Termické způsoby zpevňování vlákenných vrstev

V této kapitole bude popsán způsob zpevnění vlákenných vrstev pojivy ve formě pevných polymerů nebo kopolymerů.

Podstatou procesu je:

 Nanesení pojiva na pavučinu nebo vlákennou vrstvu (prášek, pasta) nebo vrstvení vlákenné vrstvy s plošným pojivým útvarem (mřížka, folie), nebo příprava vlákenné vrstvy skládající se ze směsi základních a pojivých vláken (níže tajících nebo bikomponentních vláken)

 Tavením pojiva zvýšením teploty vrstvy

 Formování pojících míst

 Zpevnění pojiva ochlazením

Z výše uvedeného vyplývá využití pojivových polymerů v různých formách:

a) Prášky – rozměr zrn obvykle mezi 0,1 – 0,5 mm, příprava nejčastěji mechanickým drcením granulátu ve speciálních mlýnech pod teplotou Tg.

b) Vlákna a bikomponentní pojivová vlákna, která se připravují zvlákňováním c) Folie, které se připravují kalandrováním nebo vytlačováním taveniny

tryskami.

d) Mřížky, které se vyrábí zvlákňováním speciálními tryskami nebo prořezáváním folií s roztahováním do šířky [5].

21 Z chemického hlediska se využívají pojiva typu:

 Níže tajících homopolymerů (polypropylén, polyamid)

 Kopolymerů (kopolyestery s teplotami tání 110 – 260 °C, kopolyamidy s teplotami tání 110 – 200 °C, polyvinylacetát, polyvinylchlorid, etylén – vinylacetát apod.) [5].

Volba typu polymeru či kopolymeru je řízena požadavky na tepelnou či chemickou odolnost výrobku a na míře zpevnění, která je dána adhezí pojiva k základním vláknům. Právě adheze je kritickou veličinou z hlediska mechanických vlastností výrobků. Adheze je podstatná zejména vzhledem k relativně malé ploše styku pojiva s vlákny, ve srovnání s textiliemi pojenými chemicky. Menší plochy styku jsou dány podmínkami tvorby pojících míst, zejména pak vysokou viskozitou tavenin polymerů. Obecně zde platí, že adheze mezi polymery je tím vyšší, čím jsou tyto polymery chemicky podobnější. Pro pojení polyesterových vláken jsou vhodné kopolyestery. Kopolyamidy, díky přítomnosti svých polárních skupin, mají dobrou adhezi k většině základních vláken.

Bikomponentní vlákna nebo monokomponentní vlákna jsou nejčastěji používanou formou pojiva. Tyto vlákna musí mít v rámci teplovzdušného pojení některé specifické vlastnosti:

 Vhodnou teplotu tání vzhledem k tepelné odolnosti základních vláken a k požadavkům na tepelnou odolnost výrobků

 Odolnost vůči tepelné a tepelně oxidační degradaci při teplotním pojení

 Nízkou sráživost za tepla. Nevýhoda vysoké sráživosti vede k zužování výrobku a vzniku nerovnoměrností

 Nízkou viskozitu taveniny. Toto se zaručí polymery s nižší molekulovou hmotností a vyšším indexem toku.

 Vysoká viskozita zabraňuje přeformování taveniny do pojících míst.

 Dobrou adhezi k základním vláknům

 Nízký obsah a vhodný typ povrchové preparace. Preparace obecně snižuje adhezi a jejím odpařováním se znečišťuje ovzduší.

Tyto požadavky platí i pro základní vlákna v rámci tepelné odolnosti, sráživosti, obsahu preparace a olejů. Velikost povrchového znečištění může být omezujícím faktorem zpracovatelnosti zejména sekundárních vlákenných surovin [5].

22

Způsoby nanášení pojiv na vlákenné vrstvy – pojivová vlákna

Pojivová vlákna se mísí se základními vlákny v mísících komorách, mykacích čechradlech a mykacích strojích. Při tomto mísení je nutno dosáhnout vysokého stupně ojednocení základních i pojivových vláken a jejich vzájemného promísení. V opačném případě, kdyby se ve vlákenné vrstvě objevovali celé svazky vláken, docházelo by k nižšímu využití pojiva a zpevnění textilie a ke zhoršení omaku výrobku. Tyto operace jsou nákladné a spolu s cenou pojiv představují stinnou stránku pojení termoplasty.

