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Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren
für ein
absorbierendes Faserprodukt, bei dem ein Ausgangs-Faserprodukt bereitgestellt
wird, mit Fasern, die statistisch zum einen mit einem Abstand beabstandet
voneinander vorliegen und die sich zum anderen in Berührungspunkten
berühren.
Die Erfindung betrifft auch ein nach dem Herstellungsverfahren hergestelltes
absorbierendes Faserprodukt.
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Faserprodukte wie Hygieneprodukte
oder sogenannten Non-Wovens, wie zum Beispiel Papier für Küchenrollen,
Toilettenpapier und Tissues etc., zeichnen sich durch ihre hohe
Absorptionsfähigkeit aus.
Die Absorptionsfähigkeit
eines Faserproduktes bestimmt dessen Qualität und Wert. Ganz überwiegend
eingesetzte Faserarten sind z.B. Fasern aus Holzzellstoffen.
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Die Absorptionsfähigkeit eines Faserproduktes
wird dabei im wesentlichen durch das freie Volumen in einem solchen
Faserprodukt bestimmt. Dabei kommt es hauptsächlich auf die Anordnung der
Fasern zueinander an, die statistisch zum einen mit einem Abstand
voneinander beabstandet vorliegen und sich zum anderen in Berührungspunkten
berühren.
Die Zwischenräume
zwischen den Fasern können
zur Aufnahme von Flüssigkeiten
aller Art dienen. Daneben spielt auch die Aufnahmefähigeit der
Faser selbst eine Rolle.
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Zur Herstellung von absorbierenden
Faserprodukten bekannte Verfahren begnügen sich mit der Herstellung
eines Faserproduktes, dessen Absorptionsvermögen durch die genannte Anordnung
der Fasern sowie durch die Eigenschaft der Fasern selbst im Herstellungsprozeß bestimmt
ist. Hinsichtlich Faserprodukte sind bislang keinerlei Maßnahmen
bekannt, die außerdem
die Absorptionsfähigeit
solcher Faserprodukte erhöhen
könnten
und dabei auf die spezifischen Eigenschaften von Faserprodukten Rücksicht
nehmen.
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Ganz allgemein ist aus der
DE 196 39 491 C2 bekannt,
die Oberfläche
von Partikeln, wie Granulate oder Pulver, z.B. Betonstücke, dadurch
zu vergrößern, daß die zumindest
in begrenztem Umfang Flüssigkeiten
absorbierenden Partikel einer Flüssigkeit
oder einer diese enthaltenden feuchten Atmosphäre ausgesetzt werden, bis die
Flüssigkeit
zumindest in die oberflächennahen
Bereiche der Partikel, vorzugsweise bis zum Kern derselben, penetriert
ist. Danach werden die flüssigkeitshaltenden
Partikel mit Mikrowellen bis zum schlagartigen Verdampfen der penetrierten
Flüssigkeit
und Aufsprengen der Struktur der Partikel bestrahlt. Dieses Verfahren
findet Anwendung auf weitgehend harte Partikelstrukturen und erhält als Ergebnis
zersprengte Partikel, da die Flüssigkeit
innerhalb der Partikel verdampft wird.
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Im Unterschied zu lose aneinander
liegenden Partikeln ist ein Faserprodukt jedoch aus einem Konglomerat
von Fasern gebildet, die aufgrund ihrer Beschaffenheit zusammenhängend und
das Konglomerat, z.B. als Papier, zusammenhalten. Die Fasern liegen
statistisch, zum einen mit einem Abstand beabstandet voneinander
vor und berühren
sich zum anderen in Berührungspunkten.
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Eine Umsetzung des genannten Verfahrens bei
Faserprodukten obiger Art würde
das Faserprodukt unbrauchbar machen und hätte zumindest ganz fatale Nachteile,
da die Faserstruktur und das Konglomerat unkontrolliert zerstört bzw,
zersprengt würde.
