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Verfahren zur Herstellung eines Flächengebildes und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flächengebildes, bei dem eine Anzahl übereinanderliegender Lagen jeweils durch Aufbringen eines Bindemittels auf eine Unterlage bzw. auf die zuletzt gebildete Lage und Zuführen von Fasermaterial auf dieses Bindemittel gebildet wird. Ausserdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei den bekannten Verfahren dieser Art werden Flächengebilde erzeugt, die keine grosse Festigkeit und keine besonders gleichmässige Oberflächenstruktur aufweisen.
Demgegenüber wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das Fasermaterial für jede Lage entweder unter der Wirkung eines elektrostatischen Feldes oder durch an sich bekanntes Aufblasen aufgebracht wird, worauf die Fasern der aufeinanderfolgenden Lagen in jeweils verschiedenen Richtungen ausgerichtet und flach gelegt werden. Das so erhaltene Gebilde zeichnet sich besonders durch eine gleichmässige samtartige Schicht und durch eine hohe Festigkeit aus. Weitere erfindungsgemässe Verfahrensschritte können darin bestehen, dass die Fasern einer Lage in einer einzigen Richtung ausgerichtet werden oder dass die in einer Lage ausgerichteten Fasern fischgrätenartig ausgerichtet werden bzw. dass das Ausrichten unmittel- bar vor dem Flachlegen erfolgt. Es ist auch möglich, dass das Flachlegen durch einen quergerichteten Luftstrom bewirkt wird.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden aufeinanderfolgende Lagen oder Gruppen von Lagen aus verschiedenen Fasern gebildet. Ein anderer erfindungsgemässer Verfahrensschritt besteht darin, dass das Flächengebilde von der Unterlage bzw. vom endlosen Band entfernt und freitragend weiter aufgebaut wird. Dabei kann zusammen mit dem Fasermaterial ein Füllstoff, beispielsweise Kaolin eingeführt und auf die Unterlage aufgeblasen werden.
Bei einer Vorrichtung zurDurchführung des Verfahrens kann eine Zuführungsvorrichtung für das Fasermaterial und ein endloses Band vorgesehen sein, das zur Aufnahme einer Bindemittelschicht und des Fasermaterials dient. Diese Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäss besonders dadurch aus, dass zwischen der Zuführungsvorrichtung für das Fasermaterial und dem endlosen Band od. dgl. vorteilhaft ein elektrostatisches Feld liegt und entlang des endlosen Bandes Einrichtungen zum Ausrichten der Fasern jeder aufgebrachten Lage in eine andere Richtung sowie Flachlegeorgane vorgesehen sind.
Die Erfindung ist in der Zeichnung näher veranschaulicht, in der Fig. 1 schematisch eine einzige Stufe der Anlage zur Durchführung der Erfindung darstellt. Fig. 2 zeigt eine abgeänderte mehrstufige Anlage. Fig. 3 zeigt eine Einzelheit der Anlage nach Fig. 2. Fig. 4 zeigt schematisch in Seitenansicht eine weitere mehrstufige Anlage gemäss der Erfindung, Fig. 5 eine Einzelheit zu Fig. 4 im Schaubild und teilweise im Schnitt. Fig. 6 zeigt einen Teil einer abgeänderten Ausführungsform einer Zuführungseinrichtung in Ansicht, teilweise weggebrochen. Fig. 7 zeigt in Draufsicht eine Einzelheit zu Fig. 6 und Fig. 8 zeigt die Anordnungen zur Überführung von Zellulose zu der Zuführungseinrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Behälter bezeichnet, der Bindemittel enthält. Eine Übertragungswalze 2 überträgt das Bindemittel von dem Behälter 1 auf die Oberfläche der Walze 3. Wenn sich die Walze 3 während ihres Umlaufes in Richtung des Pfeiles A um 450 gedreht hat, kommt der mit dem Bindemittel überzogene Teil ihrer Oberfläche gegenüber dem Behälter 4 an, der ein feines Fasermaterial enthält. Zwischen dem Zylinder4 und dem Fasermaterial wird eine elektrostatische Spannung erzeugt, die bewirkt, dass die
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Fasern mit beträchtlicher Kraft gegen die überzogene Oberfläche der Walze herausgeschleudert werden. Wenn man z.
