NEMZETI TECHNOLÓGIAI PLATFORM A TEXTIL- ÉS RUHAIPAR MEGÚJÍTÁSÁÉRT
Új textilalkalmazási területek, műszaki textilek Alapozó tanulmány a Stratégiai Kutatási Tervhez
Készítette a Texplat 2. munkacsoportja Munkacsoport vezető: Máthé Csabáné dr. Szakértők:
Lázár Károly Dr. Szabó Rudolf Szollár Edina Tálos Jánosné Dr. Való Gábor
2009. október
Tartalomjegyzék Bevezetés............................................................................................................. 1 1. A műszaki textiltermékek és alkalmazási területeik áttekintése................................ 1 1.1. A műszaki textilek definíciója ........................................................................ 1 1.2. A műszaki textilek piaca és szegmentálása ..................................................... 1 1.3. Az egyes alkalmazási területek vizsgálata ....................................................... 3 1.3.1. Mobiltech – Autóipar és más járművek gyártása ........................................ 3 1.3.2. Indutech – Ipari alkalmazások................................................................. 5 1.3.3. Packtech – csomagolás........................................................................... 6 1.3.4. Protech – védelmi textilek ...................................................................... 7 1.3.5. Sporttech – Sport- és szabadidős tevékenységekhez használt eszközök ....... 8 1.3.6. Hometech............................................................................................. 8 1.3.7. Clothtech – Ruha- és cipőipar.................................................................. 8 1.3.8. Buildtech – Építészet.............................................................................. 9 1.3.9. Geotech—Ökotech – Geotextilek, környezetvédelem ................................ 10 1.3.10. Agrotech – Mezőgazdaság, beleértve a halászatot is............................... 10 1.3.11. Medtech – Egészség és higiénia ........................................................... 11 2. A műszaki textiltermékek előállítási technológiái.................................................. 13 2.1. A műszaki textíliák gyártásában felhasznált szálak......................................... 13 2.1.1. A kiemelkedő mechanikai tulajdonságú szálak......................................... 14 2.1.2. Csökkent éghetőségű és lángálló szálak ................................................. 15 2.1.3. Vezetőképes és antisztatikus szálak ....................................................... 16 2.2. Szövéstechnológiai innovációk a műszaki textilek gyártásában ........................ 17 2.2.1. A műszaki szövetek jellemzői ................................................................ 17 2.2.2. Szövéssel előállítható néhány kiemelt műszaki termék ............................. 18 2.3. Kötőipari technológiák alkalmazása a műszaki textíliák gyártásában ................ 20 2.3.1. Hálók és zsákok .................................................................................. 20 2.3.2. Kompozit-erősítőanyagok ..................................................................... 21 2.3.3. Kötött csövek...................................................................................... 21 2.3.4. Pántok, hevederek, szalagok................................................................. 21 2.3.5. Üreges háromdimenziós kelmék ............................................................ 21 2.3.6. Varrvahurkolt kelmék........................................................................... 22 3.3. Javaslatok kötött műszaki textiltermékek fejlesztésére ................................... 22 2.4. Nem-szőtt műszaki textilek......................................................................... 23 2.4.1. A nem-szőtt technológia főbb lépései ..................................................... 24 2.4.2 Trendek a nem-szőtt technológiáknál ...................................................... 24 2.4.3. Felhasználási területek ......................................................................... 25 3. Fonatolt műszaki textil termékek ....................................................................... 26 4. A kompozitok - a jövő szerkezeti anyagai textilerősítéssel..................................... 27 4.1. Kompozitok erősítő anyagai ........................................................................ 27 4.2. A legjellemzőbb erősítő textil konstrukciók.................................................... 28 4.3. A kompozitok felhasználási területei, fejlesztési irányai .................................. 28 4.4. A kompozitok piaca.................................................................................... 29 5. A műszaki alkalmazási területeken folyó K+F+I tevékenység sajátosságai .............. 30 5.1. termékfejlesztési stratégiák ........................................................................ 30 5.2. Jelenlegi fejlesztési tendenciák a műszaki textilek területén ............................ 32 6. Az új textilalkalmazások, mint a magyar textil- és ruhaipar esélye ......................... 32 6.1. A műszaki textiltermékek gyártása Magyarországon....................................... 32 6.1.1. Áttekintés az alkalmazási területek szerint.............................................. 33 6.1.2. Áttekintés a termékek szerint................................................................ 35 6.1.3. Javasolt innovációs irányok a műszaki textilek területén........................... 35 Konkrét fejlesztési irányok, javaslatok a műszaki textilek területén ..................... 36
Bevezetés Nem véletlen, hogy a textil- és ruhaipar jövőképében az egyik kitörési pontot az új textilalkalmazások jelentik. Míg a hagyományos textilterületeken, a ruházkodásban és a lakáskultúrában a textiltermékek pozíciói szilárdak, a textiltermékek illetve a textilalapú anyagok számos alkalmazási területen képesek más, akár természetes anyagok helyettesítésére, kiszorítására. Ezek az új alkalmazási területek jelentik ma a textilipar legfontosabb növekedési, és egyben innovációs területeit. Ezt a területet a szakmai kommunikációban a műszaki textilek néven emlegetik, bár ez az elnevezés részben megtévesztő, hiszen nemcsak műszaki alkalmazásokat takar, hanem a mezőgazdaságot és az utóbbi időben erőteljesen fejlődő egészségügyet is. A műszaki textiltermékeket az élet minden területén megtaláljuk, az épített környezetünkben szinte mindenhol vannak textiltermékek, az épületekben, az épített infrastruktúrában erősítő szerepet játszanak, de egyre több építmény készül textilből. Számos nem-textil termékben van textiltermék beépítve különböző funkciók céljaira, legfontosabb példa erre, hogy a gépkocsik ma már 20 kg körüli textilt tartalmaznak. Nagyon nagy szerepet játszanak a textilek a különböző ipari és mezőgazdasági technológiákban, mint segédanyagok, amelyek nem épülnek be a termék anyagába, de a technológiai folyamat nélkülük nem megvalósíthatók. Hasonlóan nélkülözhetetlenek a textiltermékek a csomagolásban is. Egyre nő a speciális textiltermékek szerepe az ember biztonságának védelmében, és a gyógyításban. A legnagyobb változás a szerkezeti anyagokban várható. A fenntarthatóság, illetve azon belül az energiatakarékosság és az alternatív energiák előállítása elképzelhetetlen a textilerősítésű kompozitok nélkül. Az új textilalkalmazások azért is jelentik az egyik legfőbb kitörési pontot az európai textilipar számára, mert ma még Kína, India, Oroszország és a feltörekvő világ többi országai is a műszaki textilszükségletének 70-80%-át importálja. Ezen a piacon Európa persze csak úgy tudja megőrizni ma még erős export pozícióit más fejlett országokkal és a feltörekvőkkel szemben, ha folyamatos innovációval, gyorsan tud reagálni az új igényekre.
1. A műszaki textiltermékek és alkalmazási területeik áttekintése 1.1. A műszaki textilek definíciója A műszaki textíliák fogalmát éppen a sokszínűség miatt kizárásos alapon definiálhatjuk: nem tartoznak a műszaki textilanyagok közé a „szokványos” alsó- és felsőruházati kelmék és termékek, valamint az általában „lakás- és háztartási textíliáknak” nevezett termékcsoport (bútorszövet, ágy- és asztalneműk, törülközők, konyharuhák, szőnyegek, függönyök stb.) sem. Ezt a definíciót ki lehet egészíteni azzal a kritériummal, hogy a műszaki textiltermékeknél a ruházatnál és a lakástextíliáknál elsődleges esztétikai tulajdonságok helyett, - esetleg mellett - más, a felhasználás szerinti speciális tulajdonságok, funkciók elérése a cél.
1.2. A műszaki textilek piaca és szegmentálása A műszaki textíliák piaca az 1980-as években különült el a textil- és ruhaiparon belül, amikor a speciális szálak és a nem-szőtt technológiák elterjedése révén a műszaki textíliák gyártásában rövid idő alatt nagy növekedés jelentkezett. Ebben az időszakban indultak el a műszaki textilekkel foglalkozó új folyóiratok, 1986-ban rendezték az első Techtextil kiállítást. Bár ma is a műszaki textilek gyártása mutatja a legnagyobb növekedést a textil- és ruhaipar területén, a műszaki textíliák kilencvenes évektől már életciklusuk érett szakaszába léptek. A verseny éleződik, a sikerhez már nem elég egy „izgalmas” újdonság, a piaci munka, a marketing ezen a területen is egyre nagyobb jelentőségű. A műszaki textíliák fejlesztésében is a technology push helyett market pull lett a hajtóerő. . Ez azzal a következménnyel jár, hogy egyre inkább a végső felhasználó
1
diktálja a követelményeket és egyre nagyobb szerephez jutnak az ellátási láncot szervező cégek. Bár sok műszaki alkalmazás megmarad kicsi, nagyon speciális piaci résnek (niche), összességében ez mégis jelentős méretet és növekedési lehetőséget jelent a magas hozzáadott értékű termékek európai gyártása számára. A műszaki textíliák területe az utóbbi évtizedekben a textilipar legdinamikusabban fejlődő területe. A fenti módon meghatározott műszaki textilek ma már durván a felét képviselik az olyan országok textiltermelésének, mint Németország, Belgium, vagy az északi országok, de jelentős teret nyertek a nagy hagyományos textiliparral rendelkező Olaszországban, Franciaországban, Spanyolországban és Portugáliában is. Az Európai Unió textiltermelésének megoszlása a felhasználás szerint: 2003
2009
26%
37% 41%
30%
33% 33% Ruházat
Lakástextil
Műszaki textil
Ruházat
Lakástextil
Műszaki textil
Az egyre inkább elterjedő terminológia szerint (aminek eredete a rendszeresen megrendezett nemzetközi Techtextil kiállítások szokásos témafelosztására vezethető vissza) a műszaki textíliák a következő csoportokba sorolhatók, ami egyúttal arra is választ ad, mit tekinthetünk műszaki textíliának: Alkalmazási terület Agrotech
Buildtech
Clothtech
Geotech
Hometech
Termékek Termésvédő textilek, capillary matting (kapilláris alapon nedvességtovábbító textilek, talajfedés, halászathoz használatos kötelek, hálók, horgász zsinór, talajtakaró hálók, bálakötöző, kertészeti kötözők, zsinórok, takaró ponyvák Textilépületek, pavilonok, sátrak textilanyagokból, külső és belső falfelületek erősítése, tetőfedésben használt hálók, szövetek, hő- és hangszigetelések, állványozásnál hálók, kötelek, erősítő szálak és szövetek betonhoz Szövött, kötött és nem-szőtt bélésanyagok, töltetek, szalag- és zsinóráruk, válltömés, varró cérna, címkék, tépőzárak, cipzárak, cipőtartozékok Talajstabilizálók, talajerősítők a mélyépítés minden területén, erózió kontrol, üregek bélelése, hulladéklerakók építése, környezeti katasztrófák felszámolása, pl. olajkiömlés Törlőruhák, törlőkendők, szűrők, párna-angin, matrachuzat és más matractartozékok, kárpitos bútor tartozékok, töltőszálak, töltő vliesek, takarító eszközök, törlők, függönyszalagok, szőnyeghátak, árnyékolástechnika, varró cérna, kompozitok a bútorgyártásban
2
Indutech
Medtech
Mobiltech
Packtech
Protech Sporttech
Szállító hevederek, hajlékony csővezetékek, hajtó szíjak, kefék, akkumulátor szeparátorok, kábelek és egyéb elektromos eszközök, nyomtatott áramkörök, kopófelületek, szőtt és nem-szőtt szűrők, cigaretta filterek, és a cigarettagyártáshoz szükséges szalag, papírgyártáshoz használt filcek, szövetek, könyvkötő anyagok, tömítések, töltőanyagok, szigetelések, emelőhálók, kötelek, hajlékonyfalú silók, különböző burkolatok, tiszta-szobában használt textíliák, kompozitok gépalkatrészek gyártásában Orvosi és egyéb köpenyek, sebkezelő és kötöző anyagok, implantátumok, sebvarró cérna, dialízis eszközök, steril csomagolás, orvosi matracok, speciális burkoló anyagok, vatta, törlő kendők, higiéniai termékek Kord fonal és szövet, hajtó szíj, textillel erősített gumicsövek, szűrők, biztonsági övek, légzsák, tűzött és tűnemezelt szőnyegek, textilrácsok, hálók, szigetelések, üléshuzat, autófedő ponyvák, leszorítók, kötelek, kompozitokból készült elemek az autók belsejében és a karosszériában Hajlékonyfalú konténerek, zsákok, kötöző zsinegek és szalagok, tea- és kávé-filterek, nem-szőtt csomagoló anyagok, csomagoló hálók, bőröndök és útitáskák, erősített papírok csomagolásra Védőruhák, védőcipők alapanyagai, védőeszközök különböző fizikai hatások, támadások ellen Vitorla, hajófedő anyagok, ejtő és siklóernyő, hőlégballon, horgászzsinór, műfű, kötelek, sportháló, labda, speciális sporttáskák, hátizsákok, sátor, hálózsák, kompozitok
1.3. Az egyes alkalmazási területek vizsgálata A műszaki textíliák fő felhasználási területei 2000
2005
2010 (várhat ó)
Védőruházat G eot extíliák S portszergyártás Ruhagyártás Mezőgazdaság Gyógyászat Magasépítőipar Lakást extíliák Gépgyártás Járműgyártás Csomagolástechnika
0
500
1000
150 0
2000
250 0
3000
3 500
4000
ezer tonna
1.3.1. Mobiltech – Autóipar és más járművek gyártása A műszaki textilek legnagyobb területe, az első olyan terület volt, ahol a textilipar először szembesült a mérnöki pontosságú specifikációkkal, a magas minőségi követelményekkel és a szigorú minőségirányítási követelményekkel, a szervezett beszállítói lánccal, és így modellül szolgált az egész műszaki textil szektornak.
3
Már ma is 20 kg körül van az egy autóban felhasznált textiltermékek mennyisége. A nem túl távoli jövőben ez a mennyiség meg is kétszereződhet, ha a textilerősítésű kompozitok a folyamatos kutatási és fejlesztési munkák eredményeképpen bekerülnek a karosszériákba is. A járművekben használt textiltermékekkel szemben igen magas műszaki követelmények vannak mind a biztonságot közvetlenül befolyásoló termékeknél, mind a főleg a kényelmet, az esztétikai megjelenést, reprezentációs értéket meghatározó enteriör elemeknél, beleértve az üléshuzatot is. Valamennyi az autóba beszerelt textilterméknek az autó teljes élettartamának megfelelő tartóssággal kell rendelkezni a használat körülményei - időjárás, fény, stb. – között. A legnagyobb szilárdsági követelményeket, a szigorúan előírt mechanikai tulajdonságokat, a biztonságot közvetlenül befolyásoló termékeknél találjuk. Ezek közé tartoznak a gumiabroncsok erősítéséhez használt kordcérna illetve a kordszövet, a biztonsági öv, és az egyre nagyobb számban használt légzsákok. Az autó enteriőrjét, és így reprezentációs értékét is nagymértékben meghatározó belső felületeknél, és az ülések kárpitozásánál a funkcionális tulajdonságok mellett nagy szerepet játszanak az esztétikai tulajdonságok és a kellemes fogás. Az Edana, a nemszőttek európai szövetsége, egy a közelmúltban készített felmérése során 37 olyan külön alkatrészt talált, és nevezett meg, amelyben nem-szőtt textília kerül felhasználásra. Gyakorlatilag minden burkolat, amely a fémvázra kerül, nem-szőtt alapon készül. A belső burkolatok általában tűnemezelt, és műanyaggal vagy latexszel átitatva, valamilyen módon formára préselve megszilárdított elemek. Az autóüléseknél is egyre több nem-szőtt poliésztert használnak kiváltva a poliuretán habot. Az autóülések kárpitozására ma már kizárólag a különböző speciális szerkezetű poliésztertextíliákat, vagy bőrt használnak. Egy 2003-as felmérés szerint az autóülés huzatok mintegy fele szövet, a különféle kötött kelmék 40%-ot képviselnek, és kb. 10% a bőr üléshuzat. Az arányok az utóbbi években a kötött felé mozdultak, ahol jelentős gyártmányfejlesztés is végbement, hogy a kötött kelmével elérhető legyen a szükséges tartósság, kopásállóság, és ugyanakkor a kényelmi és esztétikai követelmények is kielégüljenek. Az utóbbi évek egyik érdekes innovációja volt a 3D kettős lánckötött kelme kifejlesztése, amelynél az egymástól 5-6 mm távolságban levő két réteg között rugalmasságot biztosító merev monofil adja az összekötést. Ezeket akár a felső huzatra, akár a kárpitozásnál a poliuretánhab kiváltására is használják. Fontos előny, hogy mindez egyfajta anyagból megoldható, így a reciklálás egyszerűbb. Az autók, és általában a járművek enteriörjének területén a jövőben a nanotechnológiával elérhető funkcionális tulajdonságok (szennytaszítás, olaj- és vízlepergetés, lélegző képesség, fűthetőség, stb.) jelentik az innovációt. Az autók belsejében használt textíliák konfekcionálására a komplex kontúrok és a magas követelmények kielégítésére a legmodernebb konfekciótechnikát kell alkalmazni. Az autóülés-huzatoknál számítástechnikával generálják a háromdimenziós tervből a kétdimenziós szabásmintát. Ez napjaink egyik fontos fejlesztési irányzata. Forradalmasítani fogja az autó- és járműgyártást a kompozitok mainál nagyságrendekkel nagyobb felhasználása. Már ma is nagy mennyiségben található szállal erősített kompozit főleg a gépkocsik belsejében, de ez a jövőben még tovább fog nőni. Nagyon komoly fejlesztések folynak az acéllemezek kiváltására a karosszériánál, és ezzel a gépkocsik tömegének jelentős csökkentésére. Kompozitból készülhet az üzemanyagtartály, a kormányrúd, és más alkatrészek is. A fenntarthatósági szempontok miatt a karosszéria elemek megújítására irányuló fejlesztésekben egyre nagyobb hangsúlyt kap a természetes szálakkal, erősített kompozit, ami a megújuló nyersanyagok nagyobb arányú használatát jelenti az autókban.
