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Verfahren und,Vorrichtung zur Herstellung gleichmäßige'r, nichtgewebter
Flächengebilde Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gleichmäßiger,
nichtgewebter Flächengebilde aus verspinnbaren Stoffen, insbesondere thermoplastischen
Stoffen, indem der Stoff in flüssiger, gelöster oder dispergierter Form durch Düsen
extrudiert und die entstandenen Fäden durch Zentrifugalkraft abgezogen, verstreckt
und auf eine Auffangfläche abgelegt werden.
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Die Herstellung von nichtgewebten Flächengebilden erfolgte bisher
in bekannter Weise dadurch, daß Stoffe geschmolzen, durch Düsen extrudiert und die
entstehenden Fäden elektrostatisch aufgeladen und mit Hilfe einer Blasdüse, in die
Druckluft eingeführt wird, abgezogen, verstreckt und auf eine bewegliche Ablage
zu einem wirren Gebilde abgelegt werden (Brit.Patent 932 482). Oder es werden die
ausgepreßten endlosen Fäden mit Hilfe mehrerer Gas- oder Dampfströme abgezogen,
verstreckt und verfestigt, wobei die Fäden unter Überkreuzung in Wirrlage aufeinander
geschichtet werden (DDR-Patent 44 61ƒ).
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Es ist ferner--bekannt,-in$besondere zur Herstellung von Glasfasern,
die geschmolzene thermoplastische Masse aus Düsenöffnungen im Mantel eines sich
schnell drehenden Hohlkörpers unter Wirkung der Zentrifugalkraft austreten zu lassen,
wobei ein mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmendes heißes Gas die Fäden erfal3t
und streckt. Das heiße Gas wird im allgemeinen in einer Verbrennungskammer erzeugt
und dient gleichzeitig zum Aufheizen des Hohlkörpers mit dem Schmelzgut (DBP 812
432).
Es ist auch eine zusätzliche Aufheizung durch Hochfrequenz
in einer. besonderen Wicklung auf der Hohlkörperwandung bekannt (üsterr. Patent
263 251. Die entstehenden Fäden werden für die Weiterverarbeitung gesammelt, wobei
es auch bekannt ist, die Fäden in Form einer Glaswollmatte aufzufangen (DBP 1 163
488.
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Die bisher bekanntgewordenen Verfahren erfordern einen hohen apparativen
Aufwand und eine sorgfältige Überwachung. Die gleichmäßige Beaufschlagung der Spinnvorrichtung
mit der flüssigen Masse ist schwierig. Werden den Blasdüsen nicht unter einem konstanten
Druck stehende Luftströme zugeführt, entstehen Fäden mit unterschiedlichew Orientierungsgrad
und Flächengebilde mit ungleichmäßigen Eigenschaften.
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Die Schleuderverfahren wurden bisher in erster Linie zur Herstellung
von Glasfasern angewendet:. Zum Ausziehen der Fäden werden in der. Regel hoch erhitzte
Gase verwendet. Daraus sowie aus den Massenkräften der verarbeiteten spezifisch
schweren Silikate ergeben sich sehr hohe Anforderungen an die Konstruktionen und
das Konstruktionsmaterial.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit einer einfachen Apparatur
nichtgewebte Flächengebilde herzustellen, die sich durch große Gleichmäßigkeit auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der flüssige,
gelöste oder dispergierte Stoff kontinuierlich einem im wesentlichen zylindrischen,
heizbaren Behälter zugeführt wird, auf dessen Mantel- . fläche Düsen angeordnet
sind, daß der Behäl.twr- in-dreüeiids"Bewegung versetzt und die Masse mittels Zentrifugalkraft
durch die Düsen ausgeschleudert wird, die Fäden im wesentlichen durch Zentrifugalkraft
ausgezogen, verstreckt und auf die Innenwand einer zylindrischen Auffangfläche abgelegt
und das entstehende Flächengebilde als endloser ächlauch abgezogen, aufgeschnitten
und gegebenenfalls nach Verfestigung durch Hitze oder Druck oder durch Bindemittel
als Band aufgewickelt wird.
Dabei kann der drehende Behälter oder
die zylindrische Auffangfläche gleichzeitig in Achsenrichtung bewegt werden oder
es kann, was zur weiteren Vergleichmäßigung der herzustellenden Flächengebilde beiträgt,
der sich drehende Behälter und die Auffangfläche gleichzeitig bewegt werden.
