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Die Erfindung betrifft einen Wirrfaservliesstoff aus molekular orientierten Endlosfasern eines thermoplastischen Polymeren, etwa Polypropylen, wobei das Vlies in einem im wesentlichen regelmässigen Muster von diskontinuierlichen Bindebereichen gebunden ist.
Während viele verschiedene Methoden zur Herstellung des ursprünglichen Vlieses beschrieben werden, haben die üblichen Verfahren im allgemeinen mindestens drei gemeinsame Kennzeichen.
Erstens umfassen die Herstellungsverfahren das kontinuierliche Auspressen eines thermoplastischen Polymeren (entweder aus der Schmelze oder aus einer Lösung durch eine Spinndüse-Schmelzspinnen), um einzelne, voneinander getrennte Fasern zu erzeugen. Zweitens werden die Fasern dann mechanisch oder pneumatisch gereckt, um die polymeren Fasern molekular zu orientieren und um die Zähigkeit der Fasern zu erhöhen. Schliesslich - drittens - werden die Fasern auf eine im wesentlichen willkürliche Art auf einem tragenden Band oder etwas ähnlichem abgelegt, um ein Vlies mit im wesentlichen isotropen physikalischen Eigenschaften zu bilden.
Wirrfaservliese sind jedoch gewöhnlicherweise ohne weitere Verarbeitung sehr wenig stabil ; es fehlt ihnen die ausreichende Festigkeit, um ihre restlos erfolgreiche Verwendung in Anwendungen wie als Bettzeug, zu Kleidungsstücken, Dekorstoffen und ähnlichem zu erlauben. Es ist daher üblich, die Wirrfaservliese durch Verbindungen der darin enthaltenen Fasern zu Vliesstoffen zu verfestigen.
Die bekannten Bindungsmethoden (vgl. Krcma, Textil-Verbundstoffe, VEB Fachbücherei) beinhalten das Warmpressen der Wirrfaservliese, bei dem das Vlies unter dem Einfluss von Druck und Wärme verfestigt wird. Ohne weitere Vorkehrungen sind diese Methoden jedoch unbefriedigend, so dass man üblicherweise den thermoplastischen Fasern (Grundfasern) andersgeartete Bindefasern mit meist niedrigerem Schmelzpunkt hinzufügt, um den Bindungsvorgang zu ermöglichen, oder man setzt die thermoplastischen Fasern Lösungsmitteln bzw. Lösungsmitteldämpfen aus, um bessere Adhäsion und Ausnutzung der thermoplastischen Fasern zu erzielen (DE-OS 819396). Auch das Beifügen künstlicher und natürlicher Harzbinder ist üblich, was jedoch bei der im allgemeinen unregelmässigen Verteilung des Harzes zu Vliesstoffen mit veränderlicher Zugfestigkeit führt.
Der Bindungsvorgang kann auch durch dielektrische Schweissung (DE-OS 1560660, British Nylon Spinners Ltd) erzielt werden, doch muss das Vlies dann einen gewissen minimalen Gehalt an Fasern besitzen, die einen dielektrischen Verlust bei der während des Schweissens verwendeten Frequenz aufweisen und es muss eine aufwendige Hochfrequenzapparatur verwendet werden.
Es ist zwar bekannt, dass die genannten Bindungsmethoden die Stabilität der Wirrfaservliesstoffe vergrössern, doch besteht das Problem, diese vergrösserte Stabilität zu erreichen ohne andere wünschenswerte Eigenschaften des Vliesstoffes wie seine Stoffähnlichkeit in Bezug auf Faltenwurf, Weichheit und Griff ungünstig zu beeinflussen. Die Methoden zur Fertigung der Vliese, bei denen das Vlies an praktisch allen Faserüberkreuzungen gebunden wird, erzeugen rauhe und steife Vliesstoffe.
Es stimmt zwar, dass der anfänglich steife und rauhe Griff dieser überall gebundenen Vliesstoffe häufig durch die Benützung des Vliesstoffes verringert wird (wahrscheinlich wegen des Aufbrechens einiger dieser Verbindungen), doch ist dieser Prozess des Weichwerdens im allgemeinen von andern unerwünschten Eigenschaften, z. B. Abnahme der Abriebfestigkeit und Abnahme der Festigkeit und Stabilität des Vliesstoffes überhaupt, begleitet.
Um eine Verbesserung im Griff und im Fall solcher Wirrfaservliesstoffe zu erreichen, ist es bereits vorgeschlagen worden, die Fasern nur in ausgewählten Bereichen zu binden ; diese Bereiche werden als"Bindebereiche"bezeichnet. Diese Bindungsart wird allgemein als intermittierende, gemusterte oder diskontinuierliche Bindung bezeichnet.
Diese Methoden der Festigung sind ebenso nicht vollkommen befriedigend. Das Problem, das beim Festigen der Vliese durch diskontinuierliche Bindung entsteht, ist die Erreichung eines geeigneten Masses der Bindung, um genügend Abriebfestigkeit und andere wünschenswerte Festigkeitseigenschaften zu gewährleisten, aber dennoch die stoffähnlichen Eigenschaften des Wirrfaservliesstoffes zu erhalten.
Es war bisher besonders schwierig, einen diskontinuierliche gebundenen Wirrfaservliesstoff zu erzielen, der einem Stoff in Faltenwurf, Griff und Weichheit ähnlich ist sowie gute Abriebfestigkeit und gute Festigkeitseigenschaften hat, besonders im Hinblick auf die Fähigkeit des Vlies-
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äthylen, Polybuten, Polyisobutylen, Polybutadien, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polyamide und Ester, z. B. Polyäthylenterephthalat, sowie Mischungen von thermoplastischen Polymeren und Copolymeren in Frage, obwohl die Erfindung an Hand von Vliesen beschrieben wird, die Endlosfasern aus Polypropylen enthalten.
Fig. 1 zeigt schematisch, wie das Vlies-22-, das nach herkömmlichen Methoden hergestellt und gegebenenfalls geringfügig vorverdichtet wurde, gebunden wird. Durch Laufen über die Hilfsrolle-38-und den erzwungenen Kontakt mit einer glatten, beheizten Walze --30-- wird das Vlies -22- vorgewärmt. Hierauf wird die Bindung dadurch bewirkt, dass das vorgeheizte Vlies durch den Pressspalt gefördert wird, der von der Walze --30-- und einer beheizten Walze --32--, welche auf der Oberfläche eine Vielzahl von Erhebungen besitzt, gebildet wird. Nach dem Durchgang durch den Spalt bleibt das Vlies in erzwungenem Kontakt mit der Walze --30--, bis das
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über die zweite Hilfsrolle-40-abgehoben wird.
Dabei ist es wichtig, dass das Vlies-22-beim Durchgang durch den Walzenspalt gespannt ist und in diesem Zustand von der beheizten Walze --30-- vorgewärmt wird. Dadurch wird die sonst so lästige und unerwünschte Schrumpfung des Vliesstoffes --24-- durch den Bindungsvorgang vermieden. Das Ausmass der Erwärmung wird durch das Ausmass der Auflage auf der Walze --30-vor dem Spalt, durch die Temperatur der Walze-30-und durch die Arbeitsgeschwindigkeit bestimmt. Insbesondere werden die Oberflächen der Fasern des Vlieses --22-- etwas erweicht und treten in diesem Zustand in den Spalt zwischen Walze-30-- und Walze-32--. Das erlaubt eine Bindung unter massvollen Bedingungen und vermeidet die Notwendigkeit, das Vlies längere Zeit im Spalt verweilen zu lassen.
Ausserdem kann die Hilfsrolle-38-, wie aus Fig. 1 ersichtlich
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gefördert und eine Spannung auf das Vlies während der Vorwärmung zur Minimalisierung der Schrumpfung übertragen wird. Ein Aufliegen des Vliesstoffes auf der Walze --30-- nach der Bindung erscheint wünschenswert, weil dies hilft, ein Losreissen der Fasern aus den Bindebereichen unmittelbar nach Ausbildung der Bindung zu verhindern.
Die Temperatur der beheizten Walzen-30 und 32-und der im Spalt herrschende Druck sollen selbstverständlich so gewählt werden, dass die Bindung ohne unerwünschte Nebeneffekte, wie übermässige Schrumpfung oder Qualitätsminderung des Vlieses, bewirkt wird. Während die besonders geeigneten Walzentemperaturen und Spaltdrücke im allgemeinen bis zu einem gewissen Grad von andern Parametern, wie Arbeitsgeschwindigkeit, Grundgewicht des Vlieses, Polymereigenschaften usw. beeinflusst werden, wurde gefunden, dass Walzentemperaturen um den kristallinen Schmelzpunkt der Polymerfasern (z. B. etwa 135 bis 1770C für Polypropylen) in Kombination mit Spaltdrücken von etwa 20x10Pa bis 350x10. Pa verwendet werden können.
Um die Vorteile des hier beschriebenen Bindungsprozesses ausnützen zu können, ist es wichtig, das Vlies nur in diskontinuierlicher Weise zu binden, wie in der Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird. Das kann in an sich bekannter Weise durch die Verwendung einer Walze --32-erreicht werden, die eine Vielzahl von Erhebungen auf ihrer Oberfläche besitzt (Bossierwalze). Das Muster der Erhebungen ist im allgemeinen regelmässig und wird so ausgewählt, dass eine ausreichende Gesamtfläche der Verbindungen vorhanden ist, um ein Vlies mit hinreichender Stabilität und Zugfestigkeit zu ergeben. Der Bindebereich sollte jedoch nicht so gross sein, dass ein steifes Vlies mit einem unattraktiven Fall und einer nicht ausreichenden Weichheit entsteht.
Das Muster der Erhebungen auf der Walze-32-soll so beschaffen sein, dass die gesamte Fläche der Bindebereiche auf dem Vlies ungefähr 5 bis 50% der gesamten Fläche des Vlieses ausmacht. Ausserdem ist die Zahl der Bindebereiche in dem Vlies, d. h. die Bindungsdichte, ebenfalls sehr wichtig.
