DE1947058B2 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung einer durch waermeschrumpfen verdichteten faservliesbahn und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verdichteten Faservliesbahn durch Wärmeschrumpfen, während die Bahn in Längsrichtung fortbewegt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Nach bekannten Verfahren (z. B. FR-PS 15 40 355) wird die Verdichtung eines Faservlieses aus wärmeschrumpffähigen Fasern in der Weise durchgeführt, daß man innerhalb einer bestimmten Zone der Bahn dieser über die gesamte Bahnbreite gleichzeitig ganzflächig Wärme zuführt und dadurch in diesem Bereich den Flächenschrumpf des Vlieses auslöst Der Schrumpf wird dabei in Längsrichtung durch die Einlauf- und Abzugsgeschwindigkeit der vor bzw. hinter der genannten Zone liegenden Förderelemente bestimmt In Querrichtung wird dabei im allgemeinen frei geschrumpft, d.h., daß die Breite der geschrumpften Bahn nicht exakt vorherbestimmt werden kann.

Beim Einlaufen eines bahnförmigen Vliesstoffes, bei dem wenigstens ein Teil der Fasern zur Verkürzung unter Wärmeeinfluß befähigt ist wird die Zusammenziehung der Fasern bei der Wärmeeinwirkung spontan ausgelöst. In der Regel ist es sogar zwingend notwendig, mit hoher Geschwindigkeit zu schrumpfen, da bei Fasern aus kristaiiisationsfreudigein Hochpolymere!! mit der Temperatureinwirkung auch die Kristallisation ausgelöst wird, so daß es notwendig ist der Kristallisation mit der Schrumpfgeschwindigkeit vorauszueilen. Aus geometrischen Gründen ergeben sich über die Breite der Vliesstoffbahn Unterschiede in den Weglängen, die von den einzelnen Bahnstellen beim Schrumpfen der Bahn zurückzulegen sind. Es entstehen dadurch Spannungsunterschiede, die sich durch Strukturdichteunterschiede bemerkbar machen. Diese Ungleichheiten des Vliesstoffes machen diesen unansehnlich und für die Weiterverarbeitung zu hochwertigen Gütern häufig unbrauchbar. Es ist auch bekannt die noch ungeschrumpfte Vliesbahn aus wärmeschrumpffähigen syn-

thetischen Fasern durch geeignete Vorrichtungen wie eine oder mehrere Kammleisten oder auch ineinandergreifende Rollen in der Weise in Falten zu legen oder zu plissieren, daß die auf eine zur Bahn parallele Ebene projizierte Breite der plissierten, ungeschrumpften

Vliesstoffbahn der Breite der geschrumpften Bahn entspricht Es gelingt dadurch, die Wegdifferenzen beim Schrumpfen auf ein Minimum zu reduzieren. Nachteilig wirkt sich jedoch bei diesem Verfahren aus, daß die Krümmungsbeanspruchungen an den Faltenbögen sich in den Vliesbahnen markieren, so daß ein streifiges Aussehen der Bahn die unvermeidliche Folge ist

Die beim Schrumpfen auftretenden Weglängenunterschiede nehmen nach den Randzonen der Bahn nach einer Parabelfunktion zu. Nach Abb 1 ist χ der Abstand eines Bahnpunktes der ungeschrumpften Bahn von der Mittellinie, λ das Verhältnis der Breite tu der geschrumpften zur Breite b\ der ungeschrumpften Bahn und / der kürzeste Schrumpfweg in der Mitte der Bahn. Es errechnen sich die Weglängen ynach

