Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Нетканых, искусственных и композицион. материалов


Технологии/Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Флокированные изделия: технология и ассортимент

Флокированные изделия: технология и ассортимент

20 мая 2010
Технический текстиль №23, 2010

Костенко Андрей Юрьевич

Современные наука и производство ориентированы на создание материалов, обладающих новыми свойствами. Процесс комбинирования различных материалов и технологий с целью получения новых свойств имеет, на наш взгляд, практически неограниченный потенциал. Одной из таких технологий безусловно является электрофлокирование.

Широкое распространение флокирование получило в 1970-е годы. Это было связано с разработкой и продвижением на рынок большого ассортимента химических волокон, клеевых композиций и компактных высоковольтных источников. Электростатика находит широкое применение в производстве нетканых материалов. Например, производство спанбонда, основывается на электростатической зарядке пучков волокон с целью их равномерного распределения на основе. Электрофлокирование же в электростатическом поле - есть упорядоченное нанесение текстильных волокон определенной длины на произвольную основу, предварительно покрытую клеем (рис.1)(рис.2).

Основа. Выбор и подготовка

Общим и, пожалуй, самым главным условием качества флокирования является достаточная смачиваемость поверхности основы или материала изделия выбранным клеем. В зависимости от решаемой задачи и типа основы ее подготовка может заключаться, в частности, в следующих операциях (или их комбинациях):
  • очистке поверхности от загрязнений и пыли
  • дополнительной отмывке
  • обработке коронным разрядом, плазмой или грунтованием
  • дополнительным каландрированием, шерохованием, обезжириванием или травлением обработкой праймерами.
Выбор подготовительных операций зависит от вида поверхности и типа используемого клея. Как правило, клей на водной основе требует более тщательной подготовки.


Клей

Он должен иметь хорошую адгезию к основе и флоку, обладать параметрами сушки, согласованными с основой или изделием, и иметь свойства, соответствующие выбранному способу клеенанесения. Для текстильных изделий особенно важна эластичность клеевой пленки. К клею для флокирования предъявляются следующие требования: 
  • электропроводность
  • открытое время, т.е. время, в течение которого на поверхности клея не образуется пленка, препятствующая внедрению флока в клей или вязкость клея не увеличивается до критического значения
  • адгезия к основе и ворсу. 
Различные изделия используются по-разному: в одних случаях требуется эластичность, в других - стойкость к органическим растворителям или сильной механической нагрузке. А часто и то и другое.  Способ нанесения клея выдвигает свои, часто противоположные требования. Распыление, сетчатые шаблоны, разравнивание ракелем, ротационный шаблон или гравированный вал, окунание, полив, кисть, пена - любой из этих способов имеет свои особенности и требует специального оборудования и внимания высококвалифицированных специалистов.

На наш взгляд, перспективным является использование клеев-расплавов. Существует, безусловно, целый ряд технических и технологических сложностей, но энергоемкость и размеры оборудования резко снижаются благодаря тому, что их техпроцесса исключается использование печей полимеризации. Их заменяют более компактные устройства охлаждения.
Можно сказать, что клей, находясь в середине «пирога», должен в конечном итоге соединить в одно целое основу и находящиеся в постоянном движении ориентированные волокна и тем самым «создать» флокированную поверхность. Это самая вариабельная составляющая флокированного изделия.

Сырьевой состав и окраска

Флок может быть как из натуральных (хлопок и шерсть в молотом виде средней длиной 0,2…0,3 мм), так и из синтетических волокон (искусственных – вискозы, химических – полиамидного, полиэфирного, ПАН). Полиэфирный флок весьма стоек к истиранию, влаге и УФ- излучению. Но его сложно окрашивать и он жесткий на ощупь.  Наиболее популярны (до 90% всего мирового производства) флоки из вискозного и полиамидного волокон. Вискозный флок наиболее дешевый. Он легко красится, обрабатывается, но имеет малую механическую прочность и легко заминается. Доля его на рынке постепенно сокращается. Полиамидный флок имеет хорошую механическую прочность, для его использования хорошо отработаны методы окрашивания и подготовки и, кроме того, для его изготовления можно воспользоваться широкой номенклатурой выпускаемых волокон. Так что по показателям цена-качество, доступность-универсальность полиамидный флок в настоящее время не имеет конкурентов.