B. eine Spannung von 40 000 V (3 mA) verwendet. wird auf der Oberfläche der Walze ein aus dem Bindemittel und den Fasern bestehender dünner Filz 5 gebildet, der mit Hilfe der Rakel 6 von der Walzenoberfläche abgelöst wird. Ehe der Filz 5 die Rakel 6 erreicht, wird er von der Walze 7 zusam-
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verleiht.
Die Wirkung der Presswalze kann durch entsprechende Erhitzung derselben verstärkt werden.
Nachdem der Filz 5 mittels der Rakel 6 von der Walze 3 abgetrennt worden ist, fällt er auf ein endloses Förderband 8. Während der Filz 5 auf diesem Band weiterwandert, wird er aus der Düse 9 mit Che-
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Der auf dem Förderband 8 wandernde Filz 5 geht zwischen zwei erhitzten Walzen 10 hindurch und wird dabei getrocknet. Wenn die gewünschte Wirkung mit einem Walzenpaar sieht erreicht wird, können mehrere Walzenpaare bzw. Infrarotwärme angewendet werden. Diese Walzen bewirken nicht nur ein Trocknen des Materials, sondern drücken es auch zusammen und glätten es.
Von den Walzen 10 gelangt das Material auf ein zweites endloses Förderband 11, welches das Material durch die Veredlungseinrichtung 1 ? führt. Hier erhält das Material beispielsweise eine glänzende Oberfläche bzw. es kann mit einem Muster gedruckt und schliesslich getrocknet werden. Das die Veredlungseinrichtung verlassende Material wird entweder zu Rollen aufgewickelt oder zu Blättern geschnitten.
Bei der Ablagerung der freien Fasern in dem elektrostatischen Feld auf der mit dem Bindemittel überzogenen Fläche bildet sich eine erstaunlich gleichmässige Schicht von samtartigem Aussehen. Da unter der Wirkung der statischen Elektrizität selbst die feinsten Faserstränge geöffnet werden und sich ausbreiten, hat der auf diese Weise erzeugte Filz eine unerwartete Festigkeit, so dass selbst Papier und Pappe aus trockenen Zellulosefasern erzeugt werden können. Wenn man z. B. ein kondensiertes oder polymerisiertes Kunstharz als Bindemittel verwendet, kann ein Flächengebilde von guter mechanischer Festigkeit und mit einer angenehm samtartigen Oberfläche erzeugt werden.
In diesem Fall kann der Kondensations- oder Polymerisationskatalysator durch die Düse 9 auf den Filz gespritzt und zwischen den Walzen 10 oder während der Veredlung in 12 auskondensiert bzw. auspolymerisiert werden. Zur Erzielung desgewünschtenEffekts und der gewünschten Qualität kann man die verschiedensten Bindemittel und Leimarten verwenden.
Fig. 2 und 3 zeigen eine mehrstufige Anlage zur Durchführung der Erfindung. Hier ist die Walze 3 durch ein endloses Band 13 ersetzt, das von einer Rolle 14 angetrieben wird und mit Hilfe der Übertra- gungswalze 2 mit Bindemittel aus dem Behälterl überzogen wird. Dann wird das Band 13 an einer Zuführungseinrichtung 15 für Fasermaterial vorbei und unter einer Walze 16 hinweg bewegt, die sich schräg über die Breite des Bandes 13 erstreckt, un in der Pfeilrichtung angetrieben wird. Die Walze 16 legt die Fasern in einer Richtung flach. Die flachgelegten Fasern werden dann mittels der Düse 17 mit einem weiteren Bindemittelüberzug bespritzt.
Es folgt eine weitere Zuführungseinrichtung 15a. für Fasermaterial, sowie eine Walze 16a zum Flachlegen der Fasern in einer andem Richtung wie die Walze 16. Durch Wiederholung der Stufen kann man ein Flächengebilde von jeder gewünschten Stärke erhalten.
Dann wird das Band 13 zwischen erhitzten Druckwalzen 18 hindurch und dann unter einem Satz 19 von Infrarotlampen hinwegbewegt, welche das auf dem Band 13 gebildete Flächengebilde erhitzen. Das erzeugte'Flächengebilde 5 wird von dem Band im Bereich der getriebenen Walze 14 wie in Fig. 1 mit einem Rakel 6 abgenommen und dann einer ähnlichen Veredlungsbehandlung unterworfen.