Desweiteren würde
die intensive Strahlung die im Faserprodukt verwendete Faser selbst
thermisch angreifen und zu einer thermischen Schädigung des Fasermaterials führen, was
nur vordergründig
zu einer Erhöhung
einer Flüssigkeitsaufnahme
zu führen scheint.
Durch die nachhaltige Schädigung
der Faser würde
aber das Faserprodukt rau werden, und in nassem Zustand leicht zerfallen,
was das Faserprodukt weniger aufnahmefähig und praktisch unbrauchbar
macht. Bislang sind keine Herstellungsverfahren bekannt, bei denen
versucht wird, die Absorptionsfähigkeit
von Faserprodukten nach ihrer Herstellung als solche vorteilhaft
zu beeinflussen. Wünschenswert
wäre ein
Herstellungsverfahren, das eine ungewollte thermische Schädigung des
Fasermaterials weitgehend vermeidet und dennoch in der Lage ist, die
Flüssigkeitsaufnahme
eines absorbierenden Faserproduktes erheblich zu verbessern.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung
an, deren Aufgabe es ist, ein Herstellungsverfahren für ein absorbierendes
Faserprodukt anzugeben, bei dem eine Absorptionsfähigkeit
des absorbierenden Faserproduktes im Vergleich zu der Ausgangs-Absorptionsfähigkeit
des Ausgangs-Faserprodukt
verbessert ist.
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Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein nach dem Herstellungsverfahren hergestelltes absorbierendes
Faserprodukt anzugeben.
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Betreffend das Herstellungsverfahren
wird die Aufgabe durch die Erfindung gemäß dem Herstellungsverfahren
der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem erfindungsgemäß
- – das
Ausgangs-Faserprodukt mit einem fluiden Medium derart behandelt
wird, daß die
Fasern wenigstens teilweise benetzt werden, und
- – das
fluide Medium unter Einfluß von
Strahlung zwischen den Fasern derart schlagartig verdampft wird,
daß ein
durch das verdampfende fluide Medium erzeugter Verdampfungsdruck
auf die Fasern eine kinematische Wirkung hat, die den Abstand zwischen
den Fasern erhöht.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
daß eine
Ausgangs-Absorptionsfähigkeit
eines Ausgangs-Faserproduktes im Rahmen eines üblichen Herstellungsprozesses
durch die üblichen
mechanischen Einflüsse
auf das Ausgangs-Faserprodukt im Rahmen des üblichen Herstellungsprozesses begrenzt
ist. Die Erfindung hat erkannt, daß sich diese Ausgangs-Absorptionsfähigkeit
ganz hauptsächlich
durch den statistischen Abstand der Fasern zueinander in dem Ausgangs-Faserprodukt
bestimmt. Die Überlegungen
der Erfindung führen
dazu, daß durch
eine Erhöhung
des Abstandes der Fasern zueinander auch die Ausgangs-Absorptionsfähigkeit
erheblich verbessert wird. Dazu wird die Faser oberflächlich durch
das fluide Medium benetzt. Eine schädigende thermische Einwirkung
der Strahung auf die Faser selbst wird vermieden, was erhebliche
Nachteile hinsichtlich der Festigkeit des Ausgangs-Faserproduktes mit
sich gebracht hätte.
Dem gegenüber hat
die Erfindung erkannt, daß unter
Einsatz eines fluiden Mediums auf der Oberfläche der Faser und massiver
Strallung ein jedenfalls ungewollter Einfluß auf die Faser selbst weitgehend
vermieden wird. Das Konzept der Erfindung sieht deshalb vor, daß nach wenigstens
teilweiser Benetzung der Fasern die Strahlung ganz überwiegend
auf das fluide Medium wirkt und zwar indem die Strahlung das fluide
Medium schlagartig verdampft. Gemäß dem Konzept der Erfindung
führt dies
bei einer ausreichend schnellen Verdampfung des fluiden Mediums
zu einem auf die Fasern wirkenden derart starken Verdampfungsdruck,
oder auch Partialdruck, daß dies
eine kinematische Wir kung auf die Fasern hat. Hauptwirkung ist dabei,
daß der
Abstand zwischen den Fasen erhöht wird.
