Двухкомпонентное волокно: для каких приложений оно необходимо?

Термин " двухкомпонентное волокно «Охватывает широкое семейство инженерных волокон, которые имеют одну определяющую характеристику: каждое отдельное волокно содержит два различных полимерных компонента, расположенных в определенной геометрии поперечного сечения. Эта геометрия — то, как два полимера расположены относительно друг друга — определяет все, как волокно ведет себя при конечном использовании. Одни и те же два полимера, расположенные по-разному, производят волокна с радикально разными свойствами, поэтому понимание конфигурации волокон так же важно, как и знание комбинации полимеров.

Почему два полимера вместо одного

Большинство свойств волокна связаны с тем, чего может достичь один полимер. Полиэстер прочен и стабилен по размерам, но плохо склеивается при нагревании. Полипропилен склеивается при более низких температурах, но имеет меньшую прочность на разрыв. Полиэтилен обладает превосходной мягкостью, но плохо сохраняет форму. Нейлон прочный и эластичный, но дорогой.

Разработка двухкомпонентных волокон позволяет обойти эти ограничения, связанные с использованием одного полимера, путем объединения двух материалов так, что каждый из них привносит свои лучшие свойства в конечное волокно. Например, полиэфирно-полиэтиленовое (ПЭТ/ПЭ) волокно оболочка-сердцевина использует структурную прочность полиэстера в качестве несущей сердцевины, в то время как низкая температура плавления полиэтилена на оболочке создает способность к термическому соединению — волокно можно склеивать в нетканый материал при температурах, при которых полиэстер остается твердым и не подвергается воздействию. Ни один полимер в отдельности не обеспечивает такого сочетания.

В результате появилась категория волокон, которая позволяет создавать изделия, невозможные при использовании однокомпонентных материалов: самоизжимающийся наполнитель для подушек, термически скрепляемые нетканые материалы, ультратонкие микроволокна из расщепляющегося волокна, штапельное волокно с эластичным восстановлением и объемные ватиновые материалы.

Основные конфигурации двухкомпонентных волокон

Оболочка-ядро (концентрическое и эксцентрическое)

В конфигурации оболочка-ядро один полимер представляет собой непрерывный внешний слой (оболочка), окружающий другой полимер в центре (ядро). В концентрической версии сердцевина проходит точно через центр волокна. В эксцентричном варианте сердечник смещен в одну сторону.

Концентрические волокна оболочка-сердцевина являются наиболее широко используемой двухкомпонентной конфигурацией для термоскрепления нетканых материалов. Комбинация оболочки с низкой температурой плавления (полиэтилен, со-ПЭТ или со-ПА) с сердцевиной из высокоплавкого (ПЭТ, ПП или ПА6) позволяет оболочке плавиться и течь во время термической консолидации, в то время как сердцевина сохраняет свою волокнистую структуру. Это создает точки пересечения в нетканом полотне без плавления самих волокон — в результате получается ткань со структурной целостностью, определенной толщиной и контролируемой плотностью. Область применения включает покрытие для гигиенических изделий, медицинские нетканые материалы, ткани для салона автомобилей и фильтрующие материалы.

Эксцентричные волокна оболочка-сердцевина ведут себя совершенно по-разному. Поскольку сердцевина смещена, два полимера имеют разное положение в поперечном сечении и испытывают разную нагрузку во время охлаждения волокна после прядения. Эта дифференциальная усадка создает в волокне трехмерную спиральную извитость — волокно самопроизвольно скручивается, как пружина. Эксцентричные волокна оболочки-сердцевины представляют собой основной инженерный подход к производству самоизвитых, объемных волокон для наполнителя подушек, набивки подушек и изоляционного ватина. Уровень извитости контролируется степенью эксцентриситета и разницей в характеристиках усадки двух полимеров.

Рядом

В двухкомпонентных волокнах, расположенных бок о бок, два полимера располагаются параллельными сегментами по всей длине волокна, каждый из которых занимает примерно половину поперечного сечения. Как и в случае с эксцентричными волокнами оболочка-сердцевина, дифференциальная усадка между двумя компонентами во время обработки приводит к спиральному извитости, но в конфигурации «бок о бок» извитость обычно получается более прочной и долговечной, поскольку обе полимерные фазы полностью подвергаются термическому циклированию, которое приводит к развитию извитости.

