Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen durch thermoplastische Verfestigung Die Herstellung von Vliesstoffen, die mit Hilfe thermoplastischer Bindefasern verfestigt sind, beruht auf einer durch Hitzebehandlung hervorgerufenen Verklebung der Fasergebilde. Die Bindefaser hat im allgemeinen :einen tieferen Erweichungspunkt als die restlichen, im Faservlies vorhandenen Fasern. Beim Erhitzu:n.gsvorgang erweicht zumindest die Oberfläche der Bindefasern und verklebt dadurch die damit in Berührung befindlichen Nachbarfasern.
Die Anzahl der Klebestellen hängt sowohl von dem Erweichungs- grad der Bindefasern und somit von der Temperatur als auch vom ausgeübten Druck ab. Ausserdem spielt natürlich die Anzahl der auf eine Faserlänge kom menden Kontaktfasern eine Rolle, weshalb die Faser dicke von Einfluss auf den Verfestigungsgrad ist.
Die thermoplastische Verfestigung von Faservlie- sen zu Vliesstoffen wird auf die verschiedensten Wei sen durchgeführt. Es können beheizte Kalander unter mehr oder weniger hohem Liniendruck verwendet werden, wobei der auf das Faservlies ausgeübte Druck sowohl durch hydraulisch gesteuerten Kalander- walzendruck als auch durch bestimmte Spalteinstel lungen reguliert werden kann.
Es wurden ausserdem Verfahren beschrieben, bei denen die thermoplastische Verfestigung auf beheizten Walzen mit darumgeführ- ten endlosen Bändern oder Drahtsieben durchgeführt wird, wobei das zu verfestigende Vlies mittels der endlosen Bänder an die beheizte Walze angedrückt wird.
In den meisten Fällen wird darauf hingewiesen, dass bei der thermoplastischen Verfestigung ein zu hoher Druck zu vermeiden ist, um das Fasergefüge zu erhalten und um eine folienartige Verschweissung zu vermeiden.
Die folienartige Verschweissung, die man an der Abnahme der Luftdurchlässigkeit sehr gut messen kann, wird bei vielen Arbeitsweisen dadurch verhin- dert, dass die Faservliese aus Mischungen aufgebaut werden. Es wird vorzugsweise so gearbeitet, da.ss ein Teil der Fasern einen tieferen Erweichungspunkt als :der Rest hat. Die in der Mischung .anwesenden Fasern mit hohem Erweichungspunkt oder die anwesenden nichtthermoplastischen Fasern wirken bei der thermo plastischen Verschweissung isolierend.
Beim Durch gang durch die Heizzone nehmen sie Wärmeenergie auf, erweichen jedoch nicht und wirken deshalb nicht verklebend. Je höher der Prozentsatz der Bindefasern, das heisst Fasern mit tieferem Erweichungspunkt in der Mischung ist, desto folienartiger, das heisst papier artiger wird das Endprodukt bei sonst gleichen Be dingungen.
Für viele, inbesondere textilen Zwecke, bei denen es besonders auf weichen Griff ankommt, stellte sich deshalb ein Prozentsatz an Bindefasern von 5-30 9/o als optimal heraus.
Für viele andere Verwendungszwecke ist es jedoch von Interesse, Fasergebilde herzustellen, die aus einem einzigen Fasermaterial ohne Zusätze weiterer Substan zen hergestellt sind. Das Fasergebilde ist in diesen Fällen zu 100 % aus Fasern mit dem gleichen Erwei- ohungspunkt aufgebaut.
In diesem Fall ist es wesent lich schwieriger, feste Flächengebilde herzustellen, ohne gleichzeitig eine folienartige Verschweissung zu erzielen. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, dass eine Seite des zu verfestigenden Faservlieses beheizt und die andere Stelle gekühlt wird. Weiterhin wurde wiederholt vorgeschlagen, die Baheizung bzw. .Druck ausübung nur punktweise durchzuführen, um dadurch eine.
folienartige Verschweissung zu vermeiden. Der Nachteil :bei diesen Arbeitsweisen .liegt in einem un gleichmässig verfestigten Material. Dies macht sich besonders dann sehr störend bemerkbar, wenn mit solchen Fasern gearbeitet wird, die bei Wärme- behandlung stark zum Schrumpfen neigen. Bei der thermoplastischen Verfestigung werden bei diesen Materialien zwar durchaus feste Bindungen erzeugt, aber die erhaltenen Produkte sind z.
B. in der Durch sicht sehr irrhomogen (wolkig). Durch den Schrumpf- vorgang rücken die Fasern an einzelnen Stellen unter Verdichtung zusammen, an anderen Stellen ent stehen dadurch dünnere Stellen. Ausserdem tritt bei diesen Fasern der Schrumpfeffekt besonders stark in den Randzonen auf, was -eine unerwünschte Ver dickung der Ränder verursacht.
Diese Schwierigkeiten und Nachteile wurden durch die vorliegende Erfindung überwunden und be seitigt. Es wird dabei so verfahren, dass die thermo plastische Verfestigung stufenweise unter TempeTatur- steigerung .durchgeführt wird. Vorzugsweise wird dabei mit steigender Temperatur der Druck :gesenkt.