Bis zu einem gewissen Grad beeinflusst der Titer der Fasern, die im Vlies enthalten sind, die Auswahl einer geeigneten Bindungsdichte, wobei gilt, dass höhere Bindungsdichten für Vliese vorzuziehen sind, die Fasern eines geringen Titers enthalten. Im allgemeinen sind Bindungsdichten einer Grössenordnung von etwa 8 bis 500 Bindungen/cm2 für Polymerfasern mit einem Titer von etwa 0, 5 bis 10 denier brauchbar. (Die in der Textiltechnik übliche Einheit "denier" bedeutet
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1 g pro 9000 m Faserlänge.) Besonders günstige Vliesstoffe, die gemäss'der Erfindung hergestellt werden, sind solche, bei denen die gesamte Fläche der Bindebereiche etwa 10 bis 25%, die Bin- dungsdichte etwa 16 bis 78 Bindungen/cm2 und der Titer der Polymerfasern etwa 0, 8 bis 2, 5 denier beträgt.
Wie schon festgestellt wurde, ist der Bindungsvorgang gemäss der Erfindung allgemein anwend- bar auf die Herstellung weicher, fliessend fallender Wirrfaservliese, bei denen eine Bindung ohne die nachteilige Begleiterscheinung der Schrumpfung erzielt werden soll. Es wurde jedoch über- raschenderweise gefunden, dass durch die Einstellung der Stärke der Bindungen in einer bestimmten
Art ein Wirrfaservlies hergestellt werden kann, welches nicht nur weich ist und fliessend fällt, sondern welches zusätzlich besondere Festigkeitseigenschaften besitzt, u. zw. im besonderen in
Bezug auf die Abriebfestigkeit des Vlieses und seine Fähigkeit, Energie bei Dehnung zu absorbie- ren.
Fig. 2a zeigt einen Bindungsbereich eines erfindungsgemässen Wirrfaservliesstoffes, u. zw. von jener Seite, die im Spalt der Bossierwalze -32-- zugewendet war. Man sieht, dass die Mehrzahl der Faserverbindungen verschmolzen ist, was eine bekannte Art von Verbindungen darstellt. Bei Vliesstoffen, die vorwiegend auf diese Art gebunden sind, reissen die Fasern bei Dehnung und der Vliesstoff fühlt sich hart und brettartig an. Fig. 2b hingegen, die vom selben Bindebereich, jedoch von der der glatten Walze-30-zugewendeten Seite stammt, zeigt, dass die einzelnen Fasern im wesentlichen ihre Identität beibehalten haben, obwohl sie an den Faserkreuzungen kohäsiv miteinander verbunden sind. Es zeigte sich, dass die Fasern sich bei Dehnung des Vliesstoffes eher aus den Bindebereichen lösen als reissen.
Diese Art der Bindung ("lösbare Bindung") wird nun näher beschrieben und Vliesstoffe, die neben den Verschmelzungen auch eine Vielzahl solcher lösbarer Verbindungen enthalten, werden hiemit"lösbar gebundene Vliese" genannt. Sie weisen eine überraschend grosse Fähigkeit auf, Energie zu absorbieren, und haben dennoch eine wünschenswerte Stoffähnlichkeit im Bezug auf Faltenwurf und Weichheit. Die Feststellung, dass sich eine Faser aus einem Bindebereich löst, bedeutet, dass sich die Faser entweder allein oder zusammen mit andern Fasern von dem Bindebereich trennt, wobei ihre Identität als individuelle Faser erhalten bleibt. Eine aus dem Bindebreich gelöste Faser kann zwar verformt (z. B. ausgestreckt) werden, kann aber nicht reissen und ist noch immer als solche zu erkennen.
Die tatsächliche Intensität der Bindung, d. h. der Grad der Bindung innerhalb eines einzelnen Bindebereiches eines Vliesstoffes, der verbesserte Energieabsorption aufweist, hängt von der Zähigkeit der Polymerfasern ab. Man ist gegenwärtig der Ansicht, dass die theoretisch optimale Bindung dann erreicht wird, wenn sich die Fasern des Vlieses bei Dehnung aus den einzelnen Bindebereichen lösen, wenn eine Zugspannung von einer Grösse gerade unterhalb der Zugfestigkeit der Faser in der Nähe des Bindebereiches auf die Faser ausgeübt wird. Durch ein derartiges Verhalten ist eine Faser in der Lage, eine aufgebrachte Dehnung bis zu einer gegebenen Spannungsbelastung auszuhalten.
Wenn dann eine zusätzliche Dehnung ausgeübt wird, so reisst die Faser nicht, sondern löst sich aus der Verbindung und, dank der krummlinigen Konfiguration der Faser im Vliesstoff, wird die Spannung auf die Faser vermindert und die Faser steht hierauf wieder zur Aufnahme von zusätzlicher Dehnung zur Verfügung, sollte sie wieder Spannungen ausgesetzt werden. Dieses Verhalten der lösbaren Verbindungen ist, obwohl es wahrscheinlich allgemein auf fasrige, nicht verwebte Materialien anwendbar ist, besonders wünschenswert bei einem Wirrfaservliesstoff. Durch das Sich-Lösen unter Dehnung kann eine gegebene Endlosfaser auch weiterhin ein funktioneller, lasttragender Bestandteil des Vliesstoffes selbst dann bleiben, wenn der Vliesstoff wesentliche Ausdehnung gezeigt hat und die Faser sich wiederholt aus einer grossen Zahl von Verbindungen gelöst hat.
Würde sich hingegen die Faser bei Dehnung nicht lösen, so entstünde Faserbruch, wenn die auf die Faser ausgeübte Spannung ihre Festigkeit überschreitet. Die effektive Länge, auf der die Faser einer aufgebrachten Dehnung standhält, wird somit verkürzt. Während die Vliesstoffe, die solche ausschliesslich überstark gebundene Fasern (nach Fig. 2a) enthalten, durchaus eine hohe Zugfestigkeit aufweisen können, ist die Energieabsorption im allgemeinen schlecht, weil sich der Vliesstoff wegen der verkürzten effektiven Faserlänge als Folge des Faserbruchs nicht verlängern und der Dehnung über eine grössere Distanz nicht standhalten kann.
Auch kann die über-
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starke Bindung in einer Qualitätsverminderung der Faser resultieren, die von einer Abnahme der Faserfestigkeit begleitet wird, wobei die Faser geschwächt oder zerrissen wird und dadurch ihre Spannungsaufnahmefähigkeit verringert wird. In zu stark gebundenen Vliesstoffen ist eine solche Qualitätsminderung der Fasern besonders an den Rändern der Bindebereiche evident, wo die Fasern in sie hineinlaufen. Wenn sich anderseits die Fasern frühzeitig aus den Bindebereichen lösen,
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brachte Dehnung in im wesentlichen intakten Zustand aufzunehmen.
Während sich die bisherige Diskussion mit den Energieabsorptions- und Reisseigenschaften eines Vliesstoffes mit lösbaren Verbindungen im theoretisch optimalen Bindungszustand befasst hat, ist es im praktischen Fall äusserst schwierig, gleichförmige Bindung in einem gegebenen Vlies zustandezubringen. Ein Grund für diese Tatsache ist, dass in üblicher Weise hergestellte Vliese selten vollkommen gleichförmig in Bezug auf ihr Grundgewicht sind. Bei gegebenen äusseren Bedingungen des Bindungsvorgangs, d. h. Walzentemperaturen und Spaltdruck, werden daher verschiedene Teile eines Vlieses eine verschiedene tatsächliche Intensität der Bindung erfahren. Zum Beispiel werden Regionen grösserer Faserdichte (höheren lokalen Grundgewichts) viel stärker gebunden als Regionen, in denen die Faserdichte geringer ist.
Ein weiterer Faktor, der zu den Schwierigkeiten beim Erreichen vollkommen gleichförmiger Bindung beiträgt, ist der üblicherweise bestehende Temperaturgradient quer zur Vliesdicke während der Bindung. Wenn also verschiedene Teile des Vlieses, d. h. etwa ein einzelner Bindebereich, durchaus optimal lösbar gebunden sein kann, können andere Teile zu stark oder zu schwach gebunden sein.
Die zur Herstellung eines richtig lösbar gebundenen Vliesstoffes notwendigen Bindungsbedingungen in einer Apparatur, wie sie z. B. in Fig. 1 gezeigt wird, können festgelegt werden, indem man eine Anzahl von Vliesstoffen mit verschiedenen Walzentemperaturen und Spaltdrücken behandelt und jene Bedingungen festgestellt, unter denen die Energieabsorption ein Maximum wird. Bei Polypropylen-Vliesen, die ein Grundgewicht von etwa 10 bis 34 g/m2 (in besonderen etwa 10 bis 24 g/m2) besitzen, sind Temperaturen der Walze-30-von etwa 82 bis 163 C, insbesondere aber 116 bis 160oye, und Temperaturen der Walze -32-- von etwa 135 bis 171 C, insbesondere aber 149 bis 165 C, für Arbeitsgeschwindigkeiten von etwa 1, 4 bis 1, 8 m/s brauchbar.
Spaltdrücke (gemessen an den erhabenen Stellen) von 20 x 106 Pa bis 350x 106 Pa, vorzugsweise 138 x 106 Pa bis 311 x 106 Pa, können verwendet werden. Bei einem höheren Grundgewicht des Vlieses, z. B. 34 bis 100 g/m2, ist es im allgemeinen wünschenswert, beide beheizten Walzen auf einer Temperatur von etwa 154 bis 176 C zu halten.
Tabelle I zeigt einige Eigenschaften eines Vlieses aus fortlaufenden Propylenfasern, das unter verschiedenen Bedingungsbedingungen erfindungsgemäss gebunden wurde, so dass einerseits löslbare, anderseits untrennbar verschmolzene Faserverbindungen im resultierenden Vliesstoff enthalten sind.
Vor der Bindung hatte das Vlies folgende Eigenschaften : Grundgewicht = 17 g/m2 Breite = 25, 4 cm Einzeltiter = 1, 62 denier Faserfestigkeit = 4, 4 g/denier Bruchdehnung= 142% Kristalliner Schmelzpunkt des Polymeren = 162OC.
