DE1635485A1

DE1635485A1 - Ungewebte Fasergebilde

Info

Publication number: DE1635485A1
Application number: DE19671635485
Authority: DE
Inventors: Hoffman Herbert Abraham
Original assignee: Dexter Corp
Current assignee: Dexter Corp
Priority date: 1966-04-18
Filing date: 1967-04-18
Publication date: 1972-08-10
Also published as: NO123010B; JPS512542B1; BE697101A; NL6705237A; BR6788664D0; DE1635485B2; SE312973B; GB1190981A; FI46543B; US3489643A; FI46543C; NL157364B; DE1635485C3; FR1522635A

Description

PATENTANWÄLTE ; -^rv>

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KOHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 555476 8000 MÖNCHEN 15, 17· April 1967

TELEGRAMME: KARPATENT NUSSBAUMS.TRASSE 10

w. 15 075/67 13/Nie

The Dexter Corporation · Windsor Locks, Connecticut (V.St.A.)

Ungewebte Fasergebilde

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges und verbessertes ungewebtes Fasergebilde mit hervorragenden Reißfestigkeitseigenschaften.

Es wurden Versuche ausgeführt, um die Reißfestigkeitseigenschaften von ungewebten faserigen Materialien, beispielsweise von Cellulosepapierprodukten, dadurch au verbessern, daß man den Papieren verschiedene Arten und Mengen von synthetischen Fasern einverleibte. Seit kurzem wurden künstliehe synthetische

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Fasern, z.B. Polyamidfasern (Nylon), den Einträgen (furnishes) für die Papierherstellung erfolgreich zugesetzt und zur Herstellung von reißbeständigen Papieren, bei welchen der Vorteil einer hohen Festigkeit, Zähigkeit, Reiß- oder Zugfestigkeit und Haltbarkeit dieser Fasern ausgenutzt wird, verwendet. Die zur Anwendung gelangenden Polyamidfasern werden im allgemeinen als gebräuchliche Textil-ⁿKabel" oder -"Bündel" von Fäden zugeführt, auf welche besondere Ausrüstungen aufgebracht worden sind, um die Anpassung der Fasern auf das zur Anwendung gelangende Naß- oder Trockenverfahren zu ermöglichen. Diese Fäden oder Bündel von Fäden werden im allgemeinen durch Aufspritzen durch Spinndüsen in Übereinstimmung mit verschiedenen bekannten Arbeitsweisen und anschließendes Kaltziehen oder -strecken, um die Moleküle in Längsrichtung der Fadenachse zu orientieren oder auszurichten, gebildet und liefern die Festigkeits- und Haltbarkeitseigenschaften, die normalerweise mit Textilfaden verbunden sind. Das Strecken oder Dehnen, welchem die Fäden unterworfen werden, neigt zu einer dichteren Packung der Moleküle und zu einer Erhöhung der intermolekularen Anziehungskräfte zwischen ihnen, wodurch eine größere Zugfestigkeit und eine erhöhte Reißfestigkeit und erhöhter Modul innerhalb der gestreckten Fäden

die erzeugt wird. Papiere, denen Fasern,/aus diesen gestreckten Fäden geschnitten wurden, einverleibt sind, weisen eine proportional größere Festigkeit, Zähigkeit und FaIt- oder Falzdauerleistung auf als diese normalerweise von nur aus

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Cellulosefasern hergestellten Papieren aufgewiesen werden. Jedoch fanden Papiere unter Anwendung dieser künstlichen Fasern keine weltverbreitete Aufnahme, hauptsächlich aufgrund des erhöhten Kostenfaktors, der mit der Einverleibung von gestreckten künstlichen synthetischen Fasern verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von ungewebten faserigen Gebilden mit einem Gehalt an kaltverstreckbaren ungestreckten Fasern von verbesserter Reißfestigkeit und verlängerter oder lang anhaltender struktureller Ganzheit oder Unversehrtheit.

In der Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis J> graphische Darstellungen, die die typischen verbesserten Reißfestigjrfkeits ■ eigenschaften erläutern, welche in Blatt- oder Bahnenmaterialien erhalten werden, die gemäß der Erfindung hergestellt sind.

Gemäß der Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß ungewebte Fasergebilde eine wesentlich größere Reißfestigkeit aufweisen, wenn kaitverstreckbare ungestreckte Fasern anstelle der gebräuchlicheren gestreckten, wenngleich stärkeren, Fasern aus dem gleichen Material verwendet werden. Den kaltverstreckbaren Materialien 1st vorwiegend eine nichtelastische oder nicht erholbare Deformation oder Verformung eigen, die während der Dehnung in Verbindung mit der wesentlichen Ausdehnungsfähigkeit oder -Verlängerung, welche von den Materialien vor dem Reißen oder Bruch aufgewiesen wird, auftritt, wobei die letztere Eigenschaft als

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Zerreißfestigkeit oder Dehnungsgrenze bis zum Bruch gemessen wird. Jedoch ist die Dehnung von gestreckten Materialien verhältnismäßig gering und ist vorwiegend das Ergebnis einer erholbaren oder elastischen Streckung νςη den Fasern. Als Bezugspunkt für Vergleichszwecke weisen streckfähige Materialien im allgemeinen eine Enddehnung bis zum Bruch von etwa 200 % oderdartiber auf, d.h. sie sind um etwa mehr als das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge vor dem Auftreten eines Brechens streckfähig. Demgegenüber weisen im allgemeinen die bisher verwendeten gestreckten Fasern eine Enddehnung bis zum Bruch auf, die etwa jifa 20 % oder wenige:pbefcrägt, wobei einige gestreckte Polyamidfasern eine Bruchdehnung bis zu 40 bis 45 % erreichen. Demgemäß können gestreckte Fasern auch als eiche angegeben werden, die eine Enddehnung oder Bruchdehnung von weniger als etwa 200 % besitzen.

