Papier aus Filamenten sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Papier aus Filamenten sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung.
Es sind bereits Verfahren bekannt, in welchen Filamente kontrolliert abgelegt werden durch die Verwendung hin- und hergehender Mechanismen, Schüttelplatten und ähnlichen Einrichtungen. Luftejektoren, welche hin- und herbewegt werden können, wurden auch schon beschrieben. Verwendung dieser verschiedenen Querverlegemittel ergibt eine Neigung der Filamente, sich innerhalb des Filamentvlieses in Strängen niederzuschlagen, so dass das Vlies ein strähniges Aussehen erhält. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Filamentstränge durch die Abstossungswirkung bei elektrostatischer Aufladung oder Einführung gleicher Polarität in die Filamente zu trennen.
Die Prozesse, welche die Verwendung elektrostatischer Aufladung benützen, werden durch Wechsel in den atmosphärischen Bedingungen und im Zustand der Oberflächen, über welche die Filamente laufen, beeinflusst, so dass Schwierigkeiten in der Erzielung konstanter Behandlungsbedingungen auftreten. Dies ist besonders dann der Fall, wenn im Interesse rationeller Arbeit, dicke Filamentstränge getrennt und in Form eines Vlieses abgelegt werden müssen, da es mit zunehmender Anzahl von Filamenten schwieriger wird, einen schnell laufenden Strang einheitlich aufzuladen.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung,- die vorstehend beschriebenen Nachteile zu reduzieren, indem die Verwendung hin- und hergehender Mechanismen oder elektrostatischer Aufladung vermieden wird.
Das erfindungsgemässe Papier besteht aus einer Vielzahl praktisch parallel zueinander verlaufender Bänder aus einem oder mehreren Filament(en) das bzw. die innerhalb des Bandes in wahlloser Anordnung gleichmässig verteilt ist bzw. sind, wobei nebeneinander liegende Bänder durch wahlloses Überlappen ihrer Filamente ineinander verlaufen und dieses Gebilde quer zur Längsrichtung verlaufende praktisch gleich lange Überlappungen aufweist, welche sich rechtwinklig zur Längsrichtung über die ganze Breite erstrecken und parallel mit benachbarten Überlappungen verlaufen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Papiers besteht darin, dass ein Multifilament unter Spannung gegen eine bewegte Aufnahmefläche geführt wird, wobei die Einzelfilamente parallel zueinander zu einem einheitlichen Band angeordnet, dieses zu einem auseinanderlaufenden Vorhang getrennter Filamente ausgebreitet und dieser Vorhang mit Voreilung der Aufnahmefläche zugeführt wird, welche sich rechtwinklig zur Ebene des Vorhangs von Filamenten bewegt, so dass diese darauf als Faservlies abgelegt werden, welches anschliessend zur Verfestigung heiss kalandriert wird.
Vorzugsweise wird das Multifilament durch Extrusion durch eine Spinndüse, welche einen Teil einer Spinnvorrichtung darstellt, hergestellt. Zwischen der Stelle, an welcher das Multifilament zu einem Band geformt und derjenigen, an welcher dieses Band zu einem auseinanderlaufenden Vorhang ausgebreitet wird, kann eine, mit einer Andrückrolle versehene Führungsrolle angebracht sein. Diese Führungsrolle läuft mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit und zieht die frischgesponnenen Filamente von der Spinndüse ab und durch das Stadium der Bandformung. Die Wirkung besteht im Aufbringen einer schwachen Spannung auf die Filamente, welche jedoch nicht genügend ist, um diese zu verstrecken und deren Titer zu beeinflussen. Dieselbe Wirkung kann erzielt werden durch Ersatz dieser Führungs- und Andrückrollen-Vorrichtung durch Gas-Ejektionsmittel.
Um ein Vlies aus verstreckten Filamenten zu erhalten, kann in das Verfahren ein Verstreckungsvorgang vor oder nach der Bandbildung eingefügt werden. Die Filamente können während dem Verstrecken thermofi xiert werden, um die nachfolgende Weiterverarbeitung zu erleichtern.
Es ist möglich, ein Vlies aus einer Mischung von verstreckten und unverstreckten Filamenten zu erhalten, indem ein Teil der frischgesponnen Filamente um de Verstreckungsvorgang herumgeführt und bei der Bandbildungsoperation wieder mit dem verstreckten Teil Filamente zusammengeführt wird. Die verstreckten und unverstreckten Filamente können auch durch getrennte Vorrichtungen zu zwei Filamentbändern gleicher Breite geformt und dann gemeinsam durch das Ausbreitungsstadium geführt werden.
Zur Verbesserung des Durchlaufs und der Regulierung des Verfahrens sollte jegliche elektrostatische Aufladung der Filamente wenigstens reduziert werden, beispielsweise durch einen Ionisierungsstab vor dem Ausbreitungsstadium. Die Trennung der Filamente im Ausbreitungsstadium wird durch die Einwirkung des Gasstroms erzielt.
Das Vlies kann anschliessend durch heisses Kalandrieren verfestigt werden. Für diesen Zweck können Bindemittel mit niedrigerem Erweichungspunkt als derjenige der Filamente verwendet werden oder das Vlies kann aus einer Mischung von Filamenten hergestellt werden, welche verschiedene Erweichungspunkte aufweisen und worin die Filamente mit dem niedrigsten Erweichungspunkt bei der Hitzebehandlung als Bindefilamente wirken. Die Bindefilamente können beim Spinnen gleichzeitig in den Filamentstrang eingesponnen werden. Alternativ können Heterofilamente aus zwei Polymeren verschiedener Erweichungspunkte zur Herstellung des Vlieses verwendet werden, wobei das Polymer mit dem niedrigeren Erweichungspunkt als Bindemittel während der Hitzebehandlung bei einer Temperatur dient, welche genügend hoch ist, um dieses zu erweichen. Es kann auch Halteverfestigung eingesetzt werden.