Das heißt,
der im eigentlich statistische Abstand zwischen den einzelnen Fasern
wird im Mittel erhöht.
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Mit anderen Worten, gemäß dem Konzept der
Erfindung wirkt das fluide Medium bei seiner Verdampfung aufweitend
auf die Ansammlung von Fasern im Faserprodukt. Dies führt sozusagen
zu einer Oberflächenvergößerung des
Faserproduktes auf mikroskopischer Skala, indem der statistische
Abstand zwischen den Fasern im Mittel erhöht wird. Das fluide Medium
benetzt also zunächst
die Fasern oberflächlich,
wobei ein unkontrolliertes Eindringen durch Diffusion des fluiden
Mediums in die Faser als solche vermieden wird. Eine ungewollte
Beeinflußung
der Faser selbst wird also gänzlich
vermieden.
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Die ganz wesentliche Wirkung des
vorgeschlagenen Konzepts beruht also darauf, daß das fluide Medium zwischen
die Fasern eingebracht und in den Zwischenräumen zwischen den Fasern verdampft
wird. Dementsprechend wirken die Kräfte des Verdampfungsdrucks
ganz wesentlich zwischen den Fasern und erhöhen dadurch den Abstand zwischen den
Fasern relativ zueinander. In einer ersten weiterbildenden Variante
der Erfindung kann die Faser ausschließlich oberflächlich benetzt
werden und auch ein oberflächennahes
Penetrieren des fluiden Mediums in die Faser vermieden werden. Zusätzlich kann in
einer zweiten weiterbildenden Variante der Erfindung eine Beeinflußung der
Faser selbst allenfalls im Rahmen einer kontrolliert gesteuerten
Maßnahme
erfolgen, bei der eine Diffusion des fluiden Mediums in die Faser
kontrolliert gesteuert wird und je nach Anwendung begrenzt zugelassen
wird. Beide Varianten lassen sich unter Nutzung geeigneter fluider
Medien, mit geeigneten Oberflächenspannungen
und/oder Flüchtigkeiten
und/oder Viskositäten
und/oder Diffusionszeiten bei Benetzung einer bestimmten Faser, je
nach Bedarf realisieren und sind weiter unten im Einzelnen beschrieben.
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Das vorgeschlagene Konzept hat erhebliche Vorteile
bei der Herstellung des Faserproduktes selbst. Die herkömmliche
Herstellung kann erheblich vereinfacht werden, zunächst ohne Rücksicht
auf die Struktur des Faserproduktes, da eme oben beschriebene Aufweitung
des Faserproduktes im Rahmen des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens
nachträglich
erfolgt. Des weiteren bestehen erhebliche Vorteile hinsichtlich
des Faserproduktes selbst, welche insbesondere bei Hygienefaserprodukten
wie Küchenrollen-Papier,
Toilettenpapier oder Tissues zum Tragen kommen. So wird bei gleicher
Flüssigkeitsaufnahme
des Faserproduktes nach dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren
weniger Fasermaterial benötigt
als bei herkömmlichen
Faserprodukten, was ein ökologischer
und ökonomischer
Vorteil ist. Des weiteren hat das Faserprodukt gemäß dem vorgeschlagenen
Herstellungsverfahren im Vergleich zu herkömmlichen Faserprodukten eine
weichere, da aufgelockerte Oberfläche.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und geben im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten
an, das fluide Medium in das Ausgangs-Faserprodukt einzubringen, und/oder
den Verdampfungsprozeß effektiver zu
gestalten. Des weiteren wird das Herstellungsverfahren weitergebildet.
