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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Band, insbesondere Pressfilz,
für eine Maschine zur Herstellung von Bahnmaterial, insbesondere
Papier oder Karton, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Bands.
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Die
beispielsweise in Presssektionen von Papiermaschinen eingesetzten
Endlosbänder bewegen sich zusammen mit dem zu fertigenden
Bahnmaterial durch einen oder mehrere Pressnips hindurch, wo beispielsweise
durch das Gegeneinanderpressen zweier Walzen unter Zwischenanordnung
des Bands und des zu fertigenden Bahnmaterials einerseits das Bahnmaterial
verdichtet wird, andererseits Flüssigkeit aus diesem herausgepresst
wird. Die herausgepresste Flüssigkeit soll mit dem bzw.
durch das Band hindurch abgeführt werden. Dazu ist es erforderlich, dieses
Band mit einer zur Aufnahme der Flüssigkeit geeigneten
permeablen bzw. mit Hohlräumen versehenen Struktur bereitzustellen.
Eine derartige Struktur unterliegt jedoch selbstverständlich
auch der im Bereich eines Pressnips auftretenden Pressbelastung,
so dass durch die ständige Kompression und Entspannung
die Gefahr einer Materialermüdung besteht bzw. die Porosität
und somit die zur Verfügung stehenden Hohlräume über
die Betriebslebensdauer hinweg stark abnehmen können.
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Um
eine über lange Dauer währende permeable Struktur
bereitzustellen, kann bspw. eine oder mehrere Vlieslagen zumindest
abschnittweise mit einem bspw. elastomeren Polymermaterial gefüllt
werden. Hierbei besteht allerdings die Gefahr, dass sich das Polymermaterial
im Laufe des Betriebs aus der Vlieslage herauslöst, was
zu einem stark verringerten Wasseraufnahmevermögen des
Bandes führt. Die Gefahr des Herauslösens des
Polymermaterials aus der Vlieslage besteht insbesondere dann, wenn das
Polymermaterial bspw. im Bereich der Bahnmaterialkontaktfläche
des Bandes angeordnet ist und im Betrieb fortlaufend einem Hochdruckwasserstrahl
bei der Bandreinigung ausgesetzt wird.
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Es
ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Band für
eine Maschine zur Herstellung von Bahnmaterial, insbesondere Papier
oder Karton, bzw. ein Verfahren zur Herstellung desselben vorzusehen,
mit welchen bei verbesserter Flüssigkeitsabführeigenschaft
eine höhere Standfestigkeit erzielt werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst
durch ein Band für eine Maschine zur Herstellung von Bahnmaterial,
insbesondere Papier oder Karton, umfassend eine Tragestruktur und
wenigstens eine Lage aus Fasermaterial, wobei wenigstens eine der
Lagen aus Fasermaterial zusammen mit einem Polymermaterial eine
für Fluid permeable Verbundstruktur bildet, indem das Polymermaterial
zwischen Fasern dieser Lage gebildete Hohlräume nur teilweise
füllt und/oder überbrückt und hierbei
eine einstückige und für Fluid permeable Polymerschicht
ausbildet.
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Mit
anderen Worten wird eine einstückige und permeable Polymerschicht
gebildet, die sich in der Lage aus Fasermaterial erstreckt und in
die Fasern der Lage aus Fasermaterial zumindest teilweise eingebettet
ist. Die Polymerschicht ist hierbei fest mit den Fasern verbunden
und bettet diese zumindest abschnittweise in sich ein.
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Unter
einer einstückigen Polymerschicht ist hierbei eine Polymerschicht
zu verstehen, die aus einem einzigen zusammenhängenden
Stück gebildet ist. Zur Bereitstellung der Permeabilität
weist die Polymerschicht sich durch diese erstreckende Öffnungen
auf, wobei die Öffnungen in der Polymerschicht dadurch
gebildet sind, indem das die Polymerschicht bildende Polymermaterial
zwischen Fasern der Faserlage gebildete Hohlräume nur teilweise
füllt und/oder überbrückt. Zum Nachweis
der Einstückigkeit der permeablen Polymerschicht kann das
Fasermaterial, wenn dieses bspw. aus Polyamid ist, bspw. mittels
Ameisensäure herausgelöst werden.
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Das
Band ist insbesondere für Fluid, wie bspw. Wasser, permeabel.
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Die
einstückige und permeable Polymerschicht bildet mit Fasern
der Faserlage eine permeable Verbundstruktur, die ein hohes und
sich im Betrieb wenig kompaktierendes Wasserdrainagevermögen
bereitstellt. Dadurch, dass das Polymermaterial eine einstückige
Polymerschicht ausbildet, kann sich das Polymermaterial bei Einwirkung
von Scherkräften oder Hochdruckwasserstrahl deutlich schwerer aus
der Lage aus Fasermaterial lösen, als dies bei Polymermaterial
der Fall ist, welches in der Lage aus Fasermaterial nur eine Vielzahl
unzusammenhängender Polymeragglomerate bildet.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die einstückige und permeable Polymerschicht über
die gesamte Länge und die gesamte Breite der Lage aus Fasermaterial.
In diesem Fall bildet die Polymerschicht also eine selbstständige
Lage in der Lage aus Fasermaterial aus. Es wird hierdurch ein Band
bereitgestellt, welches über seine Breite konstante Eigenschaften,
wie bspw. Entwässerungsleistung, Rücksprungvermögen
und dgl. hat.
