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Faserstoffbahn, insbesondere Vliesstoff, aus synthetischen Polymeren
Die Erfindung bezieht sich auf Faserstoffbahnen, insbesondere Vliesstoffe, mit einer Dichte von mindestens 0, 112 gleam3, aus synthetischen Polymeren.
Faserstoffe, insbesondere Faservliesstoffe, sind bereits bekannt. Zur Erzielung eines entsprechenden Gefügeusammenhanges und einer ausreichenden Stabilität müssen die nichtgewebten Gebilde gewöhnlich in irgendeiner Weise behandelt werden, um die Eigenschaften der Vliesstoffe zu verbessern.
Der Vliesstoff muss genügend fest sein, damit er seine Gestalt beibehält, wenn er von Hand aus oder maschinell gehandhabt wird. So sind beispielsweise blattartige Gebilde mit einer Zugfestigkeit unter etwa 1, 58 g/cm/g/m Z für technische Zwecke nicht brauchbar, sofern nicht ihre Zugfestigkeit verbessert wird, weil sie, selbst bei Einhaltung sonstiger Vorkehrungen, ihr eigenes Gewicht nicht tragen können.
Die Anwendung von Klebemitteln, von Nadelvorgängen od. dgl., um einen entsprechenden Festigkeitsgrad zu erzielen, ist kostspielig und macht den durch die Vermeidung des Webvorganges gewonnenen Vorteil wieder hinfällig. Gebilde, bei denen ein wasserempfindliches Bindemittel verwendet wurde oder die durch einen Nassfilzvorgang verfestigt worden sind, besitzen im allgemeinen geringe Festigkeit in feuchtem Zustand. Durch Nassabsetzen erhaltene Flächengebilde, wie sie bei der Papiererzeugung entstehen, bestehen aus Teilchen, die gemahlen und gebrochen sind.
In der nicht zum Stand der Technik gehörenden österr. Patentschrift Nr. 237786 ist ein neuartiges Entspannungs- oder Sofortverdampfungs-Spinnverfahren beschrieben, bei welchem in wirtschaftlicher Weise ein ungewöhnliches, neuartiges, feindimensioniertes Polymermaterial erhalten wird, das als Netzwerkfaden oder Netzwerkgebilde bezeichnet wird. Der Netzwerkfaden ist im wesentlichen ein garn- ähnliches Polymer-Formgebilde, das aus einem einstückigen, offenen Netzwerk oder Plexus aus willkürlich und kohäsiv gebundenem Polymermaterial besteht, wobei dieses Polymermaterial in Form feiner filmartiger und bzw. oder bandartiger Elemente vorliegt. Dieses filmartige und bzw. oder bandartige Material hat im allgemeinen eine durchschnittliche Dicke von weniger als 4 li und der Netzwerkfaden selbst weist eine Oberfläche von mehr als 2 m/g auf.
Der Netzwerkfaden ist als ein inForm eines kontinuierlichen Stranges zum Weben, Wirken, in der Seilmacherei und für analoge Anwendungszwecke geeignetes Material beschrieben. Es ist jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen worden, kontinuierliche Netzwerkfäden für ungewebte Flächengebilde einzusetzen.
Erfindungsgemäss wird ein flächenhaftes Material aus kontinuierlichen Netzwerkfadenlängen, d. h. aus einem oder mehreren kontinuierlichen Netzwerkfäden, geschaffen, das trotz Abwesenheit eines Bindemittels ausreichende Festigkeit und Brauchbarkeit aufweist.
Die erfindungsgemässe Faserstoffbahn, insbesondere Vliesstoff mit einer Dichte von mindestens 0, 112 g/cmn , aus synthetischen Polymeren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn aus einem oder mehreren kontinuierlichen Netzwerkfäden gebildet ist, welche aus dreidimensionalen Netz-
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werken aus einer Vielzahl von molekular orientierten filmartigen und bzw. oder bandartigen Elementen mit einer geringeren Dicke als 4 bu bestehen, die in willkürlichen Abständen sowohl in Längs- als auch in Querrichtung des Netzwerkes Verbindung-un Trennstellen aufweisen, wobei diese filmartigen und bzw.
oder bandartigen Elemente in Richtung der Achse des Netzwerkes ausgerichtet sind und die Struktur und Form von orientierten Filmfibrillen haben, mit einer Oberfläche der Netzwerkfäden von mehr als 2 m/g, und dass die Faserstoffbahn gewünschtenfalls mit einem polymeren Imprägnierungsmittel oder durch Verschmelzen von benachbarten filmartigen und bzw. oder bandartigen Elementen des Netzwerkfadenmaterials verfestigt ist.