bzw. die Weglängendifferenzen nach

Es ist leicht einzusehen, daß die Weglängendifferenzen um so kleiner werden, je größer der für den Schrumpf prozeß zur Verfügung stehende kürzeste Weg /und je kleiner das Verhältnis λ ist Diese einfachen Überlegungen finden ihren Niederschlag darin, daß man die Weglängendifferenzen durch an der ungeschrumpften Bahn vorgenommene Auslenkung aus der Bahnebene auszugleichen versucht. So wurde vorgeschlagen, die Vliesstoffe aus wärmeschrumpffähigen Fasern in Schlauchform überzuführen und das Schrumpfen des Schlauches auf einem das Schrumpfmaß eindeutig bestimmenden Innendorn vorzunehmen und nach erfolgter Schrumpfung den Schrumpfschlauch axial aufzuschlitzen und plan zu legen. Das zuletzt genannte Verfahren löst die Aufgabe des wegegleichen Schrumpfens einer Vliesbahn in idealer Weise. Allerdings ist es nur mit einem beträchtlich apparativen Aufwand durchführbar, da man für jede erforderliche Schlauchabmessung in Abhängigkeit von dem angestrebten Schrumpfverhältnis einen entsprechenden Innendorn verwenden muß.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, unter Vermeidung der Nachteile, der bekannten Verfahren ein kontinuierliches Verfahren zum Verdichten des Vliesstoffes durch Wärmeschrumpf vorzuschlagen, das zu einer geschrumpften Vliesbahn mit den erforderlichen Gütekriterien führt und dabei ohne Aufwand erheblicher apparativer Mittel durchführbar ist Außerdem, so!! eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahrer zur Herstellung einer verdichteten Faservliesbahr durch Wäraeschrumpfen, während die Bahn ir

Längsrichtung fortbewegt wird, dadurch gelöst, daß man gleichzeitig an sich gegenüberliegenden Punkten auf je einer Bahnkante beginnend mit zeitlicher Verzögerung in senkrechter Richtung zur Bahnachse fortschreitend, Wärme auf diese einwirken läßt,

Der Begriff »Faservliesbahn« soll ein nichi gewehtes, planes Faserflächengebilde von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke über seine gesamte Länge umfassen. Es soll dabei unter einem »nicht gewebten Faserflächengebilde« eine lose geschichtete Faserschicht mit wilikürlieher Anordnung der Fasern zueinander oder auch mit Vorzugsrichtung der Fasern verstanden werden. Die Verdichtung kann durch Nadelung erfolgt sein.

Als »Wärmeschrumpfen« wird der Flächenschrumpf der Vliesbahn bei Wärmeeinwirkung auf diese bezeichnet, der durch gleichzeitig eintretende Verkürzung aller wärmeschrumpffähigen Fasern des Vlieses unter den gegebenen Bedingungen eintritt Ein signifikantes physikalisches Kriterium ist dabei die durch den ausgelösten Flächenschrumpf eintretende Änderung des Flächengewichts der Bahn.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß man eine Faservliesbahn, bei der wenigstens ein Teil der Fasern wärmeschrumpffähig ist, in Bahnlängsrichtung verlaufend kraftschlüssig durch den Spalt des Einlaufwalzenpaares fortlaufend hindurchtreten und nach ihrem Austritt aus diesem weiter derart in einer Ebene in der Weise verlaufen läßt, daß die Bahnlängsachse deckungsgleich zu der Symmetrieachse der beidseitig parallel der Walzenspaltebene angeordneten Heizelemente verläuft und daß man die Faservliesbahn in den Spalt eines im Abstand von dem Einlaufwalzenpaar achsparallel zu diesem angeordneten Auslaufwalzenpaares ein und aus diesem wieder austreten läßt.

Die Vliesbahn wird bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Bereich zwischen den beiden Walzenpaaren in an sich beliebiger Raumlage, vorzugsweise jedoch in senkrechter Richtung und in einer Ebene in Bahnlängsrichtung, fortbewegt Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vliese weisen eine elastische Dehnbarkeit in Längsrichtung im Bereich von 1 bis 10% auf. Insbesondere sind solche geeignet, die eine elastische Längsdehnbarkeit von mehr als 3% aufweisen. Ein durch Nadelung vorverfestigtes, aus wärmeschrumpffähigen Fasern bestehendes Vlies hat ein Flächengewicht im Bereich von 50 bis 500 g/m^3:. Der Flächenschrumpf der Vliesbahn bei Wärmeeinwirkung auf dhse ist die Folge der gleichzeitig eintretenden Verkürzung aller wärmeschrumpffähigen Fasern des Vlieses unter den gegebenen Bedingungen. Der Flächenschrumpf findet seinen Ausdruck in einer Dimensionsünderung der Bahn. Die Umdrehungszahl der Walzen des Einlaufwalzenpaares ist daher größer als die Umdrehungszahl der Walzen des Auslaufwalzenpaares. Wärmegeschrumpfte, genadelte Vliese der vorgenannten Art weisen ein Flächengewicht im Bereich von 71,5 bis 1250 g/m² auf.