Die gemäß der Erfindung herbeigeführte Verbesserung in der Reißfestigkeit, wobei diese Verbesserung bis zu einem dreifachen Wert oder darüber gehen kann, 1st in der Zeichnung graphisch dargestellt, wobei die-Bern-Reißfestigkeit (tongue tear strength)gegen die Menge an gestreckten und ungestreckten Polyamidfasern innerhalb Im übrigen Identischen Blatt- oder bahnenartigen Materialien aufgetragen ist. Obgleich in der Praxis die Kaltveretreckbarkeit fast immer von einer niedrigeren Festigkeit begleitet wird, wird festgestellt, daß eine hohe Reißfestigkeit nicht nur ermöglicht werden kann, sondern

/* Gestreckte Materialien weisen ebenfalls eine meßbare Enddehnung bis zum Bruch auf.

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sich sehr vorteilhaft und günstig erweist, wenn sie zusammen mit einer Kaltverstreckbarkeit im gleichen Material vorhanden ist. Demgemäß werden gemäß der Erfindung Fasern verwendet, bei welchen trotz ihrer geringen Festigkeit faserige Gebilde von verbesserter Reißfestigkeit erzeugt werden.

Diese nicht gewebten faserigen Strukturen oder Gebilde sind von besonderer Wihtigkeit mit Bezug auf Produkte, die für Anwendungszwecke vorgeahen sind, bei welchen eine hohe Beständigkeit gegenüber Rißausdehnung und/oder die anderen gemäß der Erfindung verbesserten Eigenschaften besonders erwünscht sind. Beispielsweise können diese Materialien als Unterlageblätter für Matrizen oder Schablonen, beispiels-

bel
weise solche, die 0$ einem Mineographen oder Vervielfälti-

bei
gungsapparat oder jaffi Adressiermaschinen verwendet werden, oder als Unterlage: für Bänder für technische und Haushaltszwecke, als Ersatz für Fasson-gebende Steifleinen-Zwischenfütterungen oder als für kurzfristigen Gebrauch bestimmte Güter (disposable items), wie Ifandtücher, Was eh« oder Spüllappen, Wiech- oder Staubtücher, Kopflehnenbezüge, Tischtücher, Schürzen,(Diappers)Monatsbinden oder Babywindeln oder Bettücher für einmaligen Gebrauch, Kissenhüllen und Schlaf- oder Morgenröcke für den Gebrauch in Krankenhäusern, ebenfalls für kurzfristigen Gebrauch, insbesondere solche, die in Operationaräumen oder dergleichen verwendet werden,

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und ähnliche Materialien wie Wundpackungen und Vorhangoder Drapierstoffe. Die verbesserten Fasergebilde können auch in vorteilhafter Weise für Güter mit längerer Gebrauchsdauer angewendet werden, beispielsweise als Teppichunterlagen, für Bücher und Buchbindermaterialien, elektrische Isolierungen, Schichtstrukturen einschließlich Verstärkungsschichten für Kunststoffilme und Leder von geringer Festigkeit, Kleidung für technische und Haushaltszwecke, beispielsweise Kostüme, Modekleidung einschließlich Zwischenfutter für Kleider, Gangläufer, Planen oder Persenning-Materialien, Zeltplanen, Vorhänge und Draperien, Polstermaterialien für Wohnungsmöbel und Kraftfahrzeuge, Sportausrüstungen, wie Jäger- oder kugelslc here Westen, Kissen und Auskleidungen für Sportzwecke, Schutzhüllen oder -verpackungsmaterialien, beispielsweise

Lebesroittelverpakungen oder -einwickelmaterialien und

Grabenauskleidungen, wie Verpackungen, wie/Uewieklung für in der Erde verlegte Rohre, und Fabrikations- oder Herstellungsstrukturen für Filtrations- oder Ausrüstzwed» einschließlich Gummisäcke (vacuum bag), Tee- oder Kaffeebeutel, Staubsammler und Stützen oder Träger dafür» Viele andere Anwendungszwecke einschließlich Zahlung«- oder Umlaufsmittel (currency), Deckenlager für sanitäre und FerabnldjfAnwendungszwecke (sanitary and personal products). Seil- oder Tauwaren, photographische Papiere, Zwischenfutter, aufblasbare oder Schlauchmaterialien, Abdeckungen im Gartenbau (shrubbery protectors) und Ab-

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deckungen für Gruben oder Bassins sind als weitere Möglichkeiten offensichtlich, bei welchen diese Materialien in vorteilhafter Weise benutzt werden können.

Die ungewebten Fasermaterialien gemäß der Erfindung, die die verbesserten Eigenschaften aufweisen, werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man eine fließfähige Dispersion von Fasern einschließlich der stark dehnbaren oder verlängerbaren, kaitverstreckbaren, ungestreckten Fasern in Form eines faserigen blatt- oder bahnenartigen Gebildes bildet. DleFaserdispersion kann in gebräuchlicher Weise unter Anwendung von Wasser als Dispergiermittel oder unter Anwendung von anderen geeigneten Disperglermedlan, beispielsweise Luft, hergestellt werden. Vorzugsweise werden wäßrige Dispergiermittel in Übereinstimmung mit bekannten Papierherstellugsarbeitsweisen angewendet und demgemäß wird der Einfachheit und Klarheit halber die nachstehende Beschreibung hauptsächlich mit Bezug auf wassergelegte Bahnen ausgeführt. Demgemäß wird eine Faserdispersion als verdünnte wäßrige Suspension von Papierherstellungsfasern, d.h. Fasern mit einer Länge von gewöhnlich gut unterhalb etwa 2,54 cm (1 inch), hergestellt, die dann einem Bahnbildungsgitter oder -sieb, beispielsweise einem Fourdrinier-Drahtgeflecht, einer Papierherstellungsmaschine zugeführt und auf dem Drahtnetz unter Bildung einer faserigen Bahn oder eines Faser-

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blattes zur Abscheidung gebracht wird, wobei das blatt- oder bahnenförraige Material anschließend in üblicher Weise getrocknet wird. Das so gebildet® blatt» oder bahnenförmige Material kam vor, während oder nach der Trocknungs» stufe behandelt werden, um die Fasern, insbesondere di© kaltverstreekbaren, unverstreckten Fasern, innerhalb des blatt- oder bahnenförmigen Materials in geeigneter Weise zu binden und dadurch den vollen Vorteil von ihren einzigartigen Eigenschaften zu gewinnen.

