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Die
Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus flächig angeordneten Polymerfilamenten,
verfestigt durch Vernadeln, Vermaschen, Übernähen oder Verwirbeln durch flüssige oder
gasförmige
Hochdruckstrahlen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Für die Herstellung
von Vliesstoffen sind bisher drei Grundverfahren bekannt.
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Bei
der Spinn- oder Filamentvliesherstellung werden die aus synthetischen
Polymeren extrudierten Filamente mittels Luftstrom verstreckt und
in Schlaufen wirr auf ein perforiertes Siebband zum Filamentvlies
bzw. Spinnvlies abgelegt. Dabei werden auf dem sich in Arbeits- bzw. Herstellungsrichtung
bewegenden Siebband die abgelegten Filamentschlaufen durch Saugluft
in ihrer Lage fixiert. Dieses Spinnvlies mit einer einschichtigen,
wirren Filamentstruktur wird anschließend durch Kalandrieren, Vernadeln,
Vermaschen, Übernähen oder Verwirbeln
mit Wasserstrahlen zum Vliesstoff verfestigt, wobei auch eine diskontinuierliche
Vliesstoffherstellung möglich
ist, indem das Filamentvlies erst vorverfestigt wird und dann auf
einer zweiten Anlage seine Endverfestigung erfolgt. Flächenmasse
und Breite des Vliesstoffes entsprechen direkt den Werten der Filamentablage
zum Filamentvlies auf dem perforierten Siebband.
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Die
beiden anderen Vliesstoffverfahren gehen von der Faser aus. Dabei
wird zur Chemiefaserherstellung aus synthetischen Polymeren wie
bei der Spinnvliesherstellung das Polymer zum Filament extrudiert,
die Schar der ersponnenen Filamente auf Galetten verstreckt, viele
solcher Filamente in paralleler Anordnung zum Kabel zusammengefasst
und dann zur Faser geschnitten und für die weitere Verarbeitung
zum Ballen gepresst.
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Bei
der mechanischen Faservliesherstellung werden die im Ballen angelieferten
Fasern geöffnet,
auf einer Krempel bis zur Einzelfaser aufgelöst und diese flächig zusammenhängenden
Einzelfasern als Faserflor mit einer Flächenmasse von 8 g/m2 bis 30 g/m2 einem
Quertäfler
oder Querleger zugeführt
und mittels Legewalzen zickzackförmig
auf ein Transportband zum Faservlies abgelegt. Dieses Faservlies
besteht aus einem fortlaufend übereinander
getäfelten
Faserflor und weist durch dieses Quertäfeln eine ausgesprochene Querorientierung
der Einzelfasern auf. Die Flächenmasse
und Breite des der Verfestigung zuzuführenden Vlieses werden durch
die Flächenmasse
des Faserflores, die Anzahl der übereinandergelegten
Faserflorlagen und durch die Legebreite bestimmt und sind in großen Bereichen
variabel einstellbar. Die Verfahren der Vliesverfestigung zum Faservliesstoff
sind Vernadeln, Kalandrieren, Vermaschen, Übernähen oder Verwirbeln.
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Bei
der aerodynamischen Vliesbildung werden die Fasern geöffnet, die
dabei erzeugten Flocken weiter vereinzelt und gleichmäßig angeordnet
und im Luftstrom auf ein zum Beispiel untersaugtes Siebwalzenpaar das
Faservlies gebildet. Das Faservlies weist eine wirre, dreidimensionale
Faserorientierung auf und bildet im Querschnitt eine gleichmäßige Schicht.
Die Vliesmasse ist nach unten begrenzt und die Vliesbreite nicht
variabel einstellbar. Die Verfestigung zum Vliesstoff kann nach
gleichen Verfahren wie bei der mechanischen Faservliesbildung erfolgen.
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Alle
drei Verfahren haben Vor- und Nachteile. Fasziniert beim Spinnvliesverfahren
der kurze Verfahrensweg mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten,
so überzeugt
bei der mechanischen Vliesbildung über Quertäfeln eines Faserflores zum
Faservlies die mögliche
konstruktive Vielfalt hinsichtlich Fasereinsatz, den Bereichen von
Flächenmasse
und Breite, die Kombination mit anderen Flächen und Einlagerungsmöglichkeiten
und die erreichbare Massegleichmäßigkeit.
