Нетканые материалы

Нетканые материалы — это текстильные изделия, изготовленные из волокон или нитей, соединённых между собой без применения традиционных технологий ткачества или вязания. В отличие от тканей, получаемых переплетением двух систем нитей (основы и утка), нетканые материалы формируются непосредственно из волокнистого холста, слоя волокон или нитей, скреплённых механическим, физико-химическим или термическим способом. Ключевой особенностью является отсутствие регулярной структуры переплетения, что придаёт материалам специфические свойства: высокую пористость, анизотропию прочности, способность к фильтрации и звукопоглощению. Нетканые материалы широко применяются в медицине, гигиене, строительстве, автомобилестроении, сельском хозяйстве и производстве средств индивидуальной защиты.

История

Первые промышленные образцы нетканых материалов появились в начале XX века. В 1909 году в США был запатентован способ получения нетканого полотна из шерстяных волокон, скреплённых механическим иглопробивным методом. Однако массовое производство началось после Второй мировой войны, когда возникла потребность в дешёвых и технологичных заменителях тканей.

В 1940-х годах в СССР и США были разработаны технологии клеевого скрепления волокон с использованием синтетических связующих. В 1950-е годы появились первые термоскреплённые материалы, получаемые путём нагрева и прессования волокон с низкой температурой плавления. В 1960-е годы компания DuPont (США) начала выпуск нетканых материалов на основе полипропилена и полиэстера, что открыло путь к их массовому использованию в одноразовых изделиях.

В 1970-е годы был разработан метод спанбонд (spunbond), при котором расплав полимера выдавливается через фильеры, а затем вытягивается воздушным потоком и укладывается на конвейер в виде непрерывных нитей, которые затем скрепляются термически. В 1980-е годы появилась технология мелтблаун (meltblown), позволяющая получать ультратонкие волокна диаметром менее 1 микрона, что обеспечило создание высокоэффективных фильтрующих материалов. В 1990-е годы началось промышленное освоение технологии аэродинамического формования (airlaid), используемой для производства впитывающих материалов.

В России крупные производства нетканых материалов были созданы в 1960-1970-е годы на базе текстильных комбинатов (например, «Красный Перекоп» в Ярославле). В 2000-е годы активно развивались предприятия по выпуску спанбонда и мелтблауна, особенно в связи с ростом рынка гигиенических изделий и средств индивидуальной защиты.

Классификация

Нетканые материалы классифицируются по нескольким признакам: способу формирования холста, методу скрепления волокон, типу сырья и назначению.

По способу формирования волокнистого холста

• Сухое формование (drylaid): волокна распушаются, очищаются от посторонних включений и укладываются на конвейер механическим или аэродинамическим способом. Используется для изготовления иглопробивных и термоскреплённых материалов.
• Мокрое формование (wetlaid): волокна диспергируются в воде, затем суспензия подаётся на сетку, где вода отводится, а волокна образуют холст. Применяется для производства тонких и плотных материалов, например, фильтровальных бумаг.
• Формование из расплава (meltblown, spunbond): полимер расплавляется, выдавливается через фильеры, вытягивается воздушным потоком и укладывается на конвейер. Позволяет получать непрерывные нити или ультратонкие волокна.
• Аэродинамическое формование (airlaid): волокна смешиваются с воздушным потоком и осаждаются на конвейер. Часто используется для производства впитывающих материалов с добавлением суперабсорбентов.

По методу скрепления волокон

• Механическое скрепление:
• Иглопробивное: холст прошивается иглами с зазубринами, которые перепутывают волокна, создавая прочную структуру. Применяется для геотекстиля, войлока, фильтров.
• Струйное (гидросплетение): волокна скрепляются струями воды под высоким давлением. Используется для производства салфеток, медицинских материалов, нетканых полотен для влажной уборки.
• Вязально-прошивное: холст прошивается нитями на вязальной машине. Применяется для изготовления утеплителей и подкладочных материалов.
• Физико-химическое скрепление:
• Клеевое: волокна скрепляются связующим веществом (латексом, акриловой эмульсией, поливиниловым спиртом). Используется для производства фильтров, обоев, абразивных материалов.
• Термическое: волокна скрепляются путём нагрева до температуры плавления части волокон (бикомпонентные волокна) или нанесения термопластичного связующего. Применяется для спанбонда, термоскреплённых материалов.
• Комбинированное скрепление: сочетает несколько методов, например, иглопробивное с последующей термообработкой.