Расположенные рядом двухкомпонентные волокна используются там, где требуется прочная, равномерная трехмерная извитость: ватин с высокой ворсистостью, подушечный наполнитель, который должен сохранять восстановление в течение многих циклов сжатия и отпускания, а также изоляционные материалы, где важно сохранение объемистости в течение всего срока службы продукта. Упругое восстановление хорошо спроектированного двухкомпонентного волокна, расположенного бок о бок, значительно превышает упругое восстановление механически извитого однокомпонентного волокна — извитость обусловлена ​​внутренними напряжениями в структуре полимера, а не внешней формой, наложенной на волокно, поэтому оно не сжимается постоянно при длительном сжатии.

Острова в море (сегментированные)

Конфигурация «острова в море» включает в себя несколько «островных» полимерных фибрилл — часто 16, 32 или 64 на поперечное сечение — в «морскую» полимерную матрицу. Острова и море представляют собой разные полимеры, и после прядения волокон и формирования полотна морской полимер растворяется или механически отделяется, оставляя отдельные островковые фибриллы в виде ультратонких волокон, которые составляют лишь часть исходного диаметра волокна.

Эта конфигурация является основным маршрутом производства микроволокон и ультратонких волокон в диапазоне 0,01–0,3 денье — уровней тонины, которых невозможно достичь при прямом прядении. Концевые волокна, полученные в результате разделения волокна «острова в море» плотностью 2 денье с 64 островами, каждое имеют толщину примерно 0,03 денье, достаточно тонкие для изготовления поверхностей из искусственной кожи, похожих на замшу, фильтрующих материалов очень высокой плотности и сверхтонких нетканых материалов с площадью поверхности и мягкостью, с которыми не могут сравниться более грубые волокна.

Сегментированный пирог (разделяемый)

Сегментированные двухкомпонентные волокна образуют два полимера в виде чередующихся сегментов, обычно 8 или 16 сегментов, встречающихся в центре волокна. Два полимера имеют низкую межфазную адгезию по своей конструкции, поэтому, когда волокно подвергается механическим силам расщепления — струям воды под высоким давлением при обработке спанлейс или специальной химической обработке — сегменты разделяются на границах раздела полимеров, образуя сегменты микроволокна клиновидной формы с очень большой площадью поверхности и острыми краями.

Геометрия сегментированного сегмента с острыми краями делает эти волокна особенно эффективными для очистки: клиновидные поперечные сечения создают сильное капиллярное действие для поглощения и удержания жидкости, а края обеспечивают механическое очищающее действие. Чистящие салфетки, салфетки и швабры из микрофибры, изготовленные из разделенных на сегменты двухкомпонентных волокон, превосходят традиционные ткани как по впитывающей способности, так и по удалению частиц. Именно эта технология изготовления волокон лежит в основе большинства высокоэффективных чистящих средств из микрофибры.

ES-волокно: доминирующий двухкомпонентный термосвязывающий материал

ES-волокно — двухкомпонентный полиэтилен/полипропиленовая оболочка-сердцевина — является наиболее коммерчески значимым типом однокомпонентного двухкомпонентного волокна в нетканой промышленности. Название происходит от оригинального обозначения японского производителя (волокно Ess), а конфигурация представляет собой концентрическую оболочку-сердечник с полиэтиленовой или модифицированной полиэтиленовой оболочкой поверх полипропиленовой сердцевины.

Логика обработки проста: полипропилен плавится примерно при 160–170°C; полиэтилен плавится при 125–135°С. Во время каландрового или воздушного скрепления нетканого полотна, содержащего ES-волокно, температура обработки устанавливается между этими двумя точками плавления — полиэтиленовая оболочка плавится и течет, образуя склеенные точки контакта, в то время как полипропиленовая сердцевина остается твердой и сохраняет структурную целостность волокна. В результате получается нетканый материал с определенной пористостью, контролируемой толщиной и предсказуемыми механическими свойствами.

Волокно ES предназначено для изготовления гигиенических нетканых материалов (верхний слой подгузников и принимающий слой), подложек для масок для лица, фильтрующих материалов, подложек для влажных салфеток, сельскохозяйственных тканей и любых нетканых материалов, требующих термического склеивания с предсказуемой и контролируемой силой сцепления. Вариации соотношения ПЭ/ПП, тонкости волокна (обычно 1,5D, 2D, 3D, 4D, 6D), длины волокна и модификации полиэтиленовой оболочки позволяют оптимизировать ES-волокно для конкретных требований конечного использования в этом широком диапазоне приложений.

Выбор правильной конфигурации двухкомпонентного волокна

Спецификации для закупок

При выборе двухкомпонентных волокон для промышленного использования следующие параметры определяют характеристики конечного продукта и должны быть подтверждены перед заказом:

Тонина волокна (денье или дтекс): Более тонкие волокна создают более мягкое ощущение на руке и более плотную конструкцию ткани; более грубые волокна обеспечивают большую объемную и структурную устойчивость. Для гигиенических нетканых материалов стандартным является покрытие 1,5–2D; 3–6D для слоев сбора данных. Для наполнителя подушек обычно используются эксцентричные или расположенные рядом волокна 3–7D, в зависимости от целевой толщины и мягкости.