Infolge der stetigen Hindurchbewegung der Bahn durch eine Wärme- und Kühlzone erfolgt der Schrumpf &° in der Bahn vorteilhafterweise kontinuierlich mit zeitlicher.Verzögerung von außen nach der Bahnmitte hin. Dies wird leicht verständlich, wenn man sich einen schmalen rechteckigen Bahnabschnitt von der Länge der Bahnbreite vorstellt, der, aus dem Walzenspalt des Einlaufpaars heraustretend, zuerst mit seinen längskantennahen Bereichen in den Einfluß der Wärmeeinwirkung durch das Heizelement gerät, während im übrigen Bereich dieses Streifens noch kein Schrumpf eintreten kann, da dieser Bereich noch unter dem Einfluß der Kühlvorrichtung steht. Mit fortschreitender Bewegung des Streifens in Bahnlaufrichuing werden die von den Seitenkanten ausgehenden und sich zur Bahnachse hin erstreckenden, unter den Wärmeeinfluß geratenden Bereich des Streifens immer breiter. In der letzten Phase des Durchlaufs des gedachten Streifens durch die Erhitzungszone gerät dann auch der der Bahnachse nahe benachbarte Bereich des Streifens unter den Einfluß der Wärmeeinwirkung. In dieser Phase des Verfahrens ist dann über die gesamte Breite des gedachten Streifens die Wärmeschrumpfung desselben gleichmäßig erfolgt

Geeignete wärmetragende Mittel sind heißes Wasser oder heiße Gase. Bei Heizelementen, bei denen das wärmetragende Mittel aus Sprühdüsen austritt, ist als wärmetragendes Mitte) insbesondere heißer Wasserdampf geeignet Als weiteres Wärmemittel kann auch elektrische Strahlungswärme angewendet werden.

Die wärmetragenden Mittel, die zur Beheizung eines durch Röhren gebildeten Heizelementes verwendet werden, haben eine Temperatur im Bereich von 60 bis 150⁰C, insbesondere eine solche von 70 bis 120⁰C. Sofern die Beheizung der Heizelemente mit elektrischer Energie erfolgt, hat diese eine solche Stärke, daß die von diesen Heizelementen ausgehende Wärme das Faservlies auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, die Längenverkürzung der wärmeschrumpffähigen Fasern zu bewirken. Diese Wirkung tritt ein, wenn man das Faservlies einer Temperatur im Bereich von 60 bis 15O⁰C, insbesondere einer solchen von 70 bis 120⁰C, aussetzt

Das Kühlelement besteht aus einem Hohlkörper oder einem Behälter mit planer, dem Vlies zugewandten Dreiecksfläche. Der Hohlkörper oder der Behälter ist mit Kühlmittel beschickt, bevorzugt flüssigem Kühlmittel, insbesondere mit Wasser einer Temperatur im Bereich von 0 bis 25° C.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus von einer bekannten Vorrichtung, die aus zwei achsparallel zueinander angeordneten Walzenpaaren besteht, die ihrerseits ebenfalls achsparallel zueinander verlaufen und wovon das eine Walzenpaar als Einlauf- und das zweite Walzenpaar als Auslaufwalzenpaar der Vorrichtung dient Die Walzenspalte der beiden Walzenpaare befindet sich dabei in einer Ebene. Die Walzenpaare sind im Abstand zueinander angeordnet. Im Bereich zwischen den beiden Walzenpaaren und parallel und im Abstand zu der Walzenspaltebene befinden sich zu einer oder zu beiden Seiten dieser Ebene ein flächig ausgebildetes Heizelement mit im wesentlichen ebener zur Walzenspaltebene zugewandter wirksamer Heizfläche und ein flächig ausgebildetes Kühlelement mit planer wirksamer Kühlfläche, die ebenfalls gegen die Walzenspaltebene gerichtet ist und in derselben Ebene, wie die wirksame Heizfläche verläuft, oder sich parallel zu dieser, jedoch mit näherem Abstand zur Walzenspaltebene als diese, erstreckt.

Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, daß die wirksame Heizfläche oder die wirksamen Heizflächen die Gestalt eines Fünfecks und die wirksame Kühlfläche oder die wirksamen Kühlflächen in Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks mit auf das Auslaufwalzenpaar gerichteter Spitze aufweisen, wobei sich Heiz- und Kühlflächen der Elemente zu einer rechteckigen Behandlungsfläche ergänzen und die Symmetrieachsen

der Heiz- und Kühlflächen in einer auf der Symmetrieachse der Walzenspaltebene senkrecht stehenden Ebene liegt.

