Что такое нетканое полотно? Типы, использование и сравнение с тканой тканью

Что такое нетканое полотно?

Нетканое полотно представляет собой плоский гибкий листовой материал, изготовленный непосредственно из волокон или нитей, соединенных вместе механическими, термическими или химическими средствами, без какого-либо плетения, вязания или формирования пряжи. В то время как традиционный текстиль требует, чтобы волокна сначала были скручены в пряжу, а затем переплетены на ткацком станке или вязальной машине, нетканые материалы полностью пропускают оба этих этапа: волокна переходят от сырья к готовому листу ткани в едином непрерывном производственном процессе.

В результате получается класс материалов с исключительно широким диапазоном свойств, зависящих от типа волокна, способа формирования полотна и технологии склеивания, используемой в производстве. Нетканые материалы могут быть мягкими или жесткими, абсорбирующими или отталкивающими, одноразовыми или долговечными, непрозрачными или полупрозрачными, проницаемыми для воздуха и воды или полностью образующими барьер. Эта универсальность в сочетании с высокой скоростью производства и низкой стоимостью материалов — вот почему нетканые материалы теперь появляются практически во всех отраслях: здравоохранении, гигиене, сельском хозяйстве, строительстве, автомобилестроении, фильтрации, упаковке и геотехнической инженерии.

Мировое производство нетканых материалов превысило 12 миллионов метрических тонн в год Согласно последним отраслевым данным, спрос постоянно растет на 6–8% в год. Наибольшие объемы применения — это гигиенические товары (подгузники, средства женской гигиены, недержание мочи у взрослых), медицинские и хирургические изделия, а также геотекстиль — каждое из которых зависит от конкретных комбинаций свойств, которые нетканые материалы обеспечивают более рентабельно, чем любой альтернативный материал.

Как изготавливаются нетканые материалы

Производство нетканых материалов включает в себя два последовательных этапа: формирование сети (создание слоя свободно расположенных волокон) и связь (объединение полотна в единое полотно со структурной целостностью). Метод формирования полотна и метод скрепления вместе определяют структуру конечной ткани, ощущение на ощупь, прочность и эксплуатационные характеристики.

Основными технологиями формирования веб-страниц являются спанбонд (непрерывные нити, экструдированные непосредственно из расплава полимера и уложенные на движущуюся ленту), выдутый из расплава (полимер, экструдируемый через тонкие сопла с высокоскоростным горячим воздухом для получения субмикронных волокон), сухая укладка (штапельные волокна, прочесанные или уложенные воздухом в полотно), и мокрая укладка (волокна диспергируются в воде и осаждаются на сите, аналогично производству бумаги). Методы склеивания включают в себя термическое соединение (сплавление волокон под воздействием тепла и давления в точках контакта), химическая связь (связующее латексное, нанесенное на полотно), гидрозапутывание (струи воды под высоким давлением механически перепутывают волокна) и пробивание иглы (иглы с зазубринами механически сцепляют волокна путем многократного проникновения).

Нетканый полипропиленовый спанбонд: наиболее широко используемый нетканый материал

Среди всех видов нетканых материалов спанбонд polypropylene (PP spunbond) является продуктом с наибольшим объемом продаж в мире и эталонным материалом, с которым часто сравнивают другие нетканые материалы. Его доминирование обусловлено сочетанием низкой стоимости полипропилена и его превосходных технологических свойств с эффективностью процесса производства спанбонда.

При производстве спанбонда полипропиленовые гранулы плавятся и экструдируются через фильерную пластину, содержащую тысячи мелких отверстий. Возникающие нити вытягиваются высокоскоростным воздухом для ориентации полимерных цепей и уменьшения диаметра нитей — обычно до 15–35 микрон для стандартного спанбонда по сравнению с 0,1–3 микрона для выдутого из расплава волокна. Непрерывные нити в случайном порядке укладываются на движущуюся конвейерную ленту, образуя полотно, которое затем проходит через нагретые каландровые валки, которые термически связывают нити вместе в точках их пересечения. Готовая ткань сматывается в рулоны для переработки или непосредственного использования.