4
Az anyagok kiválasztásánál fontos kritérium az alkalmazott anyagok reciklálhatósága. Az EU-nak a használatból kivont kocsikra vonatkozó 2003-ban elfogadott szabályozása, (az ELV - End of Life of Vehicles regulation) szerint 2015-re el kell érni, hogy az autók anyagának 95%-át az életciklus végén szekunder nyersanyagként használják fel az eddig inkább használt módszerek, a lerakás, vagy az égetés helyett. 1.3.2. Indutech – Ipari alkalmazások A leginkább egymástól különböző alkalmazásokat jelentő terület. A legkülönbözőbb ipari területeken használt textiltermékeket foglalja magában, amelyek nélkülözhetetlenek az ipari folyamatok biztonságos zavarmentes végrehajtásához, és amelyek optimalizálása és fejlesztése az adott folyamat hatékonyságát növeli. Rendkívül széles az ide tartozó termékek köre: szűrők, kopó anyagok, csővezetékek, szállító szalagok, hajtószíjak, ipari törlő és tisztító anyagok, kötelek, zsinórok, hevederek, hálók, ponyvák, szigetelő párnák, stb. Ezek többségét már korábban is textíliából gyártották, de az ipari technológiák fejlődésével e termékek is egyre nagyobb teljesítményűek lettek. Jellemző, hogy ezek a termékek az alkalmazó iparágtól függően nagyon különböző méretűek, igényűek. Az ipari alkalmazások legnagyobb területe a szűrés, amely nemcsak a különböző iparágakban (vegyipar, gyógyszeripar, élelmiszeripar), hanem szinte minden más területen is fontos művelet, így a járműveknél, a vízkezelési technológiákban, a mindennapi környezetünkben. Becslések szerint (AVR 2008/6) a különböző szűrőközegek piaca 21,7 Mrd dollárt tett ki 2007-ben. Ebből 38% esett az új szűrőberendezésekre és 62% az elhasználódott szűrők cseréjére. Ebben kis mértékben szerepelnek nem textiljellegű szűrők is, de a legnagyobb részt a különböző textiljellegű szűrőközegek adják. A felhasználás szerint 14,3% a vízgazdálkodásban (víztisztítás és szennyvízkezelés), 13,6% a nehéz vegyiparban és olajiparban, 9,6% a finomkémiai és gyógyszer technológiákban kerül felhasználásra. Az élelmiszeripar 9,2%-ot képvisel. Az utóbbi évtizedekben folyamatosan szigorították a levegő tisztaságára vonatkozó előírásokat az ipari tevékenység során, ami előtérbe helyezte a szűrési technológiák és a szűrőközegek fejlesztését is. A szűrésnél használt textiltermékek alapanyaga, textilszerkezete és alakja a kiszűrendő anyagtól és a közegtől függ. A szűrés leggyakrabban a részecske méretén alapul, de történhet az anyag megkötése kiválasztása más elven is, pl. elektrosztatikus feltöltődés. Az optimális szűrési technológia kidolgozása – beleértve a szűrő anyagának minden szempontból történő optimalizálását - komoly technológiai tudást igényel, a szűrőket gyakran fejlesztik és ajánlják együtt a berendezéssel. A szűrés spektruma ma már hihetetlenül széles, egészen a nanoszűrésig terjed, amelyet, pl. baktériumok kiszűrésére használnak. Szűréshez ma már döntően a szintetikus szálakat használják, kivételt az élelmiszeripar jelenti, ahol használnak még pamutszövetet is. Magas hőmérsékleten az ún high-tech szálakat (aramid, teflon, stb), magas vegyszerállósági követelmények esetén polipropilént alkalmaznak alapanyagként. A textilszerkezet szerint a szűrési feladatok közül a levegő, illetve a gázok szűrésénél főleg nem-szőtt textíliát használnak Amennyiben a cél az anyag kinyerése szűréssel, főleg szőtt, ritkábban kötött kelmét használnak. Az anyag pórusainak méretét a fonalfinomsággal és a szövésmóddal állítják be. A szűrőkkel szembeni követelmények folyamatosan nőnek, részben az elérendő tisztaság, a körülmények (főleg hőmérséklet), részben a gazdaságosság és az energiatakarékosság tekintetében. Az elérendő tisztaság tekintetében forradalmi változást jelentett a membránok, majd újabban a nanoszálak alkalmazása, ami legtöbbször textilalapú szűrőkben valósul meg, és így a textiliparnak is az egyik fontos innovációs területévé teszik a szűrést. Az innováció fő területe itt az egyre újabb nemszőtt alapú szűrők fejlesztése. Nagy szerepe van a műszaki konfekcionálásnak is a szűrők
5
területén, mert az biztosítja a legkülönbözőbb berendezésekhez optimálisan használható formák kialakítását. A különböző ipari termékek gyártásánál – éppúgy, mint a járműgyártásban - egyre több textilerősítésű kompozit kerül felhasználásra. A kisebb igényű termékeknél, alkatrészeknél erősítésre egyszerűen vágott szálakat használnak, de sok helyen szükség van vagy a nagyobb erősítő hatás vagy speciális alak elérése érdekében valamilyen textiltermék, legtöbbször szövet alkalmazására. Az ipari alkalmazásokhoz tartozik az energetika is, ahol az egyik leginkább növekvő terület a szélenergia felhasználásában használt szélkerekek lapátjainak gyártása, ahol üvegszálból, vagy a nagyobbaknál szénszálból készített szövetet használnak erősítőként.
Sokfajta textilterméket használ erősítésre a gumiipar. Ezeket az erősített gumiipari termékeket azután az ipar és a szállítás legkülönbözőbb területein használják. A szállítószalagokban, hajtószíjakban, a különböző gumicsövekben, légrugókban műszaki fonalat, esetenként kordfonalat, vagy nagyszilárdságú fonalból készített szövetet használnak erősítőként. A különböző szigetelési feladatokban szintén nagyon sokféle textilterméket használnak. A hőszigetelésben a korábbi azbesztszigeteléseket üvegszállal, vagy különböző hőálló szállal váltották ki. Szigetelésre gyakran használnak fonatolt, vagy keskeny- esetleg körszövött terméket. Az energiaiparban nagyméretű szigetelőpárnákat varrnak. 1.3.3. Packtech – csomagolás A Packtech az egyik legnagyobb volument jelentő műszaki textil terület jellemzően viszonylag alacsony egyedi értékű termékekkel. A textilzsákokat - főleg pamutból, kenderből, jutából - régóta használnak csomagolásra, az utóbbi időkben azonban a szintetikus szálak, speciálisan a polipropilén szálak kerültek előtérbe, és ez együtt járt újfajta csomagolóeszközök megjelenésével is. A csomagolások területén a skála a nehéz ömlesztett anyagok csomagolásától a kisebb tömeget jelentő élelmiszeren keresztül egészen a textilerősítésű borítékokig terjed. Idetartoznak a csomagolásnál használt szövetek, szalagok, zsinórok, kivéve a főleg a mezőgazdasági termelés folyamán használt kötözőket. Ezen a területen nagyon jellemző, hogy a konkurenciát gyakran jelentik más anyagok, papír, fém, fa, műanyag, stb. A textilek nagy előnye, hogy elegendően szilárdak, üresen kis helyet foglalnak, többször használhatók, súlyuk kicsi, így a szállításnál energia megtakarítás érhető el.
6
A csomagolás területén a leggyakrabban használt anyag a polipropilén, amelynek egyeduralmát egyelőre semmi nem veszélyezteti. Az utóbbi időben előtérbe kerülnek a környezetvédelmi szempontok a hulladékká váló csomagolóanyagok reciklálhatósága és lebonthatósága. Így, pl. aktuálissá válik a műanyag zacskók helyett a többször használható textilzacskók. Ma legfontosabb textilalapú csomagolóeszközök a hajlékonyfalú konténerek, amelyek nagyon alkalmasak a legkülönfélébb anyagok tárolására és szállítására. Ezek alapanyaga a polipropilén fóliaszálból álló 150-250 g/m2 szövet, amelyből varrással alakítják ki a megfelelő terméket. Amennyiben szükséges, a vízzárás érdekében a szövetet vagy poliolefin réteggel laminálják, vagy egy fólia belső zsákot alkalmaznak. A csomagolóeszközök területén az innováció fő célja a környezetbarát, biológiailag lebomló, de legalább hatékonyan reciklálható, vagy éppen reciklált anyagok felhasználása a gyártásnál. 1.3.4. Protech – védelmi textilek A Protech a műszaki textilterületek között volumenben viszonylag kis részarányt képvisel, de értékben a részesedés sokkal nagyobb, mert nagyon szofisztikált innovatív termékek tartoznak ide. Ehhez a területhez tartozó textíliák az alábbi hatások ellen képesek védelmet adni: - tűz és magas hőmérséklet - időjárás elleni védelem, beleértve az extrém hideget és az UV sugárzást - mérgező gázok és vegyi anyagok - vágás, dörzsölés - lövés, ütés, szúrás - káros porszennyeződés - káros mikrobák (baktériumok, gombák) - elektrosztatikus feltöltődés és elektromágneses sugárzás - balesetek ellen: jó láthatóságot biztosító textilek - kombinált védelem nukleáris, biológiai és vegyi katasztrófák esetére (NBC védelem) A védelmi funkcióval rendelkező textíliákat döntően a védőruhák előállításában használják. Vagyis a védelem elsősorban az embert védi a külső környezet kockázataival szemben részben a munkavégzés, részben más tevékenység során. Így idetartoznak a szabadidős tevékenységek és a sportolás céljaira kifejlesztett védőruhák is. Mindezek az alkalmazások az alapanyag funkcionalizásán alapulnak, ezért ezt a területet a tanulmány másik részében tárgyaljuk részletesen. Megjegyzendő, hogy időnként a védelem valamilyen tárgyra is irányulhat, pl. készülékek védelme elektromos sugárzás ellen, vagy szennyezés ellen az ún. tiszta szobákban, de felhasználásra kerülnek a védelmi funkciójú textilek építőipari szerkezetekben is. A védelmi funkcióval rendelkező textilek nagy szerepet játszanak a hadseregnél használt textileknél, mind a ruházatnál, mind az egyéb felszerelési tárgyaknál. A védő textíliák növekvő jelentőségét mutatja, hogy ez a szektor bekerült az EU ún. „Lead Market” kezdeményezésében elsőként megnevezett hat piac közé. A kiemelt hat piac az alábbi: - e-egészség – internetbázisú eszközök az egészségvédelemben - fenntartható építkezés - védőruházat és textilbázisú védőeszközök - természetes alapú megújuló nyersanyagok - hulladékok újrahasznosítása, hatékony hulladék menedzsment - megújuló energia
7
1.3.5. Sporttech – Sport- és szabadidős tevékenységekhez használt eszközök A Protech területhez hasonlóan volumenben kicsi, de nagy hozzáadott értékű szegmensről van szó. Erre a területre jellemző, hogy a termékek zöme a fogyasztói piacra kerül. Mivel viszonylag nagy hozzáadott értékű, és így magas árfekvésű termékekről van szó, a sporttech szektor késztermékeinek ma a fejlett országok a legnagyobb felvevője, de a legnagyobb növekedés a feltörekvő országokban van, ahol folyamatosan nő a vásárló erő. A fejlett országok fogyasztóit ugyanakkor egyre inkább individualizált termékekkel, folyamatos innovációval lehet újra és újra vásárlásra bírni. Ezért ez a terület egy sor igazi ún. niche-piacot jelent, amelyen nem az ár, hanem az innováció a fő versenytényező. A Sporttech terület nagyon különböző termékeket jelent: - vitorlák (hajó, szörfdeszka), alapanyagok: poliészter, kisebb mennyiségben poliamid filamens-szövet, esetleg vékony filmréteggel, hajótakaró ponyvák - hőlégballonok, alapanyag: poliuretánnal bevont poliamid szövet - ernyő- és siklóernyők, alapanyag: nagyszilárdságú poliészter vagy poliamid szövet - kötelek hegymászáshoz, vitorlázáshoz, ejtőernyőhöz, stb. - műfű, polipropilén fóliaszál polipropilén alapszöveten - sporthálók - sátrak alvásra egyéni felhasználásra, alapanyag poliamid-, poliészter- vagy pamut-poliészterszövet, a külső szövet poliuretánnal, vagy szilikonnal bevonatolt, hidrofobizált - hálózsákok - hátizsákok, sporttáskák, poliamid- és poliészterszövet, esetleg poliuretánnal, PVCvel kenve, szíjazat főleg polipropilén keskeny szövet - erősítő szálak, fonalak, szövetek kompozitok számára, amelyekből sporteszközök, teniszütők, sílécek, botok, sport-hajók, kerékpár alkatrészek, stb. készülnek 1.3.6. Hometech A Hometech terület nagy volumenű, de nem túl magas értéket képviselő termékekből áll. Az otthonnal kapcsolatos termékek előállításához, vagy használatához szükséges funkcionális termékek tartoznak ide nemcsak a privát otthonokban, hanem az intézményi felhasználóknál (szállodák, irodák, kórházak, stb.) is. Ez utóbbi, az intézmények piaci szegmense egyre fontosabb lesz az európai textilipar számára, mivel ezen a területen a nagyobb követelmények magasabb hozzáadott érték és ár elérését teszi lehetővé. A lakáskultúrához kapcsolódó termékek közül általában nem tartoznak ide a dekoratív, esztétikai értéket meghatározó, a külső felületet adó lakástextilek. Példa erre a megkülönböztetésre, hogy idetartozik a szőnyeghát, de a szőnyeg maga nem. A kárpitos bútornál, pl. minden idetartozik, ami a kárpitozáshoz tartozik, kivéve magát a látható bútorszövetet. Ugyanígy idetartozik a paplanok, párnák, matracok és azok töltőanyagainak gyártása, de nem tartozik ide a lehúzható és cserélhető ágynemű. Lényegében a Hometech terület, bár termékeit a műszaki textilekhez sorolják, szorosan összefügg a lakástextilekkel. A Hometechhez sorolják a kerti bútorokat, amelyeket nagy mechanikai szilárdságú és időjárás- és fényálló műszaki szövetekből készítenek. Jelentős a Hometech területen a szálerősítésű kompozitok felhasználása is. 1.3.7. Clothtech – Ruha- és cipőipar Ehhez a szektorhoz a ruházati termékek – beleértve a cipőt is – gyártásában használt olyan termékek tartoznak, amelyek legtöbbször nem tartoznak a külső megjelenéshez. Ilyenek a különböző bélések, a töltőanyagok, válltömések, cipzárak, és idetartozik a varró cérna maga is. A varrócérna ebben a szektorban részben a textilruházat, részben a cipők és más bőráruk gyártásában kerül alkalmazásra.
8
1.3.8. Buildtech – Építészet Ez a terület magában foglalja mind azokat a textileket és textilalapú kompozitokat, amelyeket épületek, és egyéb műtárgyak, mint gátak, hidak, stb. létrehozásánál, javításánál használnak, beleértve az ideiglenes épületeket, nagyméretű sátrakat, felfújható szerkezeteket, valamint az épületek tartozékaként szereplő napvédő textíliákat is. Az építészetben használt textilek egyre több helyen nyernek alkalmazást, 2000 és 2004 között 15%-kal nőtt a szövetek felhasználása ezen a területen, de a következő évekre még nagyobb növekedést jósoltak még a válság előtt, de ennek megvalósulása nyilván az egész ipar növekedésétől függ. A textileket a könnyű súly, a jó mechanikai tulajdonságok és jó deformitás, rugalmasság és a vegyi anyagokkal, a levegőszennyezéssel szembeni ellenállás teszi alkalmassá az építőipari felhasználásra. Az építőiparban használt textiltermékek az alábbi funkciókat teljesítik: - falak, homlokzatok erősítése - betonerősítés, vakolaterősítés - tetőszigetelés, vízzárás - hő- és hangszigetelés - tűzgátlás Falak, homlokzatok erősítésére végtelen üvegfonalból készített szövetet, lánckötött, vagy újabban nem-szőtt kelmét használnak. Fontos alkalmazás a műemlék, illetve általában a régi épületek megerősítése textilerősítésű műanyaggal, ami lényegesen rövidítheti és gazdaságossá teheti a felújításokat. Ennél a technológiánál gyakran használnak szénszálat erősítésre. Jelentős fejlesztési munka folyik a textileknek a beton erősítésére való felhasználására a vas helyett. Textilerősítést használva jelentős súlymegtakarítás érhető el. Ez nemcsak a textilnek a vasnál kisebb fajsúlyán alapul, hanem a falvastagság is csökkenthető, mivel nincs szükség a vas rozsdásodás elleni védelme érdekében alkalmazott betonrétegre. A textilerősítésű betonból könnyű, vékonyfalú változatos formájú betonelemeket lehet előállítani, ami új alkalmazásokat nyit meg. Jelentős termékfejlesztési munka folyik a szigetelésre használt termékeknél az energiatakarékosság előtérbe kerülésével, és nő is az ezen a területen felhasznált textilek mennyisége. A szigeteléseknél részben az üvegszálból, esetleg természetes rostszálakból készített „paplanokat” használnak, de terjed a poliészter kártolt, rögzített nem-szőtt textilek alkalmazása is, amelyből különböző szálösszetételű és négyzetméter súlyú kelméket használnak az épületek különböző helyein. Vízszigetelésre használják a vízzárást biztosító, de légáteresztő spun-bond nem-szőtt anyagokat. A textilből készülő, az idegen nyelvekben szokásos szóhasználattal a „membrán épületek” egyre népszerűbbek, és egyre igényesebb szebb épületeket hoznak létre a különböző eseményekhez kapcsolódóan, pl. vásárok pavilonjai, családi és más rendezvények színhelyei, stb. A pekingi olimpia idején több ilyen épületet készítettek. A legnagyobb az olimpiai falu étterme volt. Egy 100x185 m-es épületet építettek összesen 16000 ülőhellyel.