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Zur
gezielten lokalen Beeinflussung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Bandes kann es alternativ sinnvoll sein, wenn sich die Polymerschicht über
die gesamte Länge und nur einen Teil der Breite der Lage
aus Fasermaterial erstreckt. Denkbar ist in diesem Zusammenhang
bspw., in der Lage aus Fasermaterial im Bereich der jeweiligen längsseitigen
Kante eine Polymerschicht anzuordnen, die sich jeweils nur über
einen Teil der Breite der Lage aus Fasermaterial erstreckt. Denkbar
ist auch, dass sich die Polymerschicht nur im Bereich der Mitte der
Lage aus Fasermaterial erstreckt und im Bereich der beiden längsseitigen
Kanten der Lage aus Fasermaterial keine Polymerschicht angeordnet
ist.
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Vorzugsweise
ist die Polymerschicht elastisch kompressibel. Hierbei kann die
Polymerschicht eine Härte im Bereich von 50 bis 97 Shore
A haben.
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Vorzugsweise
umfasst das die Polymerschicht ausbildende Polymermaterial ein elastomeres
Polymer, insbesondere ist das Polymermaterial ein elastomeres Polymer,
wie bspw. ein elastomeres Polyurethan.
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Beispielhaft
umfasst das die Polymerschicht ausbildende Polymermaterial allein
oder in Kombination ein thermoplastisches Elastomer, insbesondere ein
thermoplastisches elastomeres Polyurethan, ein Polyetherblockpolyamid,
ein Polyamid bevorzugt der Typen PA11, PA12, PA6.10 oder PA6.12,
insbesondere ist das zweite Polymermaterial eines der vorgenannten
Materialien.
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Zwar
ist die Polymerschicht für Fluid permeabel, jedoch ist
das diese bildende Polymermaterial vorzugsweise an sich für
Fluid impermeabel. Die Permeabilität der Polymerschicht
wird vielmehr dadurch gebildet, indem das Polymermaterial Hohlräume,
die zwischen Fasern der Lage aus Fasermaterial gebildet sind, nur
teilweise füllt und/oder überbrückt,
wodurch Entwässerungskanäle bereitgestellt werden.
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Für
eine Vielzahl von Anwendungen ist es sinnvoll, wenn die Polymerschicht
eine Dicke im Bereich von ca. 0,05 mm bis ca. 1,5 mm, bevorzugt
ca. 0,05 mm bis ca. 1,0 mm hat.
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Ferner
ist es möglich, dass sich die Polymerschicht über
die gesamte Dicke der Lage aus Fasermaterial erstreckt oder alternativ
dazu, dass sich die Polymerschicht nur über einen Teil
der Dicke der Lage aus Fasermaterial erstreckt.
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Insbesondere
zur Bereitstellung einer markierungsfreien Bahnmaterialkontaktfläche
kann es sinnvoll sein, wenn die die Polymerschicht enthaltende Lage
aus Fasermaterial die Bahnmaterialkontaktfläche des Bandes
bereitstellt, wobei die Polymerschicht vorzugsweise im Bereich der
Bahnmaterialkontaktfläche angeordnet ist, so dass die permeable Verbundstruktur
die Bahnmaterialkontaktfläche bereitstellt.
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In
diesem Fall erstreckt sich also die Polymerschicht im Bereich der
Bahnmaterialkontaktfläche und stellt große lokale
Flächenelemente bereit, wodurch beim Durchlauf des erfindungsgemäßen Bandes
durch einen Pressnip deutlich geringere lokale Druckunterschiede
auf der Bahnmaterialkontaktfläche erzeugt werden, als bei
einer unbeschichteten die Bahnmaterialkontaktfläche bereitstellenden Faserlage.
Dies wirkt sich insbesondere positiv auf eine gleichmäßige
und markierungsfreie Entwässerung der Papierbahn im Pressnip
aus.
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Um
insbesondere nur die Bahnmaterialkontaktfläche des Bandes
ohne dessen Volumenbereich zu beeinflussen ist es sinnvoll, wenn
sich die Polymerschicht ausgehend von der Bahnmaterialkontaktfläche
bis zu einer Tiefe von 10% bis 50%, bevorzugt bis zu einer Tiefe
von 10% bis 30%, ganz besonders bevorzugt bis zu einer Tiefe von
10% bis 20% bezogen auf die gesamten Dicke des Bandes erstreckt. Hierdurch
wird im Wesentlichen nur die Bahnmaterialkontaktfläche
durch die permeable und einstückige Polymerschicht beeinflusst.
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Zur
Erhöhung der Abriebbeständigkeit des erfindungsgemäßen
Bandes ist es ferner sinnvoll, wenn die die Polymerschicht enthaltende
Lage aus Fasermaterial eine Maschinenkontaktfläche des Bandes
bereitstellt und insbesondere wenn die Polymerschicht im Bereich
der Maschinenkontaktfläche angeordnet ist, so dass die
permeable Verbundstruktur die Maschinenkontaktfläche des
Bandes bereitstellt.
