Производство нетканых текстильных материалов началось в конце 1940-х годов и вступило в фазу развития в 1950-х годах, за которой последовало коммерческое расширение в 1960-х годах. В течение следующих 35 лет индустрия нетканых материалов созрела и установила рынки для нетканых материалов, либо обеспечивая рентабельные характеристики в качестве альтернативы обычному текстилю, либо предлагая продукты, специально разработанные для целевого конечного использования. Эта отрасль пережила рецессию лучше, чем обычный текстиль, и росла более быстрыми темпами. Его проблемы со здоровьем и безопасностью аналогичны проблемам остальной части текстильной промышленности (например, шум, переносимые по воздуху волокна, химические вещества, используемые для склеивания волокон, безопасные рабочие поверхности, точки защемления, ожоги от теплового воздействия, травмы спины и т. д.).
В целом в отрасли хорошие показатели безопасности, а количество травм на стандартную единицу работы невелико. Промышленность отреагировала на вызовы, связанные с законами о чистой воде и чистом воздухе. В Соединенных Штатах Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) обнародовало ряд правил защиты рабочих, которые требуют обучения технике безопасности и производственных методов, которые значительно улучшили защиту рабочих. Ответственные компании по всему миру применяют аналогичные методы.
Сырье, используемое в промышленности, обычно аналогично тому, которое используется в обычном текстиле. По оценкам, промышленность ежегодно использует почти 1 миллиард кг смеси сырья. В качестве натуральных волокон используются преимущественно хлопок и древесная масса. Производимые волокна включают вискозу, полиолефины (как полиэтилен, так и полипропилен), полиэфиры и, в меньшей степени, нейлоны, акрилы, арамиды и другие.
Был ранний рост количества нетканых процессов примерно до десяти. К ним относятся; спанбонд, выдувание из расплава, воздушно-уложенная целлюлоза и смеси, мокрая укладка, сухая укладка (скрепленная иглопробиванием, термоскреплением или химическим связыванием) и процессы скрепления стежком. В Соединенных Штатах, промышленность насытила многие из своих рынков конечного использования и в настоящее время ищет новые. Основная область роста нетканых материалов развивается в области композитов. Ламинаты нетканых материалов с пленками и другими покрытиями расширяют рынки нетканых материалов. Хранение нетканых материалов в рулонах в последнее время стало предметом пристального внимания из-за воспламеняемости некоторых продуктов, которые имеют очень низкую плотность и большую площадь поверхности. Считается, что рулоны, отношение объема к весу которых превышает определенный коэффициент высоты рулона, создают проблемы при хранении.
сырье
Целлюлозные волокна
Объем отбеленного хлопка, используемого в нетканых материалах, неуклонно растет, а смеси хлопок-полиэстер и вискоза-полиэстер в нетканых материалах, связанные гидроперепутыванием, стали привлекательными комбинациями для применения в медицине и женской гигиене. Был интерес к использованию неотбеленного хлопка в нетканых процессах, и некоторые привлекательные экспериментальные ткани были произведены с использованием процесса гидроперепутывания.
Район столкнулся с некоторым давлением со стороны защитников окружающей среды, которые обеспокоены воздействием побочных продуктов процесса на окружающую среду. Некоторые производители вискозы компании в США отказались от отрасли, а не столкнулись с затратами на соблюдение нормативных требований, налагаемых законами о чистой воде и воздухе. Те компании, которые решили удовлетворить требования, теперь, кажется, довольны своими модифицированными процессами.
Волокна древесной массы являются основным компонентом одноразовых подгузников, изделий, используемых при недержании, и других впитывающих изделий. Используются волокна из твердой древесины и крафт-волокна. Только в Соединенных Штатах использование целлюлозного волокна составляет более 1 миллиарда кг в год. Небольшой процент используется в процессах воздушной укладки нетканых материалов. Эти продукты популярны в качестве полотенец в самых разных областях, от кухни до спорта.
Синтетические волокна
Двумя наиболее популярными полиолефиновыми волокнами являются полиэтилен и полипропилен. Эти полимеры либо превращаются в волокна штапельной длины, которые впоследствии превращаются в нетканые материалы, либо также превращаются в нетканые материалы спанбонд путем экструзии полимеров с образованием нитей, которые формируются в полотна и соединяются термическими процессами. Некоторые из произведенных тканей перерабатываются в защитную одежду, и к 1995 году более 400,000,000 XNUMX XNUMX комбинезонов были изготовлены из популярной полиэтиленовой ткани спанбонд.
Самое большое разовое использование нетканого материала в Соединенных Штатах (примерно 10 миллиардов квадратных метров) - это покрытие в одноразовых подгузниках. Это ткань, которая контактирует с кожей ребенка и отделяет ребенка от других компонентов подгузника. Ткани из этих волокон также используются в изделиях длительного пользования и в некоторых геотекстильных приложениях, где ожидается, что они прослужат неопределенный срок. Ткани разлагаются в ультрафиолетовом свете или некоторых других видах излучения.
