DE102006035361A1

DE102006035361A1 - Geformter Artikel, Vliesstoff sowie deren Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE102006035361A1
Application number: DE200610035361
Authority: DE
Inventors: Joachim Bauer; Giorgio Dr. Lesage; Dirk Nissen; Jean Claude Intile
Original assignee: Rieter Technologies AG; Rieter Automatik GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Rieter AG; Autoneum Technologies AG
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-04-24
Also published as: WO2008046924A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen geformten Artikel, einen Vliesstoff und ein Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffs (1), wobei der Vliesstoff (1) eine Vielzahl von Filamenten (5) aufweist, wobei die Filamente (5) in mindestens einer ersten Außenlage (2), vorzugsweise einer zweiten Außenlage (3) und einer Zwischenlage (4) des Vliesstoffes (1) angeordnet sind. Der Vliesstoff (1) bildet in der Zwischenlage (4), vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen (2, 3, 4) ein Netzwerk aus den Filamanten (5), wobei die einzelnen Filamente (5) andere der Filamente (5) berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen (7) bilden. Die Filamente (5) sind an zumindest vielen der Berührungsstellen (7) miteinander verbunden und das Netzwerk der Zwischenlage (4) weist eine druckstabile Struktur auf, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff (1) und damit der Artikel (23) durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen (2, 3) biegesteif ist. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels (23) aus einem Vliesstoff (1) mit einer Vielzahl von Filamenten (5) beansprucht, wobei der Vliesstoff (1) als Halbzeug in eine Form (20) eingelegt wird, die Form (20) geschlossen und der Vliesstoff (1) unter einer vorbestimmten Temperatur einer vorbestimmten Verformungskraft bzw. einem vorbestimmten Verformungsdruck ausgesetzt wird und anschließend die Form (20) zur Entnahme des geformten Artikels (23) geöffnet wird. Die Temperatur, ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen geformten Artikel, der einen Vliesstoff mit einer Vielzahl von Filamenten aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels aus einem Vliesstoff mit einer Vielzahl von Filamenten, wobei der Vliesstoff als Halbzeug in eine Form eingelegt wird, die Form gasdicht verschlossen und heißer Dampf unter einem vorgegebenen Druck für eine vorbestimmte Zeit in die Form eingebracht wird, anschließend der Dampf aus der Form entlassen und die Form zur Entnahme des geformten Artikels geöffnet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Vliesstoff aus einer Vielzahl von Filamenten mit mindestens einer ersten Außenlage, vorzugsweise einer zweiten Außenlage und einer Zwischenlage, wobei sich jedes der Filamente in zumindest zwei, vorzugsweise drei der Lagen befindet und der Vliesstoff eine flächige Erstreckung in x- und y-Richtung sowie eine Dicke in z-Richtung aufweist sowie ein Verfahren zur Bildung eines solchen Vliesstoffes und dessen Anwendung.
Geformte Artikel aus Vliesstoffen finden zunehmenden Einsatz für industrielle Anwendungen, insbesondere in der Automobilindustrie, da sie gute akustische und angenehme haptische Eigenschaften aufweisen. In der Automobilindustrie werden sie üblicherweise zur Verkleidung im Motor-, Fahrgast- oder Gepäckraum verwendet. Sie beinhalten üblicherweise leichtes Fasermaterial zur Geräuschabsorption, müssen aber versteift werden, um eine ausreichende Strukturfestigkeit zu ergeben. Zusätzlich sollten diese Teile lediglich ein geringes Gewicht aufweisen und so dünn wie möglich sein, um nur wenig Raum einzunehmen und das Fahrzeuggewicht nicht übermäßig zu erhöhen. Um optimale Eigenschaften des Produktes zu erreichen, müssen die Anforderungen an die Geräuschabsorption, Formstabilität und geringe Dicke aufeinander abgestimmt werden, obwohl sie einander oft widersprechen.
Aus der US 6,756,332 B2 ist der Aufbau für einen Dachhimmel eines Fahrzeuges bekannt, welcher ein Laminat aus mindestens drei einzelnen Lagen ist. Zwischen zwei äußeren Lagen ist eine Zwischenlage angeordnet, wobei die Außenlagen für die Steifigkeit des Artikels und die Innenlage für die Geräuschabsorption des Artikels ausgelegt sind. In jeder Lage befindet sich eine Mischung verschiedener Fasern, welche durch Bindefasern miteinander verbunden sind. Jede der drei Lagen ist unabhängig voneinander und kann daher mit unterschiedlichen Fasern hergestellt werden. Die drei Lagen sind schließlich mit zwei Klebeschichten miteinander verklebt und bilden so ein steifes und geräuschabsorbierendes Sandwichprodukt. Nachteilig bei diesem Produkt ist es, dass es aufwendig und damit kostenintensiv in der Herstellung ist. Darüber hinaus wird in jedem Falle zur Herstellung der Sandwichstruktur Klebstoff benötigt, wodurch Schwierigkeiten beim Recycling des Produktes entstehen können.
Aus der US 5,591,289 ist ebenfalls ein Laminat für Anwendungen in der Automobilindustrie und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Der hier beschriebene Artikel soll Dachhimmel aus Fiberglas ersetzen. Auf beiden Seiten einer Zwischenlage sind Fasern einer äußeren Schicht aufgebracht und mit den Fasern der Zwischenschicht vernadelt. Zur Herstellung des Artikels werden in den einzelnen Lagen verschiedene Fasern und Bindemittel verwendet, wodurch auch hier wieder ein sehr aufwendiges Produkt entsteht. Durch die Verbindung verschiedener Schichten wird der Herstellungsprozess zeit- und damit kostenaufwendig. Auch ist die Haltbarkeit des Produktes, insbesondere bei hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen, stark eingeschränkt, da sich die einzelnen Lagen wieder voneinander trennen können. Ebenso besteht auch bei diesem Produkt ein Problem beim Recycling, da verschiedenste Materialien zur Herstellung des Artikels verwendet werden.
Anstelle der Verbindung einzelner kurzer Fasern wird in der WO 2004/088025 unter anderem die Verwendung von Filamenten vorgeschlagen. Um die verschiedenen, einander widersprechenden Anforderungen wie Geräuschabsorption und Steifigkeit in dem Artikel verwirklichen zu können, werden grobe Fasern in einer Schicht des Produktes mit feinen Fasern in der Außenschicht des Produktes verschmolzen. Das hierdurch entstehende Produkt weist bereits viele Vorteile auf, da es recycelbar ausgeführt werden kann und Geräuschdämmung und insbesondere Geräuschdämmung für technische Produkte bereits gut realisiert. Nachteilig bei diesem Produkt ist es allerdings auch, dass der Herstellungsprozess sehr kostenintensiv ist, da unterschiedliche Fasern hergestellt und miteinander verbunden werden müssen.
Aus der AT 207674 ist ein Textilvliesstoff bekannt, der eine Ober- und Unterseite und eine mittlere Zone aufweist. An den Ober- und Unterseiten liegen die Fasern wirr durcheinander, während sie in der mittleren Zone des Vlieses vorwiegend annähernd senkrechte Richtung zu den Oberflächen des Vliesstoffes aufweisen. Die Herstellung dieses Textilvliesstoffes erfolgt mit rotierenden Siebtrommeln, welchen aufgelockertes Fasermaterial zugeführt wird. Das zusammen mit einem Luftstrom den Siebwalzen zugeführte Fasermaterial wird an den Siebwalzen von dem Luftstrom getrennt und zu einem Vlies zusammengepresst und nachher verfestigt. Zur Verfestigung des Faservlieses werden Bindemittel nach der Vliesbildung ein- oder aufgebracht. Dies erfolgt z. B. durch Besprühen des Vlieses mit pulverförmigen oder flüssigen Bindemitteln oder durch Tauchen. Das mit dem Bindemittel versehene Vlies wird schließlich in einer Trockenkammer oder in einer Warmpresse nach der Herstellung des eigentlichen Vlieses zu dem Textilvliesstoff verfestigt.
Nachteilig bei diesem Vliesstoff und dessen Herstellung ist es, dass der Vliesstoff durch kurze Stapelfasern hergestellt wird. Die Fasern des Vlieses in der mittleren Zone sind zwar annähernd senkrecht zu den Oberflächen des Textilvliesstoffes ausgerichtet, bringen jedoch in den Faservliesstoff aufgrund ihrer lockeren Anordnung in der mittleren Lage keine wesentliche Festigkeit in den Vliesstoff. Auch ist die Festigkeit durch die Kürze der Fasern und deren dadurch bedingt Einbindung in den Vliesstoff stark begrenzt.
Aus der DE 100 84 561 T1 ist ebenfalls ein Vliesstoff und dessen Herstellung bekannt. Es sind darin verschiedene Faser- bzw. Filamenttypen, wie beispielsweise Spinnvliesfasern (Spunlaying-Verfahren), Schmelzblasfasern (Meltblown-Verfahren), Homofasern, Bikomponentenfasern, Bikonstituentenfasern sowie verschiedene Bonding-Verfahren zur Herstellung von Verbindungsstellen der Filamente in dem Vliesstoff beschrieben, die auch bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können. Der in der DE 100 84 561 T1 beschriebene Vliesstoff weist zwei parallele Oberflächen auf, in denen kontinuierliche Fasern liegen, die aus dieser jeweiligen Ebene herausgebogen werden um Schleifen zu bilden und um daraufhin in die andere Oberfläche eingebunden zu werden. Die Schleifen bilden gemäß der Beschreibung dieser Druckschrift u-förmige Wellen mit offenen Kanälen zwischen den Wellen. Durch diese offenen Kanäle soll eine Saugfähigkeit für Flüssigkeiten erzeugt werden, welche einer Anwendung des darin beschriebenen Vliesstoffes für Körperpflegeabsorptionsartikel dient. Aufgrund dieser Anwendung ergibt sich von selbst, dass eine besondere Steifigkeit des Produkts nicht gewünscht ist. Es wird versucht durch die Faserschleifen und die offenen Kanäle ein schmiegsames Vlies zu schaffen. Lediglich zur Fixierung der beiden Oberflächen wird bei Bedarf eine Nachbehandlung des Vliesstoffes vorgesehen, welche beispielsweise durch Heißluftbonding nach der Bildung des Faservlieses oder durch Beimengung von Bindemittel erzielt werden soll. Mit einem solchen Faservlies wird unter anderem durch die offenen Wellen im mittleren Bereich des Vliesstoffes und die kurze Einbindung der Fasern in die zwei parallelen Oberflächen nur eine geringe Zug- und Druckfestigkeit des Vliesstoffes erzielt. Für Körperpflegeabsorptionsartikel mag dies ausreichend sein, nicht jedoch für Konstruktionsartikel, bei denen eine hohe Festigkeit verlangt wird.
In der WO 2005/054558 A2 wird ebenfalls eine Vliesbahn beschrieben, welche zwei parallele Oberflächenschichten aufweist, die mit Filamenten verbunden sind, welche von einer Oberfläche in die andere Oberfläche des Vlieses reichen und in dieser Zwischenschicht im wesentlichen rechtwinklig zu den Oberflächenschichten orientiert sind. Durch eine gewisse Verteilung der Filamente in die Oberflächenschichten und die Zwischenschicht wird eine Steifigkeit des Vliesstoffes erreicht. Ein derartiger Vliesstoff ist zwar bereits stabiler als die zuvor genannten Vliesstoffe, eine hohe Steifigkeit, so dass das Material als Konstruktionswerkstoff verwendet werden könnte, ist aber hiermit nur in Ausnahmefällen möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher die oben genannten Nachteile zu vermeiden und einen Artikel und ein Herstellungsverfahren für einen Artikel zu schaffen, welcher kostengünstig ist und dennoch Eigenschaften wie Geräuschabsorption und Steifigkeit aufweist, welche ihn dafür eignen als technisches Bauteil, insbesondere in der Automobilindustrie, Verwendung zu finden, sowie einen Vliesstoff zu schaffen, welcher eine hohe Eigenstabilität aufweist und damit als Halbzeug für die Verwendung stabiler technischer Anwendungen Verwendung finden kann.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Artikel und einem Herstellungsverfahren sowie einem Vliesstoff und einem Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Der erfindungsgemäße geformte Artikel weist einen Vliesstoff mit einer Vielzahl von Filamenten auf. Die Filamente sind in mindestens einer ersten Außenlage, vorzugsweise auch in einer zweiten Außenlage, sowie in einer Zwischenlage des Vliesstoffes angeordnet. Der Vliesstoff bildet zumindest in der Zwischenlage, vorzugsweise auch in der einen oder beiden Außenlagen, ein Netzwerk aus den Filamenten, wobei die einzelnen Filamente andere der Filamente berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungspunkten bilden. Die Filamente sind an vielen der Berührungsstellen miteinander verbunden, so dass das Netzwerk der Zwischenlage eine druckstabile Struktur aufweist, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff und damit der Artikel durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen biegesteif ist. Der erfindungsgemäße geformte Artikel wird hierdurch besonders steif, da die Filamente sich in Form eines Netzwerkes oder einer Matrix gegenseitig abstützen und damit auch den sich flächig erstreckenden geformten Artikel im wesentlichen orthogonal in seiner z-Richtung stabilisieren. Die verbundenen Berührungsstellen werden häufig auch Bondingstellen genannt. Sie sind unter anderem wesentlich für die Bildung der Netzwerke und der durch diese Netzwerke in das Halbzeug und in den Endartikel eingebrachten Eigenschaften.
Insbesondere die Zwischenlage des geformten Artikels kann unterschiedliche Dicken aufweisen und damit entsprechend der Anforderungen an die Formgebung des Artikels angepasst werden. Der Artikel ist aus einem homogenen Material hergestellt, da dieselben Filamente sowohl in den Außenlagen als auch in der Zwischenlage Verwendung finden. Durch eine Variation des Netzwerkes, insbesondere in der Zwischenlage, können in den geformten Artikel unterschiedliche Eigenschaften eingebracht werden. So ist durch die Gestaltung des Netzwerkes beispielsweise mit unterschiedlicher Dicke, Dichte oder Filamentquerschnitten auf die unterschiedlichen Anforderungen des Produktes Einfluss zu nehmen. Der Artikel kann somit auf die speziellen Anforderungen angepasst werden, ohne dass ein Materialmix erforderlich wäre. Hierdurch ergeben sich wesentliche Vorteile, sowohl bzgl. der Herstellung, da der Artikel sich nicht aus verschiedenen separat hergestellten Lagen zusammensetzt, sondern bzgl. seines Materials homogen ist. Darüber hinaus ergeben sich wesentliche Vorteile bzgl. des Recyclings des Artikels, da eben nur ein einheitliches Material Verwendung finden kann. Dadurch, dass die Filamente durch alle Lagen des Artikels hindurchverlaufen ist eine spezielle Verbindung der einzelnen Lagen nicht erforderlich. Die Produkteigenschaften werden durch die Ausgestaltung der Netzwerke und die verwendeten Filamente beeinflusst. Die Filamente in den einzelnen Lagen sind aber jeweils gleichartig, d.h. die verwendeten Filamente unterscheiden sich nur im Rahmen ihrer Herstellungsungenauigkeiten.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Artikels sind zumindest teilweise bereits durch das Halbzeug, d.h. durch den Vliesstoff an sich, vorbestimmt. Die sich daraus ergebenden Merkmale und Vorteile sind ausführlich in Verbindung mit dem Vliesstoff und dessen Herstellung beschrieben. Es sei an dieser Stelle nicht separat darauf eingegangen. Dennoch gelten die Vorteile der entsprechenden Merkmale des Vliesstoffes auch für den Artikel selbst.