Флок может быть яркий, полуматовый, матовый и глубоко матовый. Он может быть разной формы: прямой или гнутый, цилиндрического или треугольно-звездчатого сечения (так называемый «трилобал»). Флок бывает крашеный и суровый. Собственно крашение флока - этап необязательный. Неокрашенный флок находит свое применение, например, при изготовлении флокированных обоев или мебельных тканей. Но все же большая часть производимого в мире флока – окрашена.

Процесс производства флока в общем виде состоит из следующих этапов (рис.3).

Измельчение

Флокирование производится достаточно короткими волокнами 0,2…10 мм (10 мм – искусственный мех). Измельчение волокон до такого размера производится либо методом «резки», либо методом «помола».

Резаный флок должен иметь одинаковую длину. Для этого параллельные пучки волокон собирают в «жгуты», которые могут быть произведены только из синтетического волокна. Резка флока может производиться гильотинными и роторными машинами. Основные проблемы в процессе резки: противодействие спеканию волокон и эффективное охлаждение. На этапе резки контролируются ее равномерность (отклонения от заданной длины флока) и качество (наличие и вид дефектов на кончиках флока - «грибки», расщепления, а также – деформация флока).

Сырьем для помола служат, как правило, волоконные отходы, например, бракованный резаный флок или путанка. Молотый флок не имеет заданной длины; можно говорить об ее усредненном значении. Для помола используют мельницы различных типов. Главное не перестараться и не размолоть до пыли.

Крашение

Существуют два основных способа крашения флока. Крашение «в массе» производится на этапе экструдирования волокна. Этот способ в основном применяется для крашения в черный цвет, чаще всего для флока, применяемого в автомобильной промышленности. Другой способ – это крашение уже резаного или молотого волокна. 

Стоит отметить, что, например, вискозный и полиамидный флок окрашиваются фактически в любой цвет, тогда как полиэфирное волокно имеет ограниченный спектр цветов. Решающими для выбора красителя являются качества, требуемые от последующего готового изделия, например, светостойкость, устойчивость к мокрым обработкам или устойчивость к поту.  Крашение флока реализуется на основе хорошо отработанных технологий окраски текстильных материалов. Благодаря своим размерам флок интенсивно и равномерно окрашивается даже при использовании самых простых процессов крашения.

Активация флока является ключевой для технологии флокирования. Не вдаваясь в детали, можно сказать, что вся технология активации построена на возможности волокон:
  • получать заряд
  • ориентироваться
  • перемещаться в электрическом поле. 
Три цели активации:
  1. Придать флоку заданную электропроводность по всей длине., что позволит ворсинкам заряжаться не только от высоковольтного электрода, но и друг от друга. Электропроводность обеспечивает создание диполя на ворсинке. Такой распределенный заряд ориентирует флок перпендикулярно флокируемой поверхности.
  2. Придать флоку сыпучесть для разделения в системе подачи ворса и в дозирующем устройстве.
  3. Обеспечивать флоку должную гидрофильность.

Механизм зарядки и перераспределения зарядов достаточно сложен, но схематично выглядит следующим образом (рис.4). При поступательном движении в электрическом поле на волокно действуют три основные силы:

  • гравитационная (зависит от массы волокна)
  • кулоновская (зависит от заряда волокна и напряженности электрического поля)
  • сила сопротивления воздуха (зависит от скорости движения волокна и площади его поперечного сечения).

Электростатические силы в несколько десятков раз больше силы тяжести. Таким образом, заряд волокон является очень важной характеристикой процесса флокирования. Это превышение позволяет также вводить волокна в зону флокирования из любой точки:
сверху, снизу, сбоку. Или комбинировать эти способы.

Заряженные волокна, в общем виде, движутся вдоль силовых линий электрического поля, что позволяет эффективно флокировать трехмерные объекты. Зарядка волокон может происходить разными способами: трибозарядка, контактная зарядка, индукцией, коронным зарядом. Высокую эффективность показала контактная зарядка, когда волокна заряжаются при прямом контакте с металлическим электродом или при протирании флока щетками через металлическую сетку, на которую подано высокое напряжение.