9
Az ideiglenes épületek, sátrak, pavilonok alapanyaga általában szövet, főleg poliészter PVC bevonattal, vagy nagyobb igények esetén üvegszövet PTFE-vel vagy más fluortartalmú polimerrel bevonva. Használnak kisebb szilárdsági követelmények esetén polietilén-laminátot is (polietilénháló polietilén fóliával), vagy poliészterfonallal erősített polietilén fóliát. A feszített könnyűszerkezetek textiltetői nemcsak védenek a naptól, hanem az utóbbi évek fejlesztései nyomán energiát termelhetnek is. A fotovoltaikus membránt a tetőként használt ponyvaszövethez integrálva (ragasztással, vagy más módon) energiatermelő tetőket állítanak elő, amelyeknek nagy jövőt jósolnak. A napvédelemben a hidrofobizált poliészterszövet mellett használják a jóval nagyobb fény- és UV állóságú akrilszövetet is, rendszerint masszában színezve. Építkezéseknél az állványzatokat hálóval burkolják. Ezek a hálók általában lánckötött technológiával készülnek. Külön piaci szegmens a katasztrófáknál használt sátrak. Ezeket készíthetik igénytelenebb pamut, vagy pamut-poliészter szövetből. 1.3.9. Geotech—Ökotech – Geotextilek, környezetvédelem A geotextilek az újabban gyakran geo-szintetikáknak nevezett anyagokhoz tartoznak. Ezek olyan szintetikus polimerekből készült hajlékony kétdimenziós anyagok, amelyeket a mélyépítés, útépítés során használnak. Két fő csoport tartozik ide: a textiltechnológiával készült geotextilek és az extrúziós technológiával készülő rácsok, hálók, fóliák, és az utóbbi időben kifejlesztett membránok. Funkciójuk: elválasztás, szűrés, erősítés, vízelvezetés, mechanikai védelem. Alkalmazásuk: út- és vasútépítés, épületek alapozása, talajerózió megelőzése, vízvédelem, környezetvédelmi beruházások, köztük a szemétlerakók építése, stb. Geotextilként legnagyobb mennyiségben, mintegy 90 %-ban a tűnemezelt nem-szőtt termékeket használják különböző vastagságban. A további 10 % megoszlik a spun-bond és a szövött termékek között. Geotextilekre legnagyobb mennyiségben polipropilén és poliészter szálakat használnak. A geotextilek piacának fő jellemzője, hogy miután nagy projektekhez kapcsolódik, az igény ciklikus, függ a makrogazdaságtól, ill. az állami döntésektől. Gyakran közbeszerzési eljáráshoz kapcsolódóan történik a beszerzés, és ezért erős az árnyomás. A gazdasági ciklusokon kívül jellemző az éven belüli szezonalitás is az időjárás miatt. A geotextilek között vannak több különböző réteg (pl. szövet, üvegpaplan, spun-bonded, tűnemezelt, stb) egyesítésével előállítottak. Az egyesítéshez vagy a tűnemezelést, vagy az ún. stitch bonding-ot használják. 1.3.10. Agrotech – Mezőgazdaság, beleértve a halászatot is A mezőgazdaság szinte minden területén megtaláljuk a textiltermékeket, amelyek segítenek a termékek megvédésében, begyűjtésében, tárolásában. A mezőgazdaság területére jellemző fő termékek a különböző kötözők, a termést a nap, a szél, a fagy, az állatok, madarak, rovarok ellen védő textilek, a különböző takaró-védő ponyvák, stb. Újabban terjed a nem-szőttek használata, pl. a magok vetésénél, amikor a nem-szőtt textil tartalmazhatja a tápanyagot és segíti a nedvességtranszportot a maghoz. Ide tartozik a halászat is, a horgászzsinórok, a halászhálók. Sok ezen a területen is használt textiltermék tartozik más műszaki textil területhez, Pl. geotextileket használnak a talajerózió megelőzésére, és a termékek szállítására szolgáló zsákok, pedig a Packtech területhez tartoznak. A hagyományos termékek területén a természetes anyagoknak szintetikusakkal való felváltása jellemző. A terület növekedési potenciálját nem annyira az új termékek fejlesztése, hanem az új anyagokhoz, főleg a nemszőttekhez kapcsolható új alkalmazások jelentik. Az innováció ezen a területen ezért első sorban az alkalmazástechnikai kutatásokon alapul.
10
1.3.11. Medtech – Egészség és higiénia A Medtech meglehetősen heterogén alkalmazási terület, amelyhez egyszerre tartoznak a nagy tömegben készülő különböző pelenkák és a technika csúcsát jelentő mesterséges sejtszövetek, amelyeket nanoszálakból álló hálóra növesztenek rá. A terület rendkívül innovatív. Ide tartoznak az egészségmegőrzésben és a gyógyításban is várhatóan szerepet kapó „smart” textiltermékek, amelyeknél szenzorokat integrálnak a ruházatba, amelyek képesek az egészségi állapot folyamatos monitorozására, sőt beavatkozásra is. Az egészségvédelem és az egészségügy egyre növekvő piac, mert nő az emberek egészségtudata, de ugyanakkor az öregedés miatt nő az igény a gyógyításra is. Növeli a piacot az is, hogy a fejlődő világban is egyre nagyobb tömegek kerülnek be az egészségügyi rendszerbe az életszínvonal növekedésével. A gyógyítási költségek növekedése és az életminőség kérdésének előtérbe kerülése egyre inkább ráirányítja a figyelmet a megelőzésre és az egészség megőrzésére. Ennek a trendnek a megjelenése, hogy egyre általánosabb az antimikrobiális hatású textilek alkalmazása mind az intézményekben, mind a fogyasztási ruházati- és lakástextil termékeknél. Az egészségügyben az innovatív textiltermékek jelentősen növelhetik a kezelések hatékonyságát, és javíthatják a betegek komfortját a gyógyítás-gyógyulás idején. Hozzájárulhatnak a költségnövekedés fékezéséhez is az alábbi innovációkkal: - a textilbázisú implantátumok sok esetben helyettesíthetik a donortól származó szerveket - gyorsítják a gyógyulást, pl. az innovatív sebkezelők - javítja a krónikus betegek és az idősek életminőségét, csökkentve ezzel az orvosi költségeket Mind a mindennapi higiéniában, mind a gyógyításban, ápolásban szerepet kapó termékek döntően egyszer használatosak, eldobhatók. Ezek alapanyaga, vagy burkoló anyaga általában a legkisebb költséggel gyártható nem-szőtt textília. Ilyenek a pelenkák, a női higiéniai termékek, különböző anyagokkal átitatott törlőkendők, dekubitus termékek, a sebkezelők. Szintén nem-szőtt textil, a spun-bond poliolefin kelme az alapanyaga a fertőzés veszély miatt egyre fontosabb ún. barrier textileknek, amelyek meggátolják a folyadékok áthatolását, és amelyeket a műtéteknél használnak elsősorban takarásra, illetve ruházatként. Meg kell jegyezni, hogy éles verseny folyik a hagyományos, és főzéssel fertőtleníthető hagyományos és a drágább egyszer használatos műtéti textilek között. Az orvosbiológiai textíliákból készült implantátumokkal sérült testszövetek vagy szervek működését segítik vagy ilyeneket helyettesítenek. Ezek az anyagok hatékonyan elősegítik a sebek gyógyulását (varratok formájában) vagy mint pl. mesterséges véredények, inak, izületek stb. használhatók. Míg a sebvarró cérnának biológiailag lebomló anyagból kell készülnie, egy beültetett készítménynek biokompatibilisnek kell lennie, azaz nem szabad, hogy a szervezet kivesse magából. További követelmények a porózus szerkezet a jó beépülés érdekében, valamint az, hogy minden szennyezéstől mentes legyen. A fontosabb textiljellegű orvosbiológiai anyagok: Sebvarró és érlekötő fonalak A műtéteknél használt sebvarró fonalak lehetnek biológiailag lebomlók vagy nem lebomlók. Az előbbieket főleg belső varratokhoz használják, az utóbbiakat pedig a testfelületen levő sebek összevarrására, mert ezeket a seb gyógyulásának előrehaladásakor el lehet távolítani. Anyagaik lehetnek természetes vagy mesterséges eredetűek, attól függően, hogy milyen kémiai és biológiai követelményeknek kell megfelelniük.
11
Mesterséges véredények A mesterséges véredényeket elzáródott vagy meggyengült erek (vénák, artériák) helyettesítésére használják. Készülnek egyenes vagy elágazó kivitelben, leggyakrabban vetülék- vagy láncrendszerű kötési technikával. Szerkezetük porózus, így könnyen beágyazódnak a környező szövetekbe. Ezekkel a termékekkel szemben szigorú követelmény a vér anyagával való összeférhetőség, a porózus szerkezet, a jó alakíthatóság és bennük a véralvadás megakadályozása. Mint anyag, jól bevált a mesterséges véredények gyártására a Teflon, aminek jó a biokompatibilitása és a porózus Teflon cső akadályozza a vér koagulálását. A sérv kezelése A sérv kezelésére és a hasfal helyreállítására szövött vagy kötött hálókat használnak, amelyeknél a kellő szilárdság, a megfelelő porozitás és a rögzíthetőség a legfontosabb tulajdonságok ahhoz, hogy használatukkal tartós eredményt lehessen elérni. Igen jól bevált anyag erre a célra a polipropilén, mert ellenáll a fertőzéseknek és nem allergén. Implantátumok Az orvosbiológiai anyagokat felhasználják a lágy szövetekkel kompatibilis implantátumok készítésére is, mint amilyen a mesterséges bőr, ín, vagy szaruhártya. Alkalmazhatók ilyen célra a kollagén, a hernyóselyem, a cellulóz, a kitin és a kitozán alapanyagú készítmények. A kemény szöveteket helyettesítő implantátumoknak (mint amilyenek pl. a csont- vagy ízület-protézisek) kiváló mechanikai tulajdonságokkal kell rendelkezniük és kompatibiliseknek kell lenniük a környező kemény szövetekkel. Emellett fontos, hogy jól megmunkálhatók, kémiailag stabilak és biokompatibilisek legyenek. Ilyen célra nagyon jól beváltak a nemszőtt textíliával erősített kompozitok, amelyeket egy szénszál vagy Teflon anyagú nemszőtt kelme vesz körül, elősegítendő a környező szövetekbe való beépülésüket. Idegcsatornák A kutatások előterében állnak azok a fejlesztések, amelyek célja a sérült idegvégződések áthidalásának megoldása. Elektromosan vezető polimerekkel (pl. polipirollal) kísérleteznek, amelyek az elektromos stimuláció révén elősegítik az ideg regenerálódását. A textilipar szempontjából ez fontos terület, mert az idegvezető csatorna egy folytonos cső, amit textilipari eljárással lehet előállítani. Testszövetek fejlesztése A testszövetek fejlesztése a modern gyógyászati kutatások egyik leggyorsabban növekvő területe. Foglalkozik a sérült testszövetek és szervek biológiai alapon létrehozott pótlásával, kombinálva a mérnöki tudományokat az élettudomány eredményeivel. A textilanyagok annak a vázszerkezetnek a kialakításában játszanak fontos szerepet, amelyre felviszik a beteg sejtjeit, majd ott elszaporítják. Ezt a sejttel benőtt vázszerkezetet ültetik be a szervezetbe, ahol a sejtszaporodás folytatódik, és létrejön a kívánt szövet. Alkalmazzák erre a célra a hímzés technikáját is, mert ezzel a módszerrel nagyon változatos alakú vázakat lehet létrehozni, amelyek egyúttal megfelelő mechanikai tulajdonságokkal is rendelkeznek ahhoz, hogy beilleszkedjenek a fogadó környezetbe.
12
2. A műszaki textiltermékek előállítási technológiái Az új, innovatív alkalmazási területekre kifejlesztett termékek a hagyományos termékek továbbfejlesztése. Az új alkalmazásokat az egyre nagyobb teljesítményű szálas anyagok megjelenése és elterjedése tette lehetővé. Az új szálak és új igények magukkal hozták a technológiai és gépi változásokat is. Az utóbbi időben megfigyelhető, hogy a termelékenység, azaz a gépsebességek gyorsítása helyett az új anyagok feldolgozása és a műszaki alkalmazások speciális igényeinek kielégítése került az innovációs tevékenység középpontjába. A különböző eljárásokkal készített műszaki textíliák aránya 9%
16% 40%
Nemszőtt kelmék Szövetek Kötött kelmék Egyéb eljárások
35%
Gyakorlatilag valamennyi szálas anyag és valamennyi textiltechnológia alkalmazásra kerül a műszaki textilek gyártásában. Mégis érdemes áttekinteni a műszaki textilek előállításában leginkább használt innovatív szálas alapanyagokat és azt, hogyan és milyen módosításokkal alkalmazhatók a textilipar alaptechnológiái az új termékek gyártásában.
2.1. A műszaki textíliák gyártásában felhasznált szálak A hagyományostól eltérő új alkalmazási területeken gyakorlatilag minden száltípus felhasználható, mégis a szintetikus szálak alkalmazása az elsődleges. Ennek oka, hogy ezeknél a felhasználásoknál általában követelmény a magasabb szilárdság, a formatartóság, az egyenletesség és sok más olyan tulajdonság, amelyek a természetes, vagy a cellulóz szálakkal nem érhetők el. Mindazonáltal a fenntarthatósági szempontok előtérbe kerülésével főleg a kompozitok, de a különböző szigeteléseknél is a fejlesztések fókuszába kerülnek a természetes szálak közül az ún.rostszálak. A textiliparban négy szintetikus szál kerül több millió tonnás nagyságrendben alkalmazásra, a poliészter (polietilén-tereftalát), a poliamidok (PA 6 és 66), a poliakrilnitril és a polipropilén. Ezek közül messze a poliészter vezet a mennyiséget illetően. Ez igaz a műszaki területekre is, ahol az akrilszálak jelentősége a legkisebb. A műszaki területeken a négy „nagy” szál mellett nagy szerepet játszanak az utóbbi évtizedekben kifejlesztett speciális tulajdonságú szálak. A fenti négy szál közül a magas mechanikai tulajdonságokat igénylő alkalmazásoknál a poliészter és a poliamid szál jöhet szóba. Mindkét szálnál magas szilárdság és modulusz érhető el a gyártási paraméterek optimalizálásával. A poliésztert használják nagyobb mennyiségben, de ahol szükség van bizonyos rugalmasságra, deformálhatóságra, ott a poliamid a kedvezőbb. Például légzsák csak poliamid 66-ból készül. A polipropilén legfontosabb tulajdonsága, hogy teljesen apoláros, és ezért szinte minden kémiai hatásnak ellenáll. Így első helyet foglal el, például a geotextileknél, ahol kisebbek a szilárdsági követelmények, de fontos a nedvességgel, és más kémiai és biológiai hatással való ellenállás. Ezért használják nagymértékben a szűrésnél, vagy a legkülönbözőbb anyagok csomagolására. A polipropilén hátránya, hogy viszonylag alacsony hőmérséklet tartományban használható csak. A poliészter és a poliamid
13
használható területeken, területeken alapanyagul
200 oC felett, de ez nagyon sok esetben nem elegendő a műszaki ez is indokolta az alábbiakban bemutatott szálak kifejlesztését. Műszaki legkevésbé az akrilszál kerül alkalmazásra. Legfőbb felhasználása, hogy szolgál a szénszálak gyártásához.
A fenti négy szintetikus szál az akrilszál kivételével olvadékos szálképzéssel készül, és így felhasználás után újra olvasztással jól reciklálható. A poliészter palackokból újraolvasztással szálat gyártanak, amelyet azután döntően a műszaki textil területen használják szekunder nyersanyagként. Ezt ma már 3 millió tonnás nagyságrendben végzik. A műszaki textíliák gyártásában mind a filament fonalak, mind a vágott szálak alkalmazásra kerülnek. A nagy szilárdságot igénylő termékeknél a végtelen filamentfonalak alkalmazása a jellemző, míg a nem-szőtteknél a vágott szálaké. A speciális szálakból font fonal is előállítható, de a technológiát módosítani kell a száltulajdonságoknak megfelelően. Minél nagyobb egy szál modulusza, és kisebb a nyúlása, annál nagyobb nehézséget okoz a fonás. A nagy rugalmassági modulusú szálakat lineáris termékké (fonallá) a lehető legrövidebb technológiával kell feldolgozni. A szállal érintkező felületekre, a fonalvezetésre, a géptisztításra, a fékezési megoldások kialakítására nagy figyelmet kell fordítani. 2.1.1. A kiemelkedő mechanikai tulajdonságú szálak Kifejezetten a műszaki alkalmazási területekre fejlesztették ki a kiemelkedő mechanikai tulajdonságú, azaz nagyszilárdságú, nagyymoduluszú szálakat. Ezeket több évtizede termelik, már az első mesterséges szálas anyagból, a viszkózból is hamar megjelent a nagyszilárdságú változat, amelyet kordszövetekhez használnak – kis mennyiségben még ma is. Azóta persze a viszkózt már csaknem teljesen kiszorították a nagyszilárdságú poliamid és poliészterfonalak, és megjelentek a lényegesen erősebb speciális szálak. Az ún. nagyteljesítményű szálak piaca folyamatosan növekszik, a piacon a kereslet már évek óta nagyobb, mint a kínálat, ezért valamennyi cég új beruházásokkal növeli az ilyen szálak gyártó kapacitását. ’High performance, vagy Hochleistungfaser’ néven azokat a szálakat tartják számon, amelyeknek mechanikai tulajdonságai lényegesen felülmúlják a „csak” fizikailag módosított nagy szilárdságú poliamid és poliészter szálakat és ezeket a tulajdonságokat magas hőmérsékleten is megtartják. A nagyteljesítményű szálak csoportjának legelterjedtebb képviselői a poliamidnál és a poliészternél nagyságrenddel kisebb – összességében néhány tízezer tonnás mennyiségben gyártott aramid (aromás poliamid) szálak, a nyújtott láncú polietilén szál és a folyadékkristályos poliakrilát szál. Az aramid szálak kémiailag több különböző típusa kerül alkalmazásra, a para-aramid, a meta-aramid és különböző összetételű aromás kopoliamidok. E három típus közül a paraaramidok adja a legnagyobb szilárdságot, a meta-aramid szálat elsősorban lángálló tulajdonságai miatt használják. A para-aramid szálak iránti igény és ennek megfelelően a gyártás is folyamatosan gyorsan növekszik, az utóbbi években évi 10%-kal. A p-aramid szálak (Kevlar, Twaron) gyártó kapacitása 2006-ban világviszonylatban mintegy 60 et, a m-aramidoké (Nomex, Conex) kb. 25 et, ezeken belül a vágott szálak 15, ill. 10 et-t tesznek ki, a többi végtelen filamens fonal. A para-aramid szálak erősítő – de egyben hőés tűzálló szálként nagyon keresettek, főleg a golyóálló mellények, sisakok, és kompozitok gyártásában. A hagyományos aramid szálak mellett folyamatosan jelennek meg újabb gyártók, akik valamilyen aromás poliamidot gyártanak, kémiailag a hagyományosoktól kismértékben különbözőket. Természetesen a tulajdonságok is különböznek, általában a m-aramid szálakéhoz állnak közelebb. Ilyen a kínaiak által kifejlesztett poliszulfonamid szál, a Tanlon, vagy az orosz Artec.