Während der Vliesstoff als Halbzeug weitgehend homogen entlang seiner flächenhaften Erstreckung in x-y-Richtung ausgebildet ist, weist der Vliesstoff in dem Artikel vorteilhafterweise Bereiche unterschiedlich ausgeprägter Eigenschaften bzgl. Luftströmungswiderstand, Porösität, Poisson-Zahl, E-Modul, Dicke, Dichte, Festigkeit und damit abgestimmte akustische Eigenschaften auf. Es kann somit ein Artikel geschaffen werden, welcher entsprechend der jeweiligen Anforderungen individuelle Bereiche erhält. Diese Bereiche werden durch die Verformung des Vliesstoffes in die Form des Endartikels erhalten. Es kann somit ein Artikel geschaffen werden, welcher Bereiche höherer Festigkeit, beispielsweise zur Befestigung des Artikels an anderen Bauteilen, oder zum besseren Widerstehen gegenüber einem Fahrtwind des Fahrzeuges und andere Bereiche mit einer besseren Schalldämmung und/oder Schallabsorption aufweist. Darüber hinaus können die Eigenschaften noch durch die Anordnung entsprechender Funktionslayer auf den Außenlagen des Vliesstoffes beeinflußt werden.
Einflussnahme auf die Eigenschaften des Artikels kann vorteilhafterweise dadurch erfolgen, dass in dem Artikel Bereiche mit unterschiedlicher Dichte der Verbindungen der Berührungsstellen und/oder Dicke der jeweiligen Lagen vorhanden sind. Die Dichte der Verbindungen der Berührungsstellen entspricht der Anzahl Verbindungsstellen pro Raumelement. Beide Veränderungen nehmen Einfluss auf die Festigkeit und die akustischen Eigenschaften des Artikels und können individuell angepasst werden. Die Dichte der Verbindungen wird beispielsweise dadurch verändert, dass die in dem Halbzeug vorhandenen Verbindungen gelöst und in mehr oder weniger großer Anzahl, Größe oder Form wieder neu geschaffen werden. Die Dicke des Artikels wird dadurch variiert, dass das Halbzeug mehr oder weniger zusammengepresst und die Verbindungen in dieser zusammengepressten Lage fixiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dicke des Artikels im wesentlichen durch eine Veränderung der Dicke der Zwischenlage veränderbar ist. Die Zwischenlage des Vliesstoffes weist durch die Lage der Filamente, welche hier eine deutlichere z-Komponente aufweisen als in den Außenlagen, eher die Möglichkeit auf, dass sie durch eine Verringerung dieser z-Komponente zugunsten der x- oder y-Komponente der Ausrichtung der Filamente eine geringere Dicke des Artikels bewirkt.
Vorteilhafterweise liegt die Dicke des Artikels zwischen 2 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 15 mm. Ist der Vliesstoff, aus welchem der Artikel hergestellt ist, besonders stark komprimiert, so ergibt sich beispielsweise eine Dicke von 2 mm. In diesem Bereich eignet sich der Artikel besonders gut für eine Befestigung an anderen Bauteilen, da hier die Festigkeit des Artikels besonders hoch ist. In Bereichen, in welchen eher akustische Eigenschaften des Artikels gefordert sind, sind dickere Bereiche, insbesondere bis zu 30 mm, besonders vorteilhaft, da hierdurch Poren entstehen, in welchen der Schall sehr gut absorbiert werden kann. Auch wenn ausgehend vom Vliesstoff im wesentlichen eine Reduzierung der Dicke erfolgen wird, so ist dennoch auch eine Erhöhung der Dicke des Artikels im Vergleich zum Vliesstoff des Halbzeuges möglich, indem die Filamente auseinandergezogen und in dieser Lage fixiert werden.
Insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich ist es von Vorteil, wenn der Artikel ein Flächengewicht zwischen 500 und 2.500 g/m², vorzugsweise 500-1800 g/m² aufweist. Mit einem derartigen Flächengewicht ist ein guter Kompromiss zwischen den Eigenschaften bzgl. der Festigkeit und der akustischen Leistungsfähigkeiten zu finden, ohne dass der Artikel übermäßig schwer wird. Selbstverständlich wird das Flächengewicht unter Umständen über dieses angegebene Maß hinaus erhöht, wenn entsprechend schwere Materialien auf den Vliesstoff zusätzlich aufgebracht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dichte der Verbindungen der Berührungsstellen in der Zwischenlage im Vliesstoff des Ausgangsmaterials geringer als in den Außenlagen ist. Für den Artikel des Endproduktes können diese Verbindungen der Berührungsstellen zumindest in einem einzelnen Bereich bis auf die Dichte der Außenlagen erhöht sein. Das bedeutet, dass der Artikel in diesem Bereich weitgehend vollständig komprimiert ist. Eine Unterscheidung der einzelnen Außenlagen und der Zwischenlage wird in diesem stark komprimierten Zustand des Endproduktes nur sehr schwierig feststellbar sein. Die ehemalige Zwischenlage kann in einem solchen Bereich vollständig verschwinden oder allenfalls als dünne nahtähnliche Linie sichtbar sein. Ein stark komprimierter Bereich des Artikels kann vereinzelt oder mehrfach, in gleichen oder unterschiedlichen Erstreckungen in dem Artikel vorhanden sein, es kann aber auch der komplette Artikel, je nach den geforderten Eigenschaften des Artikels, derart komprimiert sein.
Der erfindungsgemäße Artikel eignet sich durch seine Formstabilität und akustischen Eigenschaften insbesondere für Anwendungen im Automobilbau. Der Artikel ist aber nicht auf derartige Anwendungen beschränkt. So kann beispielsweise durchaus auch eine Anwendung in anderen Bereichen, in denen beispielsweise Schallabsorption und/oder Schalldämmung erforderlich ist, sinnvoll sein. Besonders wenn eine effektive Schallabsorption auf einem geringen Bauraum oder mit einem relativ geringen Flächengewicht erforderlich ist, ist der erfindungsgemäße Artikel vorteilhaft einsetzbar. So können auch Gebäude, Schiffe oder Flugzeuge sehr vorteilhaft mit diesem Material ausgestattet werden.
Besonders vorteilhafte Anwendung findet der Artikel im Automobilbau als Dachhimmel, Motorkapselung, Hitzeschild, Unterboden, Radhaus-, Motorraum-, Innenraum- oder Kofferraumauskleidung. In all diesen Bereichen ist eine gewisse Strukturfestigkeit von dem Material erforderlich, ohne dass hierfür eine große Dicke oder ein hohes Gewicht erlaubt ist.
Insbesondere im Vergleich zu Artikeln des Standes der Technik mit beispielsweise gleichen Dimensionen, wie der Dicke und/oder gleichem Flächengewicht weist der erfindungsgemäße Artikel bessere akustische und/oder mechanische Eigenschaften auf. Es können hierfür Messmethoden angewandt werden, wie sie beispielsweise in DIN 53455, DIN EN63, DIN 53453, DIN 52215, DIN 29053, DIN EN ISO 10534-1, EN 20527-1/2, DIN EN ISO 157 oder ASTM C-384 niedergelegt sind. Auch die sogenannte Alpha-Kabine und das ISOKELL gemäß dem weltweit anerkannten Rieter-Standard kann zur Ermittlung von Vergleichswerten herangezogen werden. Durch eine entsprechende Gestaltung des Vliesstoffes als Ausgangsmaterial und Umformung des Artikels können entsprechende gewünschte Eigenschaften erzielt werden.
Vorteilhafterweise sind die akustischen Eigenschaften des Artikels über Dicke, Dichte, E-Modul, Poisson-Zahl, Porösität und/oder Luftströmungswiderstand, der Filamente, des Vliesstoffes und/oder der Netzwerke der einzelnen Lagen bestimmt. Die Filamente können hierbei unterschiedliche Querschnitte oder unterschiedliche Materialien sein, welche unterschiedliche akustische Eigenschaften bewirken, indem sie Einfluss auf die Absorption oder Reflexion des Schalls nehmen.
Der erfindungsgemäße Artikel weist vorteilhafterweise unterschiedliche Dämmungs-, Absorptions- und/oder Reflexionseigenschaften in den einzelnen Lagen auf. Während in einer dichteren Außenlage eher eine Dämmung des Schalls erfolgen wird, wird die lockerere Zwischenlage und die zweite, in diesem Falle dann definiert poröse Außenlage eher zur Absorption des Schalls eingesetzt. Durch eine Gestaltung der einzelnen Lagen je nach individueller Aufgabe des Artikels oder einzelner Bereiche innerhalb des Artikels können diese unterschiedlichen Dämmungs-, Absorptions- und/oder Reflexionseigenschaften beeinflusst werden.
Die Dämmungs-, Absorptions- und Reflexionseigenschaften der einzelnen Lagen, ausgehend von dem verwendeten Vliesstoff, und entsprechend den Anforderungen des Artikels sind bei der Herstellung des Artikels durch Veränderung der Netzwerke der einzelnen Lagen beeinflussbar. Es werden hierbei die Verbindungsstellen sowie die Lage der Filamente im Vergleich zu dem verwendeten Vliesstoff neu fixiert und erzeugen hierdurch geänderte Dämmungs-, Absorptions- und Reflexionseigenschaften.
Die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Artikels sind durch das E-Modul, Flächenträgheitsmoment, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit der Filamente und/oder der Netzwerke der Lagen bestimmt. Alle diese Parameter können bei dem erfindungsgemäßen Artikel durch die entsprechende Gestaltung des Vliesstoffes und die Umformung des Vliesstoffes in den Endartikel beeinflusst werden. Sie können je nach den Erfordernissen in dem Artikel vollständig oder bereichsweise in dem Artikel verändert werden. Der Vliesstoff beinhaltet bereits die grundsätzlichen Eigenschaften des Endartikels, welche bei der Herstellung des Endartikels sodann in die erforderliche Größe gebracht werden.
Die Netzwerke der einzelnen Lagen in dem Artikel bewirken eine Eigenstabilität des Artikels, so dass ein insbesondere in der Automobilindustrie gefordertes geringes Durchhängen des Artikels, häufig Sagging genannt, auch bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 80°C und 100°C erhalten wird. Desweiteren kann das Verhalten des Artikels durch die Wahl der Polymere beeinflusst werden.
Im Vergleich zu Artikeln des Standes der Technik beispielsweise mit gleicher Dicke und/oder gleichem Flächengewicht weist der erfindungsgemäße Artikel eine höhere Tiefziehfähigkeit auf. Insbesondere wenn der Vliesstoff in den Außenlagen lange Bereiche der Filamente, z.B. Schlaufen, aufweist, können diese beim Erwärmen gegeneinander verzogen und neu fixiert werden. Durch das Gegeneinander verziehen, welches in der einen Außenlage stärker als in der andere Außenlage erfolgt, kann der Artikel eine Form erhalten, welche weit von der ursprünglichen Lage des Halbzeuges abweicht und somit beispielsweise topfförmige Ausbuchtungen erhält, welche zur Befestigung des Artikels an einer Unterkonstruktion geeignet sind oder geometrischen Vorgaben anderer Bauteile zur besseren Raumnutzung folgen kann.
Sind in dem Artikel Versteifungsbereiche, insbesondere Sicken, Rippen oder Augen, angeordnet, so kann der Artikel besonders gut befestigt, d.h. angeschraubt, werden. Außerdem wird die Eigenstabilität des Artikels weiter verstärkt, indem die Rippen entsprechend ausgeformt sind. Durch die Augen wird es ermöglicht, den Abstand des Artikels von einem Unterbau festzulegen. Dieser Abstand kann wichtig für die akustischen Eigenschaften des Artikels in eingebautem Zustand haben.
Vorteilhafterweise sind zumindest einzelne Bereiche des Artikels, insbesondere die Verfestigungsbereiche des Artikels stärker komprimiert als Bereiche mit besseren akustischen Eigenschaften. Durch das stärkere Komprimieren wird eine definierte Befestigung des Artikels ermöglicht. Zwischen den einzelnen Fasern bzw. Filamenten sind weniger Freiräume, welche beispielsweise beim Anschrauben des Artikels an eine Unterkonstruktion undefiniert verändert werden würden. Komprimierte Bereiche können auch gezielt als Bereiche mit besseren Dämmungseigenschaften eingesetzt werden. In Bereichen mit besseren absorbierenden Eigenschaften ist ein voluminöseres Material vorteilhaft, um die Schallpegel besser reduzieren zu können.
Der Artikel kann mehr oder weniger stark komprimiert werden um die erforderlichen Anforderungen erfüllen zu können. Dabei verändert sich insbesondere die Orientierung der Filamente in der Zwischenlage. Dabei kann es vorkommen, dass in stark komprimierten Bereichen des Artikels die Filamente in der Zwischenlage ähnlich den Filamenten in den Außenlagen eine ausgeprägte Orientierung in x-y-Richtung des Vliesstoffes aufweisen. In der Regel sind die unterschiedlichen Lagen aber dennoch bei genauer Analyse weiterhin erkennbar. Es ist möglich, dass in der Zwischenlage die Orientierung der Filamente beispielsweise vorzugsweise in y-Richtung verläuft, während die Filamente in den Außenlagen vorzugsweise in x-Richtung ausgerichtet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels aus einem Vliesstoff mit einer Vielzahl von Filamenten wird der Vliesstoff als Halbzeug in eine Form eingelegt, die Form geschlossen, und der Vliesstoff unter einer vorbestimmten Temperatur einer vorbestimmten Verformungskraft bzw. einem vorbestimmten Verformungsdruck ausgesetzt wird. Anschließend wird die Form zur Entnahme des geformten Artikels geöffnet. Die Filamente des Vliesstoffes sind in mindestens einer ersten Außenlage, vorzugsweise in einer zweiten Außenlage und in einer Zwischenlage des Vliesstoffes angeordnet. Der Vliesstoff bildet in der Zwischenlage, vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen, ein Netzwerk aus den Filamenten, wobei die einzelnen Filamente andere der Filamente berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen bilden. Die Filamente sind an vielen der Berührungsstellen miteinander verbunden. Das Netzwerk der Zwischenlage weist eine druckstabile Struktur auf, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen biegesteif ist.
Durch den Einfluss der Temperatur und der Verformungskraft bzw. dem Verformungsdruck an den Berührungsstellen werden Verbindungen neu geformt und der Vliesstoff in der durch die Form vorgegebenen Gestalt fixiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe eines vordefinierten Halbzeuges in Form eines Vliesstoffes mit einer Zwischenlage und einer oder zwei Außenlagen ein geformter Artikel mit besonders hoher Stabilität und Gestaltungsfreiheit geschaffen. Das Halbzeug nimmt dabei die durch die Form vorgegebene Gestalt an. Der dabei entstehende Artikel wird in dieser Form fixiert, indem durch die Temperatur und die auf die Verbindungsstellen einwirkenden Verformungsdrücke bzw. die Verformungskräfte die Verbindungsstellen des Halbzeuges mehr oder weniger gelöst und in der neuen Form nach dem Abkühlen wieder fixiert werden. Durch die Temperatur und die auf die Verbindungsstellen einwirkenden Verformungsdrücke bzw. Verformungskräfte werden die Verbindungsstellen weich oder vollständig gelöst. Durch das Formen des Halbzeuges entstehen neue oder andersartige Berührungsstellen, welche nach dem Abkühlen des Artikels wieder aushärten und damit den Artikel in der neuen Form halten. Je nach dem wie stark das Halbzeug in der Form komprimiert wird, entsteht ausgehend von dem Vliesstoff ein mehr oder weniger dickes Produkt mit unterschiedlichen Eigenschaften. Während es an den stärker komprimierten Stellen beispielsweise geeignet ist, an eine Unterkonstruktion angeschraubt zu werden, kann das Produkt an den weniger stark komprimierten Stellen dafür ausgelegt werden, dass es besonders gute mechanische oder akustische Eigenschaften beinhaltet. Es ist damit ein Artikel herstellbar, welcher ausgehend von einem einfachen und gleichförmigen Halbzeug ein Produkt mit unterschiedlichen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen des Produktes erzeugt. Auch in den Bereichen, welche im wesentlichen für akustische Belange zuständig sind, ist durch die netzwerkartige Struktur der Zwischenlage eine überaus hohe Stabilität vorhanden, welche eine Vielzahl von neuen Einsatzzwecken für den Artikel eröffnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Herstellungsverfahren ein Vliesstoff mit Bikomponenten-Filamenten oder Bikonstituenten-Filamenten, insbesondere aus thermoplastischen Materialkombinationen, beispielsweise aus PET, PBT, PP, PE oder PA als eine Strukturkomponente und CoPET, CoPBT, PP oder PE als eine Klebekomponente der Filamente verwendet wird. Die Strukturkomponente und die Klebekomponente weisen vorzugsweise unterschiedliche Schmelztemperaturen auf und können hierdurch gezielt durch die Einstellung einer bestimmten Dampftemperatur weich gemacht werden. So ist es möglich, dass das beispielsweise verwendete PET noch relativ fest ist, während das korrespondierende Co-PET bereits zu schmelzen beginnt. Sind die Berührungsstellen mit dem Co-PET verbunden, so können sie bei der entsprechenden Schmelztemperatur des Co-PETs gelöst werden und in eine neue Position gebracht werden. Nach dem Abkühlen unter die Schmelztemperatur verfestigt sich das Co-PET wieder und fixiert die Berührungsstelle in ihrer neuen Position. Die neue Verbindung der Berührungsstellen kann eine andere Größe, Festigkeit und/oder einen anderen Winkel der miteinander verbundenen Filamente aufweisen. Auch ist es möglich, die Anzahl der Verbindungen der Berührungsstellen zu vergrößern oder zu verkleinern, je nach Anforderungen des Endproduktes.