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Hinsichtlich der Behandlung des Ausgangs-Faserproduktes
mit dem fluiden Medium erweist es sich als besonders vorteilhaft,
daß das
Ausgangs-Faserprodukt mit dem fluiden Medium in Form von Dampf bedampft
und/oder durchdampft wird. Das heißt zum Teil kann es ausreichend
sein, das Ausgangs-Faserprodukt lediglich zu bedampfen, dadurch
kann je nach Anwendung bereits eine teilweise Benetzung der Oberfläche der
Faser erreicht werden. Soweit es der Bedarf erfordert, ist es auch
angebracht, das Ausgangs-Faserprodukt intensiv zu durchdampfen.
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Zusätzlich oder alternativ kann
das Ausgangs-Faserprodukt mit dem fluiden Medium in Form einer Emulsion
benetzt und/oder durchnetzt werden.
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Je nach Bedarf erweist es sich in
beiden vorerwähnten
Fällen
als besonders vorteilhaft, wenn die Fasern homogen mit dem fluiden
Medium benetzt werden. Insbesondere dazu ist es angebracht, das Ausgangs-Faserprodukt
intensiv zu durchdampfen oder zu durchnetzen.
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Es hat sich gezeigt, daß bei einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die kinematische
Wirkung auf die Fasern im Faserprodukt zu einer Verdichtung der
Fasern an den Berührungspunkten
führt.
Dieser Effekt stellt sich dann ein, wenn durch die sich voneinander
weg bewegenden Fasern der Abstand zwischen den Fasern erhöht wird
und als Folge davon bei den statistisch vorhandenen Berührungs-
und/oder Knotenpunkten eine Verdichtung erfolgt. Die Verdichtung
an den Berührungs- und/oder
Knotenpunkten sorgt für
eine geringere Oberfläche
im Verhältnis
zum Volumen. Folglich wird bei einer zu absorbierenden Flüssigkeit
an diesen Stellen die Flüssigkeit
weniger schnell aufgenommen als an anderen Stellen. Dieser Effekt
wirkt sich positiv auf die Naßreißfestigkeit
des gemäß dem vorgeschlagenen
Herstellungsverfahren behandelten Ausgangs-Faserproduktes aus.
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Hinsichtlich der schlagartigen Verdampfung des
fluiden Mediums im darauffolgenden Verfahrensschritt erweist es
sich als besonders vorteilhaft, wenn das fluide Medium unter Einfluß von Mikrowellenstrahlung
schlagartig verdampft wird. Vorzugsweise werden die Fasern, um die
Leistungsdichte möglichst hoch
zu gestalten, innerhalb einer kurzen Expositionszeit mit Mikrowellenstrahlung
im eher hochenergetischen Bereich mit hoher Leistungsdichte bestrahlt.
So ist es besonders zweckmäßig, Mikrowellenstrahlung
einer Wellenlänge
zwischen 1000 nm und 1000 μm
zu wählen,
wobei eine Mikrowellenstrahlung höherer Energie, also kürzerer Wellenlänge, zu
bevorzugen ist. In jedem Fall ist es zweckmäßig für die Mikrowellenstrahlung
eine Wellenlänge
zu wählen,
die von den Fasern schlechter absorbiert wird als von dem fluiden
Medium. Auf diese Weise werden jedenfalls ungewollte thermische
Schädigungen
bei einer Faser des Ausgangs-Faserproduktes ausgeschlossen, da die
Strahlung praktisch nur auf das fluide Medium wirkt. Die Strahlung
wirkt bei dem vorgeschlagenenen Konzept also nicht direkt auf die Faser
selbst, sondern lediglich mdirekt über die kinematische Wirkung
des mit hohem Verdampfungsdruck verdampfenden fluiden Mediums.