Es ist oft vorteilhaft, wenn im erfindungsgemässen Vliesstoff die filmartigen und bzw. oder bandartigenElemente des Netzwerkfadenmaterials von benachbarten Netzwerkfäden miteinander verschmolzen sind. Einer besonderen Ausführungsform zufolge hat das erfindungsgemässe Flächengebilde ein Biegemoment von mehr als 0, 115 cm/kg.
Unter der Bezeichnung "kontinuierliche Netzwerkfäden" sind nachfolgend unbegrenzt lange Netzwerkfäden zu verstehen, die zur Erzeugung von Flächengebilden mit erhöhter Festigkeit und Gleichförmigkeit besonders geeignet sind.
Im Gefüge des Vliesstoffes sind die Netzwerkfäden in einander überlappender und ineinandergreifender wirrer Lage angeordnet.
Das Biegemoment wird mit Hilfe der Gleichung für den Elastizitätsmodul berechnet, wobei man
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gesetzt.
Die erfindungsgemässen Vliesstoffe können kontaktgebunden oder kohäsiv gebunden sein. Bei der kohäsiven Bindung ist ein fibrillenartiges Element an das andere mittels einer Brücke befestigt, deren Zusammensetzung identisch mit der Zusammensetzung der aneinandergebundenen fibrillenartigen Elemente ist, wobei die Brücke eine so geringe Dicke wie ein einzelnes Molekül aufweisen kann, in welchem Fall sich das Polymermolekül zwischen den zwei sich berührenden fibrillenartigen Elementen erstreckt. Die kohäsive Bindung wird im allgemeinen durch thermische Plastifizierung bzw. Verschmelzung von benachbarten oder einander berührenden fibrillenartigenElementen mit oder ohne Druckanwendung hergestellt, wodurch man"kohäsiv gebundene"Blätter erhält.
Die erfindungsgemässen, unter verhältnismässig geringem oder mässigem Druck hergestellten flächenhaften Materialien sind biegsamer und geschmeidiger als cellulosehältige Papiere von gleichem Flächengewicht. Die Kontaktbindung wird durch blosses leichtes Verdichten hervorgerufen und führt von einem watteartigen Gebilde ohne Festigkeit zu einem brauchbaren festen Blatt bzw. Flächengebilde.
Im allgemeinen haben die neuen Vliesstoffe gemäss der Erfindung eine Zugfestigkeit von mehr als 1, 58 g/cm/g/m2.
Die erfindungsgemässen Vliesstoffe werden aus einem oder mehreren Netzwerkfäden hergestellt.
Diese Netzwerkfäden können im wesentlichen in der Form, wie sie aus der Spinndüse austreten, zum flächenhaften Material verarbeitet werden.
Die Netzwerkfäden für das erfindungsgemässe flächenhafte Material können aus festen, faserbildenden Polymeren von hohem Molekulargewicht hergestellt sein, vorzugsweise aus kristallinen Polymeren von mehr als etwa 30% Kristallinität (bestimmt nach Röntgenbeugungsverfahren). Hydrophobe Polymere werden besonders bevorzugt, wenn für das Flächengebilde Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit verlangt wird. Als hydrophobe Polymere können allgemein jene Polymere angesehen werden, die von Wasser nicht benetzt werden und bei Raumtemperatur und bei 70% relativer Feuchtigkeit eine Wasseraufnahme von weniger als etwa 5% aufweisen. Zur Verwendung geeignete Polymere finden sich sowohl in der Klasse der Additionspolymere als auch der Kondensationspolymere.
Unter Additionspolymeren werden die Polykohlenwasserstoffe, insbesondere lineare Polyäthylene bevorzugt, sowie Gemische von linearen Polyäthylenen mit kleineren Mengen von verzweigtem Poly- äthylen ; auch Polypropylen, Polybuten, Polyisobutylen, Polybutadien, Polyvinylchlorid oder Celluloseacetat sind manchmal besonders vorteilhaft und fallen in den Rahmen der Erfindung.
Unter den Kondensationspolymeren, die für die erfindungsgemässe Faserstoffbahn verwendet werden können, sind Polyamide, Polyester, Polyacetale, Polyurethane und Polycarbonate zu nennen.