Das Band 13 besteht vorzugsweise aus Aluminiumblech, das mit Meta11stangen seitlich verstärkt ist
In beiden Fällen kann die zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes verwendete Spannung zwischen 10 und 100 kV betragen, wobei die Höchststromstärke etwa 3 mA beträgt. Sie wird von einem Transfermator 20 geliefert, dessen Ausgang gleichgerichtet und zwischen dem Gestell 21 der Anlage und den Fa- serzuführungseinrichtungen. 15 angelegt wird.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Faserzuführungseinrichtung mit einem Aufgabebehälter 22 für Fasermaterial, der auf ein Rüttelsieb 23 mündet, welches ein Band 24 speist, das über in der Pfeilrichtung umlaufende Walzen25 läuft und auf einem hohen elektrischen Potential gehalten wird. Das Band 24 führt die Fasern in einen unter dem Band 13 gelegenen Bereich, in dem das elektrostatische Feld wirksam wird und die Fasern, wie dargestellt, auf das Band 13 überführt.
Das-Fasermaterial kann aber auch auf das Band 24 aufgeblasen werden.
Gemäss Fig. 4 läuft ein endloses Metallband 101 über eine Reihe von in einem Gestell 106 gelagerten Rollen 102, 103,104, 105.
Das die Rolle 105 verlassende Band wird mit einem Wassersprühnebel 107 und Drehbürste 108 gereinigt und dann mit einer bei 109 angedeuteten Heizeinrichtung getrocknet.
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Dann erhält das Band 101 einen Überzug aus einem fettartigen Klebstoff, z. B. Vaseline, der mittels Walzen 111 aus einem Behälter 110 zugeführt wird. Nach der Rolle 102 läuft das Band 101 unter einer pneumatischen und elektrostatischen Zuführungseinrichtung 112 für Fasermaterial und einer leichten Walze 113 zum Flachlegen der Fasern hindurch. Dann wird mittels einer Sprühdüse 114 ein Überzug aus Klebstoff, z. B. 9% igem wässerigem Polyvinylacetat aufgebracht. Die Vorgänge des Zuführens, Walzens und Besprühen werden dann mit weiteren ähnlichen Einrichtungen 112, 113 und 114 (nicht gezeigt) mehrmals wiederholt.
Das auf dem Band 101 hergestellte Flächengebilde ist dann widerstandsfähig genug, um einer weiteren Behandlung gewachsen zu sein. Nachdem es beispielsweise die bei 112a angedeutete fünfte Zuführungseinrichtung verlassen hat, wird es mittels einer an Hand der Fig. 5 ausführlicher zu beschreibenden Einrichtung 116 mehreren quergerichteten Luftstrahlen ausgesetzt. Diese Luftstrahlen bewirken, dass die von der Zuführungseinrichtung 112a auf dem Band abgelagerten Fasern in der Querrichtung des Bandesim wesentlichen ausgerichtet werden. Die Fasern werden dann in diese Richtung von der nachfolgenden Walze 113 gewalzt. Da das Flächengebilde jetzt eine grössere Stärke hat, ist eine Zwischentrocknung, beispielsweise mittels eines von den Düsen 117 abgegebenen Heissluftstromes erforderlich.
Dann tritt das Band unter einer schwereren Walze 118 hindurch und wird der ganze aus dem Zuführen, Ausrichten, Walzen, Trocknen und wieder Walzen bestehende Vorgang so oft wiederholt, bis das auf dem Band erzeugte Flächengebilde die erforderliche Dicke hat.
In diesem Stadium wird das Flächengebilde über die erhitzten Walzen 103,104 und 105 geführt, die auf fortschreitend höheren Temperaturen, beispielsweise von 100,130 bzw. 1600 C gehalten werden können, und wird dann mit der Rakel 119 und bzw. oder dem messerartigen Luftstrahl 120 von dem Band 101 abgenommen. Das Flächengebilde wird dann den gewünschten Veredlungsbehandlungen wie Glänzen, Färben, einer Druckbehandlung und einem Fertigtrocknen unterworfen.
Das Verfahren ist kontinuierlich und kann einige der Stufen 112-114 und 116 umfassen. Bei dickerem Material können 30 oder sogar 40 Stufen verwendet werden.