Vorteilhafterweise wirkt die Temperatur und/oder der Verformungsdruck bzw. die Verformungskraft weniger als 60 s auf den Vliesstoff ein. Dies sorgt für ein schnelles Verformen des Vliesstoffes und dadurch zu einem kostengünstigen Herstellungsprozess.
Zum Schmelzen zumindest eines der Polymere des Filaments ist es vorteilhaft, wenn die aufgebrachte Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur dieses Polymers aufweist. Zumindest soll die Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des zweiten Polymers des Filaments sein, um die grundsätzliche Struktur des Vliesstoffes aufrechtzuerhalten. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von Filamenten mit unterschiedlichen Materialien auch ein Monofilament zu verwenden, welches mit schmelzbaren Klebern verbunden ist. Die Temperatur wird dann so eingestellt, dass der Kleber und nicht das Monofilament schmilzt.
Vorteilhafterweise wird die Temperatur dadurch eingebracht, dass heißer Dampf in die Form eingeleitet wird, nachdem sie geschlossen wurde und aus dieser wieder entlassen wird, bevor sie geöffnet wird. Die erforderliche Temperatur ist hierdurch schnell und kostengünstig zu erzeugen.
Wird die Form gasdicht verschlossen, so ist eine gleichmäßige Erhitzung des Halbzeuges zu erzielen und der Dampf kann in der Form zumindest zeitweise während des Umformvorganges gleichmäßig gehalten werden.
Um eine besonders schnelle Herstellung des Artikels zu erreichen, wird die Form unmittelbar nach dem Entlassen des Dampfes aus der Form geöffnet und der Artikel unmittelbar nach dem Öffnen der Form aus der Form entnommen.
Durch die Kompression des Halbzeuges wird insbesondere das Netzwerk der Zwischenlage komprimiert. Dieses ursprünglich im Vergleich zu den Außenlage lockerere Netzwerk wird durch die Form mehr oder weniger zusammengepresst und bestimmt somit die Außenkontur des Artikels, wobei es weiterhin die Außenlagen stabilisiert und somit zu einem insgesamt stabilen Artikel führt.
Um besonders schnell eine der Komponenten des Halbzeuges schmelzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Form vor dem Einlegen des Vliesstoffes in die Form vorgeheizt wird. Hierdurch wird ein schnellerer Wärmeübergang in den Vliesstoff bewirkt, wodurch der Umformvorgang noch schneller durchführbar ist. Zusätzliche Materialien können vor dem Umformvorgang und/oder auch nach dem Umformvorgang oder durch weitere nachträgliche Prozessschritte aufgebracht werden. Sie können ebenso auf den noch als Halbzeug vorliegenden Vliesstoff als auch während des Umformvorganges aufgebracht werden. Der Vliesstoff kann innerhalb der Form oder vor dem Einlegen in die Form auf die erforderliche Umformtemperatur gebracht werden.
Die folgenden Beschreibungen des erfindungsgemäßen Vliesstoffes und seiner Vorteile, ebenso wie die vorteilhaften Ausgestaltungen des Vliesstoffes sind auch auf das mit diesem Vliesstoff hergestellte fertige Endprodukt übertragbar. Der aus dem Vliesstoff hergestellte geformte Artikel beinhaltet weitgehend noch die Vorteile des Halbzeuges. Es ist daher durchaus vorteilhaft bereits bei der Herstellung des Halbzeuges die später in dem fertigen Artikel geforderten Produkteigenschaften zumindest ansatzweise einzubringen. Bei der Herstellung des Artikels können diese Eigenschaften dann weiter abgewandelt, beispielsweise verstärkt oder abgeschwächt werden.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff besteht aus einer Vielzahl von Filamenten mit einer ersten Außenlage, einer zweiten Außenlage und einer Zwischenlage, wobei sich jedes der Filamente in zumindest zwei, vorzugsweise allen drei der Lagen befindet und der Vliesstoff eine flächige Erstreckung in x- und y-Richtung sowie eine Dicke in z-Richtung aufweist. Erfindungsgemäß bildet der Vliesstoff in der Zwischenlage, vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen ein Netzwerk aus den Filamenten, wobei die einzelnen Filamente andere der Filamente berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen bilden. Die Filamente sind an vielen der Berührungsstellen miteinander verbunden. Das Netzwerk der Zwischenlage weist eine druckstabile Struktur zumindest in z-Richtung auf. Die Struktur ist derart ausgelegt, dass sie zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen biegesteif ist. Die Außenlage ist dabei so stabil, dass sie nur bei vergleichsweise großen Kräften gebogen oder gar geknickt werden kann. Sie ist durch die Struktur der Zwischenlage insbesondere gegen Knicken stabilisiert. Hierdurch wird ein Vliesstoff erhalten, der auch bei größeren Abstützabständen als bei vergleichbaren Vliesstoffen des Standes der Technik eigenstabil ist und sich weniger stark durchbiegt oder gar einknickt.
Durch die verschiedenen Lagen des Vliesstoffes, welche durch die Filamente miteinander verbunden sind, wird bereits eine gewisse Grundfestigkeit des Vliesstoffes erzeugt. Eine Trennung der einzelnen Lagen wird durch die Erstreckung der Filamente in die einzelnen Lagen hinein und durch die damit geschaffene Verbindung der drei Lagen vermieden. Zur Steigerung dieser Festigkeit wird nunmehr noch vorgesehen, dass sich die Filamente in den einzelnen Lagen Punkt- oder linienförmig berühren und an vielen dieser Berührungsstellen miteinander verbunden sind. Hierdurch wird ein stabiles Netzwerk, man kann es auch als Matrix bezeichnen, gebildet, bei welchem sehr kurze Filamentabschnitte zwischen den einzelnen Berührungsstellen entstehen. Dadurch, dass die Filamentabschnitte sich somit gegenseitig auf relativ kurzen Längen abstützen, wird ein stabiles Netzwerk, in Art eines Raumfachwerkes, erhalten, welches insgesamt einen stabilen Vliesstoff ergibt. Der Vliesstoff wirkt durch das stabile Netzwerk insbesondere der Zwischenlage einer Deformation aus einem vorgegebenen Zustand entgegen, da die einzelnen freien Filamentabschnitte sehr kurz sind und die Filamente in den einzelnen Lagen sich gegenseitig abstützen. Die bei einer Deformation des Vliesstoffes erforderliche Biegung der einzelnen Filamentabschnitte ist somit nur unter größerem Kraftaufwand und Biegung einer Vielzahl von Filamentabschnitten möglich. Die Matrix der Zwischenlage weist eine druckstabile Struktur zumindest in z-Richtung auf und stützt damit auch die beiden Außenlagen. Diese Außenlagen werden durch die stabile Zwischenlage in ihrer Position gehalten und ergeben insgesamt einen stabilen Vliesstoff, da sie daran gehindert werden bei einer entsprechenden Belastung einzuknicken. Es wird damit ein Vliesstoff erhalten, welcher besonders gut für technische Anwendungen geeignet ist, da er bereits eine große Eigenstabilität aufweist. Der Vliesstoff kann daher auch über größere Bereiche freitragend verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Vliesstoff ein Halbzeug, das zu einem Endprodukt weiterverarbeitbar ist. Durch eine gezielte Formgebung, des Vliesstoffes kann beispielsweise durch Kanten oder Sicken die Tragfähigkeit des Vliesstoffes weiter erhöht werden. Dabei können auch zusätzliche Verbindungen an den Berührungsstellen geschaffen werden. Die vielen verbundenen Berührungsstellen des Halbzeuges dienen als guter Ausgangszustand für die Stabilität des Endproduktes. Die Weiterverarbeitung des Halbzeuges kann auch dadurch erfolgen, dass der Vliesstoff an einigen Stellen gepreßt wird und Verbindungsstellen in diesem Zustand in neuer Form und/oder anderer Anzahl dauerhaft geschaffen werden. Das Endprodukt weist damit unterschiedliche Dicken und Festigkeiten auf. Der Vliesstoff ist hierdurch vielfältig einsetzbar und ergibt ein stabiles Produkt, das unter anderem wärme- oder schalldämmende Eigenschaften aufweist. Die Oberflächen des Endproduktes kann hierdurch ebenfalls mit hoher Festigkeit erzeugt werden.
Vorteilhafterweise haben die Netzwerke der Außenlagen zumindest in x-/y-Richtung eine zug- und druckstabile Struktur. Diese Struktur unterstützt die Möglichkeit ein Halbzeug und später ein Endprodukt herzustellen, das eine hohe Eigenstabilität aufweist und über große Flächen selbsttragend eingesetzt werden kann. Werden die Außenlagen zug- und druckstabil „maßgeschneidert", so erzeugen sie zusammen mit der druckstabilen Zwischenlage ein sehr stabiles Vlies.
Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Netzwerke der einzelnen Lagen je nach Anforderungen des Halbzeuges oder des Endproduktes ausgebildet werden können. Sie können auch weitgehend unabhängig voneinander ausgebildet werden, so dass ein Halbzeug geschaffen wird, das die individuellen Anforderungen des Fertigproduktes optimal erfüllen kann.
Wirken die einzelnen Netzwerke einer Deformation des Vliesstoffes aus dem vorgegebenen Zustand entgegen, sind sie also derart ausgebildet, dass die einzelnen Matrizen je nach zu erwartender Krafteinwirkung gerade dieser zu erwartenden Kraft widerstehen können, so wird ein Produkt geschaffen, dass bei minimalem Materialeinsatz eine optimale Festigkeit erhält.
Der Vliesstoff erhält bereits dadurch eine gesteigerte Stabilität und Festigkeit, dass die Filamente in der Zwischenlage miteinander zu einem Netzwerk bzw. einer Matrix verbunden sind. Diese Festigkeit kann nochmals gesteigert werden, wenn die Filamente auch in einer oder jeder der Außenlagen zu einem Netzwerk miteinander verbunden sind. Somit unterstützen sich die Filamente gegenseitig bei der Aufnahme von auf den Vliesstoff einwirkenden Kräften. Dies wird bei den meisten erfindungsgemäßen Vliesstoffen der Fall sein. Es ist aber auch möglich, dass eine oder beide Außenlage/n in dem Vliesstoff bereits derartig behandelt, verarbeitet bzw. hergestellt sind, dass sie filmartig das Netzwerk der Zwischenlage bedecken.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der Vliesstoff flächig. Dies ist die ideale Form, wenn der Vliesstoff als Halbzeug für die weitere technische Anwendung Verwendung finden soll. Die Fläche kann eben oder auch einfach oder mehrfach gebogen sein. Es kann bereits bei der Herstellung des Vliesstoffes eine gewisse Grundform in den Querschnitt der Vliesstoffbahn eingebracht werden. Aus der flächigen Halbzeugform des erfindungsgemäßen Vliesstoffes ergibt sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Weiterverarbeitungsmöglichkeiten, wie sie bei technischen Anwendungen bekannt sind. Selbstverständlich schließt die Verwendung des Vliesstoffes nichttechnische Anwendungen nicht aus, wenn die entsprechenden starren Materialeigenschaften des Vliesstoffes für diese anderen Anwendungen nicht stören oder sogar hilfreich sind.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Vliesstoff derart ausgebildet ist, dass die Filamente in den Außenlagen im wesentlichen in x- und y-Richtung des Vliesstoffes orientiert sind. Die Filamente in der Zwischenlage weisen im Vergleich zu den Filamenten in den Außenlagen eine stärker ausgeprägte Orientierung in z-Richtung des Vliesstoffes auf. Durch das Zusammenwirken der längs- und querorientierten Filamente in den einzelnen Matrizen wird eine bereits stabile Grundstruktur des Vliesstoffes erhalten, welche durch die erfindungsgemäße Verbindung der Filamente an ihren Berührungsstellen eine ganz besonders stabile Ausbildung des Vliesstoffes bewirkt. Durch die Ausrichtung der Filamente in der Matrix der Außenlagen wird eine Stabilität des Vliesstoffes in x- und/oder y-Richtung erhalten. Die mehr in z-Richtung ausgerichteten Filamente der Matrix der Zwischenlage sorgen für eine Stabilität des Vliesstoffes orthogonal, also in z-Richtung zur Oberfläche des Vliesstoffes. Außerdem hält die Matrix der Zwischenlage die Matrizen der Außenlagen in Form. Der Vliesstoff wird somit sehr stabil gegenüber Zug-, Druck- und/oder Scherkräften, welche aus verschiedenen Richtungen auf den Vliesstoff einwirken. Durch die Verbindung der Filamente an ihren Berührungsstellen wird darüber hinaus bewirkt, dass ein Verschieben der einzelnen Filamente gegeneinander auf Grund von Scherkräften, die auf den Vliesstoff einwirken, erschwert wird, so dass hierdurch eine besonders hohe Stabilität des Vliesstoffes erzielt wird. Die Orientierungen der Filamente in den Außenlagen und der Zwischenlage gehen selbstverständlich allmählich ineinander über, so dass die Orientierung in z-Richtung der Filamente in der Zwischenlage am ausgeprägtesten in der Mitte der Zwischenlage in Erscheinung treten wird.
Wenn sich die Filamente in den Außenlagen in x-Richtung mindestens 3-mal der Dicke des Vliesstoffes, vorzugsweise ein Mehrfaches davon, beispielsweise 10- oder 20-mal der Dicke des Vliesstoffes erstrecken, so wird in ganz besonders vorteilhafter Weise bewirkt, dass eine hohe Festigkeit des Vliesstoffes erzeugt wird. Die Filamente bilden in den Netzwerken der Außenlagen Schlaufen, deren Längen die genannten Mindestwerte aufweisen. Hierdurch entstehen verbundene Berührungsstellen der Filamente in dem Netzwerk, welche einen besonders guten Zusammenhalt der Filamente erzeugen. Auch der aus einem solchen Vliesstoff geformte Artikel weist eine große Festigkeit und Verformbarkeit auf, da die Filamente in den Außenlagen auch bei einer Verformung des Vliesstoffes, beispielsweise beim Tiefziehen des Vliesstoffes immer noch gut zusammenhalten und genügen Überlappung aufweisen. In stark in z-Richtung verformten Gebieten des Artikels kann die Erstreckung der Filamente in den Außenlagen durch den hohen Verzug auch geringer als das 3-fache der Dicke des Vliesstoffes sein.
Vorteilhafterweise stützen sich Filamentabschnitte einer Lage an Filamentabschnitten einer benachbarten Lage ab. Werden sie auch an solchen Berührungsstellen miteinander verbunden wird eine Verschiebung der beiden Außenlagen gegeneinander wirkungsvoll erschwert. Die einzelnen Lagen haften somit fest aneinander, wodurch ein sehr widerstandsfähiger Vliesstoff erhalten wird. Durch den besseren Zusammenhalt der einzelnen Lagen wird auf diese Weise nicht nur vermieden, dass die beiden Außenlagen auseinander gezerrt werden können, sondern auch die Gesamtstabilität des Vliesstoffes wird vergrößert.
