DE102009006099A1

DE102009006099A1 - Polyethylenvlies

Info

Publication number: DE102009006099A1
Application number: DE102009006099A
Authority: DE
Inventors: Steffen Bornemann; Thomas Burkhart; Thomas Dr. Klausen
Original assignee: Fiberweb Corovin GmbH
Current assignee: Fiberweb Corovin GmbH
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Zur Lösung der Erfindung ist eine Anwendung einer Vlieskalandriereinheit bei der Herstellung von Prägebindungen in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies aus thermoplastischem Material mit einem Vliesgewicht von 25 g/mbis 100 g/m, beinhaltend zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern, die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen, wobei die Fasern zumindest an ihrer Oberfläche Polyethylen aufweisen, wobei die Vlieskalandriereinheit mindestens eine erste beheizte Walze und eine zweite beheizte Glattwalze aufweist, die einen Spalt bilden, und wobei auf einer Oberfläche der ersten Walze eine Vielzahl von Erhebungen angeordnet ist, um ein thermisch gebundenes Vlies zu erhalten, wobei die Oberfläche der ersten Walze 20 bis 32 Erhebungen/cmaufweist, die Erhebungen um eine Höhe H von mindestens 0,6 mm von der Oberfläche abstehen und die Erhebungen einen Flankenwinkel α von etwa 6° bis 28° aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Prägebindungen in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies aus einem Polyethylen aufweisendem thermoplastischen Material, insbesondere aus einem aus Polyethylen bestehendem Material.
Gebundene Vliesstoffbahnen unter Verwendung von Polyolefinen sind seit vielen Jahren weit verbreitet und werden in verschiedene Produkte eingearbeitet, wie zum Beispiel Wegwerfwindeln, Hygieneprodukte für den Human- und Veterinärbereich, medizinische Abdeckungen, Schutzbekleidungen und Wegwerftücher.
Auf Grund der Griffigkeit und ihrer spezifischen Eigenschaften sind Polyethylenvliesstoffe von kommerziellem Interesse. Derzeit sind jedoch konventionelle Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Vliesstoffen nach einem Spunbondverfahren vorzugsweise für Polymere wie Polyester oder Polypropylen konzipiert und damit nicht speziell auf die Verarbeitung von Polyethylen abgestimmt.
Im Wesentlichen sind die Abriebfestigkeit, die Zugfestigkeit, die Dehnung und die Luftdurchlässigkeit beziehungsweise Kombinationen dieser Eigenschaften für Anwendungsgebiete von Vliesstoffen aus Polyethylen von Bedeutung.
Generell werden die Eigenschaften der Vliesstoffe durch einen Verfestigungs- oder Konsolidierungsprozess erzeugt, welcher einem Herstellungs- und Ablegeprozess der Fasern nachgeschaltet ist.
Bekannt ist hierfür unter anderem ein Bindungsverfahren, bei dem eine Faserbahn durch einen Kalanderspalt geführt wird, welcher durch ein beheiztes Walzenpaar gebildet wird. Hierbei kann eine glatte Kalanderwalze mit einer profilierten Kalanderwalze kombiniert werden, wobei die profilierte Kalanderwalze auf ihrer äußeren Oberfläche eine Vielzahl von Erhebungen mit dazwischen angeordneten Senken aufweist. Die profilierte Walze ist vorzugsweise aus Metall gefertigt und auf ihrer äußeren Oberfläche graviert, um eine Vielzahl von Erhebungen und Senken zu erhalten. Durch das Zusammenwirken der beiden Kalanderwalzen wird das Vlies in dem Kalanderspalt unter Wärmeeinwirkung zusammengedrückt, wobei das Vlies in den Bereichen, in denen die Erhebungen der Profilierten Walze auf das Vlies auftreffen oder in dieses eindringen, zumindest teilweise geschmolzen wird. Bei diesem Vorgang werden die weichen, nichtkristallinen oder amor phen Teile des Polymers weich und klebrig, wodurch Punktbindungsstellen im Vlies gebildet werden, in denen das Vlies eine Verfestigung erfährt. Neben diesen punktuell gebundenen Bereichen weist ein derartiges Vlies auch Bereiche auf, in denen die Fasern ungebunden sind. Eine derartige Struktur bewirkt, dass das Vlies in den ungebundenen Bereichen seine Weichheit und Durchlässigkeit beibehält.
Zur Herstellung von Vliesstoffen unter Verwendung von Polyethylen sind beispielsweise folgende Druckschriften bekannt:
In der US 4,909,975 werden Polyethylentypen beschrieben, die für das Schmelzspinnen geeignet sind und ein dort geforderte Eigenschaftsprofil erfüllen. Ein Beispiel hierfür ist ein Polyethylen vom Typ Aspun 6830A der Firma The DOW Chemical Company, welches heute nicht mehr kommerziell erhältlich ist. Derzeit für das Schmelzspinnen angebotene Polyethylentypen der gleichen Firma weisen einen engeren Schmelzbereich, höhere Schmelzpunkte, sowie höhere Schmelzenthalpien als Aspun 6830A auf, was sich nachteilig auf das Bindungsverfahren auswirkt.
Bekannt sind weiterhin Vliesstoffe, in denen zum überwiegenden Anteil Fasern aus Polyethylen verwendet worden sind, wobei in Abhängigkeit vom Polyethylenanteil und vom Polyethylentyp unterschiedliche Eigenschaften ermittelt worden sind: Beispielsweise wird in WO 2005/061773 ein Vlies offenbart, welches Fasern beinhaltet, die auf ihrer Oberfläche zumindest zum Teil Polyethylen aufweisen, wobei die Fasern thermisch gebunden sind und das Vlies bei einer Bondingfläche von weniger als 35%, bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses, einen Abrieb von weniger als 0,5 mg/cm² aufweist. Zur Herstellung des Vlieses wurde eine Spinnplatte mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis der Spinnbohrungen zwischen 4 und 9 verwendet.
In WO 2005/111291 wird ein Vlies aus Fasern mit einem Polymerblend beschrieben, wobei das Vlies eine hohe Abriebfestigkeit bei gleichzeitiger Weichheit besitzt. Das Polymerblend weist zwischen 26 Gew.-% und 80 Gew.-% eines ersten Polymers, eines homogenen Ethylen-α-Olefin-Interpolymers mit einem Schmelzindex zwischen 1 g/10 min bis 1000 g/10 min und einer Dichte zwischen 0,87 g/cm³ bis 0,95 g/cm³ und zwischen 74 Gew.-% bis 20 Gew.-% eines zweiten Polymers, welches eine Ethylenhomopolymer oder ein Ethylen-α-Olefin-Interpolymer mit einem Schmelzindex zwischen 1 g/10 min bis 1000 g/10 min sein kann und vorzugsweise eine Dichte aufweist, die mindestens 0,01 g/cm³ größer ist, als die Dichte des ersten Polymers.
Aus der US 7,223,818 sind Polymerblends und Mischungen bekannt, welche ein Elend aus einem ersten Polyethylen und einem zweiten Polyethylen enthalten, wobei das erste und das zweite Polyethylen ein vorbestimmtes Verhältnis für die Dichte und den Schmelzindex der beschriebenen Elends beziehungsweise Mischungen aufweisen. Weiterhin werden Fasern, einschließlich Bikomponentenfasern beschrieben, sowie Vliesstoffe aus diesen Fasern, wobei die Fasern unter Verwendung der Polymerblends oder Polymermischungen extrudiert worden sind.
Verfahren zur Thermobondierung von Vliesen sind unter anderem aus folgenden Druckschriften bekannt:
In der US 3,855,046 werden Vliesstoffe aus kontinuierlichen Filamenten unter Verwendung von thermoplastischen Polymeren, beispielsweise Polypropylen beschrieben, wobei der Bindeprozess derart gestaltet ist, dass das Vlies einen textilen und weichen Charakter bei gleichzeitiger Festigkeit hat, eine hohe Abriebfestigkeit der Oberfläche aufweist und in der Lage ist, Energie bei Beanspruchung zu absorbieren, das heißt, bei Belastung eine Deformation einzugehen ohne einen nennenswerten Fadenbruch zu erleiden. Beschrieben wird eine Methode des Thermobondings für Vliese, bei welcher eine unerwünschte Schrumpfung des Vlieses dadurch minimiert wird, dass das Vlies durch einen Spalt geführt wird, der durch zwei beheizte Walzen gebildet wird, wobei eine der beiden Walzen eine Vielzahl abstehender Punkte auf ihrer Oberfläche aufweist. Durch die Bondingintensität wird das Vlies stabilisiert und die Vliesoberfläche abriebfest ausgebildet, derart, dass im Falle einer Belastung des Vlieses Filamente aus den gebundenen Bereichen gelöst werden können und in Form von Endlosfäden als Lastaufnahmemittel dienen können, bevor es zum Bruch kommt.
Aus DE 23 138 73 ist ein leichtes abriebfestes Spinnvlies mit Flächengewichten zwischen 10 g/m² und 44 g/m² bekannt, welches unter Verwendung von linearem Polyethylen aus Filmfibrillen erzeugt worden ist. Die Bondingpunkte sind bei Temperaturen von 30°C bis 40°C über dem Schmelzpunkt des Polyethylens geformt worden, wodurch ein Aufschmelzen der Fasern im Bereich der Bondingpunkte erreicht worden ist. Bei einer Bondingfläche von 3% bis 70% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses, die durch 3 bis 155 Bindungspunkte/cm² erzeugt wird, liegt ein Vlies mit einer optischen Durchlässigkeit von > 70% vor.
Eine weitere Verbesserung der Vlieseigenschaften kann dadurch erreicht werden, dass zur Konsolidierung eines Vlieses eine Kombination aus einem Kalanderbonding und einem Heißluftbonding erfolgt, wie dieses in US 5,269,994 beschrieben worden ist.
Ebenfalls bekannt sind thermische Bindepunkte in Vliesen, wie beispielsweise in US 5,964,742 beschrieben, wobei die Bindepunktmuster ein Element-Aspekt-Verhältnis zwischen etwa 2 und etwa 20 aufweisen und die ungebundenen Fasern ein Element-Aspekt-Verhältnis zwischen etwa 3 und etwa 10 aufweisen. Es wurde dabei beobachtet, dass ein derartiges Vlies eine höhere Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, als Vliese, die mit unterschiedlichen Bondingmustern und ähnlichen Bondingflächen hergestellt worden sind.
