Нетканые материалы: эволюция технологий производства

К числу технологий производства нетканых материалов относятся  сухое холстоформование, аэродинамическое, влажное холстоформование и производство спанбонда. На сегодняшний день основной технологией холстоформования является сухое холстоформование, включающее термоскрепление холстов, иглопробивание, спанлейс и химическое соединение (латексное скрепление) материалов. Сухое холстооформование осуществляется, преимущественно, прочесыванием как способом производства формованного полотна, и изготовленные таким способом полотна соединяются термическим, механическим, химическим способом или спутыванием, как спанлейс. Сухое холстоформование включает также различное расположение волокон: параллельное, случайное, расчесанное, перекрестное или аэродинамическое (аэродинамическое размещение длинного волокна из прочесанных волокон). Прочесывание представляет собой технологию холстоформования, при котором отделяются небольшие ворсинки в отдельные волокна для того, чтобы начать процесс параллельного упорядочивания для получения волокон в виде цельного полотна. Прочесанные нетканые полотна производятся из целого ряда волокон, включая вискозное волокно и полиэфир с диапазоном длины волокна от 1.2 до 20 см.

Аэродинамическое холстоформование (аэроформование) представляет собой метод формования полотна за счет смешивания волокон с воздухом для образования однородной смеси воздуха и волокна, которую затем наносят на движущуюся воздухопроницаемую ленту или проволоку. Таким образом, полотна могут создаваться с использованием латексного аэродинамического скрепления (LBAL), термоскрепления (TBAL), или же сочетания и того, и другого (MBAL), иди же соединения при высоком давлении (HBAL), напромер, гидроспутывания.

Dan-Web и Oerlikon Neumad (ранее M&J Fibertech) являются двумя крупнейшими производителями с аэродинамической технологией. К числу прочих производителей, использующих аэродинамическое хостоформование для производства нетканых материалов, относятся: Buckeye Technologies, Concert Industries, Georgia-Pacific Nonwovens, Rexcell (Duni), McAirlaid, Oji, FiberWeb (ранее BBA, сейчас вводит в эксплуатацию свою вторую линию в Тяньцзине, Китай, в 2007 г.) и в последнее время Danish Airlaid. Распространение данной технологии продолжается, его стимулирует расширение использования материалов в виде воздушно-волоконной массы в одноразовых гигиенических нетканых продуктах. Аэродинамическая технология, в целом, отличается от прочих технологий сухого холстоформования своим использованием коротких волокон, в основном, древесной массы. В результате, большинство продуктов, полученных с помощью данной технологии, отличается высоким влагопоглощением. Они недороги, и полностью поддаются биологическому разложению.

Древесное волокно  и смеси волоконной массы с  синтетическими материалами являются основными сырьевыми волокнами  для материалов, получаемых аэродинамическим холстоформованием. За счет своего использования для производства салфеток и впитывающих применений, потребление воздушной волоконной массы быстро увеличивалось, и будет продолжать увеличиваться в будущем. Во многом стимулом для развития рынка таких материалов стало расширение рынка детских подгузников. Воздушная масса была принята в качестве ядерного абсорбирующего материала отраслью по производству абсорбирующих гигиенических продуктов, и это еще более увеличило объем используемого материала.

Если в Европе соотношение  спроса и производственных мощностей  относительно сбалансированное, то в Северной Америке все еще имеется избыток производственных мощностей. К числу основных конечных рынков для материалов из воздушной массы относятся рынки салфеток (детских, для личного употребления, бытовых и промышленных), абсорбирующих ядерных материалов,  столовых принадлежностей (скатерти, салфетки), а также медицинских перевязочных материалов. К числу развивающихся применений относятся защитные и амортизирующие материалы для упаковки, средств фильтрации, новые композитные материалы для вытирания, а также впитывающие подложки для пищевых продуктов.