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Die Expositionszeit bei der Bestrahlung
sollte möglichst
gering sein. Im industriellen Maßstab reicht eine Expositionszeit
zwischen 1 μs
und 1000 ms. Dabei wird zunächst
von einer kontinuierlichen Mikrowellenstrahlung ausgegangen. Als
besonders vorteilhaft erweist sich vor allem auch eine gepulste Mikrowellenstrahlung,
deren Pulslängen
auch im Bereich von ns oder darunter liegen kann. Insbesondere lassen
sich mit einer gepulsten Mikrowellenstrahlung besonders hohe Leistungsdichten
erreichen. Es hat sich gezeigt, daß Leistungsdichten, ob nun
bei gepulster oder kontinuierlicher Mikrowellenstrahlung oder sonstiger
Strahlung, zwischen 103W/mm2 und 106 Watt/mm2 vorteilhaft
zur Erreichung des obengenannten kinematischen Effektes bei einem
Ausgangs-Faserprodukt geeignet sind. Diese Leistungsdichten liegen
um Größenordungen über denen
herkömmlicher
Mikrowellenquellen, welche letztere zwischen 10 und 100 Watt/mm2 liegen. Der Größenordnungsunterschied führt praktisch
zu einer explosionsartigen Verdampfung des fluiden Mediums innerhalb
dem Ausgangs-Faserprodukt, was zu der erwähnten kinemtischen Wirkung
auf die Fasern führt. Eine
derart hohe Leistungsdichte läßt sich
vor allem durch eine leistungsstarke Strahlungsquelle und durch
eine entsprechend starke Fokussierung der Strahlung erreichen. Diese
Prinzipien gelten grundsätzlich
für jede
Art der eingesetzten Strahlung. Mikrowellenstrahlung eignet sich
besonders, da dabei die Absorption in dem zweckmäßigerweise wässrigen
oder dampfförmigen
fluiden Medium hoch ist, während
sie bei üblichen
Fasern im Vergleich um Größenordnungen
geringer ist.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des
vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens sieht in einem weiteren Verfahrensschritt
vor, daß die
Zeitspanne zwischen der Benetzung der Fasern, durch Behandlung des
Ausgangs-Faserproduktes, mit dem fluiden Medium einerseits und der
schlagartigen Verdampfung des fluiden Mediums, unter Einfluß der Strahlung,
andererseits, gezielt eingestellt wird. Dadurch wird das Ausmaß einer
Diffusion des fluiden Mediums zwischen und/oder, wenn erwünscht, in
die Fasern hinein gesteuert. Je nach Art der Bedampfung und der
Art des Bedampfungsmediums kann nämlich gemäß dieser Weiterbildung, zusätzlich zur kinematischen
Wirkung zwischen den Fasern, eine gezielte Beeinflussung der Faserstruktur
erreicht werden, ohne daß diese
Faser ungewollt thermisch geschädigt
oder zerstört
wird. Im Unterschied zu bekannten Verfahren, die ein Zersprengen
von Partikeln vorsehen wird außderdem
bei der hier vorgeschlagenen Weiterbildung, je nachdem welche Oberflächenenergie
das fluide Medium/Bedampfungsmedium aufweist, dasselbe dazu neigen,
sich ausschließlich
auf der Faser anzulagern, diese also nur oberflächlich zu benetzen, ohne sie
zu pentrieren. Wenn erwünscht
kann dem fluiden Medium auch erlaubt werden in die Fasern hineinzudifundieren.
Da dieser Prozeß durch
bekannte Zeitskalen bestimmt ist, läßt sich gezielt einstellen,
wie groß ein
Anteil der Menge des fluiden (Bedampfung-) Mediums ist, der sich
auf der Faser bzw. in der Faser befindet. Somit läßt sich über die
genannte Zeitspanne sicherstellen, daß die Fasern ausschließlich auf
ihrer Oberfläche benetzt
werden, sich das fluide Medium also nur auf der Oberfläche der
Faser anlagert und die Zwischenräume
zwischen den Fasern füllt.