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Zur
positiven Beeinflussung eines auf lange Zeit stabilen Wasseraufnahmevermögens
kann es sinnvoll sein, wenn die das Polymermaterial enthaltende
Lage aus Fasermaterial zwischen einer die Bahnmaterialkontaktfläche
bereitstellenden Lage aus Fasermaterial und der Tragestruktur angeordnet ist.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der die Polymerschicht
enthaltenden Lage aus Fasermaterial ein weiteres Polymermaterial
angeordnet ist, welches Fasern dieser Lage zumindest teilweise mit
einem Film überzieht.
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Bei
dieser Ausgestaltung wirken die durch zwei Polymermaterialien generierten
Effekte zusammen. Zum einen werden die Fasern bzw. zumindest ein
Teil derselben mit dem weiteren einen Film bildenden Polymermaterial überzogen
und dadurch in ihrer Struktur gestützt bzw. versteift.
Bereits dieser Überzug kann eine Vernetzung der einzelnen
Fasern untereinander bilden, so dass unter Berücksichtigung der
elastischen Eigenschaften des für den Überzug vorgesehenen
Polymermaterials eine deutlich bessere Rückstellcharakteristik
mit verminderter Materialermüdung kombiniert werden kann.
Durch das weiterhin vorhandene und mit der Lage aus Fasermaterial
eine permeable Verbundstruktur bildende Polymermaterial, welches
insbesondere Hohlräume zwischen den bereits Fasern der
wenigstens einen Faserlage überbrückt und/oder
füllt, kann das Wasseraufnahme- und Abführvermögen
dieser Lage gezielt eingestellt werden.
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Hierbei
ist das die Polymerschicht bildende Polymermaterial vorzugsweise wenigstens
teilweise, insbesondere vollständig, an Abschnitten der
Fasern angelagert, die bereits mit dem den Film bildenden weiteren
Polymermaterial überzogenen sind.
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In
diesem Fall wirkt das den Film bildende weitere Polymermaterial
als Haftvermittler zwischen dem Polymermaterial und den Fasern der
zumindest einen Faserlage, wodurch die Anbindung der Polymerschicht
an die Fasern der Faserlage deutlich verbessert wird.
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Alternativ
oder zusätzlich zum oben Gesagten ist denkbar, dass in
einer anderen als der die Polymerschicht enthaltenden Lage aus Fasermaterial das
weitere Polymermaterial angeordnet ist, welches Fasern dieser Lage
zumindest teilweise mit einem Film überzieht. So ist es
bspw. denkbar, dass in der die Bahnmaterialkontaktfläche
bereitstellenden Lage aus Fasermaterial das die einstückige
und permeable Polymerschicht bereitstellende Polymermaterial angeordnet
ist, wohingegen das den Film bildende weitere Polymermaterial in
einer Lage aus Fasermaterial enthalten ist, die zwischen der die
Bahnmaterialkontaktfläche bereitstellenden Lage aus Fasermaterial
und der Tragestruktur angeordnet ist.
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Das
weitere Polymermaterial kann hierbei ein elastomeres Polymer umfassen.
Insbesondere ist das weitere Polymermaterial ein elastomeres Polymer.
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Vorzugsweise
sind zumindest einige der Fasern der wenigstens einen Faserlage
an Faserkreuzung- und/oder Faserberührungsstellen durch
das den Film bildende weitere Polymermateial miteinander verklebt.
Durch die Verklebung der Fasern der Lage bildet sich ein zusammenhängendes
Netzwerk aus miteinander verbundenen Fasern aus. Dieses Fasernetzwerk
trägt wesentlich zu den elastischen Eigenschaften und dem
Rücksprungvermögen der zumindest einen Lage aus
Fasermaterial positiv bei.
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Wie
noch später beschrieben wird, kann das weitere Polymermaterial
bspw. in Form einer wässrigen Dispersion aus partikelförmigem
Polymermaterial in die zumindest eine Lage aus Fasermaterial appliziert
werden. Solche wässrigen Dispersionen sind beispielsweise
unter dem Namen „witcobond polymer dispersion" bekannt
und werden beispielsweise von der Firma Baxenden Chemicals Ltd.
in England vertrieben.
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Vorzugsweise
weist das Fasern mit dem Film überziehende weitere Polymermaterial
einen höheren Schmelzpunkt auf, als das die einstückige
und permeable Polymerschicht bildende Polymermaterial. Somit wird
es möglich, das die Polymerschicht ausbildende Polymermaterial
einzubringen, nachdem die Fasern bereits mit dem Film aus dem weiteren
Polymermaterial überzogen worden sind, ohne dass bei der
zum Aufschmelzen des Ausgangsmaterials für das die Polymerschicht
ausbildende Polymermaterial erforderlichen Erwärmung den
die Fasern überziehenden Film zu beeinträchtigen.
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Der
Fasern zumindest abschnittweise überziehende Film aus dem
weiteren Polymermaterial hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich
von 1 μm bis 20 μm.
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Wenigstens
ein Teil der Fasern der wenigstens einen Lage aus Fasermaterial
kann mit mehreren Filmlagen von weiteren Polymermaterialien überzogen
sein. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass zumindest einige
der mehreren Filmlagen zueinander unterschiedliche Eigenschaften
haben. Diese unterschiedlichen Eigenschaften können sich bspw.
durch zueinander unterschiedliche weitere Polymermaterialien ergeben,
welche für die jeweiligen Filmlagen verwendet werden.
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Vorzugsweise
haben das Polymermaterial und das weitere Polymermaterial zueinander
unterschiedliche elastische Eigenschaften.