Die Netzwerkfäden können zahlreiche gebräuchliche Zusatzmittel enthalten, die den flächenartigen Materialien spezielle, auf den jeweiligen Verwendungszweck abgestimmte Eigenschaften verleihen.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. l zeigt schematisch eine für die Erzeugung der erfindungsgemässen Faserstoffbahn bzw. des
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Vliesstoffes geeignete Anlage. Fig. 2 zeigt das Gefüge eines Flächengebildes gemäss der Erfindung im
Schaubild, während Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Vliesstoffes schaubildlich darstellt. Die
Fig. 4a, 4b und 4c sind Querschnitte an verschiedenen Stellen eines aus dem Gefüge des Vliesstoffes ge- zogenen bzw. herausgerissenen strangartigen Netzwerkfadens.
Wie Fig. 2 erkennen lässt, wird durch abgelegte Netzwerkfäden eine Faserstoffbahn --50- in vor- bestimmter, sich wiederholender Anordnung eines Musters aufgebaut, bei welchem sich jeweils eine
Netzwerkfadenauflage quer über die gesamte Breite der Faserstoffbahn erstreckt. Die Faserstoffbahn wird durch Auflegen eines kontinuierlichen fibrillierten Netzwerkfadens auf eine Tafel in der Weise erhal- ten, dass aufeinanderfolgende Netzwerkfäden miteinander in Kontakt sind und einander überlappen. Der
Vorgang wird sodann in einer Richtung wiederholt, die gegenüber der ersten Netzwerkfadenauflage um
900 verdreht ist. Das erhaltene Gebilde wird durch kaltes Pressen zwischen flachen Platten verfestigt.
Die nicht verfilzte Beschaffenheit dieser Anordnung ist leicht daran zu erkennen, dass die Netzwerkfäden durch leichtes Abziehen bzw. Abtrennen von diesem Blatt wieder entfernt bzw. abgespult werden können.
Die Fig. 3 der Zeichnungen zeigt ein Muster von Filmfibrillen, das regellos über das Gefüge des Vliesstoffes verteilt ist. Auf einer Fläche von etwa 6, 5 cm2 ist das Netzwerkfadenmaterial, wie ersichtlich, in in mehreren Richtungen erfolgender und einander übergreifender Musterung angeordnet, wobei jede Schicht des Netzwerkfadenmaterials mit den darunter befindlichen Schichten im wesentlichen nicht verschlungen ist.
Der Vliesstoff kann aus einer Vielzahl von gesonderten Netzwerkfäden oder aus einem einzelnen kontinuierlichen Netzwerkfaden bestehen. Wird em einziger kontinuierlicher Netzwerkfaden verwendet, so wird dieser über eine die Fadenbreite übersteigende Breite verlegt.
In den Fig. 4a, 4b und 4c der Zeichnungen sind Querschnitte von Netzwerkfäden --60-- in Flächengebilden gemäss der Erfindung vergrössert dargestellt. Diese Figuren zeigen die bandartige Beschaffenheit der einzelnen Elemente, des Polymermaterials im Netzwerkfaden und weiters, dass die innere Querschnittsstruktur über die Länge jedes Netzwerkfadens unregelmässig variiert. Ein Stück Netzwerkfaden kann durch Abreissen von einem Vliesstoff gemäss der Erfindung erhalten werden. Die Netzwerkfäden, die dabei den aufgerissenen Spalt zu überbrücken suchen, werden hierauf aus dem verbleibenden Flächengebilde entfernt. An diesem Faden werden dann aufeinanderfolgende Querschnitte mit gleichen Abständen geführt, die erhaltenen Abschnitte präpariert und unter 450facher Vergrösserung im Mikroskop beobachtet (Fig. 4a, 4b, 4c).
Für die Herstellung des Vliesstoffes kann z. B. die in Fig. 1 gezeigte Anlage dienen. Das aus der Düse --2-- austretende Netzwerkfadenmaterial trifft auf eine V-förmig gestaltete Rinne --3-- auf und
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net, der die Bildung des watteartigen Gebildes unterstützt. Das auf dem Band entstehende watteartige Gebilde --7-- wird sodann mittels einer z. B. innen beheizten Druckwalze -8-- zu einem Flächenge - bilde oder Blatt --9-- zusammengepresst, das auf einer Aufwickelwalze --10- aufgewunden wird.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Faserstoffbahnen bzw. Vliesstoffe werden die Netzwerkfäden zuerst in Form eines losen Flächengebildes bzw. watteartigen Gebildes gesammelt, wobei die fibrillierten Netzwerkfäden in überlappender, verschieden gerichteter und einander übergreifender Anordnung ohne wesentliches Verschlingen bzw. Verknüpfen oder Verfilzen der Netzwerkfäden zwischen den einzelnen Auflagen übereinandergelegt sind. Das Blattgebilde erfährt bei 0, 14 kg/cm2 eine Verminderung der Dicke auf ein Zehntel, bei welchem Druck eine dauernde Formgebung erfolgt.