Zur Herstellung der erfindungsgemässen Nonwovens können auch potentiell kräuselbare Filamente verwendet werden und die Kräuselung kann im Bandformungsoder Ausbreitungsstadium durch Erhitzung des gasförmigen hierbei verwendeten Mediums entwickelt werden.
Obwohl das Verfahren als kontinuierliches Verfahren beschrieben wird, in welchem die Filamente direkt anschliessend an das Spinnen verarbeitet werden, wäre es auch möglich, verstreckte Filamente von Spulen abzuziehen und solche Filamentstränge nach dem erfin dungsgem äs sen Verfahren weiter zu verarbeiten.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich zur Verarbeitung aller Arten nicht-klebriger Filamente, d. h.
von solchen Filamenten, welche beim Durchgang durch das Bandformugs- und Ausbreitungsstadium nicht aneinander oder an Teilen der Vorrichtung festkleben.
Solche nicht-klebrige Filamente sind beispielsweise aus Polyäthylenterephthalat, Polyhexamethylenadipamid, Polycaprolactam, Polypropylen, Viskose, Celluloseacetat, Polyacrylen und Heterofilamente verschiedener Zusammensetzungen.
Die vorliegende Erfindung verschafft weiterhin eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche Mittel zur Zuführung eines Multifilaments; eine Vorrichtung um aus diesem ein einheitliches Band von Filamenten zu formen und welche aus einem Paar paralleler, flacher Oberflächen besteht, die einen eingeschränkten Durchgang für die Filamente abgrenzen und deren eine wenigstens zwei nicht parallel verlaufende Schlitze trägt, die in den Durchgangsweg der Filamente einmünden und an gegenüberliegenden Seiten dieses Weges angeordnet und mit einer Quelle für Druckgas verbunden sind;
eine Ausbreitvorrichtung um das Band von Filamenten zu einem auseinanderlaufenden Vorhang von Filamenten auszubreiten, welche aus einem Paar flacher Oberflächen gebildet wird, die einen eingeschränkten Durchgang für die Filamente abgrenzen und deren eine einen bogenförmigen Schlitz trägt, der in den Filamentdurchgang einmündet und mit einer Druckgasquelle verbunden ist, so dass die Filamente, wenn sie über diesen bogenförmigen Schlitz laufen, durch einen Gas strom aus diesem Schlitz beaufschlagt und dadurch vorwärtsbewegt und gleichzeitig zu einem auseinanderlaufenden Vorhang ausgebreitet werden; eine Aufnahmefläche, welche rechtwinklig zur Ebene des Vorhangs aus Filamenten bewegt werden kann, welcher auf dieser Fläche in Form eines Faservlieses abgelegt wird, enthält.
Die Breite des Bandes aus Filamenten kann während der Formung des Bandes variiert werden, um gewissen Anforderungen zu genügen, indem die Ausströmgeschwindigkeit des Gasstroms aus den Schlitzen verändert wird. Maximale Wirksamkeit der Bandformungsvorrich tung wird am besten bei niedriger Spannung der Filamente erreicht und die Führung der zu einem Band geformten Filamente über eine unmittelbar nach der Bandformungsvorrichtung angebrachte Führungsrolle unterstützt die Einheitlichkeit des Bandes aus Filamenten.
Ungleich vorbekannten Vorrichtungen wie Gasejektoren, welche zum Trennen der Filamente zu einer auseinanderlaufenden Fülle von Filamenten beschrieben wurden, trennt die Ausbreitungsvorrichtung der beschriebenen Vorrichtung die Filamente in einen aus ein anderiaufenden Vorhang in welchem die Filamente über einen grossen Teil ihres Weges zur Aufnahmefläche im wesentlichen in einer einzigen Ebene vorhanden sind.
Diese Anordnung der Filamente ergibt bei deren Ablagerung auf der Aufnahmefläche im so gebildeten Vlies eine Filament-Geometrie, welche sich von derjenigen eines Vlieses, das aus einer Fülle von Filamenten gebildet wurde, beträchtlich unterscheidet.
Die Bandformungs-Vorrichtung kann mit einem weiteren geraden Schlitz in der Oberfläche, welche die nicht parallelen Schlitze enthält, versehen sein, wobei dieser weitere Schlitz sich quer zum Weg der Filamente durch die Bandformungsvorrichtung erstreckt. Der Gasstrom, welcher aus diesem Schlitz austritt, dient zur einheitlicheren Verteilung der Filamente über die ganze Breite des Bandes aus Filamenten.
Zur Erhöhung der Einheitlichkeit des Bandes aus Filamenten kann eine weitere Bandformungsvorrichtung an jener Stelle angebracht werden, wo das Band aus Filamenten die, möglicherweise zur Verstreckung der Filamente vorhandenen Verstreclcungsrolien verlässt und bevor es in die Ausbreitungsvorrichtung eintritt.
Dies kann dort nötig werden, wo der Abstand zwischen den Zuführungs- und Verstreckungsrollen gross genug ist, um während dem Verstrecken eine Beeinträchtigung der bandförmigen Anordnung der Filamente zu erlauben.
Der Bogen des Schlitzes der Ausbreitungsvorrichtung ist in Durchlaufrichtung der Filamente angeordnet und der erwünschte Radius kann in der nachstehend beschriebenen Art bestimmt werden. Diejene Oberfläche der Ausbreitungsvorrichtung, welche keinen bogenförmigen Schlitz trägt, ist im Winkel bezüglich der geschlitzten Oberfläche verstellbar, so dass der Winkel des Auseinanderlaufens des Vorhangs aus Filamenten innerhalb gewisser Grenzen verändert werden kann.
