Co to jest włóknina? Właściwości, zastosowania i produkcja

Włókniny różnią się od konwencjonalnych tkanin tym, że są wytwarzane przy użyciu technik mechanicznych, termicznych lub chemicznych, które nie wymagają tkania ani produkcji przędzy. Zamiast tego włókna są łączone ze sobą poprzez ich nieodłączne tarcie lub splątanie, wynikające z tych alternatywnych metod.

W przeciwieństwie do tradycyjnych tkanin, włókniny są wytwarzane bezpośrednio z oddzielnych włókien, a nie przędzone lub tkane.

Historia włóknin

Początki włóknin sięgają recyklingu odpadów włóknistych i włókien niższej jakości pozostałych po procesach przemysłowych, takich jak tkanie i obróbka skóry. Włókniny pojawiły się również z powodu ograniczeń surowcowych, zwłaszcza podczas i po drugiej wojnie światowej oraz w zdominowanych przez komunistów krajach Europy Środkowej.

W starożytności naturalne włókna, takie jak trzcina, trawa i sitowie, splatano ze sobą na drutach, tworząc wykładziny podłogowe lub maty.

W XIX wieku Anglia była głównym krajem produkującym tekstylia, a Garnett, inżynier tekstylny, zauważył, że znaczne ilości włókien były wyrzucane jako odpady wykończeniowe. Aby rozwiązać ten problem, Garnett opracował urządzenie do zgrzeblenia, które może rozdrabniać odpady do postaci włóknistej. Włókna te były następnie wykorzystywane jako materiał wypełniający do poduszek.

Maszyna Garnetta, choć znacznie zmodyfikowana, nadal nosi jego imię i jest niezbędnym elementem w przemyśle włókninowym. Później producenci w północnej Anglii mechanicznie łączyli te włókna za pomocą igieł lub wiązali je chemicznie za pomocą kleju, tworząc płatki, które były prekursorami nowoczesnych włóknin.

Obecnie włókniny są wytwarzane różnymi metodami, w tym igłowaniem, igłowaniem wodnym i elektroprzędzeniem. Światowy przemysł włóknin stale się rozwija, a innowacje i technologie napędzają dalszy rozwój i ekspansję zastosowań włóknin.

Oto niektóre zmiany w godzinach nadliczbowych:

1840: Pierwsze włókniny były produkowane przy użyciu naturalnych włókien, takich jak wełna i bawełna, które zostały sfilcowane razem, aby stworzyć materiał.

1909: Dr Harry Dean z East Walpole w stanie Massachusetts otrzymał pierwszy patent na włókninę. Użył sprasowania ze sobą włókien wełnianych, aby stworzyć mocny, trwały materiał.

1920: Zastosowanie włóknin rozszerzyło się na przemysł motoryzacyjny, gdzie były używane do izolacji i izolacji akustycznej.

1930-1940: Opracowano włókna syntetyczne, takie jak nylon i poliester, co doprowadziło do powstania nowych materiałów nietkanych. Włókniny były wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji, budownictwie i służbie zdrowia.

1950-1960: Wynaleziono nowe metody produkcji włóknin, w tym procesy meltblown i spunbond. Dzięki tym procesom powstały lżejsze i trwalsze materiały włókninowe nadające się do szerszego zakresu zastosowań.

1961: Firma DuPont wprowadziła Tyvek, włókninę polietylenową o dużej gęstości, używaną do owijania domów, odzieży ochronnej i innych zastosowań.

1970-1980: Włókniny stawały się coraz bardziej popularne w przemyśle higienicznym, gdzie były wykorzystywane do produkcji pieluch jednorazowych, artykułów higienicznych dla kobiet i chusteczek. Zastosowanie włóknin rozszerzyło się również na inne sektory, takie jak budownictwo, motoryzacja i rolnictwo.

1990-obecnie: Branża włóknin nadal się rozwijała, a innowacje i technologia napędzały dalszy rozwój i ekspansję zastosowań włóknin.

Jak powstaje włóknina?

Proces produkcyjny rozpoczyna się od procesu chemicznego, który polega na użyciu kleju do łączenia ze sobą włókien, podczas gdy proces mechaniczny wykorzystuje igłowanie, splatanie strumieniem cieczy lub szycie w celu łączenia lub blokowania włókien. W procesie łączenia termicznego na wstęgę nakłada się spoiwo w postaci proszku, pasty lub stopionego polimeru, które topi się na wstędze poprzez podwyższenie temperatury.

Ponadto płynne roztwory włókien wykonane z polimerów chemicznych można kształtować w płaskie arkusze lub folie, które są wykorzystywane do wytwarzania włóknin z tworzyw sztucznych, skóry naturalnej i materiałów winylowych. Arkusze te mogą być używane jako takie lub przyklejane do dzianych lub tkanych podkładów.