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Die
Herstellung von Vliesstoff-Verbunden nach der mechanischen Faservliesbildung
oder nach der Spinn- oder Filamentvliesherstellung ist bekannt.
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So
ist in der
DE 689
05 153 T2 beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen eines
Verbundstoffes unter Verwendung von mehreren spinngebundenen Bahnen
beschrieben, die getrennt voneinander gefertigt, in einer Verbindungseinheit
zusammengeführt
und anschließend
miteinander verbunden werden. Es wird ein sogenannter Schichtverbund
gebildet, mit dem die Festigkeit spinngebundener Flächen erhöht werden
soll. Dies bedeutet, dass die Lage der einzelnen Filamente bzw.
Fasern in der jeweiligen Bahn im Verbund erhalten bleibt. Bei diesem
Verfahren wird zwar ein Filamentvliesstoff aus mehreren Bahnen gebildet,
jedoch ergeben sich durch diese Verfahrensweise und insbesondere
der damit erzielten Anordnung der Filamente bzw. Fasern im Querschnitt
wesentliche Unterschiede hinsichtlich Filament- bzw. Faseranordnung
und Flächenstabilität, die unumstritten
Einfluss auf die unterschiedlichsten Einsatzgebiete nehmen. Abgesehen
vom verfahrenstechnischen Aufwand, der hier erforderlich ist, wird
die Wirtschaftlichkeit durch die aufwendige Prozedur negativ beeinflusst.
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Auch
das in
DE 29 22 427
A1 beschriebene Spinnvlies weist mehrere übereinander
geschichtete Lagen wirr abgelegter Filamente auf, wobei Einzelfilamente
mit Filamentgruppen gemischt und miteinander verbunden sind. Dabei
werden die Filamente aus einer Vielzahl von neben- bzw. hintereinanden
angeordnete Spinndüsen
ausgesponnen und übereinander
abgelegt. Die Verfestigung der Schicht aus wirr angeordneten Einzel-
bzw. Filamentgruppen erfolgt in 3 Stufen, wobei in der 1. Stufe
eine leichte Vorverfestigung durch Einwirkung von Druck und Hitze
erzielt wird, anschließend
in einer 2. Stufe durch Aufbringen von Dispersionen eine Abbindung
der Filamente im Vliesinnenverband durchgeführt wird und in einer 3. Stufe
diese Spinnvliese an den Überkreuzungsstellen
gebunden werden. Das kennzeichnende Merkmal dieser Erfindung ist,
das mehrere Filamente gleichzeitig ersponnen und abgelegt werden
und die dadurch gebildete Filamentschicht chemisch verfestigt wird.
Nachteil ist auch hier der erforderliche gerätetechnische Aufwand durch
die Vielzahl der Düsenanordnungen,
die chemisch-thermische Verfestigung in mehreren Arbeitsstufen und
die sich daraus ableitenden negativen Eigenschaften bezüglich Flexibilität, Druckelastizität etc. im
Vliesstoffquerschnitt.
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Die
Herstellung eines Filamentvliesstoffes aus zwei oder mehr vorgelegten
Bahnen bzw. Schichten mit Stapelfasern als Ausgangsprodukt, z.B.