Die bewegliche Aufnahmefläche, auf welcher die Filamente abgelagert werden, besteht passenderweise aus der oberen Bahn eines endlosen Transportbandes, welches dem Gasstrom freien Durchlass gewährt. Die Schaffung einer derartigen Oberfläche reduziert jegliche Turbulenz, welche durch das Gas, in welchem die Filamente suspendiert sind, erzeugt werden könnte, wodurch die Möglichkeit, dass die Struktur des Vlieses zerstört werden könnte, wenigstens stark herabgesetzt wird. Ein geeignetes Transportband für diesen Zweck ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 092 937 beschrieben. Die Laufgeschwindigkeit der Aufnahmefläche des Transportbandes wird so eingestellt, dass die Filamente mit Voreilung darauf abgelagert werden und ein Vlies der gewünschten Dicke bilden.
Im Idealfall sollen die als Vlies auf der Aufnahmefläche abgelagerten Filamente gleiche Abstände untereinander aufweisen und gleichmässig über die ganze Breite des Vlieses verteilt sein. Aufgrund kleiner Unvollkommenheiten, welche in den Bandformungs- und Ausbreitungs-Vorrichtungen auftreten können und/oder Strömen unvollkommen gesteuerten Gases, kann jedoch die Einheitlichkeit der Filamenttrennung und -verteilung ein wenig gestört werden und im Laufe der Ausübung des Verfahrens während bestimmter Zeit etwas variieren. Diese möglicherweise auftretenden Variationen treten jedoch mit hoher Frequenz auf und die allgemeine Auswirkung geht daher in Richtung deren Kompensation, so dass durch die Voreilung der Filamente gute Einheitlichkeit der Vliesdicke und der Filamentverteilung erzielt wird.
Aufgrund der Tatsache, dass das Vlies aus einem mit Voreilung zugeführten Vorhang aus Filamenten gebildet wird, in welchem die einzelnen Filamente im wesentlichen gleiche Abstände untereinander aufweisen (wobei der Hauptteil der Filamente nicht übermässig innerhalb kurzer Strecken quer zum Vorhang verläuft) ist die durch die Filamente innerhalb des Vlieses angenommene Form derartig, dass ein Allgemeinmuster von Parallelismus vorhanden ist. Die Zuführung der Filamente mit Voreilung vernlasst jedes einzelne Filament, einen Anteil der Breite des Vlieses einzunehmen, wobei es sich wahllos ablegt und mit danebenliegenden Filamenten vermischt. Natürlich können mehr als ein Filament denselben Teil der Breite des Vlieses einnehmen oder gegenseitig überlappen, jedoch hängt dies in grossem Ausmasse von der Anzahl Filamente und deren seitlichen Abständen im Vorhang aus Filamenten ab.
Wenn die Filamente von gleicher Farbe sind, können die daraus gebildeten Bänder nicht von blossem Auge festgestellt werden. Wenn jedoch ein oder mehrere der Filamente verschieden gefärbt sind, kann festgestellt werden, dass es in wahlloser Anordnung einen Teil der Vliesbreite einnimmt.
Die Voreilung in der Zuführung des Vorhangs aus Filamenten bewirkt auch, dass dieser oszilliert, so dass die Filamente im Vlies so abgelagert werden, dass ein Querschnitt des Vlieses zeigt, dass dieses aus gefalteten überlappenden Teilen gleicher Länge aufgebaut ist, welche in der Laufrichtung der Aufnahmefläche überlappen, wodurch ein Aufbau in der Form einer groben Z-Laminierung entsteht.
Im nachstehenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise beschrieben:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bandformungsvorrichtung aus der beschriebenen Vorrichtung, wobei Teile weggelassen wurden, um die Anordnung der Schlitze deutlich zu machen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1.
Fig. 3 und 4 zeigen Modifikationen der Schlitze der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Ausbreitung der Filamente mittels der Ausbreit-Vorrichtung der beschriebenen Vorrichtung.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht von Fig. 5.
Fig. 7, 8 und 9 zeigen alternative Ausführungsformen der Anordnung der Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Fig. 10 zeigt die Lage eines Messgerätes zur Messung elektrostatischer Aufladung.
In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsnummern versehen.
Die Grundvorrichtung in der beschriebenen Vorrichtung besteht aus der Bandformungs-Vorrichtung, welche aus einem Strang endloser Filamente ein einheitliches Band paralleler Filamente bildet und einer Ausbreitungs-Vorrichtung, welche dieses Band von Filamenten zu einem auseinanderlaufenden Vorhang von Filamenten formt und diesen einer Aufnahmefläche zuführt, auf welcher er als Vlies aus Filamenten abgelagert wird.
Eine typische Bandformungs-Vorrichtung der beschriebenen Vorrichtung wird in Fig. 1 und 2 dargestellt.
Die allgemein mit 10 bezeichnete Bandformungs-Vorrichtung umfasst eine rechteckige Aufprallplatte 12, welche parallel zu einer rechtwinkligen Platte 14 so angeordnet ist, dass ein eingeschränkter Durchgang 16, d. h. ein Durchgang für die Filamente, zwischen den Platten gebildet wird. Die Platte 14 stellt die Frontwand der Bandformungs-Vorrichtung 10 dar und trägt die Schlitze 18, 20 und 22, welche mit den getrennten Abteilen 24, 26 und 28 in Verbindung stehen, die eine gemeinsame Expansionskammer 30 besitzen und mit dieser über den Ventilsitz 32 und das einstellbare Ventil 34 verbunden sind. (In Fig. 2 ist nur ein Ventilsitz 32 und dessen Ventil 34 gezeigt). Die Expansionskammer 30 verfügt über den Einlass 36 zur Zuführung von Druckluft.