Dostatečného ojednocení a promísení se dosáhne použitím dvojicí mykacích stojů, mezi nimiž je materiál dopravován příčným kladečem [5].

Výhody a nevýhody pojení termoplasty

Mezi výhody ve srovnání spojením disperzemi pojiv se zejména uvádí:

 Hygienická nezávadnost výrobků

 Ekologicky nižší závadnost (nepoužívají se síťovací prostředky, není skladování chemikálií)

 Jednodušší strojní zařízení

 Vyšší rychlost ohřevu

 Nižší spotřeba energie Nevýhodami jsou:

 Ušlechtilejší a dražší forma pojiv

 Vyšší náročnost mísení vláken pojivem

 Nižší plocha styku vlákno – pojivo, větší problémy se stabilitou výrobku v průběhu údržby

 Snížení produkce výrobního zařízení – rounotvorným zařízením prochází pojivo ve formě vláken [5].

Další výhody termického pojení:

 relativně měkké výrobky mohou připomínat textilii – důležitá jsou složení směsi na místě spoje.

Možno pojit vysoce objemné výrobky skrz celou jejich tloušťku. Může tak být dosaženo 100 % využití vlákenných komponentů [1].

23 1.3.5 Pojení kalandrem

Při tomto typu pojení probíhá vlákenná vrstva s pojivem mezerou mezi dvěma válci, z nichž jeden nebo oba válce jsou vyhřívané. Mezi těmito válci dochází ke stlačení procházející vrstvy a k jejímu zahřátí na takovou teplotu, kdy pojivo pomalu taje nebo je ve viskoelastickém stavu. Vlivem tlaku je pojivo formováno do tvaru pojících míst a následným ochlazením dochází ke zpevňování pojiva a vlákenné vrstvy.

Nejčastěji se pro výrobu netkaných textilií používají dvouválcové kalandry s ocelovými válci dosahujících průměrů 150 – 300 mm. Tyto válce jsou vyrobeny z tlustostěnných trubek z vysoce homogenní oceli pro zajištění rovnoměrného rozvodu tepla po celém povrchu válců a odolnosti proti průhybu vlivem vloženého zatížení. Tyto válce jsou vytápěny olejem nebo jiným kapalným médiem, uzavřeným či cirkulujícím uvnitř válce a ohřívaným elektricky, plynem nebo parou. Jsou konstruovány pro teploty vyhřívání až 250 °C, dále pro přítlak válců dosahující do 300 000 N.m^-1 a pracovní rychlosti do 150 m.min^-1. Pojiva jsou nejčastěji ve formě prášků nanesených na vrstvu, pojivých vláken přimíchaných k vláknům základním, folií, mřížek vložených mezi dvě vrstvy základních vláken.

Výrobní rychlost omezuje malá plocha styku vlákenné vrstvy s válci a tloušťkou vlákenné vrstvy. Plošné hmotnosti, které jsou obvyklé pro tento typ pojení, dosahují 10 – 100 g.m^-2. Pro vrstvy s větší plošnou hmotností možno použít kalandrů s předhřívacím infračerveným nebo horkovzdušným zařízením, popřípadě víceválcových kalandrů, které jsou určeny pro plošné hmotnosti 1,5 – 3,0 kg.m^-2. Válce mohou být hladké nebo rastrované. Hladkými válci se propojí vrstva v celé ploše a rastrovanými je v místech volitelných tvarů.

Základní parametry procesu pojení kalandrem jsou:

 Typ a koncentrace pojiva

 Teplota

 Tlak

 Rychlost postupu vlákenné vrstvy

 Plošná hmotnost vlákenné vrstvy

24

V závislosti na uvedených veličinách dochází k roztavení pojiva a tvorbě spojů mezi vlákny. Vzniká aglomerační struktura s rozdílným stupněm spojitosti částic pojiva [5].

Obr. 9 Pojení termoplastickými vlákny – aglomerační struktura

a) bikomponentními vlákny, b) monokomponentními vlákny, c) pojení za tlaku[5].

