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Verfahren zur Herstellung von dehnbarem Papier
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der Bahnränder und die Reissfestigkeit.
Diesen Erkenntnissen wird erfindungsgemäss dadurch Rechnung getragen, dass die Bahn fortschreitend bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 40 bis 65%, vorzugsweise 50 bis 55go, entfeuchtet wird, wobei die Bahn über ihre Breite einem ungleichmässigen Druck ausgesetzt und sodann gekreppt und geprägt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsweise dieses Verfahrens besteht darin, dass vorerst der Mittelbereich der Bahn in einem grösseren Ausmass als ihre Randbereiche und sodann die Randpartien in einem stärkeren Ausmass als im Mittelbereich entfeuchtet werden, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn über ihre Breite im wesentlichen gleich ist.
Die Feuchtigkeitsverteilung quer über die Bahn, das"Feuchtigkeitsprofil", in den Krepp- und Prägestationen ist nämlich ebenfalls von Bedeutung für die Festlegung der Endeigenschaften des Erzeugnisses.
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Eigenschaften des fertigen Produktes ergeben, sondern zusätzlich dazu Herstellungsschwierigkeiten bei der Erzeugung des Papiers auf der Papiermaschine sowie auch in der beispielsweise folgenden Formung eines Papierschlauches und der Herstellung von Säcken.
Wenn der Feuchtigkeitsgehalt, gesehen über die Breite der Bahn, beträchtlichen Schwankungen unterliegt, so führt dies während der Erzeugung des Papiers auf der Maschine dazu, dass die Kraft, mit der die Bahn an der Kreppwalze haftet, entsprechend über die Bahnbreite schwankt, woraus dann der Widerstand, den die Bahn dem mittels eines Schabers erfolgenden Ablösen von derKreppwalze entgegensetzt, entsprechend ungleichmässig wird. Die Folge davon ist ein Flattern, Ausbeulen und bereichsweises Lockerwerden der in die Prägestation wandernden Bahn und ferner die Bildung bleibender Falten an dieser Stelle. Diese Wirkungen steigen ausserordentlich an, wenn die Geschwindigkeit der Maschine erhöht wird, weil die Geschwindigkeit der Bahn die Amplitude des Flatterns aber auch das Ausmass der Faltenbildung vergrössert.
Ausserdem zeigt es sich, dass ein Endprodukt, welches nicht einen angemessenen Elastizitätsmodul entsprechender Gleichmässigkeit über die Bahnbreite aufweist, nicht gleichmässig durch eine Sackschlauchbildeeinrichtung geführt werden kann, die sich an die Herstellung derb ahn anschliessenkann. Wenn beispielsweise der in der Bahnlängsrichtung bestehende Elastizitätsmodul des Papiers längs der Bahnkanten geringer ist als in dem restlichen Bahnteil, so wird diese Kante das Bestreben haben, sich während der folgenden Herstellungsgänge mehr zu dehnen, was eine Fältelung und eine Runzelbildung zur Folge haben muss.
Beide dieser Verformungen führen in einem beträchtlichen Umfang zu Ausschuss und verlustreichen Stillstandszeiten der Maschinen.
Wenn die in der Maschinenlaufrichtung bestehende Steifheit der Bahn über die Bahnbreite nicht in einem ausreichenden Mass gleichförmig ist, so trachten ausserdem die im Zuge einerSackherstellungbe- schnittenen Ränder der Sacklängen sich einzurollen oder auszubuckeln, was zu einer Verstopfung der Vorrichtung führen kann. Handelt es sich um die Herstellung genähter Säcke, so führen Sacklagen mit einer in der Maschinenlaufrichtung unzureichenden Steifheit dazu, dass sich die Bahn, wenn die Sacklänge an einen Anschlag gerät, um einer Bodenbildungsoperation unterworfen zu werden, aufstellt oder einrollt, was zu unrichtiger Sackbildung führen kann.
Es ist demnach von weitreichender Wichtigkeit, dass das Feuchtigkeitsprofil der Bahn im Verfestigungszustand derselben nicht nur der Grösse nach innerhalb der als richtig erkannten Grenzen gehalten wird, sondern auch zusätzlich dieses Profil über die Bahnbreite konstant sein, d. h. um nicht mehr als : ! : 1% in dieser Richtung schwanken soll.
