DE19804940A1

DE19804940A1 - Textiler Schichtverbundstoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19804940A1
Application number: DE19804940A
Authority: DE
Inventors: Elke Schmalz; Margot Brodtka; Manfred Hunger; Klaus Zoebisch
Original assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Current assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Priority date: 1998-02-07
Filing date: 1998-02-07
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-02-08
Also published as: DE19804940B4

Description

Die Erfindung betrifft einen textilen Schichtverbundstoff aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen textilen Schichten, die ohne Einsatz von zusätzlichen Bindemitteln miteinander verbunden sind, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Schichtverbundstoffes. Vorrangige Anwendungsgebiete für derartige Verbundstoffe sind im Fahrzeugbau, in der Filter- und Abscheidetechnik, im Bauwesen, in der Medizin und im Hygienebereich.

Es ist bereits bekannt, zwei oder auch mehrere Flächengebilde mit gleichem oder unterschiedlichem Aussehen, Gebrauchs- oder Funktionseigenschaften durch Vernähen, Nadeln oder Kleben miteinander zu verbinden. Nachteilig beim Vernähen ist die Bildung von Nähten auf beiden Oberflächenseiten des Verbundes, die geometrische Längsverteilung der Verbindungsstellen, der zusätzliche Aufwand an Nahtmaterial sowie Durchstichmarkierungen. Eingesetzte artfremde oder artgleiche Klebemittel beeinträchtigen den im Gebrauch erforderlichen Durchlaß von Luft, Wasser, Wasserdampf oder dgl. negativ und führen zu einer unerwünschten Versteifung des Verbundmaterials.

Verfahrenstechnisch gibt es Lösungen, verfestigte oder unverfestigte Faser- oder Filamentfaservliese mit einem textilen Flächengebilde als Trägerbann durch Nadeln oder Nähwirken mechanisch zu verbinden, wobei Elemente dieser Vliese durch die Trägerbahn hindurchgezogen oder gestoßen und auf der Rückseite als flächige Auflage angeordnet werden. Nachteilig ist hierbei für bestimmte Einsatzgebiete die Bildung einer Vielzahl von Löchern durch das Einstechen der Nadeln, die den Flächenquerschnitt bzw. die Oberfläche sehr porös gestalten bzw. insbesondere die beim Nadeln eintretende Umorientierung einer Vielzahl von Fasern. Außerdem ist die optische Veränderung der rückseitigen Oberfläche der Trägerbahn für bestimmte Verwendungszwecke von Nachteil.

Ein weiterer Nachteil für die Anwendbarkeit in den dafür vorgesehenen Einsatzgebieten sind bei unbehandelten einschichtigen Vliesgewirken die Einrollneigung sowie die großporigen bzw. fasrigen Oberflächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgeführten Nachteile zu beseitigen und einen Schichtverbundstoff aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen textilen Schichten zu schaffen, die ohne zusätzliche Bindemittel ganzflächig miteinander verbunden sind, ohne dabei die Struktur und die Voluminösität des Verbundstoffes wesentlich zu verändern. Weiterhin soll die Verarbeitung bzw. der Gebrauch für den Einsatz in den verschiedensten Anwendungs gebieten ohne Trennung der einzelnen textilen Schichten des Schichtverbundstoffes gewährleistet sein und ein Verfahren zu einer wirtschaftlichen Herstellung derartiger Schichtverbundstoffe entwickelt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 und 8 beschriebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein textiler Schichtverbundstoff geschaffen, der den ständig neuen Forderungen bezüglich der Eigenschaften, des Gebrauchsverhaltens und der wirtschaftlichen und umweltbewußten Produktion für die vielfältigen Einsatzbereiche gerecht wird. Der erfindungsgemäße Schichtverbundstoff besitzt gute Verarbeitungseigenschaften durch hohe Gleitfähigkeit, ermöglicht die Kombination unterschiedlicher Flächengebilde eigenschaften durch variablen Schichtaufbau und Faserkombination ohne Vermischung. Die Poren der eingesetzten Flächengebilde können durch die Verdichtung derart verkleinert werden, daß die aufgebrachte Vliesschicht Schutzfunktionen erfüllen kann und beispielsweise bei der Filtration kleinste Partikel abgeschieden werden können.