Takto vyrobené výrobky se vyznačují nízkou objemností s vysokou smykovou tuhostí blížící se vlastnostmi papíru. Diskrétní rozmístění pojiva v ploše ve formě pojících míst ponechává naopak mezi pojícími místy plochu s volnými, neukotvenými a snadno pohyblivými úseky základních vláken. Tyto skutečnosti vedou ke zvýšení splývavosti, ohebnosti, pevnosti v dalším trhání, prodyšnosti a ke zlepšení omaku při nepatrném snížení tahové pevnosti.

Typické výrobky vyrobené tímto pojením jsou výrobky určené především pro nemocnice, hygienické zboží, čistící textilie, různé typy textilií vyrobené pod tryskou atd. [5].

1.4 Vlákna pro výrobu netkaných textilií

V této kapitole budou uvedeny základní vlákna pro výrobu netkaných textilií a dále pak vlákna použitá při výrobě vrstev vzorků netkaných textilií v rámci zadání bakalářské práce, která jsou vhodná pro termické pojení. Detailněji zde budou popsány vlákna polyesterová (dále PES) a bikomponentní (dále BIKO). U BIKO vláken budou představeny jejich příčné průřezy bok po boku a jádro plášť – jako metody, které jsou v termických technologiích nejčastěji používané

25 1.4.1 Syntetická vlákna

V produkci NT jsou na prvním místě syntetická vlákna. Jsou zastoupeny ve více než 90 % celkové produkce. Tyto vlákna spadají do 3. tříd, vlákna vyrobená z přírodních polymerů, ze syntetických polymerů a z anorganických polymerů.

V procentuálním vyjádření světového používání vláken určených pro světovou produkci netkaných textilií obsahuje - polypropylen 63 %, polyester 23 %, viskózové hedvábí 8 %, akryl 2 %, polyamid 1,5 %, a další speciální vlákna 3 % [1].

1.4.2 Polypropylenová vlákna

Výhodou těchto vláken je jejich výborná odolnost proti chemikáliím kromě dlouhodobého vystavení působení olejů a jsou minimálně navlhavé. Nevýhodami jsou nižší tepelná vodivost (Tt), nemožnost povrchového barvení a nízká odolnost vůči ultrafialovému záření. Teplota tání je 170 °C, teplota měknutí je kolem 145 – 155 °C, tepelná odolnost výrobků je do 110 °C [5].

1.4.3 Polyesterová vlákna

Tento typ vláken představuje nejpoužívanější typ syntetických nebo umělých vláken. Tato vlákna jsou velmi univerzální a jsou používána pro různé druhy oděvů, textilií pro domácnost a průmyslové aplikace. Polyesterová vlákna vyrobená zvlákňováním z taveniny jsou na bázi kondenzačních polymerů vytvořených z kyseliny tereftalové a dvojsytného alkoholu. Nejpoužívanější polymer je polyethylentereftalát, který je tvořen z kyseliny tereftalové a etylenglykolu[6].

K vlastnostem těchto vláken patří dobrá schopnost zotavení, vysoká pružnost a objemnost, dobrá odolnost proti vůči chemikáliím včetně dlouhodobého účinku, s výjimkou kyselin a zásad. Nevýhodou je náročnější barvení a žmolkování. Teplota tání je 256 °C, tepelná odolnost výrobku je 180 – 200 °C [5].

Obr. 10 Chemický vzorec polyetylentereftalátu [7].

26 1.4.4 Bikomponentní vlákna

Vyrábějí se zvlákňováním nejčastěji dvou různých polymerů za pomoci zvláštní zvlákňovací hubice. Tato vlákna jsou obecně klasifikována hlavně podle průřezu jako bok po boku, jádro- plášť, ostrovy v moři, avšak pouze typ bok po boku a jádro a plášť jsou vhodné pro termické pojení [5].

Tato vlákna se skládají z minimálně dvou odlišných polymerních složek.

K nejstarším komerčně používaným vláknem bylo vlákno bok po boku, které se nazývalo Cantrece vyrobené firmou Dupont v šedesátých letech minulého století.