Die ungestreckten. Jedoch kaltverstreckbaren. Fasern, die gemäß der Erfindung verwendet werden, brauchen nur in einem geringeren Anteil der gesamten Fasermischung, aus welcher das blatt- oder bahnenförmige Material gebildet wird, vorhanden zu sein, um die vorteilhaften Wirkungen gemäß der Erfindung zu ergeben. Wie in den Fig. 1 und "5 der Zeichnung erläutert ist, werden die günstigen und vorteilhaften Elgenschaftetfselbst bei kleinen Mengen, beispielsweise von nur ein paar Prozent, aufgezeigt und scheinen bei etwa 70 % gleichbleibend zu werden, so daß die Anwendung von mehr als 70 % ungestreckter Fasern innerhalb dieser blatt- oder bahnenförmigen Materialien keine entsprechende Verbesserung in den Eigenschaften ergibt. Die verbesserten Eigenschaften sind im wesentlichen bis zu und einschließlich einem Gehalt von 100 % ungestreckter Fasern offensichtlich, obgleich die Verbesserung bei einem Gehalt von oberhalb 70 % an ungestreckten Fasern nicht so ausgeprägt in Erscheinung tritt

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bei Anwendung mit Bindesysteraen, die denjenigen ähnlich sind, die bei den Materialien der Figuren 1 und 3 verwendet wurden. Wie Jedoch durch Pig. 2 gezeigt wird, zeigt die Verbesserung durch die ungestreckten laltverstreckbaren Pasern bei Anwendung von besseren Bindesystemen einen schärferen Anste/Tg, ohne das Auftreten einer merklichen Angleichung oder eines Stetigwerdens bei Annäherung an den 70 ^-Gehalt von ungestreckten Fasern. Der übrige Teil des Faserbreis innerhalb dieser Gemische kann aus einem üblichen Cellulpsebrel bestehen, der nach dem gebräuchlichen Breiherstellungsverfahren einschließlich einer mechanischen, halbmechanischen oder chemischen Breibereitung hergestellt ist oder er kann aus Gemischen von Cellulosefasern und gestreckten künstlichen synthetischen Fasern der gleichen oder von einer verschiedenen chemischen Zusammensetzung mit Bezug auf die ungestreckten jedoch streckbaren Fasern bestehen. Die Fasermasse kann nicht aufbereitet oder verfeinert oder in einem Holländer oder in einer anderen Einrichtung aufbereitet oder verfeinert sein und kann gebleichte oder ungebleichte Massen umfassen. Die ungestreckten dehnbaren Fasern erfordern andererseits im allgemeinen keine Schlagbehandlung oder andere vorbereitende Behandlungen, sondern werden lediglich auf die gewünschte Länge geschnitten und in der Zuführung dispergiert, worauf die Faeerdispersion auf die geeignete Konsistenz vor der Bahnenbildung verdünnt wird. Übliche Papierherstellungszusätze,

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wie Füllstoffe, Naßfestigkeitsharze odgl. können ebenfalls verwendet werden.

Die Faserlänge der verwendeten Materialien hängt von den Eigenschaften dsr Materialien sowie von der Arbeitsweise der Paserdisperglerung und der -abscheidung ab. Es wird angenommen, daß die meisten Fasern mit einer geeigneten Länge für die Anwendung in den besonderen zur Anwendung gelangenden Verfahren wirksam sind. Es wird jedoch im allgemeinen die Verwendung von längeren kaltstreckbaren Fasern, falls zweckmäßig, bevorzugt.

Für den Gebrauch geeignete Fasern sind im allgemeinen synthetische künstliche Fasern, die aus organischen thermoplastischen Materialien gebildet sind, welche zur Erzeugung von Fasern in einem ungestreckten jedoch streckfähigen Zustand geeignet sind. Dabei weisen die Fasern eine niedere molekulare Seltenordnung oder -orientierung, eine verhältnismäßig geringe Festigkeit oder einen niederen Modul und eine hohe Dehnung auf. Typische Beispiele für derartige Materialien sind die schmelzapinnbaren thermoplastischen Stoffe, die im allgemeinen in Form von endlosen Fadenkabeln für die Textilindustrie erzeugt werden· Diese Materialien werden im wesentlichen in dem Zustand, wie sie gesponnen werden ("as spun*), verwendet, d.h. sie werden keiner vorsätzlichen Streckbehandlung unterworfen. Jedoch können die Fäden, selbst, wenn sie etwa« gestreckt sind, gemäß der Erfindung noch zur Anwendung gelangen, sofern sie noch weiter-

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hin die erforderliche Kaltstreekbarkeit aufweisen. Diese Materialien umfassen beispielsweise synthetisch© organische Polymerisate und Mischpolymerisate vois Polyamiden, Acry!polymerisaten, Polyestern, wie Polyethylenterephthalat, Vinylpolymerisaten, wie Polyvinylidenchlorid, Polyolefinen einschließlich Polyäthylen md Polypropylen u.a.. Unter diesen Materialien werden Polyamide, wie Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66) _s aufgrund ihrer günstigen Festigkeitseigenschaften in Verbindung mit der verhältnismäßig leichten Bindung gegenüber den anderen genannten Materialien bevorzugt.