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Der Raum zwischen dem sich drehenden Behälter und der zylindrischen
Auffangfläche kann evakuiert sein oder aber es können Gase oder Dämpfe eingeleitet
werden, die auch erhitzt sein können und denen auch fein verteilte Stoffe in fester
Form zugesetzt sein können.
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Zwecks Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur ist es möglich,
die Innenwand der Auffangfläche zu beheizen.
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Eine zweckmäßig. zur Durchführung des Verfahrens benutzte Vorrichtung
besteht-im wesentlichen aus einer abdeckbaren, zylinderförmigen, gegebenenfalls
mit feinen Löchern versehenen und mit einer Doppelwandung ausgestatteten Auffangfläche
mit Mitteln zum Evakuieren und Heizen, mit Öffnungen zum Ein- und Ableiten von Gasen
oder Dämpfen, Mitteln zur Verschiebung des Auffangzylinders in axialer Richtung,
sowie aus einem in der Mitte des Auffangzylinders koaxial angeordneten drehbaren,
im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper, über dessen Mantelfläche röhrenförmige,
sich am äußeren Ende verjüngende Düsen in gleichmäßiger Verteilung angeordnet sind,
Mitteln zum Heizen, zur Zuführung des zu Fäden zu verformenden Materials und zur
Drehung des zylindrischen Hohlkörpers um seine Längsachse und zur oszillierenden
.Verschiebung parallel zu dieser Achse.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind die auf den zylindrischen Hohlkörper aufgesetzten Röhrchen an ihrem Ende abgebogen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann der zylindrische Hohlkörper
auch mit Quer- oder Längsrillen versehen sein, wobei sich in der Hohlkörperwandung
auf den Außenkanten dieser Rillen Düsen in Form kleiner Löcher befinden.
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben: Es zeigen Fig. 1: einen senkrechten Schnitt
durch die gesamte Vorrichtung; Fig. 2: den Hohlkörper mit einer besonderen Ausgestaltung
der Düsen im Grundriß; Fig. 3: einen senkrechten Schnitt durch einen Hohlkörper,
dessen Wandung mit Querrillen versehen ist; Fig. 4: die gleiche Anordnung wie in
Fig. 3 im Grundriß; Fig. 5: einen senkrechten Schnitt durch einen Hohlkörper, dessen
Wandung mit Längsrillen versehen ist; Fig. 6: die gleiche Anordnung wie in Fig.
5 im Grundriß.
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Anhand der Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert: In
einem Gefäß 1 wird der zu verarbeitende Stoff gelöst oder geschmolzen und die Masse
mittels einer Pumpe 2 durch die Welle 3, die auf der einen Seite 4 als Hohlwelle
mit einer Auslaßöffnung 41 ausgebildet ist, in den Hohlkörper 5 eingeführt. Durch
diese spezielle Ausbildung der Hohlwelle besteht auch die Möglichkeit, das Material
direkt in die Hohlwelle, z.B. mit Hilfe einer Schneckenpresse, zu drücken. Der Hohlkörper
kann beispielsweise durch ein elektrisches Heizrohr 6, das wendelförmig verlaufend
der Wandung des Hohlkörpers innen anliegt, beheizt werden, um beispielsweise schmelzflüssig
eingebrachte Stoffe im Hohlkörper und in den Düsen stets flüssig zu halten. Eine
solche Beheizung ermöglicht es auch, das Material in fester Form, z.B: pulverförmig
oder als Granulat .in den Hohlkörper einzuführen, wo es aufgeschmolzen wird. Die
Zuführung des Heizstroms erfolgt zweckmäßig über zwei Schleifringe 7 auf der Welle
3 außerhalb des Hohlkörpers. Die Temperatur im Hohlkörper kann in bekannter Weise
gemessen und durch den Heizstrom reguliert werden. Mit Hilfe des Motors 8 wird der
mit dem geschmolzenen, gelösten oder dispergierten Stoff gefüllte Hohlkörper über
die Welle in schnelle, drehende Bewegung gesetzt.