In Betreib wird durch den Einlass 36 Druckluft in die Expansionskammer 30 geführt und durch die Ventilsitze 32 in die Abteile 24, 26 und 28 geleitet, von wo aus sie mit hoher Geschwindigkeit durch die Schlitze 18, 20 und 22 in die Durchführung 16 der Filamente strömt und gegen die flache Oberfläche der Platte 12 aufprallt.
Wenn ein Filamentstrang 38 unter Spannung zwischen den Platten 12 und 14 hindurchgeführt wird, ist er der Einwirkung der Luftströme aus den Schlitzen in Platte 14 in die Filament-Durchführung 16 ausgesetzt. Der aus dem quer zum Weg des Filamentstrangs 38 angeordneten Schlitz 20 ausströmende Luftstrom breitet die Filamente einheitlich über seine Breite aus. Die nicht parallelen Schlitze 18 und 22 erzeugen Luftströme, welche die Ausbreitung der Filamente 38 regulieren. Die Gesamtwirkung der Luftturbulenz im Filamentdurchgang 16 und der durch das Ausströmen von Luft zwischen den Platten 12 und 14 erzeugte Zug hält die Filamente 38 parallel zueinander in Form eines Bandes aus Filamenten.
Durch Einregulierung der Ventile 34 kann der Zufluss von Druckluft zu den getrennten Abteilen 24, 26 und 28 und somit auch die Breite des Bandes von Filamenten eingestellt werden. Beispielsweise wird durch Herabsetzung des Luftzuflusses zu Abteil 26 und Erhöhung des Luftzuflusses zu den Abteilen 24 und 28, die Geschwindigkeit des Luftstromes aus den Schlitzen 18 und 22, gegenüber denjenigen aus Schlitz 20, erhöht und damit die Breite des Bandes von Filamenten reduziert.
In einer Modifizierung der vorstehend beschriebenen Bandformungsvorrichtung wird Schlitz 20 weggelassen und die Abteile 24, 26 und 28 zu einem einzigen Abteil vereinigt. Die Einstellung der Breite des Bandes von Filamenten wird dann dadurch erreicht, dass der Luftstrom zum Abteil, welches die Pressluft zu den schrägen Schlitzen 18 und 22 liefert, reguliert wird.
Modifizierungen der Lage und Form der Schlitze in der Platte 14 können durchgeführt werden wie in Fig. 3 und 4 gezeigt. In Fig. 3 ist der Schlitz einheitlichen Querschnittes so angeordnet, dass seine Längsachse in Winkel Y zur Oberfläche der Platte 14 steht. Dies erhöht die Geschwindigkeit des Luftstromes in Laufrichtung der Filamente bei dessen Austritt aus dem Schlitz, wodurch der Weitertransport der Filamente 38 durch die Bandformungsvorrichtung erleichtert und auch die Spannung der Filamente hinter dieser Vorrichtung erhöht wird.
In Fig. 4 weicht der Schlitz gering von rechtwinkliger Anordnung ab und sein Querschnitt wird in Richtung des Luftdurchflusses geringer, so dass die Seiten des Schlitzes, wie im Schnitt gezeigt, in einem Winkel X gegeneinander stehen. Diese Schlitzform hilft Reibungsverlust beim Durchfluss der Luft durch den Schlitz ohne Verlust an Durchflussgeschwindigkeit, herabzusetzen.
Der Druck der der Bandformungsvorrichtung zugeführten Luft kann durch ein einstellbares Ventil in der Luftzuführung zwischen der Druckluftquelle, beispielsweise einem Kompressor, und dem Eingang zur Band formungsvorrichtung, reguliert werden. Der Zwischenraum zwischen den Platten 12 und 14 sollte so schmal als möglich sein und nur freie Passage der dazwischen durchgeführten Filamente ermöglichen.
Eine Ausführungsform einer Ausbreitungsvorrich tung ist in Fig. 5 und 6 dargestellt und umfasst einen Luftsack 40 mit einer, durch eine rechtwinklige Platte 42 gebildeten Vorderseite. Die Platte 42 trägt einen bogenförmigen Schlitz 44, der mit dem Luftsack 40 in Verbindung steht. Die Einlassrohre 46 sind, zur Zuführung von Pressluft, beiderseits des Luftsackes 40 angebracht. Vor der Platte 42 ist die Aufprallplatte 48 so angebracht, dass ein eingeschränkter Raum, d. h. der Filamentdurchlass 50, zwischen den beiden Platten gebildet wird. Der Winkel der Platte 48 gegenüber der Platte 42 ist veränderlich einstellbar.
In Betrieb wird ein Band der Breite W von Filamenten zwischen die Platte 42 des Luftsackes 40 und die Aufprallplatte 48 eingeführt. Dem Luftsack 40 wird durch die Rohre 46 Druckluft zugeführt und durch den bogenförmigen Schlitz 44 ausgestossen, welcher Lage und Form hat wie in Fig. 3 und 4 gezeigt. Der Durchfluss der Luft durch den Filamentdurchgang 50 in Laufrichtung der Filamente übermittelt diesen Spannung. Das Ausmass der Spannung ist abhängig von der Luftgeschwindigkeit, dem Winkel Y, in welchem der Schlitz 44 angebracht ist, und der Dicke der Filamente 38. Die Wirkung des Luftstroms, welcher vom Schlitz 44 ausgeht und sich im Filamentdurchgang 50 zwischen den Platten 42 und 48 ausbreitet, besteht darin, (wie in Fig. 5 gezeigt) die Filamente 38 über die ganze Länge des Schlitzes 44 auszubreiten.
Die Abluft aus der Ausbreitungsvorrichtung fördert die Filamente in Form eines auseinanderlaufenden Vorhangs von Filamenten (der sich von einer konusförmigen Filamentfülle unterscheidet) gegen eine Aufnahmefläche 52. Die Fläche 52 bewegt sich in Richtung des Teiles Z (Fig. 6) und die Filamente werden darauf als endloses Vlies 54 abgelagert.