14
A fenti szerves szálak mellett a műszaki textilek fontos alapanyaga a viszonylag nagy mennyiségben gyártott és így elterjedt üvegszál és a – különösen a súlyegységre számított teljesítmény szempontjából – az üvegszálat felülmúló szénszál. Az üveg szál tulajdonságait a szilicium-oxid mellett előforduló és egyéb fém oxidok, a gyártástechnológiától függő orientáció és a szál felületkezelése határozza meg. A szál átmérője 8-14 µ, az üvegolvadékból a felhasználás célja szerint képeznek különböző számú elemi szálat tartalmazó fonalat vagy ún. rovingot. A nagy teljesítményű szálak között a szénszálaké a vezető szerep a kitűnő mechanikai, kémiai stabilitása, és éghetőségi jellemzői miatt. A szénszálak nagy szilárdságú és modulusú, minimum95%-ban szénatomokból felépülő, két-dimenziós, réteges grafit szerkezetű szálak. A szénszál alapanyaga legnagyobb részben a poliakrilnitril alapú prekurzor. A gyártás során a prekurzor először az oxidációs kemencébe kerül, ahol oxigén jelenlétében 300C körüli hőmérsékleten játszódik le az oxidáció. a folyamat alatt ciklizáció megy végbe, hidrogén leadása mellett. A szenesítési folyamat nitrogén atmoszférában 1000Co feletti hőmérsékleten történik, amelyet a szénszál felületkezelése, ami biztosítja a szál és a matrix anyag kötődését. A folyamat során kialakul a kristályos molekula szerkezet és a széntartalom 95% fölé emelkedik. a szál átmérője 13µ ról 7µ-ra csökken. A különböző szálakkal elérhető erősítést jól szemlélteti a különböző anyagok szakítóhossza (az a hossz, amelyet az adott anyag szakadás nélkül kibír). Az ábra jól mutatja, hogy miért játszhatnak nagy szerepet a textilszálak az erősített szerkezeti anyagok előállításában.
2.1.2. Csökkent éghetőségű és lángálló szálak A műszaki alkalmazásoknál gyakori követelmény az, hogy a termékek éghetőség szempontjából múlják felül a hagyományos anyagokat. Ennek jelentősége különösen a védelmi textileknél, a közlekedésben nagy, de egyre inkább előírássá válik a lángállóság az intézményi piacon használt lakástextileknél is. A szálak éghetősége valamennyire az alapszálaknál is változtatható adalékolással, de igazán jó eredmények speciális polimerekből képzett szálakkal érhetők el, amelyek nagyságrenddel jobb lángállóságot adnak. Ezek a szálak tipikusan interdiszciplináris kutatások eredményei, hiszen ezek az innovatív polimerek valamennyi műanyag feldolgozási eljárással feldolgozhatók. A téma aktualitását mutatja, hogy az utóbbi években egyre több lángálló szál jelent meg a piacon. Ezeket gyakran még csak néhány száztonnás nagyságrendben gyártják. A lángálló szálak általában jól bírják a magas hőmérsékletet is, és gyakran jó a kémiai alkalmazásuk. A legfontosabb, legnagyobb mennyiségben felhasznált lángálló szál a már említett metaaramid szál. Csökkent éghetőségű az akrilszálak részleges karbonizálásával gyártott
15
ún.oxidált akrilszál, vagy generikus nevén preox szál, amelyet gyakran neveznek szénszálnak, mivel kb. 60 %-ban szenet tartalmaz, és lényegében a szénszálgyártás közbülső terméke. Legfőbb különbsége az "igazi" szénszálhoz képest, hogy nem kiemelkedő a szilárdsága, nem vezeti az áramot és textiltechnológiákkal feldolgozható. Az oxidált akrilszálak LOI oxigénindexe 40-50 közötti, valamivel jobb, mint a metaaramidoké. Az egyik legrégebbi lángálló szál a Lenzing ismert P84 poliimid szála 38 LOI index-szel. Ezeken kívül számos más lángálló szál van ma a piacon a bevezetés különböző fázisában. Ezeket egyelőre általában egy-egy cég gyártja. Mind a szilárdsági tulajdonságok, mind az éghetőség szempontjából felülmúlja a már említett szálakat a poli-fenilénbenzobiszoxazol (PBO) szál, amelyet a japán Toyobo fejlesztett ki, és Zylon márkanévvel forgalmaz. Hőállósága és vegyszerekkel szembeni ellenállása mellett lángállósága is kiváló a magas halogéntartalomnak köszönhetően az utóbbi években megjelent politetra-fluoretilén szálnak, amelyet már több cég is gyárt. A brit Zyex cég poliketon polimerekből, főleg poli-éter-éterketonból (PEEK) már ipari méretekben gyárt finom multi-filamens fonalakat, vágott szálakat, csöveket és rudakat. A PEEK a poliészterekhez hasonló stabil, extrudálható polimer. A PEEK tulajdonságai: lágyulási hőmérséklet: 143 oC, olvadáspontja 334 oC, LOI oxigénindexe 35. Ez a szál is tartósan használható 260 oC-on. Szemben az aromás poliamidokkal, ez a szál nem vesz fel nedvességet. Jó a kopásállósága és vegyszerállósága. A GE Plastics polieterimid polimerből fejlesztett ki lángálló szálat Ultem márkanévvel. Az Ultem amorf polimer, amelynek üvegesedési hőmérséklete 217 oC, tehát a polimer magasabb hőmérsékleten is tartósan használható. Olvadási tartománya: 375-400 oC. A magas olvadási hőmérséklet miatt az extruderes szálképzés nehézségekbe ütközik, egyelőre csak 10 den finomságú szál áll rendelkezésre, amit nem-szőtt formában használnak lángmentes matracok előállításánál. A 44 LOI indexet elérő Ultem szálból készített néhány cm vastag nem-szőtt réteget a poliuretán matrac és a matracot burkoló szövet közé helyezik, ezzel érik el az egyre szigorodó matrac szabványok kielégítését. Előnye a megoldásnak, hogy az Ultem halogén nélkül oldja meg a lángmentesítést. A matracokon kívül alkalmazható az új szál a szállítóeszközök üléseinél, forró gázok szűrésénél is. A Ticona poli-fenilénszulfidjából (PPS), a Fortronból a Diolen Industrial Fibers cég gyárt fonalat Diofort néven. Ez a fonal is 190 oC-ig használható tartósan, és lángállóság szempontjából jobbnak mondják, mint a m-aramid. Ajánlják forró gázok szűrésére, és kompozitok erősítésére is. 2.1.3. Vezetőképes és antisztatikus szálak A vezetőképes szálaknak, fonalaknak többféle alkalmazási területe van, amelyek különböző vezetőképességet igényelnek. A vezetőképes szálak alapvető fontosságúak a „smart” textíliák vagy textil késztermékek gyártásánál, ahol valamilyen mikroelektronikát, vagy éppen egy elektromos fűtést építenek be. Ezek beépítéséhez az áramot vezető fonalakra van szükség. Más alkalmazásoknál a textíliában a fonalaknak, vagy a fonalban a felhasznált szálaknak csak bizonyos hányada vezetőképes. Ezáltal a kelme antisztatikussá válik, vagyis nem töltődik fel, ami az ipari alkalmazásnál biztonságtechnikai szempontból előnyös, de a mindennapi ruházkodásban is komfort fokozó. A vezetőképesség növelése védelmet ad az ún elektroszmog ellen is. A nagy frekvenciás elektromágneses sugárzást használó készülékek egyre nagyobb elterjedése, elsősorban a mobil telefonok, ill. a hálózatok, a mikrohullámú sütők ugyanis egyre aktuálisabbá teszik ezt a kérdést. Részben az embereket kell védeni a sugárzó eszközöktől, részben a sugárzásra érzékeny eszközöket – elsősorban a számítógépeket. Az elektroszmog elleni védelem céljára lényegesen nagyobb vezetőképességre van szükség, mint a feltöltődés megelőzésére.
16
A vezetőképességet általában fémszálakkal, vagy fémbevonattal érik el. A fém leginkább acél, a bevonat ezüst, vagy réz. Jellemző volt, hogy a fémszálakat gyártó cégek nemcsak a szálat, vagy a végtelen finom drótot ajánlják, hanem a 100 %-ban, vagy keverékben font fonalakat is, esetleg kelmét is. Az antisztatikus szálak másik csoportjában a szál belsejébe juttatott szénrészecskékkel, esetleg szén nanocsövekkel érik el a vezetőképesség növekedését. A fentieken kívül egy sor más speciális tulajdonságú szálat alkalmaznak a műszaki textilek gyártásánál. Ezekről részletes ismertetést ad az 1. munkacsoport tanulmánya.
2.2. Szövéstechnológiai innovációk a műszaki textilek gyártásában A műszaki jellegű textíliák felhasználási szempontjából az egyik legjellemzőbb tulajdonság-igény a nagyobb szilárdság, nagyobb rugalmassági modulus. Ez a rendezettebb molekulaszerkezet más száltulajdonságokkal is összefügg, pl. L.O.I égésindex, vegyszer- és hőállóság, stb., amely tulajdonságok iránti követelmények egyre jobban előtérbe kerülnek. Az ilyen nagy rugalmassági modulusú szálak azonban merevek, emiatt törékenyek, ami a későbbi feldolgozás során fokozott nehézségeket okoz. Vagyis míg a fenti tulajdonságok egyrészről tág alkalmazási lehetőségeket teremtenek, másrészről feldolgozásuk jelentős innovációt igényel a textil gépeket gyártóktól és a textilt feldolgozóktól egyaránt. 2.2.1. A műszaki szövetek jellemzői A műszaki szövetek általában nagy szilárdságú, kis nyúlású fonalrendszerből felépítettek, erősen kiszőttek (nagy szőhetőségi számmal jellemezhetők), sok esetben nagy szélességűek, többségében 2D konstrukciójúak, ami a textilanyaggal és a szövőgép kialakításával szemben egyaránt fokozott követelményeket támaszt. A szőhetőséget számos paraméter (lánc- és a vetülék lineáris sűrűsége, fonalrendszerek sűrűsége, a szövet kötése, bordaszélesség, a szövőgép felépítése, bordabeverő mechanizmus, stb.) határozza meg. A műszaki textíliák kialakítása az új, különleges felhasználási követelményeknek megfelelően a szilárdságot meghatározó szál-, fonal- vagy kelme irányítottsága, formája szerint lehet; - lineáris 1D (fonal, cérna, kötél, kábel), - sík 2D (szövet, kötött és nemszőtt kelme) - térbeli 3D (fonatolt, üreges kelme, ShapeWeaving, konfekcionálás, stb.) kialakítású. A fenti irányítottságú szál-, fonal- vagy kelmerendszerek különböző lapképző technológiával (szövés, lánckötés, fonatolás, fonalfektetés, nemszőtt, konfekcionálás) valósíthatók meg. Előfordul, hogy a felhasználási igényeknek legmegfelelőbb végterméket különböző gyártástechnológiával előállított laptermékekből alakítják ki, a technológián alapuló szemléletet a funkcióban való gondolkozás váltja fel.
Szőtt
kötött
fonatolt
nem-szőtt
A különböző gyártástechnológiával megvalósítható kelmeszerkezetek
17
2.2.2. Szövéssel előállítható néhány kiemelt műszaki termék Gumiabroncs gyártás hazánkban jelentős, több világcég (Michelin, Hankook, stb.) is gyárt Magyarországon. Gumiabroncsban meghatározó a nagy szilárdságú textil szerkezet, amelyen belül is döntő fontosságú a karkasz (öv) szerkezet, amely különleges, láncirányban erős cérnaszerkezetű UD (UniDirektional) szövet. A cérna alapanyaga nagy szilárdságú sodratlan poliamid, poliészter, viszkóz vagy aramid fonal 1100 dtex finomsággal. A filament-ágakat hamis sodratú un. CableCorder technológiával úgy cérnázzák össze, hogy a fonalágakban a filament-szálak a cérnatengellyel párhuzamosak maradjanak. A fenti követelményű szövetek gyártására a technika mai állásánál leginkább a légsugaras szövőgépek felelnek meg, hazánkban is ezen technológiát alkalmazzák Forgófonalas (Leno, Dreher) műszaki szövet A műszaki szövetek előretörésével egyre növekszik a stabil szövetek iránti igény, ami forgófonalas technológiával valósítható meg. A forgófonalas (Leno, Dreher) szövetben a szomszédos láncok egymásra csavarodnak, ezáltal a fonalkereszteződési helyeken a fonalátfogási szög megnövekszik, így a ritka, áttört, lyukacsos, hálós szövetszerkezet ellenére is stabil szövetszerkezet érhető el. Ennek alapján a forgófonalas technológiát széles körben alkalmazzák az alábbi termékek gyártására: -
függönyök, dekorációs szövetek esetén áttört, fényáteresztő szerkezetet, takaróknál könnyű szerkezetet, szűrőszöveteknél, a kiszűrendő anyagrészek méretének megfelelő, rácsszerkezetet, rács-szerkezet Pyron fonalból építőiparban a vakolat megerősítésére ritka üvegszövetet, tűzött szőnyeg hátoldalára ritka, pontos szerkezetű széles PP szövetet, mezőgazdaságban, építőiparban laza, stabil szerkezetű hálókat, stb.
stabil
Magyarországon jelentős mennyiségű dreher szövetet előállítók: - PROPEX (Győr) PP-ből nagy szélességű alapszövet (szőnyeg hátoldal), - Tolnatext (Tolna) üvegből az építőipar számára, - Csárdatex (Csárdaszállás) dekorációs szövetek. Légzsák (Airbag) Az autókba a légzsákot a hetvenes évek elején kezdték beépíteni. A front-légzsákot 20 – 40 ms, míg a kisebb térfogatú oldal-légzsákot 5ms alatt kell felfújni, az ütközést követően 170-200 ms alatt leereszteni. A légzsák ilyen gyors felfújása leginkább pirotechnikai megoldással, vagyis robbantás során felszabaduló gázzal valósítható meg. A légzsák anyaga általában 350 dtex-es, 144 filament szálból álló poliamid fonal. A légzsákok gyártására az évenkénti száligénye kb. 100 ezer tonnára becsülhető. A – – – –
légzsákszövet jellemzői: magas szövetsűrűség, nagy szilárdság lánc- és vetülékirányban, magas továbbszakadási szakítószilárdság, meghatározott mérettartóság,
18
– szövéskor alacsony lánc- és vetülékszakadás szám (1 leállás/105 vetés), – előírtnál nem nagyobb légáteresztő képesség (10 dm3/100cm2/min, 500 Pa-nál), – csekély mértékű öregedés, – termék élettartama minimum 15 évre garantált. A szövetben a tűkarikás szélfeszítő átszúrása nem engedhető meg, emiatt rúdfeszítővel szövik. Az indítási csík elektronikus vezérlésű lánc- és szövetmozgatású berendezéssel küszöbölhető ki. Kezdetben a légzsákot kiszabás után varrással alakították ki, mára azonban az üreges kétrétegű jacquard technológiával egy darabból (OPW – One Piece Woven) is kialakítható. Kompozitokban használt kétdimenziós szerkezetek, szövetek A hazai szénszálgyártás világviszonylatban is nagy jelentőségű, így annak tovább feldolgozása különös fontosságú, jövőbe mutató, számos új alkalmazási lehetőséget teremt. Hasonlóan jelentős az üvegszál feldolgozása is Magyarországon. Ezen alapanyagok nagy szerepet játszanak a kompozitgyártásban, gyakran ehhez kétdimenziós lapszerkezetre van szükség. Mind a szénszál, mind az üvegszál kimagaslóan nagy rugalmassági modulusuk miatt törékenyek, emiatt feldolgozásukat különös körültekintéssel kell végezni. A hazai szénszál 50K (50 000 elemi filamentet tartalmazó) fonal formájában áll rendelkezésre. Ennek szövésére a ragadókaros szövőgép alkalmas. A hazai fejlesztésű technológia lehetővé teszi mindkét irányban az 50K szénszál kábelt tartalmazó szövet előállítását 700-1000 g/m2 tartományban. A kompozitipar szükségleteire fejlesztették ki az ún. unidirekcionális és a multidirekcionális kelméket, amelyek szövethez hasonló sík textilszerkezetek, bennük a szálak egy irányban, vagy több irányban orientáltak. Ezeket a textilszerkezeteket lánckötő gépeken állítják elő, segéd fonalrendszerek segítségével. Többrétegű és háromdimenziós szövetszerkezetek 2D többrétegű szövetek gyártása során egy vetülékbeviteli pályás vetülékbevitellel a kötésszerkezet módosításával többrétegű szövet (vastag szövet) állítható elő 3D (háromdimenziós) szövetszerkezet a plüss- szőnyeg-technológiából korábbról is ismert. A vetüléket vetülékvivős bevitellel vetik be, így egyidejűleg kettő vagy három, elvileg tetszőleges számú vetülék vethető be. A kettősszövés technológiánál alkalmazott szétvágás elhagyásával különféle alapanyagból műszaki funkció-követelményeknek megfelelő, többrétegű vastag vagy üreges szövetszerkezet (Space Fabrics) állítható elő, amely a kompozit ipar számára új alkalmazási lehetőségeket teremt. A szövet bonyolult kötésszerkezetét sok esetben jacquard-géppel valósítják meg. A jövőben ilyen különleges kötésszerkezetek, valamint a szádméret- és a szádzárás fázisállítása nagy szabadságfokot biztosító Stäubli Unival 100 jacquard-gép csaknem minden elképzelhető megoldást a gyakorlat számára megvalósíthatóvá tesz. ShapeWeaving (alakra megvalósítható formája
szövés)
a
3D
szövetek
egyik
A ShapeWeaving szövésnél az állványon elhelyezett keresztcsévékről fejtik le a láncokat, az elkészült szövetet pedig a szövethúzó hengert szakaszokra osztva különböző sebességgel húzzák el. A szádat a nagy mintázási lehetőségek biztosítására jacquard-géppel alakítják ki.
