-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochdehnbaren und elastischen Vliesstoffes auf der Basis einer Menge von Fasern mit latenter Kräuselung, welche zu einem längsgelegten Krempelflor verarbeitet und anschließend der Krempelflor vertikal in Schlaufen gelegt wird, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Fasern mit latenter Kräuselung sind bereits bekannter Stand der Technik. Diese Fasern bestehen aus zwei Komponenten mit unterschiedlichem Schrumpfverhalten, welche im Faserquerschnitt halbkreisförmig nebeneinander vorliegen können. Derartige Fasern werden auch als Seite-an-Seite-Bikomponentenfaser (S/S) bezeichnet.
-
Alternativ können die vorerwähnten Komponenten auch in einer exzentrischen Kern-Mantel-Konfiguration vorliegen, bei der die Mittelpunkte von Kern und Mantel gegeneinander verschoben sind.
-
Durch eine externe Stimulation, beispielsweise durch Temperaturerhöhung, kann der Schrumpfprozess ausgelöst werden, wobei eine Längsseite der Faser stärker schrumpft als die weitere Längsseite.
-
Im Ergebnis dieser Stimulation findet dann eine starke Kräuselung der Faser statt und es bildet sich eine überwiegend helikal gekräuselte Struktur aus. Als Komponenten kommen unterschiedliche Polymere zum Einsatz. Es können aber auch gleichartige Polymere eingesetzt werden, wobei durch gezielte Prozessführung beim Verspinnen der Faser eine unterschiedliche Orientierung der Polymerketten und damit ein unterschiedliches thermisches Schrumpfverhalten erreicht wird. Hinsichtlich der vorerwähnten Kern-Mantel-Konfiguration wird auf die
EP 1 369 518 B1 verwiesen, die einen entsprechenden Vliesstoff aus Schrumpffasern offenbart.
-
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Kräuselfasern ist beispielsweise in der
DE 1 660 665 A1 erläutert.
-
Derartige gekräuselte Fasern werden bereits in mechanisch, chemisch oder thermisch verfestigten Vliesstoffen eingesetzt, um eine höhere Dehnbarkeit zu erreichen.
-
Bekannt sind auch Kletteigenschaften, die durch die Kräuselung bzw. durch aus der Oberfläche herausragende Faserenden der gekräuselten Fasern hervorgerufen werden.
-
Diesbezüglich sei auf die
EP 2 181 216 B1 als maßgeblichen Stand der Technik verwiesen.
-
Bei derartigen bekannten Stoffen handelt es sich noch immer um zweidimensionale Vliesmaterialien, das heißt die Fasern sind im Wesentlichen entlang einer Fläche orientiert, nicht jedoch in eine Richtung senkrecht zu dieser Fläche. Dies hat zur Folge, dass beim Schrumpfen ein Flächenverlust eintritt. Dieser eintretende Flächenverlust wird üblicherweise dadurch kompensiert, dass das ungeschrumpfte Material der Temperaturbehandlung unter Voreilung, das heißt mit überhöhter Geschwindigkeit, zugeführt wird. Hierdurch können die Fasern nicht beliebig schrumpfen, sondern sind auf den Grad der Voreilung im Schrumpfverhalten beschränkt.
-
Bekannt sind weiterhin Vliesstoffe aus einem vertikal gelegten Krempelflor, zum Beispiel nach dem sogenannten V-Lap- oder dem sogenannten Struto-Verfahren.
-
Derartige Vliesstoffe werden thermisch verfestigt und benötigen insofern immer eine Faserkomponente mit niedrigem Schmelzpunkt, um die Verfestigung durch Temperaturbehandlung zu gewährleisten.
-
Die Faserkomponente mit niedrigem Schmelzpunkt wird zumindest angeschmolzen und dient als Bindemittel. Alternativ kommen auch pulverförmige Bindemittel zum Einsatz.
-
Im Ergebnis einer solchen Behandlung bilden sich Kreuzungspunkte zwischen den Fasern aus, an denen die Fasern adhäsiv und/oder kohäsiv verbunden, das heißt verklebt sind und unter Stoffschluss stehen.
-
Es sind auch dreidimensionale Vliesstoffe bekannt, die Seite-an-Seite-Bikomponentenfasern enthalten.
-
Dabei ist üblicherweise eine der beiden Komponenten der Bikomponentenfaser mit einem niedrigeren Schmelzpunkt ausgewählt und/oder es werden zusätzlich Bindefasern zugemischt, um die notwendige thermische Verfestigung zu erreichen, bei der die niedrigschmelzende Komponente einer Aufschmelzung unterliegt. Beispielhaft sei hier die
US 7 387 976 B2 oder die
EP 3 591 108 B1 genannt.