Der gewünschte Radius des bogenförmigen Schlitzes 54 ist abhängig von dessen Abstand von der Lieferstelle des Bandes von Filamenten und von dessen Breite W (Fig. 4). Die Breite des erzeugten Vlieses hängt ab vom Winkel des Auseinanderlaufens des Vorhangs von Filamenten und vom Abstand zwischen der Ausbreitungsvorrichtung und der Aufnahmefläche. Der Winkel des Auseinanderlaufens des Vorhangs von Filamenten kann in gewissem Ausmass beeinflusst werden durch Verstellen des Winkels zwischen der Platte 48 gegenüber Platte 42.
Wenn beispielsweise angenommen wird, dass der Winkel des Auseinanderlaufens so sei, dass ein Vlies der Breite A-A (Fig. 5) mit der Platte 48 in der ausgezogenen Position auf Fig. 6 entstehe, ergibt Veränderung der Platte 48 in Richtung der gestrichelt eingezeichneten Lage eine Ablenkung im Weg der Filamente aufgrund weiterer Einengung des Luftzugs im Teil des Filamentdurchganges 50 unterhalb dem Schlitz 44, wodurch der Winkel des Auseinanderlaufens des Vorhangs unterhalb Schlitz 44 erhöht und dadurch ein Vlies grösserer Breite B-B (Fig. 5) erhalten wird. Ein passender Radius und eine passende Länge des bogenförmigen Schlitzes 44 für jede Ausführungsform der Vorrichtung kann aus einer geometrischen Massstabzeichnung des in Fig. 5 gezeigten Dreiecks AWA ermittelt werden.
Der Radius des Bogens des Schlitzes in der Ausbreitungsvorrichtung entspricht dem Abstand des Scheitelpunktes des Dreiekkes von der gewünschten Lage des Schlitzes und die Länge des Schlitzes der Länge des Bogens zwischen den Seiten AW des Dreiecks. Die Abmessungen des Dreiecks AWA werden durch die gewünschte Breite des Vlieses, die gewünschte Breite des Bandes von Filamenten und den Abstand von Lieferpunkt des Bandes von Filamenten zur Ausbreitungsvorrichtung und zur Auf nahmefläche des Vlieses bestimmt. Diese Bestimmungsmethode ist jedoch von der Tatsache abhängig, dass der Vorhang von Filamenten hauptsächlich unter dem Einfluss des Gases aus der Ausbreitungsvorrichtung abgelagert wird, wobei die dreieckige Form des Vorhangs erhalten bleibt.
In der Praxis kann es vorkommen, dass unter gewissen Betriebsbedingungen die Filamente sich nicht über die ganze Länge des bogenförmigen Schlitzes ausbreiten, so dass es von der Einregulierung der Aufprallplatte abhängig sein wird, die erwünschte Breite des Vlieses zu erreichen. Falls gewünscht wird, die Filamente beim Schlitz weiter auszubreiten kann dieses durch Modifizierung des Vertikalprofils der Aufprallplatte erreicht werden, wie in Fig. 6 gezeigt. Erhöhte Spreizwirkung beim Schlitz wird erzielt, indem die aus dem Schlitz ausgestossene Luft in eine stärker einge schränke Filamentdurchführung gezwungen wird, welche sich nachher vergrössert und angemessene Entlüftung ohne übermässigen Rückstau zu ermöglichen.
Der Lieferungspunkt 56 des Bandes von Filamenten 38 in Fig. 5 wird durch die im vorstehenden beschriebene Bandformungsvorrichtung 10 gebildet, kann jedoch auch aus anderen, zwischen der Bandformungsvorrichtung und der Ausbreitvorrichtung befindlichen Lieferungsmittel bestehen, welche in Modifizierungen der Vorrichtung, welche in den nachstehenden Beispielen beschrieben werden, vorhanden sind.
Die wichtigen Faktoren, welche zur Erzielung einer einheitlichen Verteilung der Filamente im Vorhang, welcher die Ausbreitungsvorrichtung verlässt, zu beachten sind, bestehen in: a) zentraler Einregulierung des Bandes aus Filamenten in bezug auf die Ausbreitungsvorrichtung und b) Einregulierung der Ausbreitungsvorrichtung zur Erhaltung der Symmetrie des Dreiecks AWA.
Beispiel 1
Unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 7 wurde ein Multifilament aus 152 Filamenten 38 aus Polyäthylenterphthalat schmelzgesponnenen und direkt von der (nicht gezeigten) Spinndüse einer mit Pressluft betriebenen Bandformungsvorrichtung 10 zugeführt, welche so eingestellt wurde, dass der Strang zu einem einheitlichen Band von Filamenten von einer Breite von 9,5 mm geformt wurde. Dieses Band von Filamenten wurde einer Pressluft-betriebenen Ausbreitungsvorrichtung 40, in einem Abstand von 30 cm unterhalb der Bandformungsvorrichtung, zugeführt. Dieser Abstand wurde nach der vorstehend beschriebenen Methode ermittelt, obwohl in diesem Fall die Abmessungen des Schlitzes 44 bekannt waren.
Die Filamente 38 wurden ausgebreitet und von der Ausbreitungsvorrichtung 40 in Form eines auseinanderlaufenden Vorhangs auf die, durch ein endloses Transportband gebildete Aufnahmefläche 52 in Form eines endlosen Vlieses 54 in einer Breite von 25 cm abgelagert. Die Aufnahmefläche 52 des endlosen Transportbandes bestand aus einer Anzahl paralleler Drähte, welche den freien Durchfluss von Luft ermöglichten. Jegliche elektrostatische Aufladung der Filamente 38 wurde mittels eines Eliminators 58 auf ein Minimum reduziert. Die Bandformungsvorrichtung arbeitete mit einem Luftdruck von 0,35 atü und die Ausbreitungsvorrichtung mit einem solchen von 0,98 atü.