Um Kräfte aus allen Richtungen aufnehmen zu können, ist das Netzwerk dreidimensional ausgebildet. Die einzelnen Filamentabschnitte stützen sich hierdurch nach allen Richtungen ab und bewirken eine gleichmäßige Widerstandskraft des Vliesstoffes bzw. des daraus hergestellten Artikels.
Die einzelnen Filamentabschnitte widersetzen sich einer Deformation des Vliesstoffes aufgrund der Verstärkung durch die mit ihnen verbundenen anderen Filamentabschnitte in allen Richtungen. Der Vliesstoff wird somit resistent gegen Druck- und Zugbelastungen und erhält eine große Eigenstabilität.
Insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Vliesstoff erreicht, dass sich Filamentabschnitte einer Durchbiegung aufgrund der Verstärkung durch die mit ihnen verbundenen anderen Filamentabschnitte widersetzen. Die Filamentabschnitte sind in der Regel kurz abgestützt, so dass besonders knickstabile Stäbe in Form der Filamentabschnitte erreicht werden. Auch dadurch, dass nicht nur punktförmige Verbindungen, sondern auch linienförmige Verbindungen der Filamentabschnitte an ihren Berührungsstellen entstehen, werden Verstärkungen der einzelnen Filamentabschnitte im Hinblick auf ihren Gesamtquerschnitt erhalten. Auch dies dient dem Widerstand gegen Deformation oder Durchbiegung des gesamten Vliesstoffes und des Artikels.
Vorteilhafterweise ist der Vliesstoff derart ausgebildet, dass das Netzwerk einer lokalen Längenausdehnung mindestens einer Außenlage, welche bei der Durchbiegung des Vliesstoffes aus dem vorgebebenen Zustand vorkommen müsste, entgegenwirkt. Die eine oder beide Außenlagen wirken damit als versteifendes Element des Vliesstoffes. Das Flächenträgheitsmoment wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau gegenüber einem herkömmlichen Vliesstoff erhöht. Der daraus hergestellte Artikel weist dadurch eine hohe Eigenstabilität auf und wird auch bei großen Abstützabständen und keinen oder wenigen Verstärkungen den beispielsweise im Automobilbau zulässigen und vorgegebenen Durchhang erfüllen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Netzwerk derart gestaltet ist, dass es einer Zugkraft und/oder einer Scherkraft und damit einer lokalen Längenausdehnung in einer beliebigen Richtung entgegenwirkt. Es wird damit ein reißfester Vliesstoff erzeugt, welcher darüber hinaus nur unter relativ großem Kraftaufwand verformbar ist. Insbesondere wird bewirkt, dass der Vliesstoff zumindest sein Eigengewicht über eine größere Fläche hinweg ohne bedeutende Durchbiegung oder Verformung trägt. Dies wird durch den einerseits lockeren Aufbau insbesondere der Zwischenlage und dem dadurch erzielbaren geringen Flächengewicht bei gleichzeitiger innerer Aussteifung des Vliesstoffes erhalten. Der Vliesstoff wird dadurch auch gegenüber einer Druckkraft stabil, welche zu einem großen Teil durch die vernetzte Zwischenlage aufgenommen wird.
Um die Aufnahme einer Druckkraft zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn in der Zwischenlage und/oder in mindestens einer Außenlage, aber je nach Druckfestigkeit auch in der Zwischenlage das Verhältnis von Länge zu Durchmesser einer Vielzahl der Filamentabschnitte derart gewählt ist, dass die einzelnen Filamentabschnitte im Sinne eines stabilen Knickstabes auch relativ große Druckkräfte aufnehmen können, ohne dass sie ausknicken.
Vorzugsweise ist das Netzwerk der Zwischenlage bezüglich seiner Fähigkeit der Druckaufnahme im wesentlichen gleichmäßig ausgebildet, so dass keine partiellen Schwachstellen des Vliesstoffes entstehen, an denen der Vliesstoff einknicken könnte. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn keine sich linear erstreckenden Schwachstellen vorhanden sind, welche ein Knicken entlang dieser Schwachstellen ermöglichen würden.
Für manche Anwendungen des Endproduktes ist es vorteilhaft, wenn der Vliesstoff im x-z- bzw. y-z-Querschnitt, insbesondere bezüglich der beiden Außenlagen asymmetrisch ausgebildet ist. Somit können auf die jeweilige Außenlage einwirkende unterschiedliche Zug- und Druckkräfte aufgenommen werden. Je nach Einbaulage des Endartikels kann somit unter geringst möglichem Gewicht und minimalem Materialeinsatz ein Vliesstoff geschaffen werden, welcher optimal an die Anforderungen angepasst werden kann. So kann je nach Belastungsrichtung die Matrix bzw. das Netzwerk einer Außenlage beispielsweise wesentlich dicker als die der anderen Außenlage geschaffen werden, wodurch auf die unterschiedliche Aufnahme von Zug- und Druckkräften Rücksicht genommen werden kann. So wird beispielsweise die Matrix der Außenlage, welche mehr auf Druck belastet wird, dicker ausgeführt als die Matrix der auf Zug belasteten Außenlage. Durch den geringeren Materialeinsatz wird auch das Eigengewicht reduziert, was weitere Vorteile hinsichtlich der Tragfähigkeit und des Gewichts beim Einbau in den technischen Gegenstand bewirkt.
Um die Tragfähigkeit des Vliesstoffes optimal zu nutzen, kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, dass die Dichte des Vliesstoffes in den Matrizen bzw. den Netzwerken der Außenlagen höher als in der Matrix bzw. dem Netzwerk der Zwischenlage ist. Insbesondere wenn der Vliesstoff auf Durchbiegung beansprucht werden soll, ist dies von Vorteil, da hierdurch das Flächenträgheitsmoment des Vliesstoffes erhöht wird, wenn mehr Material in den Außenlagen des Vliesstoffes angeordnet ist. Die Zwischenlage dient dann als stabiler Abstandshalter für die beiden Außenlagen.
Vorteilhafterweise sind die Filamente des Vliesstoffes Bikomponenten-Filamente oder Bikonstituenten-Filamente. Sie bestehen aus verschiedenen Materialien, die unterschiedliche Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen. Bei einer Ausführung solcher Filamente ist der erst bei einer höheren Temperatur schmelzende Kern des Filamentes von einem bei einer niedrigeren Temperatur schmelzenden Mantel umgeben. Hiermit kann durch ein Sondieren des Vliesstoffes bewirkt werden, dass sich die Berührungsstellen dauerhaft verbinden und zur Kraftübertragung dienen, indem die äußere Komponente des Bikomponenten-Filamentes kurzzeitig geschmolzen und dann wieder verfestigt wird. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf solche Bikomponenten-Filamente oder auf Bikonstituenten-Filamente beschränkt. So sind beispielsweise auch Monokomponenten-Filamente einsetzbar, welche zur Verbindung selbst geschmolzen werden oder mit Klebstoffen verbunden werden. Die Klebstoffe können zur Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes gelöst und erneut fixiert werden oder es werden für die Weiterverarbeitung Klebstoffe hinzugefügt, welche den Vliesstoff in seiner neuen Form stabilisieren. Auch sind verschiedenste Querschnitte der Filamente möglich, um verschiedene Eigenschaften, wie Stabilität oder Wärme- oder Schalldämmung des Vliesstoffes zu erzeugen.
Vorzugsweise sind die Filamente Spinnvliesfasern oder Schmelzblasfasern. Die Herstellung des Vliesstoffes ist mit diesen bekannten Fasern sehr schnell und kostengünstig möglich.
Sind die Filamente aus thermoplastischen Materialkombinationen, beispielsweise aus PET, PBT, PP, PE oder PA als eine Strukturkomponente und CoPET, CoPBT, PP oder PE als eine Klebekomponente der Filamente (5) hergestellt, und weisen sie unterschiedliche Schmelztemperaturen auf, so kann das miteinander Verschmelzen der Filamente besonders gezielt erfolgen. Durch eine mehr oder weniger hohe Temperatur im Bereich der Komponente mit der niedrigeren Schmelztemperatur kann die Art und Menge der Verbindungsstellen beeinflußt werden, ohne die Festigkeit der anderen Komponente zu verringern. Die niedriger schmelzende Komponente dient sozusagen als Kleber für die Verbindung der höherschmelzenden Komponente. Durch die Verwandtschaft der Materialien der Komponenten ist eine gute Recyclingfähigkeit dennoch vorhanden.
Weisen die verwendeten Filamente je nach Anforderungsprofil eines daraus herzustellenden Artikels und des Herstellungsverfahrens eine Dicke mit einen Wert von weniger als 40 μm bzw. 20 dtex, vorzugsweise zwischen 7 und 38 μm bzw. 0,5 und 15 dtex auf, so sind sie einerseits gut verarbeitbar und ergeben andererseits ein besonders stabiles und geräuschabsorbierendes Produkt. Die Filamente weisen in dem Vliesstoff alle die selbe Dicke auf. Unterschiedliche Filamente werden nicht verwendet, auch wenn natürlich andere Filamente bei besonderen Ausführungsbeispielen zusätzlich aufgebracht werden können. Die Wahl der verwendeten Filamentdurchmesser kann abhängig sein von den geforderten mechanischen und akustischen Eigenschaften des Artikels, der aus dem Vliesstoff hergestellt werden soll.
Um ein besonders festes Vlies bei gleichzeitig geringem Flächengewicht zu erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn in einem Raumelement der Zwischenlage die Anzahl der Berührungsstellen, die miteinander verbunden sind, geringer als in den Außenlagen ist. Es werden hierdurch stabilere Außenlagen erzeugt, welche auf diese Außenlagen einwirkenden Kräfte, die insbesondere in x-y-Richtung ausgerichtet sind, entgegenwirken. Wird dagegen ein Vliesstoff erwartet, welcher besonders druckfest ist, so wird versucht werden in einem Raumelement der Zwischenlage die Anzahl der miteinander verbundenen Berührungsstellen zu vergrößern, und deren Anzahl gegebenenfalls gleich oder größer als in den Außenlagen zu schaffen.
Um die Eigenschaften des Artikels zu beeinflussen, beispielsweise um die Stabilität des Vliesstoffes weiter zu erhöhen oder auch die Optik des Vliesstoffes an geforderte Bedingungen des Endartikels anzupassen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine der beiden Außenlagen mit weiteren Materialien, beispielsweise Fasern, Vliesen, Textilien, Leder, Papier oder Folien belegt ist. Die Verbindung kann beispielsweise durch kleben, bondieren, laminieren oder kaschieren erfolgen. Hierdurch kann eine optisch ansprechende sichtbare Seite des Vliesstoffes geschaffen werden. Auch können Eigenschaften des Vliesstoffes wie Schall- oder Geruchsabsorption, Haptik, Wasserabweisung oder ähnliches erhalten werden. Häufig ist es aber gar nicht erforderlich die Oberfläche des Artikels mit zusätzlichen Materialien zu belegen, da die Oberflächengüte des erfindungsgemäßen Vliesstoffes und dem daraus hergestellten Artikel bereits ausreichend ist, da durch die Ausrichtung der Aussenlagen, die Verschlaufung der Filamente und das gute Bonding eine sehr gute Oberflächenbeschaffenheit erreicht wird.
Insbesondere aus Gründen eines kostengünstigen Recyclings des Vliesstoffes ist es besonders vorteilhaft, wenn der Vliesstoff und/oder das Material, mit dem der Vliesstoff belegt ist, aus einem einheitlichen Material geschaffen ist. Die Verbindung der einzelnen Filamentabschnitte an den Berührungsstellen wird dadurch nicht mit Fremdmaterialien geschaffen, sondern vorteilhafterweise durch das Filamentmaterial selbst oder durch Materialien, welche mit dem Material des Filaments zumindest verwandt sind. So kann bei einem Bikomponenten-Filament als Kern ein Polyester und als Mantel ein Co-Polyester verwendet werden.
Ist der Vliesstoff und/oder das Material, mit dem der Vliesstoff belegt ist, mit Additiven zur Verbesserung der Produkteigenschaften, beispielsweise hinsichtlich Entflammbarkeit, Abriebfestigkeit, Medienbeständigkeit, z. B. bzgl. Öl oder Wasser oder Akustik, versehen, so kann der aus dem Vliesstoff hergestellte Artikel sehr individuell angewendet werden. Als Additive können zum Beispiel Farben oder flammhemmende Mittel zugesetzt werden, welche besondere Einsatzzwecke des Vliesstoffes erlauben. Die Feuerfestigkeit des Artikels kann beispielsweise gemäß FMVSS 302 nachgewiesen werden.
Vorteilhafterweise sind die Verbindungen der Berührungsstellen für die Weiterverarbeitung des Vliesstoffes lösbar und anschließend in gleicher oder veränderter Anzahl, Größe, Festigkeit und/oder Winkel der miteinander verbundenen Filamente wieder herstellbar. Die Verbindungen können dabei im Halbzeug zahlenmäßig gering sein, um alleine die Grundfestigkeit des Vliesstoffes sicherzustellen. Im weiterverarbeiteten Endprodukt kann dann die Anzahl der Verbindungen erhöht werden um eine höhere Festigkeit des Vliesstoffes zu erzeugen. Das Lösen der Verbindungen kann beispielsweise mittels Dampf erfolgen. Im Laufe der Weiterverarbeitung kann auch die Größe der Verbindungsstelle verändert werden. Aus einer oder zwei kleineren Verbindungsstellen kann eine größere Verbindungsstelle erzeugt werden. Auch kann der Kreuzungswinkel zweier Filamente während der Weiterverarbeitung verändert werden, indem die Verbindung unter Stress gesetzt wird und in der neuen Position wieder fixiert wird.
Vorteilhafterweise weist die Dicke des Vliesstoffes einen Wert zwischen 5 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 30 mm auf. Es damit ein Vliesstoff herzustellen, der vielfältig weiterverarbeitet werden kann.
Weist der Vliesstoff ein Flächengewicht zwischen 400 und 2500 g/m², vorzugsweise 400-1800 g/m² auf, so ist er insbesondere im Fahrzeugbau, bei welchem niedrige Gewichte gefordert werden, sehr gut einsetzbar.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffes mit mindestens einer, vorteilhafterweise zwei Außenlagen und einer Zwischenlage, bei welchen sich die Filamente in zumindest zwei, vorzugsweise drei der Lagen befinden, wird das Filament auf ein Ablagefeld abgelegt. Die Zwischenlage des Vliesstoffes wird durch das Ablegen von Teilen der Filamente in einem Zentralbereich des Ablagefeldes und Außenlagen des Vliesstoffes werden durch Ablegen von weiteren Teilen der Filamente in jeweiligen Seitenbereichen des Ablagefeldes gebildet. Die so abgelegten Filamente werden durch den Zentralbereich abgezogen, wobei die in den Seitenbereichen abgelegten Teile der Filamente gegenüber den im Zentralbereich abgelegten Teilen der Filamente geklappt werden, so dass die in der oder den Außenlage/n befindlichen Teile der Filamente im wesentlichen in x-y-Richtung des Vliesstoffes und die in der Zwischenlage befindlichen Teile der Filamente im Vergleich zu den Filamenten in den Außenlagen eine stärker ausgeprägte Orientierung in z-Richtung des Vliesstoffes aufweisen. In der Zwischenlage, vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen wird ein Netzwerk aus den Filamenten gebildet, wobei die einzelnen Filamente andere der Filamente berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen bilden. Die Filamente werden an vielen der Berührungsstellen miteinander verbunden und bilden dadurch das Netzwerk aus Filamenten, wobei wenigstens das Netzwerk der Zwischenlage eine druckstabile Struktur zumindest in z-Richtung aufweist. Das Netzwerk der Zwischenlage wird so gebildet, dass es eine Struktur aufweist, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen biegesteif und gegen Knicken stabilisiert wird. Der Vliesstoff erhält hierdurch eine größere Eigenstabilität bezüglich seiner Durchbiegung und seiner Knickneigung als dies bei vergleichbaren Vliesstoffen des Standes der Technik der Fall ist. Vergleichbare Vliesstoffe sind beispielsweise Vliesstoffe mit gleichem Flächengewicht, gleicher Dicke oder gleichen Filamenten.
