В концепции разработчика и производителя нетканых материалов Холлофайбер^® – московского завода «Термопол» - есть утверждение: «Главное – внутри!» Эта идея воспринимается преимущественно на уровне понимания готового изделия. Действительно, материал, находящийся внутри (утеплитель или наполнитель) предопределяет свойства, качества и эксплуатационные характеристики конечных изделий. Данная статья опирается на анализ некоторых особенностей синтетических волокон и их влияния на то главное, что всегда скрыто и находится внутри того… что всегда находится внутри.

Для анализа были использованы: 1) нетканые утепляющие материалы Холлофайбер^® СОФТ (рис. 1) из первичных полиэфирных волокон и 2) синтепон из регенерированного полиэфирного сырья.  Исследования были проведены на научно-исследовательском 3D-измерительном видеомикроскопе высокого разрешения Hirox (Япония, Остек), которое позволило подтвердить моделирование внутренней структуры утепляющих полотен и волокон, применяемых для их производства.

           В рамках исследовательской и аналитической работы наблюдались в геометрическом увеличение до 10 000 крат:

           1) отдельно выделенные объекты (синтетическое волокно);

           2) сочетание и соединение волокон;

           3) холсты нетканых материалов с выявлением особенностей влияния волокон различных размеров и типов.

        Применены методики автофокусирования и мультифокусирования, что впервые позволило проанализировать многослойность[1] и пористость холстов утепляющих нетканых материалов при аэродинамической раскладке волокнистого холста на производстве «Термопол». Операционной валидности также позволила добиться точность позиционирования привода микроскопа Hirox (показатель составляет 50 нм на шаг).

   Экспозицией исследования первоначально было выбрано изделие зимняя куртка. В её составе - утепляющий материал синтетический на химической основе, ткань верха Оксфорд 240 D, подкладочная ткань - таффета. Куртка хранилась в сложенном виде без дополнительной компрессии 6 месяцев при комнатной температуре. В условиях носки и ухода потребителем отмечено: минимальное восстановление объема после хранения, деформация на 10-12 % после первой бытовой стирки при температуре до 40° С, щадящем барабанном отжиме и вертикальной сушке (на этикетке не имелось ограничений), на 2-й неделе ежедневной эксплуатации - появление пиллинга, затем - визуально фиксируемое изменение геометрии изделия, "стекание" утеплителя (плечи, рукава).

  Итак, почему это могло произойти? Одна из значимых причин - неправильно подобранный утепляющий материал, синтепон/noname. Рассмотрим подробнее (отмечено маркерами сверху вниз по порядку на рис. 2):

При производстве данного нетканого материала (рис. 2), примененного в качестве утепляющего слоя, использовано регенерированное волокно, которое характеризуется следующими пороками внешнего вида:

1. просматриваются ворсистые хаотические включения;

2. заметно наличие расщеплённых волокон[2];

3. отмечается значительное уплотнение на месте расщепления волокна; «переслежины и пересечки»[3], чередующиеся тонкие и толстые участки в волокне;

4. наблюдается курчавость (обусловлена изломом на коротких участках волокон);

5. выявляются шишки (рис. 3) - местные утолщения волокон, образованные припаянными к ним полимерами, одна из причин появления обусловлена неравномерным остыванием расплава, что, в свою очередь, стало следствием состава сырья и, соответственно, вязкости расплава[4].

Все вышеперечисленные пороки влияют на образование дополнительных тепловых проводников в холсте и образованию неравномерной воздушной прослойки.

Посмотрим альтернативу с применением первичных полиэфирных волокон на примере материала Холлофайбер^® СОФТ. Одним из главных критериев качества волокна можно признать равномерность по основным показателям.

Иллюстрация (рис. 4) даёт отчётливое представление об особенностях утепляющего материала Холлофайбер^® СОФТ:

1. однородность поверхности волокна;

2. равномерность блеска волокна (характеризуется однородностью полимера);

3. извитки правильной формы (отсутствие курчавости, рис. 5).

Производители нетканых материалов в своей продукции используют комбинации волокон различной линейной плотности для модификации ряда потребительских свойств. Например, включение микроволокон в состав нетканых утепляющих материалов позволяет повысить показатели драпируемости и теплоизоляции на определенном этапе жизненного цикла изделия. Широко известное со 2-й половины ХХ века микроволокно (менее 0,11 текс) стало выделяться в отдельную категорию стандартизации только в 2017 году. Применение микроволокон при производстве нетканых материалов увеличивает стоимость продукции и снижает производительность (до 30-40%).