In US 6,015,605 werden sehr spezifische thermische Bindebereiche beschrieben, um die Festigkeit, Griffigkeit und Abriebfestigkeit eines Vlieses zu verbessern.
Ebenfalls bekannt aus der US 2003/0041953 sind eine Vorrichtungen und ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch gebundenen Vlieses. Hierbei wird eine gemusterte Gravur- oder Prägewalze mit einer Vielzahl von Erhebungen auf ihrer äußeren Oberfläche beschrieben, die voneinander jeweils durch dazwischen angeordnete Senken beabstandet sind, wobei ca. 6,2 bis 77,5 Erhebungen/cm² vorgesehen sind, was einer Prägefläche zwischen 4% bis 40% der Gesamtoberfläche der Prägewalze entspricht. Die Prägewalze weist eine Hartbindebeschichtung auf, die an der Oberfläche des Walzenkerns anhaftet und zumindest die Senken überlagert, und eine Fluorpolymer-Oberflächenbeschichtung, die an der Bindebeschichtung anhaftet.
Da Polyethylen im Vergleich zu anderen Polymeren, die kommerziell zur Herstellung von Vliesstoffen genutzt werden, eine höhere Weichheit besitzt, erfordert der Schritt des Verfestigens beispielsweise durch Thermobonding eine besondere Sorgfalt. Kleinste Änderungen in der Temperaturführung an den Kalanderwalzen können immense Effekte in Bezug auf die Abriebfestigkeit, die Zugfestigkeit, die Dehnung, die Luftdurchlässigkeit und weiterer Eigenschaften sowie auf Kombinationen dieser Eigenschaften des Vlieses hervorrufen.
Andererseits hat die fortschreitende Konzentration derjenigen Firmen, die für die Vliesfaserherstellung einsetzbare Polyolefine herstellt, dazu geführt, dass verschiedenste Grades aus Kostengründen nicht mehr angeboten werden und daher die bisher erreichbaren Eigenschaften mit den noch verbliebenen und vorhandenen Grades so nicht bei der Vliesherstellung erzielbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verarbeitung von Polyethylenvlies-Grades zu ermöglichen, die bisher nicht die Eigenschaften von bekannten Polyethylenvlies-Grades erreicht haben.
Diese Aufgabe wird mit einer Anwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 11 und mit einem thermisch gebundenen Vlies mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor. Die jeweils daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelne Ausgestaltung beschränkt sondern können mit anderen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden.
Es wird eine Anwendung einer speziellen Vlieskalandriereinheit vorgeschlagen. Die Vlieskalandriereinheit wird zur Herstellung von Prägebindungen in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies aus thermoplastischem Material vorgeschlagen. Das Vlies kann Flächengewichte von 25 g/m² bis 100 g/m² aufweisen, aber auch geringere oder höhere Flächengewichte sind anwendungsspezifisch möglich. Das Vlies beinhaltet zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern, die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen. Dabei erstreckt sich das Polyethylen zumindest entlang der Oberfläche der Fasern. Bevorzugt weist das Vlies als Polymerbestandteil ausschließlich Polyethylen auf, abgesehen von eventuellen Additiven auf Polymerbasis, die beispielsweise die Spinnbarkeit des Polymers verbessern können. Daneben sind auch andere Additive zusätzlich miteinsetzbar. Die Vlieskalandriereinheit umfasst mindestens eine erste beheizte Walze und eine zweite beheizte Glattwalze, die einen Spalt bilden. Um ein thermisch gebundenes Vlies zu erhalten, ist auf einer Oberfläche der ersten Walze, die auch als Prägewalze dient, eine Vielzahl von Erhebungen angeordnet, insbesondere 20 bis 32 Erhebungen/cm², die um eine Höhe H von mindestens 0,6 mm von der Oberfläche der ersten Walze abstehen, haben sich dabei als vorteilhaft erwiesen. Die Erhebungen weisen einen Flankenwinkel α von etwa 6° bis 28° auf. Aber auch sehr kleine Flankenwinkel, etwa im Bereich zwischen 6° und 9°, vorzugsweise von etwa 8° sind für spezielle Polyethylentypen geeignet. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Walze Erhebungen mit einem Flankenwinkel von etwa 7° bis 14° oder von 19° bis 25° aufweisen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Prägebindungen in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies aus thermoplastischem Material mit einem Vliesgewicht von 25 g/m² bis 100 g/m² vorgesehen. Das Vlies beinhaltet zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern, die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen. Das Polyethylen erstreckt sich dabei zumindest entlang der Oberfläche der Fasern. Bevorzugt wird als Polymermaterial ausschließlich Polyethylen verwendet, mit Ausnahme von Additiven auf Polymerbasis. Daneben können auch weitere Additive zum Einsatz gelangen. Das schmelzgesponnene lockere Vlies aus Fasern wird durch eine erste beheizte Walze und eine zweite beheizte Glattwalze einer Vlieskalandriereinheit geführt, um ein thermisch gebundenes Vlies mit einem Anteil an Prägebindungen von mindestens 20% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses zu erhalten. Die Prägebindungen werden dabei durch Erhebungen der ersten Walze in Zusammenwirkung mit der Glattwalze im Vlies gebildet. Die Prägebindungen werden als Vertiefungen im Vlies mit einer Prägetiefe von mindestens 0,6 mm ausgebildet ohne ein wesentliches Schmelzen der Fasern in den restlichen Flächen des Vlieses herbeizuführen. Die Prägebindungen werden mit einem Flankenwinkel γ von etwa 6° bis 28°, vorzugsweise zwischen 6° bis 9°, besonders bevorzugt von etwa 8° ausgebildet. Bevorzugt wird eine Vlieskalandriereinheit wie oben und auch noch nachfolgend beschrieben eingesetzt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Prägebindungen mit einem Flankenwinkel γ von etwa 8° bis 12° oder von 19° bis 25° ausgebildet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht ein thermisch gebundenes Vlies aus einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies aus thermoplastischem Material vor. Das Vlies beinhaltet zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern, die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen, wobei die Fasern zumindest an ihrer Oberfläche Polyethylen aufweisen. Die Fasern sind thermobondiert und können mit Titern zwischen 0,9 dtex und 3,5 dtex, mit Titern von mindestens 1,89 dtex und vorzugsweise zwischen 2,0 dtex bis 3,5 dtex ausgebildet sein. In diesem Vlies sind vorzugsweise diskrete Prägebindungen mit einem Anteil von 20% bis 35% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses ausgebildet, wobei die Fasern in den restlichen Flächen des Vlieses im wesentlichen thermisch unverprägt und daher ungebunden sind, wobei die Prägebindungen als Vertiefungen im Vlies mit einer Prägetiefe von mindestens 0,6 mm ausgebildet sind und die Prägebindungen einen Flankenwinkel γ von etwa 6° bis 28°, vorzugsweise zwischen etwa 6° bis 9°, besonders bevorzugt von etwa 8°, weiter bevorzugt zwischen 7° und 14° oder 8° bis 12° oder zwischen 19° und 25° aufweisen.
Das unverfestigte lockere Vlies kann einer Vlieskalandriereinheit auf unterschiedliche Weise zugeführt werden. Beispielsweise kann das Vlies eine erste oder eine zweite beheizte Walze in einem unterschiedlichen Winkel umschlingen, so dass eine durch den Verarbeitungsprozess auf das Vlies einwirkende Zugspannung variierbar ist. Zudem kann die Verweilzeit des lockeren Vlieses oder des prägeverbundenen Vlieses auf einer Vlieskalandriereinheit variiert werden, indem die Führung des Vlieses relativ zu den Kalanderwalzen in einem definierten Winkel, einem sogenannten Umschlingungswinkel erfolgt. Bevorzugte Umschlingungswinkel liegen im Bereich von größer 90°, insbesondere größer 120° und vorzugsweise in einem Bereich von 160° bis 270°. Eine derartige Vliesführung birgt mehrere Vorteile in sich: Zum einen können die Erhebungen auf einer ersten beheizten Walze, die als Prägewalze ausgebildet ist, soweit aufgeheizt sein, dass sie die in dem Vlies erzeugten Prägebindungen stabilisieren. Eine Stabilisierung kann dabei durch eine gleichmäßigere, insbesondere auch langsamere Wärmezufuhr zu den die Erhebungen umgebenden Vliesfasern erfolgen. Dieses ermöglicht beispielsweise, Vliesfasern aufzuweichen, die nicht nur unmittelbar direkt in Kontakt mit den Erhebungen stehen. Ein großer Umschlingungswinkel bewirkt beispielsweise auch, dass vorzugsweise benachbart dazu angeordnete Vliesfasern zumindest erweichen zu können. Ein Erweichen führt vorzugsweise zu einem leichten Anhaften der Oberflächen von aneinander liegenden Fasern. Dadurch lassen sich eingenommene Strukturen und Geometrien stabilisieren. Zum anderen erlaubt eine derartige Vliesführung, dass durch den Eingriff der Erhebungen in das Vlies und die Weiterführung des Vlieses auf der Oberfläche einer beheizten Glattwalze die Vliesfasern sich selbst gegenseitig verdichten. Auch dieses führt zu einer Stabilisierung der durch die Erhebungen erzeugten Prägebindungen im Vlies.
Bei einem derartigen Bindungsverfahren erweisen sich die im folgenden genannten Eigenschaften der zur Vliesherstellung verwendeten Polymere als besonders vorteilhaft:

– ein möglichst breiter Schmelzbereich, um ein Aufwärmen bzw. Anschmelzen der Filamente im Bereich der Punktbindungsstellen zu unterstützen,
– ein geringer Schmelzpunkt und eine geringe Schmelzenthalpie, um eine Verfestigung des Vlieses im Bereich der Punktbindungsstellen innerhalb des Walzenspalts beim Bindeprozess zu gewährleisten.

Von Vorteil ist ebenfalls, dass ein überwiegender Teil des Polymers bereits deutlich unterhalb des Maximums seines Schmelzbereichs, des so genannten Schmelzpeaks an schmilzt. Neben diesen Eigenschaften der Polymere üben auch die Filamenteigenschaften, wie beispielsweise die Filamentfeinheit, das rheologische und thermische Verhalten und das Basisgewicht des Vlieses einen Einfluss auf den Bondingprozess aus. Einen erheblichen Einfluss auf den Bondingprozess üben zudem der Durchmesser der Kalanderwalzen und der anliegende Liniendruck zwischen den Kalanderwalzen, die Temperatur der Kalanderwalzen und die Kalandriergeschwindigkeit sowie die Geometrie der Erhebungen und gegebenenfalls auch der Vertiefungen auf der Oberfläche der Kalanderwalzen, das so genannte Kalanderdesign aus.
Vorteilhafterweise sind die Erhebungen 8 der ersten beheizten Walze 5, die als Prägewalze ausgebildet ist, in MD-Richtung und CD-Richtung in einem geringsten Abstand B von mindestens 1,15 mm bis 2,6 mm, bevorzugt bis 1,75 mm, besonders bevorzugt bis 1,5 mm zueinander angeordnet sind.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die Erhebungen 8 auf der Vlieskalandriereinheit in MD-Richtung in einem Winkel β von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet sind. Dabei weisen die Erhebungen 8 auf der Oberfläche 7 der ersten Walze 5 eine Oberfläche 10 und eine Grundfläche 11 auf, wobei die Oberfläche 10 zwischen 0,7 mm² bis 1,1 mm² und die Grundfläche 11 zwischen 1,0 mm² bis 2,85 mm² beträgt.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Oberfläche 10 und eine Grundfläche 11 der Erhebungen 8 mit einem eckigen, vorzugsweise viereckigen Querschnitt ausgebildet, wobei sich der Querschnitt von der Grundfläche 11 zur Oberfläche 10 entlang der Höhe H verjüngt. Es können aber auch andere Querschnitte ausgebildet sein.
Auf der Oberfläche 7 der Prägewalze 5 können beispielsweise 15 bis 35 Erhebungen/cm² angeordnet sein. Vorzugsweise sind 20 bis 32 Erhebungen/cm², bevorzugt 27 bis 32 Erhebungen/cm angeordnet.
Die Erhebungen 8 können in MD-Richtung und CD-Richtung einen geringsten Abstand B von mindestens 1,15 mm bis 2,6 mm, vorzugsweise 1,75 mm, bevorzugt bis 1,5 mm zueinander aufweisen.
In einer Ausführungsform der Vlieskalandriereinheit 1 ist vorgesehen, dass die erste Walze 5 und die Glattwalze 6 auf unterschiedliche Temperaturen beheizt werden.
Des Weiteren wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Prägebindungen 2 in MD-Richtung und CD-Richtung in einem geringsten Abstand C von etwa 1 mm bis 3 mm, vorzugsweise von 1,15 mm bis etwa 2,6 mm, weiter bevorzugt von etwa 1,2 mm bis etwa 1,75 mm voneinander angeordnet werden. Beispielsweise werden die Prägebindungen 2 mit einem Flankenwinkel γ von etwa 6° bis 28°, bevorzugt von 8° bis 12° ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die durch das Verfahren im Vlies erzeugten die Prägebindungen 2 in MD-Richtung in einem Winkel 6 von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Prägebindungen 2 jeweils in einer Fläche von 0,7 mm² bis 1,1 mm² im Vlies ausgebildet werden.
Unter einem Flankenwinkel α wird dabei der Winkel verstanden, in welchem sich der Querschnitt der Erhebungen 8 von der Grundfläche 11 zur Oberfläche 10 entlang der Höhe H verjüngt.
Unter dem Winkel β ist der Winkel zu verstehen, in welchem die Erhebungen 8 auf der Prägewalze 5 in MD-Richtung zueinander angeordnet sind.
Als Flankenwinkel γ wird der Winkel bezeichnet, in welchem sich der Querschnitt der Prägebindungen 2 im Vlies 9 auf der ersten Oberfläche 13 entlang der Höhe D zu den restlichen Flächen 12 hin, die ungebunden sind, verjüngt.
Unter einem Winkel 6 ist der Winkel zu verstehen, in welchem die Prägebindungen 2 in MD-Richtung im thermisch gebundenen Vlies 9 zueinander angeordnet sind.
In Abhängigkeit von dem verwendeten Polymerwerkstoff kann es erforderlich sein, die Temperierung der Kalanderwalzen auf sehr unterschiedliche Weise durchzuführen. Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht beispielsweise vor, dass die erste Walze 5 auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Fasern 4, vorzugsweise 2°C bis 10°C oberhalb deren Schmelztemperatur eingestellt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahren wird die zweite Glattwalze 6 auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern 4, vorzugsweise 2°C bis 18°C oberhalb von deren Erweichungstemperatur eingestellt.
Als vorteilhaft hat sich ebenfalls erwiesen, wenn die erste Walze 5 und die zweite Glattwalze 6 jeweils auf die gleiche Temperatur beheizt werden. Ebenfalls vorteilhaft können nach dem Verfahren die erste Walze 5 und die zweite Walze 6 jeweils auf unterschiedliche Temperatur beheizt werden.
Bevorzugt sind alle Fasern des zu bondierenden Vlieses aus dem gleichen Polyethylenmaterial hergestellt, zumindest an der Vliesfaseroberfläche, vorzugsweise vollständig, wodurch Abweichungen zwischen verschiedenen Polyethylenmaterialien im Vlies vermieden werden.
Die genannten Ausführungsformen der Erfindung schließen nicht aus, dass die Kalanderwalzen beim Prägeprozess zur Herstellung des thermisch gebundenen Vlieses 9 auf eine Temperatur eingestellt werden, die der Erweichungstemperatur des Polymers entspricht, aus dem die Fasern 4 des noch nicht prägegebundenen Vlieses 3 ersponnen worden sind.
Eine weitere Ausführungsform sieht eine Friktion zwischen den Kalanderwalzen vor, um Prägebindungen zu erzeugen, die in ihrer äußeren Geometrie in MD-Richtung eine größere Ausdehnung aufweisen als in CD-Richtung, obwohl die hierfür verwendete Prägewalze Erhebungen mit gleichmäßiger Ausdehnung hinsichtlich ihrer Grundfläche in MD- und CD-Richtung aufweist. Vorteilhafterweise kann beispielsweise in einer derartigen Ausführungsform des Verfahren auf Grund der entstehenden Friktionswärme die zweite Glattwalze 6 und/oder die erste Walze 5 auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymeren der Fasern 4, vorzugsweise 2°C bis 5°C unterhalb der Erweichungstemperatur des Polymeren der Fasern 4 eingestellt werden.
Die Faser 4 sind in ihrer Form nicht begrenzt und können jede geeignete Form annehmen, beispielsweise können Fasern mit kreisförmigem, rechteckförmigem, mehrlobalem Querschnitt eingesetzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahren wird das thermoplastische Material im Spalt zwischen der ersten Walze 5 und der zweiten Glattwalze 6 in einem Temperaturbereich von 128°C bis 130°C prägeverbunden.
Das thermisch gebundene Vlies 9 weist in einer Ausführungsform der Erfindung einen geringsten Abstand C zwischen den Prägebindungen 2 in MD-Richtung und CD-Richtung von etwa 1,15 mm bis 2,6 mm, vorzugsweise von etwa 1,2 mm bis 1,75 mm, weiter bevorzugt etwa 1,2 mm bis 1,5 mm auf. Mindestabstände C der Prägebindungen 2 zwischen 1 mm bis 3 mm können im Vlies 9 ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform sind in dem Vlies 9 Prägebindungen 2 jeweils in einer Fläche von 0,7 mm² bis 1,1 mm² vorgesehen. Die Fläche der einzelnen Prägebindungen wird für die Bestimmung der Bondingfläche des Vlieses, das heißt, für den Anteil der im Vlies ausgebildeten Prägebindungen bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses 9 herangezogen. Als Fläche der einzelnen Prägebindung werden die Flächen angesehen, die sich ergeben, wenn sich der Querschnitt der Prägebindungen 2 im Vlies 9 auf der ersten Oberfläche 13 entlang der Höhe D zu den restlichen Flächen 12 hin, die ungebunden sind, in einem Flankenwinkel 7 verjüngt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Prägebindungen 2 in dem Vlies in MD-Richtung in einem Winkel 6 von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet sind.
In dem Vlies können die Fasern 4 mit einem Titer von 0,9 bis 3,5 dtex, vorzugsweise von 3,5 dtex ausgebildet sein.
Eine Ausführungsform des Vlieses sieht vor, dass im Vlies 9 diskrete Prägebindungen 2 mit einem Anteil von 22% bis 27% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses 9 ausgebildet sind.
Als vorteilhaft hat sich ein Vlies erwiesen, in welchem die Prägebindungen 2 einen viereckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Prägebindungen in CD- und MD-Richtung in einem geringsten Abstand C von etwa 1,15 mm bis etwa 1,75 mm zueinander angeordnet sind und wobei die Prägebindungen in einer Prägetiefe von mindestens 0,6 mm ausgebildet sind. Dieses Vlies weist Prägebindungen mit einem Anteil von mindestens 20% be zogen auf die Gesamtfläche des Vlieses 9 auf, wobei die Prägebindungen jeweils in einer Fläche von mindestens 0,7 mm² ausgebildet sind.
Vorteilhafterweise sind die Fasern 4 des Vlieses 9 vollständig aus Polyethylen hergestellt sind. Die Fasern 4 in dem Das Vlies 9 können neben dem Polyethylen auch Zusätze und Verarbeitungshilfsmittel enthalten. Die Zusätze und Verarbeitungshilfsmittel können ausschließlich zusätzliche Bestandteile der Fasern 4 sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Fasern 4 des Vlieses 9 als Bikomponentenfasern mit einer Kern-Mantelstruktur ausgebildet sind. Der Mantel der Bikomponentenfasern kann dabei in einer Fläche von 3% bis 51%, vorzugsweise von 10% bis 30% bezogen auf den Faserquerschnitt ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vlies 9 als Polyethylen bevorzugt ein LLDPE auf mit einem Schmelzindex von 17 g/10 min bis 30 g/10 min, gemessen bei 190°C und 2,16 kg nach ISO 1133 und einer Dichte von 0,90 g/cm³ bis 0,94 g/cm³, gemessen nach ASTM D-792. Das Aufschmelzverhalten ist dabei mit einem DCS7-Gerät von Perkin-Elmer gemessen worden, wobei ein DSC-Schmelzpunkt von 120°C bis 126°C ermittelt werden konnte. Die Schmelzenthalpie liegt im Bereich von 80 J/g bis 135 J/g, vorzugsweise zwischen 95 J/g und 1115 J/g.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vlies 9 als Polyethylen bevorzugt ein HDPE auf mit einem Schmelzindex von 17 g/10 min bis 30 g/10 min, gemessen bei 190°C und 2,16 kg nach ISO 1133 und einer Dichte von 0,94 g/cm³ bis 0,97 g/cm³, gemessen nach ASTM D-792. Das Aufschmelzverhalten ist dabei mit einem DCS7-Gerät von Perkin-Elmer gemessen worden, wobei ein DSC-Schmelzpunkt von 125°C bis 131°C ermittelt werden konnte. Die Schmelzenthalpie liegt im Bereich von 120 J/g bis 185 J/g, vorzugsweise zwischen 140 J/g bis 160 J/g.
Vliese 9 weisen vorteilhafterweise Flächengewichte zwischen 25 g/m² und 100 g/m², vorzugsweise zwischen 35 g/m² und 70 g/m², gemessen nach DIN EN 29073-1, auf.
Hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften erweisen sich insbesondere die Vliese als vorteilhaft, deren flächengewichtsbezogene Zugfestigkeit, gemessen nach DIN EN 29073-3, im Bereich von 1,0 N/g/m² bis 2,5 N/g/m², vorzugsweise von 1,0 N/g/m² bis 1,2 N/g/m² in MD-Richtung und 0,5 N/g/m² bis 1,5 N/g/m², vorzugsweise von 0,5 N/g/m² bis 0,7 N/g/m² in CD-Richtung liegt. Hinsichtlich der Dehnung der Vliese sind Werte im Bereich von 1,5%/g/m² bis 10%/g/m², vorzugsweise von 2,0%/g/m² bis 4,2%/g/m² in MD-Richtung und 1,5%/g/m² bis 15%/g/m², vorzugsweise von 2,0%/g/m² bis 5,0%/g/m² in CD-Richtung von Vorteil.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Vlies eine Abriebfestigkeit, gemessen nach einem Britischen Standard 4655 mit einem Crockmeter auf einer ersten Oberfläche 13 und einer zweiten Oberfläche 14, bei 12 Takten der Belastung, die auf das Vlies ausgeübt worden sind, überraschenderweise eine Abriebfestigkeit von 1 auf. Als vorteilhaft erweisen sich Werte zwischen 1 und 3, da Vliese in diesen Bereichen eine hinreichende Abriebfestigkeit für die im Rahmen dieser Erfindung beabsichtigten Anwendungen.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das ein Vlies, gemessen mit diesem Crockmeter bei 30 Takten der Belastung auf der ersten Oberfläche 13 und der zweiten Oberfläche 14 eine Abriebfestigkeit von ≤ 4 aufweist. Darüber hinaus sind in Abhängigkeit von der Wahl des Polymers für die Herstellung der Fasern 4 auch höhere Abriebfestigkeiten im Bereich zwischen 2 und 3 bei 30 Takten der Belastung möglich.