Der Vliesstoff wird durch Abziehen aus dem Ablagefeld gebildet, wobei die in den Seitenbereichen abgelegten Teile der Filamente gegenüber den im Zentralbereich abgelegten Teilen der Filamente geklappt werden. Hierdurch wird bewirkt, dass die in den Außenlagen befindlichen Teile der Filamente in z-Richtung im wesentlichen parallel zueinander und zum großen Teil im wesentlichen orthogonal zu den in der Zwischenlagen befindlichen Filamentabschnitten stehen. Je weiter die Teile der Filamente, die später geklappt werden, vom Zentralbereich weg abgelegt werden, desto länger wird in x-Richtung die Längserstreckung der Teile der Filamente, die in den Außenlagen angeordnet sind.
Der Vliesstoff kann aus einem einheitlichen Material hergestellt werden und dadurch in idealer Weise recycled werden. Auch ist durch die entsprechende Herstellung gewährleistet, dass die sich berührenden Filamentabschnitte an vielen Berührungsstellen verbinden. Erst durch diese sehr häufige Verbindung, wodurch Knoten durch Kreuzung von Filamenten und Verstärkungsstrecken durch paralleles Aneinanderlagern oder Strukturen, welche an eine Leiter erinnern, gebildet werden, wird ein sehr eigenstabiles Vlies erzeugt.
Die einzelnen Filamente können Endlosfilamente sein oder auch aus im wesentlichen kontinuierlichen Stücken bestehen, welche eine Länge von beispielsweise mehr als 15 cm oder mehr als einem Meter aufweist oder einer Länge hat, welche durch den gesamten hergestellten Vliesstoff verläuft. Wichtig ist jedenfalls, dass sich die Filamente nicht nur in einer der drei Lagen befinden, sondern von einer Lage zumindest in die benachbarte, besser noch in alle drei Lagen reichen und somit eine gewisse Grundstabilität des Vliesstoffes erzeugen. Durch die darüber hinaus erfolgende Vernetzung wird schließlich die Festigkeit des Vliesstoffes erzeugt. Die Bildung des Netzwerkes einer jeden Lage des Vliesstoffes durch gezielte Ablage der Teile der Filamente in den einzelnen Lagen bewirkt zusammen mit der Verbindung vieler Berührungsstellen der Filamente eine gezielte und vorbestimmbare Festigkeit des Vliesstoffes. Der Vliesstoff kann somit maßgeschneidert auf die jeweilige Anforderung des Endproduktes werden.
Der so hergestellte Vliesstoff kann anschließend zugeschnitten und seinem bestimmungsgemäßen Einsatz zugeführt werden. Neben dem Zuschnitt ist darüber hinaus auch möglich, dass der Vliesstoff einer weiteren Formgebung ausgesetzt wird und somit auf die speziellen Anforderungen des Endproduktes, für welches der erfindungsgemäße Vliesstoff als Halbzeug verwendet wird, eingegangen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Filamente oszillierend auf dem Ablagefeld abgelegt werden. Hierdurch werden die Teile der Filamente auf die Seitenbereiche und den Zentralbereich des Ablagefeldes hin- und hergehend verteilt. Die Filamente werden damit auf das Ablagefeld gespeist und bilden so nacheinander die Materialzufuhr für die Außenlagen und die Zwischenlage des späteren Vliesstoffes. Um den flächig erstreckten Vliesstoff zu erzeugen sind eine Vielzahl von Filamenten nebeneinander in Art eines Vorhanges dem Ablagefeld zugeführt. Die Fläche, auf welcher die Filamente auf dem Ablagefeld auftreffen, entspricht im wesentlichen jeweils einem Oval, welche sich überlappen können. Hierdurch wird auch eine Vernetzung benachbarter Filamente erzeugt, was zu einer weiteren Stabilität des Vliesstoffes beiträgt.
Vorteilhafterweise wird das Dickenpotential des Vliesstoffes, der Außenlagen und der Zwischenlage unter anderem durch die Breite und Form des Zentralbereichs und der jeweiligen Seitenbereiche des Ablagefeldes bestimmt. Das bedeutet, dass abhängig von Zentralbereich und Seitenbereichen festgelegt werden kann, welche Dicke das Halbzeug und damit auch das Endprodukt erhalten kann. Das Ablagefeld bestimmt, in welcher Art die Filamente auftreffen und beim Abziehen ab- und umgelenkt werden. Durch einen breiten Zentralbereich in Relation zu den Seitenbereichen wird ein Vliesstoff erzeugt werden, welcher relativ dünne Außenlagen und eine breite Zwischenlage erhält. Durch in Relation zum Zentralbereich breitere Seitenbereiche des Ablagefeldes werden dickere Außenlagen im Vergleich zu der Zwischenlage erzeugt. Im wesentlichen kann festgestellt werden, dass die im Zentralbereich oder in der Nähe des Zentralbereichs auftreffenden Teile der Filamente eher der Zwischenlage des Vliesstoffes zugeführt werden und die in den Seitenbereichen des Ablagefeldes auftreffenden Teile der Filamente eher umgeklappt und orthogonal zu den Teilen der Filamente der Zwischenlage den Außenlagen zugeordnet werden.
Vorteilhafterweise wird die Herstellung des Vliesstoffes auch durch die Amplitude der oszillierenden Ablage der Filamente bestimmt. Schwingt die Ablage der Filamentabschnitte weit über den Zentralbereich des Ablagefeldes hinaus, so wird eine dickere Außenlage des Vliesstoffes erzeugt. Im Gegensatz hierzu erhält der Vliesstoff eine dünnere Außenlage, wenn die Filamentablage nur geringfügig über den Zentralbereich hinausschwingt. Auch die Längserstreckung der Filamente in den Außenlagen wird maßgeblich durch die Amplitude bestimmt. Je weiter die Filamente in den Seitenbereich hineinschwingen, desto länger wird die Schlaufe des Filamentes, das in die Außenlage hineingeklappt wird.
Die Amplitude wird unter anderem durch die Liefergeschwindigkeit der Filamente und der Abzugsgeschwindigkeit des Vliesstoffes bestimmt. Je langsamer der Vliesstoff abgezogen wird, desto mehr und länger werden Teile des Filamentes in den Seitenbereich gelegt werden.
Die Filamente können auf das Ablagefeld nach dem Meltblown-, dem Spunlaying-Verfahren aufgebracht werden. Diese Aufbringungsverfahren sind an sich bekannt. Bei dem Meltblown-Verfahren werden die endlosen Filamente durch einen Luftstrom miteinander verwirbelt und anschließend auf das Ablagefeld aufgebracht. Die Filamente können dabei in einzelne Teile zerrissen werden. Beim Spunlaying-Verfahren werden die endlosen Filamente in ihrer endlosen Form beibehalten und kontinuierlich auf das Ablagefeld aufgespeist. Jedes dieser Aufbringungsverfahren erzeugt einen mehr oder weniger anderen Charakter des Vliesstoffes. Bei jedem dieser Verfahren wird aber durch das anschließende Sondieren, das heißt dem Fixieren von Berührungsstellen der Filamente ein stabiler Vliesstoff erzeugt, welcher eine stark vernetzte und sich gegenseitig abstützende Struktur aufweist.
Eine besonders gute Vernetzung der Filamentabschnitte miteinander wird erreicht, wenn die Ablage des Filaments auf dem Ablagefeld derart ist, dass die Wahrscheinlichkeit des Ablegens eines Teiles des Filamentes im Seitenbereich des Ablagefeldes kleiner ist als die Wahrscheinlichkeit des Ablegens im Zentralbereich bzw. in seiner Nähe. Hierdurch wird eine besonders große Anzahl von Filamentabschnitten dem Zentralbereich und damit der Zwischenlage des Vliesstoffes zugeführt. In dem Vliesstoff wirkt sich dies derart aus, dass auch bei einer größeren Dicke der Zwischenlage eine ausreichende Anzahl von Filamentteilen enthalten ist, welche für eine Vernetzung und damit die Abstützung der einzelnen Filamentabschnitte auf kurzen Längen gewährleistet wird.
Um den Vliesstoff für die Weiterverarbeitung insbesondere an die Anforderungen des Endproduktes anzupassen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Vliesstoff im Anschluss an die Herstellung der Außenlagen und der Zwischenlage mit wenigstens einer weiteren Materiallage verbunden, insbesondere geklebt, gebondet oder kaschiert wird. Hierdurch kann beispielsweise das optische Erscheinungsbild des Vliesstoffes an die jeweiligen Anforderungen der Konstruktion des Endproduktes angepasst werden.
Eine Möglichkeit der Aufbringung der weiteren Lage besteht darin, dass das Vlies beispielsweise mit dem Meltblown-Verfahren mit weiteren Fasern belegt wird. Hierbei handelt es sich um ein sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines geeigneten Verbundvliesstoffes.
Als weitere Lage können auch Fasern nach anderen Verfahren, Textil, Vliese, Leder-, Papier- oder Folienmaterialien, insbesondere durch verkleben, bondieren oder kaschieren aufgebracht werden um das optische Erscheinungsbild oder auch andere Anforderungen des Endproduktes erfüllen zu können.
Der erfindungsgemäß hergestellte Vliesstoff dient im wesentlichen als Halbzeug für die Herstellung von Endprodukten. Dementsprechend kann der Vliesstoff im Anschluss an die Herstellung der Außenlagen und der Zwischenlage verformt werden. Durch die Verformung kann eine zusätzliche Stabilität des Vliesstoffes erhalten werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch die Verformung das Netzwerk des Vliesstoffes verändert wird. Die Verformung kann unter anderem auf die bestehenden Verbindungen an den Berührungsstellen der Filamentabschnitte einwirken, indem diese Verbindungen aufgehoben, das heißt wieder gelöst werden und/oder neue Verbindungen geschaffen werden. So ist es möglich, dem Vliesstoff in der neuen Formgebung wiederum eine Eigenstabilität bereits durch die innere Netzstruktur der Außenlagen und der Zwischenlage zu geben. Das Lösen der Verbindungen kann beispielsweise mittels Dampf erfolgen. Durch das Ändern der Anzahl der Verbindungen kann die Festigkeit des Vliesstoffes insbesondere für den jeweiligen Einsatzzweck des Endproduktes gegenüber dem Vliesstoff als Halbzeug verändert werden. Auch kann durch die Verformung das Netzwerk dadurch dauerhaft verändert werden, dass bestehende Winkel der einander in einer Verbindung kreuzenden Filamente und/oder die Größen der Verbindungen verändert werden. Die Kreuzungswinkel können beispielsweise verkleinert werden, um die Dicke des Vliesstoffes zu verringern.
Zum Erhalt der neuen Formgebung des Vliesstoffes für das Endprodukt kann es auch vorteilhaft sein, wenn im Anschluss an die flächige Herstellung der Außenlagen und der Zwischenlage die Dichte der jeweiligen Lage verändert wird. Durch Komprimierung oder auch durch Expansion beispielsweise der Zwischenlage wird die Charakteristik und die Form des Vliesstoffes verändert. Auch diese Form kann durch Auflösung und/oder Neubildung von Verbindungen der Berührungsstellen unterstützt oder sogar erzeugt werden. Die Formgebung durch Veränderung der Lagen kann gleichmäßig über den gesamten Vliesstoff erfolgen oder aber auch lokal um unterschiedliche Formen des Vliesstoffes zu erzeugen.
Der neu geschaffene Vliesstoff eignet sich besonders gut für die Verwendung als Halbzeug für technische Bauteile. So bietet sich der Vliesstoff insbesondere für den Einsatz bei der Isolation von Gegenständen an, da der Vliesstoff eine Vielzahl von Hohlräumen hat, welche sowohl für eine Wärme- als auch für eine Schallisolation sorgen. Selbstverständlich ist auch die Verwendung des Vliesstoffes für die Formgebung oder Verstärkung im Fahrzeugbau geeignet. So können die Vliesstoffe beispielsweise als Dachhimmel, aber auch als Kaschierungen von Verkleidungen von Innenausstattungsteilen um besonders gute haptische Eigenschaften der Verkleidungen zu erzeugen, Verwendung finden. Durch die Eigenstabilität des erfindungsgemäßen Vliesstoffes sind auch große freitragende Flächen erzeugbar. Der erfindungsgemäße Vliesstoff eignet sich auch beispielsweise für den Einsatz im Hoch- und Tiefbauwesen. Er kann zur Erzeugung von Zwischenlagen im Straßenbau oder im Deponiebau eingesetzt werden. Auch kann er sich eignen zur Verstärkung von Betonbauteilen. Darüber hinaus ist der Einsatz des Vliesstoffes auch in der Medizintechnik denkbar. Hier kann er beispielsweise zur Stabilisierung von Bauteilen oder auch von Verbänden oder Röhren eingesetzt werden. Die hier beschriebene Darstellung der Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Vliesstoffes ist nicht abschließend. So ergeben sich viele weitere Anwendungsmöglichkeiten für diesen neuen stabilen Vliesstoff.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vliesstoff,
2 einen Ausschnitt aus dem Vliesstoff mit angedeuteten Verbindungsstellen,
3 einen Ausschnitt auf eine Draufsicht auf den Vliesstoff mit angedeuteten Filamentschlaufen,
4a-c verschiedene Veränderungen der Verbindungsstellen
5 das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes mit einer schematisch dargestellten Ablagefläche,
6 die Herstellung gemäß 4 mit einer abgeänderten Ablagefläche,
7 eine Draufsicht auf eine Ablagefläche mit mehreren Filamenten,
8 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Vliesstoff während der Sondierung,
9a-c Details eines erfindungsgemäßen Vliesstoffes im Zwischenbereich,
10a-c weitere Details eines Vliesstoffes in einem Randbereich,
11a-c Details eines Vliesstoffes in einem weiteren Randbereich,
12 Details eines weiteren erfindungsgemäßen Vliesstoffes,
13 Details eines weiteren erfindungsgemäßen Vliesstoffes,
14a eine geöffnete Form mit einem Vliesstoff,
14b eine geschlossene Form mit einem geformten Artikel,
14c den fertig geformten Artikel,
15 Details eines erfindungsgemäßen Artikels und
16 ein Fahrzeug mit Anwendungen für den erfindungsgemäßen Artikel.
In 1 ist ein Querschnitt in schematischer Darstellung durch einen Vliesstoff 1 dargestellt. Es ist daraus ersichtlich, dass der Vliesstoff 1 aus einer ersten Außenlage 2 und einer weiteren Außenlage 3 besteht, welche durch eine Zwischenlage 4 voneinander beabstandet sind. In der Außenlage 2 und der Außenlage 3 sowie in der Zwischenlage 4 sind eine Vielzahl von Filamenten 5 angeordnet, welche sich aus einer im wesentlichen horizontalen Lage in der Außenlage 2 in eine tendenziell vertikale Lage in der Zwischenlage 4 und anschließend wiederum in eine horizontale Lage in der Außenlage 3 bewegen. Jedes einzelne der Filamente 5 dieses Ausführungsbeispieles ist somit in beiden Außenlagen 2, 3 und in der Zwischenlage 4 eingebunden. Der Vliesstoff 1 erstreckt sich flächig in x-/y-Richtung mit einer Dicke d_V in z-Richtung, welche sich aus den beiden einzelnen Dicken d_A der Außenlagen 2, 3 und der Dicke d_Z der Zwischenlage 4 zusammensetzt. Durch den öfters auftretenden allmählichen Übergang der Filamente 5 aus einer Außenlage 2 in die Zwischenlage 5 und zurück in die andere Außenlage 3 ist die Dicke d_A bzw. d_Z der einzelnen Lagen nicht immer exakt zu ermitteln, es ist aber in dem Vliesstoff 1 die tendenzielle Orientierung der Filamente 5 in den Außenlagen 2, 3 in x-/y-Richtung und in der Zwischenlage 4 in z-Richtung meist sehr gut zu erkennen.