Charakterystyka włóknin

Włókniny mają następujące cechy:

• Płaskie i elastyczne: Zwykle płaskie i elastyczne, co czyni je wszechstronnymi do różnych zastosowań.
• Grubość: Może mieć dowolną grubość, w zależności od zastosowania.
• Żadnego kruszenia się ani strzępienia: Nie strzępić się ani nie strzępić przy ciętych krawędziach, zapewniając im długą żywotność produktu.
• Łatwa w pielęgnacji: Większość z nich jest łatwa w pielęgnacji i można je prać w pralce i czyścić chemicznie.
• Kurczenie się: Włókniny mogą kurczyć się w praniu, w zależności od rodzaju użytego włókna.
• Porowatość: Większość z nich jest porowata, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających oddychalności.
• Chłonny i rozciągliwy: Włókniny wstęgowe wykonane z włókien naturalnych są porowate, mogą się rozciągać i ulegają biodegradacji; całkiem dobra równowaga jak na tkaninę.
• Brak drapowania: Włókniny mogą nie mieć drapowania tkanin i dzianin, ale nadal nadają się do różnych zastosowań, w których ta cecha jest niepotrzebna.

Zalety włókniny

Włókniny oferują kilka korzyści, w tym:

• Ekonomiczny: Tańsze w produkcji niż tkaniny lub dzianiny, co czyni je opłacalną opcją dla wielu zastosowań.
• Wszechstronność: Mogą być produkowane w różnych gramaturach, grubościach i składach, dzięki czemu nadają się do wielu zastosowań końcowych.
• Trwałość: Wiele z nich zaprojektowano tak, aby były mocne i trwałe. Tworzą tkaniny nadające się do stosowania w produktach, które muszą wytrzymać duże zużycie.
• Chłonność: Te wykonane z włókien naturalnych są często bardzo chłonne, dzięki czemu nadają się do stosowania w produktach takich jak chusteczki, pieluchy i podpaski.
• Możliwość dostosowania: Można dostosować, aby spełnić określone wymagania dotyczące wydajności, takie jak filtracja, odpychanie cieczy i ognioodporność do użytku w określonych zadaniach.
• Przyjazny dla środowiska: Mogą być wykonane z materiałów pochodzących z recyklingu i często ulegają biodegradacji, co czyni je bardziej przyjaznym dla środowiska wyborem niż niektóre inne materiały.
• Łatwość pielęgnacji: Można prać w pralce i czyścić chemicznie, dzięki czemu są łatwe w pielęgnacji.
• Zdrowie i bezpieczeństwo: Można je zaprojektować tak, aby zapewniały określony poziom ochrony przed zagrożeniami, takimi jak bakterie, wirusy i chemikalia, dzięki czemu nadają się do stosowania w sprzęcie medycznym i ochronnym.

Zastosowania włóknin

Niektóre z typowych zastosowań włóknin obejmują:

Pielęgnacja i higiena osobista: Pieluchy dla niemowląt, produkty do higieny kobiecej, artykuły dla osób nietrzymających moczu, suche i mokre wkładki, wkładki laktacyjne, plastry na nos, bandaże i opatrunki na rany.

Opieka zdrowotna: Obłożenia operacyjne, fartuchy, paczki, maski na twarz, opatrunki, waciki, wkładki do worków stomijnych, fartuchy izolacyjne, fartuchy chirurgiczne, obłożenia i osłony chirurgiczne, fartuchy chirurgiczne i czepki.

Odzież: Wkładki, izolacje, odzież ochronna, przemysłowa odzież robocza, kombinezony przeciwchemiczne, elementy obuwia itp.

Dom: Ściereczki i ściereczki do kurzu, torebki z herbatą i kawą, płyny do zmiękczania tkanin, folie do żywności, filtry, bielizna pościelowa, stołowa itp.

Automobilowy: Wkładki do bagażnika, wykończenia półek, oleje, filtry kabinowe, formowane wkładki do masek, osłony termiczne, poduszki powietrzne, taśmy, tkaniny dekoracyjne itp.

Budowa: Podkłady dachowe i dachówkowe, izolacja termiczna i akustyczna, okładziny domów, wylewki, drenaż itp.

Geotekstylia: Nakładka asfaltowa, stabilizacja gleby, drenaż, sedymentacja, kontrola erozji itp.

Filtrowanie: Filtry HEPA, ULPA, benzyna, olej, filtry powietrza, woda, kawa, torebki herbaty, wkłady do płynów, filtry workowe, worki próżniowe, membrany antyalergiczne czy laminaty z warstwami włókniny.

Przemysłl: izolacja kabli, materiały ścierne, wzmocnione tworzywa sztuczne, separatory akumulatorów, anteny satelitarne, sztuczna skóra, klimatyzacja i powłoki.