Термопластичные волокна из полиэфирных полимеров и сополимеров широко используются в нетканых материалах как в процессах штапельного волокна, так и в процессах фильерного производства. Общий объем полиэфирных и полиолефиновых полимеров, используемых в США в нетканых материалах, оценивается более чем в 250 миллионов кг в год. Смеси полиэфирных волокон с древесной массой, уложенные во влажном состоянии, а затем скрепленные гидроперепутыванием и впоследствии обработанные репеллентным покрытием, широко используются в одноразовых хирургических халатах и простынях. К 1995 году использование одноразовых медицинских нетканых материалов только в Соединенных Штатах превысило 2 миллиарда квадратных метров в год.
Нейлоновые волокна используются очень экономно в виде штапельных волокон и в ограниченном объеме в спанбондовых нетканых материалах. Одно из самых больших применений нейлоновых нетканых материалов, полученных методом спанбонд, - это армирование ковровых подкладок и фильтров из стекловолокна. Ткани обеспечивают поверхность с низким коэффициентом трения для ковриков, что облегчает укладку ковров. В фильтрах из стекловолокна ткань помогает удерживать стекловолокно в фильтре и предотвращает попадание стеклянных волокон в поток отфильтрованного воздуха. Другие специальные нетканые материалы, такие как арамиды, используются на нишевых рынках, где их свойства, такие как низкая воспламеняемость, рекомендуют их использование. Некоторые из этих нетканых материалов используются в мебельной промышленности в качестве блокаторов пламени для снижения воспламеняемости диванов и кресел.
Процессы
Спанбонд и мельтблаун
В процессах спанбонд и мельтблаун подходят синтетические полимеры плавятся, фильтруются, экструдируются, вытягиваются, заряжаются электростатически, укладываются в виде полотна, связываются и сматываются в рулоны. Этот процесс требует надлежащих мер безопасности, общих для работы с горячими экструдерами, фильтрами, фильерами и нагретыми валками, используемыми для склеивания.
Рабочие должны носить надлежащие средства защиты глаз и избегать ношения свободной одежды, галстуков, колец или других украшений, которые могут быть захвачены движущимся оборудованием. Кроме того, эти процессы почти всегда связаны с использованием больших объемов воздуха, и необходимо принимать особые меры предосторожности, чтобы избежать конструкций, которые могут привести к пожару, например, размещение легких балластов в воздуховоде. Тушение пожара в воздуховоде затруднено. Важно поддерживать безопасные поверхности рабочих полов, а полы вокруг любого нетканого оборудования должны быть свободны от загрязнений, которые могут привести к небезопасным опорам.
Процессы спанбонда и выдувания из расплава требуют очистки некоторого технологического оборудования путем сжигания любых накопленных остатков полимера. Обычно это связано с использованием очень горячих печей как для очистки, так и для хранения очищенных деталей. Очевидно, что эти операции требуют надлежащих перчаток и другой тепловой защиты, а также соответствующей вентиляции для уменьшения тепла и выхлопных газов.
Процессы спанбонд частично обязаны своими экономическими преимуществами тому факту, что они являются относительно быстрыми, а приемные валы могут быть заменены во время процесса. Конструкция оборудования для замены валков и подготовка операторов должны обеспечивать достаточный запас прочности для выполнения этих замен.
Сухая укладка
Процессы, включающие раскрытие тюков с волокнами, смешивание волокон для обеспечения равномерной подачи в чесальную машину, чесание для формирования полотна, поперечное переплетение полотна для обеспечения оптимальной прочности во всех направлениях, а затем направление полотна на какой-либо процесс склеивания, аналогичны в их требованиях безопасности к обычным текстильным процессам. Все открытые места, которые могут защемить руки рабочего в стыках рулонов, нуждаются в защите. Некоторые процессы сухой укладки включают образование небольшого количества переносимых по воздуху волокон. Работник должен быть обеспечен соответствующими средствами индивидуальной защиты органов дыхания, чтобы избежать вдыхания любых вдыхаемая часть этих волокон.
Если сформированные полотна должны быть соединены термически, обычно в полотно будет вмешиваться небольшое количество (порядка 10% по весу) низкоплавкого волокна или порошка. Этот материал плавится под воздействием печи с горячим воздухом или нагретых валиков, а затем охлаждается для образования связей ткани. Должна быть обеспечена защита от воздействия нагретых сред. В Соединенных Штатах ежегодно производится около 100 миллионов кг термоскрепленных нетканых материалов.