In einer weiteren Ausführungsform zeigt ein Vlies auf der ersten Oberfläche 13 eine Abriebfestigkeit, gemessen nach Taber Abraser model 503, bei 100 Belastungszyklen von zumindest 0,05 mg/cm². Bereiche für die Abriebfestigkeit nach diesem Messprinzip, die zwischen 0,02 mg/cm² und 0,1 mg/cm², vorzugsweise von etwa 0,05 mg/cm² liegen, werden als vorteilhaft angesehen.
Ein Vlies nach einer Weiterbildung weist auf der ersten Oberfläche 13 eine Biegesteifigkeit, gemessen nach INDA/EDANA WSP 90.5 von etwa 0,5 mN cm bis 1,3 mN cm, vorzugsweise von etwa 1,01 mN cm auf.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Vlies auf der zweiten Oberfläche 14 eine Biegesteifigkeit, gemessen nach INDA/EDANA WSP 90.5 von etwa 0,5 mN cm bis 1,0 mN cm, vorzugsweise von etwa 0,61 mN cm auf.
Bevorzugte Polymere zur Herstellung der Fasern 4, die zumindest auf der Oberfläche der Fasern 4 angeordnet sind, sind Faser-bildende Polymere, die thermisch gebunden wer den können, beispielsweise Polyolefine, wie α-Olefin-Homopolymere und Interpolymere, beispielsweise Polyethylen und dessen Copolymere, lineares Polyethylen mit geringer Dichte (LLDPE). Kommerziell erhältliche Faser-bildende Polyethylentypen können Aspun 6806A mit einem Schmelzindex von 105,0 g/10 min und einer Dichte von 0,930 g/cm³, Aspun 6842A mit einem Schmelzindex von 30,0 g/10 min und einer Dichte von 0,955 g/cm³, Aspun 6811 mit einem Schmelzindex von 27,0 g/10 min und einer Dichte von 0,941 g/cm³, Aspun 6830A mit einem Schmelzindex von 18,0 g/10 min und einer Dichte von 0,930 g/cm³, Aspun 6831A mit einem Schmelzindex von 150,0 g/10 min und einer Dichte von 0,930 g/cm³, Aspun 6835A mit einem Schmelzindex von 17,0 g/10 min und einer Dichte von 0,950 g/cm³ der Fa. The DOW Chemical Company. Diese Polyethylene können separat oder in Mischung, beispielsweise mit einem Ethylenpolymer, vorzugsweise einem im Wesentlichen linearen Ethylenpolymer zur Herstellung der Fasern verwendet werden.
Die Fasern 4 sind vorteilhafterweise als Monofilamente aber auch als Bicomponentenfasern ausgebildet. Im Falle der Bicomponentenfasern kann die zweite Komponente faserbildende Polymere, die thermisch gebunden werden können als Homo- oder Copolymere, wie beispielsweise Polypropylen, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polyesteramide, Polymere auf Acrylatbasis, Polymere aus Elastomerbasis aber auch abbaubare Kunststoffe insbesondere biologisch abbaubare Kunststoffe auf Stärkebasis, Cellulosebasis, Polymilchsäurebasis, Polyhydroxybuttersäurebasis aufweisen.
Obwohl bei der Auswahl der Merkmale für die Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung von Prägebindungen in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies aus thermoplastischem Material Fasern beschrieben werden, die zumindest auf ihrer Oberfläche Polyethylen aufweisen, ist es nicht ausgeschlossen, dass sowohl die Vorrichtung, als auch das Verfahren zur Herstellung von Prägebindungen in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies, dessen Fasern auf ihrer Oberfläche Polypropylen, Polyester, olefinische Copolymere oder andere spinnbare Polymere aufweisen, geeignet ist.
Die beschriebenen Fasern 4 sind spinngebunden, das heißt, sie werden durch Extrudieren einer geschmolzenen thermoplastischen Polymerzusammensetzung als Filamente durch mehrere feine Kapillaren einer Spinndüse geführt, anschließend in einer geeigneten Vorrichtung verstreckt und als lockeres Vlies auf einer Vorrichtung, vorzugsweise einem Siebband abgelegt. Die so erhaltene schmelzgesponnene lockere Vlies 3 wird in einem anschließenden Prozessschritt unter Nutzung einer Vlieskalandriereinrichtung thermobondiert und erfährt bei diesem Schritt in diskreten Bereichen des Vlieses, die als Präge bindungen 2 ausgebildet sind, einen Verfestigungsprozess. In den verbleibenden restlichen, ungebundenen Flächen 12 des Vlieses 9 behält das Vlies 9 seine, durch das verwendete Polymer vorbestimmte Weichheit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen beispielsweise aus den nachfolgenden Figuren hervor, wobei die dargestellten Beispiele nicht beschränkend auszulegen sind. Die aus den einzelnen Figuren hervorgehenden Merkmale sind jedoch auch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt, sondern können mit ein oder mehreren Merkmalen aus anderen Ausgestaltungen aus den nachfolgenden Figuren wie auch aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Es zeigen:
1: Eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Prägebindungen,
2A: eine Teilansicht einer Prägewalze mit einer Anordnung von Erhebungen,
2B: eine schematische Schnittdarstellung der Teilansicht aus 2A,
3A: eine mikroskopische Aufnahme eines Vlieses,
3B: eine schematische Schnittdarstellung des Vlieses aus 3A,
4 bis 11: mikroskopische Aufnahmen von Vliesen, hergestellt mit unterschiedlichen Prägewalzen,
12 bis 17: DSC-Messungen, durchgeführt an unterschiedlichen Polyethylen-Typen der Firma The DOW Chemical Company und
18A bis 18B: SEM-Aufnahmen von Vliesmustern, hergestellt mit unterschiedlichen Kalanderwalzen.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, kann eine Vlieskalandriereinheit 1 zur Herstellung von Prägebindungen 2 in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies 3 mit Fasern 4 genutzt werden, um ein thermisch gebundenes Vlies 9 zu erhalten. Die Vlieskalandriereinheit 1 beinhaltet eine erste beheizte Walze 5, die als Prägewalze ausgebildet ist und eine zweite beheizte Glattwalze 6, wobei diese beiden Walzen einen Spalt bilden. Auf einer Oberfläche 7 der ersten Walze 5 ist eine Vielzahl von Erhebungen 8 angeordnet.
Für die im Vlies 9 vorliegenden Fasern 4 konnten Titer zwischen 0,9 dtex und 3,5 dtex, vorzugsweise zwischen 2,0 dtex und 3,5 dtex ermittelt werden. Der Filament- beziehungsweise Fasertiter wurde in einem Mikroskop gemessen. Zur Umrechnung des ermittelten Faserdurchmessers von μm in dtex wurde die folgende Formel herangezogen:
Die erzeugten Basis- oder Flächengewichte des Vlieses 9 wurde nach DIN EN 29073-1 ermittelt. Zur Beprobung wurden Vliesmuster mit Kantenlängen von 10 cm × 10 cm verwendet. Je nach Fasertiter und Verarbeitungsbedingungen können Vliese mit Flächengewichten zwischen 25 g/m² und 100 g/m², vorzugsweise zwischen 35 g/m² und 80 g/m², noch bevorzugter zwischen 40 g/m² und 70 g/m² hergestellt werden.
In 2A ist eine Teilansicht einer Prägewalze mit einer Anordnung von Erhebungen 8 abgebildet. Die Erhebungen 8 weisen in MD-Richtung und CD-Richtung einen geringsten Abstand B von mindestens 1,15 mm bis 2,6 mm, bevorzugt 1,75 mm, besonders bevorzugt 1,5 mm zueinander auf. Der Abstand B kann auch jedoch auch Werte annehmen, die kleiner als 1,15 mm sind. Werte zwischen 0,5 mm und 3,5 mm sind möglich. Die Erhebungen 8 sind in MD-Richtung in einem Winkel β von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet sind. Die Erhebungen 8 auf der Oberfläche 8 der ersten Walze 5 weisen eine Oberfläche 10 und eine Grundfläche 11 auf. In Abhängigkeit von einem Flankenwinkel α nehmen die Oberfläche 10 Werte zwischen 0,7 mm² bis 1,1 mm² und die Grundfläche 11 Werte zwischen 1,0 mm² bis 2,85 mm² ein. Bei einem Flankenwinkel α von etwa 8° wurde eine Grundfläche von etwa 1 mm² bis 2,18 mm² und bei einem Flankenwinkel α von etwa 28° wurde eine Grundfläche von etwa 1,48 mm² bis 2,85 mm² gemessen. Die Oberfläche 10 und die Grundfläche 11 der Erhebungen 8 sind als ein viereckiger Querschnitt ausgebildet. Der Querschnitt der Oberfläche und/oder der Grundfläche kann ebenfalls quadratisch, rechteckig, parallelogrammähnlich oder als Vieleck ausgebildet sein. Auch gerundete Geometrien sind möglich. Vorzugsweise sind auf der Oberfläche 7 der ersten Walze 5 20 Erhebungen/cm² bis 32 Erhebungen/cm² angeordnet.
2B zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Teilansicht aus 2A. Die Erhebungen 8 weisen einen Flankenwinkel α von 6° bis 28°, vorzugsweise von 7° bis 14°, be sonders bevorzugt von etwa 8° auf, wobei sich der Querschnitt der Erhebungen 8 von der Grundfläche 11 zur Oberfläche 10 entlang der Höhe H verjüngt. Neben der Höhe H, die bevorzugt mindestens 0,6 mm beträgt, können die Erhebungen 8 auf der Oberfläche 7 der Prägewalze 5 auch in einer anderen Höhe herausragen. Bei bestimmten Polymeren oder Polymerkombinationen, aus denen die Fasen 4 hergestellt worden sind, kann die Höhe H geringer als 0,6 mm sein, ohne dabei wesentliche Eigenschaftseinbußen im Vlies zu erhalten. Daneben kann die Höhe H auch Werte zwischen > 0,6 bis 2,5 mm, vorzugsweise zwischen > 0,6 bis 1,5 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,7 bis 1,0 mm annehmen.
In 3A ist eine mikroskopische Aufnahme eines Vlieses 9 dargestellt. Bei der Herstellung des Vlieses 9 sind die Prägebindungen 2 im Vlies 9 in MD-Richtung in einem Winkel 6 von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet worden. Die Prägebindungen 2 können jeweils als Prägeflächen mit einer Fläche von 0,7 mm² bis 1,1 mm² ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass im Vlies 9 diskrete Prägebindungen 2 mit einem Anteil von 22% bis 27% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses 9 ausgebildet sind. Die restlichen Flächen 12 bilden die ungebundenen Bereiche des Vlieses 9.
3B zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Vlieses 9 aus 3A mit einer ersten Oberfläche 13 und einer zweiten Oberfläche 14. Bei der Herstellung des Vlieses 9 sind die Prägebindungen 2 in MD-Richtung und CD-Richtung in einem geringsten Abstand C von etwa 1,15 mm bis etwa 2,6 mm, vorzugsweise etwa 1,2 mm bis 1,75 mm voneinander angeordnet worden. Dabei sind die Prägebindungen 2 mit einem Flankenwinkel γ von beispielsweise etwa 8° ausgebildet worden. Der Flankenwinkel γ kann etwa zwischen 6° bis 28° ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Prägebindungen 2 im Vlies 9 mit einem viereckigen Querschnitt in einer Prägetiefe von mindestens 0,6 mm ausgebildet, weisen jeweils eine Fläche von mindestens 0,7 mm² auf, sind in CD- und MD-Richtung in einem geringsten Abstand C von etwa 1,15 mm zueinander angeordnet und sind mit einem Prägeflächenanteil von mindestens 20% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses 9 ausgebildet.
Das Hauptaugenmerk der nachfolgenden Untersuchungen ist auf die Austestung unterschiedlicher Gravur- oder Prägewalzen gelegt und Parameter, wie beispielsweise der Durchmesser der Kalanderwalzen, der anliegende Liniendruck zwischen den Kalanderwalzen, die Temperatur der Kalanderwalzen und die Kalandriergeschwindigkeit sind konstant gehalten.
Die verwendeten Kalanderwalzen wiesen als Durchmesser 450 mm und 500 mm auf. Der Liniendruck zwischen den Kalanderwalzen wurde mit 70 N/mm für alle Walzenpaarungen konstant eingestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsformen sind Vliese 9 mit einem Flächengewicht von 40 g/m² bei Kalandriergeschwindigkeiten von 40 ± 2 m/min und Vliese mit einem Flächengewicht von 80 g/m² bei Kalandriergeschwindigkeiten von 20 ± 1 m/min erzeugt worden.
In der Tabelle 1 ist eine Zusammenstellung verschiedener Kalanderwalzen A bis H aufgeführt, die für die Herstellung von Prägebindungen genutzt worden sind, wobei Vliese vorzugsweise mit einem Vliesgewicht von 40 g/m² und 80 g/m² und Fasertitern von etwa 3 dtex erzeugt worden sind, die hier exemplarisch erläutert werden, die jedoch nicht beschränkend sind. Verwendet wurde ein Walzenkalander, dessen Walzen mittels Öl temperiert worden sind. Die eingestellten Öltemperaturen der Kalanderwalzen sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Unter der Bezeichnung A 401 ist beispielsweise eine Prägewalze mit einem rechteckigen Prägemuster zu verstehen, die zur Herstellung eines Vlieses mit einem Flächengewicht von 40 g/m² genutzt worden ist. Mit Ausnahme der Kalanderwalze A, die eine rechteckige Form der Erhebungen aufweist, sind alle anderen Walzen mit Erhebungen ausgestattet, die entweder eine ovale, elliptische oder weitestgehend runde Geometrie aufweisen. Der Buchstabe der Bezeichnung steht jeweils für die Prägewalze der Walzenkombination des Kalanders, das heißt für das Bondingmuster, die Anzahl der Erhebungen auf der Prägewalze, die Fläche der einzelnen Erhebungen und die damit erzeugbare Bondingfläche, wie in Tabelle 1 aufgelistet. Die ersten beiden Ziffern offenbaren das Vliesgewicht von 40 g/m² beziehungsweise 80 g/m², die letzte Ziffer bezieht sich auf die Temperaturführung der Prägewalze, die in den Versuchsreihen jeweils zwischen 128°C, 130°C und 132°C variiert worden ist, während die Temperatur der Glattwalze konstant auf 128°C gehalten worden ist.

