Verfahren zum Herstellen flächiger Wirrfaservliese
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen flächiger Wirrfaservliese auf dem in Sieblaufrichtung ansteigenden Sieb einer Papiermaschine, vorzugsweise einem Steilsieb oder einem Rundsieb, der im Bereich des Stoffauflaufs mit dem Stoffwasser entweder nichtthermoplastische und thermoplastische Fasern oder thermoplastische Fasern allein oder mineralische Fasern, die mit thermoplastischen Kunststoffen beladen sind, zugeführt werden.
Es ist bekannt, dass nach der Papiermachertechnik üblicherweise nur Fasern von sehr geringer Länge verarbeitet werden können, die im allgemeinen nicht über eine Länge von 10 mm hinausgehen. Durch geeignete Massnahmen, vor allem eine starke Verdünnung des Stoffwassers, gelingt es, gegebenenfalls noch Fasern bis zu einer Länge von 20 mm auf dem nassen Wege für die Blattbildung zu verwenden. Infolge der sehr hohen Verdünnung müssen aber sehr grosse Wassermengen durchgesetzt werden. Ausserdem lassen sich nur verhältnismässig dicke Einzelfasern solcher Länge verwenden, weil dünne Fasern zur Flockenbildung neigen und dadurch die bekannte Erscheinung der Wolkigkeit im Papier verursachen. Übliche textile Stapelfasern von 40-60 mm nach der Papiermachertechnik zu verarbeiten, gelingt nicht.
Anderseits besteht ein ausgesprochen grosses technisches Bedürfnis danach, aus möglichst langen Fasern flächige Gebilde herzustellen, weil sich dadurch textilartige Produkte mit erheblich besserer Gebrauchstüch tigkeit ergeben werden.
Es ist zwar bekannt, dass man die Festigkeit von endlosen und gezwirnten Fäden dadurch nutzbar zu machen versucht, dass man übliche Papiere durch die Einlagerung einzelner endloser Fäden oder von Geweben verstärkt hat. Der Nachteil dieser bekannten Verfahren ist, dass sie häufig einen besonderen Arbeitsgang erfordern und die Fäden oder Einlagen kein vollständig integrierender Bestandteil des Flächengebildes werden, sondern ihren eigenen Charakter weitgehend behalten. Um eine genügende Verbindung zwischen der Papierbahn und diesen Verstärkungseinlagen zu erreichen, ist es deshalb erforderlich, dem Papierstoff einen erhöhten Anteil an Leim- oder Bindemifteln zu geben. Häufig werden mehrere Faserstoffbahnen unter Einfügen der Fadenoder Gewebeeinlage zusammengegautscht.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass sich das technische Hindernis, Fasern grösserer Länge nach der Papiermachertechnik zu verarbeiten, dadurch überwinden lässt, dass Endlosfasern dem Stoffwasser und damit dem Sieb im Bereich der Blattbildungszone zugeführt werden, und zwar unterhalb der Stoffwasseroberfläche und mit einer Geschwindigkeit, die grösser als die Stoffwasser- und/oder die Siebgeschwindigkeit ist, und dass das auf diese Weise gebildete Wirrfaservlies danach unter Anwendung von Wärme verfestigt wird.
Während Fasern endlicher, aber grösserer Länge, wie beispielsweise die schon erwähnten textilen Stapelfasern, zur Flockenbildung führen und sich damit kein technisch brauchbares textiles Flächengebilde erzielen lässt, haben die erfindungsgemäss hergestellten textilen Flächengebilde aus einer Vielzahl von endlosen Fasern diese Nachteile nicht. Das ist wahrscheinlich darin begründet, dass endlose Fasern, wie das der Name schon sagt, keine Enden haben, die für eine Verwirrung und Verknäuelung, beispielsweise von Stapelfasern, die Ursache sind.