Das mit Heissluft unter Verschmelzen behandelte Blatt ist verhältnismässig porös, absorbierend, in Falten legbar, undurchsichtig und voluminös im Vergleich mit dem vorstehend beschriebenen, kalandrierten Blatt. Im extremen Fall eines dünnen, durch weitgehendes Verschmelzen erhaltenen Blattgebildes kann der erfolgte Schmelzvorgang an den Oberflächen erkennbar sein.
Die folgenden Beispiele erläutern den erfindungsgemässen Vliesstoff.
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sichtig, kann unter Druck klargemacht werden, ist in der Kälte prägbar und als poröses trägerloses Aerosolfilter verwendbar. Ein Probestück des verfestigten, kontaktgebundenen Blattes wurde zwischen zusammenwirkenden flachen Platten mit 42, 2 kg/cmZ bei 133 C 5 min lang heiss verpresst, wodurch man ein kohäsiv gebundenes Blatt mit den folgenden Eigenschaften erhält :
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<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> 52, <SEP> 7 <SEP> g/cm/g/m2 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> 150 <SEP> ; <SEP> 0 <SEP>
<tb> Brucharbeit <SEP> 0, <SEP> 013 <SEP> cm. <SEP> kg/cm/g/m
<tb> Reissfestigkeit <SEP> nach <SEP> Elmendorf <SEP> 5, <SEP> 35 <SEP> glg/m2. <SEP>
<tb>
Das aus einem Stück bestehende kohäsiv gebundene Blatt nach diesem Beispiel eignet sich besonders als Unterlage für ein mit Asphalt überzogenes Dach.
Beispiel 2 : Ein Netzwerkfadenmaterial aus 70 Teilen linearem Polyäthylen und 30 Teilen Polyisobutylen wird zu einem Vliesstoff verarbeitet. Dieser Vliesstoff von 113 g hatte eine Zugfestigkeit von 9, 49 g/cm/g/m2, eineDehnung von 49gO und eine Reissfestigkeit nach Elmendorf von 8, 03 g/g/m2. Der Vliesstoff ist durch seine hohe Zähigkeit in nicht verschmolzenem Zustand und durch sein Faltungsvermö gen bzw. seinen gewebeartigen Griff gekennzeichnet. Das Elastomer schafft eine weiche Oberfläche mit gut eingelagerten Fäden. Dieses Material erweist sich als Wischtuch für solche Oberflächen brauchbar, die dem Abrieb durch Staub ausgesetzt sind, wie z. B. Glas und Autolack. Die Weichheit und der Griff des Blattes sind nicht unähnlich dem von Sämischleder.
Beispiel 3 : Eine erfindungsgemässe Faserstoffbahn aus einem Netzwerkfadenmaterial aus Polypropylen wird verfestigt und hat eine Zugfestigkeit von mehr als 1, 58 g/cm/g/m2. Ein aus diesem Blatt entnommener Garnstrang hat eine Zähigkeit nach dem Spinnen von 0, 53 g/den und einen Röntgenstrahlen-Orientierungswinkel von 500. Ein Teil dieses Materials wird zwischen zusammenwirkenden flachen Platten mit 42, 2 kg/cm2 bei 1570C 5 min lang heiss gepresst, wodurch man ein kohäsiv gebundenes Blatt von hoher Dehnung und hoher Zug- und Reissfestigkeit erhält.
Das kontaktgebundene Material erweist sich als trägerloses Filter für Hochtemperatur-Aerosolsy- steme brauchbar, während das kohäsiv gebundene Blatt sich als Dichtung in einer Dampfleitung bewährt.
Die erfindungsgemässen Faserstoffbahnen bzw. Vliesstoffe können mit einer Vielzahl von bekannten und/oder typischen polymeren bzw. nicht polymeren Materialien überzogen, zu Schichtkörpern vereinigt oder imprägniert werden.
Der Aufbau von Schichtkörpern kann vor allem unter Verwendung der dichteren Typen der Vliesstoffe gemäss der Erfindung erfolgen.
Die Vliesstoffe gemäss der Erfindung haben besondere Verwendungszwecke auf dem Verpackungsgebiet, weil Behälter aus den neuen Vliesstoffen ihren ursprünglichen Zustand (Festigkeit, Kontinuität, Schutzvermögen usw. ) viel länger als die Behälter aus den gebräuchlichen und hiefür bekannten Materialien beibehalten.
Weitere Anwendungsgebiete sind alle jene, die auch für Materialien auf Papier- und Kunststoffbasis typisch sind.