-
Ein Verfahren zur Herstellung von selbstkräuselnden Polymer-Bikomponenten-Fasern, das heißt sogenannten S/S-Bikomponenten-Fasern, hergestellt auf einer Faserstraße, ist in der
DE 195 17 348 C1 erläutert.
-
Bezüglich des Standes der Technik ist noch auf die
DE 10 2009 033 817 A1 zu verweisen, die auf Vliesstoffe orientiert, die aus gefalteten Floren aufgebaut sind und welche unter dem Namen Struto oder Rotis bekannt geworden sind. Die Faltung von Faserfloren kann durch schwingende Kämme erfolgen und durch eine Stoppvorrichtung in einem Kanal eingetragen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Faltung über eine Walze mit schaufelförmigen Lamellen zu realisieren.
-
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung eines hochdehnbaren Vliesstoffes auf der Basis einer Menge von Fasern mit latenter Kräuselung anzugeben, welches es ermöglicht, Produkte mit verbesserten Eigenschaften herzustellen, um letztendlich neue Anwendungsgebiete zu erschließen.
-
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, einem Vliesstoff mit den Merkmalen nach Patentanspruch 9 sowie mit einer Verwendung gemäß den Alternativen nach Patentanspruch 10, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
-
Es wird demnach von einem Verfahren zur Herstellung eines hochdehnbaren Vliesstoffes ausgegangen. Dabei wird von einem Gemenge von Fasern auf der Basis von solchen Fasern ausgegangen, die eine latente Kräuselung aufweisen.
-
Diese Menge von Fasern wird dann zu einem längsgelegten Krempelflor vorverarbeitet. Anschließend wird der Krempelflor vertikal in Schlaufen gelegt.
-
Erfindungsgemäß erfolgt nach dem Legen in Schlaufen ein Schrumpfprozess der Fasern mit latenter Kräuselung, und zwar bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur dieser Fasern.
-
Durch die im Wesentlichen vertikale Faserorientierung erfolgt überwiegend eine Verringerung der Dicke durch ein freies und ungehindertes Schrumpfen. Der erhaltene Vliesstoff ist frei von adhäsiv oder kohäsiv verklebten Faserkreuzungsstellen.
-
Im Übrigen ist der Vliesstoff frei von irgendwelchen Bindemitteln.
-
Die Menge an Fasern mit latenter Kräuselung enthält überwiegend oder bevorzugt Bikomponentenfasern, in der zwei Komponenten mit unterschiedlichem Schrumpfverhalten in einer Seite-an-Seite-Konfiguration oder in einer exzentrischen Kern-Mantel-Konfiguration vorliegen.
-
Die gewählte Behandlungstemperatur muss wenigstens 10, bevorzugt 20°C unterhalb der Schmelztemperatur der am niedrigsten schmelzenden Faserkomponente liegen, damit keine adhäsive oder kohäsive Verklebung von Fasern resultiert.
-
In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Fasermischung einsetzbar, welche zusätzlich weitere synthetische Fasern oder Naturfasern aufweist.
-
Dieser zusätzliche Anteil von Fasern soll im Bereich von maximal 50 %, insbesondere maximal 20 % bezogen auf die Gesamtmenge der Fasermischung liegen.
-
Der so durch die vorstehend erläuterte Verarbeitung erhaltene Vliesstoff kann unmittelbar einer weiteren Verarbeitung oder aufgerollt und einer späteren Weiterverarbeitung unterzogen werden.
-
Alternativ kann mindestens in Längs- bzw. Maschinenrichtung eine Kraft zum Lösen der vertikalen Schlaufen angewendet werden, wodurch sich eine im Wesentlichen horizontale Faserlage in der Fläche ergibt.
-
Entsprechend der hier erfolgten Behandlung erschließen sich weitere Anwendungsmöglichkeiten des hochdehnbaren Vliesstoffes.
-
Das Entschlaufen kann innerhalb einer Warenbahn nur gezielt und flächenabschnittsweise erfolgen, um Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlicher Dicke bereitzustellen.
-
Zum Entschlaufen kommt eine Krafteinwirkung von maximal 3 N/5 cm zum Einsatz.
-
Der erfindungsgemäße Vliesstoff, hergestellt nach dem geschilderten Verfahren weist in seiner Längsrichtung eine Höchstzugkraft von im Wesentlichen 2 - 10 N/5 cm und eine Höchstzugkraft-Längsdehnung von > 150 % auf.
-
Erfindungsgemäß kann der geschaffene Vliesstoff als Polstermaterial, Bandagenmaterial und/oder Material für hygienische oder medizinische Zwecke Anwendung finden.
-
Die Erfindung soll nachstehend anhand ergänzender Erläuterungen und eines Ausführungsbeispieles näher dargelegt werden.
-
Es hat sich im Ergebnis umfangreicher Untersuchungen gezeigt, dass überraschenderweise ein vertikal gelegter Faserflor auch ohne Einsatz eines Bindemittels verfestigt werden kann, wenn die Fasermischung einen ausreichend hohen Anteil an Fasern mit latenter Kräuselung enthält.