nach der in
DE 93 10
408 U1 und
DE
25 19 493 A1 beschriebenen Verfahrensweise, ist ebenfalls
seit langem bekannt und bildete die Grundlage für weitere bessere technische und
wirtschaftliche Herstellung derarttiger Verbundstoffe. Der strukturelle
Aufbau der bekannten Spinnvliesstoffe und Faservliesstoffe weist
in Abhängigkeit
vom verwendeten Ausgangsmaterial und entsprechenden Herstellungsverfahren
unterschiedliche Merkmale auf, die für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete
wesentliche Bedeutung haben. Neben der Voluminösität kommt es bei derartigen Flächengebilden
insbesondere auch auf die Gestaltung der inneren Struktur als Voraussetzung
für bestimmte
Eigenschaftsanforderungen und die Wirtschaftlichkeit derartiger
Erzeugnisse an. Abhängig
vom Einsatzgebiet sind für
diese Materialien beispielsweise festgeschriebene Normen einzuhalten,
die nicht mit jeder Art der bekannten Flächengebilde erfüllt werden
kann.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen mechanisch verfestigten
Vliesstoff aus Filamenten zu schaffen, der Vorteile der Spinnvliesherstellung
mit solchen der mechanischen Faservliesbildung verbindet und damit
eine kostengünstige
Herstellung von Vliesstoffen mit eigenem charakteristischem Eigenschaftsprofil
möglich
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Vliesstoff nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren
zur Herstellung eines Vliesstoffes nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen
sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Gegenstand
der Erfindung ist daher ein Vliesstoff aus einem Filamentflor, der
gekennzeichnet ist durch die flächige
Vorlage einer Filamentschicht mit einer geringen Flächenmasse,
die im Querschnitt eine geringe Anzahl übereinander liegender Filamente
aufweist, welche vorwiegend in einer wirren Lage angeordnet sind und
die Filamente durch natürliche
Haftung und/oder zusätzlich
eingebrachte lokale Verschlingungen einzelner Filamente eine Schicht
bilden. Diese Haftung durch mechanische lokale Verschlingungen kann
zusätzlich
noch durch Verklebungen mittels chemikalischer oder thermischer
Einwirkungen verstärkt
werden. Der Filamentflor entsteht bei der Spinnvliesherstellung.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Vliesstoffes aus Polymerfilamenten und deren Verfestigung
durch Vernadeln, Vermaschen, Übernähen oder
Verwirbeln mittels flüssiger
oder gasförmiger
Hochdruckstrahlen.
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Nachfolgende
Tabelle zeigt das erfindungsgemäß zu erwartende
Eigenschaftsprofil des Vliesstoffes aus einem quergetäfelten Filamentflor
im Vergleich zu den bisher bekannten Vliesbildungsmöglichkeiten.
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- Theoretischer Struktur- und Eigenschaftsvergleich (Basis
ist Faservliesstoff, quergelegt, genadelt)
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensmodifikation
zur Herstellung von Vliesstoffen aus flächig angeordneten Polymerfilamenten
ist die für
die Verarbeitung und Funktion des Vliesstoffes erzielte höhere Festigkeit,
die aus dem Einsatz von „Filamenten" gegenüber „Fasern" als Konstruktionselement resultiert.
Weitere Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichbar sind, wären die
durch das Täfeln eines
leichten Filamentflores erreichbare höhere Massegleichmäßigkeit
im Vliesstoff, die durch die Verarbeitung von der Rolle ermöglichten
flexiblen Kombinationen von Filamentfloren aus unterschiedlichen
Polymeren und/oder mit unterschiedlichen Filamentfeinheiten bzw.
von Filamentflor und Faserflor sowie die Ein- oder Auflagerung von
textilen oder nichttextilen Funktionsmitteln zum erfindungsgemäßen Vliesstoff,
der im Vliesstoffquerschnitt aus mehreren Filament- und Faserflorlagen
bestehen kann. Darüber
hinaus kann die Logistik zur Herstellung von speziellen Produkten
mit kleinen Losgrößen durch
die Verarbeitung des Filamentflores von der Rolle erheblich verbessert
werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Die dazugehörigen
Zeichnungen zeigen in
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1 die
vereinfachte Darstellung der verfahrenstechnischen Anordnung zur
Herstellung eines Vliesstoffes aus einem quer gelegten Filamentflor,
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2 den
Querschnitt eines Vliesstoffes aus mehreren Filamentlagen eines
quergetäfelten
Filamentflores,
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3 die
vereinfachte Darstellung der verfahrenstechnischen Anordnung zur
Herstellung eines Vliesstoffes nach 1 mit Zuführung eines
Filament- und Faserflores,
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4 den
Querschnitt eines Vliesstoffes aus der Kombination Filamentflor/Faserflor,
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5 die
vereinfachte Darstellung der verfahrenstechnischen Anordnung zur
Herstellung eines Vliesstoffes nach 1 mit Zuführung von
zwei übereinander
angeordneten Filamenfloren,
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6 den
schematischen Querschnitt eines Vliesstoffes aus zwei Filamentfloren,
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7 die
vereinfachte Darstellung der verfahrenstechnischen Anordnung zur
Herstellung eines Vliesstoffes nach 1 mit Zuführung von
zwei nebeneinander angeordneten Filamentfloren,
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8 den
schematischen Querschnitt eines Vliesstoffes mit zwei unterschiedlichen
Filamentschichten,
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9 die
vereinfachte Darstellung der verfahrenstechnischen Anordnung zur
Herstellung eines Vliesstoffes nach 1 mit Zuführung eines
Funktionsmittels,
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10 den
schematischen Querschnitt eines Vliesstoffes mit mittig eingelagertem
Funktionsmittel.