Die Vliesbindung wurde mit einer Apparatur ähnlich der in Fig. 1 gezeigten erzielt, wobei die Walze-30-eine glatte Walze aus rostfreiem Stahl mit 15, 2 cm Durchmesser und mit einer Heizvorrichtung war und die Walze -32-- eine Stahlbossierwalze war, die ebenso eine Heizvorrichtung enthielt. Die Erhebungen auf der Walze-32-waren etwa 1 mm hoch und so angeordnet,
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dass der gebundene Vliesstoff Bindungen gleichen Abstands in einem Diamantmuster mit einer Dichte von etwa 30/cm2 enthielt. Jede Verbindungsfläche war ein Quadrat von etwa 0,72 cm Seitenlänge und so angeordnet, dass die Diagonale eines Quadrats in Maschinenrichtung verlief. Etwa 17,5% des Vlieses waren gebunden. Die Bindung wurde bei einer Geschwindigkeit von 1,67 m/s durchgeführt.
Die Rollen-38 und 40- waren so angeordnet, dass 22, 9 cm des Vlieses auf der Oberfläche der Walze-30-vor und 20, 3 cm nach dem Spalt, in dem die Bindung erzielt wurde, auflagen.
Tabelle I
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<tb>
<tb> *) <SEP> **) <SEP> ***)
<tb> Beispiel <SEP> Temperatur <SEP> (OC) <SEP> Spaltdruck <SEP> Bruchdehnung <SEP> Energieabsorption <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Griff
<tb> Walze <SEP> 30 <SEP> Walze <SEP> 32 <SEP> (x <SEP> 106 <SEP> Pa) <SEP> #****) <SEP> #****) <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> #
<tb> 1 <SEP> "82 <SEP> 149 <SEP> 38 <SEP> 45 <SEP> 36 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 116 <SEP> 149 <SEP> 38 <SEP> 34 <SEP> 31 <SEP> 2, <SEP> 05 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 82 <SEP> 160 <SEP> 38 <SEP> 41 <SEP> 35 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 6, <SEP> 7---- <SEP>
<tb> 4 <SEP> 116 <SEP> 160 <SEP> 38 <SEP> 33 <SEP> 31 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 0,
<SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 82 <SEP> 149 <SEP> 193 <SEP> 50 <SEP> 42 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> 5, <SEP> 3 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 116 <SEP> 149 <SEP> 193 <SEP> 41 <SEP> 40 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 7 <SEP> B2 <SEP> 160 <SEP> 193 <SEP> 43 <SEP> 34 <SEP> 2, <SEP> 95 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 116 <SEP> 160 <SEP> 193 <SEP> 28 <SEP> 22 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP>
<tb>
Vergleichsbeispiel *) Diese Grösse kann mit einer konventionellen"Instron"-Zugversuchsmaschlne, ausgerüstet mit einem automatischen Integrator, gemssen werden, wie unter Punkt Nr.
10-1-lc der"Instron"-Bedienungs- anleitung beschrieben ist. Wie dort erklärt ist, hängt die Energieabsorption zu maximaler
Spannung mit der Integratorablesung gemäss der folgenden Formel zusammen (die Messung wird an
Proben 12, 7x 20, 3 cm durchgeführt ; alle angeführten Werte beziehen sich auf diese Proben- grösse) :
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5000 x L x SES= Energieabsorption (J) I-Ablesung am Integrator
L = Last bei Endausschlag (N)
S = Klemmkopfgeschwindigkeit (cm/min) **) Die Zugfestigkeit wurde an einer Probe 12, 7x20, 3 cm mit Hilfe einer "Instron"-Maschine mit einer Klemmkopfgeschwindigkeit von 50, 8 cm/min gemssen. Die angegebenen Werte sind in N/cm angegeben.
***) Gibt die Biegefestigkeit des Vliesstoffes an. Angeführte Werte sind die Kraft in Newton, die aufgewendet werden muss, um Proben der Grösse 22, 86x 11, 43 cm, die über einem Spalt der
Breite 6, 35 mm liegen, in diesen Spalt hineinzubiegen (TAPPI Test Procedure T-498-SU-66 unter Verwendung eines "Handle-O-Meter"-Apparates der Fa. Thwing-Albert Instrumente
Company) ****) 1 bedeutet senkrecht zur Arbeitsrichtung 11 bedeutet parallel zur Arbeitsrichtung.
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Bei Betrachtung der Tabelle I kann man feststellen, dass Energieabsorption und Zugfestigkeit ihren maximalen Wert bei mittleren Bindungsbedingungen erreichen, d. h. bei Bedingungen die weniger streng als jene für das Vergleichsbeispiel sind, wo beide Walzentemperaturen und der Spaltdruck maximal eingestellt waren. Ausserdem kann man durch Vergleich von Beispiel 7 mit dem Vergleichsbeispiel 8 sehen, dass bei hohem Druck und bei einer hohen Temperatur der Bossierwalze die Temperatur der glatten Walze die Energieabsorption und Zugfestigkeit entscheidend beeinflusst. Das ist bei niedrigem Druck nicht der Fall, wie durch die Beispiele 1 und 2 sowie 3 und 4 veranschaulicht wird. Bei niedrigem Druck scheint die Temperatur der Bossierwalze das Entscheidende für eine Optimierung der Eigenschaften zu sein.
Tabelle I zeigt also, wie Energieabsorption und Zugfestigkeit für ein bestimmtes Vlies durch geeignete Wahl der Bindungsbedingungen optimiert werden können.
Die Lösbarkeit der autogenen kohäsiven Verbindungen, die bei den Beispielen 1 bis 7 gegeben ist, kann durch Beobachtung der Vliesverbindungen bei Dehnung des Vlieses verfolgt werden.
Während der Dehnung verschwinden die ursprünglich vorhandenen Verbindungen sukzessive aus dem Gesichtsfeld, wenn Fasern aus den Bindebereichen losgerissen werden. Ausserdem ist das Lösen der Fasern aus den Bindebereichen von einem höhrbaren knisternden Geräusch begleitet.
Die Fig. 2a bis 6 zeigen einzelne Bindebereiche, die in den Vliesstoffen (Beispiele 1 bis 8) vorhanden sind. Die Photographien wurden mit Hilfe eines Raster-Elektronenmikroskops aufgenommen ; die Fig. 2 und 3 sind hundertfache, die Fig. 4 bis 6 dreihunderfache Vergrösserungen. Der Zusammenhang zwischen den Figuren und den Beispielen der Tabelle I ist in der folgenden Tabelle II angeführt :
Tabelle II
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Die <SEP> der <SEP> Bossierwalze <SEP> 32 <SEP> Der <SEP> glatten <SEP> Walze <SEP> 30
<tb> zugewendete <SEP> Seite <SEP> des <SEP> zugewendete <SEP> Seite <SEP> des
<tb> Vliesstoffes <SEP> Vliesstoffes
<tb> 1 <SEP> Fig. <SEP> 2a <SEP> Fig. <SEP> 2b <SEP>
<tb> 3 <SEP> Fig. <SEP> 4
<tb> 4 <SEP> Fig. <SEP> 3a <SEP> Fig. <SEP> 3b <SEP>
<tb> 5 <SEP> Fig. <SEP> 5 <SEP>
<tb> 8 <SEP> Fig. <SEP> 6
<tb> (Vergleichsbeispiel)
<tb>
Wie aus Fig. 2 erkennt man auch aus Fig.
3, dass auf der der Bossierwalze-32-zugewende- ten Seite des Vliesstoffes (Figuren die mit a gekennzeichnet sind), die Zahl der verschmolzenen Faserverbindungen die Zahl der autogen-kohäsiven, lösbaren Verbindungen überwiegt, während auf der der glatten Walze-30-zugewendeten Seite des Vliesstoffes die lösbaren Faserverbindungen überwiegen. Die höhere Temperatur beider Walzen im Beispiel 4 (Fig. 3) führt zu einem grösseren Prozentsatz der verschmolzenen Faserverbindungen gegenüber den autogenen kohäsiven, wie besonders durch Vergleich von Fig. 2b mit Fig. 3b deutlich wird.
Fig. 4 zeigt das Extrem fast nur verschmolzener Faserverbindungen, Fig. 5 im Gegensatz dazu fast nur lösbare Verbindungen. Fig. 6 zeigt den allgemeinen Zustand, dass beide Verbindungsarten miteinander auftreten, stark vergrössert.
Es wurde festgestellt, dass ein zu wenig gebundener Vliesstoff, d. h. ein Vliesstoff mit geringer Abriebfestigkeit und Energieabsorption, im allgemeinen durch ein Erscheinungsbild der Verbindungen gekennzeichnet ist, das bei Betrachtung in einem optischen Mikroskop nur einen sehr kleinen Grad von Faserverschmelzung aufweist. Ein zu stark gebundener Vliesstoff, d. h. mit einer ungenügenden Reissfestigkeit, zeigt hingegen einen sehr hohen Grad an verschmolzenen Faserverbindungen. Zusätzlich macht sich die zu starke Bindung durch verringerte Vliesstoffdehnung bei maximaler Zugfestigkeit bemerkbar.
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Es folgt eine Anweisung, wie die Reiss-, Dehnungs- und visuellen Techniken zur Beurteilung der optimalen Bindung eines Vliesstoffes herangezogen werden können. Als Mass dafür dient der "Prozentsatz der unverschmolzenen kohäsiven Verbindungen".'
Der Prozentsatz der unverschmolzenen kohäsiven Verbindungen eines gegebenen Vlieses wird festgestellt, indem man wahllos zehn Stück quadratische 6, 45 cm2 grosse Proben aus dem Vlies herausschneidet und dann jeden der Bindebereiche in jeder der zehn Proben einer der folgenden drei Kategorien zuteilt : 1. 0 bis 33% Verschmelzung ; 2.33 bis 66% Verschmelzung ; 3.66 bis 100%
Verschmelzung. Der Prozentsatz der Verschmelzung in einem vorgegebenen Bindebereich wird bei der Beobachtung des Bindebereiches unter einem Stereomikroskop mit hundertfacher Vergrösserung festgestellt.