Если полотна скреплены иглопробиванием, используется игольчатый ткацкий станок. Массив игл устанавливается в игольные доски, и иглы продеваются через полотно. Иглы захватывают поверхностные волокна, проводят их сверху вниз ткани, а затем высвобождают волокна при обратном ходе. Количество проходов на единицу площади может варьироваться от небольшого количества (в случае тканей с высоким ворсом) до большого количества (в случае иглопробивного войлока). Ткацкий станок можно использовать для прошивания иглами как с верхней, так и с нижней стороны полотна, а также для использования с несколькими досками. Сломанные иглы необходимо заменить. Предохранительная блокировка ткацких станков необходима для предотвращения несчастных случаев во время такого обслуживания. Как и в случае кардочесания, в ходе этих процессов могут образовываться небольшие волокна, поэтому рекомендуется использовать вентиляцию и респираторы. Кроме того, рекомендуется защита глаз для защиты от разлетающихся осколков сломанных иголок. В США ежегодно производится около 100 млн кг иглопробивных нетканых материалов.
Если полотна скреплены химическим клеем, процесс обычно требует распыления клея на одну сторону полотна и пропускания его через зону отверждения, обычно через печь с циркуляцией воздуха. Затем направление полотна меняется на обратное, наносится еще один клей, и полотно отправляется обратно в печь. Третий проход через печь иногда используется, если необходимо завершить процесс отверждения. Очевидно, что в этой зоне должны отводиться газы печи, а также необходимо улавливать и удалять любые токсичные выбросы (в Соединенных Штатах это требуется различными государственными и федеральными законами о чистом воздухе). Что касается клеевого соединения, то во всем мире существует давление, направленное на сокращение выбросов формальдегида в окружающую среду. В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды недавно ужесточило ограничения на выброс формальдегида до одной десятой от ранее допустимых пределов. Есть опасения, что новые пределы ставят под сомнение точность доступных в настоящее время лабораторных методов. Производители клеев отреагировали на это предложением новых связующих, не содержащих формальдегида.
Воздух заложен
Существует некоторая путаница в номенклатуре нетканых материалов воздушной укладки. Один из вариантов процессов чесания включает чесание, включающее в себя секцию, которая рандомизирует обрабатываемые волокна в воздушном потоке. Этот процесс часто называют «процессом воздушной укладки нетканого материала». Другой, совершенно другой процесс, также называемый воздушной укладкой, включает диспергирование волокон в воздушном потоке, обычно с использованием молотковой мельницы, и направление диспергированного в воздухе волокна на устройство, которое укладывает волокна на движущуюся ленту. Сформированное полотно затем скрепляют распылением и отверждают. Процесс укладки можно повторять на линии с различными типами волокон для получения нетканых материалов из слоев с различным составом волокон. Волокна, используемые в этом случае, могут быть очень короткими, и необходимо принять меры по предотвращению контакта с такими волокнами, переносимыми по воздуху.
Мокрая укладка
Процесс мокрой укладки нетканых материалов заимствует технологию, разработанную для изготовления бумаги, и требует формирования полотна из дисперсии волокон в воде. Этому процессу способствует использование дисперсионных добавок, которые помогают избежать образования неоднородных комков волокон. Волокнистая дисперсия фильтруется через движущиеся ленты и обезвоживается прессованием между сукнами. В какой-то момент процесса часто добавляют связующее, которое связывает полотно во время сушки. В качестве альтернативы, в более новом методе полотно скрепляется путем гидроперепутывания с использованием струй воды под высоким давлением. Заключительный этап включает в себя сушку и может включать шаги по смягчению ткани с помощью микрокрепирования или какой-либо другой подобной техники. Известных серьезных опасностей, связанных с этим процессом, нет, и программы безопасности обычно основаны на общепринятых надлежащих производственных методах.
Сшивание
Этот процесс часто исключен из некоторых определений нетканых материалов, поскольку может включать использование пряжи для сшивания полотен в ткани. Некоторые определения нетканых материалов исключают любые ткани, содержащие «пряжу». В этом процессе полотно подается на обычные швейно-скрепляющие машины для производства трикотажных структур, которые предлагают широкий спектр комбинаций, включая использование эластичных нитей для производства тканей с привлекательными свойствами растяжения и восстановления. Опять же, с этим процессом не связано никаких исключительных опасностей.
Отделка
Отделки для нетканых материалов включают огнестойкие, водоотталкивающие, антистатические, смягчающие, антибактериальные, плавкие, смазочные и другие виды обработки поверхности. Отделки для нетканых материалов наносятся либо на линии, либо в автономном режиме после производства, в зависимости от процесса и типа отделки. Часто антистатические покрытия добавляются в режиме реального времени, а обработка поверхности, такая как травление коронным разрядом, обычно выполняется в режиме реального времени. Огнезащитные и водоотталкивающие покрытия часто применяются в автономном режиме. Некоторые специализированные обработки ткани включают воздействие на полотно высокоэнергетической плазменной обработкой, чтобы повлиять на полярность тканей и улучшить их характеристики при фильтрации. Безопасность этих химических и физических процессов зависит от каждого применения и должна рассматриваться отдельно.