Свойства ПП-спанбонда хорошо подходят для широкого спектра применений. Полипропилен по своей природе гидрофобен. — он отталкивает воду, а не впитывает ее, что делает необработанную ткань спанбонд естественно устойчивой к проникновению жидкости. Обработка поверхности может обратить это вспять: обработка коронным разрядом или нанесение гидрофильной отделки делает ткань впитывающей влагу для верхних слоев гигиенических изделий и для медицинских применений, требующих управления жидкостями. ПП-спанбонд также химически инертен к большинству кислот, щелочей и растворителей; устойчив к плесени и размножению бактерий; и полностью подлежит вторичной переработке вместе с потоком полипропиленовых отходов.

Вес ткани в ПП-спанбонде выражается в граммах на квадратный метр (г/м). Легкие сорта 10–20 г/м² используются для компонентов гигиенических изделий и укрытий сельскохозяйственных культур. Средний вес 25–60 г/м² охватывают медицинское и хирургическое оборудование, защитную одежду и многоразовые сумки для покупок. Более тяжелые сорта 80–200 г/м² используются в геотекстиле, строительных мембранах и промышленной фильтрации. Одна линия по производству спанбонда может производить продукцию полного диапазона веса, регулируя скорость линии, производительность полимера и давление каландра.

Композитные нетканые материалы SMS и SMMS

Одним из наиболее важных форматов продукции медицинских и гигиенических нетканых материалов является СМС (Спанбонд-Мелтблаун-Спанбонд) ламинат. SMS сочетает в себе два внешних слоя спанбонда для обеспечения прочности и мягкости и внутренний слой из мелтблауна для обеспечения барьерных свойств. Волокна полипропилена, полученные методом выдувания из расплава, настолько тонкие (часто менее 1 микрона), что создают чрезвычайно плотную извилистую сеть волокон, способную блокировать бактерии, вирусы и мелкие частицы, оставаясь при этом воздухопроницаемыми. СММС и СМММС конструкции добавляют дополнительные слои, полученные методом экструзии из расплава, для повышения барьерных характеристик и являются стандартным материалом для изготовления хирургических халатов, простыней и слоев респираторов, эквивалентных N95. Внешние слои спанбонда защищают хрупкую сердцевину, полученную методом экструзии из расплава, от истирания и обеспечивают прочность на разрыв, необходимую для изготовления одежды и ее эксплуатации.

Тканая ткань против нетканой ткани

И тканые, и нетканые материалы представляют собой плоские текстильные структуры, но их структура волокон, производственные процессы, характеристики производительности и структура затрат принципиально различаются. Выбор между ними для конкретного приложения не означает превосходство одного из них — у каждого есть явные преимущества.

Наиболее важным практическим различием является долговечность и стоимость. Тканые ткани разработаны для многократного использования. — их переплетенная структура нити устойчива к истиранию и сохраняет целостность при стирке, складывании и механических нагрузках в течение многих лет службы. Нетканые материалы в большинстве конфигураций оптимизированы для одноразового или ограниченного использования, где стоимость материала должна быть достаточно низкой, чтобы оправдать утилизацию после использования. Это не ограничение технологии — это замысел проекта. Одноразовый хирургический халат, который стоит 0,80 доллара и обеспечивает надежную барьерную защиту для одной процедуры, является лучшим решением, чем многоразовый тканый халат, требующий инфраструктуры стерилизации, стоимость которой в несколько раз превышает стоимость за цикл.

Прочные нетканые материалы действительно существуют: иглопробивной геотекстиль, установленный в дорожных основаниях и дренажных системах, рассчитан на срок службы 25–50 лет, а тяжелые сельскохозяйственные ткани из спанбонда из полипропилена используются повторно в течение нескольких вегетационных сезонов. Но экономическая логика использования нетканых материалов наиболее убедительна в сегментах одноразового и ограниченного использования, где они почти полностью заменили тканые альтернативы.

Нетканое полотно Медицинские приложения

Медицинские и хирургические конечные применения представляют собой один из самых требовательных и ценных сегментов нетканой промышленности. Требования строгие: ткань должна обеспечивать надежный микробиологический барьер, не содержать частиц или загрязнений, которые могут поставить под угрозу стерильность полей, соответствовать регулируемым стандартам устойчивости к жидкости и быть удобной для клинического персонала, носящего ее в течение длительного времени. Нетканые материалы — особенно полипропиленовые композиты SMS и SMMS — отвечают всем этим требованиям по цене, которая делает одноразовую утилизацию экономически выгодной, что исключает риск повторного загрязнения, связанный с многоразовым тканым хирургическим текстилем.