Das Feuchtigkeitsprofil kann auf verschiedenste herkömmliche Art geregelt werden, etwa durch geeignete Profilierung, die den Walzen der Nasspresse in Abstimmung auf die Trockenwirkung der folgenden Trockenwalzen erteilt wird. Beispielsweise können die Walzen der Nasspresse so bombiert werden, dass die Bahn längs der Kanten mit einem grösseren Feuchtigkeitsgehalt austritt als in ihrer Mitte, auf welche Weise dem Umstand Rechnung getragen wird, dass in dem weiteren Verlauf der Bahnbewegung über die Trocknungswalzen, die der Kreppungseinrichtung vorgeordnet sind, die Trocknungsschnelligkeit der Kanten grösser ist als jene in der Mitte der Bahn.
Das quer über eine Bahn bestehende Feuchtigkeitsprofil schafft in der Herstellung glatter Papierbahnen keine besonderen Probleme, weil das Papier, wenn es das Ende der Maschine erreicht hat, hinreichend und gleichmässig über seine ganze Breite getrocknet ist. In der Herstellung gekreppten Papiers ist dies aus denselben Gründen kein Problem, sondern wird zu einem solchen nur in dem Fall der Herstellung von gekrepptem und geprägtem (gebuckeltem oder gewelltem) Papier, und dies aus den oben dargelegten Gründen.
Aus dieser Situation wird es verständlich, dass man diesen Faktor in der Herstellung solcher Papiere nicht verstanden oder nicht beachtet hat, wenn es sich um die Herstellung von gekrepptem und ausge-
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buckeltemPapiergehandelthat, trotzdem die Schwierigkeiten, die sich dann in der folgenden Herstellung der Säcke ergaben, nicht übersehen werden konnten. Es wurde aber die Quelle der als Folge der über die Papierbahn ungleichmässigen Feuchtigkeitsgehalte entstandenen Schwierigkeiten nicht nur nicht erkannt, sondern es ist auch nicht versucht worden, mit ihnen fertig zu werden.
Wie schon weiter oben dargelegt ist, sollte die Kreppung eines Papiers erfolgen, wenn dieses soweit wie möglich von der ihm von der Herstellung her innewohnenden Feuchtigkeit befreit worden ist. wozu man das Papier soweit als zulässig trocknet, wenn es sich noch im glatten Zustand befindet. Die im Kreppungszustand erhaltene Restfeuchtigkeit muss aber ausreichen, um die Bahn an der Kreppwalze haften zu lassen und auch gross genug sein, um zu sichern, dass keine ernstliche Festigkeitseinbusse im Enderzeugnis als Folge einer unzureichendenverfestigung auftritt, die eine Folge des anschliessenden Ausbuckelungsvorganges sein könnte.
Anderseits sollte die Bahn bei einem relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt geprägt oder ausgebuckelt werden, weil, wie oben dargelegt ist, je höher der Feuchtigkeitsgehalt im Ausbuckelungsstadium ist, umso grösser die endgültige Steifheit und der Elastizitätsmodul des gekreppten und geprägten Erzeugnisses sein wird. Diese beiden einander ziemlich widersprechenden Forderungen verlangen logischerweise, dass sich der Prägevorgang unmittelbar an den Kreppungsvorgäng anschliesse, und dass beide in der Papiermaschine im Ablauf der Papierherstellung einem hinreichenden Trocknen der noch im glatten Zustand befindlichen Bahn aufeinanderfolgen, um den Feuchtigkeitsgehalt auf einen Wert vermindern zu können, der innerhalb des weiteren bzw. bevorzugten oben dargelegten Grenzbereiches gelegen ist.