Die gewählten Bondingflächen lagen zwischen 15% bis 32%. Erzeugt wurden diese Bondingflachen auf der jeweiligen Gravurwalze durch die Anzahl der angeordneten Erhebungen 8, die je nach Kalanderwalze zwischen 6,25 bis 79 Erhebungen/cm² lag. Die Flächen der Erhebungen waren auf den jeweiligen Kalanderwalzen sehr unterschiedlich in Größe und Form ausgebildet, wobei Flächen zwischen 0,2 bis 3,5 mm² ausgebildet waren.

Roll No.	^A	^B	^C	^D	E	F	^G	H
Pattern type	square	elliptic			oval			Point
Bonding area [%]	19	25	32	25	19	22	25	15
Pins per area [number/cm²]	32	50	78	79	6,25			70
Pin area [mm²]	0,68	0,44	0,35	0,26	2,7	3,1	3,5	0,2
Calander oil tempereture 128°C, basis weight 40 g/m²	A 401	B 401	C 401	D 401	E 401	F 401	G 401	H 401
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	A 402	B 402	C 402	D 402	E 402	F 402	G 402	H 402
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	A 403	B 403	C 403	D 403	E 403	F 403	G 403	H 403
Calander oil tempereture 128°C, basis weight 80 g/m²	A 801	B 801	C 801	D 801	E 801	F 801	G 801	H 801
Calander oil temperature 130°C, basis weight 80 g/m²	A 802	B 802	C 802	D 802	E 802	F 802	G 802	H 802
Calander oil tempereture 132°C, basis weight 40 g/m²	A 803	B 803	C 803	D 803	E 803	F 803	G 803	H 803

Tabelle 1: Zusammenstellung verwendeter Kalanderwalzen

Die 4 bis 11 zeigen mikroskopische Aufnahmen von Vliesen, die mit den verschiedenen Kalanderwalzen A bis H auf einer Reicofil-3-Anlage der Firma Reifenhäuser hergestellt worden sind, wobei die Anlage derart eingerichtet worden ist, dass die Vliese bei allen Walzenkombinationen unter den gleichen Prozessbedingungen erzeugt worden sind. Als Polymer kam Aspun 6834 zum Einsatz, ein für die Herstellung von Spunbonderzeugnissen handelsübliches Polyethylen.
Erkennbar ist, dass Fläche der Bondingpunkte von Vliesmuster zu Vliesmuster sehr unterschiedlich sind und ebenfalls die Abstände zwischen den Bondingpunkten oder Prägebindungen. Während die Vliese gemäß 5, 6, 7 und 9, hergestellt mit den Kalanderwalzen B, C, D und H relativ kleine Prägepunktflächen zwischen 0,2 mm² und 0,44 mm² aufweisen, zeigen die mit den Kalanderwalzen E, F und G gefertigten Vliese gemäß der 6, 7 und 8 verhältnismäßig große Prägeflächen, die zwischen 2,7 mm² und 3,5 mm² liegen. Das Vlies 9 gemäß 4, welches mit der Prägewalze A gefertigt worden ist, weist eine Prägefläche von 0,68 mm² auf.
Im Rahmen dieser Versuchsreihen sind ausschließlich Monofilamente zur Vliesherstellung erzeugt worden. Daneben sind aber auch Bicomponentenfilamente, beispielsweise mit Kern-Mantel-Struktur, herstellbar, in denen die Polyethylenkomponente als Mantel der Faser ausgebildet ist, während beispielsweise ein weiteres Polymer, wie Polypropylen auf, Grund der Viskositätsverhältnisse im Verarbeitungsbereich des Polyethylens, im Kern der Faser eingelagert sein könnte.
Die Kalanderwalze A entspricht der ersten beheizten Walze 5 der Vlieskalandriereinrichtung 1. Die Kalanderwalzen B bis H sind kommerziell verfügbar und zur Herstellung von Vergleichmustern für Vliese herangezogen worden.
Das mit der vorgeschlagenen Vlieskalandriereinrichtung 1 hergestellte Vlies 9, welches zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern 4 beinhaltet, die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen, kann neben dem Polyethylen auch Zusätze und Verarbeitungshilfsmittel enthalten.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Polyethylen zur Herstellung des Vlieses 9 ein HDPE mit einer Dichte von 0,94 g/cm³ bis 0,97 g/cm³ aufweist, gemessen nach ASTM D-792, (Handbook of polyethylene, A. J. Peacock, Marcel Dekker, Inc., 2000, S. 2 f.).
Zur Analyse der Aufschmelzverhaltens von Polyethylen wurden entsprechend der 12 bis 17 DSC-Messungen an unterschiedlichen Polyethylen-Typen der Firma The DOW Chemical Company durchgeführt. Hierzu wurde ein DSC7 von Perkin-Elmer verwendet. Eine erste Aufheizung erfolgte von 40°C bis 200°C mit Heizraten vom 10 K/min, Kühlraten von 20 K/min und einer Haltezeit von 3 min. Ein zweiter Heizlauf wurde zur Bestimrung des Schmelzpeaks und der Schmelzenthalpie genutzt.
Die Untersuchungen belegen, dass deutliche Unterschiede im Aufschmelzverhalten der verschiedenen Aspun-Typen zu verzeichnen sind. Beispielsweise beginnt das Aufschmelzen von Aspun 6830A bei einer deutlich niedrigeren Temperatur als beim Aspun 6834. Bereits deutlich unterhalb des eigentlichen Schmelzpeaks ist ein Großteil des Aspun 6830A aufgeschmolzen, was anhand der beiden auftretenden Peaks zu erkennen ist. Die Schmelzwärme und der Schmelzpeak sind bei Aspun 6830A deutlich geringer als bei Aspun 6834. Für den Verfestigungsschritt lässt sich somit herleiten, dass es offenbar leichter ist, bei Verwendung von Aspun 6830A aus durch Schmelzspinnen hergestellten Filamenten entsprechende Vliese mit einer bestmöglichen Kombination der Eigenschaften herzustellen.

Aus der EP 1 354 091 B1 sind Untersuchungsergebnisse von Aspun 6842A, Aspun 6811 und Aspun 6835A hinsichtlich ihres Verarbeitungsverhaltens bekannt, die beispielhaft neben den Werten für Aspun 6834, Aspun 6830A und Aspun 6850 in der Tabelle 2 dargestellt sind.