Длина обрезки: Для применения штапельного волокна в нетканых материалах наиболее распространенной длиной обрезки в процессах, основанных на чесании, являются 38 мм и 51 мм. В процессах изготовления нетканых материалов с воздушной укладкой обычно используются более короткие отрезки (5–12 мм). В прядильных машинах используются скобы большей длины, соответствующие прядильной системе.

Уровень обжима и устойчивость обжима: Для наполнения и ватина важными характеристиками являются как начальный уровень извитости (выраженный в количестве извитостей на сантиметр), так и сохранение извитости после циклического сжатия и восстановления. Запрашивайте данные о сохранении обжатия в результате испытаний на сжатие, а не только начальное количество обжатий.

Окно температуры склеивания: Для применений термического соединения диапазон между температурой плавления оболочки и температурой плавления сердцевины определяет широту обработки. Узкое окно требует более жесткого контроля процесса; более широкое окно более щадит высокоскоростные производственные линии.

Переработанный контент и сертификаты: Двухкомпонентные волокна из переработанного полиэстера доступны для большинства конфигураций и имеют сертификат GRS (Global Recycled Standard) для цепочек поставок, требующих документированного содержания переработанных материалов. Прежде чем выбирать продукцию под брендом устойчивого развития, подтвердите объем сертификации и документацию по отслеживанию.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между ES-волокном и обычным полиэфирным штапельным волокном для нетканых материалов?

Обычное полиэфирное штапельное волокно (однокомпонентный ПЭТ) можно использовать в нетканых материалах, но для консолидации ткани требуется либо связывание смолой, иглопробивание или обработка спанлейс - термическое соединение не работает эффективно с однокомпонентным ПЭТ при коммерчески практичных температурах, поскольку температура плавления ПЭТ достаточно высока, и температуры обработки, при которых может склеиваться ПЭТ, могут серьезно повредить или расплавить окружающее полотно. Оболочка из полиэтилена с низкой температурой плавления ES-волокна обеспечивает возможность склеивания при температурах, при которых структура волокна остается неповрежденной. Это делает ES-волокно предпочтительным материалом для высокоскоростных линий по производству нетканых материалов с термическим скреплением, где экономичность термического склеивания (без смолы, без воды, высокая скорость линии) является существенным преимуществом по сравнению с процессами мокрого или химического склеивания.

Чем извитое двухкомпонентное волокно отличается от механически извитого однокомпонентного волокна?

Механически извитое однокомпонентное волокно имеет извитость, налагаемую снаружи путем пропускания волокна через устройство для обжима во время производства. Эта геометрическая кривизна представляет собой изменение формы поверхности; при достаточном сжатии и нагреве извитость может окончательно зафиксироваться, и волокно теряет способность восстанавливать объем. Извитость двухкомпонентного волокна — в эксцентричной конфигурации «оболочка-сердце» и в конфигурации «бок о бок» — обусловлена ​​внутренними напряжениями полимера и термической активацией, что делает его более прочным и более поддающимся восстановлению при циклическом сжатии. Изделия, которым необходимо сохранять объем после неоднократного использования (подушки, наполнитель для подушек, изоляция спального мешка), работают лучше в течение всего срока службы с двухкомпонентным самоизвитым волокном, чем с однокомпонентными альтернативами с механическим извитием.

Можно ли покрасить двухкомпонентные волокна в определенные цвета для конечной продукции?

Да — двухкомпонентные волокна могут производиться в различных цветах посредством крашения в растворе (краска добавляется в расплав полимера перед прядением, обеспечивая стойкость цвета по всему поперечному сечению волокна) или посредством обычного крашения волокна после производства. Двухкомпонентные волокна, окрашенные в растворе, обладают превосходной светостойкостью и стойкостью к стирке по сравнению с альтернативами, окрашенными традиционным способом, поскольку цвет является неотъемлемой частью полимера, а не наносится на поверхность волокна. Для конечной продукции, к которой предъявляются строгие требования к стойкости окраски (ткани для салона автомобиля, наполнитель для уличных подушек, высококачественный ватин для обивки), предпочтительным вариантом является двухкомпонентное волокно, окрашенное в растворе.

Серия двухкомпонентного волокна | Серия полых волокон | Серия нетканых волокон | Серия шерстяных прядильных волокон | Свяжитесь с нами