Das ungestreckte fadenartige Material und demgemäß die daraus geschnittenen Fasern sollen im wesentlichen eine gleichbleibende Ordnung der molekularen Orientierung über die gesamte Länge aufweisen. Obgleich der Grad der molekularen Orientierung geringer ist als derjenige, welcher von einem völlig verstreckten Material aufgewiesen wird, und im wesentlichen in Längsrichtung der einzelnen Fasern konstant ist, muß ihre äußere Konfiguration nicht gleichförmig sein. Vielmehr können die Fasern Schwankungen oder Abweichungen aufweisen, z.B. einen variierenden Titer und/oder variierende Querschnittsabnützungen, wodurch die Fasern leichtei?innerhalb der Strukturen oder Gebilde zurückgehalten werden; beispielsweise können die Fasern eine "knollige" oder eine "stäbchen"-Konfiguration besitzen. Außerdem sind rauhe oder unregelmäßige

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Oberflächeneigenschaften, die die mechanische Bindung des streckbaren Materials innerhalb der Fasergebilde steigern, gemäß der Erfindung ebenfalls in Betracht gesogen. Die Fasern sollen auch die Fähigkeit zum Strecken auf wenigstens das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge ohne Brechen aufweisen. Typischerweise beträgt die prozentuale Dehnung des ungestreckten Materials mehr als das Fünffache derjenigen des entsprechenden gestreckten Materials. Beispielsweise beträgt bei Polyethylenterephthalat die Enddehnung bis zum Bruch etwa 450 % für die ungestreckten Fasern gegenüber lediglich 45 % für die gestreckten Fasern, was einen 10-fachen Unterschied entspricht, während die entsprechenden Dehnungen bei Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66) etwa 900 % bzw. 35 % betragen, was einem 25-fachen Unterschied entspricht.

Die Festigkeit (Reißfestigkeit) von derzeitig erhältlichen ungestreckten jedoch kaltverstreckbaren Materialien ist ziemlich niedrig verglichen mit derjenigen der gleichen Materialien in gestrecktem Zustand. Tatsächlich werden zufriedenstellende Ergebnisse bei Zug- oder Reißfestigkeiten im ungestreckten Zustand von lediglich etwa 15 # derjenigen, die von ihren gestreckten entsprechenden Materialien aufgewiesen werden, wobei die bevorzugten Materialien, die derzeitig im Handel erhältlich sind, Reißfestigkeiten im Bereich von 20 bis 30 % der Reißfestigkeit der gestreckten Materialien aufweisen.

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Beispiele für den bevorzugten Bereich sind die Zug- oder ReJßfestigkeits-Paasentsätze im ungestreckten Zuäand für Polyhexaraethylenadiparaid (Nylon 66)- und Polyäthylenterephthalatfasern, die etwa 22 % bzw. 29 % betragen, wobei die Festigkeiten der ungestreckten Fasern etwa 1,0 bzw. 1,4 g/den sind. Jedoch wird, wie vorstehend erläutert, feafeestellt, daß ungestreckte Fasern, Äie die erforderliche Streckbarkeit aufweisen und merklich höhere Festigkeiten besitzen, sehr vorteilhaft sind, wenn sie gemäßder Erfindung zur Anwendung gelangen. Derartige Materialien sind zur Zeit auf technischer Basis nicht erhältlich.

Aufgrund der niedrigen Reißfestigkeiten, welche die ungestreckten, jedoch streckbaren, künstlichen synthetischen Fasern besitzen, wurden diese bist» gegenüber den gestreckten, aus den gleichen synthetischen Materialien hergestellten Fasern als unterlegen angesehen, insbesondere, wenn die Verbesserung der Festigkeit der daraus hergestellten blatt- oder bahnenforraigen Materialien erwünscht war. Gemäß der Erfindung wurde jedoch in unerwarteter Weise gefunden, da ß nicht nur diese Fasern von niedriger Festigkeit blatt- oder bahnenförmige Gebilde von gleicher Reißfestigkeit wie diejenige, welche von den Blättern oder Bahnen mit einem gleichen Prozentsatz an gestreckten Fasern aufgewiesen wird, ergeben, sondern, daß die Reißfestigkeit merklich gesteigert wird, wenn kaltverstreckbare Fasern von niedriger Festigkeit

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zur Anwendung gelangen. Dieses Ergebnis wird in den graphischen Darstellungen der Zeichnung veranschaulicht, worin in jeder Figur klar gezeigt wird, daß die ungestreckten Fasern eine bemerkenswerte Verbesserung in der Reißfestigkeit gegenüber den gestreckten Fasern bei gleicher Faserkonzentration ergeben.

Die ungestreckten künstlichen synthetischen Fasern gemäß der Erfindung werden im Zustand ihrer Bildung mit der Abweichung angewendet, daß Wasserdispergier- und Antistatischmachende Zusätze aufgebracht werden können, um eine größere Anpassung und Eignung der Fasern mit Bezug auf das zur Anwendung gelangende Naßlege- oder Trockenlegeverfahren (wet oder dry-laid-process) zu ergeben. Es ist ersichtlich, daß diese Materialien häufig gekräuselt oder gezwirnt sein können, nachdem sie aus einer Spinndüse austreten ^, um sämtliche Fasern oder Fäden in Form eines "Kabels" zusammenzuhalten, und demgemäß ergeben sie nicht unbedingt gleichförmig gestreckte Fasern, wenn sie auf die Länge zum Gebrauch gemäß der Erfindung geschnitten werden.