19
2.3. Kötőipari technológiák alkalmazása a műszaki textíliák gyártásában A kötés fogalma – a textiliparon belül – különböző gyártástechnológiai módszereket takar, amelyek közös jellemzője, hogy az összefüggő kelmét hurkokká hajlított fonalszakaszok (ún. szemek) alkotják, amelyek egymással hossz- és keresztirányban összekapcsolódnak. Ezt az alapszerkezetet esetenként más, keresztben, hosszában vagy átlós irányban külön bevezetett további fonalak, esetleg még szálhalmazokból alkotott – vékonyabb vagy vastagabb –szövedékek egészíthetik ki. A kötőipari technológiákkal előállított műszaki termékek között ma a láncrendszerű kötött kelmék játsszák a főszerepet. Emellett azonban nagy jelentősége van a kötőipar más technológiai eljárásaival készített műszaki textilanyagoknak is, különösen a kör- és síkkötőgépeken előállított vetülékrendszerű kelméknek is. Ez a két alaptípus szerkezetileg és a gyártásukhoz szükséges gépek működésmódjában eltér ugyan, de tulajdonságaiban és használhatóságában sok hasonlóságot mutat. A kötött kelmék részben önállóan alkalmazhatók, pl. különböző hálók, kötszerek, cső alakú vagy meghatározott formára kötött termékek stb. formájában, másrészt – igen tekintélyes részben – mint kompozitok erősítőanyagait használják fel azokat. 2.3.1. Hálók és zsákok A kötött műszaki textíliák között igen fontos szerepet töltenek be a hálók legkülönbözőbb fajtái, amelyeket széles körben, óriási választékban használnak az ipar, a magasés mélyépítés, a mezőgazdaság, a közlekedés, a szállítás, az egészségügy és a sport területén. Nagy előnyük, hogy nincsenek bennük olyan csomók, amik összeakadnának, így mozgatásuk könnyebb, sérülésre kevésbé hajlamosak, kevésbé kuszálódnak össze. Mivel a kötött kelmeszerkezet nem hajlamos szétcsúszásra, nagy nyílású hálók is készíthetők, annak a veszélye nélkül, hogy a nyílások torzulnak és egyenetlenné válnak. A mai korszerű kötőgépeken igen nagy teljesítménnyel, nagy szélességben gyárthatók. A mezőgazdaságban és a vele rokon ágazatokban a hálóknak igen sokféle felhasználásával találkozunk, a növénytermesztéstől és kertészettől az állattenyésztésen át az erdőgazdálkodásig és halászatig. Igen nagy mennyiségben használ fel kötött hálókat az építőipar; a legismertebb ezek közül az épületállványokat takaró védőháló. Emellett azonban szerkezeti anyagként is felhasználnak kötött hálókat vakolatok alatt és geotextíliaként, sőt, újabban eredményes kísérletek folynak kötött kelmék alkalmazására betonszerkezetek erősítőanyagaként is (vasbeton helyett), aminek nagy előnye, hogy a textil erősítésű szerkezet sokkal könnyebb, ugyanakkor szilárdsága nem rosszabb, mint a vasbetoné. Nagy mennyiségű hálót használ fel a csomagolóipar, az élelmiszer-feldolgozás és az áruszállítás is. Jelentős alkalmazási területet jelentenek a kötött hálók számára a sportpályákon alkalmazott különböző hálók. Az egészségügyben nagy szerepe van a kötött hálóknak egyes implantátumok (pl. műtéti hálók, sztentek), valamint a rugalmas kötszerek terén. A kötött zsákok lehetnek lényegében nagyobb átmérőjű cső alakú hálók, de lehetnek sokkal sűrűbb kelmeszerkezetű, aprószemcsés anyagok szállítására is alkalmas kivitelűek is. E kétféle konstrukció más-más kötőgéptípus alkalmazását igényli és esetleg már eleve a megfelelő méretre és zárt szélekkel készülnek, így méretre szabást és jelentős konfekcionálást nem igényelnek.
20
2.3.2. Kompozit-erősítőanyagok A kötött kelmék igen sokféle szerkezettel készülhetnek, így meghatározott célra szolgáló kompozit követelményei szerint készíthetők. Készítenek pl. vékony kötött kelmével erősített PVC- vagy papírlapokat, de használják a kötött kelmék bonyolultabb szerkezetű változatait nagy teherbírású kompozit szerkezetek (pl. hajótestek, szélturbina-lapátok, sílécek, repülőgép-fékbetétek stb.) gyártásában is. A kompozit-erősítőanyagként használt kötött kelméket általában üveg- vagy oxidált ill. szénszálakból és/vagy nagy szilárdságú szintetikus szálas anyagokból készítik. 2.3.3. Kötött csövek A körkötőgépek felépítésük és működésmódjuk alapján kiválóan alkalmasak a legkülönfélébb cső alakú kelmék előállítására, amit a műszaki textíliák gyártásában is kihasználnak. Ilyenek például a fentebb már említett cső alakú hálók, amelyek elsősorban mint csomagolóanyagok használatosak. Ha a kötött cső belsejébe bél gyanánt pl. fonal- vagy fémhuzal-köteget vezetnek, a gép ezt a kötött kelmével körülburkolja, szigetelő bevonattal látja el. Így készülnek pl. tömítőzsinórok, de készítenek különböző műszaki felhasználásokra fémhuzalból kötött csöveket is, pl. gépkocsik katalizátorainak gyártásában, vagy azért, hogy mechanikus védelmet nyújtsanak a bélként beléjük vezetett kábelek vagy más, hajlékony anyagú (pl. műanyag-) csövek számára. Gyakran alkalmaznak cső alakú kötött kelméket kötszerek gyanánt is és alkalmazásra találnak a gyógyászati segédeszközök körében is. Ide sorolhatók a speciális célgépeken eleve formára kötött egészségügyi és gyógyharisnyák („kompressziós harisnyák”) is, valamint a munkakesztyűk jelentős része, amelyeket teljes egészükben (mind az öt ujj bekötésével) automata kötőgépeken állítják elő. Nemcsak a körkötőgépek, hanem a síkkötőgépek is alkalmasak kötött csövek előállítására. Ezek fő előnye az, hogy a cső átmérője nem csak állandó lehet, hanem változó is, valamint kialakíthatók ilyen gépeken kötött könyökcsövek is. Mint érdekességet említjük meg, hogy a háztartásokban használt súrolócsutakok is készülnek kötőgépen, műanyag- vagy fémhuzalból. 2.3.4. Pántok, hevederek, szalagok A korszerű kötőgépek alkalmassá tehetők olyan kötésmódok alkalmazására is, amelyek nagyon nagy szilárdságú, kis vagy szabályozott nyúlású és rugalmasságú szerkezetet eredményeznek, ami pántok, hevederek, szalagok készítését is lehetővé teszi ezeken a gépeken. Ezeket a legkülönbözőbb helyeken lehet felhasználni különféle rögzítésekre vagy egyéb célokra. Egyebek között nagy felhasználási területet jelent ezek számára a merev vagy rugalmas pólyák (fáslik) gyártása. 2.3.5. Üreges háromdimenziós kelmék Az utóbbi évek igen jelentős gyártmányfejlesztési eredménye az ún. üreges kelmék megjelenése, amelyeket szövő- és kötőipari eljárásokkal egyaránt előállítanak. Az üreges kelmék lényege az, hogy két, egymástól viszonylag távol készített egyenrangú kelmefelületet a közöttük – rájuk nagyjából merőlegesen elhelyezkedő – viszonylag merev monofilamentekből álló fonalszakaszok kapcsolják össze. Az így készült kelmekonstrukcióban a monofilamentek egymástól távol tartják a két kelmeréteget, közöttük üreget hagyva, de egyúttal rugók módjára működnek, azaz az üreges kelmék nagyon könnyen, rugalmasan összenyomhatók. Ha a két egymástól távol eső kelmeréteget szokványos fonalakkal kötik össze, akkor a szerkezet nem rugózik, de felfújható levegővel, vagy megtölthető valamilyen műanyag habbal vagy homokkal, különböző szigetelési célokra, vagy speciális kompozitok gyártására.
21
Ezt a kelmegyártási technikát ma már igen sokféle célra felhasználják. Ilyen kelmék helyettesíthetik például a habszivacsot járművek üléseiben vagy kórházi ágyak ágybetétében, ülőbútorokban, ortopédiai segédeszközökben, melltartókosarak gyártásában, a cipőiparban, funkcionális ruházatokban párnázat vagy hőszigetelés céljára, geotextíliákban a víz elvezetésére, de felhasználhatók kompozitokból készült karosszériaelemek és hajótestek gyártásában és sok más egyéb célra. 2.3.6. Varrvahurkolt kelmék A varrvahurkolt kelmék átmenetet képeznek a nemszőtt kelmék és a kötött kelmék között. Míg a nemszőtt kelmékben a szálhalmazt a szálak összeragasztásával, összeolvasztásával vagy szakállas tűkkel való összetűzésével erősítik meg, addig a varrvahurkolásnál ezt külön fonalakból vagy a szálhalmazból kihúzott saját szálakkal, a kötőipari szemképzés elvén, mintegy a szálhalmaz „átvarrásával” oldják meg. Amellett, hogy kompozit szerkezetek textilbetétét alkothatják, ilyen kelméket hő- és hangszigetelésre, töltő- és tömítőanyagként és sok más célra is fel lehet használni. Ha a szálbunda mellett fonalrendszerek is szerepelnek az átvarrandó rétegek között, akkor ezt szerkezetet összetett voltánál fogva „kompozitkelmének” nevezik. Az ilyenfajta kelmék felhasználási területe igen széleskörű: használják ezeket szűrőkben, továbbá geotextíliák gyanánt, valamint kompozit szerkezetek erősítőanyagaként (pl. szélturbinák lapátjainak készítésére, járművek karosszéria-elemeinek, hajótestek, sportszerek stb. gyártásában). A varrvahurolt kelmék előnye, hogy gyártásukhoz minden nem fonható, de kártolható nyersanyag – akár különböző keverékekben – is gazdaságosan feldolgozható, elhasználódás után feltéphetők, ezért újrahasznosíthatók.
3.3. Javaslatok kötött műszaki textiltermékek fejlesztésére
A kötőipar a műszaki textíliák körében is fontos szerepet játszik és minden ága képviselteti magát a műszaki, gyógyászati textíliák és a funkcionális ruházatok, intelligens kelmék területén. A kötött kelmék jellegzetes tulajdonságai, a kötőgépek sokoldalúsága sokféle alkalmazásra ad módot. Ahhoz azonban, hogy ezeket ki lehessen használni, nagyon fontos, hogy a műszaki termékeket gyártó szakemberek és a kötőipar szakemberei egymásra találjanak. A kötőipar szakembereinek keresniük kell a kapcsolatokat más szakterületek specialistáival, hogy felismerjék azokat a lehetőségeket, ahol termékeikre szükség lehet, ill. akiktől információkat kaphatnak újabb fejlesztési ötletekhez. Ehhez azonban a textilipari szakmai oktatásnak is minden szinten lépést kell(ene) tartania a gyors fejlődéssel. A kötőipar szakembereinek fontos figyelniük a textilgépgyárak mellett a szintetikusszál-gyártók, a fonalgyárak és a színezékek és kikészítési segédanyagok gyártóinak újdonságait, mert ezeken alapulva újszerű tulajdonságokat lehet adni egy-egy megszokott terméknek is. Jelenleg úgy látjuk, hogy elsősorban a láncrendszerű kelmék körében találjuk a műszaki felhasználású kötött termékek legnagyobb választékát. Ma is van néhány hazai üzem, amely rendelkezik bizonyos műszaki textíliák gyártásához szükséges láncrendszerű kötőgépekkel, és folyik is ilyen termékek gyártása – ha korlátozott választékban is –, de éppen a már meglévő kapacitások bázisát kihasználva érdemes lenne ennek a szakterületnek nagyobb figyelmet szentelni a fejlesztések során. Jóllehet a nagy méretű, hatalmas teljesítményű lánchurkoló- és raschel-gépek igen komoly, költséges beruházást igényelnek, azonban a kisebb és olcsóbb horgológépeken és láncrendszerű körkötőgépeken is nagyon sokfajta korszerű termék állítható elő, amivel érdemes lehet foglalkozni. Különösen érdekesnek tartjuk a javasolható fejlesztések szempontjából az üreges kelmék és a magas- és mélyépítő iparban használatos különböző kötött
22
kelmék, továbbá a kötött hálók szélesebb körű gyártását, mert ezekből jelentős mennyiségekre van és lesz szükség. Figyelmet érdemelnek a kötött kelmével erősített betonelemekkel kapcsolatos külföldi tapasztalatok is, mint lehetséges fejlesztési terület a hazai kötőipar számára. A korszerű gépekkel ma is elég jól felszerelt zoknigyártó iparnak érdemes lenne a szokványos konstrukciójú zoknik mellett nagyobb figyelmet fordítania a speciális, főleg sportoláshoz és más, nagyobb fizikai megterheléseket okozó foglalkozásokhoz használható nyersanyag-összetételekre és konstrukciókra, amelyekre a szakkiállításokon számos példát láthatnak. Találhatnak műszaki alkalmazási területet a korszerű síkkötőgépekkel rendelkező üzemek is, pl. a bútoripar és a kompozitgyártás területén, kihasználva ezeknek a gépeknek azt a lehetőségét, hogy nagyon pontosan alakra kötött idomok készíthetők rajtuk. Ilyen gépekkel már ma is több hazai kötöde rendelkezik. A textilanyagok fejlesztése és alkalmazása érdekes lehetőségeket nyit meg az orvostudomány számára – és viszont: a gyógyászatban használatos textilanyagok előállítása fontos lehetőségeket kínál a textilipar – és benne a kötőipar – számára. A textilipar szakemberei és az orvosok együttműködése újszerű sebészeti eljárások kifejlesztését teszi lehetővé. A biológiailag kedvező tulajdonságú, tervezhető felszívódási képességű, jól sterilizálható implantátumanyagok állandó kutatási területet jelentenek. Ugyanakkor a textiltechnológiai eljárások és gépek folyamatos fejlesztései is újabb és újabb műtéti, gyógyászati megoldásokat tesznek lehetővé. Mindehhez a textilipar és az orvostudomány szoros együttműködésére van szükség. Hangsúlyozni kell azonban, hogy a szigorúan vett textilipari eljárás ezeknek a termékeknek a gyártásában csak a folyamat egy részét jelenti. Ahhoz, hogy egy cég berendezkedjék ilyen termékek előállítására, a kelmeképzésen túlmenően be kell rendezkednie a további műveletek elvégzésére is. Tekintettel kell lenni például arra, hogy a végterméknek tökéletesen csíramentesnek kell lennie, a gyártás minden folyamatában a legnagyobb tisztaságra, a higiéniai feltételek maximális biztosítására kell törekedni, valamint arra is, hogy az orvosbiológiai termékek forgalomba hozatalát és használatát szigorú hatósági előírások szabályozzák.
2.4. Nem-szőtt műszaki textilek A textiliparon belül a nemszőtt textíliák jelentősége egyre nő, ami a gazdaságos előállítással, sokféle felhasználási lehetőséggel függ össze, sikerének a titka, hogy a hagyományos szövéshez, kötéshez képest számos technológiai mozzanat (fonás, fonalelőkészítés, szövés, kötés) elhagyható, jelentősen nagyobb a gyártási sebesség és termelékenység, gyakorlatilag a száltól a végtermékig a gyártás egy technológiai lépcsőben megvalósítható. A műszaki textíliák termeléséhez felhasznált szálak mennyiség világviszonylatban 2006-ban 14 millió tonna volt, a nem-szőttek termelése pedig 6,6 mt, 2007-ben már 7,1 mt, ami 7 %-os növekedést jelent. Tehát a műszaki textiltermékek közel fele nemszőtt technológiával készül. Ebből Európára esik a termelés majdnem egyharmada, azaz az összes nemszőtt termelés 2 mt felett van. Kína nemszőtt termelése az utóbbi években egyre nagyobb mértékben növekszik, lassan beéri Európát.