Die schematischen Zeichnungen dienen der Erläuterung der Erfindung. Es zeigen : Fig. l die Ausbildung einermaschine zurausführung des vorliegenden Verfahrens ; Fig. 2 ein Diagramm, das die Veränderung der dem Erzeugnis innerhalb derMaschine erteilten Steifheit und des Elastizitätsmoduls des gekreppten und geprägten Erzeugnisses mit der Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn, die sie im Kreppungs-und im Prägestadium zeigt, erkennen lässt ;
Fig. 3a ein Diagramm, welches die Feuchtigkeitsprofile quer über die Bahn und bestimmte Eigenschaften des resultierenden, dehnbaren Papiers zeigt, das man
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station zu sichern, wobei die Reihe von Kurven die Feuchtigkeitsprofile in der ersten und in der zweiten Nasspressstation für das erhaltene gekreppte und geprägte dehnbare Papier, den quer zur Maschinenlaufrichtung bestehenden Elastizitätsmodul der Bahn, deren Steifheit und schliesslich das Grundgewicht derselben zeigt.
Fig. 3b zeigt eine graphische Darstellung ähnlich jener nach Fig. 3a, jedoch die entsprechenden Feuchtigkeitsprofile darstellend, wie man sie in Maschinen nach dem Stand der Technik in der ersten und bzw. der zweiten Nasspressstufe erhalten hat, sowie auch nach der Entfeuchtung durch eine Trocknungswalzengruppe 13 (Fig. 1), wie sie vor dem Kreppen angewendet worden ist ; ferner zeigt diese Figur für das gekreppte und geprägte Papier die Querprofile, bezogen auf die Maschinenlaufrichtung, für den Elastizitätsmodul und die Steifheit sowie die nicht zufriedenstellende Grundgewichtsverteilung, die ebenfalls dazu beiträgt, dass die Feuchtigkeitsverteilung nicht zufriedenstellend ist.
Fig. 4 zeigt schematisch in Seitenansicht die Nasspresswalzen, wobei auf eine übertriebene Weise gezeigt ist, wie die Walzen gewölbt sind, um das aus Fig. 3 ersichtliche Feuchtigkeitsprofil hervorzubringen. Fig. 5 ist ein Diagramm, beinhaltend die Zugfestigkeiten in Maschinenrichtung für ein flaches Kraftpapier, ein trocken gekrepptes Kraftpapier, ein auf herkömmliche Weise nassgekrepptes Kraftpapier, ein kompressiv geschrumpftes Kraftpapier und ein nassgekrepptes und geprägtes (ausgebuckeltes) Kraftpapier, wobei das letztgenannte nach der Erfindung erhalten worden ist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen in einem stark vergrösserten Massstab die Draufsichten auf die Vorder- und Rückseiten eines gekreppten und geprägten Papiers, das nach der vorliegenden Erfindung erhalten worden ist und die Fig. 8 und 9 Schnitte nach den Linien 8 - 8 bzw. 9 - 9 der Fig. 6.
NachFig. lwirdeineKraftpapierbahnaufherkömmlicheWeiseaufeinemLangsieb 10 hergestellt, von dort fortlaufend zwischen ein Paar von Förderwalzen lla, llb und 12a, 12b geführt, die die erste und zweite Nasspresse vorstellen, in denen überschüssige Feuchtigkeit ausgepresst wird, so dass sich ein Feuchtigkeitsgehalt von etwa 67 bis 701o einstellt. Von hier wird die Bahn über eine Folge von Trockenwalzen 13 gefördert, in denen der Feuchtigkeitsgehalt weiter vermindert wird, u. zw. auf einen Wert von 40 bis 65%, vorzugsweise auf 50 bis 55%, wie dies weiter oben bereits erklärt worden ist, und sodann von dort zurKreppwalze 14, die mit einer mit ihr zusammenarbeitenden Presswalze 15 versehen ist, um ein Haften der Bahn an der Kreppwalze zu sichern.
Gegen die Kreppwalze legt sich ein Schaber 17 an, um die Bahn von der Kreppwalze in gekrepptem Zustand abzunehmen, von wo die Bahn über eine Reihe von Walzen 18 geführt wird, um die nasse, gekreppte Bahn in geeigneter Weise zu tragen, wenn sie von derKreppwalze zum Prägewalzenpaar 20a, 20b gelangt, in welcher Station die gekreppte Bahn
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vorzugsweise nach längsverlaufenden Rinnen, die in Abständen quer über die Bahn auftreten, geprägt wird.
