Zpracování odpadů 5 a 6

Katedra netkaných textilií, Fakulta textilní, Technická Univerzita v Liberci,
Jakub Hrůza,
5. – 6. Textilní způsob zpracování odpadu
Obecné informace:
1. Technologie netkaných textilií byla často původně určena
pro zpracování odpadu, nebo surovin jinou technologií
nezpracovatelných.
2. Technologie výroby netkaných textilií se dělí na skupiny:
tvorba vlákenné vrstvy, zpevnění vlákenné vrstvy a finální
úpravy.
3. V oblasti jednotlivých technologií výroby vlákenných
vrstev odkazuji na technologickou část skript „Netkané
textilie“ (autoři: O. Jirsák, K. Kalinová), zejména na části
týkající se mechanické přípravy vlákenných vrstev (mykání,
aerodynamické kladení, kombinace obého, naplavování),
zpevnění vlákenných vrstev vpichováním, proplétáním,
kalandrováním, lisováním a horkým vzduchem.
Zpracování vlákenných odpadů přináší následující obtíže:
1. Velké množství prachu a nečistot vyžaduje větší míru odsávání mezi
jednotlivými stroji i uvnitř jednotlivých strojů a následné čištění vzduchu.
2. Recyklované vlákenné suroviny mají horší vlastnosti (zejména pevnost) v
důsledku poškození vláken při recyklaci a v případě sběrových textilií při
původním užívání. Z toho důvodu je obvykle nutné odpadovou surovinu
vhodně mísit se surovinou primární. Obvykle se udává, že podíl odpadové
suroviny menší než 10 % nezhorší výrazně finální vlastnosti, což neplatí vždy.
3. Na povrchu recyklovaných vláken se mohou vyskytovat apretace, tedy různé
olejové emulze, povrchově aktivní látky, barviva, finální úpravy atd…, které
mohou výrazně snižovat koeficient tření vlákna i jeho adhezi k pojivu.
Koeficient tření je klíčový pro pojení vrstev vpichováním a proplétáním, adheze
pro termické pojení kalandrováním, lisováním, nebo horkým vzduchem. V obou
případech dochází k menšímu propojení vlákenné vrstvy a tím k menší pevnosti
textilie. Při termických procesech může navíc docházet k úniku dráždivých,
případně toxických látek do vzduchu.
4. Poškození vláken a výskyt různých apretací na povrchu je značně proměnlivé.
To vede ke kolísání kvality finálního výrobku, k nutnosti kvalitní kontroly a
účinné a rychlé změny parametrů výroby.
Technologie výroby netkaných textilií
používané pro zpracování textilních odpadů
(český text viz. skripta „Netkané textilie“).
1) Tvorba vlákenných vrstev
2) Zpevnění vlákenných vrstev
2) TECHNOLOGIES OF WEB FORMATION
It is possible divide to three groups:
A) Manufacturing of staple fibers by wet method (wet.-laid)
B) Manufacturing of staple fibers by dry methods (carding, air-laid,
random laid)
C) Manufacturing of endless fibers (spunbond, meltblown,
electrospinning)
A)Wet-laid
Wet laid nonwovens are made by a modified papermaking process. That is, the
fibers to be used are suspended in water, which is subsequently taken out.
Fiber swelling and
dispersion
Suspension transport
Web formation
Water recycling
Vacuum dewatering
system
Water drying or
SPUNLACE bonding
Typical wet-laid features:
•Random orientation of fibers on the fabric surface
•Wider range of area density compared with dry laid technology
•Processing of short and smooth fibers (for example glass microfibers).
•It is possible to connect with SPUNLACE bonding – elimination of one drying
stage.
Typical wet-laid products:
•Special papers: synthetic fiber paper, filters, overlay paper, stencil paper, tea
bag paper, paper for wrapping susage and cooked meats
•Industrial nonwovens for: waterproof sheeting for roofs, separators, filters,
reinforcement material for plastics, backing material, shoe uppers, decoration,
interlinings, insulation
B) Carding, Air-laid, Random-laid
Carding
• The aim of carding is to prepare uniform web from isolated fibers.
Consequently are fibers mixed, cleaned and paralleled.
• For nonwovens are used roller card machines, which are more productive
than flat cards. Productivity of roller cards increased during forty years from
30-50 kg/hod up to 1200 kg/hod and the carded web width increased from 1
up to 4,5 metres. Nevertheless it is important that productivity depends on
the type and quality of fibers and on the quality of fiber preparation.