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Die flüssige Masse tritt durch auf die Außenfläche des Hohlkörpers
aufgesetzte
und in dieser befestigte Röhrchen 9 aus, die in den Düsen 10 enden. Die Röhrchen
stehen dabei senkrecht auf der Wandung. Die entstehenden Fäden 11 werden auf der
Innenfläche des Auffangzylinders 12 abgelegt, wo ein zylindrisches Flächengebilde
13 entsteht, welches in Schlauchform in axialer Richtung abgezogen wird. Es ist
zweckmäßig, den Auffangzylinder auf einer nur wenig unter-der Schmelztemperatur
des Stoffes liegenden Temperatur zu halten. Dies kann, wie durch 14 angedeutet,
mittels elektrischer Widerstandsheizung oder durch eine Heizflüssigkeit erfolgen.
Ferner ist es zweckmäßig, den Raum 16 zwischen Auffangzylinder und Hohlkörper beispielsweise
durch wärmeisolierende Platten 17 und 18 gegen Wärmeabstrahlung zu isolieren. Dieser
Raum kann auch mit Gasen, beispielsweise Schutzgasen oder Dämpfen gefüllt sein,
die beispielsweise durch Öffnungen 19, 20 ein- bzw. abgeleitet werden können. Der
abgezogene Schlauch wird mittels einer Schneidvorrichtung 15 aufgeschnitten, dann
auseinandergebreitet und in Bandform beispielsweise auf eine Spule aufgewickelt.
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Bei einem zylindrischen Auffanggefäß von 32 cm Durchmesser hat das
erhaltene-schlauchförmige Flächengebilde einen Umfang von einem Meter, d.h. die
Breite des aufgewickelten-Bandes- beträgt 1 m. Befinden sich beispielsweise auf
der Oberfläche eines zylindrischen Hohlkörpers nach Fig. 1 von ca. 25 ein Höhe und
20 cm Durchmesser gleichmäßig verteilt 320 Düsen, dann werden bei einer Umdrehungszahl
des Hohlkörpers von 1500/min in jeder Sekunde auf dem Umfang des Ruffängers über
einer Höhe von 25 cm 8 000 Fäden abgelegt. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit von z.
B. 2,5 cm/See enthält das-Flächengebilde dann 3200 Fäden/cm. Die Dicke des Flächengebildes
wird durch die Abzugsgeschwindigkeit bestimmt und kann durch diese in einfacher
Weise geregelt werden. Durch Erhöhung der Anzahl der Düsen und Steigerung der Drehzahl
des Hohlkörpers kann die Belegung entsprechend vergrößert werden.
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In Fig. 2 sind die auf dem Hohlkörper 5 aufgesetzten Röhrchen
9 vor ihrem Ende unter einem Winkei, der beispielsweise etwa45° betragen
kann, abgebogen.
Fi . zeigt eine Ausführung des Hohlkörpers
im Schnitt, bei der die Hohlkörperwandung mit Querrillen 21 versehen ist. Die Düsen
10 sind auf den Außenkanten dieser Rillen in der Wandung in Form von kleinen Löchern
mit etwa 0,2 bis 0,5 mm Durchmesser in einem Abstand von wenigen Millimetern angeordnet.
Die Löcher liegen als Kranz auf einem kreisförmigen Streifen.
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Pia. 4 zeigt die gleiche Anordnung wie Fig. 3 im Grundriß.
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Fi . zeigt eine weitere Ausführungsform des Hohlkörpers im Schnitt,
bei der die Hohlkörperwandung mit Längsrillen 22 versehen ist. Die Löcher liegen
bei dieser Anordnung auf Längsstreifen.
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Fig. 6 zeigt die gleiche Anordnung wie.Fig. 5 im Grundriß.
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Neben diesen in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen sind
auch wendelförmig verlaufende Querrillen möglich, wobei die Löcher auf einem schraubenförmig
verlaufenden Streifen liegen.
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Bei einem quergerillten Hohlkörper von 25.cm Höhe mit 10 Düsenkränzen
nach den Fig. 3 und 4, wobei sich auf einem Kranz von 25 cm Durchmesser und einem
Düsenmittenabstand von etwa 4 mm 200 Düsen befinden, werden bei einer Umdrehungszahl
von 25/sec 10 x 200 x 25 = 50 000 Fäden pro Sekunde auf dem Umfang des Auffangzylinders
über einer Höhe von 25 cm abgelegt. Das Flächengebilde hat dann bei einer Abzugsgeschwindigkeit
von z.B. 2,5 cm/s eine Fadendichte von 20 000 Fäden/cm.