Das Kühlelement mit der Kühlfläche in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, dessen Basislinie im wesentlichen der Länge der Einlaufwalzen entspricht und dessen gleichlange Schenkel im wesentlichen der Länge der Innenkanten des Heizelementes entsprechen und miteinander einen Winkel bilden, der demjenigen entspricht, welchen die Innenkanten des Heizelementes miteinander bilden, stellt zusammen mit dem Heizelement eine rechteckige Fläche dar, die aus den genannten Teilstücken derart gebildet ist, daß je eine Innenkante eines Heizelementes mit je einem Schenkel eines Kühlelements parallel und eng benachbart zueinander verläuft.

Der durch die Seitenkante und die Innenkante gebildete Winkel ist so gewählt, daß einerseits eine hinreichend starke zeitliche Verzögerung der Schrumpfung des Vlieses vom Rand zur Mitte während des Durchlaufes desselben durch die Heizzone erfolgt, andererseits jedoch auch die zur Bahnachse nahe benachbart liegenden Vliesbereiche während des Durchlaufs des Vlieses durch die Zone zwischen den beiden Walzenpaaren voll ausgeschrumpft werden. Die Winkelgröße wird unter Berücksichtigung der elastischen Dehnbarkeit des Vlieses in der Weise gewählt, daß der maximale Weglängenunterschied bzw. Spannungsunterschied in dem zwischen dem Einlauf- und Auslaufwalzenpaar liegenden Vliesabschnitt keine bleibende Verformung der Vliesbahn zur Folge hat.

Bei beidseitig angeordneten Heizelementen sind diese deckungsgleich zueinander angeordnet und in einer Lage fixiert, daß die zur genannten Ebene hinweisende Heizfläche des oder der Heizelemente seitlich begrenzt ist durch zwei parallel und im Abstand zueinander verlaufenden geraden Linien, deren Länge im wesentlichen dem Abstand der beiden Walzenpaare entspricht, wobei der parallele Abstand der beiden Geraden im wesentlichen durch die Länge der Walzenpaare gegeben ist. Die Basislinie des Heizelements bildet eine gerade Linie, deren Länge im wesentlichen der Breite der Walzen entspricht und parallel und in geringem Abstand zum Auslaufwalzenpaar verläuft. Das Heizelement ist weiterhin begrenzt durch zwei divergente gerade Linien, von denen sich jede von dem Einlaufwalzenpaar benachbarten Ende je einer der Seitenkanten aus jeweils im gleichen Winkel zu den Seitenkanten des Heizelements erstreckt, wobei der Winkel eine solche Größe hat, daß die genannten divergenten geraden Linien, die auch als Innenkanten des Heizelements bezeichnet werden sollen, aufeinander zu verlaufend sich schneiden, bevor sie die Basislinie des Heizelements erreichen.

Der Abstand der Oberfläche der Vliesbahn von der Oberfläche des Heiz- bzw. des Kühlelements liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 500 mm. Der Abstand zwischen den Einlaufwalzen und den Auslaufwalzen liegt im Bereich von 200 bis 4000 mm. Die Länge der Walzen liegt im Bereich von 200 bis 3000 mm, der Abstand der Basislinie des Kühlelements von dreieckiger Grundfläche von dem Einlaufwalzenpaar liegt im Bereich von 1 bis 300 mm. Die zum Auslaufwalzenpaar parallel verlaufende Begrenzungskante des Heizelements, auch als Basislinie des Heizelements bezeichnet, hat einen Abstand im Bereich von 1 bis 1000 mm von dieser.

Der Winkel, den jede der Innenkanten des Heizelements mit der benachbarten Seitenkante desselben bildet, liegt beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 150 Winkelgeraden.
Die Umdrehungszahl der Walzen des Einlaufwalzenpaares liegt in der Regel im Bereich von 1 bis 50 Umdrehungen/Min., während die Umdrehungszahl der Walzen des Auslaufwalzenpaares im Bereich von 0,5 bis 25 Umdrehungen/Min, liegt. Die Vliesbahn verläßt das Auslaufwalzenpaar mit einer Geschwindigkeit im

ι ο Bereich von 0,5 bis 20 m/Min.

