окружной скоростью до 800 м/мин
- высочайшей точностью поддержания заданной температуры по всей ширине и по окружности барабана, благодаря созданию оптимальных аэродинамических условий в каналах и кожухе
- широкой номенклатурой выпускаемых барабанов; они выпускаются со следующими стандартными диаметрами: 1500 мм, 1900 мм, 2600 мм, 3000 мм, 3650 мм, 4200 мм и 4800 мм
- возможностью максимально использовать мощность установки: рабочая ширина сушильной установки может достигать 7000 мм; регулирование рабочей ширины в соответствии с шириной обрабатываемого материала осуществляется по внутренней части барабана в процессе работы
- ремонтопригодностью установки: все барабаны поставляются с установленными снаружи и легко доступными для обслуживания подшипниками качения
- широкой номенклатурой применяемых материалов: конструкция барабана позволяет обрабатывать любые волокнистые холсты с поверхностной плотностью в диапазоне 8...3000 г/м2, сформированные гидродинамическим способом холсты, бумагу для чайных пакетиков, фильтровальную бумагу, скрепленные гидродинамическим способом волокнистые холсты при изготовлении изделий санитарно-гигиенического и медицинского назначения, полученные фильерным способом волокнистые холсты в производстве грунтовых полотен для ковровых изделий
- возможностью комбинировать барабан с металлическими, которые при необходимости могут быть быстро заменены
- наличием бесконтактных и не требующих обслуживания уплотнителей
- ремонтопригодностью уплотнительных устройств: со стороны зона обслуживания, а также на сторонах входа и выхода обрабатываемого материала они открываются с помощью пневматических систем
- удобным доступом к барабану и воздушным каналам
- усовершенствованной конструкцией электромеханической системы отвода кожуха от барабана
- эффективной теплоизоляцией всех нагретых частей
- использованием больших радиальных вентиляторов с высоким кпд, которые выпускаются только фирмой Fleissner; бесступенчатым регулированием скорости вентилятора, которое позволяет установить оптимальную для каждого конкретного обрабатываемого материала мощность сушильной установки
- наличием специальных направляющих тросов (как дополнительной оснастки) для сопровождения обрабатываемого материала при передаче его от соседней машины или на соседнюю машину
- возможностью при необходимости доукомплектации встроенной системой микропроцессорного управления, позволяющей оптимизировать режим работы установки и минимизировать производственные затраты.
Применение пеноматериалов в современном автомобилестроении. Пеноматериалы не относятся к группе нетканых материалов, но заслуживают упоминания благодаря широкому применению их в производстве автомобилей. Кроме того, при их изготовлении также может быть эффективно использовано отделочное оборудование фирмы Fleissner.
В автомобилестроении применяются мягкие полиуретановые пеноматериалы, которые в зависимости от величины воспринимаемых ими в процессе эксплуатации нагрузок пропитываются акриловыми или битумно-акриловыми связующими веществами. Пеноматериалы изготовляются с объемной плотностью в пределах 80...290 кг/м³. Некоторое сжатие пеноматериала позволяет после отделки придать ему высокую водоупорность.
В результате специальной отделки пеноматериалам могут придаваться такие важные свойства, как негорючесть, стойкость к старению, способность выдерживать продолжительные нагрузки при температурах в дипазоне -40°C...+ 150°C. Пеноматериалы применяются для решения различных конструкционных проблем в виде штампованных деталей и уплотнительных лент, например, для предотвращения попадания пыли и влаги в определенные узлы, в качестве звукоизоляции.
Пеноматериалы могут быть использованы в качестве прокладок между рамой и наружными металлическими панелями кузова, в капотах и задних дверях, в местах соединения деталей кузова, в качестве уплотнителей пола салона и др. (рис. 19).
Фирма Fleissner разработала установки для экономичного пропитывания и сушки пеноматериалов толщиной 5...70 мм. Такое оборудование эксплуатируется многими известными производителями изделий из пеноматериалов (рис. 20).