-
Durch eine Temperaturbehandlung mit höherer Temperatur erfolgt dann ein Schrumpfprozess, wodurch sich die Fasern kräuseln. Infolge der Kräuselung verhaken sich die Fasern mechanisch ineinander, was zu einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung der Fasern führt.
-
Gemäß der Erfindung liegt die hier relevante Temperaturbehandlung jedoch deutlich unterhalb der Schmelztemperatur der Faserkomponenten, so dass diese nicht schmelzen, anschmelzen und/oder verkleben können.
-
Es entstehen also keine Kreuzungspunkte mit adhäsiver oder kohäsiver Verbindung der Fasern.
-
Da bekannterweise Polymere über einen relativ breiten Schmelzbereich verfügen, soll die erfindungsgemäße Behandlungstemperatur wenigstens 10°C, bevorzugt wenigstens 20°C unterhalb der Schmelztemperatur der am niedrigsten schmelzenden Komponente gewählt werden.
-
Die Faser mit latenter Kräuselung liegt bevorzugt als Bikomponentenfaser vor, in der zwei Komponenten mit unterschiedlichem thermischen Schrumpfverhalten in einer Seite-an-Seite-Konfiguration oder in einer exzentrischen Kern-Mantel-Konfiguration angeordnet sind.
-
Diese Bikomponentenfasern können ohne weitere Zusätze eingesetzt werden. Alternativ kann aber auch ein kleinerer Anteil weiterer Fasern zugemischt werden.
-
Diese zusätzlichen Fasern können synthetische Fasern oder Naturfasern sein. Hier kann es sich beispielsweise um Monokomponentenfasern aus Polyester handeln.
-
Um eine ausreichende mechanische Verhakung beim Kräuseln sicherzustellen, soll der Massenanteil an Bikomponentenfasern in der Mischung größer als 50 %, bevorzugt größer als 80 % betragen. Besonders bevorzugt ist ein Anteil von 100 %.
-
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes wird zunächst eine Mischung aus Stapelfasern, welche die S/S-Bikomponentenfaser enthält, zu einem längsgelegten Krempelflor verarbeitet.
-
Dieser Krempelflor wird dann vertikal in Schlaufen gelegt.
-
Ein solches Verfahren ist beispielsweise unter der Bezeichnung V-Lap- oder Struto-Verfahren bekannt.
-
Anschließend findet eine Temperaturbehandlung statt, bevorzugt mit trockener Heißluft, so dass der Schrumpfprozess der S/S-Faser ausgelöst wird.
-
Hierbei liegt die Temperatur jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Fasern, so dass diese keinem Schmelzvorgang unterliegen.
-
Da die Fasern im Wesentlichen vertikal orientiert sind, ist hierbei kein Flächenverlust zu beobachten. Vielmehr findet das Schrumpfen vorranging in Dickenrichtung statt.
-
Dies hat den Vorteil, dass die Fasern frei und ungehindert schrumpfen können.
-
Daher ist die Verringerung der Dicke auch deutlich stärker ausgeprägt, beispielsweise um 75 %, als dies beim Schrumpfen herkömmlicher Materialien des Standes der Technik unter Voreilung möglich ist, wo vergleichsweise das Schrumpfen maximal 50 % beträgt.
-
Die Festigkeit bzw. die Stabilität des Vliesstoffes ist ausreichend hoch, um eine weitere Verarbeitung und/oder Konfektion zu gewährleisten. Der erhaltene Vliesstoff kann also anschließend ohne weiteres aufgerollt, konfektioniert oder weiterverarbeitet werden.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bereits bei geringer Zugbelastung in Maschinenrichtung sich die Verhakung zwischen den vertikalen Schlaufen lösen kann. Dies ist bedingt durch das fehlende Bindemittel, das heißt die fehlenden stoffschlüssigen Verbindungen an Kreuzungspunkten der Fasern.
-
Wenn die zum Lösen der Schlaufen notwendige Kraft unter 3 N/5 cm liegt, kann dies problemlos per Hand erfolgen, ohne eine übermäßige Verformung des Materials hervorzurufen.
-
Werden alle Schlaufen des vertikal gelegten Vliesstoffes gelöst, entsteht ein weiteres Vliesstoffmaterial, in dem die Fasern nicht mehr vertikal, sondern vorwiegend horizontal in einer Fläche orientiert sind.
-
Da diese Fasern dann erfindungsgemäß stärker geschrumpft sind als bei vergleichbaren bekannten Vliesstoffen des Standes der Technik, weist der erfindungsgemäße zweidimensionale Vliesstoff eine deutlich höhere Dehnung und Elastizität, bevorzugt in Längsrichtung, auf.