Weil in der Bahn als Folge der von der Walze 14 hervorgerufenenKreppung einelängenverkürzung eintritt, müssen die Prägewalzen 20a und 20b mit einer geringeren Umfangsgeschwindigkeit umlaufen als dies für die Kreppwalze sowie die ihr vorhergehenden Walzen der Maschine der Fall ist, und es ist diese lineare Geschwindigkeitsdifferenz proportional dem Schrumpfungseffekt und sie stelltdemnachein Mass für die eingetretene Kreppung dar.
Wenn beispielsweise die Kreppwalzen und die ihr vorhergehenden Walzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 210 m/min und die Prägewalze mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 180 m/min rotieren, so beträgt der Unterschied 30 m/min oder 15% der linearen Ge-
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und von dort gelangt sie über eine Reihe von Trocknungswalzen 22, die, verglichen mit den Prägewalzen, mit einer solchen erhöhten linearen Geschwindigkeit arbeiten, dass ein beträchtlicher Teil der zuvor durch den Kreppungsvorgang erzielten Streckung eliminiert wird, beispielsweise ein Viertel bis die Hälfte davon, und ausserdem wird dort die Trocknung der Bahn vollendet, so dass man ein trockenes Enderzeugnis erhält.
Die Bahn läuft dann von dort über die Walzen des Kalanderstapels 23 zum Aufwickler 24, um schliesslich das fertige gekreppte und geprägte Enderzeugnis zu liefern, das in den Fig. 6-9 dargestellt ist.
WieausdenFig. 3a und 4 ersichtlich ist, sind die Walzen Ha, llb der ersten Nasspresse, vgl. Fig. 4, bombiert, wie dies bei 30 und 31 angedeutet ist, um in der aus ihnen austretenden Bahn eine Feuchtigkeitsquerverteilung zu sichern, wie dies aus der Linie 32 der Fig. Sa ersichtlich ist. Diese Figur spiegelt die Verhältnisse wieder, wie sie sich durch Probeläufe, die in Übereinstimmung mit den erfindungsgemässen Erkenntnissen veranstaltet wurden, ergeben haben. In gleicher Weise sind auch die Walzen 12a, 12b der zweiten Nasspresse in ähnlicher Weise bombiert, um ein Feuchtigkeitsprofil der austretenden Bahn zu sichern, das durch die Linie 33 der Fig. 3a ebenfalls im Zuge eines Prüflaufes erhalten, veranschaulicht ist.
Während des folgenden Durchlaufes der Bahn durch die Trocknungswalzen 13 (Fig. 1), trocknen die Randbereiche der Bahn schneller als ihrMittelteil. Dadurch erhält man ein resultierendes Feuchtigkeitsprofil der auf die Kreppungswalze 14 auflaufenden Bahn, wie dies durch die Kurve 34 der Fig. 3a veranschaulicht ist, die ebenfalls im Zuge der erwähnten Probeläufe erhalten wurde.
Es ist aus dieser Kurve ersichtlich, dass das Feuchtigkeitsprofil in diesem Stadium praktisch konstant ist und einen Durchschnittswert von etwa 54% zeigt mit Schwankungen, die nicht grösser sind als 1%. Das bei einem solchen Feuchtigkeitspegel gekreppte und geprägte Papier besitzt die aus den Kurven 35,36 und 37 ersichtlichen Werte für das Querschnittsprofil, Elastizitätsmodul in der Bahnrichtung und Grundgewicht ;
es ist aus diesen Kurven ersichtlich, dass jede der durch sie dargestellten Grössen über den Querschnitt im wesentlichen konstant verläuft, wobei der Elastizitätsmodul einen sehr hohen Durchschnittswert von 14200 kg/cm2 aufwies, die Steifheit in Maschinenrichtung einen Wert von etwa 297 Gurley und das
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den Fig. 3b entsprechen die Kurven 40 - 45 den Kurven 32 - 37 der Fig. 3a. Man sieht aus den Kurven der Fig. 3b, dass das Feuchtigkeitsprofil quer über die Bahn erheblich grössere Werte in der Mitte zeigt als längs der Ränder, u. zw. für alle Stadien der Entfeuchtung, und dass dieser Effekt noch deutlicher ausgeprägt wird in dem Entfeuchtungsvorgang der ersten und zweiten Feuchtpressstufe und dem ersten Trocknerabschnitt, vgl. die Kurven 40,41 und 42.