Následovalo ho samoobloučkovací vlákno Monvel od firmy Monsanto, které se používalo v punčochovém průmyslu v sedmdesátých letech. V rámci nákladných výrobních procesů nebylo ani jedno vlákno komerčně úspěšné. V roce 1986 bylo vyvinuto úspěšnější spřádací zařízení od firmy Neumag, což byla firma zabývající se výrobou strojů pro syntetická vlákna. Rozmach požívání BIKO vláken, se zrychlil na počátku devadesátých let, kdy byla nouze o stejnoměrné pojení celé tloušťky NT, které vzhledem ke své velké plošné hmotnosti nebylo možné pojit chemicky.

V poslední době je tento trh s BIKO vlákny rozvíjen hlavně Japonskem a Koreou. Celosvětově je jen jejich podíl odhadován kolem 91 milionů kilogramů ročně.

Typ vlákna bok po boku

Tento typ vláken tvoří dvě složky, které jsou uspořádány bok po boku a jsou rozděleny na dvě nebo více dílů, jak je znázorněno na obr. 11. Tyto dvě složky musí mít dobrou přilnavost. V opačném případě by se jednalo o výrobu dvou vláken rozlišného složení. Pro výrobu tohoto typu vláken existuje několik způsobů výroby. Zejména asymetrické uspořádání umožňuje dosažení trojrozměrného obloučkování během termického pojení, za pomoci rozdílného termického srážení těchto dvou složek. Toto skryté obloučkování vede ke zvyšování objemové stálosti a měkčí textilii na dotek.

Vlastnosti obloučkování jsou stanoveny podle vlastností polymeru, hmotnostnímu poměru a struktury pavučiny, která se liší způsobem výroby. Za použití rozdílných termických sráživých vláken může nastat zvýšení úrovně obloučkování z 15 % na 30 % a zvýšení počtu obloučku na cm z 6,5 na více než 22 [9].

27

Obr. 11 Příčné průřezy bikomponentních vláken typu bok po boku [9].

Typ vlákna jádro-plášť

U tohoto typu vláken je jedno ze složek (jádro) zcela obklopeno vnější složkou (plášť). Uspořádání jádra je buď excentrické, nebo koncentrické, podle požadovaných vlastností textilie. Při požadavku vysoké pevnosti textilie je forma vlákna koncentrická, je-li požadován objem, je použito formy excentrické. Pro celistvost vlákna není vždy požadována dobrá přilnavost. Členité rozhraní mezi vnějším obalem a jádrem může poskytovat mechanické sevření, které je žádoucí při nedostatku dobré přilnavosti jak znázorňuje obrázek č. 12. Barvitelnost, požadovaný lesk a zpracovatelské vlastnosti (jádro, u kterého převládají tahové vlastnosti) jsou jedněmi z výhod tohoto typu bikomponentních vláken. Další výhodou je minimalizace finančních nákladů, díky technologii a vzájemnému poměru těchto dvou polymerních složek. Typický je i poměr dvou složek a to 50 : 50 nebo 30 : 70, v některých případech je možno použít poměru i 10 : 90. První průmyslové využití těchto vláken, se týkalo provedení coPES/PES nebo PE/PP určené pro hygienické aplikace ve formě vícevrstvé vaty, dále čistící textilie, zdravotnické tampony a filtry. Rozdíl v teplotě tání u jádra-plášť PE/PP je kolem 40 °C.

U coPES/PES, obal taje při 100 - 110 °C, zatímco jádro taje při 250 - 256 °C.

Vlákna typu coPES/PES tvoří silné primární vazby sami mezi sebou, a proto jsou vhodné pro použití struktury se základními vlákny. Zde právě závisí na typu základních vláken. Vlákna je možné upravit tak, že mezi bikomponentními vlákny jsou tvořeny sekundární vazby. Příkladem jsou vlákna PE/PES , které mají velký rozdíl mezi teplotou tání obalů PE (125 - 135 °C) a jádra PES (250 - 256 °C) a tím přináší řadu výhod při termickém pojení netkaných textilií. Mezi tyto výhody patří zejména široká škála pojících teplot, které mohou být snášeny, dokud není jádro ovlivněno teplotní škálou [9].