Der mittlere Titer der Einzelfilamente im Nonwoven betrug 3,0 den und aus dem Durchsatz von 3,72 kg/h Spinnschmelze wurde errechnet, dass die durch die Ausbreitungsvorrichtung erzeugte Fortbewegungsspannung derjenigen entsprach, welche mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von 1220 m/min erzielt worden wäre.
Beispiel 2
Unter Verwendung der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung wurde ein Multifilament von 144 frisch schmelzgesponnenen Filamenten 38 aus Polyäthylenterephthalat direkt von der (nicht gezeigten) Spinndüse einer pressluftbetriebenen Bandformungsvorrichtung 10 zugeführt und zu einem einheitlichen Band von 12,7 mm Breite geformt. Das Band aus Filamenten lief über eine Führungsrolle, die mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 1220m/min angetrieben wurde und umlief diese Rolle über mehr als 1/2 des Umfanges, bevor sie über die Andrückrolle 62 lief. Nach Verlassen der Andrückrolle wurde jegliche elektrostatische Aufladung der Filamente durch den Eliminator 58 entfernt, bevor die Filamente die pressluftbetriebene Ausbereitungsvorrichtung 40 erreichten, welche die nötige Spannung zum Abzug der Filamente von der Andrückrolle lieferte.
Die Filamente wurden zu einem einheitlichen auseinanderlaufenden Vorhang geblasen, durch die Abluft der Ausbreitungsvorrichtung weitergetragen und als 30 cm breites Vlies auf der Aufnahmefläche 52 abgelagert, welche sich mit einer linearen Geschwindigkeit von 4,6 m/min in rechtwinkliger Richtung zur Ebene des Vorhangs von Filamenten bewegte. Die Struktur der durch ein endloses Transportband gebildeten bewegten Aufnahmefläche war derart konstruiert, dass die grosse Masse der Abluft durch diese hindurch ging und die Filamente in Form des Nonwovens 54 ablagerte.
Das Vlies 54 aus unverstreckten Polyäthylenterephthalatfilamenten wurde unter Verwendung von 2 Stahlwalzen von 19 cm Durchmesser bei 110 OC und einem Druck von 225 kg/cm linear kalandriert. Das erhaltene Papier zeigte gute Reiss- und Einreissfestigkeit.
Es wurde jedoch gefunden, dass für einige besondere Verwendungszwecke, wie beispielsweise als elektrisches Isolationspapier, das Papier aus unverstreckten Poly äthylenterephthalatfilamenten ungeeignet war, da es bei Temperaturen oberhalb 150 OC eine Schrumpfung von ungefähr 50 O/o aufwies und sehr spröde wurde. Dieser Nachteil konnte durch Verstrecken der Filamente vor deren Einführung in die Ausbreitungsvorrichtung wenigstens in einem gewissen Ausmass behoben werden.
Beispiel 3
Der in Beispiel 2 beschriebenen Vorrichtung wurde eine einstellbare Verstreckungseinrichtung zugefügt, welche Verstreckungsverhältnisse von bis zu 5,5 : 1 bei einer Verstreckungsgeschwindigkeit von 305 m/min ermöglichte. Zur Regulierung des Verstreckungspunktes der Filamente wurden elektrisch beheizte Zuführrollen verwendet.
152 Filamente aus Polyäthylenterephthalat wurden schmelzgesponnenen und im Strang direkt von der Spinndüse einer Pressluft-betriebenen Bandformungsvorrichtung zugeführt, welche den Strang zu einem einheitlichen Band von Filamenten formte. Die Filamente wurden dann abwechselnd über drei Zuführrollen geführt, deren letzte eine Temperatur von 95 "C aufwies und wovon alle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 229 m/min rotierten. Anschliessend wurden die Filamente über eine Verstreckungsrolle geführt und nach deren einmaligem Umlaufen über eine Quetschrolle abgeführt und auf einem Musterspulenwickler aufgewikkelt.
Dieses Verfahren wurde mit den in der nachstehenden Tabelle 1 angeführten Verstreckungsverhältnissen wiederholt. Gleiche Filamentlängen der verschiedenen Bänder wurden auf ihre Schrumpfung in Wasser von 100 "C geprüft.
Tabelle 1
Verstreckungs- Schrumpfung verhältnis O/o 2,0 : 1 49 2,66 : 1 48
3,33 : 1 33
4,0 :1 27
4,66: 1 20
Diese Muster wurden auch gefärbt und es wurde gefunden, dass die teilweise verstreckten Filamente der weniger stark verstreckten Muster in wiederholten Abständen ihrer Länge dunklere Färbeflecken aufwiesen.
Mit zunehmender Verstreckung wurden die dunkler gefärbten Stellen kleiner und die Zwischenräume kürzer, bis, bei einem Verstreckungsverhältnis von 5,0 : 1, keine Unegalität mehr auftrat. Die Anwesenheit dieser dunkel gefärbten Stellen wies darauf hin, dass die Filamente unterbrochene Stellen von praktisch unverstrecktem Material aufwiesen, welche einen niedrigeren Erweichungspunkt besitzen als die verstreckten Teile.
Das Verfahren wurde dann fortgesetzt, indem das Band von Filamenten von der Andrückrolle abgezogen und, anstatt auf Musterspulen aufgewickelt, einer pressluftbetriebenen Ausbreitungsvorrichtung zugeführt wurde, welche die Filamente in Form eines einheitlichen auseinanderlaufenden Vorhangs auf eine bewegte Aufnahmefläche ablegte, wo sie sich als Vlies ansammelten.