Ein zu wenig gebundenes Vlies ist durch einen Prozentsatz der unverschmolzenen kohäsiven Verbindungen von mehr als 65% gekennzeichnet. Umgekehrt hat ein Vlies mit einem ausrei- chenden Grad an Bindung einen Prozentsatz an unverschmolzenen kohäsiven Verbindungen von weniger als 65%.
Der in Fig. 3a gezeigte Bindebereich weist beispielsweise einen sehr hohen Grad der Faser- verschmelzung auf, wie durch die Tatsache, dass es äusserst schwierig ist, einer einzelnen Faser innerhalb des Bindebereiches ununterbrochen zu folgen, beweisen wird. Diese Verbindung ist min- destens zu 90% verschmolzen, würde daher in die Kategorie"66 bis 100% Verschmelzung" eingeteilt werden. Fig. 3b zeigt einen Bindebereich, der etwa 50% Verschmelzung aufweist ; diese Bindung würde daher in die Kategorie "33 bis 66% verschmolzen" eingeteilt werden. Die Fig. 2b wird zur Veranschaulichung von Bindebereichen herangezogen, die richtigerweise der Kategorie "0 bis 33% verschmolzen" zugeordnet wurden.
Die Tatsache, dass die Fäden in einem überwiegenden Teil der Fläche diese Verbindungen leicht als einzelne individuelle Fasern zu identifizieren sind, tritt deutlich zutage.
Der Prozentsatz der unverschmolzenen kohäsiven Verbindungen in den Bindebereichen ist ein guter Indikator dafür, ob eine ausreichend starke Bindung des Vliesstoffes erreicht wurde, um hohe Abriebfestigkeit und Energieabsorption zu erzielen. Wie in Tabelle III gezeigt wird, hat der Vliesstoff, der unter den Bedingungen des Beispiels 1 hergestellt wurde, den höchsten Prozentsatz an kohäsiven unverschmolzenen Verbindungen in den Bindebereichen. Während dieser Vliesstoff annehmbare Abriebfestigkeit und Energieabsorption besitzt, wird die Ansicht vertreten, dass Vliesstoffe mit höherem Prozentsatz an unverschmolzenen Verbindungen in den Bindebereichen als 65% nicht besonders erwünscht wären.
Wie durch die Beispiele 4 und 6 veranschaulicht wird, werden besonders Vliesstoffe mit einem Prozentsatz der kohäsiven unverschmolzenen Verbindungen in den Bindebereichen von weniger als 60% bevorzugt. Diese Beispiele (besonders Vliesstoff Beispiel Nr. 6) besitzen eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit.
Die Verwendung des Masses "Prozentsatz der unverschmolzenen kohäsiven Verbindungen in den Bindebereichen" zur Feststellung eines Vliesstoffes mit dem geringsten noch vertretbaren Bindungsgrad ist besonders für Vliese angebracht, die ein Grundgewicht von weniger als etwa 34 g/m2 besitzen. Bei Vliesen mit einem so niedrigen Grundgewicht ergeben die Messwerte des Prozentsatzes der kohäsiven unverschmolzenen Verbindungen in den Bindebereichen für beide Seiten des Vliesstoffes im wesentlichen dasselbe. Bei höherem Grundgewicht, z. B. 34 bis 100 g/m2, kann der Prozentsatz der kohäsiven Verbindungen in den Bindebereichen an den beiden Oberflächen verschieden sein. Dort, wo es wichtig ist, dass beide Oberflächen abriebfest sind, soll der Prozentsatz der unverschmolzenen Verbindungen an beiden Oberflächen kleiner als 65% sein.
Tabelle III fasst die Reissfestigkeitseigenschaften der Beispiele 1, 4, 6 und 8 zusammen. Die Reissfestigkeitsmessung wurde mit einer konventionellen Zugversuchsmaschine mit automatischem Integrator an Proben der Abmessungen 7, 5 x 20 cm durchgeführt, wobei unter Reisstfestigkeit die zum Vertiefen eines bereits vorhandenen Risses notwendige Kraft verstanden wird. Die Proben wurden in der Mitte einer Schmalseite 8 cm tief eingeschnitten, die beiden entstehenden Zungen eingespannt und der Klemmkopf mit 5 cm/min bewegt, wobei der anfängliche Schnitt senkrecht zur Laufrichtung des Vliesstoffes gemacht wurde. Sowohl die maximale Reisslast als auch die Reissenergie steigen mit intensiver werdender Bindung.
Wie jedoch das Vergleichsbeispiel 8 veranschaulicht, führt zu starke Bindung zu einer bedeutenden Verringerung der Reisslast und der Reissenergie.
Auf Grund der Beobachtung des Verhaltens der Vliesstoffe im Reissversuch kann man sagen, dass
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ein Vliesstoff, bei dem der Grad der Bindung nicht so gross ist, als dass er die Energieabsorption in bedeutender Weise ungünstig beeinflussen würde, Reisseigenschaften (sowohl maximale Last als auch Energie) etwa innerhalb 50%, vorzugsweise aber etwa 25%, der maximal erreichbaren Reisslast dieses speziellen Vlieses zeigen wird. In Bezug auf die Dehnung der Vliesstoffe wird die Ansicht verteten, dass lösbar gebundene Vliesstoffe eine Dehnung bei maximaler Zugfestigkeit von mindestens etwa 25% und vorzugsweise mindestens 30% sowohl in Laufrichtung als auch senkrecht dazu aufweisen.
Bei Erhöhung des Grundgewichts des Vlieses scheint die erreichbare Dehnung abzunehmen, obwohl Vliesstoffe, die lösabare Verbindungen enthalten, noch immer grössere Dehnungen als ihre zu stark gebundenen Gegenstücke aufweisen. Es wird die Ansicht vertreten, dass lösbar gebundene Vliesstoffe eines Grundgewichtes von etwa 34 bis 68 g/m2 eine Dehnung bei maximaler Zugfestigkeit von mindestens 20% haben werden, während die Dehnung von Vliesstoffen mit lösbaren Verbindungen, die ein Grundgewicht von 68 bis 100 g/m2 besitzen, mindestens 15% sein wird.
Tabelle 111
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<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Prozentsatz <SEP> der <SEP> Reisseigenschaften
<tb> kohäsiven <SEP> Verbin- <SEP> Maximale <SEP> Last <SEP> Reissenergie
<tb> dungen <SEP> in <SEP> den <SEP> Bin- <SEP> (N) <SEP> (J) <SEP>
<tb> debereichen
<tb> 1 <SEP> 63 <SEP> 13, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 55 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 15 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 20 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 29 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 35 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP>
<tb> Vergleichs
<tb> beispiel
<tb>
Geeignete Bedingungsbedingungen zur Herstellung weiterer Vliese gemäss der Erfindung sind in Tabelle IV gemeinsam mit Reiss- und Dehnungseigenschaften der gebundenen Vliese angeführt. Die Vliese wurden aus Polypropylenfasern (Titer = 1, 7 denier, Bruchdehnung = 160%, Festigkeit =3, 55 g/denier) hergestellt.
Die Bindung der Vliesstoffe wurde, wie in Fig. 1 veranschaulicht, mit folgender Apparatur durchgeführt : Walzen-30 und 32- : 40, 6 cm Durchmesser ; Erhebungen auf Walze-32- : 0, 58 mm hoch, 0, 89 mm im Quadrat, Dichte etwa 30/cm2.
Tabelle IV
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<tb>
<tb> Reisseigenschaften <SEP> Dehnungseigenschaften
<tb> Beispiel <SEP> Grundgewicht <SEP> Arbeitsgeschwin-Temperatur <SEP> ( C) <SEP> Druck <SEP> im <SEP> Spalt <SEP> Max. <SEP> Last <SEP> Energie <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung
<tb> des <SEP> Vlieses <SEP> digkeit
<tb> (g/m') <SEP> (m/s) <SEP> Walze <SEP> 30 <SEP> Walze <SEP> 32 <SEP> (xlOPa) <SEP> (H) <SEP> (J) <SEP> (H/cm) <SEP> )
<tb> 8 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 32 <SEP> 31, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 76 <SEP> 13, <SEP> 5 <SEP> 23, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 55 <SEP> 33, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 79 <SEP> 16, <SEP> 8 <SEP> 25
<tb> 10 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 90 <SEP> 30, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 16, <SEP> 6 <SEP> 28
<tb> 11 <SEP> 100 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 44 <SEP> 64,
<SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 86 <SEP> 22, <SEP> 0 <SEP> 15
<tb> 12 <SEP> 100 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 72 <SEP> 78, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 89 <SEP> 23, <SEP> 3 <SEP> 17 <SEP>
<tb> 13 <SEP> 100 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 100 <SEP> 71, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 52 <SEP> 25, <SEP> 7 <SEP> 18 <SEP>
<tb>
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Die in Tabelle IV angeführten gebundenen Vliesstoffe vereinigen gute Abriebfestigkeit mit einer grossen Fähigkeit, Energie zu absorbieren, in sich. Es soll jedoch erwähnt werden, dass jene Vliesstoffe, die bei hohen Spaltdrücken gebunden wurden, etwas geringere Reissenergie als die unter mittleren Bedingungen gebundenen Vliesstoffe aufweisen. Die allgemeine Eignung der Vliesstoffe wird verringert, wenn sie unter zu hohem Druck und zu hoher Temperatur gebunden werden.
Ein zusätzliches Merkmal der Vliesstoffe mit hohem Grundgewicht, die in Tabelle IV angeführt werden, ist ihre bemerkenswert gute Weichheit und ihr fliessender Faltenwurf. Es wurde bisher nicht für möglich gehalten, dass gebundene Vliesstoffe so hohen Grundgewichtes mit dem Grad der Weichheit und des Faltenwurfs hergestellt werden können, wie ihn die erläuterten Vliesstoffe besitzen, auch nicht bei der Anwendung diskontinuierlicher Bindungsmethoden. Massvolle Bindungsbedingungen (bezüglich Temperatur und Druck), die bei der Herstellung dieser Vliesstoffe angewendet wurden, führen nicht zu vollständiger Verbindung des Vliesstoffes über dessen gesamte Dicke. Daher ist der innere Teil des Vliesstoffes nur sehr leicht gebunden und recht flexibel.