28

Obr. 12 Příčné průřezy bikomponentních vláken typu jádro-plášť [9].

1.5 Měření mechanických vlastností plošných textilií

1.5.1 Popis měření pevnosti v tahu na trhacím přístroji Labtest 2.05

Obr. 13 – Měřicí přístroj Labtest 2.05

1 – Horní příčník, 2 – pohyblivý příčník, 3 – siloměrný snímač, 4 – bezpečnostní STOP tlačítko, 5 – kontrolka napájení, 6 – modul napájení, 7 – spodní zarážka, 8 – horní zarážka[10].

Tento stroj je určen pro měření pevnosti a tažnosti plošných textilií, šicích nití a vlastností švů oděvních výrobků. Stroj se rozděluje na horní část, pohyblivou část a posuvný příčník. Siloměrný snímač umístěný na horním pevném příčníku má jmenovité zatížení tah/tlak do 100 N a tentýž snímač umístěný na dolním pohyblivém příčníku má jmenovité zatížení tah/tlak do 2500 N. Na předním panelu stroje je umístěno bezpečnostní tlačítko STOP a napájecí kontrolka. Na zadním panelu stroje je umístěn hlavní vypínač, pojistkový držák a konektor síťového napětí.

29 Příprava a upevnění vzorku

Před vlastním měřením je nutné připravit vzorky podle norem (ČSN 80 0812, ČSN 80 0841, ČSN 80 0700, ČSN 80 0842, ČSN80 0810). Horní pracovní část – do 100 N – je určena pro měření pevnosti a tažnosti nití, měření cyklického namáhání nití a měření pevnosti a tažnosti lepeného spoje. Dolní pracovní část trhačky – do 2500 kN je určena pro měření pevnosti a tažnosti plošných textilních lan, šitých spojů. [10].

Zapnutí a vypnutí stroje

Tyto činnosti včetně modulu řízení jsou zajišťovány hlavním vypínačem na zadním panelu stroje. Nikdy nevypínat zařízení a modul napětí je-li příčník v pohybu.

Bezpečnostní vypnutí stroje – v případě, že dojde k selhání zkušebního stroje, je nutné provést stiskem tlačítka STOP nebo vypnutím hlavního vypínače [10].

Nastavení zarážek koncových spínačů

Horní i spodní zarážka musí být nastavena tak, aby nemohlo dojít ke kolizi a tím k poškození stroje. Po nastavení zarážky na požadovanou pozici se poté zafixuje šroubem [10].

Průběh měření

1. Zapnutí trhacího zařízení – spuštěním programu Labtest.

2. Příprava vzorků – dle norem – viz výše.

3. Volba pracovního prostoru stroje

4. Zapnutí vhodného konektoru trhacího přístroje horní/dolní do panelu periferií.

5. Otevření nebo vytvoření nového souboru.

6. Otevření nebo vytvoření nové definice.

7. Nastavení upínací délky – přes panel v programu.

8. Upnutí vzorků do čelistí závisí na typu zkoušky.

9. Spuštění chodu trhacího zařízení.

10. Tisk protokolu – uložení/export naměřených dat.

11. Konec měření.

30

2 E

XPERIMENTÁLNÍ ČÁST

V této části práce budou popsány parametry použitého materiálu pro výrobu vzorků a postup jejich výroby. Dále zde budou uvedeny postupy a techniky měření těchto vzorků. V závěru práce budou tyto výsledky vyhodnoceny a prezentovány ve formě zápisu a za použití grafů a tabulek.

Výroba těchto vzorků byla realizována v poloprovoze netkaných textilií.

Testování a měření vzorků probíhalo v poloprovoze a v laboratořích netkaných textilií.

2.1 Parametry použitého materiálu a vzorků

Zde budou popsány vlastnosti a parametry zvolených vláken a výsledných vzorků. V rámci různých proměnných faktorů při výrobě, jako poměrů vláken, plošných hmotností, hloubky vpichu, objemových hmotností a směrů průřezů, byla zajištěna široká škála vzorků pro následné měření. Závěrem bude za pomocí tabulky vysvětlena logika vyráběných vzorků.