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Ganz
generell kann sich ausgehend von der Bahnmaterialkontaktfläche
das Fasern der wenigstens einen Faserlage überziehende
weitere Polymermaterial bis zu einer Tiefe von 10% bis 100%, bevorzugt
bis zu einer Tiefe von 30% bis 100%, ganz besonders bevorzugt bis
zu einer Tiefe von 50% bis 100%, bezogen auf die Gesamtdicke des
Bandes erstrecken. Bei vollständiger Durchdringung des
Bandes mit dem weiteren Polymermaterial kann eine gute Anbindung
der verschiedenen Lagen aus Fasermaterial zueinander und zur Tragestruktur
erreicht werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte
Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes
zur Herstellung von Bahnmaterial, insbesondere nach einem der vorangehenden
Ansprüche, umfassend die Maßnahmen:
- a) Bereitstellen wenigstens einer Lage (20) aus Fasermaterial,
- b) Einbringen von Polymermaterial in wenigstens eine der Faserlagen
und Bilden einer permeablen Verbundstruktur aus dem Polymermaterial
und aus Fasern dieser Faserlage, indem bewirkt wird, dass das Polymermaterial
zwischen diesen Fasern gebildete Hohlräume nur teilweise
füllt und/oder überbrückt und hierbei
eine einstückige und permeable Polymerschicht ausbildet.
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Eine
Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht
vor, dass die Maßnahme b) das Einbringen des die Polymerschicht
bildenden Polymermaterials in Partikelform in vorzugsweise wässriger Dispersion
in die wenigstens eine Lage aus Fasermaterial sowie das Aufschmelzen
des in der wenigsten einen Faserlage eingebrachten Polymermaterials in
Partikelform umfasst. In diesem Fall wird die das Polymermaterial
umfassende permeable Verbundstruktur dadurch gebildet, indem das
Polymermaterial nach seinem Einbringen in die zumindest eine Lage
aus Fasermaterial aufgeschmolzen wird, sich an die Fasern anlagert
und nachfolgend das aufgeschmolzene Polymermaterial an den Fasern
haftend wieder erstarrt.
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Hierbei
kann vorzugsweise vor dem Aufschmelzen des partikelförmigen
Polymermaterials Flüssigkeit aus der wenigstens einen Lage
aus Fasermaterial entfernt, wie bspw. abgezogen werden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen
in einer Maßnahme c) ein weiteres Polymermaterial in die
Faserlage einzubringen und zu bewirke, dass das weitere Polymermaterial
einen Fasern der Faserlage überziehenden Film bildet.
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Vorzugsweise
umfasst hierbei die Maßnahme c) das Einbringen einer wässrigen
Dispersion aus partikelförmigem, insbesondere feinpartikelförmigem,
weiteren Polymermaterial in die wenigstens eine Lage aus Fasermaterial
sowie den Entzug von Flüssigkeit aus der in der wenigsten
einen Faserlage eingebrachten Dispersion. Dies bedeutet, dass der Fasern
der zumindest einen Faserlage überziehende Film im Wesentlichen,
insbesondere vollständig, dadurch gebildet wird, indem
der Dispersion aus dem partikelförmigen weiteren Polymermaterial
Flüssigkeit entzogen wird und sich die Polymerpartikel
einen Film bildend an den Fasern anlagern.
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In
einem weiteren Bearbeitungsschritt kann die Oberfläche
dann in Ihrer Topographie dergestalt beeinflusst werden, dass diese
eine für die Gestaltung der darauf zu fertigenden Bahnware
vorteilhafte Ausgestaltung einnimmt. Dabei ist bevorzugt eine Glättung
der Bahnmaterialkontaktfläche z. B. durch Kalandrierung
herbeizuführen. Daher sieht eine weitere Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere
vor, dass nach Maßnahme b) die Bahnmaterialkontaktfläche
des Bandes in einer weiteren Maßnahme unter Verwendung
von Druck und/oder Temperatur bearbeitet, insbesondere geglättet
und/oder verdichtet wird.
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Die
Maßnahme b) kann nach der Maßnahme c) durchgeführt
werden. Dies bedeutet, dass zunächst die Fasern mit dem
dafür vorgesehenen weiteren Polymermaterial überzogen
werden, beispielsweise durch Auftrag einer einen Film bildenden
Polymerdispersion und anschließendem Trocknen, bzw. Entfernen
des flüssigen Mediums. Erst danach erfolgt der Auftrag
des, bevorzugt partikelförmigen und die Polymerschicht
bildenden Polymermaterials.
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Alternativ
ist es selbstverständlich auch möglich, die Maßnahmen
b) und c) gleichzeitig durchzuführen.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens
eine Lage aus Fasermaterial, welches das die Polymerschicht bildende Polymermaterial
und das den Film bildende weitere Polymermaterial enthält,
nach Maßnahme b) in einer weiteren Maßnahme unter
Verwendung von Druck und/oder Temperatur komprimiert wird. Hierdurch wird
eine Vorkompaktierung und/oder Glättung dieser Lage erreicht.