Хирургические халаты и простыни

Хирургические халаты и операционные простыни, изготовленные из нетканого материала SMS, классифицируются по стандартам EN 13795 (Европа) и AAMI PB70 (США), которые определяют четыре уровня производительности, основанные на устойчивости к жидкости и эффективности микробного барьера. Критические зоны — рукава и грудь хирургического халата, область оконной салфетки — требуют высочайшего уровня производительности, обычно достигаемого с помощью конструкций SMMS или SMMMS плотностью 40–60 г/м². В некритических зонах используется более легкий и воздухопроницаемый стандартный спанбонд, чтобы снизить тепловую нагрузку на пользователя. Переход от многоразового тканого хирургического текстиля к одноразовым нетканым халатам значительно ускорился после того, как стало известно, что многоразовые текстильные изделия, даже после проверенной стирки и стерилизации, сохраняют более высокие уровни бактериального загрязнения, чем новые одноразовые нетканые материалы.

Маски для лица и респираторы

Хирургические маски для лица и фильтрующие респираторы (FFP2/FFP3 в Европе; N95/N99 в США) полностью зависят от нетканых материалов в своей фильтрационной функции. Стандартная трехслойная хирургическая маска состоит из мягкого внутреннего слоя из спанбонда для комфорта лица, среднего слоя из расплава для бактериальной фильтрации и внешнего слоя из спанбонда, обеспечивающего структурную целостность и устойчивость к брызгам жидкости. Электретный выдувание из расплава, при котором волокнистому полотну придается постоянный электростатический заряд во время или после производства, значительно повышает эффективность улавливания частиц за счет притягивания заряженных частиц аэрозоля в дополнение к механическому перехвату, обеспечивая уровни производительности BFE ≥98% и PFE ≥98%, необходимые для масок медицинского назначения.

Товары для ухода за ранами и гигиены

Нетканые материалы составляют структурный компонент большинства повязок на раны, тампонов и стерильных прокладок, используемых при клиническом и домашнем уходе за ранами. Вискозно-полиэфирные гидропереплетенные нетканые материалы широко используются для слоев, контактирующих с раной, сочетая в себе мягкость, впитывающую способность и низкую ворсистость. В гигиене спанбонд и нетканые материалы с воздушным соединением образуют верхний слой одноразовых подгузников, изделий для лечения недержания у взрослых и предметов женской гигиены - слой, непосредственно контактирующий с кожей. Эти верхние листы обработаны гидрофильными поверхностно-активными веществами, что обеспечивает быстрое проникновение жидкости, а гидрофобная структура полипропиленового волокна предотвращает повторное намокание, сохраняя поверхность кожи сухой.

Стерилизация Упаковка

Медицинские инструменты и устройства, стерилизованные оксидом этилена, гамма-излучением или паром, упаковываются в нетканые пакеты и обертки, которые должны позволять стерилизующему газу или радиации проникать во время цикла стерилизации, а затем сохранять микробный барьер после запечатывания до момента использования. Нетканые материалы из полиэстера и ПП спанбонд с контролируемым распределением размеров пор являются стандартными материалами для этого применения, проверенными на соответствие требованиям ISO 11607 к целостности упаковки и характеристикам микробиологического барьера.

Использование нетканых материалов в различных отраслях промышленности

Помимо здравоохранения, нетканые материалы являются неотъемлемыми компонентами в широком спектре отраслей и категорий продукции.

Сельское хозяйство

Легкие полипропиленовые спанбондовые покрытия (10–20 г/м²) широко используются в коммерческом садоводстве и овощеводстве для защиты сельскохозяйственных культур от мороза, насекомых и ультрафиолетового излучения, обеспечивая при этом светопропускание, циркуляцию воздуха и проникновение осадков. Нетканые материалы для почвопокровного покрытия (50–150 г/м2, черный полипропилен, устойчивый к УФ-излучению) подавляют рост сорняков, блокируя свет, оставаясь при этом проницаемыми для воды, заменяя мульчу из пластиковой пленки, которая разлагается и распадается на микропластик. Спанбонд и иглопробивные геотекстильные нетканые материалы используются в покрытиях контейнеров для питомников, разделительных слоях среды выращивания и опорах для гидропонных субстратов.