Durch die erzielte Faser/Faser-, Faser/Filament- oder Filament/Filament-Bindung zwischen den zu verbindenden Schichten kann auf den Einsatz von zusätzlichen artfremden Bindemitteln oder Klebstoffen verzichtet werden. Die beim mechanischen Verbinden mittels Nadeln eintretende Struktur- und Oberflächenveränderung durch die Umorientierung von Fasern bzw. die Bildung einer Vielzahl von Einstichlöchern, die sich für bestimmte Einsatzgebiete als äußerst nachteilig erweisen, wird ebenfalls vermieden. Der Einsatz einer breiten Palette von textilen Flächengebilden, die erfindungsgemäß mit einer ein- oder beidseitig angeordneten Faserschicht ausgestattet sind, ermöglicht eine gezielte Verbesserung der charakteristischen Eigenschaften, wie textiler Griff, Voluminösität und Weichheit in Abhängigkeit der vorgesehenen Anwendung.

Die Erfindung läßt sich aus einer Vielzahl von Materialien bzw. deren Kombinationen verwirklichen, so daß der Einsatz in sehr vielen verschiedenen Industriebranchen möglich ist. Sowohl für den Wirbelvliesstoff als auch das als Trägermaterial verwendete Flächengebilde können alle Faserarten einschließlich Spezialfasern eingesetzt werden. Darüberhinaus lassen sich durch den Einsatz von ein- und mehrschichtigen Flächengebilden, die nach den bekannten Verfahrenstechnologien gefertigt werden können, die unterschiedlichsten Querschnitts strukturen herstellen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer schematisiert zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 den Querschnitt des erfindungsgemäßen textilen Schichtverbundstoffes,

Fig. 2 den Querschnitt eines an der Maschenseite verdichteten Vlies-Nähgewirkes Malivlies für den Einsatz als Schaumstoffersatz für Sitzpolster,

Fig. 3 den Querschnitt eines an der Maschenseite verdichteten Polvlies-Nähgewirkes Kunit für einen Filterstoff in der Naß- und Trockenfiltration,

Fig. 4 den Querschnitt eines einseitig verdichteten Vlies-Nähgewirkes Multiknit für ein Isolationsmaterials,

Fig. 5 den Querschnitt eines an der Polseite verdichteten Polvlies-Nähgewirkes Kunit für den Einsatz als Schulterpolster,

Fig. 6 den Querschnitt eines zweiseitig verdichteten Vlies-Nähgewirkes Multiknit für einen saugfähigen Artikel in der Medizin oder Hygienebereich.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, besteht der erfindungsgemäße textile Schichtverbundstoff aus der Schichtkombination mit einer Faserschicht 1 und einem Flächengebilde 2. Die Faserschicht 1 wird von einem Faser- oder Filamentvlies gebildet und ist mittels energiereicher gasförmiger oder flüssiger Hochdruck-Medienstrahlen zu einem Wirbelvliesstoff der eine hohe Strukturdichte aufweist, verfestigt. Für die Schicht 2 wird je nach Anwendungsgebiet des Schichtverbundstoffes ein Flächengebilde mit einer möglichst großen Voluminösität und geringer Strukturdichte eingesetzt, wie beispielsweise Polgewebe, -gestricke, oder -gewirke, vorzugsweise ein- und/oder mehrschichtige Polvlies-Nähgewirke, Polvliesstoff Struto oder ein dilourisierter Nadelvliesstoff. Der Wirbelvliesstoff 1 und das Flächengebilde 2 sind im Berührungsbereich 3, in dem sie ohne Bildung von Hohlräumen direkt aneinanderliegen, fest miteinander verbunden, wobei der Verbund einen hohen Trennwiderstand aufweist. Der Verbund erfolgt ohne zusätzliche Bindemittel nur durch Fasern, Filamenten oder Teilen davon aus dem Wirbelvliesstoff 1, die mit den an der Oberfläche des Flächengebildes 2 befindlichen Fasern, Filamenten oder Teilen davon verschlungen sind. Durch die Verschlingung der Fasern oder Filamente beider Schichten 1 und 2 im Berührungsbereich 3 werden die an der Oberfläche des Flächengebildes 2 befindlichen Poren verkleinert und vergleichmäßigt.