По типу сырья

• Натуральные волокна: хлопок, лён, шерсть, вискоза. Используются для медицинских материалов (марля, бинты), гигиенических изделий, одежды.
• Синтетические волокна: полипропилен, полиэстер, полиамид, полиэтилен. Составляют основу большинства современных нетканых материалов благодаря низкой стоимости, высокой прочности и химической стойкости.
• Смесовые волокна: комбинация натуральных и синтетических волокон для достижения оптимальных свойств.
• Бикомпонентные волокна: состоят из двух полимеров с разной температурой плавления (например, полиэстер/полиэтилен). Используются для термоскрепления.

Технологии производства

Спанбонд (spunbond)

Технология спанбонд заключается в экструзии расплава полимера (чаще всего полипропилена) через фильеры, образующие непрерывные нити. Нити вытягиваются воздушным потоком, охлаждаются и укладываются на движущийся конвейер в виде хаотично ориентированного холста. Затем холст скрепляется термическим каландрированием (прохождением через нагретые валы) или иглопробивным методом. Получаемый материал обладает высокой прочностью на разрыв, устойчивостью к истиранию и химическим веществам. Применяется для производства медицинских масок, одноразовой одежды, геотекстиля, упаковки.

Мелтблаун (meltblown)

Технология мелтблаун близка к спанбонду, но отличается меньшим диаметром фильер и использованием высокоскоростного горячего воздуха для вытягивания расплава. В результате образуются ультратонкие волокна диаметром от 0,5 до 5 микрон. Волокна укладываются на конвейер в виде хаотичного слоя, который скрепляется термически или механически. Материалы мелтблаун обладают высокой пористостью и способностью задерживать микрочастицы, включая бактерии и вирусы. Используются в фильтрах для воздуха и жидкостей, в медицинских масках (в качестве фильтрующего слоя), в средствах индивидуальной защиты.

Гидросплетение (spunlace)

Технология гидросплетения (также известна как «струйное скрепление») основана на обработке волокнистого холста струями воды под высоким давлением (до 400 бар). Струи воды перепутывают волокна, создавая прочную структуру без использования связующих веществ. Материалы гидросплетения обладают высокой мягкостью, драпируемостью и впитывающей способностью. Применяются для производства влажных салфеток, медицинских перевязочных материалов, одноразовых полотенец, косметических масок.

Иглопробивной метод

Иглопробивной метод заключается в многократном прошивании волокнистого холста иглами с зазубринами. Иглы захватывают волокна и перепутывают их, создавая механическую связь. Материал уплотняется и приобретает прочность. Иглопробивные материалы используются для геотекстиля, войлока, ковровых покрытий, фильтров, а также в качестве основы для кровельных материалов.

Термоскрепление (thermal bonding)

Термоскрепление осуществляется путём нагрева волокнистого холста до температуры, при которой часть волокон (обычно бикомпонентные или с низкой температурой плавления) расплавляется и скрепляет остальные волокна. Нагрев может производиться в каландре, в печи или с помощью инфракрасного излучения. Термоскреплённые материалы отличаются равномерной структурой и высокой прочностью. Используются для производства фильтров, утеплителей, наполнителей для мягкой мебели.

Применение

Медицина и гигиена

Нетканые материалы составляют основу одноразовых медицинских изделий: хирургических масок, шапочек, бахил, халатов, простыней, перевязочных материалов. Благодаря низкой стоимости, стерильности и барьерным свойствам они вытеснили многоразовые текстильные изделия в большинстве медицинских учреждений. В гигиенической сфере нетканые материалы используются для производства подгузников, прокладок, влажных салфеток, туалетной бумаги. В России производство нетканых материалов для гигиены регулируется техническими регламентами Таможенного союза (ТР ТС 007/2011 «О безопасности продукции, предназначенной для детей и подростков»).