Строительство и геотехническая инженерия

Иглопробивной и фильерный геотекстиль являются одними из самых объемных нетканых материалов по весу. В гражданском строительстве они выполняют четыре функции: разделение (предотвращение смешивания различных слоев грунта или заполнителя), фильтрация (позволяет воде проходить, сохраняя при этом мелкие частицы почвы), дренаж (пропускающие воду вдоль плоскости ткани), и армирование (добавление прочности на растяжение слабым грунтам земляного полотна). Геотекстильные нетканые материалы используются при строительстве автомобильных и железнодорожных оснований, дренажных системах подпорных стенок, защитных слоях облицовки свалок, борьбе с береговой эрозией и стабилизации насыпей. Мембраны для обертывания дома — воздухопроницаемые погодные барьеры, установленные за внешней облицовкой — представляют собой нетканые материалы из полиэтилена или ПП, изготовленные методом спанбонд, разработанные для предотвращения проникновения жидкой воды, в то же время позволяя водяному пару выходить наружу из стеновой конструкции.

Автомобильная промышленность

Среднестатистический пассажирский автомобиль к моменту выхода с производственной линии содержит 20–30 отдельных нетканых компонентов. Иглопробивные и термически скрепленные нетканые материалы используются для изготовления подложки ковров, обшивки багажника, вставок дверных панелей, подложек потолка, изоляции моторного отсека, фильтрации воздуха в салоне и акустических экранов днища кузова. Автомобильные нетканые материалы должны отвечать строгим требованиям к термостойкости, стабильности размеров и низкому уровню выбросов летучих органических соединений — стандартам, которые привели к значительному развитию нетканых материалов из полиэстера и двухкомпонентных волокон для этого сектора.

Фильтрация

Фильтрация воздуха и жидкостей является одним из наиболее быстрорастущих сегментов применения нетканых материалов, что обусловлено стандартами качества воздуха в помещениях, правилами промышленных выбросов и требованиями к очистке воды. Нетканые материалы, полученные методом выдувания из расплава, с субмикронным диаметром волокон и большой площадью поверхности являются предпочтительным фильтрующим материалом для фильтров HVAC, мешков для пылесосов, промышленного сбора пыли, разделения масла и воды и микрофильтрации жидкостей. Электростатически заряженные выдувные из расплава (электретные) материалы обеспечивают фильтрацию, эквивалентную HEPA (≥99,97% при 0,3 микронах), при значительно более низком перепаде давления, чем HEPA-среды из стекловолокна, что снижает потребление энергии в системах кондиционирования воздуха.

На что обратить внимание при покупке у производителя нетканых материалов?

Для покупателей и групп по закупкам, оценивающих поставщиков нетканых материалов, несколько технических и коммерческих факторов определяют, сможет ли производитель последовательно соответствовать требованиям спецификаций в масштабе производства.

• Технология производства: Подтвердите, использует ли производитель линии спанбонд, мелтблаун, композитные SMS, чесальные или иглопробивные линии или их комбинацию. Не все предприятия имеют возможность производить многослойные композиты или электретно-заряженные среды, необходимые для медицинских и фильтровальных целей.
• Диапазон веса и ширины: Убедитесь, что производитель может производить определенный требуемый диапазон GSM и что его ширина линии соответствует ширине рулона, необходимой для вашего процесса преобразования. Стандартная ширина рулонов составляет от 1,6 м до 3,2 м; некоторые линии производят шириной до 5 м.
• Сертификаты качества: Для медицинского применения важны ISO 13485 (менеджмент качества медицинского оборудования) и соответствие стандартам EN 13795 или AAMI PB70. Для общепромышленного снабжения базовым стандартом является ISO 9001. Применения, контактирующие с пищевыми продуктами, требуют соответствия FDA или правил ЕС, касающихся контакта с пищевыми продуктами, для конкретного используемого сорта полимера.
• Возможность настройки: Ведущие производители предлагают собственную обработку поверхности (гидрофильная, антистатическая, антибактериальная), добавление цветной маточной смеси, ламинирование пленками или холстами, а также индивидуальную порезку и перемотку рулонов по заданным размерам. Производители, ограничивающиеся стандартным натуральным полипропиленом, не будут удовлетворять требованиям специального применения.
• Данные о консистенции и однородности: Базовый вес CV% (коэффициент вариации) по ширине рулона и в направлении машины является основным показателем качества нетканого материала. CV% ниже 3–5% является эталоном качества производства спанбонда. ; более высокие вариации приводят к нестабильной производительности процесса преобразования и конечного продукта.