23
2.4.1. A nem-szőtt technológia főbb lépései Bundaképzés Bundaképzés vágott szálakból: A vágott szálakból a teljes felbontás után egyenletes bundát, ill. fátyolt képeznek. Ennek leggyakoribb módja a kártolás, ami után általában keresztfektetővel rétegezik egymásra a kártolt fátylat a megfelelő vastagságban. A fátyol, ill. bundaképzés elvégezhető levegővel, vagy vízzel is - a papírgyártáshoz hasonló technológiával (air-laid vagy wet-laid web-forming). Air-laid technológiával higiéniai területre készülnek nemszőtt termékek pl. pelenkák. Nedves eljárás fő termékei a teafilter, különböző szűrőanyagok, barrier alkalmazások az orvoslás és higiéniai területen. Spunlaid technológia: Spunbond és meltblow technológiákkal a granulátumból egy lépésben készítenek nem-szőtt textíliát, a terítés összekapcsolódik a szálképzés műveletével. A spun-bond technológia esetén olvadt végtelen szálakat raknak le egy adott sebességgel haladó szállító szalagra, a szálak kihűlésekor létrejön a szilárd nemszőtt kelme. A melt-blown technológiánál az olvadékot úgy „fújják” a szalagra, hogy az rövid, vékony, rendezetlen szálacskákra esik szét. Gyakran alkalmazzák az ún SMS szerkezetet, amelyben két spun-bond réteg között egy melt-blown réteg található. Rögzítés A tűnemezelés, a legelső nagyiparilag is megvalósult nemszőtt rögzítési technológia, a bundát mechanikai úton, strukturált tűkkel áttűzik, a tűzés helyén a szálak kuszálódnak. A vízsugaras szilárdítási (spunlace) technológia főleg a vegyi szilárdítást, - de részben a tűnemezelést -váltotta fel a vékonyabb termékeknél. A vágott szálból induló technológiák közül jelenleg ez a leggyorsabban terjedő eljárás. Lényegében itt is mechanikai szilárdítás történik úgy, hogy a szálakat a fátyolon áthúzzák, de itt a rögzítés nem tűvel, hanem vízsugárral történik. A hővel történő rögzítés (thermobonding) történhet úgy, hogy a bundát kétféle olvadáspontú szálból készítik, és a kártolás után alkalmazott magas hőmérsékleten az olvadó szál az érintkezési pontokon a hűtés hatására megszilárduló kötéspontokat hoz létre. Népszerűek a bikomponens szálak. Népszerű technológia az olvadékszálas rögzítés, mivel igen sok előnnyel rendelkezik a többi rögzítési móddal szemben: a végtermék puha, a gyártás gazdaságos, mivel nincs szükség vízre, és annak az elpárologtatásához szükséges energiára, nincs szükség ragasztóanyagra, így kevésbé terheli a környezetet, akár 100%-ban újrahasznosítható, ha mindkét anyag egy típusú polimerből áll. A kémiai rögzítés során a vegyszerek adhéziós vagy kohéziós kötéseket hoznak létre. Az utóbbi csoporthoz tartozó vegyületek a szálak felületét oldják fel, amik így egymáshoz ragadnak. Adhéziós kötés esetén egy szintetikus ragasztóanyag kötéseket alakít ki a szálakkal. A kémiai rögzítés hátránya, hogy általában oldószerrel dolgozik 2.4.2 Trendek a nem-szőtt technológiáknál Folyamatos a növekedés a nemszőttek területén, a textilipar legjobban fejlődő ágazata. A technológiák közül a spunlaid (spunbond, melt-blow) technológia a költséghatékonyság miatt vezető pozícióba került, valamint hogy a háztartási törlőkendőkre és higiéniai termékekre az igény főleg az észak-amerikai és nyugateurópai piacokon egyre nagyobb. A jövőben a geotextíliák területén is átveheti a vezető szerepet. Változás a korábbi évekhez képest, hogy ez a technológia mennyiségben már megelőzte a kártolt/fektetett bundaképzést. Előrejelzések szerint 2010-re a spunlaid technológiák 47%-ban, a kártolt/fektetett technikák 42%-ban fognak részesedni, a többin pedig az aerodinamikus és a vizes eljárás fog osztozni. A rögzítési módszerek
24
közül kiemelkedik a vízsugaras rögzítés, ami az utóbbi évek legjobban fejlődő szilárdítási technológiája. A nemszőtt kelmék legnagyobb részét mesterséges szálasanyagokból állítják elő. A leggyakrabban alkalmazottak: polipropilén, poliészter, viszkóz. Alapanyagban továbbra is a PP a vezető, de egyre kedvezőbb ára miatt a poliészter is nagy szerepet játszik. A polipropilén felhasználása 1990 óta megkétszereződött, 2010-re meghaladja Európában az egymillió tonnát, világszerte a 3,5 millió tonnát, a PA-ból készült termékek mennyisége viszont a felére csökkent, alig tesz ki Európában 25 ezer tonnát. A globál textiltechnológiai trendek – súlycsökkentés, nagy teljesítményű szálak alkalmazása, 3-D textilek, recycling, biológia – biocompatibilitás, biomimetic, elektromosan vezető anyagok, funkciók integrálása, smart textíliák, termelésoptimalizálás – a nemszőtt textilekre is érvényesek. 2.4.3. Felhasználási területek A nemszőttek széleskörű használata lehetőséget teremt a gazdaságosabb, biztonságosabb és környezetkímélőbb alkalmazásokra. Nagy részük újrahasznosítható, valamint sok nemszőtt textília készülhet újrahasznosított anyagból, pl. takarásban lévő bélésanyagok, geotextilek, stb. Szerkezetük miatt nagyon alkalmasak szűrésre, főleg a gázok és a levegő tisztítására megfelelő szálak használata esetén akár a szélsőséges körülmények között is. A nemszőtt textíliák gyakorlatilag mind a 12 műszaki textilalkalmazási területen felhasználják, mégis néhány fő területet emelnek ki általában: autóipar, orvosi és higiéniai termékek, beleértve a széles területen használt törlő kendőket, geotextíliák, kompozitok, szűrés, bútoripar. Jól használhatók a gyógyászatban, sebkezelésben, a modern sebkezelők nem-szőtt alapon készülnek. A nem-szőtteken jól tapadnak a sejtek, így jól használhatók implantátumokban. A nanoszálakból készíthető vliesek további nagy lehetőséget jelentenek a gyógyításban. Szintén a szerkezetük révén sokféle anyaggal és technológiával kombinálhatók (pl. smart textíliák). Jelentős mennyiségben használják az autógyártásban is részben hő- és hangszigetelésre, részben pedig az autó belső burkoló elemeinek gyártására. Az autóipari felhasználásnál egyre inkább döntő az ár mellett a környezetvédelmi szempont, az újrahasznosíthatóság. Az autóiparban éppen e követelmény alapján leginkább a poliészter szálat használják, de egyre többet foglalkoznak a természetes szálak alkalmazásáról is. Az autóiparban jelentős a reciklált szálak alkalmazása is. A másik fontos terület a különböző törlő kendők, amelyek használata az élet minden területén rohamosan terjed a higiéniai törlőkendőktől az ipari törlőkig. A kendőknél leggyakrabban alkalmazott szál a finomabb viszkóz és a lyocell szál, a technológia pedig a vízsugaras. A nem-szőttek területén az innováció éppen ezeknél a vékonyabb, főleg vízsugaras technológiával gyártott termékeknél a legerősebb. Nagy szerepe van a nem-szőtt szűrőknek a környezet- és egészségvédelemben. Nagyon széles terület, ahol a szűrési feladat a baktériumok kiszűrésétől a finom porszűrésen keresztül durva ipari szűrésig terjed. A nagy teljesítményű (finom részecskéket is elválasztó) szűrőknél a melt blown (olvadékból fúvással) technológiával előállított nem-szőttek adják a legjobb eredményt. Az elektro-fonással előállítható nanoszűrők jóval drágábbak, főleg olyan szűrésre használják, ahol 0,01 mikrométernél kisebb részecskéket kell kiszűrni, vagy ahol védekezni kell a baktériumok, vírusok fertőzőképes részecskéi ellen. Higiéniai területen, mint a gyermekápolás, női higiénia, a gyors nedvességfelszívás és hatékony nedvességtárolás a legfőbb követelmény, valamint a bőr szárazon tartása a megfelelő légáteresztés mellett. A nemszőtt termékek között folyamatosan nő ennek a
25
termékkörnek a részaránya. Mivel főleg egyszer használatos termékek, megoldandó probléma még a hatalmas mennyiségű hulladék kezelése. Komoly fejlesztések történnek ezért a lebomló alapanyagok használatára ezen területen. Az építőiparban az energiatakarékosság egyre fontosabb lesz, a magasépítészetben a nem-szőtteket legnagyobb részt szigetelésre (hő, hang) alkalmazzák. Nagy mennyiséget használnak geotextilek gyártásában, ahol ez a termék az uralkodó. Ezeken a területeken a tűnemezelt termékek játsszák a legnagyobb szerepet, de geotextileknél nő a spun-laid termékek használata is.
3. Fonatolt műszaki textil termékek A fonatolt termék alapesetben két egymással szöget bezáró fonalrendszer alkotta síkbeli vagy térbeli alakzat. A fonalrendszer elemei fonalanként keresztezik egymást, így hozva létre egy stabil szerkezetet. A fonalak a gyártási tengellyel szöget zárnak be, amely egyszerű fonatok esetén a középvonalra szimmetrikusak. A páros számú fonalakkal cső, a páratlan számúakkal szalagszerű alakzatot készíthetünk. A fonatok legismertebb megjelenési formái a szalagszerű termékek a pertlik, illetve a kör keresztmetszetű zsinórok, kötelek. A zsinórok, kötelek gyártása során a cső fonatba töltő-, erősítő- szálakat anyagokat vezetnek be. A bél (fonalak) a fonat belsejében – lényegében önálló szerkezeti elemként—, a bevezetett szálak az egymást keresztező fonalak között, a szerkezetbe épülő harmadik fonalrendszerként alkalmazhatóak. A zsinórok, kötelek szilárdsági tulajdonságai a bél illetve bevezetett szálak révén igen nagymértékben módosíthatóak az igen nagy rugalmasságú gumikötelektől az igen kis nyúlású feszítőkábelig. A fonatolási technológiát kiterjedten alkalmazzák különféle bevonatok pl. elektromos árnyékolás céljára is. A fenti variációs lehetőségeket, és a fonalak sokféleségét kihasználva a fonatolt termékek nagyon sok műszaki területen kerülnek alkalmazásra: Kábel védőburkolata (a mechanikai sérülés ellen védő, fémhuzalból készült védőburkolat) Árnyékoló réteg kialakítása kábelekben (fémhuzalból készült fonattal) Gépkocsi-akkumulátorhoz csatlakozó vezeték (rézhuzalból készült széles fonatolt szalag) Csővezetékek, azok védőburkolatai Sebvarró fonalak Kanóc (gyertyához, petróleumlámpához) Hajtózsinórok Tömítő zsinórok Különféle kötözőzsinórok Hegymászó kötelek, hajókötelek Fonatolt termékek kompozitokban A bevezetett szálak alkalmazásával gyakorlatilag triaxiális fonalszerkezet készíthető, melyben a fonalak kereszteződési szögének, arányának megválasztásával az igénybevételekhez tervezett anizotrópia alakítható ki. A rúd, illetve csőszerű szerkezetek megfelelő vezetéssel igen összetett alakos kompozitok szerkezetek közvetlen előállítását is lehetővé teszik.
26
Ilyen szerkezetek előállítására megjelentek a térbeli üreges idomok befonatolására is alkalmas fonatológépek, ahol egy vezérelt robot biztosítja a körbefonatolandó idom főmetszetét mindig a fonatolási síkban tartani. Ezzel a módszerrel biztató kisérletek folynak gépjárművek főtartói és ütközőelemei kialakítására is.
4. A kompozitok - a jövő szerkezeti anyagai textilerősítéssel A kompozit szerkezetek többfázisú, vagy összetett szerkezeti anyagok, amelyek erősítőanyagból (tipikusan szál, vagy textil szerkezet) és befoglaló mátrix anyagból (gyanta) állnak. Az erősítőanyagra a nagy szilárdság és nagy rugalmassági modulus, míg a mátrixra kisebb szilárdság, ugyanakkor nagyobb ütésállóság (szívósság) a jellemző. Fontos tulajdonságuk, hogy közöttük kitűnő adhéziós kapcsolat áll fenn, ami a deformáció magas szintjén is fennmarad. A kompozitok a műszaki célú szerkezeti anyagok legkorszerűbb családjába tartoznak, amelyekkel olyan tulajdonságok, vagy tulajdonság kombinációk érhetők el, amelyek az alkotókkal külön- külön nem hozhatók létre. A folyamatos növekedés fenntartása különleges kihívásokat támaszt a tudomány minden területével, így az anyagtudományokkal szemben is. A természeti anyagkészletek rohamos csökkenése, a globális energia problémákra a megoldás keresése, a technológiák területén jelentkező új műszaki kihívások serkentik a kompozitipar fejlődését. A XXI. század szerkezeti anyagaival kapcsolatban elvárás, hogy egyszerre feleljen meg a modern kor műszaki igényeinek, és hozzájáruljanak minden szempontból a környezeti terhelés csökkentéséhez. Ezen követelményeket a szerkezeti anyagok területén leginkább a többfázisú, társított anyagokkal, ezen belül, az erősített műanyagokkal, a kompozitokkal lehet kielégíteni.
4.1. Kompozitok erősítő anyagai Az erősítő textilszerkezeteknek meghatározó szerepe van a kompozit mechanikai jellemzőire, ezzel együtt azok használhatóságára. Az erősítő anyagok többnyire, de nem kizárólagosan, szálak, vagy valamilyen textil technológiával kialakított szerkezetek, alakzatok. Köztudott, hogy a szál vagy a textil a mátrixban jól orientálható, így izotrop vagy anizotrop szerkezet is létrehozható akár egy munkadarabon belül is. Ezzel a várható igénybevételnek megfelelően alakítható ki az alkatrész a terhelési irányoknak megfelelően, a mechanikai paraméterek előre jól megtervezhetők. A szálak és a textil termékek felületét kezelve (sizing felvitele) a szál a mátrix anyagához jól igazítható, ami a két felület kapcsolódását segíti a viszonylag nagy a fajlagos felülettel együtt. A szálnak és a textilnek kompozit erősítő anyagaként való felhasználását nagyban fokozta a nagy teljesítményű szálak megjelenése, amelyekkel magas teljesítmény igények is kielégíthetővé váltak. Ezzel párhuzamosan a textiltechnológiában is felgyorsult a fejlődés a műszaki textilek gyártása terén is. Az erősítő anyagok gyártástechnológiai fejlesztésében az volt a célkitűzés, hogy a kompozitipar számára az elvárásoknak megfelelő szerkezetek legyenek gyárthatók. Erősítő szálak képezik az erősítő textil szerkezetek alapanyagát. Ezek között az üvegszál napjainkban is a legnagyobb mennyiségben használt erősítő anyag, amely a legtöbb kompozithoz használható, mert megfelelő szilárdságot biztosít alacsony ráfordítással. Kémiai összetételének köszönhetően kiváló elektromos szigetelő, és ott is használható, ahol követelmény a rádióhullámok torzításmentes áteresztése. Az aramid szálak kivételesen nagy ütőszilárdsággal és húzószilárdsággal rendelkeznek. Kiemelt a szerepe a golyóálló mellények, helikopter rotor lapátok gyártásánál van, de
27
minden olyan gyártásnál használható, ahol a szerkezet erős stressz-hatásnak, vagy vibrációnak van kitéve. A nagy teljesítményű szálak között a szénszálaké a vezető szerep a kitűnő mechanikai, kémiai stabilitása, könnyű fajsúlya és éghetőségi jellemzői miatt. Az űrhajó-, a repülőgépgyártás területén és a haditechnikában nagy részben az extrém igényeknek is megfelelő kis szálszámú kábeleket alkalmazzák 1K-tól 12K-ig (1000-12000 szál). Az ipari alkalmazásra standard minőségű, nagy termelékenységgel előállítható, alacsony árú szénszál gyártását fejlesztették ki, ami csak a nagy súlyú 50-60K (50-60 ezer szál) kábelek gyártásával volt megoldható. Ma már a standard minőségű 48K 50K 60K szénszálak ipari felhasználása nagy ütemben emelkedik.
4.2. A legjellemzőbb erősítő textil konstrukciók Nemszőtt textília többnyire vágott szálból készül. A rendezett vagy rendezetlen szálbundát vegyi kötőanyaggal rögzítik, vagy tűzik a saját szálaival. Ez a legegyszerűbb, a legolcsóbb kelmegyártás, a BMC és az SMC- nél nagyon gyakran használják. A szálak iránya véletlen szerű eloszlást mutat. A szövetek nagyon széles súly, sűrűség, kötésmód és szélességi változattal készíthetők. Ipari méretekben is könnyen kezelhetőek. Napjaink összetett követelményeinek magasabb szinten is megfelelnek, ebben az esetben a magasabb gyártási költség a termékben megfizethető. A hibrid szövetek alkalmazásával további lehetőségek nyílnak a még szélesebb skálán tervezhető mechanikai jellemzők kialakítására a kompozit szerkezeteknél. A szövetekben az erősítő szálak két irányban, egymásra merőlegesen helyezkednek el. A kompozitipar szükségleteire fejlesztették ki az ún. unidirekcionális és a multidirekcionális kelméket, amelyek szövethez hasonló sík textilszerkezetek, bennük a szálak egy irányban, vagy több irányban orientáltak. Ezeket a textilszerkezeteket lánckötő gépeken állítják elő, segéd fonalrendszerek segítségével. Az Unidirekcionális (UD) Az UD kelmében a nevének megfelelően az erősítő szálak egymás mellett párhuzamosan helyezkednek el, így adva kétdimenziós felületet. Az UD kelmét lánckötési technológiával rögzítik, ahol az erősítő fonal leggyakrabban üveg, szénszál, vagy aramid, kábel vagy rowing formájában, a szövetben hosszirányban teljesen egyenesen helyezkedik el, ezért az elvi szilárdsági értéket a gyakorlati eredmény nagyon erősen megközelíti. A Multidirekcionális (MD) Az MD kelmében a rétegek száma és a szálak orientációja nagyon pontosan előre meghatározott módon, nagyon széles tartományban alakítható. Az MD kelme ígéretes új felhasználási területe a szélerőmű lapátok gyártása, ezen a területen a felhasználás nagy ütemben növekszik, de ennek lesz szerepe az autókarosszériákban is. Fonatolással, vagy körszövéssel hengeres csövek kötőelemek, erőátviteli eszközök erősítő anyagai készülhetnek. A fonatolással lehetőség nyílt egy terméken belül különböző átmérőjű idomok gyártására. Az utólagos felületkezeléssel lehet a kapcsolódást biztosítani az erősítő anyag és a mátrix között. Napjaink fejlesztési iránya a textilből készült épületek tartó szerkezeteinek fonatolt textillel erősített kompozitokból való gyártása. 4.3. A kompozitok felhasználási területei, fejlesztési irányai Kompozitok előnye, hogy előre jól meghatározható, az igényekhez maximálisan igazítható szerkezeti anyagok gyárthatók. Kifejlesztésük nagyon összetett tapasztalati kutatási háttérre épült és fejlődik ma is. Erre a bázisra építve a nagyon igényes
28
űrtechnika és a köznapi igények egyaránt kielégíthetők. A kompozitokkal szemben támasztott követelmények a műszaki megfelelésen túl az alacsony gyártási költség, takarékosság az anyagokkal, rugalmasság, megbízhatóság, újra hasznosíthatóság, környezetterhelés csökkentése. Ezek az elvárások napjainkban is a fejlődést tovább inspirálják arra, hogy folyamatosan alkalmazzák az újabb kutatási eredményeket a tudomány minden területéről. Ez a motorja az iparág fejlődésének és a sikere záloga is. Az ipar szinte minden területén jelentős a kompozitok felhasználása, mert olyan anyagkombinációk tervezhetők és hozhatók létre, amelyek pontosan megfelelnek az elvárásoknak. A legjelentősebb felhasználási területek az építőipar, a szálerősítésű beton, a könnyűszerkezetes épületek, a hídépítés, földrengés biztos épületek gyártásában. Az autóipar, egyéb személy- és teherszállító eszközöknél a kompozit alkalmazásával a jármű súlyát csökkentik, a biztonságot javítják, a törési tulajdonságok, a fékrendszer javításával. A járművek súlycsökkentése az energia megtakarítás, a káros anyagok kibocsátásának csökkentésével nagymértékben hozzájárul a fenntartható növekedéshez. A repülőgép gyártásában napjainkban is nagyon sok összetett kompozitot alkalmaznak, és a fékbetétekhez kizárólag szén-szén kompozitot. A szélerőművek elterjedése rendkívül nagy ütemű. A széllapát gyártásban, kezdetben üvegszállal erősített kompozitokat alkalmaztak, de a 45 m-nél hosszabb lapátokhoz szénszálas, vagy hibrid (szén-üveg) erősítésű kompozitot használnak. 2008-ban a szélerőművek kapacitása 29%-kal nőtt. 200 és 2008 között a széllapátok hossza megkétszereződött. Nagy ütemű a kompozitok terjedése a nyomástartó edények, tartályok, csövek gyártásában. A mélytengeri fúrásoknál használt csőrendszerek, szállítók tankerek nagy mennyiségű kompozitot igényelnek. A fejlődés az elvárások növekedésével nagyon sok új felhasználást fog eredményezni. A kompozit ipar fejlődése azt támasztja alá, hogy érdemes erre a területre technológiát, berendezést, terméket fejleszteni, és várható, hogy a kompozitok a jövőben is a műszaki textilek dinamikusan fejlődő alkalmazási területe lesz. A műszaki textíliák, erősítőanyagok fejlesztési irányait a kompozit gyártókkal együttműködve lehet jól meghatározni. ismerni kell a textillel kapcsolatos összes elvárást, nem szabad kizárólag a szilárdsági, kémiai, éghetőségi elvárásokra koncentrálni, az alkalmazástechnika, az injektálásnál elvárt viselkedés szintén nagyon fontos követelmény. Figyelembe kell venni a kompozit technológia fejlesztési irányait, mert a textilfejlesztésnél az ott felmerülő elvárásoknak kell megfelelni. A felhasználásban a textil kelme szerkezetek szerepe emelkedni fog a jól kalkulálható erősítő hatásnak, előre pontosan meghatározható struktúrának, orientáltságának, és könnyű alkalmazásának köszönhetően. Ez a növekedés ott következik be elsősorban, ahol az ár mellett a megbízhatóság, tartósság a fontosabb szempont. A kiemelten fejlődő felhasználásokra koncentrálva az építőipari, az alternatív energia, a járműipari alkalmazásra érdemes oda figyelni. A csövek, tartályoknál alkalmazott fonatolt körszövött termékek alkalmazásánál, jelentős felhasználás látszik a folyamatosan gyártható kompozit idomszerkezetek, szerelvények területén. A meglévő felhasználásokon túlmenően figyelni kell az új alkalmazásokra, ahol új lehetőségek nyílnak a piacon a textilalapú erősítő anyagok számára, mert az erősítő textilszerkezeteknek meghatározó szerepe van a kompozit mechanikai jellemzőire, ezzel együtt azok használhatóságára.