Entsprechend dem Verwendungszweck des Schichtverbundstoffes kann der Wirbelvliesstoff 1 und das Flächengebilde 2 aus gleichen oder unterschiedlichen Fasermaterial gefertigt werden, wobei auch der Einsatz von Spezialfasern, wie beispielsweise elektrisch leitfähigen Fasern, möglich ist. Um die Festigkeit des Schichtverbundstoffes noch zu erhöhen, kann ein durch zusätzliche Faservliese aus Fasern oder Filamenten, Vliesstoffen, Flächengebilden oder Fäden bzw. Fadenlagen aus textilen oder nichttextilen Materialien verstärktes Flächengebilde 2 eingesetzt werden.

1. Beispiel: Schaumstoffersatz für Sitzpolster

Gemäß Fig. 2 wird als Polsterkomponente für Fahrzeugsitze oder Sitzmöbel ein Vlies-Näh gewirke Malivlies 2 eingesetzt, das aus einem quergelegten und nach dem Nähwirkverfahren vermaschten Faservlies gefertigt ist. Anstelle des quergelegten Faservlieses kann auch ein von der Krempel vorgelegtes und direkt nach dem Nähwirkverfahren "Kunit" vermaschtes Vlies eingesetzt werden. Zur Erreichung eines möglichst hohen Wiedererholungsvermögens ist der Einsatz von Fasermischungen aus unterschiedlichen Faserfeinheiten zwischen 3,3 und 12 dtex unter Einbeziehung eines Anteiles Bikomponentenfasern vorteilhaft. Zur Erzielung der notwendigen Stabilität in Längs- und Querrichtung und des sich für die Weiterverarbeitung erforderlichen Gleitvermögens ist auf der Maschenseite MS des Vlies-Nähgewirkes 2 (Malivlies oder Kunit) ein Wirbelvliesstoff 1 angeordnet. Der Wirbelvliesstoff 1 besteht aus einem aerodynamisch gebildeten Wirrvlies, das mittels energiereicher Wasserstrahlen verdichtet und verfestigt ist. Im Berührungsbereich 3 von Wirbelvliesstoff 1 und Vlies-Nähgewirke 2 sind Fasern des Wirbelvliesstoffes 1 mit den an der Oberfläche des Vlies-Nähgewirkes 2 liegenden Fasern ganzflächig verbunden, ohne daß Hohlräume entstehen. Dadurch besitzt der Verbundstoff eine feste und dauerhafte Bindung mit einem hohen Trennwiderstand, der sowohl bei der Herstellung als auch im Gebrauch als Polsterkomponente erhalten bleibt.