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Vorzugsweise
wird bei der Maßnahme b) so vorgegangen, dass sich das
Polymermaterial zumindest teilweise, insbesondere vollständig,
an bereits mit dem Film aus dem weiteren Polymermaterial überzogenen
Abschnitten der Fasern angelagert. Durch die Verwendung des weiteren,
auf Faser einen Film bildenden Polymermaterials wird bspw. nach Anschmelzen
des die Schicht bildenden Polymermaterials dessen Anhaftung an den
Fasern wesentlich verbessert, was zu einer deutlich verlängerten
Dauerhaftigkeit der Produktperformance auf der Papiermaschine führt.
Das den Film bildende Polymermaterial hat hierbei zusätzlich
zur Funktion der Aussteifung der Lage aus Fasermaterial die Aufgabe
die Anhaftung des die Polymerschicht bildenden Polymermaterials
an den Fasern zu verbessern.
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Um
die Fasern der zumindest einen Faserlage miteinander zu verbinden
und um damit ein Netzwerk aus Fasern bereitzustellen, sieht eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass bei Maßnahme
c) zumindest einige der Fasern der wenigstens einen Faserlage an
Faserkreuzung- und/oder Faserberührungsstellen durch das
erste Polymermaterial miteinander verklebt werden.
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Beispielhaft
weisen wenigstens 50% der Partikel des feinpartikulären
weiteren Polymermaterials eine Größe im Bereich
von 2,0 nm bis 10 μm auf. Denkbar ist in diesem Zusammenhang,
dass sämtliche Partikel des feinpartikulären weiteren
Polymermaterials eine Größe von maximal 10 μm,
insbesondere von maximal 2 μm aufweisen.
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Allgemein
soll unter der Größe eines Partikels dessen maximale
räumliche Ausdehnung in einer Raumrichtung, d. h. Länge
oder Breite oder Höhe, verstanden werden.
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Um
die Fasern der Faserlage in einer Vielzahl von Eigenschaften beeinflussen
zu können, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor,
dass die Maßnahme c) mehrmals durchgeführt wird
zum Bereitstellen eines mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Fasern
der wenigstens einen Lage aus Fasermaterial überziehenden
Films. Dabei kann zur Beeinflussung der Stabilität der
so überzogenen Fasern vorgesehen sein, dass bei wenigstens
zwei Durchführungen der Maßnahme c) die Fasern
der wenigstens einen Lage aus Fasermaterial mit unterschiedlichem
weiterem Polymermaterial überzogen werden.
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Vorzugsweise
umfasst auch das weitere partikelförmige Polymermaterial
ein Elastomer. Bei dem Elastomer kann es sich insbesondere um Polyurethan
handeln.
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Insbesondere
kann das weitere Polymermaterial in Partikelform eine kleinere Partikelgröße
als das Polymermaterial in Partikelform haben.
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Um
sicherzustellen, dass beim Aufschmelzen der partikulären,
die Polymerschicht bildenden Polymermaterials nicht auch der die
Fasern überziehende Film beeinträchtigt wird,
wird vorgeschlagen, dass das bei der Maßnahme c) verwendete
partikelförmige weitere Polymermaterial einen höheren Schmelzpunkt
aufweist, als das bei der Maßnahme b) verwendete partikelförmige
Polymermaterial.
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Gute
Ergebnisse bei der Applikationsfähigkeit des zweiten Polymermaterials
werden erzielt, wenn 50 Vol% des Gesamtvolumens aller Teilchen des
zweiten Polymermaterials (Mittelwert d50) eine Partikelgröße
zwischen 20 μm und 150 μm, bevorzugt zwischen
50 μm und 100 μm haben.
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Die
Maßnahme a) kann das Festlegen, vorzugsweise Vernadeln,
der wenigstens einen Lage aus Fasermaterial an einer Tragestruktur
umfassen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass das Verbinden
der zumindest einen Lage aus Fasermaterial mit der Tragestruktur
vor dem Applizieren des ersten und zweiten Polymermaterials erfolgt
oder dass alternativ dazu zuerst das erste und das zweite Polymermaterial
in die zumindest eine Lage aus Fasermaterial appliziert wird, bevor
ein Verbinden dieser mit der Tragestruktur erfolgt.
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Die
Tragestruktur kann gewebeartig oder gelegeartig ausgebildet sein.
Denkbar ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Tragestruktur
eine einstückige polymere Gitterstruktur umfasst oder aus dieser
gebildet ist, wie diese bspw. in der
EP0285376 beschrieben
ist. Denkbar ist ganz allgemein jedwede textile Flächenstruktur,
welches geeignet ist als lastaufnehmende Tragestruktur zu fungieren.
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Ferner
kann die wenigstens eine Lage aus Fasermaterial als Vlieslage ausgebildet
sein. Insbesondere sind sämtliche Lagen aus Fasermaterial
des Bandes als Vlieslage ausgebildet.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Prinzip-Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Bandes; in einer Zwischenproduktionsphase,
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2 eine
vergrößerte Ansicht von Fasermaterial mit überzogenen
Fasern und einer permeablen Verbundstruktur mit Polymermaterial;
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3 eine
Elektronenmikroskopaufnahme eines erfindungsgemäßen
Pressfilzes im Querschnitt.
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4 eine
Elektronenmikroskopaufnahme der Bahnmaterialkontaktseite mit einer
permeablen Verbundstruktur aus Fasern und Polymermaterial;
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5 eine
weitere Elektronenmikroskopaufnahme der Bahnmaterialkontaktfläche
mit einer permeablen Verbundstruktur aus Fasern und Polymermaterial,
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6 eine
perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer
einstückigen und permeablen Polymerschicht,
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7 eine
perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer einstückigen und permeablen Polymerschicht.