4.4. A kompozitok piaca A kompozitok a 8,2 millió tonna világtermeléssel hatalmas iparágat jelentenek. A kézi gyártás, kézi laminálás viszonylag nagy mennyiséget képvisel a termékgyártásból. Jelenleg a hőre nem lágyuló gyanták injektálásával készülő kompozitok részaránya a nagyobb, azonban figyelemre méltó a hőre lágyuló kompozitok növekedése.
29
A kompozitpiac nagysága és dinamikus fejlődése azt mutatja, hogy ezen a területen kell erősíteni a textil kelme struktúra gyártását, fejlesztését a kompozitipar számára nyíló új elvárások, új alkalmazások figyelembe vételével. Elsődleges alkalmazási területek az építő- és szerkezetipari gyártás, kisteherautók, szabadidős járművek, hajók, vitorlázó repülők gyártása. A mindkét oldalán sima, nagyméretű gyártmányok előállításánál, szélerőművek rotor szárnyai, hajók, ki fogják szorítani a kézi gyártási technológiát, helyette az RTM technológia fog nagyobb teret nyerni. A csővezetékeknél a csatorna- és vízhálózat felújítása, a kémények bélelése során a kompozit béléscsövek kereslete növekedett, ez a trend várhatóan folytatódik. Magyarországi kompozit ipar jellemzően mikro-, kis- és középvállalkozói szektor, hiszen a kompozitgyártás tevékenységgel összesen 1200 céget jegyeznek. A KKV vállalkozások előnyeit, a rugalmasságot, az egyéni igények figyelembevételével történő gyártást néhány felhasználási területen jól ki lehet használni. Ezeken a területeken nagyon jól működő, folyamatosan fejlődő cégek alakultak. Kiemelkedően jól működő kisrepülőgép gyártó és tervező cég működik. A kisrepülőgépek mellett sporthajókat, jachtokat, árbocokat, kenukat és egyéb sportszereket építenek kompozitból. A gyártóknál a szövetforma kedvelt, mert jól tervezhető az erősítő hatása, a gyakorlati alkalmazása is egyszerű, jól szabható, fektethető. Azokon a területeken, ahol nagyon fontos a pontos összetétel, elsősorban prepreget , gyantával átitatott erősítő szövetet alkalmaznak. Erősítő anyagként legnagyobb mennyiségben nemszőtt textíliát használnak a hazai iparban, különböző anyagösszetételben 20-600 g/m² közötti területi sűrűségben. Szőtt szövetek közül legnagyobb részben üveg-, aramid- és szénszálat, vagy hibridet használnak150-600 g/m² közötti tartományban. UD szövetek nagyobb mennyiségben, MD és speciális 3D, vagy három rétegű szövetek kisebb mennyiségben kerülnek felhasználásra a zárt szerszámos rendszereknél, ahol a gyanta vezetését ezekkel a szerkezetekkel jobban meg tudják oldani. A textilszerkezetek egy részét külföldi piacról szerzik be a felhasználók. Hazai gyártásból nemszőtt textíliák, üveg, poliészter és nagysúlyú szénszál szövetek, üveg és szénszál UD kelmék kerülnek forgalomba. Prepreg gyártás jelenleg saját felhasználásra egy cégnél történik.
5. A műszaki alkalmazási területeken folyó K+F+I tevékenység sajátosságai 5.1. termékfejlesztési stratégiák A K+F területen az új innovatív alkalmazásokkal kapcsolatos kutatási témák a termelésben elért 30% részaránynál lényegesen nagyobb fontosságúak. Az EU FP6 –és 7 keretében támogatott projektek döntő többsége a különböző funkciókkal rendelkező textiltermékek kifejlesztését célozták speciális, általában a hagyományostól eltérő innovatív alkalmazásokra. A műszaki textilek területén folyó fejlesztések lényegesen különböznek a hagyományos textilkutatásoktól. A különbség fő oka, hogy ezen kutatások eredményeinek alkalmazása a textiliparon kívül esik. A műszaki textilekre vonatkozó kutatások szinte minden alkalommal interdiszciplinális kutatások, de a termékláncon belüli kapcsolatoknak is a korábban megszokottnál nagyobb jelentősége van. Vagyis „ know-how sharing” (a tudás megosztása) kerül előtérbe a mereven értelmezett verseny, vagy eladó-vevő kapcsolat helyett.
30
A sikeres fejlesztéshez meg kell ismerni sokszor több terület „tolvajnyelvét”, az ott érvényes szabályozásokat, más szakma embereivel kell alkotó kapcsolatokat kialakítani, velük közös projekteket végrehajtani. Hatékony kapcsolatokat kell kialakítani a potenciális felhasználókhoz, akik viszont nagyon sokszor nem rendelkeznek megfelelő információval a műszaki textíliák nyújtotta lehetőségekről. Meg kell tanulni megérteni és kiszolgálni a speciális, egymástól különböző célcsoportokat, amelyeknek az igényei, döntési szempontjai az alkalmazási területektől függően nagyon különbözőek. Kommunikációnkban a megszokottól eltérő fogalmakat kell használni, sokszor még a számunkra az ismert jelenségekre, tulajdonságokra is. Ezeken az új alkalmazási területeken a textilipari cégek sokszor nagy nemzetközi, professzionális vevőkkel, felhasználókkal állnak szemben, elsősorban említve, pl. az autóipart, amely fontos piaca a műszaki textileknek. De hasonlóan igényes az egészségügy igényeinek kielégítése is. Általában minél komplexebb egy termék, ill. minél bonyolultabbak a szabványok, annál hosszabb a fejlesztésre, engedélyeztetésre szükséges idő, és csak ezután következik az első eladás. David Rigby, aki tanácsadóként a műszaki textilek legnagyobb szakértőjének számít, három különböző stratégiát különböztet meg aszerint, hogy mi van egy cég fejlesztési tevékenységének fókuszában: -
Fókuszban a termelés: cél a legnagyobb hatékonyság a termelésben. Jellemzők: alacsony fajlagos költség, ezért alacsony ár. Nagy mennyiségek, nagy kapacitáskihasználás, szabványosított termékek, viszonylag szűk termékskála. Nagy tőkeigény. Példák: Nem-szőtt alapanyagok, szőnyeghát, kordfonal- és szövet, üvegszövet, légzsák szövet.
-
Fókuszban a termék: cél: különböző problémák megoldása egy adott, lehetőleg kiemelkedő termékkel, ill. termékcsoporttal. Jellemző a folyamatos eredményorientált innováció, rugalmasság a vevő igények kielégítésében, ennek érdekében nem teljes kapacitáskihasználás, a termékek „testre szabása” (engineered products), egyéni kutatás teamekkel támogatva. Sok vevő, széles termékskála. Nagy igény kutatók és szakemberek iránt. A kis- és középvállalatok tipikus stratégiája. Példák: Speciális szövetek, nem-szőttek, fonalak, kötelek, zsinegek.
-
Fókuszban egy adott piaci szegmens: az adott szegmens igényeinek kielégítése akár több féle termékkel is. Jellemzők: széles kínálat egy piaci szegmensre, különféle technológia egy cégen belül akár akvizíciók útján, termékvásárlás, beépülés egy-két supply chainbe. Kapcsolatorientált menedzsment, kooperatív termékfejlesztés, piac centrikus fejlesztési teamek. Termékek, szolgáltatások kínálata csomagban, vagy rendszerben. Logisztika nagy szerepe, nagy finanszírozási igény. Nagy igény marketing és alkalmazástechnikai szakemberek iránt. Ide tartoznak azok a cégek is, amelyek a közbeszerzésre koncentrálnak. Példák: Autóipari rendszerbeszállítók, az egészségügy beszállítói.
A piac strukturáltsága a műszaki alkalmazási területeken általában bonyolultabb, mint a hagyományos területeinken, bár napjainkban ott is nagyok a változások, hiszen a divatipar nagy vertikális márkái szintén bonyolult termékláncot működtetnek. A terméklánc sok területen – autóipar, gépgyártás, elektronika, egészségügy, - nagyon strukturált, és formális. A végterméket, pl. az autót, televíziót a fogyasztók számára gyártó, ill. inkább összeszerelő cégek, az OEM-k határozzák meg a piaci igények alapján a termék végső tulajdonságait és ők végzik a fogyasztói marketinget is. Az autóiparban, az elektronikában és általában minden bonyolult terméknél döntő szerepük van az ún. rendszer-beszállítóknak is. Ők azok egy adott
31
termék nagyobb részegységeinek termelését, fejlesztését vállalják. Ilyen a magyar piacon is jelenlevő globális rendszerbeszállító pl. a Valeo, a Flextronics, a Bosch, vagy a textiliparhoz közelebb álló, a biztonsági öveket beépítésre készen szállító Autoliv, vagy a kész autóüléseket napra készen szállító móri Rába Járműipari Alkatrészgyártó. Ezt a bonyolult, és sokszor nagyon hosszú supply chaint ismerni kell ahhoz, hogy egy adott termék esetén tudjuk, hogyan lehet bekerülni a láncba, és kivel kell és lehet együttműködni.
5.2. Jelenlegi fejlesztési tendenciák a műszaki textilek területén A műszaki textiltermékek területén folyó legfontosabb innovációs irányokat az alábbi három fogalom köré csoportosítják: Funkció, fenntarthatóság, teljesítmény -
Funkció: A funkcionalizálás optimalizálása, újabb funkciók hozzáadásával multifunkcionális termékek fejlesztése. Legfőbb módszerek: felület funkcionalizálása nanotechnológiával, társítás membránnal, mikroelektronikai eszközök beépítése a textiltermékekbe
-
Fenntarthatóság: A termékek környezeti szempontból való megújítása, megújuló vagy szekunder nyersanyagok használata, biológiailag lebomló, vagy újra hasznosítható környezetbarát anyagok felhasználása, a gyártás során a környezeti terhelés és a hulladék keletkezésének csökkentése
-
Teljesítmény: Növekvő teljesítmények (performance) elérése minél kisebb tömegű termékekkel. A jelenleg használatos szerkezeti anyagok helyettesítése könnyebb textilszerkezetekkel, vagy textilalapú kompozitokkal, és ezáltal jelentős súlycsökkenés elérése a járműiparban, az építészetben, stb.
Az innovációk súlypontja a műszaki textilek területén az alapanyagoktól, - a szálaktól és a kelméktől - a késztermékek kialakítása felé tolódtak el, miután a műszaki területeken alapvető tulajdonságok, funkciók, a szilárdság, a lángállóság, a vegyi anyagokkal szembeni ellenállás, a kis súly, stb. elérése ma már többféle anyaggal is elérhetők, a végtermékek kialakításában még nagy fejlesztési lehetőségek vannak. Az innováció ma az adott alkalmazás által támasztott igényeknek a korábbinál egyre jobban megfelelő termékek fejlesztésére irányul, optimalizálva egyben a végtermék előállítási költségét, a kis súlyt, a környezetvédelmi szempontokat a teljes életciklusra vonatkozóan, stb. Ezek a látszólag sokszor kisebb innovációs lépések előtérbe állítják a terület kisebb cégeinek innovációs tevékenységét, egyben helyzetbe is hozza ezeket a cégeket.