При непрерывном производстве отдельные ленты пеноматериала соединяются с помощью сварочного устройства и сматываются в рулон. В специальной плюсовке полотно пеноматериала пропитывается водной дисперсией или содержащей растворитель композицией, затем высушивается, охлаждается и наматывается в рулон. В отдельных случаях полотно разрезается на куски определенной длины, проходит через ленточные весы и автоматически направляется в уплотнительную машину. Сжатое до 1/10 от первоначальной толщины полотно пеноматериала дублируется с силиконизированной бумагой, сматывается в рулон и разрезается на полосы заданной ширины.
Установка фирмы Fleissner одинаково успешно может быть использована при переработке тонких и толстых полотен, а также пластин. Транспортировка обрабатываемого материала через всю установку осуществляется автоматически. Благодаря использованию принципа сушки материала методом продувания теплоносителя через его структуру, установка имеет компактную конструкцию и очень небольшую длину. Эффективная изоляция исключает опасность выхода пара в окружающее пространство при работе установки, что обеспечивает нормальные условия работы обслуживающего персонала.
Применение натуральных волокон при изготовлении тормозов. Фирма Fleissner в сотрудничестве с фирмой Ecco разработала новую технологию производства растительных волокон различных видов, прежде всего, изо льна и конопли (рис. 21), которая запатентована во всем мире. Эта технология основана на использовании ультразвука и является по своей сути механико-химической технологией.
Новая технология позволяет устранить типичные недостатки традиционных способов получения растительных волокон. В качестве исходного материала при новом способе применяется так называемая «зеленая солома», не подвергнутая мочке. Это позволяет исключить потери урожая, обусловленные непредсказуемым влиянием погодных условий во время мочки.
В отличие от чисто химического способа получения растительных волокон (например, методом щелочной варки) новая ультразвуковая технология позволяет избежать деструкции целлюлозы и сохранить высокие прочностные свойства получаемых волокон.
Новая ультразвуковая технология экономична и экологически безопасна. Она позволяет получить в установке (рис. 22) элементарные волокна высокого и стабильного качества, что необходимо для эффективного применения их в производстве нетканых материалов технического назначения, в частности, для автомобилестроения.
На рис. 23 показаны примеры практического применения натуральных волокон в автомобилях. Такие волокна используются для изоляции моторного отсека, крыши и облицовки дверей.
Расширяется применение таких волокон в производстве тормозных накладок и колодок в качестве армирующих и усиливающих эффективность торможения. Раньше в производстве тормозов применялись асбестовые волокна, преимущество которых заключалось в их способности к фибриллированию. Однако применение асбестовых волокон связано с загрязнением окружающей среды и высокой опасностью возникновения онкологических заболеваний. Поэтому асбестовые волокна были впоследствии заменены арамидными, которые являются все же чересчур дорогими для этой области применения.
Лен и пенька, обрабатываемые по ультразвуковой технологии фирм Fleissner-Ecco, являются экологически безопасными, относятся к возобновляемым ресурсам, имеют относительно невысокую стоимость, обладают стабильными качественными показателями, позволяющими повысить прочность и улучшить другие характеристики тормозных накладок (рис. 24).
Эта технология обеспечивает также возможность фибриллирования волокон после резки, благодаря чему площадь их поверхности может быть увеличена до 33000 см² на 1 г волокна. Это обеспечивает растительным волокнам важные преимущества, открывающие для них широкие возможности применения в высоких технологиях.
Волокнистые холсты поверхностной плотностью 30...1500 г/м2 могут быть без осложнений подвергнуты скреплению струйным способом. Получаемые при этом изделия можно использовать при изготовлении самых разных деталей для автомобилей.
Описанные способы изготовления не раскрывают, само собой разумеется, весь ассортимент нетканых материалов, используемых в автомобильной промышленности. Нетканые материалы применяются (кроме указанных областей) также при изготовлении ремней безопасности, сепараторов для аккумуляторных батарей и фильтров. В будущем, вероятно, применение нетканых материалов в автомобилестроении станет еще более широким и многообразным.
© Российские торговые марки