Das gemäß der Erfindung erzielte vebesserte Ergbnis variiert in Abhängigkeit von dem zur Anwendung gelangenden Bindemittelsystem. Eine geeignete Bindung kann dadurch ausgeführt werden, daß man die dehnbaen Fasern an die anderen Komponenten des blatt- oder bahnenförmigen Materials und/oder untereinander durch eine gebräuchliche Papierbindung mit

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Cellulosefasern oder unter Anwendung von Harzen, Lösungsmitteln oder Erhitzungsarbeitsweisen zum anhaften bringt. Die verwendeten Harzbindemittel sollen mit den zur Anwendung gelangenden synthetischen Fasera verträglich sein und können selbst etwas zu den Reißfestigkeitgeigeiaschaften der sich ergebenden Blattstruktur beitragen, wie dies aus den Ergebnissen der Zeichnung ersichtlich ist. Derartige Bindemittel können nach üblichen Arbeitsweisen zum Aufbringen von Bindemitteln einschließlich gleichförmigen Auftragsverfahren, beispielsweise Aufbringen von Überzügen nach dem Tauchverfahren, und kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Auftragsverfahren, beispielsweise Musteroder Fleckenblndung, aufgebracht werden. Weiche oder schwache Bindemittel werden im allgemeinen verwendet, um weichere biegsamere Gebilde zu bilden, wobei der zur Anwendunggelangende besondere Binder sowohl von dem gewünschten Endresultat als auch von den zu bindenden Fasern vorgeschrieben wird. Die Erfindung hängt nicht von der Verwendung irgendeines besonderen Bindas oder Bindemittelsystems ab und die meisten der gebräuchlichen Binder, die normalerweise in Siieht gewebt en Fasergebilden verwendet werden, können vorteilhaft zur Anwendung gelangen.

Es ist seit langem erkannt, daß die erforderliche Kraft für den Beginn oder Anfeng eines Risses wesentlich größer ist als diejenige, die zur Fortsetzung oder Ausbreitung des Risses notwendig ist. Demgemäß wird hierin die Beständigkeit gegenübe:

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einer Rtßausbreitung oder -ausdehnung angewendet, um die günstigen Ergebnisse gemäß der Erfindung zu veranschaulichen. Die Reißfestigkeiten der blatt- oder bahnenförmigen

Zungen-Materialien werden nach einem Säe»- oder Einzelrißverfahren ähnlich der ASTM-Methode D2262-64T gemessen. Bei dem angewendeten Verfahren wird eine Prüfmaschine mit konstantem Querzugsausmaß (constant-rate-of-traverse tensile testing machine), beispielsweise Scott Tensile Tester, angewendet. Die Reißfestigkeit wird gemessen, indem man die langen Seiten einer rechteckigen Probe von 5#O8 χ 7,62 cm (2 χ 35 inch), die am kürzeren Rand unter Bildung von zwei "Zungen" geschnitten ist, festhält. Die Zungen werden durch ein Paar von Klammern gehalten und die Probe wird gezogen, um einen Riß vorzutäuschen oder nachzubilden. Somit ist die Reißfestigkeit, die bei dieser Methode gemeesen wird, die maximale Kraft, die zur Fortsetzung oder Ausbreitung eines vorhergehend angefangenen Risses in dem Probestück erforderlich ist. Die bei dem Versuch aufgezeichnete Kraft ist die höchste Spitzenbelastung, die während des Weitergehens des Risses um einen gemessenen Abstand gewöhnlich von etwa 3,81 cm (1,5 inches) aufgezeichnet wurde.

Die Beobachtung des blatt- oder bahnenförmigen Materials während des Prüfverfahrens vermittelt eine wesentlich tiefere Einsicht in die Erfindung, da die ungewöhnliche Form und das Aussehen des so erzeugten Schlitzes oder Risses ein vor/wiegendes Merkmal der ungewebten Fasergebilde gemäß der Erfin-

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dung darstellt. Demgemäß sind zusätzlich zu der von diesen flat er lallen aufgewiesenen meßbaren Beständigkeit g&enüber der Rißausbreitung oder -vergrößerung sichtbare Verbesserungen in der Reißbeständigkeit vorhanden. Diese umfassen eine wesentliche Steigerung in der Länge der Zone der Rißausbreitung oder -Verlängerung, d.h. der Zone, in welcher die Pasern fortfahren, den Riß zu durchqueren und von beiden Zungen&s blatt- oder bahnenförmigen Materials gehalten werden, sowie eine wesentliche Zunahme in der Länge der diese Zone bildenden Fasern. Bei gebräuchlichen Materialien ist diese Zone so klein, daß sie bei visueller Prüfung ohne Hilfsmittel häufig nicht sichtbar ist. Jedoch'wurde gemäß der Erfindung die Zone der Rißausbreitung auf ein derartiges wahrnehmbares Ausmaß ausgedehnt, daß Zonen mit einer Länge von etwa 2,54 cm (1 inch) und darüber üblich sind.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß, wenn das ungewebte Material reißt oder aufschlitzt, sich die streckbaren Fasern darin verlängern oder ausdehnen, bis ät entweder von ihren Berührungspunkten innerhalb der Masse des Fasergebildes weggezogen werden oder ihre endgültige Dehnung erreichen und brechen. Demgemäß führt bei irgendeinem gegebenen ungewebten Fasergebilde der Einsatz von kaltatreckbaren Fasern anstelle von gestreckten Fasern von vergleichbarer Grdße im allgemeinen zu längeren ausgesetzten

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oder freiliegenden Pasern längs der Reiß- oder Schlitzkante. Obgleich die Theorie der Erfindung noch nicht völlig geklärt ist, wird angenommen, daß die größere Anzahl von dehnbaren Pasern, die die Reißlinie durchqueren, zusammen mit der fortschreitenden EAöhung der Zugfestigkeit der einzelnen Pasern, wenn diese eine?' Dehnung unterworfen sind, eine kombinierte und möglicherweise Synergistisehe Beständigkeit gegenüber der Reißkraft ergeben. Eine wesentlich größere Anzahl von Pasern widersteht der auf das Blatt oder die Bahn aufgebrachten Reißkraft oder belastung entlang einer beachtlich verlängerten Zone der Rißausbreitung oder -vergrößerung. Gleichzeitig neigt die Dehnung der stark dehnbaren Fasern zur Orientierung und Ausrichtung der Fasermoleküle entlang der Faserachse, wodurch die Beständigkeit gegenüber Dehnung der einzelnen Fasern erhöht wird und ferner ein Widerstand gegenüber der Reißkraft entgegengesetzt wird. Die Dehnung der Fasern in ihrer Längsrichtung unterstützt die Verteilung der Kraft über die Fasern. Jedoch ist es unabhängig von der Theorie oder möglichen Erklärung offensichtlich, daß wesentlich verbesserte Ergebnisse gemäß der Erfindung erhalten werden·