Aus einem Behälter werden Fasern, beispielsweise Zellulose, mittels eines von den Ventilatoren 121 erzeugten Luftstroms den Zuführungseinrichtungen 112 zugeführt. Die Fasern wandern dann durch zunehmend feiner werdende Siebe 123,124 und 125, die hinter den Ventilatoren angeordnet sind, in dem Rohr 122 abwärts, worauf sich das Rohr 122 zu einer Kammer 126 erweitert, deren Stirnwand von einem Metallgitter mit quadratischen Maschen gebildet wird, das beispielsweise 25 mm über dem Band 101 angeordnet ist und sich über dessen volle Breite erstreckt. Eine Prallplatte 127 bewirkt eine Expansion des Luftstroms ; sie kann bei 128 durchlocht sein, um die Bildung einer zentralen toten Zone zu verhindern. Zu diesem Zweck sind ferner allgemein tangentiale Luftdüsen 130 vorgesehen.
Die Siebe 123,124 und 125 sind in dem Rohr 122 verschiebbar, aber dicht eingesetzt, so dass sie z. B. zur Reinigung entnommen oder vorgeschoben werden können, wobei gleichzeitig ein Ersatz erfolgt. Auf diese Weise kann auch die Siebmaschengrösse verändert werden. Ebenso kann die Stirnwand ersetzt und verändert werden. Auf der Stirnwand bewegt sich ein schematisch bei 129 angedeuteter Rechen hin und her, der die Stirnwand ständig freihält und verhindert, dass die Maschen verstopft werden und die Fasern zusammenbacken.
Das elektrostatische Feld wird zwischen den. Stimwandgitter der Zuführungseinrichtung 122 und dem Band 101 mit Hilfe einer Hochspannungsquelle 131 erzeugt und hat bei einem Abstand von beispielsweise 25 mm eine Spannung in der Grössenordnung von beispielsweise 30 kV.
Die durch die Zuführungseinrichtung 112 bewirkte zwangsläufige Zuführung gestattet den Betrieb der Maschine mit höheren Geschwindigkeiten als bei einer nur durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes und der Schwerkraft bewirkten Zuführung, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 1, 80 m/sec.
Die Einrichtung 116 besitzt ein Innenrohr, das unten geschlitzt und mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Auf diesem Rohr sitzt verschiebbar die Hülse 132, die in Fig. 5 mehr im Detail dargestellt ist.
Die Hülse 132 besitzt Schlitzreihen 133. Die Schlitze jeder Reihe sind untereinander gleich, während zwischen den Reihen die Anzahl und die Grösse der Schlitze in den verschiedenen Reihen voneinander abweichen können. Die Schlitze 133 sind in einem Winkel von etwa 450 zur Achse der Hülse geneigt. Wenn daher eine Schlitzreihe 133 mit dem Schlitz in dem Innenrohr in Übereinstimmung gebracht wird, gelangen eine Reihe von Querstrahlen zur Einwirkung auf die auf der Fläche befindlichen Fasern. Durch Drehen der Hülse 132 kann man die Reihe und damit die Stärke und Anzahl der Strahlen verändern, so dass eine wirksamere Steuerung des Verfahrens möglich ist.
Gegebenenfalls können die aufeinanderfolgenden Zuführungseinrichtungen 112 oder Gruppen derselben zur Zuführung von verschiedenen Fasern verwendet werden, so dass ein Verbundflächengebilde erzeugt wird. Es ist ferner möglich, das Band 101 nur zu erwärmen (beispielsweise auf 300 C), um ein durchge-
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hendes Trocknen des erzeugten Flächengebildes zu erleichtern. ausserdem können die Schlitze 133 in der Hülse 132 so angeordnet werden, dass in der Faserschicht ein Fischgräteneffekt erzielt wird.