-
Weiterhin ist zur Dehnung und Änderung der Länge deutlich weniger Kraftaufwand erforderlich.
-
Es ist jedoch zu beachten, dass die Höchstzugkraft des erfindungsgemäßen Vliesstoffes höher sein muss als die zum Lösen der Schlaufen notwendige Kraft, um ein unerwünschtes, vorzeitiges Reißen des Vliesstoffmaterials zu verhindern. Bevorzugt ist die Höchstzugkraft in Längsrichtung > 2 N/5 cm.
-
Aufgrund der Tatsache, dass das Entschlaufen auch per Hand erfolgen kann, ist es möglich, innerhalb einer laufenden Warenbahn gezielt Bereiche mit und ohne Schlaufen bereitzustellen. Diese Bereiche können sich dadurch beispielsweise in der Dicke unterscheiden.
-
Bei einer beabsichtigten Verwendung als Polstermaterial kann somit die Polsterung in bestimmten Bereichen dickenseitig variiert werden, ohne dass letztendlich unterschiedliche Materialien verwendet bzw. eingesetzt werden müssen.
-
Die relativ geringe Festigkeit des Vliesstoffmaterials ermöglicht es, dass ein Abreißen von Hand erfolgen kann, ohne dass zusätzliche Hilfsmittel notwendig sind. Es kann so in leichter Weise eine individuell benötigte Menge abgeteilt werden. In diesem Sinne ist eine Höchstzugkraft in Längsrichtung unter 10 N/5 cm, bevorzugt unter 7 N/5 cm von Vorteil.
-
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt ist die Tatsache, dass das erfindungsgemäße Material Kletteigenschaften besitzt. Das heißt, mehrere übereinander gelegte Lagen verhaken und verbinden sich gegenseitig, so dass ein Verschieben oder Verrutschen verhindert werden kann. Die so geschaffene Klettverbindung kann auch leicht wieder gelöst werden, so dass ein Wiederverwenden des Materials möglich ist.
-
Beispielsweise Anwendungen finden im Bereich von Hygieneartikeln, medizinischen Produkten, Gipsbinden, Bandagen oder für Polstermaterial statt.
-
Bei einem realisierten Beispiel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes kommt als latent kräuselbare Faser eine S/S-Bikomponentenfaser aus Polyester, Feinheit 2,2 dtex, Stapellänge 51 mm (Typ 82 der Firma Unitaka, Japan) zum Einsatz.
-
Entsprechend einer DSC-Messung mit einer Aufheizrate von 10 K/min beginnt der Schmelzbereich der beiden Komponenten dieser Faser bei 232°C bzw. 250°C als extrapolierter Onset-Temperatur.
-
Ein längsgelegter Krempelflor, bestehend aus 100 % der vorgenannten S/S-Faser, wird nach dem V-Lap-Verfahren vertikal in Schlaufen gelegt, wobei die Schlaufen eine Höhe von ca. 40 mm aufweisen.
-
Im Anschluss wird das Material einer Temperaturbehandlung bei 200°C unterzogen. Hierdurch kräuseln sich die Fasern und es findet ein Verhaken statt.
-
Der so erhaltene Vliesstoff mit vertikaler Faserorientierung weist ein Flächengewicht von 630 g/m2 auf. Die Dicke beträgt 9 mm, hat sich also während des Schrumpfens um ca. 78 % verringert.
-
Ein beispielhaft 10 cm langes Stück dieses Vliesstoffes lässt sich durch Lösen der Schlaufen zu einem Vliesstoff mit horizontaler bzw. flächiger Faserorientierung umwandeln, welcher eine Länge von 70 cm und ein Flächengewicht von ca. 90 g/m2 aufweist.
-
Zum Lösen der Schlaufen wird eine Krafteinwirkung von 1,6 N/5 cm benötigt. Der so erhaltene Vliesstoff weist in Längsrichtung eine Höchstzugkraft von 2,7 N/5 cm und eine Höchstzugkraftdehnung von 187 % auf.
-
Die Bestimmung der Höchstzugkraft und der Höchstzugkraftdehnung erfolgt nach DIN EN 29073-3: 1992, wobei abweichend von der Norm die Einspannlänge 100 mm und die Verformungsgeschwindigkeit 200 mm/min beträgt.
-
Analog wurde die Kraft zum Lösen der Schlaufen durch Aufnahme eines Kraft-Dehnungs-Diagramms bestimmt, wobei die ermittelte Kraft jeweils einem Maximum im Kraft-Dehnungs-Diagramm entspricht.
-
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
-
- EP 1369518 B1 [0005]
- DE 1660665 A1 [0006]
- EP 2181216 B1 [0009]
- US 7387976 B2 [0016]
- EP 3591108 B1 [0016]
- DE 19517348 C1 [0017]
- DE 102009033817 A1 [0018]