Das nach der Erfindung hergestellte flächige Faservlies unterscheidet sich von den durch einzelne Fäden verstärkten Papieren ganz grundsätzlich dadurch, dass hierbei die Endlosfasern vliesbildend sind, d. h., dass ein vollständiges Vlies aus endlosen Fasern hergestellt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, zusätzlich Fasern endlicher Länge zuzuführen, was zweckmässig mit dem bisher üblichen Stoffwasser geschieht. Dadurch kann bereits in der Blattbildungszone ein textiles Flächengebilde entstehen, das infolge der endlosen Fasern wesentlich bessere Festigkeitseigenschaften besitzt als ein nur aus Kurzfasern bestehendes Flächengebilde. Ausserdem entsteht durch diese Kombination die Möglichkeit, Produkte herzustellen, die in ihren Eigenschaften dem jeweiligen Verwendungszweck weitgehend angepasst werden können.
Für das Herstellen von textilen Flächengebilden nach der Erfindung lassen sich sehr vorteilhaft Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen, und zwar insbesondere Polyester-, Polyacrylnitril-, Polyamid- und Polyolefinfasern verwenden oder mineralische Fasern, wie Glasfasern, Asbestfasern, die vorzugsweise mit thermoplastischen Kunststoffen beladen sind. Diese Massnahme hat den Vorteil, dass sich die ohnehin beträchtliche Festigkeitssteigerung infolge der Verwendung endloser Fasern noch dadurch erhöhen lässt, dass beim Durchgang durch die Nachbehandlungsstufen, beispielsweise durch den heissen Kalander, eine zusätzliche Verbindung der Fasern untereinander und damit eine Erhöhung der Festigkeit eintritt. Weiterhin hat sich die Verwendung von endlosen Fasern aus regenerierter Zellulose, wie Reyon, als zweckmässig erwiesen.
Zur Erzielung einer Relativbewegung zwischen den zugeführten Endlosfasern und dem Sieb der Papiermaschine können zweckmässig die Organe für die Zuführung der Endlosfasern oder des aus einer Vielzahl von Endlosfasern bestehenden Stranges vorzugsweise parallel zur Siebfläche mindestens über einen Teil der Breite des Siebes oder des Stoffauflaufes changieren.
Die Reissfestigkeit der erfindungsgemäss herstellbaren Faservliese lässt sich noch wesentlich verbessern und dem jeweiligen späteren Verwendungszweck stärker anpassen, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die endlosen Fasern in verschiedenen Ebenen dem Sieb zugeführt werden, so dass ein mehrlagiges Vlies entsteht. Zweckmässig erhalten die endlosen Fasern in den einzelnen Ebenen, von Ebene zu Ebene verschiedene Relativbewegungen zum Sieb. Die verschiedenen Relativbewegungen lassen sich beispielsweise auf einfache Weise durch unterschiedliche Zuführgeschwindigkeiten der Endlosfasern in den einzelnen Ebenen erreichen.
Da die Zuführgeschwindigkeit der Endlosfasern grösser ist als die Geschwindigkeit des Siebes und/oder des Stoffwassers, ist eine verschieden starke Abbremsung und damit eine ungleich starke Aufhebung der Ausrichtung der Fasern in der Laufrichtung des Siebes die Folge.
Eine weitere Möglichkeit, den einzelnen Lagen verschiedene Relativbewegungen zum Sieb zu geben, besteht noch in einer seitlichen Hin- und Herbewegung der Zuführorgane. Auch beide Massnahmen zusammen können angewendet werden.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass mindestens ein Strang von parallel angeordneten und nicht verzwirnten endlosen Einzelfasern in einen, von einem Wasserstrom durchsetzten Zuführkanal eingeführt wird, wobei das freie Ende des Zuführkanales unterhalb der Wasseroberfläche mündet, und der aus praktisch parallel angeordneten und nicht verzwirnten endlosen Einzelfasern bestehende Strang in seine einzelnen Fasern aufgelöst wird. Durch die Anordnung der Mündung des Zuführkanales unterhalb der Wasseroberfläche im Stoffauflauf ist ein unerwünschtes Mitreissen von Luftblasen zu vermeiden, die sich auf die Vliesbildung nachteilig auswirken.