Fig. 6-8 erläutern eine abgeänderte Methode zum Ausrichten der Fasern. Diese Teile der Vorrichtung sind dazu bestimmt, an Stelle der entsprechenden Teile in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendet zu werden. Fig. 6 zeigt eine Metallplatte 201 mit durchsichtigen isolierenden Abschirmungen 202, beispielsweise aus Perspex, die sich von den Seitenrändern der Platte abwärts zu. dem Band 203 hin erstrecken. An der Platte 201 sind fix oder verstellbar mehrere spitze metallische Leiter 204 (s. auch Fig. 7) befestigt. Die Fasern werden auf das Band mit einer Zuführungseinrichtung 205 zugeführt, die in Fig. 8 ausführlicher dargestellt ist. Eine Luftdüse 206 führt einen Luftstrom zwischen der Zuführungseinrichtung 205 und der Platte 201 ein.
Bei einem etwa 40 Zoll breiten Band werden vier Leiter 204 verwendet. Die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf diese Zahl eingeschränkt.
Fig. 8 zeigt einen Aufgabebehälter 207 für Zellulosespäne, die mit einer Förderschnecke 209 und einer Leitung 211 einer Zerkleinerungsvorrichtung 208 zugeführt werden. Die Zeddeinerungseinrichtung kann jede geeignete Form haben, welche zur Zerkleinerung des Rohmaterials in Einzelfasern geeignet ist.
Beispielsweise kann sie aus einer Hammermühle oder einer krempelartigen Einrichtung bestehen. Aus der Zerkleinerungseinrichtung 208 gelangen die Fasern über eine Rutsche 212 zu einem über dem Band 203 angeordneten Aufgeber 213.
Die Rutsche und der Aufgeber können teilweise aus durchsichtigem und isolierendem Material, beispielsweise aus Perspex. und teilweise aus Metall bestehen, das dann mit der Platte 201 auf ein hohes Potential gebracht werden kann, um auf die Bewegung der Fasern einen Einfluss auszuüben. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Fasern kann in der Rutsche ein zusätzlicher Luftstrom angewendet werden. Die durchsichtigen Teile der Rutsche und des Aufgebers sowie die Abschirmungen 202 erleichtern die Beobachtung und damit die Steuerung der Bewegung der Fasern. Die Abschirmungen 202 verhindern ein Entweichen der Fasern und geben einen Schutz gegen einen seitlichen Luftzug, der die gleichmässige Faserverteilung auf dem Band 203 stören würde.
Die spitzen Leiter 204 erzeugen je einen ionisierten Luftstrahl. Das dargestellte Aggregat hat den kombinierten Effekt, die Fasern schräg zur Längsachse des Bandes auszurichten, so dass die Leiter 204 die Einrichtung 116 ersetzen.
Bei Anordnung eines zweiten Satzes von Leitern 204, die gegensinnig geneigt sind, und von einer Einrichtung zum abwechselnden Einschalten derselben, kann ein Fischgräteneffekt erzielt werden.
Das Zwischentrocknen kann auch mit Infrarot-Heizeinrichtungen oder nach einem andern zweckmä- ssigen Verfahren durchgeführt werden.
Das Band kann aus Blech oder einem Metallgewebe oder aus mit einer leitenden Metallschicht überzogenem Kunststoff-, Textil- oder Glasfasermaterial bestehen.
Ausser faserartigen oder andern ähnlichen homogenen Materialien, die einem elektrostatischen Feld "folgen", beispielsweise Tierhaare, Stroh, Sägemehl od. dgl. können beispielsweise auch schuppenförmige Mineralien, Farbpigmente, Füllstoffe, z. B. Kaolin od. dgl. mit Vorteil verwendet werden. Diese können aber auch über die Rutsche mit Hilfe eines weiteren Luftstromes oder auf andere Weise zugeführt wer- den.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann zur Erzeugung von Flächengebilden verschiedener Art, beispielsweise von Papier, Pappe, Tapeten, Lösch- und Filterpapier, Isolier- und Bauplatten. Dachpappe, Pergament und kunstlederähnlichen Materialien verwendet werden. da das nach diesem Verfahren erzeugte Material auch auf fertigen Textil- oder andern Materialien hergestellt oder im Innern damit verstärkt werden kann.
Das Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass das erzeugte Flächengebilde von dem Band abgenommen wird, sobald es so fest ist, dass es freitragend ist und es dann durch eine Anzahl von weiteren Zuführungseinrichtungen mit zwischen ortsfesten Teilen erzeugten elektrostatischen Feldern hindurchgeführt wird, so dass das Material selbst eine Unterlage bildet.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abänderungen möglich.
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