Type	verwendet in	aus Datenblatt:		aus DSC-Messungen:
Type	verwendet in	Dichte (g/cm³)	Tm (°C)	Tm (°C)	Delta H (J/g)	Schmelzverhalten
Aspun 6842A	EP 1,354,091 (PE1)	0,955	131	128	170	ein Peak
Aspun 6811	EP 1,354,091 (PE2)	0,941	125	125	140	ein Peak
Aspun 6835A	EP 1,354,091 (PE3)	0,95	129	125	145	ein Peak
Aspun 6834	Vlies 9	0,95	130	128	160	ein Peak
Aspun 6830A	US 4,909,975	0,93	125	123	110	zwei Peaks,
Aspun 6850	Nord-Amerika	0,955	131	128	180	ein Peak

Tabelle 2: Eigenschaften von Aspun-Typen

Gemäß einer Ausgestaltung erfolgte die Temperierung der Vlieskalandriereinheit 1 in einer Ausführungsform derart, dass die erste Walze 5 und die Glattwalze 6 auf unterschiedliche Temperaturen beheizt werden. In Abhängigkeit von dem gewählten Polyethylentyp können die erste Walze 5 und die Glattwalze 6 auch auf gleiche Temperaturen beheizt werden.
Gemäß einer Weiterbildung wurde beispielsweise unter Berücksichtung des Aufschmelzverhaltens des zur Herstellung des Vlieses 9 verwendeten Aspun 6834 die Temperierung der Walzen variiert, um optimale Vlieseigenschaften zu erzeugen. Beispielsweise erfolgte die Temperierung der erste Walze 5 und der Glattwalze 6 auf gleiche oder unterschiedliche Temperaturen durch die Einstellung der Temperatur des Öles dieser Walzen. Bevorzugt wurden die Öltemperaturen im Bereich der Erweichungstemperatur des Polymers, vorzugsweise zwischen 128°C und 132°C eingestellt. Die Oberflächentemperatur der Walze liegt dann leicht unterhalb des Schmelzpunktes, so dass keine vollständig aufgeschmolzenen, transparenten Prägebindungen erzeugt werden.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass das thermoplastische Material im Spalt zwischen der ersten Walze 5 und der zweiten Glattwalze 6 in einem Temperaturbereich von 128°C bis 130°C prägeverbunden wird. Je nach Auswahl des Polyethylentyps oder der Zusammensetzung des thermoplastischen Materials für die Fasern 4 können auch geringfügige Abweichungen der Öltemperaturen erforderlich sein, um optimale Prägebindungen im Vlies 9 zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Glattwalze 6 auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern 4, vorzugsweise 2° bis 18° oberhalb der Erweichungstemperatur eingestellt.
Die auf diese Weise hergestellten Vliese sind hinsichtlich ausgewählter mechanischer Kennwerte untersucht worden, die insbesondere für Anwendungen im Hygienebereich aber auch im industriellen Bereich von Interesse sind. Es handelt sich hierbei um die Abriebfestigkeit, Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit, Dehnung und Luftdurchlässigkeit.

Die Tabelle 3 liefert einen Überblick über die Abriebfestigkeit und Biegesteifigkeit der hergestellten Vliese bei einem Vliesgewicht von 40 g/m².

Roll No.	^A	^B	C	D	E	F	G	H
Abrasion resistance bonded side, Crockmeter 12 cycles
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	1	n. t.	2	1	3	1	n. t.	2
Abrasion resistance smooth side, Crockmeter 12 cycles
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	1	n. t.	3	1	3	1	n. t.	2
Abrasion resistance bonded side, Crockmeter 30 cycles
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	4	6	5	6	5	6	6	6
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	3	6	5	6	5	6	5	6
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	2	6	5	4	5	4	5	6
Abrasion resistance smooth side, Crockmeter 30 cycles
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	4	6	5	6	5	5	5	6
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	4	6	4	5	5	6	5	6
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	2	5	4	4	5	4	5	6
Abrasion resistance bonded side, Taber, 100 cycles (mg/cm²)
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	0,05	0,12	0,37	0,33	0,34	0,32	0,35	0,04
Flexural rigidity, bonded side (mN cm)
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	1,01	n. t.	1,26	1,21	0,23	0,35	0,77	n. t.
Flexural rigidity, smooth side (mN cm)
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	0,61	n. t.	0,23	0,45	0,18	0,18	0,40	n. t.

Tabelle 3: Abriebfestigkeit und Biegesteifigkeit von Vliesen

Die Abriebfestigkeit der Vliese wurde nach dem British Standard 4655 unter Verwendung eines so genannten ”Crockmeters” als Testvorrichtung bestimmt. Die Einstufung des Faserverlusts wurde anders als im British Standard 4655 definiert. Folgende Stufen sind festgelegt worden:

1 – nicht sichtbarer Effekt,
2 – einzelne Fasern auf der Oberfläche sichtbar,
3 – einzelne lose Fasern auf der Oberfläche,
4 – mehrere lose Fasern,
5 – hohe Anzahl von losen Fasern,
6 – starke Abrasion (zerstörte Muster).

Zur Untersuchung der Abriebfestigkeit wurden 30 Testzyklen durchgeführt. Das Vlies 9 wies auf der ersten Oberfläche 13 und der zweiten Oberfläche 14 eine Abriebfestigkeit von ≤ 4 auf.
Für ausgewählte Proben wurde zusätzlich der Crockmeter-Test mit 12 Testzyklen durchgeführt. Hierbei konnte auf der ersten Oberfläche 13 und der zweiten Oberfläche 14 des Vlieses 9 eine Abriebfestigkeit von 1 ermittelt werden.
Außerdem wurde die Abriebfestigkeit an ausgewählten Vliesproben ebenfalls nach einem in EP 1 354 091 beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines Taber Abrasers Model 503, ein Rotationsplattformdoppelkopfverfahren, mit einer Zyklenzahl von 100 durchgeführt. Im Ergebnis der Untersuchungen konnte für das Vlies 9 eine Abriebfestigkeit 0,05 mg/cm² ermittelt werden.
Die mit den Prägewalze B bis H hergestellten Vliesproben, die eine im weitesten Sinne runde, ovale oder elliptische Geometrie der Prägepunkte aufweisen, zeigen in der Mehrzahl der Fälle eine schlechte Abriebfestigkeit, die gemessen mit einem Crockmeter in einer unakzeptablen Größenordnung von ≥ 4 liegt. Hierdurch wird deutlich, dass die Abriebfestigkeit durch die Prägemuster, das heißt durch das Zusammenwirken der Erhebungen der Prägewalze mit der Glattwalze während des Kalandrierprozesses oder Bondingprozesses mitbestimmt wird. Zudem scheint die Temperaturführung der Kalanderwalzen für die Qualität der Prägebindungen mitbestimmend zu sein.
Die Abriebfestigkeit wird mit steigender Walzentemperatur verbessert, wobei entsprechend der Tabelle 2 nur ein relativ geringes Verarbeitungsfenster für einen optimalen Bondingprozess zur Verfügung steht.
Überaschenderweise sind bei den Vliesen, die mit den Kalanderwalzen B bis H hergestellt worden sind, keine signifikanten Unterschiede in einer Verbesserung der Abriebfestigkeit bei Variation der Temperatur der Kalanderwalzen zu beobachten. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass die Geometrie der Erhebungen der Walzen einen wesentlich größeren Einfluss auf die Abriebfestigkeit ausübt, als die Variation der Temperatur der Kalanderwalzen. Für die Vliesmuster A 401, A 402 und A 403 gemäß Tabelle 1, die mit der Prägewalze A hergestellt worden sind, konnten signifikant bessere Abriebeigenschaften festgestellt werden.
Dieser Effekt wird folgendermaßen gedeutet:

– Die Prägewalze A weist eine relativ niedrige Anzahl von etwa 32 Erhebungen/cm² auf, wobei die Erhebungen mit einer Grundfläche von etwa 0,68 mm² relativ groß ausgebildet sind.
– Die Entfernung zwischen den Rändern der Erhebungen ist mit etwa 1,2 mm höher als die Entfernung der Ränder der elliptischen, ovalen oder runden Erhebungen.
– Die sehr kurze Entfernung zwischen den Prägebindungen, die zu relativ kurzen frei beweglichen Fasern führt, könnte ein Grund für eine hohe Abriebfestigkeit sein. Andererseits könnten die sehr großen Abstände zwischen den Prägebindungen im Falle der mit den Walzen E, F und G gefertigten Vliese dazu geführt haben, dass relativ lange Fasern in den ungebundenen Bereichen des Vlieses beweglich bleiben und aus dem Vlies herausziehbar sind.
– Die mit der Walze A hergestellten Vlies weisen eine geringere Vliesdicke auf, als beispielsweise Vliese, die mit der Walze B mit elliptischen Erhebungen gefertigt sind. Beispielhaft wird dieser Effekt in den 18A und 18B anhand von SEM-Aufnahmen demonstriert. Hierbei ist erkennbar, dass die Fasern im Vlies gemäß 18A an den Rändern der Prägebindungen besser verankert sind, ohne auseinanderzuspreizen, als dieses bei einem Vlies mit elliptischen Prägebindungen gemäß 18B der Fall ist. Das Auseinanderspreizen der Fasern könnte die Ursache für schlechtere Abriebeigenschaften sein.

Die Biegesteifigkeit oder (flexural rigidity) wurde in Anlehnung an den Standard Test IN-DA/EDANA WSP 90.5 durchgeführt, welcher ebenfalls in der DIN EN ISO 9073-7 und in der früheren EDANA ERT 50.6 beschrieben worden ist.
Die Biegesteifigkeit ist definiert als ein Maß für den Widerstand, den ein Probekörper dem Bestreben, sich beim Einwirken von Kräften zu biegen, entgegensetzt. Bestimmt wird dabei ein Verhältnis kleiner Änderungen des Biegemoments pro Längeneinheit des Materials zu korrespondierenden kleinen Änderungen der Krümmung.

An dem Vlies 9 konnte auf der ersten Oberfläche 13 eine Biegesteifigkeit von 1,01 mN cm und auf der zweiten Oberfläche 14 von 0,61 mN cm gemessen werden.