Weitere Vorteile und Einzelheiten des Verfahrens nach der Erfindung sind den schematischen Zeichnun- gen und der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen, die eine besonders bevorzugte Ausführungsform als Beispiel zeigen.
Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine für das vorliegende Verfahren geeignete Vorrichtung dar.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht zu Fig. 1.
Der dargestellte Ausschnitt aus einer Papiermaschine besteht im wesentlichen aus dem Stoffauflauf 1 und dem Sieb 2. Hinter dem im Bereich des Stoffauflaufes 1 geneigt angeordneten Sieb 2 befinden sich übereinander angeordnete Saugkästen 3 mit voneinander unabhängigen und regelbaren Unterdrucken, die der Entwässerung des sich auf dem Sieb 2 bildenden Flächengebildes dienen.
Im Stoffauflauf 1, unterhalb der freien Oberfläche des dem Stoffauflauf durch die Leitung 5 zugeführten Stoffwassers 4, das als reines Verdünnungswasser oder als kurzfaserhaltige Suspension verwendet werden kann, ist ein waagerecht eingebauter und in dieser Ebene verschiebbarer Zuführkanal angeordnet, der aus einem Rohr 6 und dem Diffusor 7 besteht. Der Querschnitt dieses Diffusors 7 vergrössert sich gleichmässig bis zu seinem freien Ende hin, das der geneigten Siebzone unmittelbar benachbart ist. Gleichzeitig verjüngt sich auch die Höhe des Diffusors 7. Dadurch bildet sich eine schlitzförmige Mündungsöffnung, die zweckmässig in der Mitte der Breite höher ist als an den seitlichen Rändern.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird die Mündungsöffnung derart ausgebildet, dass der Querschnitt veränderbar ist.
Die Mündungsöffnung 11 ist parallel zum Sieb abgeschrägt, so dass gegebenenfalls die Mündungsöffnung 11 auch dicht an die geneigte Siebzone herangeführt werden kann.
Auf der Oberseite des Diffusors 7, wo dieser anschliessend an das Ende des Rohres 6 noch auf einen kurzen Abschnitt 8 einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist, ist ein Stutzen 9 im spitzen Winkel zur Strö mungsrichtung im Zuführkanal geneigt und zu seiner Längsachse verstellbar angeordnet. Durch den Stutzen 9 wird ein Strang von parallel angeordneten und unverzwirnten Endlosfasern in den Diffusor 7 des Zuführkanals eingeführt, den ein schnell fliessender Wasserstrom durchfliesst. Dieser schnell fliessende Wasserstrom übt auf den in der einen noch gleichbleibenden Querschnitt aufweisenden Abschnitt 8 zugeführten End losfaserstrang einen Zug aus, wodurch dieser mitgenommen wird.
Infolge der Vergrösserung des Querschnittes des Zuführkanales in Strömungsrichtung verkleinert sich die Strömungsgeschwindigkeit, die ein gleichmässiges Verteilen der einzelnen Endlosfasern über die ganze Breite des Diffusors 7 bewirkt. Nach dem Austritt der im wesentlichen in einer Ebene über die Mündungsöffnungsbreite verteilten Endlosfasern werden diese durch das den Zuführkanal umgebende Stoffwasser 4 im Stoffauflauf 1 abgebremst. Durch diese Geschwindigkeitsänderung der vereinzelten Endlosfasern legen diese sich in Schleifenform und Verwirren miteinander. Dies wird noch dadurch verstärkt, dass das Sieb eine geringere Geschwindigkeit hat gegenüber der Zuführgeschwindigkeit der Endlosfasern.