Aus der Kurve 43 erkennt man, dass im Kreppungszustand ungefähr eine Schwankung der Feuchtigkeit um 8% über die Breite der Bahn besteht, was im Enderzeugnis des gekreppten und geprägten Papiers zu Schwankungen des Elastizitätsmoduls über die Bahnbreite von 7 000 kg/cm2 an den Kanten zu 14000 kg/cm 2 in der Mitte führt, d. h. zu einer Schwankung von
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zirka 35%. Die Schwankungen des Grundgewichtes betragen über die Profilbreite 7%.
Die besten Ergebnisse im Sinne der Fig. 3a und 3b wurden erhalten, indem eine Papiermaschine der Standardbauweise, die für die Erzeugung von glattem Kraftpapier einer Bahnbreite von ungefähr 300 cm eingerichtet war und bei einer Bahngeschwindigkeit von 120 bis 240 m/min arbeitete, umgebaut wurde. An Hand der Fig. 1 erkennt man, dass diese Maschine zuerst in der Weise umgestaltet wurde, dass zwischen der ersten und der zweiten Trocknungseinrichtung 13 und 22 die Kreppungs- und Prägeorgane 14 - 21 installiert wurden. Die Bombierung der Nasspresswalzen der Maschine wurde wie folgt festgelegt :
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An der obersten Walze der ersten Presse war der Umfang im Zentrum der Walze um 1,6 mm grösser als an den Rändern der Walze, die an ihren Enden einen Durchmesser von 500 mm besass.
An der unteren Walze der ersten Presse betrug der Umfang in der Mitte um 4,8 mm mehr als an den Enden, wobei diese Walze an den Enden einen Durchmesser von 600 mm aufwies. Die gleichen Abmessungen fanden für die obere und die untere Walze der zweiten Presse Verwendung. Das auf dieser so modifizierten Maschine erzeugte gekreppte und geprägte Papier ergab die Querschnittsdiagramme der Fig. 3b. Die Bombierungen wurden dann empirisch so lange verändert, bis sich die Feuchtigkeitsquerverteilungen der Linien 32 und 33 der Fig. 3a ergaben, um eine Feuchtigkeitsquerverteilung in der Kreppstation zu erzeugen, die durch die Linie 34 der Fig. 3a veranschaulicht ist. In diesem derart modifizierten Zustand hatte die obere Walze in der Mitte einen um 6, 3 mmgrösseren Umfang als an den Enden, wo der Durchmesser 500 mm betrug.
An der unteren Walze wurden Änderungen nicht vorgenommen. Hinsichtlich der zweiten Pressstufe wurde der Mittelumfang der oberen Walze um 4,8 mm grösser als an den Enden ausgeführt, wogegen die untere Walze gegenüber den weiter oben festgestellten Abmessungen keine Änderungen erfuhr. Es wurde dann die Maschine abermals in Gang gesetzt, um ein gekrepptes und geprägtes Papier zu erzeugen und es wurden dann Werte für die Querverteilung des in der Längsrichtung herrschenden Elastizitätsmoduls, der Steifheit sowie des Grundgewichtes gefunden, wie diese durch die Linien 35,36 und 37 der Fig. 3a festgelegt sind.
Es versteht sich natürlich, dass man auch andere Mittel anwenden kann, um in der Kreppstation das Vorhandensein eines über den Querschnitt gesehen gleichbleibenden Feuchtigkeitsgehaltes zu sichern.
Beispielsweise könnte man die Bombierung der Nasspresswalzen so ausführen, dass man der austretenden Bahn eine gleichmässigeFeuchtigkeitsverteilung sichert, und dass man dann einen über die Breite der Bahn gleichmässigen Trocknungsvorgang anschliesst, wenn sie über die erste Reihe von Trocknungsrollen läuft, was durch eine Anordnung von Warmluftbläsern, die mittig über der Bahn angeordnet sind oder auch auf andere Weise erreicht werden könnte.
