DE102007043523A1

DE102007043523A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dreidimensional strukturierter Vliesstoffe

Info

Publication number: DE102007043523A1
Application number: DE102007043523A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Steinbach; Stefan Krebs; Lotfi Ghorbel
Original assignee: Fleissner GmbH
Current assignee: Truetzschler Nonwovens GmbH
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Vliesstoffes unter Verwendung eines nicht vorverfestigten Rohvlieses. Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit Blick auf die Verwendbarkeit sowie die optischen und/oder haptischen Eigenschaften des entsprechend erzeugten Stoffes zu verbessern. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, dass das zu strukturierende Rohvlies (1) thermisch schmelzbare Fasern/Filamente aufweist bzw. aus solchen Fasern besteht, das Rohvlies (1) wird relativ zu einer Einrichtung (5) zur Beaufschlagung mit heißem Dampf bewegt, Rohvlies (1) liegt während der Dampfbeaufschlagung auf einer mitbewegten Unterlage (4) mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur und wird dieser bevorzugt durch ein Sieb (7) vorkompaktiert zugeführt, wobei die Gasbeaufschlagung durch das Sieb (7) hindurch erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung dreidimensional strukturierter Vliesstoffe gemäß dem Oberbegriff des Verfahrens- bzw. des Vorrichtungsanspruches.
Bei der Herstellung von dreidimensional strukturierten bahnförmigen Stoffen, z. B. Vliesstoffen, finden Öffnungen bzw. Vertiefungen aufweisende Musterschablonen Verwendung, welche in Form einer Hülse auf eine Trommel aufgezogen werden. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 603 00 540 T2 bekannt. Durch einen Wasservernadelungsprozess im Bereich einer solchen Trommel entsteht eine durch die Musterschablone definierte dreidimensionale Struktur.
Aus der DE 694 12 106 T2 ist es bekannt, einen schmelzbare Fasern enthaltenden Stoff durch Dampfstrahlen zu verfestigen. Durch überhitzten Dampf erfolgt ein Anschmelzen/Schmelzen der Fasern, diese verbinden sich und das Fasermaterial ist so verfestigt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Dampfvernadelung beschreibt die EP 1 553 222 A1 . Ein an seiner Unterseite eine Vielzahl Öffnungen aufweisender, innen hohler Balken wird mit Dampf beaufschlagt und so eine unterhalb des Balkens hindurchtransportierte Materialbahn verfestigt. Maßnahmen zur dreidimensionalen Strukturierung sind nicht vorgesehen.
Letztlich sieht die DE 100 19 342 B3 spezielle Parameter für den aus den Düsen austretenden Dampf vor. Hierdurch wird eine optimale Impulsübertragung des Gases auf die Fasern/Filamente des zu verfestigenden Stoffes erreicht.
Ein Verfahren zur hydrodynamischen Strukturierung weist folgende Nachteile auf:

– Hoher energetischer und maschinentechnischer Aufwand (Druckerzeugung, Trocknung).
– Es entstehen zunächst nasse strukturierte Vliesstoffe. Bei Verzögen in der Anlage oder beim Trocknen können die Strukturen (Noppen) wieder anteilig deformiert werden.
– Die Noppen sind oftmals nicht ausreichend druckstabil bzw. druckelastisch. Insbesondere beim Waschen der dreidimensionalen Vliesstoffe können die Strukturen nachteilig beeinflusst werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches insbesondere mit Blick auf die Verwendbarkeit sowie die optischen und/oder haptischen Eigenschaften des entsprechend erzeugten Stoffes zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein unverfestigtes bzw. nur schwach vorverfestigtes Vlies direkt einer Beaufschlagung mit einem heißem Gas, vorzugsweise mit überhitztem Dampf, auf einer strukturgebenden Form (Unterlage) unterzogen wird. Das Vlies weist thermisch schmelzbare Fasern/Filamente auf bzw. Fasern/Filamente, die wenigstens teilweise thermisch schmelzbare Anteile (Zweikomponentenfasern) enthalten. Das unverfestigte bzw. nur schwach vorverfestigte Vlies liegt auf einer eine dreidimensionale Struktur aufweisenden Unterlage und wird mit dieser gegenüber der Einrichtung zur Dampfbeaufschlagung bewegt. Es erfolgt somit ein gleichzeitiges Strukturieren und Verfestigen des Faser/Filamentmaterials.
Die Unterlage mit der dreidimensionalen Struktur kann hierbei eine Vielzahl von Öffnungen gleicher oder unterschiedlicher Geometrie aufweisen, wobei die einzelnen Öffnungen wiederum gleichmäßig oder in Form eines Musters über die den Stoff tragende Fläche der Unterlage verteilt sind. Die Öffnungen in der den Soff tragenden Unterlage können die Unterlage vollständig durchgreifen bzw. als Vertiefungen innerhalb der Unterlage ausgebildet sein.
Vorzugsweise findet eine Unterlage in Form einer Hülse Verwendung, welche auf einen Trommelkörper aufgezogen ist. Das zu strukturierende Vlies wird durch die Oberfläche der Hülse getragen und synchron zur Drehung von Trommel bewegt. Eine Einrichtung zur Beaufschlagung des bewegten Vlieses ist der Trommel stationär zugeordnet. Durch eine Vielzahl von Austrittsdüsen, welche sich in Form von ein oder mehreren Reihen wenigstens über einen Teil der Breite der Stoffbahn erstrecken, erfolgt die Beaufschlagung des Vlies mittels heißem Gas, vorzugsweise überhitztem Dampf. Die Temperatur des Gases/Dampfes, der Druck und somit die Austrittsgeschwindigkeit des Gases/Dampfes aus den Düsen wird entsprechend dem gewünschten Strukturiereffekt eingestellt.
Vorzugsweise findet eine Vorkompaktierung des der Gas- bzw. Dampfbeaufschlagung zuzuführenden Vlies statt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Vorkompaktierung des Vlies zwischen einem umlaufendem Siebband (Kompaktiersieb) und der Tommeloberfäche, welche die strukturgebende Form (Strukturschablone) trägt. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt somit durch das Sieb hindurch.
Durch die Impulswirkung der Heißgas- bzw. Heißdampfbeaufschlagung verschlingen die Faser-/Filamente des Vlies und das Material fügt sichmehr oder weniger vollständig in die Öffnungen/Vertiefungen der Unterlage. Gleichzeitig erfolgt durch den thermischen Energieeintrag eine Verfestigung der schmelzbaren Fasern/Filamente, indem diese miteinander verkleben. Durch Wahl der Temperatur und/oder des Druckes des Gases, des Dampfes kann der Grad Strukturierens beeinflusst werden. So ist es möglich, den optischen und/oder haptischen Eindruck sowie die Eigenschaften des zu strukturierenden Materials in einem weiten Bereich zu steuern.
Die bevorzugt mit der Erfindung erzielbare Strukturierung liegt bezogen auf die Tiefe der Struktur in der Größenordnung 0,5–5 mm – besonders günstig sind Höhendifferenzen zw. 0,6–3 mm bzw. 0,6–2 mm. Als Fläche werden bevorzugt Bereiche größer 2 mm strukturiert, d. h. die die Strukturierung erzeugenden Öffnungen in der Hülse haben eine Flächenausdehnung größer 2 mm.
An die erfindungsgemäße Dampfbeaufschlagung des auf der strukturierten Unterlage befindlichen Stoffes können sich ein oder mehrere weitere Bearbeitungsschritte anschließen. Insbesondere kann eine/mehrere Dampfbeaufschlagungen/Vernadelungen auf einer ebenen Unterlage (Trommel, Transportband, Siebband) folgen, um die Oberfläche des strukturierten Stoffes im gewünschten Maße weiter zu gestalten. Auch ist es so möglich mittels einer weiteren strukturierten Unterlage eine zusätzliche Strukturierung zu erzeugen.
Folgende Voraussetzungen sind für die dreidimensionale Vliesstrukturierung mit Wasserdampfstrahlen optimal:

– Die Dampfstrahlen treten mit Schallgeschwindigkeit > 400 m/s aus zylindrischen oder sich konisch in Strömungsrichtung verjüngenden Düsen aus. Die erforderliche Dampfgeschwindigkeit > 400 m/s wird dadurch erreicht, dass vor Eintritt des Dampfes in die Düse ein Mindestdruck von 4–5 bar eingestellt und der Dampf um mindestens 20°C über der dem Dampfdruck entsprechenden Sattdampftemperatur überhitzt ist. Selbstverständlich kann auch mit wesentlich höherem Dampfdruck und wesentlich höherer Überhitzung gearbeitet werden. Beim Durchströmen des Dampfes durch die beschriebenen Düsen findet eine adiabatische Expansion statt, bei der die Strahlen auf von der Temperatur abhängige Schallgeschwindigkeit beschleunigt werden, wobei die Stromdichte ein Maximum erreicht. Durch Nachexpansion erreicht der Dampf nach Austritt aus der Düse Überschallgeschwindigkeit und es entstehen Verdichtungsstöße.
– Die Stoßfront wird in das Vlies eingeleitet. Dazu wird der Abstand zwischen Düsenaustritt und Kompaktierband bzw. Vliesoberfläche auf maximal 6–10 D eingestellt, wobei D der Düsendurchmesser ist.