Die einzelnen Filamente 5 sind in den Außenlagen 2, 3 und der Zwischenlage 4 jeweils miteinander vernetzt. Jede Lage 2, 3, 4 bildet für sich ein Netzwerk, man kann es auch eine Matrix nennen, das eine vorbestimmte Eigenschaft hinsichtlich seiner Fähigkeit zur Kraftaufnahme besitzt. Die Vernetzung entsteht dadurch, dass sich die einzelnen Filamente 5 an einer Vielzahl von Berührungsstellen 7 begegnen, an welchen sie miteinander verbunden sind. Durch diese Verbindung entsteht ein stärkerer Zusammenhalt in den einzelnen Lagen 2, 3, 4. Der Vliesstoff 1 ist somit sehr widerstandsfähig in Bezug auf eine Druckkraft D oder eine Zugkraft Z, welche an der Oberfläche des Vliesstoffes 1 angreifen. Bei einer Druckkraft D auf die Oberfläche des Vliesstoffes 1 ist die freie Knicklänge des einzelnen Filaments 5 durch die Vielzahl von verbundenen Berührungsstellen 7 verringert. Jedes Filament 5 wird sozusagen durch benachbarte Filamente 5 abgestützt, so dass hierdurch ein Raumtragwerk aus einzelnen Filamenten 5 gebildet wird. Die Matrix der Zwischenlage 4 stützt sozusagen die Außenlagen 2, 3 ab. Ein ähnlicher Effekt tritt ein, wenn eine Zugkraft Z auf die Oberfläche des Vliesstoffes 1 einwirkt. Hier wird die Streckung des einzelnen Filaments 5, insbesondere in der Zwischenlage 4, durch den Rückhalt benachbarter Filamente 5, welche an den Berührungsstellen 7 angreifen, vergrößert.
Die Vielzahl von Berührungsstellen 7 verstärken den Vliesstoff 1 nicht nur bezüglich einer Druckkraft D und einer Zugkraft Z, sondern auch bezüglich einer Scherkraft S, welche die einzelnen Lagen 2, 3, 4 gegeneinander verschieben möchte. Auch hier wirkt die Vernetzung der einzelnen Filamente 5 in den Netzwerken der Lagen 2, 3, 4 dahingehend, dass sich die einzelnen Filamente 5 bei der Kraftaufnahme unterstützen und somit ein festeres Vlies 1 bilden. Die Netzwerke sind in jeder der Lagen 2, 3, 4 vorhanden, so dass eine optimale Kraftaufnahme gewährleistet ist. Darüber hinaus stützen sich die einzelnen Lagen 2, 3, 4 durch die verbundenen Berührungsstellen 7 auch gegenseitig ab, so dass auch hierdurch eine stabile Bauweise des Vliesstoffes 1 entsteht.
Eine Besonderheit der Erfindung ist es, dass die Filamente 5 weit in die Außenlagen 2, 3 hinein ragen. Sie bilden, wie in 1, 2 und 3 schematisch dargestellt, Schlaufen FS mit einer Länge I, welche in der Regel ein Mehrfaches der Dicke d_V vorteilhafterweise mehr als das 3-fache, häufig sogar das 20-fache dieser Dicke d_V des Vliesstoffes 1 entspricht. Die Schlaufen FS entstehen dadurch, dass die Filamente 5 aus der Matrix der Zwischenlage 4 in die Matrix der Außenlage 2 oder 3 eintreten, in dieser im wesentlichen entlang der Oberfläche des Vliesstoffes 1 verlaufen, innerhalb der Außenlage 2 oder 3 eine Art Bogen beschreiben und sich in die Gegenrichtung erstrecken. Etwa im Bereich des Eintritts in die Außenlage 2 oder 3 verlässt das Filament 5 schließlich wieder die Außenlage 2 oder 3 und tritt wieder in die Matrix der Zwischenlage 4 und dann in die gegenüberliegende Außenlage 3 oder 2 ein um dort etwa den selben Verlauf zu nehmen. Durch diese Filamentschlaufen FS wird in Verbindung mit den verbundenen Berührungsstellen 7 ein fester Filamentverbund in den Matrizen der Außenlagen 2, 3 geschaffen.
In 2 ist schematisch ein vergrößerter Ausschnitt aus dem Vliesstoff 1 dargestellt. In dieser Darstellung ist der Verlauf der einzelnen Filamente 5 ersichtlich, welche sich im wesentlichen in der Darstellung von links in der Außenlage 2 beginnend nach rechts innerhalb der Außenlage 2 erstrecken, sodann nach unten abgeknickt die Zwischenlage 4 durchlaufen und wiederum im wesentlichen rechtwinklig nach links in die Außenlage 3 hinein verlaufen. Die einzelnen Filamente 5 können diesen Verlauf mehrfach nehmen, wenn sie eine entsprechende Länge aufweisen. Bei kurzen Filamenten 5 ist es aber auch denkbar, dass die Filamente 5 nur von der einen Außenlage 2 über die Zwischenlage 4 in die andere Außenlage 3 verlaufen.
In der Darstellung der 2 ist auch die unterschiedliche vernetzte Struktur der einzelnen Lagen 2, 3 und 4 des Vliesstoffes 1 dargestellt. Die einzelnen Filamente 5 bilden eine Vielzahl von Filamentabschnitten 6, welche sich zwischen zwei Berührungsstellen 7 erstrecken. Die Berührungsstellen 7 bezeichnen die Stellen, an welchen sich Filamente 5 berühren und miteinander verbunden sind. Die Berührungsstellen 7 können nahezu punktförmig sein, sich aber auch flächig erstrecken, wie dies mit der Berührungsstelle 7' angedeutet ist. Auf diese Weise entstehen neben den Knotenpunkten an den Berührungsstellen 7 auch verstärkte Filamentabschnitte 6, welche auch zur Stabilität des Vliesstoffes 1 beitragen.
Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, sind die einzelnen Filamentabschnitte 6 deutlich kürzer als beispielsweise der Abstand zwischen den beiden Außenlagen 2 und 3. Ohne die Bildung dieser verbundenen Berührungsstellen 7 wäre die freie Knicklänge eines Filaments 5 entsprechend der Dicke d_Z der Zwischenlage 4. Dies führt zwangsläufig zu einem sehr weichen Produkt, was je nach Anwendung auch Vorteile haben mag, aber für den vorliegenden Vliesstoff 1 nicht gewünscht ist. Die Berührungsstellen 7 sind nicht nur in der Zwischenlage 4, sondern auch in den Außenlagen 2 und 3, so dass auch die Außenlagen 2 und 3 wesentlich stabiler werden, als wenn die einzelnen Filamente 5 nur ohne verbundene Berührungsstellen 7 aneinander liegen würden. In diesem Falle würden lediglich Reibungskräfte der einzelnen Filamente 5 für den Zusammenhalt sorgen, so ist der Vliesstoff 1 jedoch durch eine mechanische Verbindung der einzelnen Filamente gefestigt.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff ist im wesentlichen ein Halbzeug, das für eine Weiterverarbeitung bestimmt ist. Während der Weiterverarbeitung wird auf die Verbindungen der Berührungsstellen 7 Einfluß genommen. Die 4a bis 4c zeigen verschiedene Berührungsstellen 7 von Filamenten 5, wie sie ausgehend vom Halbzeug bis zum Endprodukt verändert werden können. In 4a wird der Kreuzungswinkel zwischen zwei Filamenten 5 verändert. Während beim Halbzeug in der linken Darstellung der Kreuzungswinkel α relativ groß ist, wurde die Berührungsstelle 7 in der Weiterverarbeitung unter Stress gesetzt und der kleinere Winkel α' erzeugt. Gemäß 4b wurde die Verbindung der Berührungsstelle 7 nach der Weiterverarbeitung zu einer größeren Berührungsstelle 7'. Aus 4c ist ersichtlich, dass bei manchen Berührungsstellen 7 auch eine Zusammenlegung zu einer Berührungsstelle 7' erfolgen kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass Verbindungen ganz aufgelöst oder auch neu gebildet werden.
In 5 ist schematisch die Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes 1 dargestellt. Eine Vielzahl von Filamenten 5 fällt dementsprechend auf ein Ablagefeld 8. Das Ablagefeld 8 besteht aus einem Zentralbereich 9 und zwei Seitenbereichen 10. Die Filamente 5 treffen im Zentralbereich 9 oder den Seitenbereichen 10 auf und werden durch den Zentralbereich 9 hindurch nach unten abgezogen. Hierdurch werden die Bereiche der Filamente 5, welche in den Seitenbereichen 10 aufgetroffen sind in Pfeilrichtung P nach hinten gebogen. Es entstehen hierdurch die Schlaufen FS, welche sich im wesentlichen in den Außenlagen 2, 3 weitgehend parallel und relativ dicht komprimiert ablegen. Durch diese später verbundenen Berührungsstellen 7 entsteht der feste Vliesstoff 1 im bzw. hinter dem Zwischenbereich 9. Die Filamentstücke, welche auf dem Seitenbereich 10 aufgetroffen sind, bilden im wesentlichen die Außenlage 2 des späteren Vliesstoffes 1. Dementsprechend kann durch die Wahl der Form und der Größe der Seitenbereiche 10 sowie des Zentralbereichs 9 und durch die Breite der Ablage der Filamente 5 auf dem Ablagefeld 8 die Dicke d_A der Außenlage 2 bzw. 3 und die Länge I der Filamentschlaufen FS beeinflusst werden.
Wie in dem Beispiel der 6 dargestellt ist, kann der Seitenbereich 10 beidseits des Zentralbereichs 9 unterschiedlich ausgebildet sein. Hierdurch wird mehr Filament 5 von dem größeren Seitenbereich 10 in den Zentralbereich 9 hineingeführt, so dass die dem größeren Seitenbereich 10 zugeordnete Außenlage dicker wird und die Schlaufen FS länger werden als bei der dem kleineren Seitenbereich 10 zugeordnete Außenlage des Vliesstoffes 1.
Die mit den Filamenten 5 zugeführte Luft kann entweder durch das Ablagefeld 8 hindurch abgeführt werden, wenn dieses beispielsweise teilweise perforiert ausgebildet ist. Die Luft kann aber auch seitlich des Ablagefelds 8 abgesaugt werden.
Gemäß 7 ist eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Ablagefeld 8 skizziert. Die meisten Filamente 5 werden oszillierend und meist weitgehend zufällig auf dem Ablagefeld 8 abgelegt. Es entsteht eine im wesentlichen elliptische Fläche, auf welcher die Filamente 5 jeweils auf das Ablagefeld 8 auftreffen. Rein statistisch gesehen trifft pro Zeiteinheit die größte Filamentmenge im Zentralbereich 9 auf. Dieses Filament verteilt sich dann weitgehend gleichmäßig auf die Zwischenlage 4. Die auf den Seitenbereichen 10 auftreffenden Filamentstücke werden im wesentlichen in die Außenlagen 2 und 3 eingearbeitet. Die Ellipsen der Ablage der Filamente 5 überschneiden sich teilweise, so dass auch eine Vernetzung benachbarter Filamente 5 miteinander erfolgt. Auch dies trägt zu einer Steifigkeit und Festigkeit des Vliesstoffes 1 bei.
Die Breite des Zentralbereiches bestimmt weitgehend die Dicke d_V des späteren Vliesstoffes 1. Die zugeführten Filamente 5 werden in dem Zentralbereich 9 zusammengefasst und aus diesem nach unten herausbewegt. Der Vliesstoff 1 ist sodann bereits als festes Halbzeug einsetzbar.
In 8 ist schematisch die Sondierung, das heißt die Verbindung oder Verklebung der Berührungsstellen 7 dargestellt. Vor einer Bondierungseinrichtung 11 liegen die Filamente 5 an ihren Berührungsstellen 7 lediglich aneinander. Die Berührungsstellen 7 sind als weiße Punkte dargestellt. Der Vliesstoff 1 durchläuft die Bondierungseinrichtung 11 in Pfeilrichtung. Dies kann wie dargestellt horizontal, aber auch vertikal, unmittelbar nach dem Ablagefeld 8 oder beabstandet hiervon erfolgen. In der Bondierungseinrichtung 11 werden die Filamente erhitzt, wodurch sie an den Berührungsstellen 7 teilweise schmelzen und mit dem Abkühlen fest miteinander verbunden werden. Die fest verbundenen Berührungsstellen 7'' sind hier mit einem schwarz ausgefüllten Punkt gekennzeichnet.
Die 9a-9c, 10a-10c und 11a-11c zeigen jeweils Elektronenrastermikroskop-Aufnahmen eines erfindungsgemäßen Artikels 23. In 9a ist eine Zwischenlage 4 mit einem relativ lockeren Filamentverbund dargestellt. Die einzelnen Filamente 5 sind, wie in den Aufnahmen der 9b und 9c deutlich wird, an Berührungsstellen 7 fest miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise durch aneinander schmelzen der einzelnen Filamente 5, insbesondere wenn diese aus Bikomponenten-Filamenten bestehen. Aus den verschiedenen Darstellungen ist ersichtlich, dass es einfache Berührungsstellen 7 gibt, an denen sich zwei Filamente 5 kreuzen. Andererseits gibt es auch Berührungsstellen 7', an welchen mehrere Filamente 5 miteinander verbunden sind und somit einen relativ dicken Knoten erzeugen.
10a zeigt eine Außenlage 2. Es ist daraus ersichtlich, dass in der Außenlage 2 die einzelnen Filamente 5 wesentlich dichter aneinandergepackt sind. Aber auch hier gibt es, wie in den Bildern der 10b und 10c zu sehen ist Berührungsstellen 7, an welchen mehrere Filamente 5 miteinander fest verbunden sind. Insbesondere aus 9c ist eine Struktur erkennbar, welche an eine Leiter erinnert und welche einen besonders festen Verbund ergibt.
Schließlich ist in 11a eine Außenlage 3 dargestellt. Diese Außenlage 3 ist weniger dicht als die Außenlage 2 gepackt. Aber auch hier ist, wie aus den 11b und 11c ersichtlich ist, eine Verbindung der einzelnen Filamente 5 an den Berührungsstellen 7 erfolgt.
Die 12 und 13 zeigen Details von zwei erfindungsgemäßen Vliesstoffen 1 im Vergleich zum Artikel 23. Es ist darin deutlich die unterschiedliche Orientierung und die Verbindungen der einzelnen Filamente 5 miteinander in den verschiedenen Lagen 2, 3 und 4 des Vliesstoffes 1 ersichtlich. Die Vliesstoffe 1 dieser Figuren weisen relativ wenige Verbindungsstellen auf. Es handelt sich deshalb eher um ein Halbzeug, das durch weitere Verfahrensschritte weiterverarbeitet wird und dann bei Bedarf mehr Verbindungsstellen erhält. Deutlich ist in diesen Aufnahmen auch die Netzwerkstruktur zu erkennen. Die besondere Stabilität des Vliesstoffes 1 wird sowohl durch das Netzwerk als auch durch de Orientierung der Filamente 5 erzeugt. Das kleine, unten angeordnete Bild der 12 zeigt schwach gebundene Bondingpunkte, wie sie bei dem Vliesstoff 1 dieses Ausführungsbeispieles typisch sind.