Для потребителя важнейшими характеристиками флока являются :
  • материал, из которого изготовлен флок (отметим, что сам принцип переноса заряженной частицы в электростатическом поле не накладывает жестких ограничений на выбор материала)
  • длина флока (существуют рекомендованные соотношения линейной плотности и длины, которых и придерживаются производители; отметим, что современные требования к флокированным материалам заставляют производителей работать с более тонким и длинным ворсом, что стимулирует развитие технологии и создание нового оборудования)
  • линейная плотность (в диапазоне 0,9…44 dtex)
  • цвет.

Оборудование для флокирования

Не будем касаться оборудования построенного на принципах трибозарядки и высоковольтных источниках, создающих переменные поля. Обратимся только к оборудованию с источником питания, имеющий на выходе постоянное напряжение. Чаще всего используются однополярные источники с отрицательным напряжением, которое показало большую эффективность при зарядке волокон. В качестве второго электрода используется заземленная металлическая поверхность или непосредственно клей.

Сердцем любого оборудования для электрофлокирования является высоковольтный источник, который соединяется высоковольтным кабелем с заряжающим электродом или сеткой дозирующего устройства. Ниже приведены основные характеристики высоковольтного источника питания ВИП-04, на базе которого реализуются разнообразные устройства для флокирования.

Выходное напряжение регулируемое, постоянное отрицательное (без нагрузки), кВ… 0…90
Максимальный выходной ток, мкА…. 800 
Питающее напряжение - переменное однофазное, В/Гц…170…245 / 50±5
Суммарная потребляемая от сети мощность, Вт (не более)…100 
Габаритные размеры корпуса блока, мм (не более)….370 х 235 х 225
Масса, кг (не более)… 10 
Длина сетевого кабеля, м…2 (на заказ до 5). 
Длина высоковольтного кабеля, м…3 

Ручной флокатор - основной инструмент для флокирования практически любых объектов при единичном или мелкосерийном производстве, а также для проведения  проб и при разработке новых изделий или дизайнов (рис.5). В современных устройствах высоковольтный блок встроен в ручку и имеет малые габариты и массу.

Камеры для флокирования трехмерных изделий используются при средних и больших тиражах: в замкнутом объеме закреплена неподвижная сетка с поданным на нее высоким напряжением. Изделие вносится внутрь камеры и вращается.

Пневмофлокатор – устройство, позволяющее преодолеть ограничение по флокированию углов, вогнутых поверхностей, внутренней части различных коробок и футляров.

Линия непрерывной обработки. Как ни странно, часто легче покрыть флоком трехмерный объект с хорошим качеством, чем лист бумаги формата А4. Дело в том, что при флокировании плоских поверхностей требуется создать однородное поле по всей плоскости листа. Ручным флокатором это сделать почти невозможно, а габариты установок и их сложность сильно возрастают. В этом случае используют стандартные принципы: флокатор с узкой, но превышающей размеры листа зоной флокирования, в пределах которой и создается однородное электростатическое поле. Лист, с нанесенным клеем, проходит через зону флокирования на конвейере, либо устройство флокирования протягивается над листом. Больше всего устройств изготавливается с подвижным конвейером (рис.6). Основные элементы линии (на примере линии для флокирования бумаги и пластика):
  • разматывающее устройство с возможностью установки двух и более ролей.
  • устройство стыковки полотен
  • компенсатор
  • машина клеенанесения (в зависимости от решаемой задачи используют различные способы: разравнивание раклей, печать ротационными шаблонами, нанесение пены и др.)
  • флокирующие ус тройства (как правило, используют схему «сверху- вниз»; для повышения производительности и улучшения качества устанавливают последовательно несколько флокирующих устройств на разной высоте; отличительной особенностью машин для флокирования ткани является установка бил под полотном и наличие ширительного устройства)
  • агрегат предварительной очистки
  • сушильные печи (в них флокированное полотно так же транспортируется конвейером, снабженным ширительным устройством; сушка проводится горячим воздухом и (чаще)/или ИК- излучением; воздух нагревают электронагревателями, газовыми горелками, масляными станциями, перегретым паром; тип нагрева – наиблее энергозатратной части линии, как правило, определяется наличием или отсутствием таких систем на предприятии и объемами производства)
  • устройства воздушного или водного охлаждения
  • щетки, вентиляторы и устройства отсоса воздуха с остатками флока для окончательной чистки
  • узлы намотки
  • отдельно стоящие линии для проведения дополнительных операций по обработке флокированной полверхности (печати, тиснения, дополнительной пропитки, печати флоком по флоку и др.).