• Input to card machine: web of fiber flocks
• Output of card machine: light anisotropic web (about 20-30 g/m2) of
isolated fibers; this web is necessary to lap to obtain bigger density and
more isotropic orientation of fibers.
Simple card machine
FANCY
ROLLER
Double doffer card with
condensing rollers
Horizontal Cross Lapper
Area weight of web depends on
1. Feeding velocity
2. Area weight of carded web
3. Width of layer
4. Postion of fibers
5. Average angle between
fibers
6. Output direction
Horizontal cross lapper
Camel Back
Perpendicular Layering
 Developed in Czech Republic in 1988-1992 in Technical University of
Liberec, Textile Faculty, Department of Nonwovens.
 Position of fibers are perpendicularly oriented to fiber
 High resistance to compression and elastic recovery.
 Thermally insulating a filling, used in automotive, sleeping bags
 Blankets cushioned furniture and sleeping bags are produced from these.
 This technique has an advantage over longitudinal and cross layering
because of the perpendicular and oriented fibers in the fabric. The bonded
webs have high resistance to compression and show better recovery after
repeated loading
Air-laid: Aerodynamic Web Forming
The fiber material is at first opened by rotating cylinder named lickerin. Then
single fibers are dispersed into the air stream and condensed on the
perforated cylinder or belt.
Example of air laid machine
Production up to 3 000
kg/hour
Random cards – combination of air laid and
carding technology
A major objective of this combination is isotropic textile
fabric (random orientation of fibers) with good mass
uniformity of light fabrics and with high production speed.
• The first part – card machine opens perfectly fibrous
material so single fibers are as a output.
• The second part – air laid system uses the centrifugal force
to strip the fibers off a roller and. put them down on an air
controlled scrim belt.
Main variations of random cards I.
Airlaid function of random card:
1) Random roller between main
cylinder and doffer, which rotate in
the opposite direction of the main
cylinder.
Main
cylinder
Random
roller
Main variations of random cards II.
2) Centrifugal
force of mean
cylinder strips the
fibers off
Random card Fehrer K12
Example of random card line Fehrer
Working
widths
(m)
Production
speeds
(m/min)
Weight range
(g/m2)
Capacity
(kg/h/m)
V 21/R - K 12
K 12 "HIGH-LOFT"
V 12/R
1.2 - 5.4
1.2 - 5.4
up to 30 *
1 - 10 *
40 - 3000 *
in special
configuration
up to 6000
500 - 6000*
up to 450 *
up to 1500 *
Air laid and random cards: used fibers
synthetic fibres, viscose, cotton and blends thereof;
natural fibres such as flax, hemp, sisal etc.; reclaimed
textile waste and shoddy,
1.7 - 2000dtex
max. 120 mm staple length
Air laid and random cards: end products
interlinings, shoe linings, „high loft" products for the garment and furniture
industries; base material for coating substrates and synthetic leather;
waddings;geotextiles, filter materials; needle blankets; carpets and wall
coverings; technical felts insulation felts; mattress felts, waddings for the
upholstery and automotive industry; undercarpets
3)WEB BONDING
A) Mechanical:
-
Needlepunching
Spunlace
Stitch bonding
Tufting
B) Thermal:
-
Calendering
Hot-air bonding
Pressing operation
Sonic bonding
C) Chemical:
-
Impregnating
Foam coating
Spraying
Printing
MECHANICAL BONDING METHOD
Needle Punching:
Produced by moving needles up and down, this needling action interlocks the fibers.
Needle
Needle barb
Fiber
Fibrous web
Lower holeplate
Parameters of needlepunching
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Working frequency range from 8002500m/min
Large force upto 10netwon per needle
stroke.
Working width range from 2,4,6 even
16m
The fiber webs are 100-300mm thick.
The level of web densification is a
funcation of number of punches per unit
area of web.
The number of needles in needle board.
Frequency of needle board.
Maximum distance between the upper
and lower plates.
Depth of needle plays vital role.
Natural, synthetic fibers like glass fiber,
ceramic, stainless steel, aramindes
WHY NEEDLE PUNCHING??...............
Simple process
Effective bonding
No additives
Re-cycling
Flexible
Now to increase efficiency and better
binding the both sides of the web needle
board punching is used now a days.