Rolnictwo, wyposażenie domu, wypoczynek i podróże, szkoła i biuro: Stabilizatory gruntu, podkłady drogowe, stabilizatory fundamentów, ochrona przed erozją, budowa kanałów, systemy odwadniające, ochrona geomembran, ochrona przed mrozem, ściółka rolnicza, bariery wodne w stawach i kanałach, bariera infiltracyjna piasku do płytek drenażowych.

Rodzaje włóknin

Istnieją różne rodzaje włóknin ze względu na sposób ich wytwarzania.

Włókniny układane na mokro

Układany na mokro to włóknina wytwarzana w procesie mechanicznym zwanym układaniem na mokro, który przypomina wytwarzanie papieru, z wyjątkiem użycia odrębnych surowców. Włókna są przekształcane w zawiesinę, która jest przenoszona do urządzenia do formowania siatki w celu wytworzenia mokrego arkusza, który przybiera kształt tkaniny. Po tej procedurze zwykle stosuje się klejenie i stosuje się ją do wytwarzania filcu i tkanin filcowanych.

Włókniny przędzone

Włókniny spun-laid są wytwarzane przez przędzenie włókien lub plastrów polimeru przez dysze przędzalnicze w celu utworzenia ciągłych włókien. Włókna te są następnie schładzane, rozciągane powietrzem i osadzane jako przypadkowa wstęga na poruszającej się taśmie sitowej. Przenośnik taśmowy transportuje wstęgę do strefy wiązania, gdzie jest ona łączona w procesie termicznym, mechanicznym lub chemicznym. Jednym z przykładów materiału łączącego wykonanego tą techniką jest włóknina spun-bonded.

Włókniny ściegowe

Stitch bond to włóknina utworzona na maszynie tkackiej, gdzie wstęga jest zabezpieczana i łączona ze sobą za pomocą szwów łańcuszkowych. Powstały materiał będzie prezentował widoczne wzory ściegów na jednej lub obu powierzchniach. Łączenie ściegiem nadaje wstędze gładszą i delikatniejszą teksturę. Siatka mrugnięcia jest przykładem materiału łączonego ściegiem.

Włókniny rozpuszczalnikowe

Mieszanka włókien akrylowych i poliestrowych jest formowana we wstęgę, a następnie nakładana jest precyzyjna ilość rozpuszczalnika. Rozpuszczalnik działa poprzez delikatne zmiękczenie powierzchni włókien, co prowadzi do ich sklejenia.

Włókniny termiczne

Włókniny wiążące termicznie obejmują włókna termoplastyczne lub proszki termoplastyczne, takie jak poliester, polipropylen i nylon.

Istnieją cztery główne metody łączenia termicznego:

• Wiązanie powietrzne polega na doprowadzaniu ogrzanego powietrza do wstęgi na taśmie przenośnika.
• Klejenie impaktowe polega na umieszczeniu wstęgi w piecu i skierowaniu na nią gorącego powietrza z dysz.
• Klejenie kalandra polega na przepuszczaniu wstęgi między nagrzanymi wałkami.
• Wiązanie ultradźwiękowe wykorzystuje urządzenie, które wykorzystuje częstotliwości ultradźwiękowe do tworzenia ruchu wibracyjnego, ułatwiając wiązanie poprzez konwersję energii.

Włókniny wiążące chemicznie

Wytwarzany przez powlekanie powierzchni wstęgi spoiwem, takim jak żywica lub lateks. Przykładem mrugnięcia związanego chemicznie jest mrugnięcie związane żywicą.

Istnieją cztery metody wiązania chemicznego: łączenie za pomocą druku, łączenie natryskowe, nasycanie i wiązanie piankowe. Łączenie druku uzyskuje się za pomocą druku wklęsłego lub sitodruku. Klejenie natryskowe polega na natryskiwaniu lateksu na wstęgę umieszczoną na przenośniku taśmowym. W przypadku wiązania nasyconego wstęga jest zanurzana bezpośrednio w zbiorniku lateksu i suszona w suszarce. Wiązanie piankowe nadaje tkaninie miękkość i sprężystość.

Hydro splątane włókniny

Włókniny hydrauliczne powstają poprzez kierowanie strumieni wody pod wysokim ciśnieniem na powierzchnię wstęgi, która szybko porusza się po przenośniku taśmowym. Poziom nacisku na wstęgę określa jakość wiązania.

Włókniny zgrzeblone

Są one wytwarzane za pomocą zgrzeblarki do czesania włókien we wstęgę, zorientowaną w kierunku maszyny, w wyniku czego powstaje bardzo trwały materiał włókninowy. Inną metodą jest układanie w powietrzu. Włókninowe materiały wstęgowe można wytwarzać przy użyciu dowolnej z tych technik.

Włókniny kompozytowe

Włókniny wielowarstwowe, znane również jako włókniny kompozytowe wielowłóknowe, składają się z kilku warstw różnego rodzaju włókien, które oferują różne funkcjonalności. Każda warstwa tkaniny nadaje określone właściwości, takie jak wodoodporność lub ognioodporność.