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Die 1 zeigt
in einer Zwischenproduktionsphase in Schnittdarstellung ein Band 10,
wie es beispielsweise in einer Presssektion einer Papiermaschine
eingesetzt werden kann. Das Band 10 umfasst eine Tragestruktur 12,
die beispielsweise als Gewebe, als Gelege oder als Spiral-Link-Struktur ausgebildet
sein kann. An einer Maschinenkontaktfläche 14 der
Tragestruktur 12 kann eine Lage 16 aus Fasermaterial
vorgesehen sein, die mit der Tragestruktur 12 beispielsweise
durch Vernadeln verbunden sein kann. An einer Bahnmaterialkontaktfläche 18 ist
im dargestellten Beispiel eine Lage 20 und eine Lage 40 aus
Fasermaterial vorgesehen. Auch diese sind mit der Tragestruktur 12 vorzugsweise
durch Vernadeln fest verbunden.
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Die
Fasern der beiden Lagen 20 und 40 sind mit einem
einen Film bildenden weiteren Polymermaterial überzogen.
Das den Film bildende weitere Polymermaterial kann auch die Lagen 12 und 16 ganz oder
teilweise überziehen.
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Hierzu
wird in der Lage 20 aus Fasermaterial eine Vielzahl von
feinen Partikeln 22 aus dem weiteren Polymermaterial appliziert.
Diese Partikel 22 verteilen sich bevorzugt auf der gesamten
Dicke der Lage 20 aus Fasermaterial. Dazu kann so vorgegangen
werden, dass eine wässrige Dispersion aus feinpartikelförmigem
weiterem Polymermaterial 22 mit einem Gewichtsanteil von
etwa 2 bis 10% der Partikel 22 von der Bahnmaterialkontaktfläche 18 des
Bandes her in die Lage 20 appliziert wird.
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Nachfolgend
wird die Flüssigkeit aus den Lagen 20, 40 und 16 aus
Fasermaterial und auch der Tragestruktur 12 bspw. durch
Verdampfen entfernt, wodurch sich ein Fasern dieser Lagen zumindest
teilweise überziehender Film ausbildet.
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Dieser
Vorgang des Einbringens eines einen Film bildenden weiteren Polymermaterials,
den Trocken- und Filmbildungsprozess und damit das Überziehen
und teilweise Verbinden, bzw Einbetten der Fasern kann mehrfach
wiederholt werden, so dass sich ein entsprechender mehrlagiger Überzug
an den Fasern bildet. Die hierfür eingesetzten Materialien können
sich bspw. von Filmlage zu Filmlage unterscheiden.
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Nachdem
die Fasern der Lage 20 aus Fasermaterial zum größten
Teil mit dem weiteren Polymermaterial, insbesondere elastischem
Polyurethanmaterial, überzogen worden sind, kann dann in
einer weiteren Bearbeitungsphase ein partikelförmiges Polymermaterial
eingegeben werden, dessen Partikel dann beispielsweise so dimensioniert
sind, dass wenigstens 50% des Gesamtvolumens aller Partikel davon
eine Größe im Bereich von 20 μm bis 120 μm
aufweisen. Auch diese Partikel werden sich in Abstimmung auf die
Porosität der Lage 20 aus bereits überzogenem
Fasermaterial im Innenvolumenbereich verteilen, wobei aufgrund der
grundsätzlich größeren Partikel diese
sich verstärkt im oberflächennahen Bereich, d.
h. im Bereich der Bahnmaterialkontaktfläche 18,
ansammeln werden. Kleinere Partikel können ggf. tiefer
in die Gesamtstruktur (Lagen 20, 12, 16) eindringen.
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Nachfolgend
findet ein Aufschmelzvorgang statt, in welchem nunmehr das partikelförmige
Polymermaterial so aufgeschmolzen und nachfolgend wieder erstarrt
wird, dass das Polymermaterial erfindungsgemäß eine
einstückige und permeable Polymerschicht ausbildet, welche
zusammen mit Fasern der Lage 20 eine permeable Verbundstruktur
ausbildet.
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Das
Polymermaterial bildet also in erstarrtem Zustand eine einstückige
und permeable Polymerschicht, wobei die Polymerschicht primär
im oberflächennahen Bereich, d. h. im Bereich der Bahnmaterialkontaktfläche 18 vorhanden
ist und somit an der Oberfläche der Lage 20 aus
Fasermaterial ein plattenartiges polymeres Gebilde bilden kann.
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Der
Anteil des die Polymerschicht bildenden Polymermaterials in der
Lage 20 aus Fasermaterial liegt vorzugsweise im Bereich
von 20 g/m2 bis 400 g/m2.
Die Zugfestigkeit des eingesetzten Polymermaterials liegt vorzugsweise
im Bereich zwischen 5 und 1000 Mpa, und dieses Polymermaterial sollte
einen Schmelzpunkt im Bereich zwischen 120°C und 220°C
aufweisen.
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Zur
Bereitstellung des Films aus dem weiteren Polymermaterial können
bevorzugt Polymerdispersionen, bevorzugt auf Basis von Polyurethan
oder Polyacrylat aber auch andere oder Mischungen mehrerer Polymerdispersionen
wie z. B. Impranil DLH oder Witcobond 372-95 oder jedwedes ähnliche
Material mit Eigenschaften in vergleichbaren Bereichen eingesetzt
werden.