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Gemäß der 1 wird
ein durch Kalandrieren leicht vorverfestigter Filamentflor 8 von
einer Rolle dem Quertäfler 9 zugeführt. Der
Filamentflor 8 besteht aus einer Filamentschicht mit einer
geringen Flächenmasse, die
im Querschnitt eine geringe Anzahl übereinander liegender Filamente 3 aufweist,
welche vorwiegend in einer wirren Lage angeordnet sind und wobei
die einzelnen Filamente 3 durch natürliche Haftung und/oder zusätzlich eingebrachte
lokale Verschlingungen einzelner Filamente 3 eine Schicht
bilden. Mit den Legewalzen 10 des Quertäflers 9 wird der Filamentflor 8 quer
auf dem Transportband 11 zu flächig übereinander angeordneten Filamentlagen 2 abgelegt,
die ein aus mehreren Filamentlagen 2 bestehendes Filamentvlies 13 bilden. Die
Anzahl der angeordneten Filamentlagen 2 wird dabei von
der Geschwindigkeit des Transportbandes 11 bestimmt, mit
der das Filamentvlies 13 der Verfestigungseinrichtung 12 zugeführt wird.
Vorzugsweise liegt die Anordnung der Filamentlagen 2 im
Vliesstoffquerschnitt 1 zwischen drei und dreißig Lagen übereinander.
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In
einer Ausführung
nach 2 weist der Vliesstoffquerschnitt 1 sechs
flächige
Filamentlagen 2 auf, wobei die einzelnen Filamentlagen 2 eine
Flächenmasse
von mindestens 5 g/m2 und höchstens
50 g/m2 aufweisen. Der verwendete Filamentflor 8 besteht
aus wirr angeordneten Polyesterfilamenten 3 der Feinheit
4,0 dtex und einer Flächenmasse
von 20 g/m2. Durch fehlende Verzüge in der
Verarbeitung des Filamentflores 8 zum Vliesstoff ergibt
sich eine Vliesstoffmasse von 120 g/m2.
Die mechanische Verfestigung der Filamentlagen 2 kann beispielsweise
anschließend
durch Vernadeln auf einer Nadelmaschine 12 mit Widerhakennadeln
der Type 15 × 18 × 38 C mit
einer Stichdichte von 550 Stichen je cm2 und
einer Stichtiefe von 14 mm erfolgen. Es entsteht ein genadelter
Filamentvliesstoff mit hoher Zugfestigkeit, hoher Dichte und annähernd gleichem
Festigkeitsverhalten in Längs-
und Querrichtung.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in
einem zweiten Ausführungsbeispiel
gleichzeitig zusammen mit dem Filamentflor 8/1 ein Faserflor 4 dem
Quertäfler 9 zugeführt, wie
in 3 dargestellt. Auf diesen Filamentflor 8/1 wird
von der Krempel einer Vliesbildungsanlage kommender Faserflor 4 aufgelegt
und die beiden Flore 8/1 und 4 übereinanderliegend
den Legewalzen 10 des Quertäflers 9 zugeführt. Der
Faserflor 4 besteht bei diesem Beispiel aus Polypropylenfasern
der Feinheit 3,0 dtex und hat eine Flächenmasse von 9 g/m2. Da der Faserflor 4 kurz nach
der Florabnahmestelle direkt auf den Filamentflor 8/1 aufgelegt
wird, kann diese geringe Flormasse verzugsfrei dem Quertäfler 9 zugeführt werden.