2. Ausführungsbeispiel: Tiefenfilter für Naß- und Trockenfiltration

Der in Fig. 3 gezeigte Filterverbundstoff besteht aus einem Polvlies-Nähgewirke Kunit 2, das aus einem Faservlies aus synthetischen Fasern mit Feinheiten zwischen 1,0 und 12 dtex und einer Flächenmasse von ca. 60 g/m² gebildet, durch eine Schwingeinrichtung mit 12 bis 34 mm Hub gefaltet und mittels Schiebernadeln vermascht wird. Dieses Polvlies-Nähgewirke Kunit 2 mit Flächenmassen zwischen 50 und 500 g/m² und einer Dicke zwischen 5 bis 12 mm wird zur Verdichtung der Maschenseite MS anschließend einer Anlage zur Wasserstrahlverfestigung vorgelegt. Vor dem Verfestiger wird auf die Maschenseite MS des Polvlies-Nähgewirkes Kunit 2 ein Wirrvlies aus Fasern der Feinheit 0,8 bis 1,7 dtex aufgelegt und gemeinsam durch den Verfestiger geführt. Die Verfestigung erfolgt mit mindestens fünf Düsenbalken und Wasserstrahldrücken zwischen 0,2 und 18 MPa, wobei der Wasserstrahldruck des ersten Düsenbalkens möglichst gering sein sollte. An die Verbundherstellung im Berührungsbereich 3 des Wirbelvliesstoffes 1 mit dem Polvlies-Nähgewirke Kunit 2 mittels energiereicher Wasserstrahlen schließt sich ein Trocknungs- und Fixierprozeß an. Die Trocknungstemperatur und die Verweilzeit sind abhängig von der gewählten Faserstoffart und der Flächemasse des Verbundes.

Der nach diesem Verfahren hergestellte Filterverbundstoff ist hochvoluminös, besitzt durch die hohe Porösität der Anströmseite A und die verdichtete Ausströmseite B die Fähigkeit, hohe Staubkapazitäten aufzunehmen und auch kleinste Partikel (bis 0,3 µm Größe) abzuscheiden. Der Filterverbundstoff ist schnittkantenfest, damit gut konfektionierbar, z. B. zu Taschen filtermedien. Der Einsatz kann zur Feinfiltration u. a. bei der Gasfiltration bis Filterklasse F9 erfolgen. Werden derartige Filterverbundstoffe aus oder mit hydrophilen Fasern hergestellt, sind diese Verbunde insbesondere für den Einsatz als Autofilter geeignet.

3. Ausführungsbeispiel: Isolationsmaterial

Für das Isolationsmaterial gemäß Fig. 4 wird aus synthetischen oder natürlichen Fasern mit Feinheiten zwischen 3,6 und 15 dtex ein Faserflor von ca. 100 g/m² gebildet, in Falten gelegt und einseitig vermascht. Das so entstandene hochvoluminöse Flächengebilde besitzt eine großporige Maschenseite MS und eine flauschige Faserpolseite. In einem weiteren Arbeitsgang wird auch die Faserpolseite vermascht, die die Maschenseite MS1 bildet. Danach wird auf das zweiseitig vermaschte Flächengebilde Multiknit 2 ein Faservlies 1 mit einer Flächenmasse zwischen 50 und 300 g/m² aus Standard- oder Spezialfasern, z. B. hochtemperaturbeständigen, schwerentflammbaren oder plastischen Fasern aufgelegt und mittels Hochdruckwasserstrahlen mit dem beidseitig vermaschten Flächengebilde Multiknit 2 im Berührungsbereich 3 verbunden. Der Wasserstrahldruck des ersten Düsenbalkens sollte dabei möglichst gering gewählt werden. Der Wasserstrahldruck der folgenden Düsenbalken ist abhängig von der Flächenmasse der aufzubringenden Vliesschicht 1 und kann zwischen 5 und 40 MPa gewählt werden. Nach dem Verbinden wird der Verbundstoff durch Vakuumabsaugung oder mittels Foulardwalzen entwässert, getrocknet und fixiert. Je nach Anforderung kann vor der Trocknung eine zusätzliche Behandlung mit Textilhilfsmitteln, z. B. Flammschutz, Versteifungsmittel, in den Prozeß integriert werden.

Der nach diesem Verfahren hergestellte Verbundstoff ist formstabil, besitzt eine großporige Oberfläche auf der Maschenseite MS1 und eine gegenüberliegende glatte Seite mit feinen Poren. Durch den angearbeiteten Wirbelvliesstoff 1 werden die Poren der Maschenseite MS derart verdichtet, daß sich die Luftdurchlässigkeit des Flächengebildes Multiknit 2 auf 1/3 bis 1/4 reduziert. Das Volumen, die Atmungsaktivität und die Dämmwirkung des Flächengebildes Multiknit 2 bleiben erhalten. Durch die Verdichtung auf einer oder beiden Maschenseiten MS, MS1 kann der Verbundstoff auch Spezialfunktionen erfüllen.