Der Stutzen 9 mündet in den einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisenden Abschnitt 8 des Zuführkanales und ist in seiner Achse verschiebbar, so dass sich die auf den Faserstrang einwirkenden Zugkräfte und die Verteilung der Einzelfasern reguliert werden können. Im Stutzen 9 wird eine Wassersäule 10 aufrecht erhalten, so dass bei der Einführung der Endlosfasern ein Mitreissen von Luft vermieden wird. Dabei bleibt im allgemeinen durch die Ausgestaltung des Zuführkanals und die Wasserführung während des Betriebes die Wassersäule 10 durch den Rückstau aufrechterhalten. Ein weiterer Vorteil der im Stutzen 9 vorhandenen Wassersäule 10 liegt darin, dass bereits an dieser Stelle eine Auflockerung des Faserstranges bewirkt wird.
Der Zuführkanal kann im Stoffauflauf 1 in waagrechter Ebene verschoben werden. Auf diese Weise erfolgt eine Veränderung des Abstandes der Diffusormündung 11 von der geneigten Siebpartie und somit eine Beeinflussung der Schlingenbildung vor der Blattbildungszone. Weitere B eeinflussungsmöglichkeiten der Vliesbildung ergeben sich durch Änderung der Wassergeschwindigkeit im Zuführkanal, durch Regulierung der Geschwindigkeit des Stoffwassers im Stoffauflauf und des Siebes, durch Neigung des Zuführkanales und Variation des Unterdruckes in den Saugkästen.
Bei der Herstellung breiter textiler Flächengebilde kann es zweckmässig sein, mehrere Zuführkanäle nebeneinander anzuordnen. Dabei ist es zur Erzielung eines gleichmässigen Vlieses vorteilhaft, zwischen den einzelnen Mündungsöffnungen 11 einen gewissen Abstand vorzusehen, um zu vermeiden, dass sich die aus den einzelnen Mündungsöffnungen 11 austretenden, sich in Schlingenform legenden Endlosfasern gegenseitig ungünstig beeinflussen. Um trotzdem eine genügende Über- deckung der von den Einzelzuführkanälen gebildeten Vlieslagen zu erzielen, wird - in der Höhe leicht versetzt dazu - jeweils ein Zuführkanal auf Lücke gesetzt.
Bei dieser Anordnung überdecken sich zweckmässigerweise die Seitenränder der einzelnen Mündungsöffnungen 11 geringfügig. Die Mündungsöffnungen 11 sind dabei so ausgebildet, dass im Bereich der Überdeckung eine geringere Anzahl von Fasern zur Ablagerung kommen als im nichtüberdeckten Teil, so dass sich über die ganze Breite des Stoffauflaufes ein gleichmässig starkes Vlies bildet.
Die auf dem Sieb gebildete und entwässerte Vliesbahn wird anschliessend getrocknet und den üblichen Nachbehandlungsstufen zugeführt. Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit und Beeinflussung der Eigenschaften des Faservlieses aus Endlosfasern können bei der Herstellung oder bei der Nachbehandlung übliche Zusatzstoffe Anwendung finden.
Beispiel
Zur Herstellung eines textilen flächigen Fasergebildes von 120 cm Breite werden in einen Zuführkanal zehn getrennte Einzelstränge, bestehend aus parallel angeordneten und unverzwirnten Viskosereyonfasern eingeführt. Der Gesamttiter eines Stranges beträgt dabei 4000 den, der Titer einer endlosen Einzelfaser 1,6 den.
Mit dem Stoffwasser des Stoffauflaufes wird gleichzeitig eine Mischung von kurzstapeliger Zellwolle mit thermoplastischen Bindefasern, die einen niederen Schmelzpunkt besitzen, der Blattbildungszone zugeleitet.
Dabei beträgt die Geschwindigkeit des schnell fliessenden Wasserstromes im Zuführkanal 60 m/Min., die Zuführgeschwindigkeit der Endlosfasern 40 m/Min. und die Siebgeschwindigkeit 30 m/Min.
Es entsteht ein flächiges Faservlies mit hohen Festigkeiten und guten textilen Eigenschaften.