14a zeigt eine skizziert dargestellte geöffnete Form 20 mit einem Oberteil 21 und einem Unterteil 22. An den einander zugewandten Seiten des Oberteiles 21 und Unterteiles 22 ist eine jeweils gewünschte Außenkontur für einen mit der Form 20 hergestellten Artikel 23 eingearbeitet. Im Bereich der entsprechenden Kontur ist der Vliesstoff 1 als das zu verarbeitende Halbzeug positioniert. Der Vliesstoff 1 besteht aus jeweils einer Außenlage 2, 3 und einer Zwischenlage 4. Er weist eine Dicke D_V auf, welche ausreicht für die Herstellung des Artikels 23. Die Dicke D_V kann dabei entweder etwa der späteren maximalen Dicke des Artikels 23 entsprechen. Sie kann aber auch dicker sein, um den Artikel 23 im Vergleich zu dem Vliesstoff 1 auch im Bereich seiner Dickstellen stärker komprimiert zu haben als den ursprünglichen Vliesstoff 1. Oberteil 21 und Unterteil 22 können vorgeheizt sein, um den späteren Verformungsvorgang bei geschlossener Form 20 beschleunigen zu können. Es kann aber auch der Vliesstoff 1 außerhalb der Form 20 auf die entsprechende Temperatur gebracht und anschließend in eine relativ kalte Form 20 zum Umformen eingelegt werden.
In 14b ist die Form 20 in geschlossenem Zustand dargestellt. Oberteil 21 und Unterteil 22 kontaktieren sich teilweise. In dem zwischen Oberteil 21 und Unterteil 22 freibleibenden Raum erstreckt sich das nunmehr verformte Vlies 1 und bildet den Artikel 23. Es ist aus der skizzierten Darstellung ersichtlich, dass der Artikel 23 verschiedene Dicken aufweisen kann, welche einerseits im wesentlichen dem der Dicke des Vliesstoffes 1 entsprechen oder dass er aber auch soweit komprimiert sein kann, dass alle Fasern innigen Kontakt miteinander haben.
In der skizziert dargestellten Form 20 befindet sich ein System 24 zum Einbringen von Dampf in den Hohlraum zwischen Oberteil 21 und Unterteil 22. Durch den heißen Dampf werden die Verbindungen der Netzwerke in den Außenlagen 2 und 3 und der Zwischenlage 4 gelöst oder zumindest weich gemacht, so dass sie verändert werden können. Bei einer geringeren Temperatur des Dampfes oder einer kürzeren Einwirkzeit werden weniger Verbindungsstellen gelöst oder verformt als bei einer höheren Temperatur des Dampfes oder einer längeren Einwirkzeit. Nach einer vorbestimmten Zeit, in der Regel wenn sich die Verbindungen konsolidiert haben, wird der Artikel 23 abgekühlt und die Verbindungen verfestigen sich in der neuen Lage und Form. Der Artikel 23 behält hierdurch die durch die Form 20 eingebrachte Gestalt. Der Vliesstoff 1 ist somit weitgehend beliebig formbar. Auch kann der Artikel 23 derart hergestellt werden, dass er eine unterschiedliche Schalldurchlässigkeit erhält, indem mehr oder weniger dichte Schichten in den Lagen 2, 3 oder 4 geschaffen werden.
Der fertige Artikel 23 gemäß 14c kann anschließend aus der Form 20 entnommen werden und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden. Er kann mit weiteren Anbauteilen versehen werden, kann gestanzt oder gebohrt werden oder kann auch mit weiteren Materialien belegt oder kaschiert werden, um weitere dekorative oder funktionelle Eigenschaften annehmen zu können. Bei der Anordnung weiterer Materialien ist es üblicherweise vorteilhaft, wenn das weitere Material zusammen mit dem Vliesstoff 1 in die Form 20 eingelegt wird. Während der Umformung des Vliesstoffes 1 legt sich dann das zusätzliche Material an den Vliesstoff 1 an und verbindet sich, beispielsweise durch einen dazwischen eingebrachten Kleber oder durch Klebefasern mit dem Vliesstoff 1.
Der Artikel 23 kann in x-, y- und z-Richtung weitgehend beliebig geformt werden. Aufgrund der Struktur des Vliesstoffes 1 mit langgezogenen Schlaufen in den Außenlagen 2 und 3 werden sich aber in x- und y-Richtung unterschiedliche Eigenschaften einstellen. Insbesondere die Tiefziehfähigkeit kann sich unterschiedlich ergeben, so dass die x- und y-Richtung des Vliesstoffes 1 beim Einlegen des Vliesstoffes 1 in die Form 20 entsprechend berücksichtigt werden soll.
15 zeigt einen stark komprimierten Artikel 23, auf welchem an den Außenseiten oben und unten jeweils ein weiteres Material 30 angeordnet ist. In dem Vliesstoff 1 ist weiterhin, wenn auch nicht mehr so deutlich wie in den anderen Ausführungsbeispielen, die Struktur mit zwei Außenlagen 2, 3 und einer Zwischenlage 4 zu erkennen. Die z-Orientierung der Filamente 5 in der Zwischenlage 4 ist weitgehend aufgehoben. Sie weisen nunmehr im wesentlichen eine x-y-Orientierung auf. Die Filamente 5 in der Zwischenlage 4 unterstützen aber immer noch die Filamente 5 in den Außenlagen 2, 3. Die Zwischenlage 4 weist eine Vielzahl von Verbindungsstellen bzw. Bondingstellen auf, welche ein kompaktes Netzwerk bilden.
In 16 ist ein Fahrzeug skizziert, an welchem die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Artikels angedeutet sind. Der Artikel 23 kann bei entsprechender Formgebung und Bearbeitung sowohl im Fahrgastraum als auch im Motor- und Kofferraum Verwendung finden. Er kann als Kofferraumboden oder -seitenabdeckung verwendet werden, um dekorative und schallisolierende Eigenschaften zu zeigen. Im Fahrgastraum kann er aufgrund seiner statischen Festigkeit als Dachhimmel oder als Hutablage eingesetzt werden, aber auch als Bodenabdeckung, beispielsweise am Rücksitzblech, kann er aufgrund seiner akustischen Eigenschaften zur Schallisolierung dienen. Um Reflexionen vom Untergrund gegenüber der Fahrgastzelle zu vermeiden, kann auch der Unterboden mit dem Artikel 23 verkleidet werden. Aufgrund der festen Außenstruktur des Artikels 23 in den Außenlagen 2 bzw. 3 und/oder möglichen zusätzlichen Funktionslayern ist auch hier eine ausreichende Festigkeit des Artikels 23 gegenüber Wasser, Steinschlag oder Windströmungen gegeben. Ähnliche Eigenschaften werden bei der Verkleidung der Radhäuser erforderlich sein. Auch sie können mit dem entsprechenden Artikel 23 hergestellt werden. Die besonders guten akustischen Eigenschaften des Artikels 23 eignen ihn hervorragend für die Motorraumkapselung sowohl gegenüber dem Fahrgastraum als auch gegenüber dem Außenbereich. Der Lärm kann mit dem Artikel 23 isoliert und/oder absorbiert werden. Bei entsprechender Ausstattung des Artikels 23 kann er sogar als akustisches Hitzeschild eingesetzt werden, um einerseits Geräusche und andererseits Wärme gegenüber dem Fahrgastraum abzuschirmen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind jeweils möglich. Insbesondere muss das Ablagefeld 8 nicht stationär sein, sondern es kann auch bewegt sein, wenn sich auch das stationäre Ablagefeld 8 als sehr vorteilhaft erwiesen hat. Die Seitenbereiche 10 können andere als die dargestellten Formen aufweisen. Es ist auch möglich auf einen Seitenbereich 10 vollständig zu verzichten und die Filamente 5 nur auf einer Seite zu einer Außenlage zu verdichten. Die Filamente können einen runden oder unrunden, einen vollen oder hohlen Querschnitt aufweisen. Die Sondierung kann mit Bindemitteln oder durch anschmelzen der Filamente erfolgen. Ein Vorteil der Erfindung kann auch darin bestehen, dass mit dem neuen Produkt Artikel aus Glasfasern ersetzt werden, die an sich eine höhere Festigkeit haben, aber die Verarbeitung, das Handling bzw. das Recycling von Halbzeug und Artikel erschweren. erschweren. Die geforderten Eigenschaften des Artikels können bereits in dem Vliesstoff oder später bei der Herstellung des Artikels selbst in den einzelnen Lagen 2, 3, 4, in einzelnen Bereichen des Artikels 23 und/oder in dem gesamten Artikel 23 eingestellt werden. Es ergeben sich damit eine Vielzahl von vorbestimmbaren Parametern, die eine individuelle Herstellung des Artikels erlauben. Mit dem Artikel können hohe Dichteunterschiede bei zumindest partieller hoher Dicke des Artikels erreicht werden. Eine Besonderheit des Vliesstoffes ist es gegenüber dem Stand der Technik auch, dass es sich dabei trotz der einzelnen Lagen nicht um einen Verbundkörper handelt, sondern es auf Grund der Filamente, die sich in die einzelnen Lagen hinein erstrecken, um einen einheitlichen Vliesstoff mit unterschiedlichem Netzwerkaufbau handelt.

Claims

Geformter Artikel, der einen Vliesstoff (1) mit einer Vielzahl von Filamenten (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) in mindestens einer ersten Außenlage (2), vorzugsweise einer zweiten Außenlage (3) und einer Zwischenlage (4) des Vliesstoffes (1) angeordnet sind, dass der Vliesstoff (1) in der Zwischenlage (4), vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen (2, 3, 4) ein Netzwerk aus den Filamenten (5) bildet, wobei die einzelnen Filamente (5) andere der Filamente (5) berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen (7) bilden, dass die Filamente (5) an vielen der Berührungsstellen (7) miteinander verbunden sind, und dass das Netzwerk der Zwischenlage (4) eine druckstabile Struktur aufweist, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff (1) und damit der Artikel (23) durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen (2, 3) biegesteif ist.
Artikel gemäss dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich jedes der Filamente (5) in dem Vliesstoff (1) in zumindest zwei, vorzugsweise drei der Lagen (2, 3, 4) befindet.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerke der Außenlagen (2, 3) eine zug- und druckstabile Struktur zumindest in x-/y-Richtung aufweisen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerke der einzelnen Lagen (2, 3, 4) je nach Anforderungen des Halbzeuges oder des Artikels ausgebildet sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerke einer Deformation des Vliesstoffes (1) aus dem vorgegebenen Zustand entgegenwirken.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) in den Außenlagen (2, 3) im wesentlichen in x- und y-Richtung des Vliesstoffes (1) orientiert sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) in der Zwischenlage (4) im Vergleich zu den Filamenten (5) in den Außenlagen (2, 3) eine stärker ausgeprägte Orientierung in z-Richtung des Vliesstoffes (1) aufweisen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Filamente (5) in den Außenlagen (2, 3) in x-Richtung mindestens 3-mal der Dicke (d_V) des Vliesstoffes (1) erstrecken.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) zwischen zwei Berührungsstellen (7) Filamentabschnitte (6) bilden und die Filamentabschnitte (6) einer Lage (2, 3, 4) Filamentabschnitte (6) einer benachbarten Lage (2, 3, 4) berühren und dabei eine Vielzahl von weiteren Berührungsstellen (7) bilden, welche die Filamentabschnitte (6) derart miteinander verbinden, dass die einzelnen Lagen (2, 3, 4) fest aneinander haften.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Filamentabschnitte (6) gegenseitig abstützen
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Filamentabschnitte (6) einer Deformation des Vliesstoffs (1) auf Grund der Verstärkung durch die mit ihnen verbundenen anderen Filamentabschnitte (6) widersetzen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Filamentabschnitte (6) einer Durchbiegung auf Grund der Verstärkung durch die mit ihnen verbundenen anderen Filamentabschnitte (6) widersetzen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk einer lokalen Längenausdehnung mindestens einer Außenlage (2, 3), welche bei der Durchbiegung des Vliesstoffs (1) aus dem vorgegebenen Zustand vorkommen müsste, entgegenwirkt.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk derart gestaltet ist, dass es einer Zugkraft (Z) und/oder einer Scherkraft (S) und damit einer lokalen Längenausdehnung in einer beliebigen Richtung entgegenwirkt.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenlage und/oder in mindestens einer Außenlage (2, 3) das Verhältnis Länge/Durchmesser einer Vielzahl der Filamentabschnitte (6) derart gewählt ist, dass diese Filamentabschnitte (6) auch auf Druck belastet werden können.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Netzwerke der einzelnen Lagen (2, 3, 4) des Vliesstoffes (1) gegenseitig abstützen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk der Zwischenlage (4) im wesentlichen gleichmäßig ausgebildet ist, so dass keine partiellen Schwachstellen des Vliesstoffes (1) entstehen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) im x-z- bzw. y-z-Querschnitt, insbesondere bezüglich der beiden Außenlagen (2, 3), asymmetrisch ausgebildet ist, so dass auf die jeweilige Außenlage (2, 3) einwirkende unterschiedliche Zug- und Druckkräfte (Z, D) aufgenommen werden können.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Vliesstoffes (1) in den Netzwerken der Außenlagen (2, 3) höher als in dem Netzwerk der Zwischenlage (4) ist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) Bikomponenten-Filamente oder Bikonstituenten-Filamente sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) Spinnvliesfasern oder Schmelzblasfasern sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) aus thermoplastischen Materialkombinationen, beispielsweise aus PET, PBT, PP, PE oder PA als eine Strukturkomponente und CoPET, CoPBT, PP oder PE als eine Klebekomponente der Filamente (5) hergestellt sind, welche unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der verwendeten Filamente (5) je nach Anforderungsprofil des Artikels (23) und des Herstellungsverfahrens gewählt ist und einen Wert von weniger als 40 μm bzw. 20 dtex, vorzugsweise zwischen 7 und 38 μm bzw. 0,5 und 15 dtex aufweisen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Raumelement der Zwischenlage (4) die Anzahl der Berührungsstellen (7) geringer als in den Außenlagen (2, 3) ist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Berührungsstellen (7) für die Weiterverarbeitung des Vliesstoffes (1) lösbar und anschließend in gleicher oder veränderter Anzahl, Größe, Festigkeit und/oder Winkel der miteinander verbundenen Filamente (5) wieder herstellbar sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) an zumindest einer Außenlage (2, 3) mit weiteren Materialien, beispielsweise Fasern, Vliesen, Textilien, Leder, Papier oder Folien belegt, insbesondere geklebt, bondiert, laminiert oder kaschiert ist, um die Eigenschaften des Artikels (23) zu beeinflussen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) und/oder das Material, mit dem der Vliesstoff (1) belegt ist, aus einem einheitlichen Material oder verschiedenen, aber miteinander verwandten Materialen besteht.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) und/oder das Material, mit dem der Vliesstoff (1) belegt ist, mit Additiven zur Veränderung der Produkteigenschaften versehen ist, um den Artikel (23) beispielsweise wasserabweisend, ölabweisend, flammhemmend oder mit verbesserter Abrasivität herzustellen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) in dem Artikel (23) Bereiche unterschiedlich ausgeprägter Eigenschaften bezüglich Luftströmungswiderstand, E-Modul, Dicke, Dichte, Festigkeit und/oder Akustik aufweist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Artikel (23) verschiedene Bereiche mit unterschiedlicher Dichte der Verbindungen der Berührungsstellen (7) und/oder Dicke der jeweiligen Lagen (2, 3, 4) vorhanden sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Artikels (23) im wesentlichen durch eine Veränderung der Dicke der Zwischenlage (4) veränderbar ist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Artikels (23) zwischen 2 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 15 mm liegt.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) ein Flächengewicht zwischen 500 und 2500 g/m², vorzugsweise 500-1800 g/m² aufweist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Verbindungen der Berührungsstellen (7) in der Zwischenlage (4) im Vliesstoff (1) des Ausgangsmaterials geringer als in den Außenlagen (2, 3) ist und für den Artikel (23) des Endproduktes (23) zumindest in einem einzelnen Bereich bis auf die Dichte der Außenlagen (2, 3) erhöht sein kann.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) eine Formstabilität und/oder akustische Eigenschaften aufweist, wie sie insbesondere für Anwendungen im Automobilbau erforderlich sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) als Dachhimmel, Motorkapselung, Hitzeschild, Unterboden-, Radhaus-, Motorraum-, Innenraum- oder Kofferraumauskleidung zu verwenden ist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) im Vergleich zu Artikeln des Standes der Technik mit beispielsweise gleichen Dimensionen, wie der Dicke und/oder gleichem Flächengewicht bessere akustische und/oder mechanische Eigenschaften aufweist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Eigenschaften über Dicke, Dichte, E-Modul, Poisson-Zahl, Porösität und/oder Luftströmungswiderstand der Filamente (5), des Vliesstoffes (1) und/oder der Netzwerke der Lagen (2, 3, 4) bestimmt sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) einen vorbestimmten Wertebereich von Eigenschaften aufweist, welcher mit einem oder mehreren der folgenden Testverfahren nachweisbar ist: Zugkraft nach DIN 53455, Biegefestigkeit nach DIN EN 63, Kerbschlagzähigkeit nach DIN 53453, Widerstand nach DIN 52215 oder ASTM C-384, Alpha-Kabinen-Test nach RIETER-Testverfahren, Feuerfestigkeit nach FMVSS 302, Durchbiegung bei Temperatureinfluss.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen (2, 3, 4) unterschiedliche Dämmungs-, Absorptions- und/oder Reflektionseigenschaften aufweisen.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmungs- Absorptions- und/oder Reflektionseigenschaften der einzelnen Lagen (2, 3, 4), ausgehend von dem verwendeten Vliesstoff (1) und entsprechend den Anforderungen des Artikels (23) bei der Herstellung des Artikels (23) durch Veränderung der Netzwerke der Lagen (2, 3, 4) beeinflußbar sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Eigenschaften durch E-Modul, Flächenträgheitsmomente, Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit der Filamente (5) und/oder der Netzwerke der Lagen (2, 3, 4) bestimmt sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) durch die Netzwerke der Lagen (2, 3, 4) eine Eigenstabilität gegen Durchhängen auch bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 80°C und 100°C aufweist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) im Vergleich zu Artikeln des Standes der Technik beispielsweise mit gleicher Dicke und/oder gleichem Flächengewicht eine höhere Tiefziehfähigkeit aufweist.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Artikel (23) Versteifungsbereiche, insbesondere Sicken, Rippen oder Augen angeordnet sind.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Bereiche des Artikels (23), insbesondere die Versteifungsbereiche stärker komprimiert sind als Bereiche mit besseren akustischen Eigenschaften.