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Bei einem längsgerillten Hohlkörper von 25 cm Höhe und 16 Längsrillen
nach den Fig. 5 und 6, wobei sich auf jeder Rillenaußenkante 60 Düsen befinden,
werden bei einer Umdrehungszahl von 25/sec 24 000 Fäden pro Sekunde abgelegt. Entsprechend
beträgt die Fadendichte bei vorgenannter Abzugsgeschwindigkeit 9 600 Fäden/cm.
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es auf eine
einfache Weise gelingt, auf kontinuierlichem Wege nichtgewebte Flächengebilde herzustellen.
Diese zeichnen sich durch ihre Gleichmäßigkeit aus. Durch die gleichmäßige Ablagerung
der Fäden auf dem Umfang des Auffangzylinders erhält das Flächengebilde eine ausgesprochene
Struktur. Falls diese unerwünscht ist, kann der Auffangzylinder in Achsenrichtung
hin und her bewegt oder auch gerüttelt werden. Die Fäden schmiegen sich an die Wandung
der Ablagefläche sehr gut an. Diese Anlegung kann weiterhin unterstützt werden,
indem beispielsweise die Ablagefläche mit feinen Löchern versehen und in einer,
den Ablegezylinder umhebenden Doppelwandung ein Unterdruck aufrechterhalten wird.
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Durch das Einleiten von Luft in den Raum zwischen Hohlkörper und Auffangzylinder
kann der Grad der Wirrheit der abgelegten Fäden gesteigert werden. Durch das Arbeiten
mit einer im wesentlichen geschlossenen Apparatur hat man ferner die Möglichkeit,
durch Aufrechterhalten einer bestimmten Temperatur oder durch Einleiten definierter
Mengen von Wasserdampf oder organischen Dämpfen den abgelegten Fäden bestimmte Eigenschaften
zu vermitteln, beispielsweise die Fäden zu quellen, zu schrumpfen oder zu kräuseln.
Durch Zuführung von Gas mit fein verteilten Stoffen kann man die Fäden oberflächlich
verändern, beispielsweise präparieren, um sie mehr oder weniger gleitfähig zu machen,
mit Antistatica oder mit optischen Aufhellern versehen.
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Wird gelöstes Material zur Zierstellung der Flächengebilde verwendet,
so hat sich zum rascheren Entfernen des Lösungsmittels als günstig erwiesen, den
Raum zwischen Hohlkörper und Ablagefläche unter einem Unterdruck zu halten.
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Durch Erwärmung der Ablagefläche bis zum Erweichungspunkt des Stoffes
kann bewirkt werden, daß die abgelegten Fäden und damit das Flächengebilde getempert
und damit die Dichte und die Kristallinität auf gewünschte Werte eingestellt werden.
Obwohl
das aus der Apparatur abgezogene Flächengebilde in der Regel keiner Nachbehandlung
bedarf, kann es durch erhitzte Walzenpaare geführt und durch Einwirkung von Druck
und Temperatur weiter verfestigt und gegebenenfalls bedruckt werden. Es ist selbstveratändldch
auch mögiich, in den Raum zwischen Ablagefläche und Hohlkörper fein verteilte, vorzugsweise
tiefer schmelzende Stoffe, einzubringen, die beim späteren Durchlaufen des Flächengebildes
durch Walzenpaare als Klebe- oder Bindemittel dienen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens
benutzte Vorrichtung ist sehr vielseitig. Das Verfahren und die Vorrichtung sind
nicht nur zur Herstellung von Flächengebilden aus geschmolzenen, sondern auch für
gelöste oder dispergierte Stoffe anwendbar. Das geschmolzene oder flüssige Material
kann in den Hohlkörper ohne wesentlichen Überdruck eingebracht werden, so daß das
Ausströmen durch die Düsen praktisch nur durch die Zentrifugalkräfte erfolgt.
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Es kann auch unter erhöhtem Druck gearbeitet werden, wodurch die Ausströmgeschwindigkeit
vergrößert wird. In diesem Falle werden engere Düsen bevorzugt.