Строительство

В строительстве нетканые материалы применяются в качестве геотекстиля (для разделения слоёв грунта, дренажа, армирования откосов), подкровельных гидроизоляционных мембран, теплоизоляции (например, из стекловолокна или полиэстера), звукоизоляции, а также в составе армирующих сеток и лент. Геотекстиль на основе полипропилена и полиэстера широко используется при строительстве дорог, аэродромов, полигонов ТБО.

Автомобилестроение

В автомобильной промышленности нетканые материалы применяются для изготовления шумоизоляции, обивки салона, фильтров салона, ковриков, элементов багажника. Они обеспечивают снижение веса автомобиля, улучшение акустического комфорта и пожаробезопасность (за счёт использования негорючих волокон).

Фильтрация

Нетканые материалы являются основой для фильтров воздуха (в системах вентиляции, кондиционирования, пылесосах), жидкостей (масляные, топливные, водяные фильтры) и газов. Материалы мелтблаун используются в фильтрах для очистки воздуха от микрочастиц, включая бактерии и вирусы, что особенно актуально для систем вентиляции в медицинских учреждениях и на производствах с высокими требованиями к чистоте воздуха.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве нетканые материалы (агротекстиль) используются для укрытия растений, защиты от сорняков, мульчирования, а также в качестве основы для выращивания рассады. Агротекстиль из полипропилена (спанбонд) обеспечивает парниковый эффект, защиту от заморозков и вредителей, а также пропускает воду и воздух.

Производство одежды и обуви

Нетканые материалы используются в качестве утеплителей (синтепон, холлофайбер), подкладок, прокладок для воротников и манжет, а также для изготовления одноразовой одежды (халаты, комбинезоны, бахилы). В обувной промышленности из нетканых материалов изготавливают стельки, задники и носочные части.

Экологические аспекты

Большинство нетканых материалов производится из синтетических полимеров (полипропилен, полиэстер), которые не разлагаются в природе в течение сотен лет. Это создаёт проблему утилизации, особенно для одноразовых изделий (маски, салфетки, подгузники). В России и мире разрабатываются технологии переработки нетканых материалов: механическая (измельчение и использование в качестве наполнителя), химическая (деполимеризация) и термическая (сжигание с получением энергии). В ряде стран введены ограничения на использование одноразовых пластиковых изделий, что стимулирует развитие биоразлагаемых нетканых материалов на основе полилактида (PLA), крахмала, целлюлозы.

Интересные факты

• Первый в мире нетканый материал промышленного производства был создан в 1942 году в США компанией Chicopee Manufacturing Corporation (позже вошла в состав Johnson & Johnson) и использовался для изготовления одноразовых подгузников.
• В 2020 году, в период пандемии COVID-19, глобальный спрос на нетканые материалы (особенно мелтблаун) вырос в несколько раз, что привело к дефициту и резкому росту цен на сырьё.
• Нетканые материалы могут быть изготовлены из стекловолокна — такие материалы используются для высокотемпературной изоляции и фильтрации агрессивных сред.
• В России крупнейшими производителями нетканых материалов являются компании «Гекса» (спанбонд, мелтблаун), «Сибирский текстиль» (иглопробивные материалы), «Термопол» (термоскреплённые материалы).

Источники

• ГОСТ Р 53234-2008 «Материалы нетканые. Термины и определения».
• Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 007/2011 «О безопасности продукции, предназначенной для детей и подростков».
• Справочник «Нетканые текстильные материалы» / под ред. В. А. Азарова, М.: Легпромбытиздат, 1989.
• Журнал «Текстильная промышленность», статьи о технологиях спанбонд и мелтблаун, 2010-2020 гг.
• Отчёт «Рынок нетканых материалов в России» (2023), аналитическое агентство «Эксперт-РА».