Trotz des allenfalls erhöhten Druckes tritt bei der niedrigeren Temperatur keine folienartige Verschwei- ssung ein, da die Temperatur entsprechend niedrig gehalten wird, so dass nur die Oberfläche der Fasern erweicht. Nach dieser Vorverfestigung hat das Mate rial noch keine genügende Reissfestigkeit oder Ab- riebfe.stigkeit, aber es hat bereits eine Fixierung der Fasern in ihrer gegenseitigen Lage stattgefunden,
ohne dass wesentliche Schrumpferscheinungen im Inneren des Materials (Wolkenbildung) oder an den Rändern (Verdickungen) auftreten. Durch anschliessende stufenweise Erhöhung der Temperatur und gegebenen falls Erniedrigung des Liniendruckes bei mehreren anschliessend durchgeführten Verfestigungsstufen er hält man ein Faserprodukt, :das sehr hohe Festigkeiten bei gleichmässiger Struktur aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann sowohl mit auf trockenem als auch auf nassem Wege gebil deten .Faservliesen durchgeführt werden. Die Faser- vliese sind ganz oder teilweise aus thermoplastischen Fasern aufgebaut. Sie können mehr oder weniger ver- streckt sein. Als thermoplastische Fasern kommen hitzeschrumpfende und solche mit unterschiedlichem Orientierungsgrad in Frage.
Die Wahl der Tempe ratur in den einzelnen Verfahrensstufen richtet sich naturgemäss nach den verschiedenen hochpolymeren Substanzen (verschiedener Erweichungspunkt) sowie nach deren physikalischem Zustand (z. B. mehr oder weniger hoher Verstreckungs- oder Kristallisations- grad).
<I>Beispiel</I> <I>Versuch 1</I> Aus 40 mm langen Fasern (1,5 den) aus Nieder druck-Polypropylen (Schmelzindex der Fasern bei 190 C = 36, Schmelzbereich 159-161 C) wurde ein Faservlies von 60 g/m@ gebildet. Das Faservlies wurde durch einen beheizten Zweiwalzen-Kalander geschickt, der aus einer dampfbeheizten Stahlwalze und einer oberflächenbeheizten Baumwollwalze be- stand.
Die Temperatur der Stahlwalze betrug 145 C, die der Baumwollwalze 120 C, der Liniendruck be trug 66 kg/cm. Anschliessend wurde die Faserbahn ein zweites Mal durch dieselbe Kalanderanordnung geschickt, wobei die Seite, die zuerst die Stahlwalze berührte, nun auf die Baumwollwalze zu liegen kam und umgekehrt. Die Bedingungen beim zweiten Durchgang waren folgende: Temperatur der Stahl walze 160 C, Temperatur der Baumwollwalze 155 C, Liniendruck 66 kg/cm.
Der so erhaltene Vliesstoff weist eine gleichmässige Struktur auf. Er hat eine Luftdurchlässigkeit von 207 1/sec/m2 bei 20 mm Wassersäule, gemessen nach DIN 53887. Die Reissfestigkeit in der Hauptfaser- richtung :beträgt 15,1 kg/5 cm Streifen. <I>Versuch 2</I> Im Vergleich dazu wurde dasselbe lose Faservlies durch direktes Verschweissen, das heisst stufenlos, ab gebunden.
Die Bedingungen dabei waren folgende: Temperatur der Stahlwalze 1601>C, Temperatur der Baumwollwalze 155 C, Liniendruck 66 kg/cm.
Der erhaltene Vliessto f hat eine unruhige Struk tur mit vielen offenen Stellen. Dies zeigt sich an der gegenüber Versuch 1 erhöhten Luftdurchlässigkeit von 826 1/sec/m2 bei 20 man Wassersäule. Die Reiss festigkeit in der Hauptfaserrichtung beträgt 15,9 kg/ 5 cm Streifenbreite. Daraus ist ersichtlich, dass die erzielbare Festigkeit in derselben Grössenordnung wie bei Versuch 1 ist.
Die Verbesserung durch die stufen weise Verfestigung bezieht sich in diesem Fall im wesentlichen auf die Struktur (Gleichmässigkeit) des Vliesstoffe-s.
Process for the Production of Nonwovens by Thermoplastic Bonding The production of nonwovens that are bonded with the aid of thermoplastic binding fibers is based on the bonding of the fiber structures caused by heat treatment. The binding fiber generally has: a lower softening point than the remaining fibers present in the nonwoven fabric. During the heating process, at least the surface of the binding fibers softens and thereby bonds the neighboring fibers that are in contact with them.
The number of splices depends on the degree of softening of the binding fibers and thus on the temperature as well as on the pressure exerted. In addition, the number of contact fibers coming on a fiber length naturally plays a role, which is why the fiber thickness has an impact on the degree of solidification.
The thermoplastic consolidation of nonwovens to form nonwovens is carried out in a wide variety of ways. Heated calenders with more or less high line pressure can be used, whereby the pressure exerted on the nonwoven fabric can be regulated both by hydraulically controlled calender roller pressure and by specific gap settings.