Es wurden auf diese Art verschiedene Vliese aus verstreckten Filamenten hergestellt, welche mit Verstreckungsverhältnissen von 2,0, 2,5, 3,0, 3,33, 4,0 und 4,66 : 1 verstreckt worden waren. Diese Vliese wurden bei einer mittleren Walzentemperatur von 170 OC und mit einem linearen Druck von 225 kg/cm zwischen Stahlwalzen kalandriert. Wie aus den in Tabelle 1 angeführten Schrumpfungszahlen vorauszusehen war, schrumpften die Vliese beim Kontakt mit den heissen Kalanderwalzen.
Mit dem derartig hergestellten Papier durchgeführte Reissfestigkeitsmessungen zeigen, dass die beste Verfestigung zwischen den Filamenten bei einem Verstrekkungsverhältnis von 2,0: 1 bis 3,3 : 1 auftrat, bei den Spinnbedingungen und Zuführungsgeschwindigkeiten, welche verwendet worden waren. Es wurde gefunden, dass die Verfestigungseigenschaften progressiv abnahmen, wenn das Verstreckungsverhältnis oberhalb 3,33 : 1 erhöht wurde.
Die für das kontinuierliche Verfahren dieses Beispiels verwendete Vorrichtung ist in Fig. 9 dargestellt und umfasst einen Umlenkstift 64, um welchen herum die Filamente 38 der Bandformungsvorrichtung 10 zugeführt werden. Anschliessend an die Bandformungsvorrichtung 10 folgt die Verstreckungsstufe, bestehend aus drei heizbaren Zuführrollen 66, 68 und 70 und einer Führungs- und Verstreckungsrolle 60 und einer Verstreckungs-Andrückrolle 62. Nach der Andrückrolle 62 ist ein Eliminator 58 zur Entfernung elektrostatischer Aufladung der Filamente bevor diese die Ausbreitungsvorrichtung 40 erreichen, angebracht. Die Filamente werden auf der bewegten Oberfläche eines endlosen Transportbandes abgelagert.
Beispiel 4
Ein Multifilament aus 152 Filamenten aus Polyäthylenterephthalat wurde schmelzgesponnen und dem gleichen kontinuierlichen Verfahren wie im Beispiel 3 unterzogen, mit der Ausnahme, dass 76 der Filamente an der Verstreckungsvorrichtung vorbei, also nicht verstreckt wurden. Die durch die Verstreckungsvorrich- tung geführten Filamente wurden im Verhältnis von 4,7: 1 verstreckt. Die unverstreckten und verstreckten Filamente wurden zu einem Band vereinigt, bevor sie der Ausbreitungsvorrichtung zugeführt und dann als Vlies abgelagert wurden. Das so erhaltene Vlies enthielt somit eine Mischung gleicher Teile verstreckter Filamente mit einem relativ hohen Erweichungspunkt und unverstreckter Filamente mit einem relativ niedrigen Erweichungspunkt.
Das Vlies wurde auf einem Kalander mit einer auf 140 0C erhitzten Stahlwalze und einer unbeheizten elastischen Walze mit einem linearen Druck von 197 kg/cm kalandriert. Das erhaltene glatte Papier zeigte gute Reiss- und Einreissfestigkeiten.
Beispiel 5
In diesem Beispiel waren die endlosen Filamente Heterofilamente aus gleichen Anteilen Polyäthylenterephthalat und einem 20 Molo/oigen Polyäthylenisoph thalat-Copolymer. Das Copolymer hatte einen niedrigeren Erweichungspunkt als das Polymer.
Die frischgesponnenen Heterofilamente werden direkt nach der Spinneinheit unter Verwendung eines oberflächen angetriebenen Wicklers aufgewunden und anschliessend vom Wickel seitwärts zu einem Heterofilamentstrang abgezogen, welcher unter Verwendung der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung zu einem Vlies abgelagert wurde. Das Vlies wurde zwischen zwei auf 190 OC aufgeheizten Stahlwalzen mit einem linearen Druck von 225 kg/cm kalandriert. Die Copolymer-Komponente mit dem niedrigeren Erweichungspunkt der Heterofilamente diente als Bindemittel, um die Filamente zu Papier zu verfestigen.
Beispiel 6
Während der Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens wie in Beispiel 3 beschrieben, wurde die elektrostatische Aufladung des Vlies es kontinuierlich überwacht. Zur Messung der Ladung wurde ein elektrostatisches Feldmessgerät 72 (Fig. 10) verwendet, welches mit Gleichstrom betrieben das Potential des Wechselfeldes bestimmte und einem phasensensitiven Gleichrichter zuführte. Eine detaillierte Beschreibung eines solchen Instrumentes wird in Supplement Nr. 2 des Brit.
Journal of Applied Physics, 1963, Seiten 547-549 gegeben. Die Skala zur Ablesung der Ladung war an diesem Instrument in 600 Teile geteilt, wovon je 0-300 positive und negative und das Instrument war mit einer Empfindlichkeitsregulierung ausgerüstet, so dass Ladungen in der Grössenordnung der vollen Skalaablesung xl, x2, x3 und x30 gemessen werden konnten.
Der Messkopf des Feldgerätes wurde 30 cm oberhalb der Längsachse des Transportbandes, auf welchem das Vlies abgelagert wurde 130 cm auf Ausbreitungspunkt der Filamente entfernt (siehe Fig. 10) angebracht.
Das Messgerät wurde kalibriert, indem ein Stahlblech von 30 cm Breite und 90 cm Länge auf die Oberfläche des Transportbandes gelegt und eine Spannung von 300 V daraufgegeben wurde. Es wurde eine Skalenable sung von 65 x 1 erhalten, welches als Aequivalent einem Feld von 300 V/30 cm in dieser bestimmten Umgebung angenommen wurde.