Diese Interpretation wird durch die Tatsache bestätigt, dass die allgemeine Weichheit und der fliessende Fall für Vliesstoffe aus Tabelle IV durch mechanische Bearbeitung, z. B. Waschen, verbessert wird. Man stellt sich vor, dass diese Bearbeitung die relativ schwachen Bindungen im Mittelteil des Vliesstoffes aufbricht, ohne die stärkeren Bindungen an der Vliesoberfläche ungünstig zu beeinflussen, welche zur Abriebfestigkeit und den wünschenswerten Energieabsorptionseigenschaften beitragen.
Wirrfaservliesstoffe, die gemäss der Erfindung hergestellt werden, haben ein weitgestreutes Anwendungsgebiet. Die schwereren Vliesstoffe, also solche mit einem Grundgewicht von etwa 34 bis 100 g/m2 oder mehr, eignen sich sehr gut als Kleidungsstoffe, Bettzeug usw. Zusätzlich zu den erwünschten, früher erwähnten Eigenschaften wie fliessender Fall, Weichheit, Abriebfestigkeit, allgemeine Festigkeit und Energieabsorption besitzen die Vliesstoffe auch eine gute Atmungsfähigkeit und zeigen ein gewisses Mass an flüssigkeitsabstossenden Eigenschaften.
Wenn auch der Grad der Flüssigkeitsabstossung wahrscheinlich nicht so gross ist, dass die Vliesstoffe ohne zusätzliche Behandlung als Ersatz für Gummiregenmäntel geeignet wären, machen die flüssigkeitsabstossenden Eigenschaften der Vliesstoffe im Zusammenhang mit ihrer Luftdurchlässigkeit diese geeignet für Anwendungen z. B. für Laboratoriumsmäntel, wo Spritzer und mässige Flüssigkeitsverschüttungen häufig vorgenommen. Im besonderen wurde gefunden, dass Vliesstoffe mit einem Grundgewicht von etwa 50 bis 85 g/m2, hergestellt nach der Erfindung, eine besonders wünschenswerte Vereinigung von Luftdurchlässigkeit und Wasserabstossung aufweisen, welche sie besonders geeignet für die Verwendung für Kleidungsstücke macht, bei denen eine mässige Exponierung gegenüber Flüssigkeiten zu erwarten ist.
In Bezug auf Vliesstoffe geringen Grundgewicht, z. B. 10 bis 34 g/m2, sind auch viele andere Verwendungsmöglichkeiten denkbar, bei denen Vorteil aus den genannten wünschenswerten Eigenschaften gezogen werden kann. Solche Vliesstoffe sind hervorragend als Umhüllungen von hygienischen Binden geeignet, besonders dann, wenn das Vlies aus Polypropylen hergestellt ist. Die äusserst geringe Neigung der Vliesstoffe Wasser aufzunehmen erlaubt, in Verbindung mit dem diskontinuierlichen Bindungsmuster, das ungehinderte Durchtreten von Flüssigkeiten durch den Vliesstoff zu dem inneren, absorbierenden Kern der Binde bei normalem Körperdruck, während eine im wesentlichen trockene Oberfläche der Vliesstoffe abriebfest ist.
Dass die Vliesstoffe eine grosse Fähigkeit haben Energie zu absorbieren, trägt ebenso zu ihrer hervorragenden allgemeinen Eignung als Umhüllungen für hygienische Binden bei.
Schichtstoffe, die aus Wirrfaservliesstoffen mit geringem Grundgewicht gemäss der Erfindung hergestellt werden, sind ebenfalls sehr brauchbar. Zum Beispiel können Schichtstoffe aus Wirrfaservliesstoffen und mit einer oder mit mehreren Lagen eines Gewebes mit einem Grundgewicht von etwa 8, 5 bis 25, 4 g/m2 in der Bekleidungsindustrie oder als Wischtücher verwendet werden.
Der Gewebeanteil hilft, dem Schichtstoff eine funktionell notwendige Undurchsichtigkeit zu verleihen und vergrössert die Saugfähigkeit, während der Wirrfaservliesstoff die erwünschten Festigkeitseigenschaften beisteuert. Besonders wünschenswerte Schichtstoffe für Bekleidungszwecke werden dadurch hergestellt, dass eine innere Gewebelage zwischen zwei äusseren Lagen eines Wirrfaservliesstoffes vorgesehen wird. Das Endprodukt ist durch ausgezeichnete Knitterfreiheit, gute Abriebfestigkeit,
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ein hübsches Aussehen, einen angenehmen Griff und eine sehr gute allgemeine Festigkeit gekenn- zeichnet.
Im allgemeinen werden zur Erhaltung des stoffähnlichen Faltenwurfs und der Weichheit des Schichtstoffes die einzelnen Lagen mittels musterförmig in Abständen aufgebrachter Klebstoffe zusammengefügt, wobei dieses Muster typischerweise nicht mehr als etwa 25% der gesamten Ober- fläche des Schichtstoffes ausmacht.
Schichtstoffe, die eine Lage aus Wirrfaservliesstoffen gemäss der Erfindung enthalten, sind auch für Anwendungen in Spitälern sehr gut geeignet. Zum Beispiel kann ein dreilagiger Schicht- stoff, der als äussere Lagen je ein Wirrfaservlies und einen flüssigkeitsdurchlässigen aber atemfähigen Vliesstoff und als innere Lage einen Vliesstoff aus saugfähigem Material enthält, als
Brandbinde und als Operationstuch Verwendung finden. Bei der Verwendung als Brandbinde wird die Fläche des Laminats, die den Wirrfaservliesstoff enthält, in direkten Kontakt mit der Brandwunde gebracht. Obwohl der Vliesstoff den Durchgang der Wundsekrete durch den Vliesstoff zum inneren saugfähigen Material erlaubt, wird ein Ankleben der Binde auf der Wunde wegen der wasserabstossenden Eigenschaften des Vliesstoffes vermieden.
Da der Schichtstoff eine äussere, von der Brandwunde abgekehrte Seite besitzt, welche im wesentlichen wasserundurchlässig ist und das Eindringen von Bakterien verhindert, also eine Verunreinigung der Brandwunde unmöglich macht, unterstützt die gesamte Atmungsfähigkeit des Schichtstoffes den Heilprozess.
Bei der Verwendung als Operationstuch, insbesondere in der Nähe des Teiles, der den Ausschnitt enthält, wird der Schichtstoff so auf den Patienten aufgelegt, dass die Oberfläche mit dem Wirrfaservliesstoff weg vom Körper des Patienten zu liegen kommt. Der normale Druck während einer Operation presst Blut oder andere Flüssigkeiten, welche sich an der oberen Oberfläche des Tuches sammeln, durch den Wirrfaservliesstoff in die saugfähige innere Lage, wodurch das Ablaufen der Flüssigkeiten auf den Fussboden des Operationssaals und die Kleidung der an der Operation beteiligten Personen verhindert wird. Die äussere Oberfläche des Operationstuches bleibt jedoch wegen der wasserabstossenden Eigenschaften des Wirrfaservliesstoffes im wesentlichen trocken.
Für die Herstellung der beschriebenen Schichtstoffe für Spitals- und ähnliche Zwecke kann das Wirrfaservlies typischerweise ein Grundgewicht von etwa 10 bis 34 g/m2 besitzen. Das wasserundurchlässige, atmungsfähige Material kann ein verstärktes Gewebe mit einem Grundgewicht von etwa 34 bis 85 g/m2 sein, das in geeigneter Weise wasserabstossend gemacht wurde. Das innere saugfähige Material kann entweder ebenso ein Gewebe oder eine Zellstoffüllung mit einem Grundgewicht von etwa 17 bis 85 g/m2 sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wirrfaservliesstoff aus molekular orientierten Endlosfasern eines thermoplastischen Polymeren, etwa Polypropylen, wobei das Vlies in einem im wesentlichen regelmässigen Muster von diskontinuierlichen Bindebereichen gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den Bindebereichen autogene Verbindungen zweierlei Art befinden, von denen die eine aus einer in an sich bekannter Weise untrennbare Verschmelzung einzelner Fasern besteht und die andere eine autogene kohäsive Verbindung einzelner Fasern ist, aus denen sich die einzelnen Fasern, wenn der Vliesstoff einer Dehnung ausgesetzt wird, knapp vor ihrem Reissen lösen, wobei sie ihre Identität als individuelle Faser beibehalten.
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The invention relates to a random fiber nonwoven made of molecularly oriented continuous fibers of a thermoplastic polymer, for example polypropylene, the nonwoven being bound in a substantially regular pattern of discontinuous binding areas.
While many different methods of making the original web are described, the common methods generally share at least three common characteristics.
First, the manufacturing processes involve continuously extruding a thermoplastic polymer (either from the melt or from solution through a spinneret melt spinning) to produce individual, discrete fibers. Second, the fibers are then drawn mechanically or pneumatically to molecularly orient the polymeric fibers and to increase the toughness of the fibers. Finally, thirdly, the fibers are laid down in a substantially random manner on a supporting belt or the like to form a web having substantially isotropic physical properties.
However, random fiber fleeces are usually very unstable without further processing; they lack sufficient strength to allow their completely successful use in applications such as bedding, clothing, decorative fabrics and the like. It is therefore customary to consolidate the random fiber nonwovens by bonding the fibers contained therein to form nonwovens.
The known bonding methods (cf. Krcma, Textil-Verbundstoffe, VEB Fachbücherei) include the hot pressing of the tangled fiber fleece, in which the fleece is consolidated under the influence of pressure and heat. Without further precautions, however, these methods are unsatisfactory, so that different types of binding fibers, usually with a lower melting point, are usually added to the thermoplastic fibers (base fibers) in order to enable the binding process, or the thermoplastic fibers are exposed to solvents or solvent vapors for better adhesion and utilization to achieve the thermoplastic fibers (DE-OS 819396). The addition of artificial and natural resin binders is also common, which, however, with the generally irregular distribution of the resin, leads to nonwovens with variable tensile strength.