2.1.1 Použitý materiál

Jako vlákenný materiál pro výrobu vzorků byly použity základní směsi vláken polyesteru a pojivých bikomponentních vláken polyesteru/kopolyesteru typu jádro-plášť. Použitá PES vlákna byla o délce 80 mm a pojivová BIKO vlákna polyester/kopolyester byla o délce 45 mm.

2.1.2 Jemnosti a poměry vláken

Pro výrobu vzorků bylo použito PES vláken o jemnosti 6,7 dtex a pojivých BIKO vláken polyester/kopolyester o jemnosti 3,3 dtex. Tato vlákna (základní vlákna/pojivá vlákna) byla poté smísena do dvou vybraných poměrů 80/20 a 20/80.Tyto dva poměry tvoří hlavní rozdělení při výrobě vzorků.

Všechny vyrobené vzorky byly vyrobeny pouze z těchto typů a jemností vláken.

2.1.3 Tloušťka vzorků

Každý poměr zmíněný v kapitole 2.1.2 byl vyroben ve dvou tloušťkách, které byly zajištěny pomocí železných distančních rozpěrek, které odpovídali zmiňovaným tloušťkám.

31 2.1.4 Plošná hmotnost

U každého poměru zmíněného v kapitole 2.1.2 a 2.1.3, byly zvoleny dvě hodnoty plošných hmotností a to100 g.m^-2, 300 g.m^-2.

2.1.5 Hloubka vpichu

Následně byly vyrobené vzorky vpichovány třemi různými hloubkami vpichu:

0 mm, 4 mm, 8 mm.

2.1.6 Logika vyráběných vzorků

Jak již bylo zmíněno v kapitolách 2.1.2, až 2.1.5 vyráběné vzorky se lišily výše uvedenými parametry. Hlavními skupinami byly poměry vláken PES a BIKO, které byly zvoleny: 80 % PES/ 20 % BIKO – počet vzorků 24 (z toho 12 bylo v průřezu příčném a 12 v průřezu podélném) a 80 % BIKO/20 % PES počet vzorků 24 (z nichž bylo 12 ve směru příčném a 12 ve směru podélném).

Z prvních 24 vzorků vyrobených v poměru 80 % PES/20 % BIKO, bylo vyrobeno 12 vzorků v tloušťce 2 mm a 12 vzorků o tloušťce 4 mm.

V prvních 12vzorcích u složení 80 % PES/20 % BIKO a tloušťce 2 mm bylo použito plošné hmotnosti 100 g.m^-2 a hloubek vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm. U druhých 12vzorků v poměru 80 % PES/20 % BIKO a tloušťce 4 mm, bylo použito plošné hmotnosti 300 g.m^-2 a hloubek vpichu 0 mm, 4mm a 8 mm.

Stejně bylo postupováno u třetích 12vzorků, kde u složení 80 % BIKO/20 % PES a tloušťce 2 mm bylo použito plošných hmotností 100 g.m^-2 a hloubek vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm. U čtvrtých 12vzorků se složením 80 % BIKO/20 % PES bylo použito plošné hmotnosti 300 g.m^-2 a tloušťky 4 mm a hloubek vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm.

Jak již bylo popsáno výše, bylo vyrobeno celkem 48 vzorků, které byly při výrobě chronologicky označovány a to od: A2 až po L4. Velké písmeno abecedy označuje, o jaký vzorek v pořadí se jedná a index označuje tloušťku vzorku, při termickém pojení. Na obrázku č. 14 viz níže je znázorněno označení jednotlivých vzorků během jejich výroby.

V tabulkách 1 a 2 bude znázorněn zápis jednotlivých vzorků s jejich parametry a vlastnostmi.

32

Obr. 14 Příklad označení jednotlivých vzorků. Vzorek B2 s tloušťkou 2 mm v příčném průřezu, ve složení 80 % PES/20 % BIKO, plošnou hmotností 100g.m^-2 a hloubkou vpichu 4 mm

Označení vzorku

Plošná hmotnost

Hloubka vpichu v mm

Distance term.

pojení

Směs % PES a

Směs % PES a

In document TERMICKY POJENÝCH NETKANÝCH TEXTILIÍ STUDIUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ (Page 20-0)