Von weiterer Bedeutung ist das Aussehen des nichtgewebten Materials sowie der von dem Material vermittelte Eindruck beim Aufreißen. Die gedehnten Fasern in der Reißzone hinterlassen den Eindruck, daß die Fasern ursprünglich eine Länge besaßen, die wenigstens derjenigen der diese Zone

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überbrückenden Fasern gleich ist. Es ist natürlich offensichtlich, daß dieser Eindruck nicht zutreffend isti da die überbrückenden Fasern eine wesentlich größere Länge als die

sächlich zur Herstellung des blatt- oder bahnenförmigen Materials tat-/ verwendeten Fasern aufweisen. Dieser Eindruck ist in sich selbst günstig, da er sogar dem unterrichteten Beobachter die Vorstellung eineyVerbesserten Festigkeit, die lang mit den gedehnten fadenartigen Fasern verbunden ist} vermittelt, insbesondere, da die Einverleibung von derartigen Fasern in naßgelegte Bahnen in der Technik lange vermieden worden war.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Wirkung, welche geringe Mengen von stark dehnbaren ungestreckten Fasern auf die Reißfestigkeit von diese Fasern enthaltenden blatt- oder bahnenförmigen Materialien aufweisen.

Eine Faserdispersion wurde durch Schlagen eines gebleichten Kraft-Holzbreies während etwa IJ Minuten bis auf eine Konsistenz von 1,5 % in einem l-l/SNr.Valley-Laboratoriumsholländer mit einem 2,27 kg (5 pound) Gewicht und Gegengewicht auf dem Bodenplattenhebelarm hergestellt. Handblätter (handsheets) wurden aus einem Teil dieser Dispersion hergestellt, die eine geringe Menge an Naßfestigkeitsharz enthielt, und sowohl in Luft bei Raumtemperatur als auch

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auf einem Trommeltrockner bei etwa 104°C (220⁰P) getrocknet. Es wurde keine Nachbildungsbehandlung angewendet. Der Zungenriß von diesen Blättern, gemessen gemäß der Methode ASTH D2262-64T , ist in Spalte A der nachstehenden Tabelle I angegeben.

Die vorstehende Dispersion wurde dann in zwei Teile geteilt. Jeder dieser Teilmengen wurden 10 Gew.-% von PoIyamldfasern mit einer Länge von etwa l,9ö?f cm (3/4 inch) und einem 1 lter von 15 den zugegeben. Die einer Teilmenge zugegebenen Polyamidfasern waren dabei gestreckt und wiesen eine Festigkeit von 4,5 g/den und eine Dehnung am Bruch von etwa 35 % auf, während die der anderen Teilmenge zugegebenen Polyamidfasern ungestreckt waren, eine Festigkeit von l,0g/den besaßen und eine Dehnung am Bruch von 900 # aufwiesen. Der Zungenriß von aus diesen Teilmengen hergestellten Blättern ist in der nachstehenden Tabelle I angegeben. Die Blätter waren nicht mit einem Bindemittel behandelt und sämtliche Blätter besaßen ein Bads- oder Grundgewicht von etwa 21,3 kg (47 pounds). Es ist ersichtlich, daß die Reißfestigkeit der Blätter, die aus ungestreckten Fasern hergestellt waren, eine Verbesserung von etwa 100 % gegenüber solchen, die mit den stärkeren Fasern hergestellt waren, aufwies.

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Tabelle I

Polyamidmenge PoJ/amidart

Reißfestigkeit luftgetrocknet

heißgetrocknet (104°C)

L B £ 0 10 % 10 %

gestreckt ungestreckt

228 g 308 g 618 g 225 g 244 g 566 g

Beispiel 2

Etwa 300 g von gebleichtem KraffcHolzbrei wurde bei einer Konsistenz von 1,5 % während etwa 13 Minuten in einem 1-1/2Nr. Valley-Laboratoriumsholländer mit einem 2,27 kg (5 pound) Gewicht und Gegengewicht auf dem Bodenplattenhebelarm hergestellt. Diesem Brei wurden Polyhexamethylenadipamidfasern (Nylon 66) mit einem Titer von 15 den und einer Länge von etwa 1,9O^ cm (3/4 inch) zugesetzt. Es wurde eine Anzahl von Handblättern unter Anwendung von Polyamidfaser- zu-Holzfaser-Verhältnissen im Bereich von 0 bis 70 % Polyamid gebildet. Bei der Hälfte der Blätter wurden ungestreckte Polyamidfasern mit einer festigkeit von 1*0 g/den und einer Bruchdehnung von $00 % verwendet. Bei der anderen Hälfte der Blätter wurden Breimassen verwendet« die gestreckte Polyhexamethylenadlpamidfasern (Nylon 66) mit einer angegebenen Festigkeit von 4,5 g/den und einer

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Bruchdehnung von 35 % enthielten.