Unter Beachtung der Geschwindigkeit des Transportbandes 11 wird
ein Vlies 13/1 aus der Kombination Filamentflor 8/1 und
Faserflor 4 im Vliesstoffquerschnitt 1 gelegt.
Die Verfestigungseinrichtung 12 bildet hier eine Nadelmaschine
mit wechselndem Einstich der Nadeln von oben und unten, so dass
ein mechanisch verfestigter Vliesstoff mit Fasern 5 und
Filamenten 3 im Vliesstoffquerschnitt 1 entsteht,
der ein weiches, voluminöses
Eigenschaftsbild bei respektablen Festigkeitseigenschaften als Ergebnis
der erfindungsgemäßen Vielschichtigkeit
von Filamentflorlagen 2 und Faserflorlagen 17 im
Querschnitt und der Koppelung beider mit der Querlegetechnik zum
Vlies 13/1 aufweist. Der aus beispielsweise sechs Filamentflorlagen 2 und
sechs Faserflorlagen 4 gebildete Vliesstoff 1 hat
eine Flächenmasse
von 190 g/m2, die 4 zeigt
den schematischen Querschnitt.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel
ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass zwei Filamentflore 8/1 und 8/2 übereinandergelegt
den Legewalzen 10 des Quertäflers 9 zugeführt werden.
Dabei wird ein thermisch leicht vorverfestigter Filamentflor 8/1 aus
Polyesterfilamenten der Feinheit 4,0 dtex und der Flächenmasse
von 12 g/m2 mit einem zweiten,
durch Vernadeln leicht vorverfestigten Filamentflor 8/2 aus
Polypropylenfilamenten der Feinheit 1,2 dtex und der Flächenmasse
von 24 g/m2 von der Rolle vorgelegt, wie
die 5 zeigt. Unter Beachtung der Geschwindigkeit des
Transportbandes 11 lässt
sich damit ein Vlies 13/2 aus beispielsweise zwölf Filamentforlagen 2 im
Vliesstoffquerschnitt 1 herstellen, wobei jede einzelne
Lage 2 eine Kombination aus Filamentflor 8/1 und
Filamentflor 8/2 umfasst (6).
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Die
mechanische Verfestigung des mehrlagigen Vlieses 13/2 erfolgt
auf einer Nähwirkmaschine
vom Typ Maliwatt durch Übernähen mit
Polypropylenfilamentgarnen zum Vliesstoff. Der hinsichtlich seiner
Flächenmasse
in Breite und Länge
sehr gleichmäßige Vliesstoff 1 kann
für die
Weiterverarbeitung beispielsweise in flächige Stücke geschnitten werden, aus
denen durch Aufschmelzen der Polypropylenfilamente hochwertige Formteile
auf einer Thermopresse entstehen.
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Entsprechend
dem erfindungsgemäßen viertem
Ausführungsbeispiel
nach 7 werden gleichzeitig ein thermisch leicht vorverfestigter
Filamentflor 8/3 aus Polyesterfilamenten 3 der
Feinheit 7,0 dtex und einer Flächenmasse
von 20 g/m2 und ein leicht vorverfestigter
Filamentflor 8/4 aus Polyesterfilamenten 3 der
Feinheit 1,0 dtex und einer Flächenmasse
von 20 g/m2 in Rollenform den Legewalzen 10 des
Quertäflers 9 zugeführt, wobei
die Filamentflore 8/3 und 8/4 nebeneinander angeordnet
sind. Unter Beachtung der Geschwindigkeit des Transportbandes 11 wird
somit ein Vlies 13/3 aus der Kombination Filamentflor 8/3 und
Filamentflor 8/4 gelegt. Nach der mechanischen Verfestigung
des Vlieses 13/3 mittels Verfestigungseinrichtung 12 entsteht ein
Vliesstoff mit einer oberen Querschnittsfläche 14 aus mehreren
Filamentflorlagen 2 aus dem Filamentflor 8/3 mit
wenigen, großen
Poren und einer unteren Querschnittsfläche 15 aus mehreren
Filamentflorlagen 2 aus dem Filamenflor 8/4 mit
vielen kleinen Poren, wie in 8 dargestellt.