End use:
Geotextiles, automotive, filters, hometex,
synthetic leather, other technical felts….
Parts of needlepunch machine:
Parameters of needlepunch machine
Penetration depth
It changes number of working barbes
It inreases textile strenght (until some value)
and decreases textile thickness.
When the penetration depth is too high fibers
are pulled through the textile
Density of punches
The number of punches per area is given by
a f  p
Np 
v
where Npis number of punches per square meter of fabric (m-2), a is total number of needles
per 1 meter of working width (m-1), f is frequency of needle board (s-1), p is number of
passages through needle loom (or number of needle looms) and v is velosity of web (m.s-1).
Higher density of punches causes: Higher strength of textile, higher dimension changes of
textile, higher damage of fibers when density is too high, lower thickness, lower permeability
of textile
Parameters of needles:
•Proportions (length, diameter, density of barbs, size of barbs...)
•Shape of needle parts (shape of working blade, shape of barbs....)
•Type of needle (felting, structuring)
•Location on the needle board
Types of needles:
Felting needles
To mechanically compact fibrous material
Structuring needles
To prepare surface structure with a velour or rib effect
Stitch Bonding
Stitch bonding method for mechanical bonding of fibrous web by knitting. This
process is divided onto four systems:
• Malivlies – fibrous web is bonded by system of threads
• Maliwat – fibrous web is bonded without threads. (Instead of threads, the fibers
are pulled out of the layer to create bonding bundles.)
• Malipol – bonding threads create loops on the surface
• Malimo – bonded is not fibrous web but parallel pack of fibers, which is
perpendicular to bonding threades.
The properties of stitch bonded fabrics depends on:
 Type of fibers, layering and area weight web.
 Type of threads, stitch length and distance of therads.
 Pattern bonding avaliable.
 The stitch bonding work with therad similar like needle
Spunlace (Hydroentanglement)
Tato technologie není využívána pro zpracování odpadů z důvodu nutnosti
čistého prostředí a z důvodu odlišného sortimentu (velký objem výroby, malá
variabilita vstupní suroviny).
Principle of spunlace bonding
Spunlace or hydroentanglement is web bonding technology, which uses fine, high
pressure jets of water to cause the fibres to interlace. Water jet due to high kinetic
energy reorientates fibers according to the shape of the support screen (sieve belt or
perforated drum). As a bonded web is possible to use whole range of nonwovens:
carded webs, spunbond and meltblown webs, wetlaid, airlaid and composites.
Binding point is a set of fibers
with various orientation, which are
bonded by friction forces (similar
as for needlepunch process).
support screen
CHEMICAL BONDING
Málo používané technologie z důvodu vysoké energetické náročnosti sušicího
procesu, toxicity chemických pojiv a nutnosti čištění provozních vod.
In chemical bonding, bonding adhesives are used in the form of polymer dispersions
(latex) or polymer solutions. Chemically bonded webs are prooduced in the following,
mostly integrated steps:
a) Forming fiber layer (see Chapter 3.1.)
b) Application of binder
c) Coagulation of binder
d) Drying
e) Curing
Ad b) types of applications:
•Impregnating
•Foam coating
•Printing
•Spraying
Thermal bonding
The process consists of
a) Forming fiber layer
b) Application of binder by
depositing of powder, paste or polymer melt
ayering up fiber layer and binder netting or foil
orming fiber layer of a blend of basic and bonding fibers
c) Melting binder by increasing temperature
d) Forming binder
e) Solidification of binder by cooling.
Binder powders are produced usually by grinding polymer granules. The grinding must be
carried out at a temperature below Tg of the binder. It is rather demanding in case of copolymers showing low values of Tg. The powders' particle sizes range between 0.1-0.5 mm.
Mono- and bi-component bonding fibers are produced by the melt spinnning process.
Foils are produced by calendering or melt extrusion using special dies.
Nettings are formed by spun bonding, melt-blowing, forming polymer melt by grooved
rollers or by cutting foils.
Advantages of thermal bonding:
•
The main advantages in comparison with chemical bonding are good
hygienic properties of fabrics
•
environmentally friendly process
•
simple devices
•
high productivity (high heating rate)
•
low energy consumption
Disadvantages:
•
demanding blending
•
low fiber-binder interface, possible low stability in washing and
dryycleaning
•
lower productivity of forming fiber layers, the bonding fibers must pass
through the device
Calendering
In calender bonding, the fiber layer passes through a nip between two rollers.