Системы влажного формования используются быстро и эффективно по сравнению с прочими технологиями формования полотна. К обработке  полотна влажного формования могут  применяться несколько технологий скрепления. Нетканые материалы, полученные влажным способом, используются для  производства применений в целом  ряде областей, особенно, на рынке продуктов  для обеспечения гигиены, в составе  средств фильтрации, а также медицинских  и хирургических  одноразовых применений, при изготовлении пакетиков для чая, фильтрационных материалов, медицинских барьерных тканей, специальных салфеток, разделителей батарей, подложек с покрытиями и ламинатами. Также они используются и на целом ряде более мелких рынков. Крупнейшим мировым производителем нетканых материалов, изготовленных влажным холстоформованием,  является компания Ahlstrom, за ней следует Hollingsworth & Vose. Обе эти компании имеют предприятия в Европе и в Северной Америке.

Нетканые материалы, сформованные из расплава, в число  которых входят спанбонд, мелтблаун, флэшспан, и электропрядение, продемонстрировали большой потенциал роста, и они будут занимать ведущие позиции в последующие несколько лет, особенно, когда технология электропрядения будет запущена в промышленное производство для производства крупных партий продукта. Формование из расплава представляет собой технологию формования, при которой полимеры плавят, экструдируют, а затем размещают для образования полотна. Как правило, полотна из мелтблауна самосвязывающиеся за счет охлаждения при горячем воздухе и небольшом расстоянии от головки экструдера до устройства отбора. Полотна из спанбонда скреплены термически, хотя их скрепление можно осуществлять также и механическим, и химическим способом. Наибольший объем продукции в области нетканых материалов, сформованных из расплава, приходится на долю спанбонда и мелтблауна.

Флэшспиннинг - это сложная и трудно реализуемая технология производства тканей из спанбонда, трудность заключается в необходимости поворачивать нагретый раствор, находящийся под давлением, при выдерживании очень точных заданных условий. Самым крупным рынком для полиэтилена, изготовленного флэшспиннингом, является рынок защитной одежды. В данном сегменте одним из основных нетканых материалов является Tyvek  от компании DuPont. Использование защитной одежды для самых различных конечных применений расширяется устойчивыми темпами. Tyvek остается основным материалом, используемым в данном сегменте. К числу прочих применений для Tyvek относятся: конверты, прокладки для зданий, стерильная упаковка, графические материалы, а также упаковка.

Электропрядение дает возможность производить полотно из сверхтонкого волокна с диаметрами волокон в наноразмерном диапазоне. Хотя об экономической целесообразности электропрядения было известно уже на протяжении нескольких десятилетий, за последнее время интерес к нему значительно возрос благодаря уникальным свойствам волокна, которое можно производить по индивидуальным заказам за счет управления условиями прядения и принимаемыми решениями. В последнее время сфера применения нетканых материалов, полученных с помощью электропрядения,  расширилась от медицинских до фильтрационных, и от военных до потребительских.

Получаемые костюмы  из химико-биологических материалов с нановолоконной подкладкой становятся легкой, проницаемой для воздуха и многофункциональной одеждой с добавлением еще и химических функциональностей для обеспечения защиты от вредных жидких веществ, паров и аэрозолей. В настоящее время на рынке имеется несколько товарных марок нетканых материалов. Вот лишь некоторые из них:  нановолоконные фильтры от Donaldson, DuPont, Finetex, а также ткани, отталкивающие жидкости, от Nano-Tex. Эти виды запущенных в промышленное производство нановолоконных нетканых материалов быстро расширяют свое присутствие на рынке.

Одной из проблем для  современного промышленного производства нановолоконной продукции является низкая пропускная способность при использовании технологии электропрядения. Компании Finetex, eSpin, Donaldson и Nanostatics являются активными игроками на переднем крае этого развивающего рынка. Они продемонстрировали способность осуществлять крупносерийное производство с  высокой пропускной способностью для нановолоконной продукции и нановолоконных нетканых материалов. На основе их коммерческой технологии можно производить нановолокна с диаметром от 50 до 500 нм. Толщина нанополотна может составлять от 100 нм до более чем 200 микронов. При наличии промышленной технологии электропрядения в промышленности можно теперь делать капиталовложения в эту отрасль,  но процесс промышленного внедрения находится еще на очень ранней стадии для крупносерийного нановолоконного производства.

Нетканые материалы (в основном, изготавливаемые с  помощью сухого, влажного или аэродинамического  холстоформования) можно скреплять с помощью четырех основных технологий скрепления: иглопробивание, термоскрепление или скрепление с пропиткой смолой, спанлейс (гидроспутывание) и химическое (латексное) скрепление.