Artikel gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in stark komprimierten Bereichen des Artikels (23) die Filamente (5) in der Zwischenlage (4) ähnlich den Filamenten (5) in den Außenlagen (2, 3) eine ausgeprägte Orientierung in x-y-Richtung des Vliesstoffes (1) aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines geformten Artikels (23) aus einem Vliesstoff (1) mit einer Vielzahl von Filamenten (5), wobei der Vliesstoff (1) als Halbzeug in eine Form (20) eingelegt wird, die Form (20) geschlossen und der Vliesstoff (1) unter einer vorbestimmten Temperatur einer vorbestimmten Verformungskraft bzw. einem vorbestimmten Verformungsdruck ausgesetzt wird und anschließend die Form (20) zur Entnahme des geformten Artikels (23) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) des Vliesstoffes (1) in mindestens einer ersten Außenlage (2), vorzugsweise einer zweiten Außenlage (3) und einer Zwischenlage (4) des Vliesstoffes (1) angeordnet sind, dass der Vliesstoff (1) in der Zwischenlage (4), vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen (2, 3, 4) ein Netzwerk aus den Filamenten (5) bildet, wobei die einzelnen Filamente (5) andere der Filamente (5) berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen (7) bilden, dass die Filamente (5) an vielen der Berührungsstellen (7) miteinander verbunden sind, und dass das Netzwerk der Zwischenlage (4) eine druckstabile Struktur aufweist, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff (1) durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen (2, 3) biegesteif ist, und dass die Temperatur und der Verformungsdruck bzw. die Verformungskraft so gewählt werden, dass durch ihren Einfluß an den Berührungsstellen (7) Verbindungen neu geformt werden und der Vliesstoff (1) in der durch die Form (20) vorgegebenen Gestalt fixiert wird.
Verfahren gemäss dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vliesstoff (1) mit Bikomponenten-Filamenten oder Bikonstituenten-Filamenten, insbesondere aus thermoplastischen Materialkombinationen, beispielsweise aus PET, PBT, PP, PE oder PA als eine Strukturkomponente und CoPET, CoPBT, PP oder PE als eine Klebekomponente der Filamente (5), verwendet wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Berührungsstellen (7) durch den Einfluß der Temperatur und/oder des Verformungsdruckes bzw. der Verformungskraft gelöst und anschließend in gleicher oder veränderter Anzahl, Größe, Festigkeit und/oder Winkel der miteinander verbundenen Filamente (5) wieder hergestellt werden.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und/oder der Druck weniger als 60 s auf den Vliesstoff (1) einwirkt.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Polymere des Filamentes (5) auf eine Temperatur im Bereich seiner Schmelztemperatur erhitzt wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass heißer Dampf in die Form (20) eingeleitet wird, nachdem sie geschlossen wurde und aus dieser wieder entlassen wird, bevor sie geöffnet wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (20) gasdicht verschlossen wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf in der Form (20) zumindest zeitweise während des Umformvorganges gehalten wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (20) unmittelbar nach dem Entlassen des Dampfes aus der Form (20) geöffnet wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel (23) unmittelbar nach dem Öffnen der Form (20) aus der Form (20) entnommen wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Form (20) insbesondere das Netzwerk der Zwischenlage (4) komprimiert wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form (20) vor dem Einlegen des Vliesstoffes (1) in die Form (20) vorgeheizt wird.
Vliesstoff aus einer Vielzahl von Filamenten (5) mit mindestens einer ersten Außenlage (2), vorzugsweise einer zweiten Außenlage (3) und einer Zwischenlage (4), wobei sich jedes der Filamente (5) in zumindest zwei, vorzugsweise drei der Lagen (2, 3, 4) befindet und der Vliesstoff (1) eine flächige Erstreckung in x- und y-Richtung sowie eine Dicke (d_V) in z-Richtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) in der Zwischenlage (4), vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen (2, 3, 4) ein Netzwerk aus den Filamenten (5) bildet, wobei die einzelnen Filamente (5) andere der Filamente (5) berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen (7) bilden, dass die Filamente (5) an vielen der Berührungsstellen (7) miteinander verbunden sind, und dass das Netzwerk der Zwischenlage (4) eine druckstabile Struktur aufweist, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff (1) durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen (2, 3) biegesteif ist.
Vliesstoff gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) ein Halbzeug ist, das zu einem Endprodukt weiterverarbeitbar ist.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch Gekennzeichnet, dass die Netzwerke der Außenlagen (2, 3) eine zug- und druckstabile Struktur zumindest in x-/y-Richtung aufweisen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerke der einzelnen Lagen (2, 3, 4) je nach Anforderungen des Halbzeuges oder des Endproduktes ausgebildet sind.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerke einer Deformation des Vliesstoffes (1) aus dem vorgegebenen Zustand entgegenwirken.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) flächig erstreckt ist.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) in den Außenlagen (2, 3) im wesentlichen in x- und y-Richtung des Vliesstoffes (1) orientiert sind.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) in der Zwischenlage (4) im Vergleich zu den Filamenten (5) in den Außenlagen (2, 3) eine stärker ausgeprägte Orientierung in z-Richtung des Vliesstoffes (1) aufweisen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Filamente (5) in den Außenlagen (2, 3) in x-Richtung mindestens 3-mal der Dicke (d_V) des Vliesstoffes (1) erstrecken.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) zwischen zwei Berührungsstellen (7) Filamentabschnitte (6) bilden und die Filamentabschnitte (6) einer Lage (2, 3, 4) Filamentabschnitte (6) einer benachbarten Lage (2, 3, 4) berühren und dabei eine Vielzahl von weiteren Berührungsstellen (7) bilden, welche die Filamentabschnitte (6) derart miteinander verbinden, dass die einzelnen Lagen (2, 3, 4) fest aneinander haften.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Filamentabschnitte (6) gegenseitig abstützen
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Filamentabschnitte (6) einer Deformation des Vliesstoffs (1) auf Grund der Verstärkung durch die mit ihnen verbundenen anderen Filamentabschnitte (6) widersetzen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Filamentabschnitte (6) einer Durchbiegung auf Grund der Verstärkung durch die mit ihnen verbundenen anderen Filamentabschnitte (6) widersetzen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk einer lokalen Längenausdehnung mindestens einer Außenlage (2, 3), welche bei der Durchbiegung des Vliesstoffs (1) aus dem vorgegebenen Zustand vorkommen müsste, entgegenwirkt.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk derart gestaltet ist, dass es einer Zugkraft (Z) und/oder einer Scherkraft (S) und damit einer lokalen Längenausdehnung in einer beliebigen Richtung entgegenwirkt.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenlage und/oder in mindestens einer Außenlage (2, 3) das Verhältnis Länge/Durchmesser einer Vielzahl der Filamentabschnitte (6) derart gewählt ist, dass diese Filamentabschnitte (6) auch auf Druck belastet werden können.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Netzwerke der einzelnen Lagen (2, 3, 4) des Vliesstoffes (1) gegenseitig abstützen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk der Zwischenlage (4) im wesentlichen gleichmäßig ausgebildet ist, so dass keine partiellen Schwachstellen des Vliesstoffes (1) entstehen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) im Querschnitt, insbesondere bezüglich der beiden Außenlagen (2, 3), asymmetrisch ausgebildet ist, so dass auf die jeweilige Außenlage (2, 3) einwirkende unterschiedliche Zug- und Druckkräfte (Z, D) aufgenommen werden können.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Vliesstoffes (1) in den Netzwerken der Außenlagen (2, 3) höher als in dem Netzwerk der Zwischenlage (4) ist.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) Bikomponenten-Filamente oder Bikonstituenten-Filamente sind.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) Spinnvliesfasern oder Schmelzblasfasern sind.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) aus thermoplastischen Materialkombinationen, beispielsweise aus PET, PBT, PP, PE oder PA als eine Strukturkomponente und CoPET, CoPBT, PP oder PE als eine Klebekomponente der Filamente (5) hergestellt sind, welche unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der verwendeten Filamente (5) je nach Anforderungsprofil eines daraus herzustellenden Artikels (23) gewählt ist und einen Wert von weniger als 20 dtex, vorzugsweise zwischen 1 und 15 dtex aufweisen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Raumelement der Zwischenlage (4) die Anzahl der Berührungsstellen (7) geringer als in den Außenlagen (2, 3) ist.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) an zumindest einer Außenlage (2, 3) mit weiteren Materialien, beispielsweise Fasern, Vliesen, Textilien, Leder, Papier oder Folien belegt, insbesondere geklebt, bondiert oder kaschiert ist, um die Eigenschaften des Vliesstoffes (1) zu beeinflussen.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) und/oder das Material, mit dem der Vliesstoff belegt ist, aus einem einheitlichen Material oder verschiedenen, aber miteinander verwandten Materialen besteht.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) und/oder das Material, mit dem der Vliesstoff (1) belegt ist, mit Additiven zur Veränderung der Produkteigenschaften versehen ist.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Berührungsstellen (7) für die Weiterverarbeitung des Vliesstoffes (1) lösbar und anschließend in gleicher oder veränderter Anzahl, Größe und/oder Winkel der miteinander verbundenen Filamente wieder herstellbar sind.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Vliesstoffes (1) zwischen 5 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 30 mm liegt.
Vliesstoff gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) ein Flächengewicht zwischen 400 und 2500 g/m², vorzugsweise 400-1800 g/m² aufweist.
Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffs (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filament (5) auf ein Ablagefeld (8) abgelegt wird, eine Zwischenlage (4) des Vliesstoffes (1) durch das Ablegen von Teilen der Filamente (5) in einem Zentralbereich (9) des Ablagefeldes (8) und zumindest eine Außenlage (2, 3) des Vliesstoffes (1) durch Ablegen von weiteren Teilen der Filamente (5) in zumindest einem Seitenbereich (10) des Ablagefeldes (8) gebildet werden, und die so abgelegten Filamente (5) durch den Zentralbereich (9) abgezogen werden, wobei die in den Seitenbereichen (10) abgelegten Teile der Filamente (5) gegenüber den im Zentralbereich (9) abgelegten Teilen der Filamente (5) geklappt werden, so dass die in der oder den Außenlage/n (2, 3) befindlichen Teile der Filamente (6) im wesentlichen in x-y-Richtung des Vliesstoffes (1) und die in der Zwischenlage (4) befindlichen Teile der Filamente (6) im Vergleich zu den Filamenten (5) in den Außenlagen (2, 3) eine stärker ausgeprägte Orientierung in z-Richtung des Vliesstoffes (1) aufweisen und in der Zwischenlage (4), vorzugsweise in jeder einzelnen der Lagen (2, 3, 4) ein Netzwerk aus den Filamenten (5) gebildet wird, wobei die einzelnen Filamente (5) andere der Filamente (5) berühren und dabei eine Vielzahl von Berührungsstellen (7) bilden, dass die Filamente (5) an vielen der Berührungsstellen (7) miteinander verbunden werden und dadurch das Netzwerk aus Filamenten (5) gebildet wird, und dass wenigstens das Netzwerk der Zwischenlage (4) so gebildet wird, dass es eine druckstabile Struktur aufweist, welche zumindest in z-Richtung einem Druck entgegenwirkt, so dass der Vliesstoff durch eine Stabilisierung wenigstens einer der Außenlagen (2, 3) biegesteif wird.
Verfahren gemäss dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) oszillierend auf dem Ablagefeld (8) abgelegt werden.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenpotential des Vliesstoffes (1), der Außenlagen (2, 3) und der Zwischenlage (4) unter anderem durch die Breite und Form des Zentralbereichs (9) und der jeweiligen Seitenbereiche (10) des Ablagefeldes (8) bestimmt wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenpotential der Außenlagen (2, 3) und der Zwischenlage (4) unter anderem durch die Amplitude der oszillierenden Ablage der Filamente (5) bestimmt wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude unter anderem durch die Liefergeschwindigkeit der Filamente (5) und der Abzugsgeschwindigkeit des Vliesstoffes (1) bestimmt wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente (5) auf das Ablagefeld (8) nach dem Meltblown- oder dem Spunlaying-Verfahren aufgebracht werden.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablage des Filaments (5) auf dem Ablagefeld (8) derart ist, dass die Wahrscheinlichkeit des Ablegens eines Teiles des Filaments (5) im Seitenbereich (10) des Ablagefeldes (8) kleiner ist als die Wahrscheinlichkeit des Ablegens im Zentralbereich (9) bzw. in seiner Nähe.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) im Anschluß an die Herstellung der Außenlagen (2, 3) und der Zwischenlage (4) gebondet wird zur Verbindung der Berührungsstellen (7).
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) im Anschluß an die Herstellung der Außenlagen (2, 3) und der Zwischenlage (4) mit wenigstens einer weiteren Materiallage verbunden, insbesondere geklebt, gebondet oder kaschiert wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Materiallage nach dem Meltblown-Verfahren aufgebracht oder aufgeklebt wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Materiallage Fasern, Vliese, Textil-, Leder-, Papier- oder Folienmaterial, insbesondere durch verkleben, bondieren oder kaschieren aufgebracht wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) im Anschluß an die Herstellung der Außenlagen (2, 3) und der Zwischenlage (4) verformt wird.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verformung das Netzwerk verändert wird, indem bestehende Verbindungen an Berührungsstellen (7) aufgehoben werden und/oder neue Verbindungen geschaffen werden.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verformung das Netzwerk verändert wird, indem bestehende Winkel der einander in einer Verbindung kreuzenden Filamente (5) und/oder Größen der Verbindungen verändert werden.
Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (1) im Anschluß an die Herstellung der Außenlagen (2, 3) und der Zwischenlage (4) in seiner Dichte verändert wird.
Verwendung eines Vliesstoffes (1) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche als Halbzeug für technische Bauteile, insbesondere zur Isolation, Formgebung oder Verstärkung im Fahrzeugbau, Hoch- und Tiefbauwesen oder der Medizintechnik.