UnterBezugnahmeaufdieFig. 2 sei bemerkt, dass Versuche ergeben haben, dass bei Vergrösserung des durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehaltes der Bahn inden Kreppungs- und Prägestationen die in der Bahnrichtung herrschende Steifheit der Bahn sowie der entsprechende Elastizitätsmodul des schliesslich erhal-
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ein typisches, gemäss der Erfindung erhaltenes nassgekrepptes und geprägtes Kraftpapier dargestellt, u. zw. im Vergleich mit einem gleichschweren trockengekreppten Papier, Linie B, einem nassgekreppten, aber nicht geprägten Papier, Linie C, einem unter Druckanwendung geschrumpften, aber nicht gepräg- ten Papier, Linie D, und einem glatten Kraftpapier, Linie E. Die Linie F zeigt den in der Bahnrichtung, d. h.
Arbeitsrichtung der Maschine herrschenden Elastizitätsmodul für das nassgekreppte und ge- prägte Papier, wogegen die Linien G und H die Elastizitätsmoduli für das glatte Kraftpapier bzw. für das kompressiv geschrumpfte Papier darstellen.
Aus einem Vergleich der Linien F, G und H ist ersichtlich, dass das der Erfindung entsprechende gekreppte und geprägte Papier, Linie A, einen beträchtlich höheren in der Längsrichtung geltenden Elastizitätsmodul zeigt als dies für das kompressiv geschrumpfte Papier, Linie C, der Fall ist, und einen solchen, der, obgleich niedriger als jener des glatten Kraftpapiers, Linie G, grössenmässig doch an den letzteren heranreicht.
Der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers wird in jedem Stadium der Erzeugung definiert als das Nettogewicht minus dem Trockengewicht dividiert durch das Nettogewicht, welches Verhältnis, mit 100 multipliziert, den Feuchtigkeitsgehalt in Prozenten ergibt.
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der Bahn die in der Längsrichtung verlaufenden Nuten 46, zwischen denen die gekreppten Bereiche 47 liegen, zu erteilen. Es versteht sich jedoch, dass man auch andere Prägemuster anwenden könnte, etwa zickzacklaufende oder sinuslinienartige oder sonstige. Für manche Anwendungen könnte es sich auch empfehlen, die Kreppung flachzupressen anstatt sie zu prägen und in diesem Fall würde man in der Prägestufe zylindrische Walzen anzuwenden haben.
Demnach schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Produktes, nämlich eines gekreppten und geprägten Papiers, das über die gesamte Erzeugungsbreite und unabhängig von dieser Breite hohe und sehr gleichmässige Werte für die in der Bahnrichtung herrschende Steifheit aufweist,
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Grösse14000 kg/cm2, was im Verein mit vorzüglichen und gleichmässigen Eigenschaften anderer Art, wie der Randreissfestigkeit, der in der Bahnrichtung bestehenden augenblicklich wiederherstellbarenDehnbarkeit und der beiderseitigen Energieabsorption der Fall ist.
Papiere mit diesen günstigen Eigenschaften können in der grösstmöglichen Breite auf modernen Papiermaschinen, die eine Bahnbreite von 750 cm und mehr aufweisen, erzeugt werden, u. zw. mit den grössten Arbeitsgeschwindigkeiten solcher Maschinen, die bis zu 600 m/min und darüber betragen können. Die so erhaltene Bahn lässt sich in Streifen jeder gewünschten Breite schneiden und daraus Säcke von in denSacklagen entsprechend gleichmässiger, hoher in Längsrichtung bestehender Steifheit und hohem Elastizitätsmodul u. dgl. herstellen, wobei man solche Säcke normalerweise aus Streifen herstellt, die eine Breite von 75 bis 140 cm besitzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von dehnbarem Papier, das in der Erzeugungsrichtung eine hohe und gleichmässige Steifheit sowie einen hohen Elastizitätsmodul besitzt, bei welchem eine noch feuchte Papierfaserstoffbahn auf einen Feuchtigkeitsgehalt vorgetrocknet wird, der vor dem endgültigen Trocknen
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über ihre Breite einem ungleichmässigen Druck ausgesetzt und sodann gekreppt und geprägt wird.