One of the rollers or both of them are heated. The fiber layer is compressed between
the rollers and is heated by the rollers.
The fiber layers are formed of either
a) thermoplastic fibers of one type or
b) non-fusible or highly fusible fibers and fusible bonding fibers either bicomponent or mono-component. '
The rollers of the calenders are smooth, embossed or grooved
Throug-air bonding
Air permeable fiber layers are effectively heated in a through-air process. This
process is useful in both bonding and laminating techniques. In bonding, a fiber
layer made of a blend of base and bonding fibers is heated. Monoponent fusible
fibers or bi-eomponent core/sheet fibers with fusible sheet are commonly used
as bonding fibers.
Ultrasound bonding
Ultrasonic techniques are used to process thermoplastic materials. In the
textile industry, ultrasonic energy is applied to replace sewing, to cut
fabbrics and seal edges. Special devices have been developed to bind fiber
webs.
PŘÁDELNICKÝ ZPŮSOB ZPRACOVÁNÍ VLÁKENNÉHO
ODPADU – málo používaný
1) Mykaná příze vigoňová, bavlněná
Složení vigoňové příze:
Druh vlákna
Podíl %
Viskózová stříž, 40 mm nebo 60 mm (jako „nosné“ vlákno)
Méněcenné, krátkovlákenné bavlny
Trhané a recyklované odpady (bavlněné nebo vlněné)
(Případně také:) lýková vlákna
10 - 30
20 - 40
20 - 70
20 - 25
Linka pro mykanou přízi
Mykací
stroj
Dělicí a zaoblovací
zařízení
Dopřádání
Vlastnosti a použití:
Většina přízí se vyrábí v rozmezí 100-1000 tex, výjimečně v jemnostech do 40
tex. Charakteristický je měkký omak, matný povrch s našedlým odstínem, velmi
nízká pevnost v tahu (asi do 7 cN/tex) a velká nestejnoměrnost.
Použití pro méně náročné výrobky je velmi mnohostranné, příze jsou obzvlášť
vhodné pro počesávané, hřejivé tkaniny a pleteniny. K nejpoužívanějším patří:
pletené zboží, zimní spodní prádlo, pracovní oděvy, podšívky, závěsy, přehozy,
přikrývky, prachovky, hadry na čištění, potahy válců na různých strojích …
2) Poločesaná příze
Mykací
stroj
Posukování
Dopřádání
Tato příze má větší pevnost a vyšší stejnoměrnost, problémy s krátkými vlákny.
Dopřádací systémy:
Vhodné jsou frikční systémy DREF 2 a DREF 3, kde je možné kombinovat nosnou část
jádra s obalem z odpadových vláken.
Princip:
Pramen vláken od mykacího stroje je přiváděn podávacím ústrojím k vyčesávacímu bubnu.
Jednotlivá vyčesaná vlákna nese proud vzduchu kolem usměrňovacího kotouče mezi
spřádací bubny. Oba bubny se otáčí stejným směrem a perforací v jejich povrchu se odsává
vzduch. Vlivem podtlaku a tření spřádacích bubnů se vlákna stáčí a napojují na otevřený
konec příze, která se odvádí k navíjecímu ústrojí.
Pramen vláken
Vyčesávací buben
Spřádací bubny
Navíjení příze
Vlastnosti a použití:
Na stroji se nechají spřádat všechna přírodní, umělá a recyklovaná textilní vlákna s délkou 10120 mm a s jemností mezi 1,7 a 17 dtex. Frikční příze mohou v tomto rozsahu nahradit
značnou část vigoní a přízí z mykané vlny. Navíc se nechají vyrábět určité směsi materiálů a
jádrové (opřádané) příze pouze touto technologií.
Frikční příze jsou objemnější a méně pevné než příze z mykané vlny ze stejných materiálu a se
stejným zákrutem. Stejnoměrnost je dostačující natolik, že se z hotové příze nemusí
odstraňovat tenká a tlustá místa, takže odpadá soukání. Příze se používají z největší části na
technické textilie.
Příze z DREF 2 hlavně na filtry, izolace, hadry na čištění
Příze z DREF 3 (jádrové a hybridní) na ochranné oděvy proti ohni a proti pořezání, kompozity
Obal
Jádro