Области применения флокирования

Исходным посылом было желание украсить поверхность, чтобы в отличие, скажем, от крашения добавилась еще и бархатистая фактура. Со временем стало понятно, что наряду с декорированием флокирование придает материалу дополнительные потребительские свойства: звукоизоляцию теплоизоляцию, влагопоглощение.

Флокирование, как таковое, не выросло в самостоятельную отрасль. Но незаметно для всех нас флокированные изделия стали непременной частью нашей жизни. Используя ворс волокон различной химической природы, длины и линейной плотности, можно получать материалы, с высокими эксплуатационными свойствами (устойчивостью к истиранию и многократным изгибам), улучшенного товарного вида и самого разнообразного ассортимента.

К числу технологических применений флокирования относятся:
  • резиновые направляющие для стекол в автомобилях – для теплоизоляции и улучшения скольжения
  • внутренняя поверхность резиновых медицинских перчаток (молотый хлопковый флок) – для улучшения скольжения
  • аппликаторы для забора биологического материала – для влагопоглощения
  • держатели, направляющие, плечики для одежды, бигуди – для лучшей фиксации и посадки
  • флуоресцентные волокна в купюрах и ценных бумагах – для защиты от подделки
  • отделочные материалы для студий звукозаписи, акустических систем, салонов автомобилей – для звукоизоляции
  • напольные коврики – для влагопоглощения и фиксации.

К числу декоративных применений:
  • искусственная замша (вискозный флок), велюр, бархат
  • обои
  • бумага для детского творчества
  • упаковочная бумага
  • надписи и рисунки на одежде и спортивной форме
  • декоративная ткань для обивки автомобильных сидений
  • трехмерная упаковка
  • игрушки и сувениры.

Наиболее важны флокированные текстильные обивочные материалы, выпуск которых только в США составляет 150 млн. погонных метров в год. Не менее активно на рынке обивочных материалов торгуют и производители из Азии. Особый сегмент рынка занимает технология печати флоком на одежном текстиле. Для придания флокированным материалам желаемого оптического эффекта проводят, например, структурирование волокон. Флок используется также в обувной промышленности для отделки как внутренних, так и наружных поверхностей обуви и изделий кожгалантереи.

Флокирование вакуумно-литьевых листов пластика, твердого ПВХ и полистиролов широко используют при оформлении выставок и в индустрии тары и упаковки.

В наше время невозможно представить изготовление автомобиля без флокированных оконных уплотнителей и других изолирующих профилей. В современном автомобиле много технических частей, невидимых потребителю, где флок выполняет различные функции: от снижения скрипа и шума до улучшения работы механизмов скольжения со смазкой и без постоянной смазки. Ящик для перчаток, ниши и панели флокируются для придания интерьеру законченного вида. Помимо чисто декоративных свойств, подобная отделка придает другие важные качества, такие как снижение шума, стабилизация микроклимата, одним словом, комфортность.

Не менее популярно флокирование бумаги и нетканых материалов. Флокированная бумага широко используется в детском творчестве и в книжной индустрии для переплета книг. Пользуются спросом в настоящее время в России, например, школьные тетради с флокированными рисунками на обложке. Вновь вернулись в моду флокированные обои, объем производства которых постоянно наращивается.

Флокирование – очень живая технология и постоянно открывает новые области применения. Многие группы товаров исчезают, а затем снова становятся суперсовременными, в том числе благодаря флокированию. В мире ежегодно производится и используется до 100.000 тонн флока.

Мы считаем, что флокирование — недооцененная технология, особенно, в России. Нам нужно не догонять другие страны, а работать над выпуском новых высокотехнологичных продуктов.

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