The bonding process can also be achieved by dielectric welding (DE-OS 1560660, British Nylon Spinners Ltd), but the fleece must then have a certain minimum content of fibers that have a dielectric loss at the frequency used during welding and it must have a expensive high-frequency equipment can be used.
Although it is known that the bonding methods mentioned increase the stability of the random fiber nonwovens, there is the problem of achieving this increased stability without adversely affecting other desirable properties of the nonwoven such as its similarity to the fabric in terms of folds, softness and feel. The methods of manufacturing the nonwovens, in which the nonwoven is bound at practically all fiber crossings, produce rough and stiff nonwovens.
While it is true that the initially stiff and rough feel of these ubiquitous bonded nonwovens is often diminished by use of the nonwoven (probably because of the breakage of some of these bonds), this softening process is generally characterized by other undesirable properties, e.g. B. A decrease in abrasion resistance and a decrease in the strength and stability of the nonwoven fabric in general.
In order to achieve an improvement in the handle and in the case of such random fiber nonwovens, it has already been proposed to bind the fibers only in selected areas; these areas are referred to as "binding areas". This type of weave is commonly referred to as intermittent, patterned, or discontinuous weave.
These methods of consolidation are also not entirely satisfactory. The problem that arises when strengthening the nonwovens through discontinuous bonding is to achieve a suitable degree of bonding in order to ensure sufficient abrasion resistance and other desirable strength properties, but still maintain the fabric-like properties of the tangled fiber nonwoven.
Up to now, it has been particularly difficult to achieve a discontinuous, bonded random fiber nonwoven fabric that is similar to a fabric in terms of folds, feel and softness and has good abrasion resistance and good strength properties, especially with regard to the ability of the nonwoven to
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ethylene, polybutene, polyisobutylene, polybutadiene, polyvinyl chloride, polyurethane, polyamides and esters, e.g. B. polyethylene terephthalate, as well as mixtures of thermoplastic polymers and copolymers in question, although the invention is described on the basis of nonwovens containing continuous polypropylene fibers.
Fig. 1 shows schematically how the fleece-22-, which was produced by conventional methods and possibly slightly pre-compressed, is bound. The fleece -22- is preheated by running over the auxiliary roller -38- and forced contact with a smooth, heated roller -30-. The bond is then brought about by conveying the preheated fleece through the press nip, which is formed by roller --30-- and a heated roller --32--, which has a large number of elevations on the surface. After passing through the gap, the fleece remains in forced contact with the roller --30-- until the
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via the second auxiliary roller-40-is lifted.
It is important that the fleece -22- is stretched when it passes through the nip and is preheated in this state by the heated roller --30--. This avoids the otherwise annoying and undesirable shrinkage of the nonwoven fabric caused by the binding process. The amount of heating is determined by the amount of contact on the roller --30 - in front of the gap, by the temperature of the roller - 30 - and by the operating speed. In particular, the surfaces of the fibers of the fleece --22-- are somewhat softened and in this state they enter the gap between roller -30-- and roller -32--. This allows bonding under moderate conditions and avoids the need to let the fleece stay in the gap for a long time.
In addition, the auxiliary roller 38, as can be seen from FIG
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promoted and a tension is transferred to the fleece during preheating to minimize shrinkage. It seems desirable for the nonwoven fabric to rest on the roller --30-- after binding, because this helps to prevent the fibers from tearing loose from the binding areas immediately after the binding has been formed.
The temperature of the heated rollers 30 and 32 and the pressure prevailing in the gap should of course be selected so that the bond is effected without undesired side effects such as excessive shrinkage or a reduction in the quality of the fleece. While the particularly suitable roller temperatures and nip pressures are generally influenced to a certain extent by other parameters such as operating speed, basis weight of the fleece, polymer properties, etc., it has been found that roller temperatures around the crystalline melting point of the polymer fibers (e.g. about 135 to 1770C for polypropylene) in combination with gap pressures of around 20x10Pa to 350x10. Can be used pa
In order to be able to utilize the advantages of the binding process described here, it is important to bind the fleece only in a discontinuous manner, as shown in the embodiment of the invention. This can be achieved in a manner known per se through the use of a roller -32- which has a large number of elevations on its surface (embossing roller). The pattern of the elevations is generally regular and is selected in such a way that there is a sufficient total area of the connections to result in a nonwoven with sufficient stability and tensile strength. However, the binding area should not be so large that a stiff fleece with an unattractive drape and insufficient softness is created.
The pattern of the elevations on the roller -32- should be such that the total area of the binding areas on the fleece makes up approximately 5 to 50% of the total area of the fleece. In addition, the number of binding areas in the fleece, i.e. H. the bond density, also very important.
To a certain extent, the denier of the fibers contained in the web influences the selection of a suitable bond density, it being understood that higher bond densities are preferred for webs which contain fibers of a low denier. In general, bond densities on the order of about 8 to 500 bonds / cm 2 are useful for polymer fibers with a denier of about 0.5 to 10 denier. (The unit commonly used in textile technology means "denier"
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1 g per 9000 m fiber length.) Particularly favorable nonwovens which are produced according to the invention are those in which the total area of the binding areas is about 10 to 25%, the binding density about 16 to 78 bonds / cm2 and the titer of the polymer fibers is about 0.8 to 2.5 denier.
As has already been stated, the binding process according to the invention is generally applicable to the production of soft, flowing random fiber nonwovens in which a binding is to be achieved without the disadvantageous side effect of shrinkage. It was found, however, surprisingly, that by adjusting the strength of the bonds in a certain
Kind of a tangled fiber fleece can be produced, which is not only soft and flowing, but which also has special strength properties, u. between in particular in
Relation to the abrasion resistance of the fleece and its ability to absorb energy when it is stretched.
2a shows a binding area of a random fiber nonwoven fabric according to the invention, u. between the side facing the embossing roller -32- in the gap. It can be seen that the majority of the fiber links are fused, which is a known type of link. In the case of nonwovens that are mainly bonded in this way, the fibers tear when stretched and the nonwoven feels hard and board-like. On the other hand, FIG. 2b, which originates from the same binding area, but from the side facing the smooth roller 30, shows that the individual fibers have essentially retained their identity, although they are cohesively connected to one another at the fiber crossings. It was found that when the nonwoven is stretched, the fibers detach themselves from the binding areas rather than tear.
This type of bond ("releasable bond") will now be described in more detail, and nonwovens which, in addition to the fusions, also contain a large number of such releasable connections, are hereby called "releasably bonded nonwovens". They have a surprisingly great ability to absorb energy and yet have a desirable fabric similarity in terms of drapery and softness. The determination that a fiber is becoming detached from a binding area means that the fiber, either alone or together with other fibers, separates from the binding area, while its identity as an individual fiber is retained. A fiber detached from the binding area can be deformed (e.g. stretched), but cannot tear and can still be recognized as such.
The actual intensity of the bond, i.e. H. the degree of bonding within a single bonding area of a nonwoven fabric exhibiting improved energy absorption depends on the tenacity of the polymer fibers. It is currently of the opinion that the theoretically optimal bond is achieved when the fibers of the nonwoven loosen from the individual binding areas when stretched, when a tensile stress of a magnitude just below the tensile strength of the fiber is exerted on the fiber in the vicinity of the binding area becomes. Such behavior enables a fiber to withstand an applied strain up to a given tension load.
If an additional stretch is then exerted, the fiber does not tear, but loosens from the connection and, thanks to the curvilinear configuration of the fiber in the nonwoven, the tension on the fiber is reduced and the fiber is then again available to absorb additional stretch Available should it be exposed to tension again. This releasable bond behavior, while likely to be applicable generally to fibrous, nonwoven materials, is particularly desirable with a tangled nonwoven fabric. As a result of the loosening under extension, a given continuous fiber can continue to be a functional, load-bearing component of the nonwoven fabric even if the nonwoven fabric has shown significant expansion and the fiber has repeatedly loosened from a large number of connections.
If, on the other hand, the fiber did not loosen when stretched, fiber breakage would occur if the tension exerted on the fiber exceeded its strength. The effective length over which the fiber can withstand applied stretch is thus shortened. While the nonwovens, which exclusively contain such excessively bonded fibers (according to Fig. 2a), may well have a high tensile strength, the energy absorption is generally poor because the nonwoven does not lengthen because of the shortened effective fiber length as a result of fiber breakage and elongation cannot withstand over a greater distance.
The over-
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strong bonding result in a deterioration in the quality of the fiber, which is accompanied by a decrease in fiber strength, whereby the fiber is weakened or torn and its tension capacity is thereby reduced. In excessively bonded nonwovens, such a reduction in the quality of the fibers is particularly evident at the edges of the bonding areas where the fibers run into them. On the other hand, if the fibers detach from the binding areas early,
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brought stretch to absorb in essentially intact condition.
While the previous discussion has dealt with the energy absorption and tear properties of a nonwoven fabric with releasable bonds in the theoretically optimal bond condition, in practice it is extremely difficult to achieve uniform bond in a given web. One reason for this fact is that conventionally manufactured nonwovens are seldom perfectly uniform in terms of their basis weight. Given the external conditions of the binding process, i. H. Roller temperatures and nip pressure, different parts of a web will therefore experience a different actual bond strength. For example, regions of greater fiber density (higher local basis weight) are bound much more strongly than regions in which the fiber density is lower.
Another factor which contributes to the difficulty in achieving perfectly uniform bonding is the temperature gradient typically present across the web thickness during bonding. So if different parts of the fleece, i. H. For example, a single binding area can be bound in an optimally detachable manner, other parts can be bound too strongly or too weakly.
The binding conditions necessary for the production of a properly detachably bound nonwoven fabric in an apparatus such as those used, for. As shown in Fig. 1, for example, can be determined by treating a number of nonwoven fabrics with different roll temperatures and nip pressures and determining those conditions under which the energy absorption becomes a maximum. In the case of polypropylene nonwovens, which have a basis weight of about 10 to 34 g / m 2 (in particular about 10 to 24 g / m 2), temperatures of the roller 30 are from about 82 to 163 ° C., but in particular from 116 to 160 °, and Temperatures of the roller -32-- of about 135 to 171 ° C., but in particular 149 to 165 ° C., can be used for working speeds of about 1.4 to 1.8 m / s.