Die Blätter wurden zwischen Löschblättern gekautscht und auf einem Trommeltrockner bei 104°C (220⁰F)getrocknet. Sämtliche der trockenen Blätter wurden dann mit 6 Gew.-Ji von vernetztem Polyvinylalkohol (Elvanol 72-60 - E,I. duPont de Nemours & Co.) behandelt und getrocknet. Die Reißfestigkeit der sich ergebenden Blätter wurde dann gemäß der Methode ASTM D-2262-64T geprüft und die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung von Fig. 1 aufgetragen. Wie in Fig. 1 gezeigt, wiesen die aus ungestreckten Polyamidfasern hergestellten Blätter eine wesentlich größere Reißfestigkeit bei sämtlichen Polyamidkonzentrationswerten trotz ihrer geringeren Faserfestigkeit auf. Tatsächlich kann mühelos festgestellt werden, daß lediglich 5 % der dehnbaren ungestreckten Polyamidfasern Ergebnisse lieferten, die mit dem 10-fachen der Menge von gestreckten Polyamidfasern vergleichbar waren.

Beispiel 3

Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß der PolyvlnylaKoholblnder durch 25 Gew.-^ Butadien-Acrylnltril-Latex (Hycar 1561, B.F. Goodrich Chemical Co.) ersetzt wurde. Die gemessenen Reißfestigkeiten er-

gegen
gaben beim Auftragen/den prozentualen Polyaeidgehalt die graphische Daasbellung von Fig.2, worin wiederum die günstigen Ergebnisse, die bei Verwendung der ungestreckten stark

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streckbaren Fasern von niedrigerer Festigkeit erhalten werden, klar veranschaulicht sind.

Beispiel 4

Die Arbeitsweise von Beispiel 3 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß ein Acryllatex (Resyn X-Link 2873, National Starch and Chemical Co.) anstelle des Butadien-Acrylnitril-Latex verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 aufgetragen.

Beispiel 5

Es wurden ähnliche Blattmaterialien wie diejenigen in Beispiel 4 hergestellt, wobei der Polyamidgehalt bei 30 % gehalten wurde, während das Verhältnis von gestreckten zu ungestreckten Fasern variiert wurde. Sämtliche Polyamidfasern

ή
besaßen eine Länge von etwa 1,99% cm (3/4 inch), wobei die gestreckten Fasern einen Titer von I5 den aufwiesen, während die kaltverstreckbaren Fasern mit einem Titer von 19 den angegeben wurden. Der für Jedes Mischfaserblatt gemessene Zungenriß ist in*r nachstehenden Tabelle Il aufgeführt.

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Tabelle II	Beispiel 6	Zungenriß (g)
Bestreckt : Ungestreckt (J*)		1270
100 : 0	1^20
75 : 25	I59O
50 : 50	I7O6
25 : 75	1988
0 : 100

Es wurden ungewebte Bahnen aus 100 % synthetischen Pasern hergestellt. Eine Bahn wurde aus vollständig unstreckbaren, gestreckten Polyhexamethylenadipamidfasern (Nylon 66) mit einer Länge von etwa 1,905 cm (2/4 inch) und einem Titer von I5 den hergestellt, während eine andere Bahn aus kaltstreckbaren unverstreckten Polyhexamethylenadipamidfasern mit einer Länge von l,9£ff cm (2/4 inch) und einem Titer von 19 den gebildet wurde. Die Bahnen wurden gebildet, indem man trockene Polyamidfasern langsam in eine Saugnutsche (Buchner funnel) unter Vakuum zuführte. Die ungebundenen Bahnen besaßen jeweils ein Basis- oder Grundgewicht von etwa 22,.$* kg/267$$i (50 punds per 2880 square feet).

Die Bahnen wurden mit dem selbst-veraetzenden Acryllatex wie in Beispiel 4 beschrieben (Royn X-Link 2873)

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gesättigt und bei etwa 132⁰C (270⁰F) 5 Minuten lang getrocknet. Jede der gebundenen luftgelegten Bahnen besaß ein Grundgewicht von etwa 29,5 kg (65 painds). Bei Prüfung des Zungenrisses gemäß der Methode ASTM D2262-64T wies die aus den dehnbaren ungestreckten Polyamidfasern hergestellte Bahn eine Verbesserung von 30 % gegenüber der aus den gestreckten Fasern hergestellten Bahn auf.

Beispiel 7

Faserzufuhrmassen mit einem Gehalt von 30 % Holz und 30 $> Polyamid wurden gemäß der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt, wobei die Ansatzmassen 0,2 $>, bezogen auf das Fasergewicht, eines Epichlorhydrin-Polyamid-Naßfestigkeitsharzes (Kymene 557, Hercules Powder Co.) enthielten. Die Polyamidfasern in einem Beschickungs- oder Zufuhransatz waren aus gestreckten Fäden geschnitten, während die Polyamidfasern in dem anderen Zufuhransatz unverstreckt waren. Blätter mit einem Grund- oder Basisgewicht von etwa 21, *T kg (47 pounds) je 267 in² (2880 square feet) wurden aus jeder Zufuhrmasse hergestellt und bei etwa 121°C (25O⁰F) getrocknet. Sie wurden dann heiß gebunden, indem die Biäter einer Temperatur von etwa 204°C (400°F) während I5 Sekunden bei einem Druck von etwa

21 j# kg/cm (300 p3i) unterworfen wurden. Die Zungenrfäeeder Blätter aue unverstreckten Fasern waren merklich höher

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als diejenigen der entsprechenden Blätter aus den gestreckten Pasern sowohl vor als auch nach der Bindung.

Beispiel 8

Blätter mit einem Grund- oder Basisgewicht von etwa 9,07 kg/267 m (20 pounds/ 2880 square feet) wurden gemäß der in Beispiel 7 öeschriebenen Arbeitsweise hergestellt und nach Trocknen mit dem Acryllatexharz von Beispiel 4 (Resyn X-Link 2873) gesättigt. Die mit gestreckten Polyamidfasern hergestellten Blätter wiesen eine Zujjenreißfestigkeit von 635 g auf, wähend die unter Verwendung der dehnbaren unverstreckten Polyamidfasern hergestellten Blätter eine Zungenreißfestigkeit von 975 g ergaben.