6. Az új textilalkalmazások, mint a magyar textil- és ruhaipar esélye 6.1. A műszaki textiltermékek gyártása Magyarországon Hazánkban a 80-as évek végéig a textilipar mérete az országos igényt meghaladó volt. Az akkori textilipar szerkezete a hagyományos (ruházati- és lakástextil) technológiákra épült. A hazai textiliparban kb. 20 évvel ezelőtt a termelés rohamos csökkenése volt tapasztalható, egyrészt a külső hagyományos exportpiacok, valamint a belső piac elvesztése, másrészt az egyre erősödő távol-keleti import miatt. A megmaradó magyar és a hazánkba települő külföldi textiles cégek nagy része is a műszaki textíliák részarány-növekedését hozta. A műszaki textíliákra jellemző a gyártástechnológiák sokfélesége az alapanyagtól és a végterméktől függően, a szigorúbb minőségi követelmények, tanúsítványi elvárások,
32
stb. A korábbi időkből rendelkezésre álló szaktudás, a piac közelsége átmenetileg biztosítja a hazai cégek működő képességét. Így hazánkban a korábbi nagy volumenű termékstruktúrát új, kisebb volumenű, de értékesebb textiltermékek előállítása váltotta fel. Az utóbbi két évtized átalakulása során, Magyarországon is nőtt a nem-hagyományos területek részesedése, mind a textiliparban, mind a konfekcionálásában. Az iparág mai szerkezete úgy alakult ki, hogy a rendszerváltáskor bekövetkezett piacvesztéssel a nehézkes állami vállalatok nem tudtak megbirkózni, rövid idő alatt szétestek. A legnagyobb és leggyorsabb visszaesést a legnagyobb importversenynek kitett ruházati textilek – a hagyományos fonalak, szövetek - szenvedték el, a lakástextilek gyártása szőnyeg, bútorszövet, függöny, frottírtermékek, stb. – valamivel később, de szintén nagymértékben zsugorodott. A piaci változásokhoz jobban alkalmazkodott ruhaiparban is új privatizált cégszerkezet alakult ki, és a visszaesés általában kisebb volt, mint a textiliparban. A műszaki textiltermékek gyártása ugyanakkor kevés kivétellel továbbfejlődött, és több jelentős, közte zöldmezős beruházás is létrejött műszaki termékek gyártására. A konfekcionáláson belül is jelentősen növekedett a műszaki textiltermékek előállítása, pl. autó üléshuzat, ponyvák, textilépületek, hajlékonyfalú konténerek, szűrők, orvosi textilek, stb. Becslések szerint Magyarországon is közelíti a műszaki alkalmazásokra gyártott textiltermékek aránya az EU-ra jellemző értéket. A textiliparon belül az arány közel 50%, a ruházaton belül pedig a műszaki területek közé sorolhatjuk a tanúsított védőruházatot – tűzálló, golyóálló, stb. védőruhák -, amelyek gyártása növekszik. Gyakorlatilag minden felsorolt területen jelentős magyar gyártók vannak, de természetesen jelentős az import is. Gyakran előfordul, hogy a különböző ipari területeken textiltermékeket gyártó, vagy feldolgozó cégek a magyarországi statisztikai besorolás szerint más iparágakban jelennek meg, hiszen a cég fő tevékenysége nem a textilipar. 6.1.1. Áttekintés az alkalmazási területek szerint Magyarországon is jelentős piaca a textiliparnak az autóipar. Az egyik legnagyobb árbevételű cég az Albertfalvi Cérnagyár, amely kordcérnát és kordszövetet gyárt. Hasonló kapacitást üzemeltet a Michelin Nyíregyházán is. Alapanyagot nem gyártanak Magyarországon sem a légzsákok, sem a biztonsági övek, sem üléshuzatok gyártásához, van azonban magyarországi gyártó autóipari vlies gyártására. Részben erre a célra létesített üzemet a német Ziegler cég zöld mezős beruházás keretében. Több viszonylag nagy cég foglalkozik autóülés-kárpit gyártásával (Rába Járműipari Alkatrészgyártó Kft, Mór, Aunde Kft, Szolnok, Eybl-Krems, Seton Hungary Kft, Jánosháza, A Knaus Tabbert lakókocsikhoz gyárt kárpitot. Több kisebb cég foglalkozik másodlagos üléshuzat, autószőnyegek gyártásával is. Biztonsági öv konfekcionálását és szerelését végzi a soproni Fasching Kft. A Mobiltech területhez tartozónak tekintik a teherautók rakományának védelmét és rögzítését biztosító termékek, a ponyvák, kötelek. Ezen a területen, Magyarországon komoly hagyományok vannak, mivel a rendszerváltás előtt jelentős volt mind a kender, mind a poliészter ponyva alapanyag termelés. Erre komoly műszaki konfekció ipar épült, amely megtartotta gyártási kultúráját, és ma is számos cég foglalkozik autó- és más ponyvák gyártásával. Az ipari alkalmazások közül a szűrők területén a legszélesebb a tevékenység. Gyártanak szűrésre szövetet és nem-szőtt textileket is, és számtalan cég foglalkozik a legkülönbözőbb formájú szűrők, szűrőzsákok konfekcionálásával gyakran külföldi alapanyagokkal, mivel a speciális körülményekre és feladatokra nagyon sokféle
33
különböző anyagra van szükség. A szűrőket általában a szűrőberendezés gyártójával és a felhasználóval közösen fejlesztik ki a körülmények, a feladat figyelembevételével. A szűrés területén élenjáró technológiát valósít meg Magyarországon az 1980-ban létrejött Zenon, amely 2008 óta a GE Water & Process részeként gyárt saját fejlesztésű ultraszűrő membránszűrőket fonatolt textilhordozón. A cég víztisztító rendszerei világszínvonalúak. Jelentős a gumiiparban a textilek erősítőként való felhasználása. A gumiabroncsok mellett a szállítószalagok, hajtószíjak, gumitömlők erősítésére fonalat, kordcérnát, vagy nagy szilárdságú szövetet használnak, és a légrugók is textilszövet erősítéssel készülnek. Az ezen a területeken használt erősítő termékek egy része import, de vannak magyar beszállítók is az erősítő textiltermékekre. Magyarországon a csomagolástechnika területén több nagy cég is működik (Tiszatextil Kft, BigBag FIBC Kft, Ajka, Somló Zsák Kft, Trans Pack Kft, Somlóvásárhely). Ezek egyenként több ezer tonna szövött poliolefin alapanyagból készítenek hajlékony falú konténereket. Gyártanak Magyarországon kötött hálót is csomagolási célra, szintén poliolefin alapanyagból. A Hometech területen jelentős az aktivitás Magyarországon, bár ennek egy része is más iparágban folyik. Magyarországon a bútoripar, és azon belül a kárpitos bútorok gyártása kifejezetten jelentős. Egy a közelmúltban készült európai tanulmány kiemeli Magyarországot, mint a bőrbútorok piacának egyik fő szállítóját (Törökországgal együtt). Sokan foglalkoznak matracgyártással is. Ezekben az üzemekben nagy mennyiségben használnak textilterméket, és tevékenységük jelentős része textil-konfekcionálás, de fő tevékenységük alapján gyakran statisztikailag nem a textil- és ruhaiparhoz tartoznak. A Hometechhez tartozik a paplanok, párnák gyártása is, ahol szintén van hazai gyártás több cégben is. Az alváskultúra területén jelentős a magyar gyártók innovációs tevékenysége. Jelentős kapacitás van Magyarországon polipropilén granulátumból kiinduló szőnyeghát-szövet gyártására. A Clothtech területen legfontosabb, hogy Magyarországon két üzeme is van a világ egyik legnagyobb cérnagyártójának, a Coats-nak, amelynek egyik legfontosabb fejlesztési területe speciális tulajdonságokkal és speciális körülmények között használható cérnák gyártása a műszaki textilek számára. Magyarországon sok kisebb vállalat gyárt és szolgáltat a sport területén, de nehezen állják a versenyt az importtal – részben a kevésbé igényes olcsó termékekkel, pl. a sátrak, hátizsákok területén, részben a komoly marketingtevékenységgel támogatott márkákkal szemben. Leginkább azokon a területeken tudják tartani a pozícióikat, ahol a termékekhez szolgáltatás is társul, pl. vitorlakészítés, hálókészítés. Kifejezetten erősek vagyunk a légballonok gyártásában, de ezek inkább a reklámterületen, mint a sportban kerülnek alkalmazásra. Az építőipari textilek gyártásában a Tolnatext, amely különböző üvegszöveteket gyárt első sorban építőipari célra. Legújabban vékony, erősített betonlapok gyártására alkalmas szövetet fejlesztettek ki. A Tolnatext üvegszövetét használják a műanyaggal történő kéménybélelésnél is. A textilépületek, nagyméretű sátrak és a napvédők konfekcionálása nagy hagyományokkal rendelkezik és ma is jelentős Magyarországon. Ezen a területen vezették be a varrás helyett a hegesztést, amit később a védőruházatnál is alkalmaztak. Ennek az innovációnak elsődleges célja a vízhatlan "varrat" előállítása volt, aminek nagy a jelentősége a textilépítményeknél, a sátraknál, a felfújható termékeknél.
34
Magyarországon is kiterjedt a geo-műanyagok, köztük a geotextilek alkalmazása a mélyépítésben, az épületek alapozásánál, utak, vasúti pályák, gátak, szemétlerakók, stb. alapozásánál. Geotextilként szinte kizárólag tűnemezelt, döntően polipropilén nem-szőtt anyagot használnak. Három cég (Geotipptex, Geotextil, Temaforg) állít elől ilyen terméket, és ezzel nagyjából mennyiségileg és választék tekintetében is kielégítik a magyar igényeket. A Geotextil üvegszállal (két irányban fektetett rovinggal) erősített polipropilén nem-szőtt textilt állít elő varrva hurkolási technológiával. Az egészségügyi textilek területén az ápoláshoz szükséges ruházati és ágynemű gyártása folyik a magyar cégeknél, beleértve a matracokat is. A pénzügyi korlátok miatt kevéssé használják az ezen a területen is megjelent innovatív, például az antibakteriális termékeket. A gyógyításban használt termékek közül többen is gyártják a rugalmas termékeket, így a gyógyharisnyákat, pólyákat. 6.1.2. Áttekintés a termékek szerint A műszaki textilek gyártásában szerepet játszó szálak közül Magyarországon szénszálat és polipropilén szálat gyártanak. A high tech szénszálgyártás a korábban textilcélokra használt hazai akrilszál módosításával kifejlesztett akril prekurzort használja alapanyagul. Kétféle szénszálat gyártanak: a 65% széntartalmú szál hő- és lángálló termékek gyártására használható, míg a 99% feletti széntartalmú szálat erősítésre használják. A magyar szénszál legfőbb piaca a szélerőmű lapátjainak illetve a repülőgép fékek gyártása. A szénszálak technológiájának és alkalmazásának fejlesztésében a magyarországi kutatás-fejlesztés fontos szerepet játszik. A fejlesztések egyik súlypontja a szénszálak feldolgozása különböző textiltermékekké. A Magyarországon levő polipropilén szálgyártó kapacitások tovább feldolgozó kapacitásokhoz kapcsolódnak. Tűnemezelt nem-szőttet, hajlékonyfalú konténerhez, vagy szőnyegháthoz való különböző szöveteket gyártanak. Gyártanak Magyarországon bazalt szálat is, amelyet egyelőre kevésbé tekintjük textilipari nyersanyagnak, de szigetelési célra és kompozitok erősítő anyagaként nő a jelentősége. Műszaki textiltermékek gyártására használható erősítő vagy védelmi funkciójú szöveteket több cég is gyárt, de rendszerint a műszaki alkalmazás kisebb részt foglal el tevékenységükben a hagyományos alkalmazások mellett. A műszaki funkciót vagy a megfelelő fonal alkalmazásával, vagy kikészítéssel érik el. Több cég is aktív műszaki célú hevederek, kötéláruk gyártásában is, amelyeket főleg a munkavédelem, a biztonságtechnika és a sporteszközök területén használnak. Sok – de lehetne több is – olyan kisebb innovatív cég van, amely műszaki alkalmazásra gyárt saját fejlesztésen alapuló termékeket egy vagy több speciális alkalmazásra. Ilyen például a fémezett szövetek (Lorix Kft), vagy a különböző fonatolt és keskenyszövött termékek (Orsó Bt) gyártása. 6.1.3. Javasolt innovációs irányok a műszaki textilek területén A textilek új alkalmazási területei jelentik az európai textilipar növekedési lehetőségeit. Ezeken a területeken ugyanis a hagyományos területekhez képest sokkal intenzívebb K+F tevékenység folyik, hiszen az alkalmazási lehetőségek is folyamatosan bővülnek. Míg az 1995-ben készített tanulmány kb. 100 különböző terméket tudott felsorolni, amelyet a különböző műszaki vagy más új területen használtak, tíz évvel később már 150 ilyen terméket tartottak számon. Ezen a területen az egyes cégek tevékenysége rendkívül szerteágazó és talán még ennél is szélesebb a felhasználás. Ennek megfelelően szerteágazó a területen a cégek innovációja, a konkrét K+F feladat a termékhez és a felhasználáshoz igazodik. A világban rendkívül erőteljes a kutatás és fejlesztés a műszaki
35
textilek területén. Az új termékek mindig több szakma közös kutatásának, fejlesztésének eredményeként jönnek létre. Magyarországon az interdiszciplináris kapcsolatok erősítése szükséges ahhoz, hogy konkrét új termékek jelenjenek meg, vagy a meglevő termékek új területeken kerüljenek alkalmazásra. A műszaki textil termékeket gyártó cégek általában technológiai adottságaik alapján egy termékcsoportba tartozó termékeket állítanak elő, amelyek azonban az alapanyag, a design és a technológia kisebb módosításaival széles tulajdonság spektrumot tudnak átfogni. A minőségjavítás egyik fő lehetősége az alapanyagváltással magasabb teljesítményű termék gyártása, de a többi paraméter optimalizálásával is új terméket lehet fejleszteni, amely vagy az adott piaci szegmensen eredményez magasabb piaci pozíciót, vagy akár más alkalmazási lehetőséget nyit meg. Példaként említhetők a nemszőtt termékek, amelyek a felhasznált szálak tulajdonságaitól függően különböző igényességi területeken használhatók. Mivel a termékfejlesztés csak az alkalmazási területtel összefüggésben értelmezhető, a fejlesztés elválaszthatatlan része az alkalmazástechnikai kutatás és a piaci bevezetés, amely magába foglalja a termék, vagy az előállítási technológia tanúsítását az adott felhasználási terület speciális követelményei szerint. A hazai helyzetből kiindulva kell meghatározni a fejlesztési célterületeket. Egyrészt azokra területekre kell fókuszálni, ahol magyar cégeknél van a döntéshozás, vagy ahol a külföldi tulajdonlás mellett is a magyar cégnél jelentős kutatás-fejlesztés folyik. Ilyen terület az építőipar (mély- és magas építés, könnyűszerkezetes textilépületek és felfújható textilszerkezetek), bútor- és matracgyártás, valamint néhány alkalmazás az ipar, a sport és a védelem területén. Másrészt meg kell vizsgálni azokat az alkalmazási területeket, amelyeken a lehetőségeinkhez képest kevéssé vannak jelen a magyar textilés ruhaipar termékei, ilyen az egészségügy és a mezőgazdaság. Ezen kívül a fejlesztés másik lehetősége a hazai termékek számára új alkalmazási területek keresése, természetesen az adott termék fejlesztését is beleértve. Ilyen termékek: nem-szőttek, erősítő szövetek és szövetszerkezetek, lánc- és síkkötéssel előállítható termékek, beleértve a befektetéses erősítő szerkezeteket is. Ez egyben azt is jelenti, hogy olyan cégek is bekapcsolódnának a műszaki textilgyártásba, amelyek korábban nem dolgoztak erre a piacra. A műszaki textil fejlesztések nagy része közvetlenül kapcsolódik a fenntartható növekedés elősegítéséhez, Gondoljunk a kompozitokra, vízgazdálkodás beruházásaira, a szennyvízkezelésre, a levegő tisztaságának megőrzésére, a szélerőművek gyártására, stb. Külön kiemelnénk a korábban fejlett kenderkultúra visszaállítását főleg műszaki célokra. Ennek lehetőségét vizsgálni kell, de a kendertermesztés és elsődleges feldolgozás a mezőgazdaság döntési körébe tartozik. Konkrét fejlesztési irányok, javaslatok a műszaki textilek területén
Bekapcsolódás a hazai kompozit kutatásokba, a bonyolultabb formájú, vagy igényesebb alkalmazásokra (autókarosszéria elemek, széllapátok) hazai alapanyagbázison (szénszál, üvegszál) erősítő textilszerkezetek fejlesztése és alkalmazása: A kompozit autóelemek erősítésére szolgáló unidirekcionális és multidirekcionális kelmék gyártásának megvalósítása Kompozit erősítésű kis repülőgép és kisebb hajótestek, árbocok építéséhez erősítő textilszerkezetek fejlesztése Indoklás: A szénszállal erősített kompozit autó és busz elemek gyártása területén jelentős emelkedés várható a közeli jövőben, a magyarországi gyártásban is ez lesz a
36
tendencia / Audi, Suzuki, Mercedes, NABI/.Hasonló a helyzet a szélerőművek gyártása területén. Ezen új terület műanyag-erősítő textil szerkezeteinek (üveg és szén alapú UD, MD termékek) gyártásában jól állunk, célszerű lenne a széllapát, esetleg szélerőművek gyártásába időben bekapcsolódni. Magyarországon jelentős a kisrepülőgépek és kisebb hajók gyártása,ebbe is jobban bele kell kapcsolódni. A kompozit autó elemek erősítésére szolgáló kelmék gyártására az unidirekcionális (UD) és a multidirekcionális (MD) láncrendszerű technológia a legalkalmasabb. Magyarországon a láncrendszerű kelmék előállításának van gyártási kultúrája, több cégnél jelenleg is van gyártás. Ezen a területen ki kell használni az előnyeinket, erősíteni kell a pozíciónkat.
Kötött műszaki termékek kifejlesztése a kötőipar meglevő technológiai és tudásbázisán: Üreges kelmék, kötött hálók, stb. fejlesztése horgológépeken és láncrendszerű körkötőgépeken, Háromdimenziós textilkonstrukciók fejlesztése a korszerű síkkötőgépeken, főleg bútoripari és erősítő alkalmazásokra Indoklás: A kötött kelmék jellegzetes tulajdonságai, a kötőgépek sokoldalúsága sokféle alkalmazásra ad módot. A láncrendszerű kelmék körében van a legnagyobb fejlesztési potenciál. Ma is van néhány hazai üzem, amely rendelkezik bizonyos műszaki textíliák gyártásához szükséges láncrendszerű kötőgépekkel, és folyik is ilyen termékek gyártása – ha korlátozott választékban is –, de éppen a már meglévő kapacitások bázisát kihasználva érdemes lenne ennek a szakterületnek nagyobb figyelmet szentelni a fejlesztések során. Jóllehet a nagy méretű, hatalmas teljesítményű lánchurkoló- és raschel-gépek igen komoly, költséges beruházást igényelnek, azonban a kisebb és olcsóbb horgológépeken és láncrendszerű körkötőgépeken is nagyon sokfajta korszerű termék állítható elő, amivel érdemes lehet foglalkozni.
A gyógyászatban használható kötött termékek fejlesztése, hazai lehetőségeinek feltárása. Javasolt termékek: Fűthető kötöző anyagok üreges textilből hőterápiás kezelésre Fűthető/hűthető betegalátétek, matracok üreges textilből Vibrációs harisnyák érszűkületi problémák kezelésére, megelőzésre Tartó és stabilizáló textil szerkezetek ortopédiai alkalmazásra
gyártási
Indoklás: A gyógyításban használatos textilanyagok előállítása fontos lehetőségeket kínál a textilipar – és benne a kötőipar – számára. A textilipar szakemberei és az orvosok együttműködése újszerű sebészeti eljárások kifejlesztését teszi lehetővé. A biológiailag kedvező tulajdonságú, tervezhető felszívódási képességű, jól sterilizálható implantátum-anyagok állandó kutatási területet jelentenek. Ugyanakkor a textiltechnológiai eljárások és gépek folyamatos fejlesztései is újabb és újabb műtéti, gyógyászati megoldásokat tesznek lehetővé. Mindehhez a textilipar és az orvostudomány szoros együttműködésére van szükség. Hangsúlyozni kell azonban, hogy a szigorúan vett textilipari eljárás ezeknek a termékeknek a gyártásában csak a folyamat egy részét jelenti. Ahhoz, hogy egy cég berendezkedjék ilyen termékek előállítására, a kelmeképzésen túlmenően be kell rendezkednie a további műveletek elvégzésére is. Tekintettel kell lenni például arra, hogy a végterméknek tökéletesen csíramentesnek kell lennie, a gyártás minden folyamatában a legnagyobb tisztaságra, a higiéniai feltételek maximális
37
biztosítására kell törekedni, valamint arra is, hogy az orvosbiológiai termékek forgalomba hozatalát és használatát szigorú hatósági előírások szabályozzák.
A konfekcionált műszaki textiltermékek (pl. membrán épületek, szűrők, védőeszközök, ipari felhasználások), fejlesztése az alábbi eszközökkel: A gyártásban magasabb minőségű, többet tudó alapanyagok alkalmazása A műszaki felhasználású textiltermékek gyártásában a konfekcionálási minőség javítása, beleértve új konfekciótechnikák bevezetését. Új funkciók, magasabb minőség elérése designmódosítással, 3D tervezéssel Indoklás: Kifejezetten erős Magyarországon a műszaki konfekció. Az itt dolgozó cégek a vevői kívánságoknak maguk tervezik terméküket beleértve az alapanyag megválasztását, a formatervezést és a konfekciótechnikát. Ezek változtatásával, a beszállítók kutatási-fejlesztési eredményeinek kreatív felhasználásával és kombinációjával új termékek fejleszthetők új alkalmazási területekre.
38