Gap pressures (measured at the raised areas) of 20 × 10 6 Pa to 350 × 10 6 Pa, preferably 138 × 10 6 Pa to 311 × 10 6 Pa, can be used. With a higher basis weight of the fleece, e.g. B. 34 to 100 g / m2, it is generally desirable to keep both heated rollers at a temperature of about 154 to 176 ° C.
Table I shows some properties of a nonwoven made of continuous propylene fibers, which was bound according to the invention under various conditions, so that on the one hand, releasable, and on the other hand, inseparably fused fiber connections are contained in the resulting nonwoven.
Before binding, the fleece had the following properties: Basis weight = 17 g / m2 Width = 25.4 cm Individual titer = 1.62 denier Fiber strength = 4.4 g / denier elongation at break = 142% Crystalline melting point of the polymer = 162OC.
The fleece bond was achieved with an apparatus similar to that shown in Fig. 1, with roller-30- being a smooth stainless steel roller 15.2 cm in diameter with a heater, and roller -32- being a steel embossing roller also included a heater. The elevations on roller-32-were about 1 mm high and arranged in such a way
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that the bonded nonwoven fabric contained bonds evenly spaced in a diamond pattern with a density of about 30 / cm2. Each bond area was a square about 0.72 cm on a side and arranged so that the diagonal of a square was in the machine direction. About 17.5% of the batt was bonded. The bonding was carried out at a speed of 1.67 m / s.
The rollers 38 and 40 were arranged in such a way that 22.9 cm of the fleece lay on the surface of the roller 30 before and 20.3 cm after the gap in which the bond was achieved.
Table I.
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<tb>
<tb> *) <SEP> **) <SEP> ***)
<tb> Example <SEP> Temperature <SEP> (OC) <SEP> Gap pressure <SEP> Elongation at break <SEP> Energy absorption <SEP> Tensile strength <SEP> Handle
<tb> roller <SEP> 30 <SEP> roller <SEP> 32 <SEP> (x <SEP> 106 <SEP> Pa) <SEP> # ****) <SEP> # ****) <SEP > # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> # <SEP> #
<tb> 1 <SEP> "82 <SEP> 149 <SEP> 38 <SEP> 45 <SEP> 36 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP > 7 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 116 <SEP> 149 <SEP> 38 <SEP> 34 <SEP> 31 <SEP> 2, <SEP> 05 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 82 <SEP> 160 <SEP> 38 <SEP> 41 <SEP> 35 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 6, <SEP> 7 ---- <SEP>
<tb> 4 <SEP> 116 <SEP> 160 <SEP> 38 <SEP> 33 <SEP> 31 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 0,
<SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 82 <SEP> 149 <SEP> 193 <SEP> 50 <SEP> 42 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> 5, <SEP> 3 <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 116 <SEP> 149 <SEP> 193 <SEP> 41 <SEP> 40 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP> 9, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 7 <SEP> B2 <SEP> 160 <SEP> 193 <SEP> 43 <SEP> 34 <SEP> 2, <SEP> 95 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 116 <SEP> 160 <SEP> 193 <SEP> 28 <SEP> 22 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 5, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP>
<tb>
Comparative example *) This size can be measured with a conventional "Instron" tensile test machine, equipped with an automatic integrator, as described under point no.
10-1-lc of the "Instron" operating instructions. As is explained there, the energy absorption depends on the maximum
Voltage is combined with the integrator reading according to the following formula (the measurement is on
Samples 12, 7x 20, 3 cm carried out; all values given refer to this sample size):
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5000 x L x SES = energy absorption (J) I reading on the integrator
L = load at full deflection (N)
S = clamping head speed (cm / min) **) The tensile strength was measured on a sample 12.7x20.3 cm using an "Instron" machine with a clamping head speed of 50.8 cm / min. The values given are given in N / cm.
***) Indicates the flexural strength of the nonwoven. The values quoted are the force in Newtons that must be applied to samples of the size 22, 86x 11, 43 cm, which are placed over a gap of the
Width 6, 35 mm are to be bent into this gap (TAPPI Test Procedure T-498-SU-66 using a "Handle-O-Meter" device from Thwing-Albert Instrumente
Company) ****) 1 means perpendicular to the working direction 11 means parallel to the working direction.
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Looking at Table I, it can be seen that the energy absorption and tensile strength reach their maximum values at medium bonding conditions; H. under conditions that are less severe than those for the comparative example, where both roller temperatures and the nip pressure were set at a maximum. In addition, by comparing Example 7 with Comparative Example 8, it can be seen that at high pressure and at a high temperature of the embossing roller, the temperature of the smooth roller has a decisive influence on the energy absorption and tensile strength. This is not the case at low pressure, as illustrated by Examples 1 and 2 and 3 and 4. At low pressure, the temperature of the embossing roller seems to be the decisive factor for optimizing the properties.
Table I shows how energy absorption and tensile strength can be optimized for a specific nonwoven by a suitable choice of bonding conditions.
The solubility of the autogenous cohesive connections, which is given in Examples 1 to 7, can be followed by observing the fleece connections when the fleece is stretched.
During the stretching, the originally existing connections gradually disappear from the field of vision as fibers are torn from the binding areas. In addition, the loosening of the fibers from the binding areas is accompanied by an audible crackling noise.
2a to 6 show individual binding areas which are present in the nonwovens (Examples 1 to 8). The photographs were taken with the aid of a scanning electron microscope; FIGS. 2 and 3 are one hundred times, FIGS. 4 to 6 three hundred times enlarged. The relationship between the figures and the examples in Table I is given in Table II below:
Table II
EMI7.1
<tb>
<tb> Example <SEP> The <SEP> of the <SEP> embossing roller <SEP> 32 <SEP> of the <SEP> smooth <SEP> roller <SEP> 30
<tb> facing <SEP> side <SEP> of <SEP> facing <SEP> side <SEP> of
<tb> non-woven fabric <SEP> non-woven fabric
<tb> 1 <SEP> Fig. <SEP> 2a <SEP> Fig. <SEP> 2b <SEP>
<tb> 3 <SEP> Fig. <SEP> 4
<tb> 4 <SEP> Fig. <SEP> 3a <SEP> Fig. <SEP> 3b <SEP>
<tb> 5 <SEP> Fig. <SEP> 5 <SEP>
<tb> 8 <SEP> Fig. <SEP> 6
<tb> (comparative example)
<tb>
As can be seen from FIG. 2, FIG.
3, that on the side of the nonwoven facing the embossing roller-32 (figures marked with a), the number of fused fiber connections outweighs the number of oxy-cohesive, detachable connections, while on the smooth roller-30- facing side of the nonwoven fabric, the detachable fiber connections predominate. The higher temperature of both rollers in example 4 (FIG. 3) leads to a larger percentage of the fused fiber connections compared to the autogenous cohesive ones, as is particularly clear by comparing FIG. 2b with FIG. 3b.
FIG. 4 shows the extreme of almost only fused fiber connections, FIG. 5 in contrast almost only detachable connections. 6 shows the general state that both types of connection occur with one another, greatly enlarged.
It has been found that an under-bonded nonwoven, i.e. H. a nonwoven fabric with poor abrasion resistance and energy absorption, generally characterized by an appearance of the joints that shows only a very small degree of fiber fusion when viewed in an optical microscope. An excessively bonded nonwoven, i.e. H. with insufficient tensile strength, however, shows a very high degree of fused fiber connections. In addition, the excessively strong bond becomes noticeable through reduced nonwoven stretch at maximum tensile strength.
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This is followed by instructions on how the tear, stretch and visual techniques can be used to assess the optimal bond of a nonwoven. The "percentage of unfused cohesive connections" is used as a measure of this.
The percentage of unfused cohesive bonds of a given web is determined by randomly cutting ten pieces of 6.45 square centimeters square samples from the web and then assigning each of the bond areas in each of the ten samples to one of the following three categories: 1. 0 to 33 % Amalgamation; 2.33 to 66% merger; 3.66 to 100%
Merger. The percentage of fusion in a given binding area is determined by observing the binding area under a stereo microscope with a magnification of one hundred times.
An insufficiently bonded fleece is characterized by a percentage of unfused cohesive connections of more than 65%. Conversely, a nonwoven fabric with a sufficient degree of bonding has a percentage of unfused cohesive bonds of less than 65%.
The binding area shown in FIG. 3a, for example, has a very high degree of fiber fusion, as is evidenced by the fact that it is extremely difficult to follow a single fiber continuously within the binding area. This connection is at least 90% amalgamated, so it would be classified as "66 to 100% amalgamation". Figure 3b shows a bond area that has about 50% fusion; this bond would therefore be categorized as "33 to 66% merged". FIG. 2b is used to illustrate binding areas which have been correctly assigned to the category "0 to 33% fused".
The fact that the threads in a predominant part of the surface these connections can easily be identified as individual individual fibers is clearly evident.
The percentage of unfused cohesive bonds in the bonding areas is a good indicator of whether a sufficiently strong bond of the nonwoven has been achieved to achieve high abrasion resistance and energy absorption. As shown in Table III, the nonwoven fabric made under the conditions of Example 1 has the highest percentage of cohesive unfused bonds in the bonding areas. While this nonwoven has acceptable abrasion resistance and energy absorption, it is believed that nonwovens with percentages of unfused bonds greater than 65% in the bond areas would not be particularly desirable.
As illustrated by Examples 4 and 6, nonwoven fabrics with a percentage of cohesive unfused bonds in the bond areas of less than 60% are particularly preferred. These examples (particularly, non-woven fabric example No. 6) have excellent abrasion resistance.
The use of the measure "percentage of unfused cohesive connections in the binding areas" to determine a nonwoven fabric with the lowest acceptable degree of binding is particularly appropriate for nonwovens which have a basis weight of less than about 34 g / m2. In the case of nonwovens with such a low basis weight, the measured values of the percentage of cohesive unfused joints in the bonding areas are essentially the same for both sides of the nonwoven. With a higher basic weight, e.g. B. 34 to 100 g / m2, the percentage of cohesive bonds in the bonding areas on the two surfaces can be different. Where it is important that both surfaces are resistant to abrasion, the percentage of unfused connections on both surfaces should be less than 65%.