Es wurde weiterhin gefunden, dass Wasserdampfstrahlen, die die genannten Bedingungen erfüllen, eine so hohe Impulskraft aufweisen, dass unverfestigte oder leicht vorverfestigte Vliese mit Hilfe geeigneter Strukturschablonen in eine dreidimensionale Struktur überführt und gleichzeitig verfestigt werden können. Durch Wärmeleitung erfolgt dabei die Vliesverfestigung auch an den Bereichen, an denen sich keine Öffnungen in der Strukturschablone befinden.
Beim Auftreffen des Dampfes auf das Vlies erfolgt eine Impuls- und Wärmeübertragung, verbunden mit Vliesstrukturierung und -verfestigung. Dabei kann gewährleistet werden, dass nur die Überhitzungswärme an das Vlies abgegeben wird, so dass vollkommen trockene Strukturvliesstoffe hergestellt werden, die so stabil sind, dass sie sich bei der weiteren Verarbeitung oder bei der nachfolgenden Anwendung (z. B. Wa schen) nicht oder nur im sehr geringen Maße deformieren.
Ausführungsbeispiel:
Ein unverfestigtes oder schwach vorverfestigtes Rohvlies aus 80% PES-Fasern 1,7 dtex, 40 mm und 20% Co-PES Fasern wird einer mit einer Strukturschablone versehenen Trommel zugeführt. Durch ein umlaufendes Abdecksieb wird das Vlies direkt auf der Schablone fixiert und an dieser Stelle mit Dampfstrahlen beaufschlagt. Die Durchmesser der Dampfdüsen betragen 0,3 mm und der Abstand zwischen Düsen und Kompaktierband ist auf 0,6 mm eingestellt. Dabei durchdringen die Strahlen das Kompaktierband und das Vlies. Das Vlies wird im Bereich der Öffnungen der Schablone deformiert, durch Wärmeübertragung von den Strahlen an die Fasern verfestigt und an den danebenliegenden Stellen nicht deformiert und durch Wärmeleitung ebenfalls verfestigt. Der die Schablone durchdringende Dampf wird abgesaugt. Der verwendete Wasserdampf weist folgende Parameter auf:
Druck: 6 bar,
Temperatur: 225°C,
Geschwindigkeit der Strahlen am Düsenaustritt: 511 m/s.
Eine Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung 1 und 2.
Das Rohvlies 1 wird über ein umlaufendes Zuführband einer Trommel 3 zugeführt, über deren Außenumfang eine ein dreidimensionales Strukturmuster aufweisende Hülse 4 aufgezogen ist (1). Im gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Hülse mit einer Vielzahl regelmäßig verteilter Öffnungen. Der Trommel ist ein umlaufendes Sieb (Kompaktiersieb) 7 zugeordnet, welches derart um Umlenkwalzen 8 geführt ist, dass ein Kompaktierbereich 9 für das zuzuführende Vlies 1 zwischen der Trommeloberfläche und dem Sieb 7 entsteht.
Der Trommel 3 ist eine Einrichtung zur Beaufschlagung der von der Hülse 4 getragenen Bahn in Form eines rohrförmigen Düsenbalkens 5 zugeordnet, der innerhalb des Umlaufbereiches des Siebes 7 angeordnet ist. Der Düsenbalken 5 weist an seiner der Trommel 3 bzw. der Innenseite des Siebes 7 zugewandten Unterseite eine Vielzahl von sich über die Breite der Bahn des Vlies 1 erstreckende Dampfaustrittsöffnungen auf. Mit den aus den Austrittsöffnungen austretenden Dampfstrahlen 6 erfolgt die Beaufschlagung des zwischen Sieb 7 und der Trommeloberfläche (Strukturmuster der Hülse 4) fixierten Vlies 1, wodurch das im Bereich der Öffnungen befindliche Material in die Öffnungen hineingedrückt wird. Die Tiefe des Materialeinzuges wird hierbei in Abhängigkeit des Fasermaterials im Wesentlichen von der Temperatur und dem Dampfdruck bestimmt. Einrichtungen zur Absaugung des Dampfes im Inneren der Trommel 3 sind in der Figur nicht dargestellt.
Eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt 2. Hier wird das Rohvlies 1 über ein Sieb 7 der Trommel 3 zugeführt – das als Zuführband dienende Sieb 7 bewirkt hier gleichzeig eine Kompaktierung (Kompaktierbereich 9) des Rohvlies 1. Die Einrichtung zur Dampfbeaufschlagung 5 liegt hier unterhalb der Trommel – die Beaufschlagung erfolgt durch das Sieb 7 hindurch.