Processes have also been described in which the thermoplastic consolidation is carried out on heated rollers with endless belts or wire screens passed around them, the nonwoven to be consolidated being pressed against the heated roller by means of the endless belts.
In most cases it is pointed out that too high a pressure should be avoided during the thermoplastic consolidation in order to preserve the fiber structure and to avoid a film-like welding.
The film-like welding, which can be measured very well by the decrease in air permeability, is prevented in many working methods by the fact that the fiber fleeces are made up of mixtures. It is preferably worked so that some of the fibers have a lower softening point than the rest. The fibers with a high softening point present in the mixture or the non-thermoplastic fibers present have an insulating effect during the thermoplastic welding.
When they pass through the heating zone, they absorb thermal energy, but do not soften and therefore do not have an adhesive effect. The higher the percentage of binding fibers, i.e. fibers with a lower softening point, in the mixture, the more film-like, i.e. paper-like, the end product will be under otherwise identical conditions.
For many, especially textile purposes, where a soft hand is particularly important, a percentage of binding fibers of 5-30% has been found to be optimal.
For many other uses, however, it is of interest to produce fiber structures which are made from a single fiber material without the addition of other substances. In these cases, the fiber structure is made up of 100% fibers with the same expansion point.
In this case, it is essential Lich more difficult to produce solid sheet-like structures without simultaneously achieving a film-like weld. It has therefore already been proposed that one side of the fiber fleece to be consolidated be heated and the other point cooled. Furthermore, it has repeatedly been suggested that the heating or .Druck exercise only point by point to thereby achieve a.
avoid foil-like welding. The disadvantage: in this way of working. Lies in an unevenly solidified material. This is particularly noticeable when working with fibers that have a strong tendency to shrink when subjected to heat treatment. In the case of thermoplastic consolidation, firm bonds are indeed created in these materials, but the products obtained are z.
B. very irregular (cloudy) when viewed through. As a result of the shrinking process, the fibers are compressed at individual points and thinner at other points. In addition, the shrinkage effect occurs particularly strongly in the edge zones with these fibers, which causes an undesirable thickening of the edges.
These difficulties and disadvantages have been overcome and eliminated by the present invention. The procedure is such that the thermoplastic hardening is carried out in stages with an increase in temperature. The pressure is preferably: lowered as the temperature rises.
Despite the possibly increased pressure, no film-like welding occurs at the lower temperature, since the temperature is kept correspondingly low, so that only the surface of the fibers softens. After this pre-consolidation, the material does not yet have sufficient tensile strength or abrasion resistance, but the fibers have already been fixed in their mutual position,
without significant shrinkage appearing inside the material (cloud formation) or at the edges (thickening). By subsequently increasing the temperature in stages and, if necessary, lowering the line pressure with several subsequent consolidation stages, a fiber product is obtained which: has very high strengths with a uniform structure.
The method according to the invention can be carried out with both dry and wet fiber webs. The fiber fleeces are entirely or partially made up of thermoplastic fibers. They can be more or less stretched out. Heat-shrinking fibers and those with different degrees of orientation come into consideration as thermoplastic fibers.
The choice of temperature in the individual process stages is of course based on the various high-polymer substances (different softening points) and their physical state (e.g. more or less high degree of stretching or crystallization).
<I> Example </I> <I> Experiment 1 </I> Was made from 40 mm long fibers (1.5 denier) made from low-pressure polypropylene (melt index of the fibers at 190 C = 36, melting range 159-161 C) a fiber fleece of 60 g / m @ is formed. The fiber fleece was sent through a heated two-roll calender, which consisted of a steam-heated steel roll and a surface-heated cotton roll.
The temperature of the steel roller was 145 C, that of the cotton roller 120 C, the line pressure was 66 kg / cm. The fiber web was then sent a second time through the same calender arrangement, with the side that first touched the steel roller now lying on the cotton roller and vice versa. The conditions for the second pass were as follows: temperature of the steel roller 160 ° C., temperature of the cotton roller 155 ° C., line pressure 66 kg / cm.
The nonwoven fabric obtained in this way has a uniform structure. It has an air permeability of 207 1 / sec / m2 at a water column of 20 mm, measured in accordance with DIN 53887. The tear strength in the main fiber direction: is 15.1 kg / 5 cm strip. <I> Experiment 2 </I> In comparison, the same loose fiber fleece was tied by direct welding, that is steplessly.
The conditions were as follows: temperature of the steel roller 1601 ° C., temperature of the cotton roller 155 ° C., line pressure 66 kg / cm.
The fleece obtained has a restless structure with many vacancies. This is shown by the increased air permeability of 826 l / sec / m2 at 20 man water column compared to experiment 1. The tear strength in the main fiber direction is 15.9 kg / 5 cm strip width. This shows that the strength that can be achieved is in the same order of magnitude as in test 1.
In this case, the improvement due to the gradual consolidation essentially relates to the structure (evenness) of the nonwoven fabric.