Иглопробивание представляет собой технологию, при которой создаются иглопробивные нетканые материалы за счет механической ориентации и переплетения волокон из формованного из расплава или прочесанного полотна. Такое механическое перепутывание достигается с помощью тысяч иголок, которые многократно пробивают полотно в обоих направлениях. Здесь могут использоваться как натуральные, так и синтетические волокна.

Спанлейс также является технологией скрепления нетканого полотна. Полотно может быть изготовлено с помощью технологий влажного, сухого или аэродинамического холстоформования (воздушный спанлейс в последнем случае), а в последнее время начали использовать и технологию спанбонд. Технология спанлейс (создание гидроспутывания или гидравлического иглопробивания) включает спутывание в нетканое полотно свободно располагающихся волокон на пористой ленте или формование проволоки для создания структуры листа с помощью воздействия на волокна многочисленными рядами струй воды под высоким давлением. 

Преимуществом технологии спанлейс являются  эстетические свойства мягкого полотна, умеренная прочность и хорошее влагопоглощение. В Северной Америке и в Европе основными конечными рынками для материалов, изготовленных с помощью технологии спантейс, являются медицинские применения, такие как одежда для хирургов и сопутствующие предметы одежды, изделия для операционной, губки, повязки и медицинские обтирочные материалы. Сухие салфетки всегда были важным рынком для материалов спанлейс, но повсеместно расширяющийся мировой рынок салфеток с предварительным увлажнением, стал в настоящее время основным конечным рынком, особенно, в Европе. Последней разработкой является материал Evolon от Feudenberg,созданный с применением технологии формования из расплава и спанлейс.

Полотно создается  из сформованных из расплава биокомпонентных волокон из РЕТ/РА, которые затем подвергаются гидроспутыванию с помощью интенсивного воздействия большими объемами воды, которая расщепляет сегментированные биокомпонентные волокна на микроволокна и скрепляет их в прочную мягкую и износостойкую ткань. На развивающихся рынками Китая, Южной Америки и Восточной Европы были добавлены значительные производственные мощности. Основными компаниями-производителями нетканых материалов на основе спанлейс являются: DuPont, Orlandi, Jacob Holm и Spuntech.

Термоскрепление осуществляется с помощью каландрирования (простого или по определенной модели), горячего воздуха, инфракрасного нагревания или ультразвукового скрепления. Самым крупным рынком для прочесанного полипропилена с термоскреплением являлся рынок покрытий, но здесь произошел переход от прочесанных термоскрепленных материалов к полипропиленовым материалам, сформованным из расплава.

Химическое скрепление включает: сплошное насыщение связующим  компонентом, пропитку пеной связующего компонента, пропитку с использованием растворителя и нанесение печати (шаблонное скрепление). Скрепление полотна с помощью химического вещества является наиболее распространенным методом скрепления. Химический связующий компонент наносится на полотно,  затем отверждается. Наиболее часто использующимся связующим компонентом является латекс, поскольку он экономичен, его легко наносить, и он очень эффективен. Для нанесения связующего компонента используется несколько методов, включающих: скрепление с насыщением, скрепление с распылением, скрепление с нанесением печати, а также скрепление с пропиткой пеной.

При производстве промышленных обтирочных материалов больше используются нетканые материалы с химическим скреплением, чем при производстве потребительских, но здесь объем  производства уступает спанлейсу, который стал за последние пять лет шире использоваться для производства таких применений. На третьем месте находятся ткани из короткого волокна, изготовленные аэродинамическим методом. В области производства бытовых обтирочных материалов доли нетканых материалов с химическим скреплением и изготовленных на основе спанлейс практически одинаковы. К числу прочих применений для химически скрепленных нетканых материалов относятся строительные и кровельные материалы, медицинские и упаковочные применения.

 
Познакомиться с текущим состоянием и прогнозом развития рынков нетканых материалов Вы можете в отчетах  Академии Конъюнктуры  Промышленных Рынков:

Рынок спанбонда в России 
Анализ потребления спанбонда в России 
Рынок спанлейса в России 
Рынок нетканого геотекстиля в России

www.newchemistry.ru