Damit ergibt dieser Vliesstoff bei seiner Anwendung als Filtervliesstoff
eine optimale Filtration bei Anströmung von oben mit dem Herausfiltern
von großen
Partikeln im oberen Querschnitt 14 und dem von kleineren
Partikeln im unteren Querschnitt 15.
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Das
in den 9 und 10 beschriebene Ausführungsbeispiel
beinhaltet eine weitere wesentliche vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführung, mit
der die Ein- oder Anlagerung von textilen und/oder nichttextilen Funktionsmitteln
direkt bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes möglich ist.
Dies erfolgt beispielsweise entsprechend der in 9 dargestellten
Verfahrensweise, bei der auf einem von der Rolle zugeführten Filamentflor 8 ein
Funktionsmittel 7 vor dem Querlegen des Filamentflores 8 mittels
der Legewalzen 10 aufgebracht wird. Das Funktionsmittel 7 wird
vorzugsweise streifenartig in der Mitte der Filamentfloroberfläche aufgelegt.
Die Breite, Anzahl und Anordnung des Funktionsmittels auf der Floroberfläche ist
variierbar. Als Funktionsmittel 7 kann textiles oder nichttextiles
Material eingesetzt werden, das in streufähiger Form, wie beispielsweise
Absorbermaterial, oder als faden-, band- oder flächenförmiges Element, z.B. zur Armierung,
verwendet wird. Der Filamentflor 8 mit dem mittig angeordneten
Funktionsmittelstreifen 14, der in bzw. an der relativ
offenen Oberfläche
des Filamentflores 8 haftet, wird nun über die Legewalzen 10 des
Quertäflers 9 auf das
Transportband 11 zum Vlies 13/F mit im Querschnitt
mittig eingelagerter Funktionsmittelschicht 6 gemäß 10 abgelegt.
Dabei ist zu beachten, dass die Breite des Funktionsmittelstreifens 14 auf
dem Filamentflor 8 so groß ist, dass beim achtfachen
Täfeln
des Filamentflores 8 auf dem Transportband 11 zum
Vlies 13/F im Querschnitt desselben eine flächig durchgehende
Funktionsmittelschicht 6 entsteht. Das Filamentvlies 13/F mit
der mittig angeordneten Funktionsmittelschicht 6 wird anschließend zur
Verfestigung einer Nähwirkmaschine
vom Typ Maliwatt zugeführt.
Durch Übernähen mit
Polypropylenfilamentgarnen entsteht ein mechanisch verfestigter
Vliesstoff für
die Anwendung im Hygienebereich.
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Die
Erfindung sieht weiterhin vor, dass das Aufbringen von Funktionsmitteln 7 zur
Ausbildung einer Funktionsmittelschicht 6 im Vliesstoffquerschnitt 1 für alle beschriebenen
Ausführungen
zur Herstellung des Vliesstoffes entsprechend der 1 bis 8 anwendbar
ist.
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Inhalt
der Erfindung ist auch, dass die Verfestigung des aus quergelegten
Filamentflorlagen 2 bzw. Faserflorlagen 17 gebildeten
Vlieses 13, 13/1; 13/2; 13/3; 13/F mit
den allgemein bekannten Verfestigungsverfahren, wie Vernadeln, Vermaschen, Übernähen oder
Verwirbeln durch flüssige
oder gasförmige
Hochdruckstrahlen und den dafür
erforderlichen Einrichtungen erfolgen kann. Die Verfahrens- und
Maschinenparameter werden dabei entsprechend der Struktur des Vliesstoffes
und dessen Anwendungsgebiet bestimmt.