Table III summarizes the tear strength properties of Examples 1, 4, 6 and 8. The tensile strength measurement was carried out using a conventional tensile testing machine with an automatic integrator on samples measuring 7.5 × 20 cm, the tensile strength being understood as the force necessary to deepen an existing crack. The samples were cut 8 cm deep in the middle of one narrow side, the two tongues formed were clamped and the clamping head moved at 5 cm / min, the initial cut being made perpendicular to the direction of travel of the nonwoven fabric. Both the maximum tear load and the tear energy increase as the bond becomes more intense.
However, as Comparative Example 8 illustrates, too strong a bond results in a significant reduction in tear load and tear energy.
Based on the observation of the behavior of the nonwovens in the tear test, one can say that
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a nonwoven fabric in which the degree of bonding is not so great that it would have a significant adverse effect on energy absorption, tear properties (both maximum load and energy) about 50%, but preferably about 25%, of the maximum achievable tear load this special fleece will show. With regard to the elongation of the nonwovens, it is believed that releasably bonded nonwovens have an elongation at maximum tensile strength of at least about 25% and preferably at least 30% both in the machine direction and perpendicular thereto.
When the basis weight of the nonwoven is increased, the elongation that can be achieved appears to decrease, although nonwovens that contain detachable connections still exhibit greater elongations than their counterparts that are too strongly bound. It is believed that releasably bonded nonwovens with a basis weight of around 34 to 68 g / m2 will have an elongation at a maximum tensile strength of at least 20%, while the elongation of nonwovens with releasable connections that have a basis weight of 68 to 100 g / m2 m2 will be at least 15%.
Table 111
EMI9.1
<tb>
<tb> Example <SEP> Percentage <SEP> of the <SEP> rice properties
<tb> cohesive <SEP> connection <SEP> maximum <SEP> load <SEP> tear energy
<tb> entries <SEP> in <SEP> the <SEP> bin- <SEP> (N) <SEP> (J) <SEP>
<tb> de-area
<tb> 1 <SEP> 63 <SEP> 13, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 55 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 15 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 20 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 29 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 35 <SEP> 11, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP>
<tb> comparison
<tb> example
<tb>
Suitable conditions for producing further nonwovens according to the invention are listed in Table IV together with the tear and elongation properties of the bonded nonwovens. The nonwovens were made from polypropylene fibers (titer = 1.7 denier, elongation at break = 160%, strength = 3.55 g / denier).
The bonding of the nonwovens was carried out, as illustrated in FIG. 1, with the following apparatus: Rollers-30 and 32-: 40, 6 cm diameter; Elevations on roller-32-: 0.58 mm high, 0.89 mm square, density about 30 / cm2.
Table IV
EMI9.2
<tb>
<tb> tear properties <SEP> elongation properties
<tb> Example <SEP> Basic weight <SEP> Working speed temperature <SEP> (C) <SEP> Pressure <SEP> in the <SEP> gap <SEP> Max. <SEP> Load <SEP> Energy <SEP> Tensile strength < SEP> elongation
<tb> of the <SEP> fleece <SEP>
<tb> (g / m ') <SEP> (m / s) <SEP> roller <SEP> 30 <SEP> roller <SEP> 32 <SEP> (xlOPa) <SEP> (H) <SEP> (J ) <SEP> (H / cm) <SEP>)
<tb> 8 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 32 <SEP> 31, <SEP> 9 <SEP> 0, <SEP> 76 <SEP> 13, <SEP> 5 <SEP> 23, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 55 <SEP> 33, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 79 <SEP> 16, <SEP> 8 <SEP> 25
<tb> 10 <SEP> 50 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 90 <SEP> 30, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 16, <SEP> 6 <SEP> 28
<tb> 11 <SEP> 100 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 44 <SEP> 64,
<SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 86 <SEP> 22, <SEP> 0 <SEP> 15
<tb> 12 <SEP> 100 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 72 <SEP> 78, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 89 <SEP> 23, <SEP> 3 <SEP> 17 <SEP>
<tb> 13 <SEP> 100 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 160 <SEP> 154 <SEP> 100 <SEP> 71, <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 52 <SEP> 25, <SEP> 7 <SEP> 18 <SEP>
<tb>
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The bonded nonwovens listed in Table IV combine good abrasion resistance with a great ability to absorb energy. It should be mentioned, however, that those nonwovens which were bonded at high nip pressures have somewhat lower energy to tear than the nonwovens bonded under medium conditions. The general suitability of nonwovens is reduced if they are bonded under excessive pressure and temperature.
An additional feature of the high basis weight nonwovens listed in Table IV is their remarkably good softness and fluid drape. Up to now, it has not been considered possible that bonded nonwovens with such a high basis weight can be produced with the degree of softness and drapery as the explained nonwovens have, not even when using discontinuous bonding methods. The moderate bonding conditions (with regard to temperature and pressure) that were used in the manufacture of these nonwovens do not lead to a complete bond of the nonwoven over its entire thickness. Therefore, the inner part of the nonwoven fabric is only very lightly bound and quite flexible.
This interpretation is corroborated by the fact that the general softness and drape for nonwovens from Table IV can be achieved by machining, e.g. B. washing is improved. It is envisioned that this processing breaks the relatively weak bonds in the central part of the nonwoven without adversely affecting the stronger bonds on the surface of the nonwoven, which contribute to the abrasion resistance and the desirable energy absorption properties.
Random fiber nonwovens which are produced according to the invention have a wide range of applications. The heavier nonwovens, i.e. those with a basis weight of about 34 to 100 g / m2 or more, are very suitable as clothing fabrics, bedding, etc. In addition to the desired properties mentioned earlier such as drape, softness, abrasion resistance, general strength and energy absorption The nonwovens also have good breathability and show a certain degree of liquid-repellent properties.
Even if the degree of liquid repellency is probably not so great that the nonwovens would be suitable as a replacement for rubber raincoats without additional treatment, the liquid-repellent properties of the nonwovens in connection with their air permeability make them suitable for applications e.g. B. for laboratory coats where splashes and moderate spills are common. In particular, it has been found that nonwovens with a basis weight of about 50 to 85 g / m2, made according to the invention, have a particularly desirable combination of air permeability and water repellency, which makes them particularly suitable for use in garments that are moderately exposed to be expected against liquids.
In relation to nonwovens, low basis weight, e.g. B. 10 to 34 g / m2, many other possible uses are also conceivable, in which advantage can be drawn from the desirable properties mentioned. Such nonwovens are outstandingly suitable as coverings for hygienic sanitary towels, especially when the nonwoven is made of polypropylene. The extremely low tendency of the nonwovens to absorb water, in conjunction with the discontinuous weave pattern, allows fluids to pass unhindered through the nonwoven to the inner, absorbent core of the napkin under normal body pressure, while a substantially dry surface of the nonwovens is abrasion resistant.
The fact that the nonwovens have a great ability to absorb energy also contributes to their excellent general suitability as covers for hygienic bandages.
Laminates made from low basis weight random fiber nonwovens according to the invention are also very useful. For example, laminates made of random fiber nonwovens and with one or more layers of a fabric with a basis weight of about 8.5 to 25.4 g / m2 can be used in the clothing industry or as wipes.
The fabric part helps to give the laminate a functionally necessary opacity and increases the absorbency, while the tangled fiber nonwoven contributes the desired strength properties. Particularly desirable laminates for clothing purposes are produced by providing an inner fabric layer between two outer layers of a tangled fiber nonwoven. The end product is characterized by excellent crease resistance, good abrasion resistance,
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a pretty appearance, a pleasant grip and a very good general strength.
In general, in order to maintain the fabric-like drapery and the softness of the laminate, the individual layers are joined together by means of adhesives applied at intervals in a pattern, this pattern typically making up no more than about 25% of the total surface of the laminate.
Laminates which contain a layer of random fiber nonwovens according to the invention are also very well suited for use in hospitals. For example, a three-layer laminate, which contains a random fiber fleece and a liquid-permeable but breathable fleece as the outer layers and a fleece made of absorbent material as the inner layer, can be used as
Burn bandages and surgical drapes are used When used as a burn bandage, the area of the laminate that contains the random fiber nonwoven is brought into direct contact with the burn wound. Although the non-woven fabric allows the wound secretions to pass through the non-woven fabric to the inner absorbent material, sticking of the bandage to the wound is avoided because of the water-repellent properties of the non-woven fabric.
Since the laminate has an outer side facing away from the burn wound, which is essentially impermeable to water and prevents the penetration of bacteria, i.e. makes contamination of the burn wound impossible, the overall breathability of the laminate supports the healing process.
When used as an operating drape, especially in the vicinity of the part containing the cutout, the laminate is placed on the patient in such a way that the surface with the tangled fiber nonwoven comes to lie away from the patient's body. Normal pressure during an operation presses blood or other liquids that collect on the upper surface of the drape through the tangled nonwoven fabric into the absorbent inner layer, causing the liquids to run off onto the floor of the operating room and the clothing of the people involved in the operation is prevented. The outer surface of the surgical drape, however, remains essentially dry because of the water-repellent properties of the tangled nonwoven fabric.
For the production of the laminates described for hospital and similar purposes, the random fiber fleece can typically have a basis weight of about 10 to 34 g / m2. The water-impermeable, breathable material can be a reinforced fabric with a basis weight of about 34 to 85 g / m 2 which has been suitably rendered water-repellent. The inner absorbent material can either also be a woven fabric or a cellulose filling with a basis weight of about 17 to 85 g / m2.
PATENT CLAIMS:
1. Random fiber nonwoven made of molecularly oriented continuous fibers of a thermoplastic polymer, such as polypropylene, wherein the nonwoven is bound in a substantially regular pattern of discontinuous binding areas, characterized in that there are autogenous compounds of two types in the binding areas, one of which is from an in In a manner known per se, there is an inseparable fusion of individual fibers and the other is an autogenous cohesive connection of individual fibers from which the individual fibers, when the nonwoven is subjected to stretching, detach just before they tear, whereby they retain their identity as individual fibers.