Das Heizelement besteht gegebenenfalls aus einem wärmestrahlenden Keramikkörper oder aus einer Vielzahl derartiger Körper, die zusammen die beschriebene Fläche des Heizelements bilden. Das Heizelement kann jedoch auch aus einem System von in einer Ebene eng beieinanderliegenden Rohren bestehen, die von wärmetragenden Mitteln durchströmt werden. Die Rohre können dabei besonders vorteilhaft in der Weise ausgebildet sein, daß sie eine Vielzahl gleichmäßig verteilter und in Richtung auf die Walzenspaltebene weisenden Sprühdüsen, die im wesentlichen gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, aufweisen. Die öffnungen derselben liegen dabei im wesentlichen in einer Ebene.

Die Figuren der Zeichnung sollen die Erfindung erläutern, jedoch nicht auf die dargestellten besonderen Verhältnisse einschränken. In F i g. 1 ist schematisch der Schrumpfvorgang einer planen Vliesbahn dargestellt. Fig.2 zeigt in schematischer Darstellung und in Draufsicht eine besondere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Heizelement aus einer Vielzahl in einer Ebene und nebeneinander sowie hintereinander angeordneter Einzelheizelemente gebildet wird. Fig.2a zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der F i g. 2. In F i g. 3 ist eine andere besondere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Draufsicht dargestellt, bei der das Heizelement durch ein Rohrsystem für das wärmetragende Mittel gebildet wird. Fig.3a zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der F i g. 3.

Es bedeutet dabei in F i g. 1 die Ziffer die ungeschrumpfte Vliesbahn, 6 den ausgeschrumpften Teil der Vliesbahn und 9 denjenigen Teil der Bahn, in dem die Schrumpfung der Bahn stattfindet, b\ bedeutet die Breite der ungeschrumpften und bi die Breite der geschrumpften Vliesbahn, χ ist der Abstand eines Bahnpunktes der ungeschrumpften Bahn von der Mittellinie der Bahn, y ist das Verhältnis der Breite der geschrumpften zur Breite der ungeschrumpften Bahn und /der kürzeste Schrumpfweg in der Mitte der Bahn, y bedeutet die Weglänge eines Bahnpunktes.

In Fig.2 und 2a bedeutet 1 die ungeschrumpfte Vliesbahn, 6 die geschrumpfte Vliesbahn, 2 eine Walze des Einlaufwalzenpaares und 5 eine Walze des Auslaufwalzenpaares, 3 bedeutet ein Teilheizelement in rechteckiger Ausbildung, wobei eine Vielzahl hintereinander und auf Lücke versetzt angeordneter parallel zueinander verlaufender Teilheizelemente das gesamte

(>o Heizelement bilden, 4 bedeutet das Kühlelement.

In Fig.3 und 3a haben die Ziffern 1, 2, 4, 5 und 6 dieselbe Bedeutung wie in F i g. 2. Es bedeutet dabei 3a ein Heizelement in Form eines mehrfach haarnadelförmig gebogenen Rohres, das eine Vielzahl im gleichen

(15 Abstand zueinander angeordneter in Richtung auf die Vliesoberfläche weisender Sprühdüsen 3b aufweist. Die öffnungen der Sprühdüsen liegen dabei im wesentlichen in einer Ebene.

Hier/u 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer verdichteten Faservliesbahn durch Wärmeschrumpfen während die Bahn in Längsrichtung fortbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig an sich gegenüberliegenden Punkten auf je einer Bahnkante beginnend und mit zeitlicher Verzögerung in senkrechter Richtung zur Bahnachse fortschreitend, Wärme auf diese einwirken läßt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Einlaufwalzenpaar und einem im Abstand davon angeordneten Auslaufwalzenpaar, deren Walzsnspalten in einer Ebene liegen und aus zu einer Seite oder zu beiden Seiten dieser Ebene angeordneten llächig ausgebildeten Heiz- und Kühlelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Heizfläche oder die wirksamen Heizflächen die Gestalt eines Fünfecks und die wirksame Kühlfläche oder die wirksamen Kühlflächen in Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks mit auf das Auslaufwalzenpaar gerichteter Spitze aufweisen, wobei sich Heiz- und Kühlflächen der Elemente zu einer rechteckigen Behandlungsfläche ergänzen und die Symmetrieachsen der Heiz- und Kühlflächen in einer auf der Symmetrieachse der Walzenspaltebene senkrecht stehenden Ebene liegen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Heizelement im Bereich seiner wirksamen Heizfläche eine Vielzahl gleichmäßig über diese Fläche verteilter in Richtung auf die Walzenspaltebene weisender und im wesentlichen in gleichem Abstand zueinander angeordneter Sprühdosen, deren Öffnungen im wesentlichen in einer Ebene liegen, aufweist