Roll No.	A	B	^C	^D	^E	^F	^G	H
Tensile strength MD (N)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	36	33	44	32	32	35	33	27
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	39	35	47	36	36	37	35	29
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	43	41	53	39	35	37	35	30
Tensile strength CD (N)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	20	16	18	14	17	18	18	15
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	22	18	22	17	18	19	19	16
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	22	19	23	18	18	19	18	17
MD/CD ratio tensile
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	1,8	2,1	2,4	2,2	1,9	2,0	1,9	1,8
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	18	2,0	2,2	2,1	2,0	2,0	1,9	1,8
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	1,9	2,2	2,3	2,2	1,9	1,9	1,9	1,8
Peak elongation MD (%)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	98	63	88	52	179	161	162	50
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	128	78	116	68	201	183	185	55
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	151	105	160	78	193	190	186	66
Peak elongation CD (%)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 40 g/m²	103	61	62	47	158	148	142	67
Calander oil temperature 130°C, basis weight 40 g/m²	133	70	86	59	176	160	161	67
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	136	77	98	63	183	171	160	84
Air permeability (l/m² s)
Calander oil tempereture 128°C, basis weight 40 g/m²	2.688	2.720	1.825	2.495	3.605	3.324	3.303	2.928
Calander oil tempereture 130°C, basis weight 40 g/m²	2.769	2.657	1.918	2.508	3.607	3.376	3.283	2.912
Calander oil temperature 132°C, basis weight 40 g/m²	2.774	2.670	1.847	2.350	3.518	3.342	3.338	2.887

Tabelle 4: Eigenschaften von Vliesproben mit einem Flächengewicht von 40 g/m²

In den Tabellen 4 und 5 sind ausgewählte mechanische Eigenschaften, die an Vliesproben mit einem Flächengewicht von 40 g/m² beziehungsweise 80 g/m² ermittelt worden sind, dargestellt.
Die mechanischen Eigenschaften der Vliese wurden an Proben mit 50 mm Länge nach DIN EN 29073-3 ermittelt, wobei der Klemmenabstand 100 mm und die Zuggeschwindigkeit 200 mm/min betrug. Die Höchstzugkraft und Höchstzugkraftdehnung wurden aufgezeichnet.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist das Vlies 9 flächengewichtsbezogen

– Zugfestigkeiten im Bereich von 1,0 N/g/m² bis 1,2 N/g/m² in MD-Richtung und 0,5 N/g/m² bis 0,7 N/g/m² in CD-Richtung und
– Dehnungen im Bereich von 2,0%/g/m² bis 4,2%/g/m² in MD-Richtung und 2,0%/g/m² bis 5,0%/g/m² in CD-Richtung auf.

Roll No.	A	^B	^C	^D	E	F	G	N
Tensile strength MD (N)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 80 g/m²		71	83	69	66	74	73	57
Calander oil temperature 130°C, basis weight 80 g/m²	81	74	91	72	71	79	71	60
Calander oil temperature 132°C, basis weight 80 g/m²	88	79	101	79	78	87	82	63
Tensile strength CD (N)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 80 g/m²		33	38	34	35	36	36	31
Calander oil temperature 130°C, basis weight 80 g/m²	40	35	39	35	37	37	37	32
Calander oil temperature 132°C, basis weight 80 g/m²	46	37	44	36	38	39	38	34
Peak elongation MD (%)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 80 g/m²		67	78	54	151	163	176	45
Calander oil temperature 130°C, basis weight 80 g/m²	116	73	84	56	174	194	175	49
Calander oil temperature 132°C, basis weight 80 g/m²	156	86	138	66	205	226	215	59
Peak elongation CD (%)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 80 g/m²		67	65	57	150	133	140	61
Calander oil temperature 130°C, basis weight 80 g/m²	121	71	69	56	158	142	148	66
Calander oil temperature 132°C, basis weight 80 g/m²	165	75	91	58	164	149	153	79
Air permeability (l/m² s)
Calander oil temperature 128°C, basis weight 80 g/m²		1.048	548	824	1.870	1.725	1.711	1.113
Calander oil temperature 130°C, basis weight 80 g/m²	1.156	977	505	774	1.847	1.703	1.631	1.143
Calander oil temperature 132°C, basis weight 80 g/m²	1.133	970	520	772	1.818	1.634	1.669	1.117

Tabelle 5: Eigenschaften von Vliesproben mit einem Flächengewicht von 80 g/m²

Die gemessenen Werte belegen, dass die Zugfestigkeit des Vlieses mit der Erhöhung der Bondingfläche ansteigt. Dieses wirkt sich insbesondere in MD-Richtung aus. Die höchsten Werte wurden dabei mit einer Walze mit elliptischen Erhebungen und einer Bondingfläche im Vlies von 32% erreicht. Die niedrigsten Werte wurden an Vliesen mit einer Bondingfläche von 15% ermittelt, die mit der Walze H gefertigt worden sind. Offensichtlich ist die Anzahl der Prägebindungen/cm² hierbei von geringerer Bedeutung. Dieser Effekt wird beim Vergleich der Ergebnisse der Vliese deutlich, die mit den Walzen B und D hergestellt sind. Beide Kalanderwalzen liefern Vliese mit ähnlichen Bondingflächen, wobei die Anzahl der Erhebungen auf den Walzen differiert. Die Zugfestigkeit der daraus resultierenden Vliese ist nahezu gleich. Der Effekt der Größe der Bondingpunkte wird im Vergleich der Kalanderwalzen E, F und G mit ovalen Erhebungen sichtbar. Alle drei Walzen haben die gleiche Anzahl Erhebungen/cm². Obwohl die Größe der Fläche der Erhebungen unterschiedlich ist und damit auch die erzeugbare Bondingfläche im Vlies variiert, konnten nur geringfügige Unterschiede in der Zugfestigkeit beobachtet werden. Offensichtlich ist die Anzahl der Erhebungen auf diesen Walzen zu gering, um signifikante Unterschiede in der Zugfestigkeit bei zunehmender Bondingfläche im Vlies zu erzeugen. Das Verhältnis der Zugfestigkeiten in MD- und CD-Richtung lag in der Größenordnung zwischen 1,8 und 2,2. Das höhere Niveau wurde bei Verwendung der Walzen B, C und D erreicht, die eine schräge Anordnung der Erhebungen zueinander aufweisen.
Bei der Betrachtung der gemessenen Dehnungswerte für die Vliese wird sichtbar, dass die Anzahl Prägebindungen und die Bondingfläche mit maßgeblich für die Vliesqualität sind. Höchste Dehnungswerte wurden an Vliesen ermittelt, die mit Kalanderwalzen produziert worden sind, die eine geringe Anzahl von Erhebungen aufweisen, wie beispielsweise die Walzen E, F und G mit nur 6 Erhebungen/cm² und ovaler Grundfläche. Die damit gefertigten Vliese weisen signifikant höhere Dehnungen als andere Vliese auf. Diese Tendenz wird auch durch die, mit der Walze A gefertigten Vliese bestätigt. Vliese, die mit der Kalanderwalze C hergestellt worden sind, liefern ebenfalls hohe Werte für die Dehnung.
Es wurde festgestellt, dass die Größe der Prägebindungen und der Abstand zwischen diesen einen geringeren Einfluss auf die Dehnung ausüben.
Zur Bestimmung der Luftdurchlässigkeit an Mustern der Vliese wurde die DIN EN ISO 9237 herangezogen, wobei ein Messkopf mit einer Fläche von 20 cm² und ein Messdruck von 200 Pa verwendet worden sind. Die beprobten Vliesmuster wiesen Luftdurchlässigkeiten im Bereich von 14 l/msg bis 70 l/msg auf.
Die Luftdurchlässigkeit der Vliese wird durch die ungebundenen Flächen, die sich zwischen den Prägebindungen erstrecken, beeinflusst. Somit ist die Bondingfläche des Vlieses, die durch die Anzahl und die Grundfläche der Erhebungen auf der Prägewalze und die Entfernung zwischen den Erhebungen der Prägewalze bestimmt wird, von entscheidender Bedeutung für die Luftdurchlässigkeit eines Vlieses.
Die Untersuchungen an Vliesmustern belegen, dass mit der Prägewalze A Vliese herstellbar sind, die eine bestmögliche Kombination der Eigenschaften gewährleisten, wobei die Abriebfestigkeit der Vliese von besonderer Bedeutung ist.
Eine bevorzugte Einstellung der Eigenschaften eines Vlieses wurde erreicht, indem rechteckige Prägebindungen mit einer Walze erzeugt worden sind, die weniger als 32 Erhebungen/cm² aufwies, wobei die Erhebungen eine Grundfläche > 0,7 mm² aufwiesen, so dass im Vlies eine Bondingfläche von mindestens 20%, bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses erzeugt wurde.
Eine bevorzugte Kombination der Eigenschaften Abriebfestigkeit, Zugfestigkeit, Dehnung und Luftdurchlässigkeit würde für ein thermisch gebundenes Vlies 9 erreicht werden, indem die Anzahl der Erhebungen 8 zwischen 20 bis 32 Erhebungen/cm², vorzugsweise zwischen 27 und 32 Erhebungen/cm², die Fläche der Erhebungen zwischen 0,7 mm² bis 1,1 mm², vorzugsweise zwischen 0,7 mm² bis 0,9 mm² und die Bondingfläche zwischen 20% und 35%, vorzugsweise zwischen 22% und 27% gewählt worden ist.
Das vorgeschlagene Vlies, welches mit einer vorgeschlagenen Anwendung und/oder mit einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist, kann als Verpackungsmaterial, Ostomiebeutel, Verkleidungsmaterial, Abdeckmaterial, Umhüllungsmaterial, Schonbezüge, Beschichtungsmaterial, Bedachungsmaterial, Fassadenbahnen, Schallabsorptionsmaterialien, Dekorationsmaterial, Schutzbekleidung, Trägerschichten, Filtermaterial, Reinigungstücher, Bestandteil von Wegwerfartikeln oder im medizinischen, hygienischen, landwirtschaftlichen und industriellen Bereich angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4909975 [0007, 0099]
- WO 2005/061773 [0008]
- WO 2005/111291 [0009]
- US 7223818 [0010]
- US 3855046 [0011]
- DE 2313873 [0012]
- US 5269994 [0013]
- US 5964742 [0014]
- US 6015605 [0015]
- US 2003/0041953 [0016]
- EP 1354091 B1 [0099]
- EP 1354091 [0099, 0099, 0099, 0109]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO 1133 [0056]
- ASTM D-792 [0056]
- ISO 1133 [0057]
- ASTM D-792 [0057]
- DIN EN 29073-1 [0058]
- DIN EN 29073-3 [0059]
- DIN EN 29073-1 [0080]
- ASTM D-792 [0096]
- Handbook of polyethylene, A. J. Peacock, Marcel Dekker, Inc., 2000, S. 2 f. [0096]
- DIN EN ISO 9073-7 [0114]
- DIN EN 29073-3 [0118]
- DIN EN ISO 9237 [0124]