Стоит заметить, что ООО «Термопол» применяет микроволокно с 2005 года и проводит исследовательский анализ представленных на рынке микроволоконных утепляющих материалов и собственных разработок.

. .

           Приведем данные завода «Термопол», выявленные лабораторными методиками в аккредитованных испытательных центрах:

·        при добавлении более 80% микроволокна в нетканый холст показатели суммарного теплового сопротивления после 5 циклов стирок снижаются на 10%;

·        при уменьшении вложения микроволокна в нетканый холст (до 50%) потери показателя суммарного теплового сопротивления составляют 3%;

·        отсутствие микроволокон в утепляющем слое позволяет сохранять показатели суммарного теплового сопротивления в исходном виде либо с минимальными потерями (менее 1%).

Ряд производителей применяют волокна, в т. ч. микроволокна, дополнительно обработанные полиорганосилоксанами, что позволяет придать органолептический эффект «шелковистости» (скольжения). Однако физико-механические свойства таких утепляющих слоёв ухудшаются, в частности, разрывная нагрузка уменьшается в 2 раза по сравнению с неткаными материалами без добавления силиконизированных волокон.   

Вопросы относительно особенностей синтетических волокон и их влияния на теплоизолирующие и эксплуатационные свойства нетканых материалов стыкуются с целым рядом технологических задач:

·              скреплением волокон (термоскрепление, рис. 7);

·              укладкой в холст;

·              обработкой материалов и др.

Эти производственно-технологические и инженерные параметры влияют на конечный продукт с теми или иными свойствами. Набор свойств, качеств, эксплуатационных характеристик тоже может быть, соответственно, различным.

Полотна Холлофайбер^® выпускают из автоматически уложенного в холст аэродинамическим способом синтетического волокна путем термоскрепления. Низкокачественное волокно (рис. 2) препятствует равномерной укладке. Вес волокна различен, они неодинаково оседают и т. п. При термическом скреплении, еще на начальной стадии производства в волокна, из которых состоит нетканый материал, добавляют дополнительно легкоплавкие волокна.

Для получения готового материала Холлофайбер^® сформированную аэродинамикой волокнистую массу прогревают в специальной печи до 120–250° С в зависимости от типа рецептуры. При этом оболочка легкоплавкого волокна, расплавляясь, прочно и равномерно связывает другие волокна между собой. Так как легкоплавкое волокно равномерно смешано с другими волокнами, из которых состоит полотно, то и скрепление материала происходит по всему объему: плотно и в четком пропорциональном распределении. Это придает ему высокую прочность, поскольку волокна надежно связаны между собой, вплавлены на определенных участках друг в друга. А за счет того, что легкоплавкое волокно является также синтетическим волокном, материал, скрепленный подобным образом, не имеет посторонних запахов, не токсичен и совершенно гипоаллергенен.
           Ещё одна особенность изготовления холста напрямую связана с сырьевым составом и выявляет особенности синтетического волокна – каландирование. Наряду с термоскреплением полотна Холлофайбер^® формируют посредством каландра, получая таким образом на одной или обеих сторонах нетканого материала небольшую по толщине, но прочную структуру (термическая обработка, подплавление поверхностного волокна при высоких значениях °С).

Рис. 8. Каландрированная поверхность утепляющего материала Холлофайбер^® СОФТ

Каландрированная поверхность (рис. 8) образуется путем прохождения полотна через сильно нагретые валы. При этом волокно, соприкасающееся с ними, равномерно оплавляется[5] в тончайшем верхнем слое, образуя гладкую поверхность. Само же полотно внутри остается эластичным, мягким и воздушным. Такой нетканый материал отлично удерживает тепло, а каландрированный слой препятствует миграции волокна, придает дополнительное уплотнение, увеличивает разрывные характеристики, создаёт удобство при раскрое. Оба этих технологических способа придают нетканым материалам Холлофайбер^® — наряду с прочими рецептурными и производственными особенностями — целый ряд уникальных свойств и качеств, не присущих прочим нетканым материалам, созданным из других типов волокон.

По итогам научно-исследовательской работы были также построены оптические профили поверхностей волокон, создано 3D-моделирование холстов, отмечена неоднородность поверхности вторичного и низкокачественного синтетического волокна, выявлены преимущества высококачественных сырьевых компонентов – синтетического волокна, применяемого для производства нетканых материалов Холлофайбер^®. Дальнейшие результаты из серии проведенных и запланированных на 2018 г. исследований, призванных выявить влияние особенностей синтетических волокон на теплоизолирующие и эксплуатационные свойства нетканых материалов, будут представлены на Международном научно-практическом симпозиуме по техническому текстилю и нетканым материалам в 2019 году.