Es wurde festgestellt, dass die Ladung im Vlies von Zeit zu Zeit variierte, wahrscheinlich aufgrund von Veränderungen der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung und dass sie an gewissen Tagen genügend hoch war, um eine Veränderung der Breite des Vlieses zu veranlassen, oder sogar schlechter, um ein Zerreissen des Bandes von Filamenten zu erzeugen, indem sich diese um die Andrückrolle wickelten.
In der nachstehenden Tabelle 2 ist eine Zusammenfassung dieser Messungen angeführt.
Tabelle 2 Schwankungen in der elektrostatischen Aufladung des Vlieses, gemessen zu verschiedenen Zeitpunkten Zeitpunkt Skalenablesung Beobachtungen der Ladung 1 100 x 30 Vliesbreite 25 cm, guter Durchlauf 2 160 x 30 Vliesbreite 33 cm, dünne Kanten 3 220 x 30 Vliesbreite 35 cm, Filamentbrüche und Umwicklung der Andrückrolle
In Anbetracht dieser Beobachtungen wurde es als nötig befunden, die elektrostatische Aufladung der Filamente so weitgehend als möglich zu unterdrücken. Ein Paar Gleichstrom-Eliminatoren (in den Zeichnungen mit Bezugsnummer 58 bezeichnet) von 12,7 cm Länge und jeder mit 2 Entladungspunkten versehen, wurden 5 cm unterhalb der Andrückrolle auf jeder Seite des Durchlaufwegs der Filamente zwischen Andrückrolle und Ausbreitungsvorrichtung (Fig. 10) und in einem seitlichen Abstand von 19 mm davon, angebracht.
Es wurde eine variierbare Stromquelle angeschlossen und Unterdrückung der elektrostatischen Aufladung, so dass diese auf der x 1 Skala nicht mehr feststellbar war, wurde unter den vorwiegenden atmosphärischen Bedingungen mit ungefähr 8 kV erreicht. Diese Unterdrükkung der statischen Aufladung ergab keine Veränderung der Vliesqualität oder -breite gegenüber derjenigen welche bei einer Skalenablesung von 100 x 30 erhalten wurde.
Die erhaltenen Vliese waren von gleichbleibender Qualität und Dimensionen und Filamentbrüche aufgrund hoher elektrostatischer Aufladung wurden vermieden.
Die im Vlies gemäss den Beispielen erhaltene Filament-Geometrie war die gleiche. Jedes auf einer Aufnahmefläche abgelagerte Vlies war aus einer Mehrzahl paralleler Bänder von Filamenten zusammengesetzt, welche sich in der Laufrichtung des Transportbandes erstreckten und, im Querschnitt betrachtet, einen Aufbau aus Reihen-abgeflachter, Z-förmiger Laminationen zeigten. Grösstenteils wurde jedes Band als ein Anteil der Vliesbreite befunden, welches aus einem oder mehreren Filamenten in wahlloser, jedoch einheitlicher Anord nug durch das Band, dargestellt wurde. Es wurde jedoch gefunden, dass die Filamente in mehr als ein Band abgeleitet werden konnten, so dass das Vlies wahllos verteilte Stränge von mit seitlichem Abstand parallel voneinander angeordneten Filamenten enthielt, wobei die Länge der Stränge zwischen 6,5-65 mm variierten.
Die Grösse und Anzahl der Stränge waren ungenügend, um der Struktur des Vlieses ein strähniges Aussehen zu verleihen. Nebeneinanderliegende Bänder im Vlies verlaufen ineinander durch wahlloses Überlap- pen und Vermischen ihrer Filamente.
Jedes Filament verläuft wahllos längs einem mittleren Weg durch das Vlies und das diese mittleren Wege im wesentlichen parallel verlaufen, zeigt die Struktur des Vlieses längs seiner Längsachse einen gemusterten Parallelismus zwischen den Filamenten. Ein unverfestigtes Vlies dieser Art kann ohne übermässige Verwicklung kontinuierlich geöffnet werden, indem das ganze System der zuletzt eingebrachten Filanente herausgezogen wird.
Einzelne Filamente können jedoch nicht herausgezogen werden, ohne dass Verwicklungen auftreten.
Aufgrund der gefalteten überlappenden Teile oder Z-Laminierungen des Vlieses ist es möglich, dieses entlang einer Linie in seiner Querrichtung zu teilen und, durch Erhöhung der Teilungsstrecke, die überlappenden Anteile davon auszustrecken und die Filamente des ausgestreckten Teiles in die ungefähren mittleren Wege zu ziehen, welche sie während ihrer Lieferung von der Ausbreitungsvorrichtung eingenommen hatten. Die Anzahl an Filamenten pro Breiteneinheit des Vlieses, gemessen an einem bliebig gewählten Punkt, ergibt den Grad von Einheitlichkeit der Ausbreitung der Filamente, die an diesem Punkt in das Vlies eingebracht wurden, indem mehrere solche Punkte gewählt werden ist es möglich, ein allgemeines Bild der Ausbreitungs-Einheitlichkeit für das ganze Vlies zu erhalten.
Es wurde gefunden, dass die Länge der gefalteten Überlappungs- teile der Z-Laminierungen in jedem Vlies von praktisch gleicher Länge sind. Es wurden jedoch Unterschiede in der Länge zwischen verschiedenen Vliesen festgestellt und entdeckt, dass die Länge dieser überlappenden Z Laminierungen in gewissem Ausmass abhängig ist von der Höhe der Ausbreitungsvorrichtung oberhalb der Aufnahmefläche des Vlieses.
Unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, Papiere von hoher Reiss- und Einreissfestigkeit, hohem elektrischem Widerstand und erhöhter Beständigkeit unter nachteiligen Bedingungen, im Vergleich zu konventionellem Papier, zu erhalten.