Claims

Anwendung einer Vlieskalandriereinheit (1) bei der Herstellung von Prägebindungen (2) in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies (3) aus thermoplastischem Material mit einem Vliesgewicht von 25 g/m² bis 100 g/m², beinhaltend zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern (4), die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen, wobei die Fasern (4) zumindest an ihrer Oberfläche Polyethylen aufweisen, wobei die Vlieskalandriereinheit mindestens eine erste beheizte Walze (5) und eine zweite beheizte Glattwalze (6) aufweist, die einen Spalt bilden und wobei auf einer Oberfläche (7) der ersten Walze (5) eine Vielzahl von Erhebungen (8) angeordnet ist, um ein thermisch gebundenes Vlies (9) zu erhalten, wobei die Oberfläche (7) der ersten Walze (5) 20 bis 32 Erhebungen/cm² aufweist, die Erhebungen (8) um eine Höhe H von mindestens 0,6 mm von der Oberfläche (7) abstehen und die Erhebungen (8) einen Flankenwinkel α von etwa 6° bis 28° aufweisen.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (8) in MD-Richtung und CD-Richtung einen geringsten Abstand B von mindestens 1,2 mm bis 2,6 mm, bevorzugt bis 1,75 mm zueinander aufweisen.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (8) in MD-Richtung in einem Winkel β von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet sind.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (8) auf der Oberfläche (7) der ersten Walze (5) eine Oberfläche (10) und eine Grundfläche (11) aufweisen, wobei die Oberfläche (10) zwischen 0,7 mm² bis 1,1 mm² und die Grundfläche (11) zwischen 1,0 mm² bis 2,85 mm² beträgt.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (10) und eine Grundfläche (11) der Erhebungen (8) einen viereckigen Querschnitt aufweisen, wobei sich der Querschnitt von der Grundfläche (11) zur Oberfläche (10) entlang der Höhe H verjüngt.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walze (5) und die Glattwalze (6) auf unterschiedliche Temperaturen beheizt werden.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (7) der ersten Walze (5) 27 bis 32 Erhebungen/cm² aufweist.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (8) einen Flankenwinkel α von etwa 7° bis 14° aufweisen.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (8) einen Flankenwinkel α von etwa 19° bis 25° aufweisen.
Anwendung der Vlieskalandriereinheit (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (8) in MD-Richtung und CD-Richtung einen geringsten Abstand B von mindestens 1,15 mm bis 2.6 mm, bevorzugt bis 1,75 mm, insbesondere bevorzugt bis 1,5 mm zueinander aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Prägebindungen (2) in einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies (3) aus thermoplastischem Material mit einem Vliesgewicht von 25 g/m² bis 100 g/m², beinhaltend zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern (4), die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen, wobei die Fasern (4) zumindest an ihrer Oberfläche Polyethylen aufweisen, • durch Führen des schmelzgesponnenen lockeren Vlieses (3) aus Fasern (4) durch eine erste beheizte Walze (5) und eine zweite beheizte Glattwalze (6) einer Vlieskalandriereinheit (1), um ein thermisch gebundenes Vlies (9) mit einem Anteil an Prägebindungen (2) von mindestens 20% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses (9) zu erhalten, • worin die Prägebindungen (2) durch Erhebungen (8) der ersten Walze (5) in Zusammenwirkung mit der Glattwalze (6) im Vlies (3) gebildet werden ohne ein wesentliches Schmelzen der Fasern (4) in den restlichen Flächen (12) des Vlieses (9) herbeizuführen und wobei • die Prägebindungen (2) als Vertiefungen im Vlies (9) mit einer Prägetiefe von mindestens 0,6 mm ausgebildet werden, • und wobei die Prägebindungen (2) mit einem Flankenwinkel γ von etwa 6° bis 28° ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) in MD-Richtung und CD-Richtung in einem geringsten Abstand C von etwa 1,15 mm bis etwa 2,6 mm, vorzugsweise etwa 1,2 mm bis etwa 1,75 mm voneinander angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) mit einem Flankenwinkel γ von etwa 8° bis 12° ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) mit einem Flankenwinkel γ von etwa 19° bis 25° ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) in MD-Richtung in einem Winkel δ von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) jeweils in einer Fläche von 0,7 mm² bis 1,1 mm² ausgebildet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walze (5) auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Fasern (4), vorzugsweise 2°C bis 10°C oberhalb der Schmelztemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Glattwalze (6) auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern (4), vorzugsweise 2°C bis 18°C oberhalb der Erweichungstemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walze (5) und die zweite Glattwalze (6) jeweils auf die gleiche Temperatur beheizt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Walze (5) und die zweite Walze (6) jeweils auf unterschiedliche Temperatur beheizt werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material im Spalt zwischen der ersten Walze (5) und der zweiten Glattwalze (6) in einem Temperaturbereich von 128°C bis 130°C prägeverbunden wird.
Thermisch gebundenes Vlies (9) aus einem schmelzgesponnenen lockeren Vlies (3) aus thermoplastischem Material, • beinhaltend zumindest zum überwiegenden Anteil Fasern (4), die zumindest zum überwiegenden Anteil Polyethylen aufweisen, wobei die Fasern (4) zumindest an ihrer Oberfläche Polyethylen aufweisen, • wobei die Fasern (4) Titer zwischen 0,9 dtex und 3,5 dtex, vorzugsweise zwischen 2,0 dtex und 3,5 dtex aufweisen, • wobei die Fasern (4) thermobondiert sind und • im Vlies (9) diskrete Prägebindungen (2) mit einem Anteil von 20% bis 35% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses (9) ausgebildet sind, • wobei die Fasern (4) in den restlichen Flächen (12) des Vlieses (9) im wesentlichen ungebunden sind, wobei • die Prägebindungen (2) als Vertiefungen im Vlies (9) mit einer Prägetiefe von mindestens 0,6 mm ausgebildet sind und • die Prägebindungen (2) einen Flankenwinkel γ von etwa 6° bis 28° aufweisen.
Vlies (9) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringster Abstand C zwischen den Prägebindungen (2) in MD-Richtung und CD-Richtung etwa 1,15 mm bis 2,6 mm, vorzugsweise etwa 1,2 mm bis 1,5 mm, besonders bevorzugt etwa 1,75 mm beträgt.
Vlies (9) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) jeweils eine Fläche von 0,7 mm² bis 1,1 mm² aufweisen.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) in MD-Richtung in einem Winkel 6 von etwa 29° bis 65°, vorzugsweise von etwa 42° bis 47° zueinander angeordnet sind.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) einen Titer von 0,9 bis 3,5 dtex, vorzugsweise von 2,0 dtex bis 3,5 dtex aufweisen.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vlies (9) diskrete Prägebindungen (2) mit einem Anteil von 22% bis 27% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses (9) ausgebildet sind.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägebindungen (2) • einen viereckigen Querschnitt aufweisen, • in CD- und MD-Richtung in einem geringsten Abstand C von etwa 1,15 mm bis etwa 1,75 mm zueinander angeordnet sind, • Prägetiefen von mindestens 0,6 mm aufweisen, • mit einem Anteil von mindestens 20% bezogen auf die Gesamtfläche des Vlieses (9) ausgebildet sind und • jeweils in einer Fläche von mindestens 0,7 mm² ausgebildet sind.
Vlies (9) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) vollständig aus Polyethylen hergestellt sind.
Vlies (9) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) neben dem Polyethylen ausschließlich Zusätze und Verarbeitungshilfsmittel enthalten.
Vlies (9) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) als Bikomponentenfasern mit Kern-Mantelstruktur ausgebildet sind.
Vlies (9) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der Bikomponentenfasern in einer Fläche von 3% bis 51%, vorzugsweise 10% bis 30% bezogen auf den Faserquerschnitt ausgebildet ist.
Vlies (9) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyethylen ein LLDPE aufweist, mit • einem Schmelzindex von 17 g/10 min bis 30 g/10 min, gemessen bei 190°C und 2,16 kg nach ISO 1133, • einer Dichte von 0,90 g/cm³ bis 0,94 g/cm³, gemessen nach ASTM D-792, • einem DSC-Schmelzpunkt von 120°C bis 126°C, gemessen mit einem DCS7-Gerät von Perkin-Elmer, • einer Schmelzenthalpie im Bereich von 80 J/g bis 135 J/g, vorzugsweise 95 J/g bis 115 J/g.
Vlies (9) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyethylen ein HDPE aufweist, mit • einem Schmelzindex von 17 g/10 min bis 30 g/10 min, gemessen bei 190°C und 2,16 kg nach ISO 1133, • einer Dichte von 0,94 g/cm³ bis 0,97 g/cm³, gemessen nach ASTM D-792, • einem DSC-Schmelzpunkt von 125°C bis 131°C, gemessen mit einem DCS7-Gerät von Perkin-Elmer, • einer Schmelzenthalpie im Bereich von 120 J/g bis 185 J/g, vorzugsweise 140 J/g bis 160 J/g.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Flächengewichten zwischen 25 g/m² und 100 g/m², vorzugsweise zwischen 35 g/m² und 70 g/m², gemessen nach DIN EN 29073-1.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies flächengewichtsbezogen • eine Zugfestigkeit, gemessen nach DIN EN 29073-3, im Bereich von 1,0 N/g/m² bis 2,5 N/g/m², vorzugsweise 1,0 N/g/m² bis 1,2 N/g/m² in MD-Richtung und 0,5 N/g/m² bis 1,5 N/g/m², vorzugsweise 0,5 N/g/m² bis 0,7 N/g/m² in CD-Richtung, • eine Dehnung im Bereich von 1,5%/g/m² bis 10,0%/g/m², vorzugsweise 2,0%/g/m² bis 4,2%/g/m² in MD-Richtung und 1,5%/g/m² bis 15,0%/g/m², vorzugsweise 2,0%/g/m² bis 5,0%/g/m² in CD-Richtung aufweist.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine erste Oberfläche (13) und eine zweite Oberfläche (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies auf der ersten Oberfläche (13) und der zweiten Oberfläche (14) eine Abriebfestigkeit, gemessen nach Britischem Standard 4655 mit einem Crockmeter, bei 12 Takten von 1 bis 3, vorzugsweise von 1 aufweist.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies auf der ersten Oberfläche (13) und der zweiten Oberfläche (14) eine Abriebfestigkeit, gemessen nach Britischem Standard 4655 mit einem Crockmeter, bei 30 Takten von ≤ 4, vorzugsweise zwischen 2 und 3 aufweist.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies auf der ersten Oberfläche (13) eine Abriebfestigkeit, gemessen nach Taber Abraser model 503, bei 100 Belastungszyklen von 0,02 mg/cm² bis 0,1 mg/cm², vorzugsweise von etwa 0,05 mg/cm² aufweist.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies auf der ersten Oberfläche (13) eine Biegesteifigkeit, gemessen nach INDA/EDANA WSP 90.5, von 0,5 mN cm bis 1,3 mN cm, vorzugsweise von etwa 1,01 mN cm aufweist.
Vlies nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies auf der zweiten Oberfläche (14) eine Biegesteifigkeit, gemessen nach INDA/EDANA WSP 90.5, von 0,5 mN cm bis 1,0 mN cm, vorzugsweise von etwa 0,61 mN cm aufweist.
Anwendung des Vlieses (9), das zumindest nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgebaut ist, das mit einer Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, als Verpackungsmaterial, Ostomiebeutel, Verkleidungsmaterial, Abdeckmaterial, Umhüllungsmaterial, Schonbezüge, Beschichtungsmaterial, Bedachungsmaterial, Fassadenbahnen, Schallabsorptionsmaterialien, Dekorationsmaterial, Schutzbekleidung, Trägerschichten, Filtermaterial, Reinigungstücher, Bestandteil von Wegwerfartikeln, im medizinischen, hygienischen, landwirtschaftlichen und industriellen Bereich.