Производство синтетических кож нового поколения включает в себя несколько последовательных стадий: изготовление нетканого полотна из композиционного волокна типа матрица-фибрилла; пропитка полотна раствором полиэфируретана и структурообразование методом фазового разделения; промывка полотна синтетической кожи от диметилформамида водой и сушка; экстрагирование матричного полимера композиционного волокна; удаление растворителя из освобождённой от «временного» полимера кожи и сушка; шпальтование, шлифование или ворсование; формирование отделочного или лицевого слоёв.
В процессе получения аналога натуральной кожи использовалось нетканое полотно, состоящее из 70 масс. частей полиэтилена низкой плотности (матрица) и 30 масс. частей полиэтилентерефталата (фибриллы), которое пропитывалось раствором полиэфируретана. Для образования пористо-фибриллярной структуры синтетической кожи из неё методом селективной экстракции органическим растворителем удалялся полиэтилен. Последняя стадия получения синтетической кожи заключается в удалении растворителя из материала путем его сушки перегретым водяным паром.
Исследования показали, что стадия удаления растворителя из синтетической кожи и её сушка в наиболее экологически и пожаробезопасном варианте реализуется в токе перегретого водяного пара. При использовании перегретого водяного пара происходит удаление жидкости практически до нулевого содержания. Таким образом, данную стадию технологического процесса можно рассматривать как процесс конвективной сушки капиллярно-пористого материала.
Физические явления процесса конвективной сушки синтетической кожи перегретым водяным паром заключаются в следующем:
- Передача тепла от парового потока к поверхности высушиваемого материала посредством конвекции;
- Конденсация пара на поверхности материала;
- Перемещение тепла от поверхности материала во внутренние слои вследствие теплопроводности;
- Испарение растворителя с поверхности высушиваемого материала;
- Перемещение растворителя из внутренних слоёв материала к его поверхности, т.е. массоперенос;
- Конденсация водяного пара во внутренних слоях материала;
- Испарение воды с поверхности высушиваемого материала;
- Перемещение воды из внутренних слоёв материала к его поверхности, то есть массоперенос.
При помещении синтетической кожи, пропитанной растворителем, в паровую среду происходит её быстрый прогрев до температуры испарения смеси вода — органический растворитель (отрезок AB на рисунке 1). Данная температура составляет 93ºС. В период прогрева происходит интенсивное испарение растворителя с поверхности материала. Одновременно с этим в поверхностные слои кожи поступает конденсат из водяного пара, так как температура материала в данный момент ниже 100ºС.
Температура пара 120ºС. Скорость пара 0,6 ·10-3 м/с.
Далее начинается период постоянной скорости сушки кожи от органического растворителя (отрезок BC), характеризующийся постоянством температуры материала. В данном периоде влага под действием перепада избыточного давления и перепада влажности перемещается из внутренних слоёв материала на поверхность. В этом случае перепад температуры, направленный в противоположную сторону, препятствует действию этих движущих сил. Тепло, передаваемое материалу вследствие теплопроводности, затрачивается на парообразование. Испарение растворителя происходит с поверхности кожи. Недостаток влаги на поверхности мгновенно пополняется из внутренних слоёв материала. В этом случае температура сушильного агента у поверхности материала равна температуре мокрого термометра, а его относительное влагосодержание равно единице. В ядре потока паровой фазы температура выше температуры мокрого термометра, а относительное влагосодержание меньше единицы.
При достижении в материале критического содержания растворителя, начинается период падающей скорости сушки от растворителя (отрезок CD). В периоде падающей скорости сушки основной движущей силой процесса является влагопроводность. Данный период характеризуется скачкообразным подъёмом температуры до 100ºС, то есть до температуры испарения воды. С этого момента начинается период постоянной скорости сушки кожи от воды, сконденсировавшейся в её порах. Данный период на кривой изменения температуры материала (рисунок 1) характеризует отрезок DE. Протекающие при этом процессы аналогичны процессам, протекающим при сушке от органического растворителя. При достижении материалом критического влагосодержания воды, его температура резко возрастает до температуры теплоносителя (отрезок EF).
Экспериментально установлено, что для интенсификации процесса удаления органического растворителя целесообразно использование механического воздействия на материал, причем как обжимающего, так и пульсирующего. Механическое воздействие позволяет значительно увеличить скорость переноса влаги из макрокапилляров кожи на её поверхность и в паровую среду. Лимитирующей стадией процесса удаления растворителя из кожи водяным паром является внутренняя диффузия, которая существенно интенсифицируется при импульсно-механическом воздействии. Исследования показали, что увеличение степени отжима способствует значительному повышению эффективности процесса удаления растворителя, и уже за три цикла удаляется максимальное количество влаги.