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Die
Zugfestigkeit der aus den Polymerdispersionen gebildeten weiteren
Polymermaterialien kann im Bereich von 1 bis 100 MPa liegen und
die maximale Elongation kann im Bereich von 100 bis 1600% liegen.
Das feinpartikuläre weitere Partikelmaterial wird vorzugsweise
mit einer Menge im Bereich von 20 g/m2 bis
500 g/m2 aufgebracht.
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Wie
bereits ausgeführt, werden diese Materialien so aufgebracht,
dass sie bevorzugt von der Bahnmaterialkontaktfläche her
in vorzugsweise wässriger Dispersion aufgebracht werden,
so dass die Partikel sich im Innenvolumenbereich der Lage aus Fasermaterial
verteilen können. Dazu sollten wenigstens 50% der Partikel
des weiteren Polymermaterials eine Größe im Bereich
von 2 nm–10 μm aufweisen.
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Als
Polymermaterial für die Bildung der Polymerschicht können
verschiedene thermoplastische polymere Materialien, bevorzugt elastische
Materialien wie z. B. Polyurethane Verwendung finden. Dies können
z. B. Polyurethane wie unter dem Handelsnamen Estane, Pearlcoat,
Unex, etc. erhältlich sind und die geforderten Materialeiengenschaften
besitzen sein. Alternativ können auch Polyetherblockpolyamide
(z. B. Pebax von Arkema) oder Polyamide, z. B. PA11, PA12, PA6,12,
welche z. B. unter den Handelsnamen Orgasol oder Rilsan, o. ä.
erhältlich sind, auch in Kombination mit thermoplastischen
Polyurethanen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Materialien
oder Materialmixturen mit hohem Schmelzfluss verwendet.
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Das
die Polymerschicht bildende Polymermaterial wird bevorzugt in Pulverform
eingesetzt und bevorzugt als wässrige Dispersion appliziert.
Um die für den jeweiligen Applikationsprozeß des
Polymermaterials notwendige Viskosität und Stabilität
der Dispersion einzustellen, können Dispergiermittel als auch
Verdicker Verwendung finden. Das Polymermaterial kann auch trocken
bspw. durch Aufstreuen appliziert werden.
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Für
die Applikation des den Film bildenden weiteren Polymermaterials
kann z. B. ein Sprühprozeß, Pflatschen, Foulardieren,
etc verwendet werden, für die Applikation des zweiten Polymermaterials
können die vorgenannten Methoden als auch thermische Aufbringungsmethoden
verwendet werden.
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Alternativ
ist die filmbildende Beschichtung des Fasermaterials auch mittels
Polymerlösungen denkbar.
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Es
ist selbstverständlich, dass die Prinzipien der Erfindung
auch Anwendung finden können, wenn mehrere Lagen aus Fasermaterial
eingesetzt werden. Auch ist es möglich, die beschriebenen
Maßnahmen, also das Überziehen der Fasern und
das Bilden der permeablen Verbundstruktur, in einem Arbeitsgang
vorzunehmen. Hierzu kann z. B. eine Dispersion bestehend aus einer
Mischung einer feinpartikulären Dispersion aus dem weiteren
Polymermaterial mit einer Dispersion gröberer Partikel
z. B. (D50 = 100 μm) des Polymermaterials in variablen
Anteilen appliziert werden. Dabei lagern sich die gröberen Partikel
primär an der Oberfläche der Fasern an. Beim anschließenden
Trocknungsvorgang bildet sich ein Polymerfilm auf den Fasern, der
zusätzlich die gröberen Partikel anbindet.
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Nachfolgend
findet ein Aufschmelzvorgang statt, in welchem die gröberen
Partikel aufgeschmolzen werden. Da das die permeable Polymerschicht ausbildende
Polymermaterial vorzugsweise einen niedereren Schmelzpunkt aufweist
als dasjenige Polymermaterial, mit welchem die Fasern der Lage 20 von
Fasermaterial überzogen worden sind, ist ein Erwärmen
nur bis zu einer Temperatur erforderlich, die zwar das Partikelmaterial
aufschmilzt, jedoch das Material des Faserüberzugs nicht
beeinträchtigt und zu einer starken Verbindung beider Materialien
führt.
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Dieses
bildet im erweichten Zustand eine einstückige und permeable
Schicht in den Hohlräumen der Lage 20 aus Fasermaterial.
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Die 2 zeigt
in schematisch vergrößerter Ansicht die Faserstruktur
der Lage 20 aus Fasermaterial desselben.
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Man
erkennt in 2 einzelne Fasern 26, die
mit einem Film 28 aus dem weiteren Polymermaterial überzogen
sind. Durch diesen Filmüberzug 28 werden einerseits
die Fasern 26 verstärkt. Andererseits wird durch
den Film 28 an den Kreuzungsstellen der Fasern 26 eine
Verbindung geschaffen, so dass auch die gesamte Festigkeit der Lage 20 aus
Fasermaterial zunimmt. Ferner erkennt man das eine einstückige
und permeable Polymerschicht 30 bildende Polymermaterial,
welches sich vor allem auch im Bereich von Kreuzungsstellen bzw.
in der Umgebung der bereits mit dem Film 28 überzogenen
Fasern 26 ansammelt, nachdem es aufgeschmolzen und wieder
erstarrt worden ist. Zwischen den Fasern 26 und den Polymermaterialbereichen 28, 30 befinden
sich die Poren bzw. Hohlräume 32, welche den Flüssigkeitsdurchtritt
durch die Lage 20 zulassen.