Beispiel 9

Eine Faserdispersion wurde durch Zerfasern eines Kraft-Holzbreies in einem Laboratoriums-Holländer hergestellt. Etwa 30 Gew.-Ji von Polypropylenfasern mit einer Länge von etwa 0,635 cm (1/4 inch) wurden zu zwei Anteilen der Breidispersion zugegeben, die kein Naßfestigkeitsharz enthielt. Die erste Teilmenge erhielt gestreckte Fasern mit einem TIter von 3 den und einer Dehnung von etwa 32 % und einer Festigkeit von 6 g/den, während der anderen Teilmenge unverstreckte Polypropylenfasern mit einem Titer von etwa 6 den und einer Bruchdehnung von etwa 500 % und einer Festigkeit von etwa 1,4 g/den zugegeben wurden.

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Handblätter mit einem Grund- oderBasisgewicht von etwa 21,S kg/267 m (47 pounds/2880 square feet) wurden aus Jeder Teilmenge hergestellt und mit Toluollösungen eines Acrylesterharzes (Acryloid K-7OO4, Rohm & Haas) unter Bildung Wi verschiedenen Konfigurationen oder Aus- «aßen an Harzbeibehaltung behandelt. Die Zungenreißfestigkeit der sich ergebenden Blätter ist in der nachstehenden Tabelle III zusammengestellt.

	. Tabelle III	Beispiel	Zungenreißfestigkeit (g Gestreckte Ungestreckte Fasern Fasern	10	492
Probe	Harzbeibehaltung (*)		335	652
A	12		482	860
B	10	602
C	30

Die Arbeitsweise von Beispiel 9 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß Polyesterfasern anstelle der Polypropylenfasern verwendet wurden. Die gestreckten Polyesterfasern besaßen eine Länge von etwa 0,635 cm (1/4 inch) und bestanden aus R&yäthylenterephthaktfasern mit einem Titer von 2,5 den, einer Festigkeit von etwa 5*5 g/den und einer Dehnung von 30 %, während die kaltverstreckbaren Fasern aus 0,035 cm (1/4 inch) langen Polyäthylenterephthalatfasern mit einem Titer von 3 den, einer Festigkeit von

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1*5 g J© den und einer Dehnung von 450 # bestanden. Die hergestellten Handblätter wurden mit Harz bis zu einer Beibehaltung von 24 $ behandelt. Die aus ungestreckten Polyesterfasern hergestellten* Blätter ergaben eine Zungenreißfestigkeit von 494 g, während die aus gestreckten Pasern hergestellten Blätter eine Zungenreißfestigkeit von 320 g ergaben.

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Claims

Patentansprüche

1. Ungewebte Pasergebilde mit verbesserter Reißfestigkeit und der Fähigkeit zur Bildung einer verlängerten Zone der Rißausbreitung und einer wahrnehmbaren Anzahl von gedehnten den Ri^Überbrückenden Pasern innerhalb dieser Zone, dadurch gekennzeichnet, daß sie kaltverstreekbare Pasern mit einer im wesentlichen konstanten Ordnung der molekularen Orientierung in Längsrichtung der einzehen Pasern und einer Bruchdehnung von oberhalb 200 % enthalten, wobei diese Pasern bei Aussetzung an Reißbedingungen den Anschein für eine ursprüngliche Länge ergeben, die wenigstens gleich derjenigen der gedehnten, diese Zone überbrückenden Pasern ist.

2. Fasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreekbaren Pasern fließfähige dispergierbare künstliche Fasern sind, die innerhalb der faserigen Struktur gebunden sind, um vollständiger deren reißbeständige Dehnbarkeit auszunutzen.

3. Pasergebilde nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreekbaren Fasern aus synthetischen organischen Polymerisatfasern bestehen.

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4. Fasergebilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreckbaren Pasern aus Polyamid, Polyathylenterephthalat oder Polypropylen bestehen.

5. Pasergebilde nach Anspruch p, dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreckbaren Pasern aus Polyamidfasern bestehen.

6. Pasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem luftgelegten ungewebten Fasermaterial bestehen, das kaltverstreckbare künstliche Pasern mit einer im wesentlichen konstanten molekularen Orientierung in Längsrichtung der einzelnen Pasern und einer Bruchdehnung von oberhalb 200 % enthält, wobei die Pasern innerhalb des faserigen Materials gebunden sind.

7. Fasergebilde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die künstlichen Pasern aus Polyamidfasern bestehen und das Fasermaterial etwa 45 Gew.-^ oder weniger eines Harzbindemittels enthält.

δ. Pasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem wassergelegten ungewebtem Fasermaterial bestehen, das in Wasser dispergierbare, kaltverstreckbare Pasern aus einem künstlichen synthetischen Material enthält, wobei die synthetischen Fasern innerhalb des Faser-, materials in Porm von getrennten einzelnen unverschmolzenen Fasern dispergiert sind.

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9. Fasergebilde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie künstliche synthetische Pasern enthalten, wobei wenigstens ein Teil der künstlichen Pasern aus kaltverstreckbaren Pasern besteht.

10. Pasergebilde nach Anspruch 9# dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen 70 % oder weniger, bezogen auf den Fasergehai"o, an kaltversfcreckbaren künstliehen Fasern enthalten.

11. Pasergebilde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der kaltverstreckbaren Fasern wenigerkls 75 % der Festigkeit der gleichen Fasern im völlig gestreckten Zustand beträgt und daß die Bruchdehnung größer als die 5-fache Bruchdehnung der gleichen Faser im vollständig gestreckten Zustand ist.

12. Fasergebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchdehnung der streckbaren Fasern wenigstens das 5-fache der Bruchdehnung der gleichen Fasern in völlig gestrecktem Zustand beträgt.

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