Wenn erwünscht kann
eine längere
Zeitspanne so gewählt
werden, daß ein
mehr oder weniger großer
Anteil des fluiden Mediums in die Faser eingedringt, so daß bei einer anschließenden schlagartigen
Verdampfung des fluiden Mediums eine Faser in kontrollierter und
gezielter Weise in ihrer Struktur beeinflußt wird. Der über die
Verdampfung des fluiden Mediums erzeugte Verdampfungsdruck kann
somit in der Faser Risse erzeugen. Solche Risse stehen dann als
Veränderungen
in der Faserstruktur in dem Faserprodukt für eine zusätzliche Feuchtigkeits- oder
Flüssigkeitsaufnahme
zur Verfügung.
Die Zeitspanne wird allerdings auch derart kontrolliert gering gehalten,
daß ein
Zersprengen oder ein komplettes Zerstören der Faser in jedem Fall
vermieden wird. Bei dieser Art der Weiterbildung des vorgeschlagenen
Herstellungsverfahrens werden desweiteren die Nachteile einer thermischen
Beeinflussung der Faserstruktur vermieden.
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Für
eine Stabilisierung der Faserstruktur läßt sich insbesondere in den
Fall, daß gemäß der oben erwähnten Weiterbildung
des Verfahrens ein zusätzlicher
Eingriff in die Faserstruktur vorgenommen wird, noch in einem weiteren
Verfahrensschritt, nach der Verdampfung des fluiden Mediums, das
Ausgangs-Faserprodukt mit einem fluiden Fixiermedium behandeln.
Dieses Fixiermedium kann gleichermaßen durch Be-/Durchnetzen oder
Be-/Durchdampfen in die aufgelockerte Faserstruktur eingebracht
werden, was dann zur Stabilisierung und Fixierung der aufgelockerten
Struktur führt.
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Die Erfindung führt hinsichtlich der Aufgabe betreffend
das absorbierende Faserprodukt auf ein Hygienefaserprodukt, insbesondere
eines aus der Gruppe bestehend aus Küchenrollen-Papier, Toilettenpapier, Tissue.
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Zusammenfassend wird ein Herstellungsverfahren
für ein
absorbierendes Faserprodukt vorgeschlagen, bei dem ein Ausgangs-Faserprodukt
mit Fasern bereitgestellt wird, die statistisch zum einen mit einem
Abstand beabstandet voneinander vorliegen und die sich zum anderen
in den Berührungspunkten
berühren.
Dabei wird erfindungsgemäß das Ausgangsfaserprodukt
mit einem fluiden Medium derart behandelt, daß die Fasern wenigstens teilweise
benetzt werden, und das fluide Medium unter Einfluß von Strahlung
derart schlagartig verdampft, daß ein durch das verdampfende
fluide Medium erzeugter Verdampfungsdruck auf die Fasern eine kinematische
Wirkung hat, die den Abstand zwischen den Fasern erhöht. Dabei
wird eine ungewollte, insbesondere thermische Schädigung der
Faser ausgeschlossen. Desweiteren wird eine Beeinflussung der Faserstruktur
als solche gänzlich
vermieden, oder nur in kontrollierter Weise zugelassen. Dadurch
wird eine unkontrollierte Zerstörung
der Faserstruktur und eine nachteilige Beeinflussung des Faserproduktes selbst,
zum Beispiel hinsichtlich der Naßreißfestigkeit vermieden. Statt
dessen führt
das vorgeschlagene Konzept zu einer Aufweitung des Faserproduktes
auf mikroskopischer Skala durch Erhöhung des Abstandes zwischen
den Fasern. In einer Weiterbildung kann bei Bedarf auch die Faserstruktur
als solche kontrolliert und gezielt beeinflußt werden, durch Steuerung
der Zeitspanne zwischen Benetzung der Faser und der Verdampfung
des fluiden Mediums.