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In
den 6 und 7 ist jeweils eine erfindungsgemäße
einstückige und permeable Polymerschicht 30, 30' gezeigt.
Die 6 und 7 zeigen die Polymerschichten
für sich separiert, d. h. ohne die Fasern 26 der
Faserlage 20. Die separierten Polymerschichten 30, 30' werden
erhalten, nachdem aus der aus Fasern der Lage 20 und dem
Polymermaterial gebildeten permeablen Verbundstruktur das Fasermaterial
herausgelöst ist. Ein Herauslösen kann, wenn es
sich bei dem Fasermaterial um Fasern aus Polyamid handelt, bspw.
durch Ameisensäure geschehen.
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Beide
in den 6 und 7 gezeigten einstückigen
und permeablen Polymerschichten 30, 30' sind aus
thermoplastischem elastomerem Polyurethan gebildet und haben ein
Dicke im Bereich von ca. 0,1 mm. Beide Schichten 30, 30' sind
im Bereich der Bahnmaterialkontaktfläche angeordnet und
erstrecken sich ausgehend von der Bahnmaterialkontaktfläche
bis zu einer Tiefe von ca. 20% bezogen auf die gesamten Dicke des
Bandes.
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Die
beiden Polymerschichten 30, 30' unterscheiden
sich im Wesentlichen durch einen unterschiedlichen Füllgrad
der Lage aus Fasermaterial zueinander. So füllt und/oder überbrückt
die in der 6 gezeigte Polymerschicht 30 die
zwischen Fasern 26 dieser Lage 20 gebildeten Hohlräume 32 mehr
als dies die in der 7 gezeigte Polymerschicht 30' tut.
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Zu
bemerken ist in diesem Zusammenhang das die Porosität der
Polymerschichten 30, 30' nicht durch eine Porosität
des Polymermaterials an sich sondern dadurch zustande kommt, dass
Hohlräume 32 zwischen Fasern 26 der Faserlage 20 nur
teilweise gefüllt und/oder überbrückt
sind.
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Da
das die permeable Schicht 30, 30' ausbildende
Polymermaterial vorzugsweise einen niedereren Schmelzpunkt aufweist
als das den Film bildende weitere Polymermaterial, mit welchem die
Fasern 26 der Lage 20 von Fasermaterial überzogen
worden sind, ist ein Erwärmen nur bis zu einer Temperatur
erforderlich, die zwar das partikelförmige Polymermaterial
aufschmilzt, jedoch das weitere einen Film bildende Polymermaterial
des Faserüberzugs nicht beeinträchtigt. Hierdurch
wird eine starke Verbindung beider Materialien geschaffen.
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Die 3 zeigt
im Querschnitt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines erfindungsgemäßen als
Pressfilz ausgebildeten Bandes 10.
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Das
Band 10 weist eine die Bahnmaterialkontaktfläche 18 bereitstellende
Lage aus Fasermaterial 20 mit Fasern 26 auf. Die
Maschinenkontaktfläche 14 des Bandes 10 wird
durch eine Lage aus Fasermaterial 16 gebildet. Zwischen
den beiden Lagen aus Fasermaterial 20 und 16 ist
eine Tragestruktur 12 in Form eines Gewebes 12 angeordnet.
Die beiden Lagen aus Fasermaterial 16 und 20 sowie
das Gewebe 12 sind durch Vernadlung fest miteinander verbunden.
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Die
Fasern 26 der Lage 20 sind im Wesentlichen vollständig
mit dem aus dem weiteren Polymermaterial gebildeten Film 28 überzogen.
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Im
Bereich der Bahnmaterialkontaktfläche 18 der Faserlage 20 ist
ferner bis zu einer Tiefe von ca. 20%, bezogen auf die gesamte Dicke
des Bandes 10, aus dem Polymermaterial 30 und
Fasern 26 eine permeable Verbundstruktur dadurch gebildet,
indem Hohlräume, die zwischen den Fasern 26 der
Faserlage 20 gebildet sind, teilweise derart mit dem Polymermaterial
füllt und überbrückt sind, dass das Polymermaterial
eine einstückige und permeable Polymerschicht ausbildet.
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Die 4 und 5 zeigen
die Draufsicht auf die Bahnmaterialkontaktoberfläche 22 einer
derartigen Lage 20 aus Polymermaterial. Man erkennt die
Faserstruktur und die diese zumindest teilweise einbettende einstückige
und permeable Polymerschicht mit einer Vielzahl an Poren. Mit dieser
Strukturierung wird nicht nur eine erhöhte Festigkeit und Rückstelleigenschaft
der Lage 20 aus Fasermaterial erzielt. Die Mikrostrukturierung
und gegebenenfalls die Oberflächenergie des eingebrachten
Polymermaterials an der Oberfläche erleichtert gleichzeitig
auch die Freigabe eines derartigen Bandes dort, wo es von dem zu
fertigenden Bahnmaterial getrennt werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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