1: Vlies, Rohvlies
2: Zuführband
3: Trommel
4: Hülse
5: Düsenbalken
6: Dampfstrahl
7: Sieb, Kompaktiersieb, Zuführband (2)
8: Umlenkwalze (Kompaktiersieb)
9: Kompaktierbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60300540 T2 [0002]
- DE 69412106 T2 [0003]
- EP 1553222 A1 [0004]
- DE 10019342 B3 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Vliesstoffes, unter Verwendung eines nicht vorverfestigten Stoffes (Rohvlies), gekennzeichnet durch, der zu strukturierende Stoff weist thermisch schmelzbare Fasern/Filamente auf, der Stoff wird relativ zu einer Einrichtung zur Beaufschlagung mit heißem Gas bewegt, der Stoff liegt während der Gasbeaufschlagung auf einer mitbewegten Unterlage mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, der zu strukturierende, nicht vorverfestigte Stoff (Rohvlies) wird der Unterlage vorkompaktiert zugeführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, die Gasbeaufschlagung erfolgt auf der der Unterlage abgewandten Seite des Stoffes.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch, als Gas wird heißer, vorzugsweise überhitzter Wasserdampf verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch, der bahnförmige Stoff (das Rohvlies) wird einer sich drehenden Trommel zugeführt, welche die dreidimensionale Struktur an deren Außenumfang aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, als dreidimensionale Struktur dient eine Fläche mit Öffnungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, der Struktur gebenden Gasbeaufschlagungseinrichtung wird ein wenigstens aus zwei Schichten bestehender Stoff unterschiedlichen Faser- und/oder Filamentmaterials zugeführt, wobei wenigstens eine der Schichten die thermisch schmelzbaren Fasern/Filamente aufweist bzw. vollständig aus diesen Fasern/Filamenten besteht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wenigstens nach Anspruch 1, bestehend aus einer relativ zu einer Einrichtung (5) zur Gasbeaufschlagung bewegbaren Unterlage (4), auf welcher ein mit dem Gas zu beaufschlagender, nicht vorverfestigter Stoff (Rohvlies 1) auflegbar ist, gekennzeichnet durch, dass die Oberfläche der Unterlage (4) dreidimensional strukturiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch, die Unterlage (4) ist als eine Fläche mit darin angeordneten Öffnungen ausgebildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch, die Unterlage (4) ist als der Außenumfang einer drehbaren Trommel (3) ausgebildet, über welche der bahnförmige Stoff (1) gefördert wird, der Trommel (3) ist die Einrichtung (5) zur Gasbeaufschlagung zugeordnet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch, der Einrichtung (5) zur Gasbeaufschlagung ist eine Einrichtung zur Vorkompaktierung des der Unterlage (4) zugeführten Stoffes (Rohvlies 1) vorgeordnet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch, die Einrichtung zur Vorkompaktierung des der Unterlage (4) zugeführten Stoffes (Rohvlies 1) ist als ein gasdurchlässiges Sieb (7) ausgebildet.
Vorrichtung nach Anspruch 10 und 12, gekennzeichnet durch, ein den Umfang der Trommel (3) tangierendes, umlaufendes Sieb (7), zwischen dem und dem Umfang der Trommel (3) das Rohvlies (1) der Gasbeaufschlagung zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10–13, gekennzeichnet durch, die Einrichtung (5) zur Gasbeaufschlagung ist im Bereich des um Umlenkwalzen (8) geführten Siebes (7) angeordnet, derart, dass die Gasbeaufschlagung des Stoffes (1) durch das Sieb (7) hindurch erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–14, gekennzeichnet durch, die Einrichtung (5) zur Gasbeaufschlagung ist als ein rohrförmiger Körper ausgebildet, der mit heißem Gas beaufschlagbar ist, der rohrförmige Köper weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen auf, mittels denen wenigstens ein Teil der Breite des auf der Unterlage (4) befindlichen bahnförmigen Stoffes (1) von der der Unterlage (4) abgewandten Seite mit Gas beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch, dem rohrförmigen Körper ist eine Einrichtung zur Erzeugung von heißem Wasserdampf vorgeordnet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch, die Unterlage ist als eine Hülse (4) ausgebildet, welche über die drehbare Trommel (3) aufziehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8–17, gekennzeichnet durch, die Unterlage bzw. die Hülse (4) ist als ein geprägtes Siebgewebe ausgebildet.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch, die Unterlage bzw. die Hülse (4) besteht aus Metall.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch, die Unterlage bzw. die Hülse (4) besteht aus Kunststoff bzw. weist Kunststoff auf.