4. Beispiel: Schulterpolster

Nach Fig. 5 ist ein Polvlies-Nähgewirke Kunit 2 aus 20% PES-Bindefaser (4,4 dtex/50 mm) mit 40% PES (4,4 dtex/60 mm) und 40% PES (7,0 dtex/60 mm), einer Flächenmasse von 250 g/m², einer Stichlänge von 2,5 mm und mit Polfalten, die durch einen Schwinghub von 34 mm gebildet sind, wird auf der Polseite PS mit einem Faservlies 4 aus 15% PES-Bindefasern (4,4 dtex/50 mm) und 85% PES (1,7 dtex/38 mm) und einer Flächenmasse von 80 g/m² abgedeckt. Dieses Faservlies 4 wird mittels Wasserstrahlen mit dem Polvlies-Nähgewirke Kunit 2 an dessen Polseite PS verbunden. Der Verbund wird thermisch verfestigt bei einer Temperatur von ca. 160°C. Bei der Verfestigung in einer vorgegebenen Form können z. B. Schulterpolster mit dem jeweils vorgegebenen Dickenprofil hergestellt werden. Der Wirbelvliesstoff 1 einerseits und die Maschenstruktur MS andererseits ergeben beidseitig eine geschlossene Oberfläche, die noch durch die thermisch aufgelösten Bindefasern verfestigt ist. Derartige Vliesstoffkörper bedürfen keiner weiteren textilen Hülle.

5. Beispiel: Saugkörper für den Einsatz in der Medizin oder im Hygienebereich

Der in Fig. 6 dargestellte Verbundstoff wird aus einem voluminösen Nähgewirke 2 (Kunit, Multiknit, KSB) mit einer Flächenmasse von 200-500 g/m² und einer hydrophilen Faser, z. B. Viskose- oder Lyocellfaser (1,0-3,3 dtex, 22-90 mm) oder einer Mischung daraus gefertigt, der auf seiner Vorderseite VS mit einem Faservlies 1 aus den gleichen Faserstoffen der Feinheit 1,0-1,7 dtex und 22-60 mm Faserlänge einseitig mittels Wasserstrahlen in 1 bis 4 Passagen mit ansteigenden Drücken von 3 bis 18 MPa im Berührungsbereich 3 verbunden wird. Anstelle des Faservlieses 1 kann auch ein bereits vorverfestigter Wirbelvliesstoff eingesetzt werden. Durch die Verwendung der unter Einwirkung von energiereichen Wasserstrahlen (<10 MPa) fibrillierenden Lyocellfasern wird die innere Oberfläche des Vliesstoffverbundes erhöht, die Poren werden verkleinert und es wird die Saugfähigkeit des Verbundstoffes erhöht. Der Einsatz von ausschließlich Faserstoffen auf Cellulosebasis gewährleistet die Verrottbarkeit der daraus hergestellten Produkte. Auf der Rückseite RS des eingesetzten Nähwirkvliesstoffes 2 ist ein zweites Faservlies bzw. ein vorgefertigter Vliesstoff 1a aufgelegt und mit 1 bis 2 Passagen und Wasserdrücken von 3 bis 15 MPa verfestigt im Berührungsbereich 3a mit dem Nähgewirke 2 verbunden. Wenn diese Faserschicht 1a z. B. aus hydrophoben Fasern, beispielsweise Polypropylen, aufgebaut wird, bildet diese Seite RS des Verbundstoffes die "trockene" Seite.

Des weiteren besteht die Möglichkeit, splittfähige Fasern vom Typ konjugierte Polymerkombinationen, z. B. PES-/PE-F, PES-/PA-F in der Feinheit 3,4 dtex und einer Faserlänge von 3 bis 51 mm für die Faserschicht 1a auf der Rückseite RS des Nähgewirkes 2 einzusetzen. Diese Fasern splitten ebenfalls unter Einwirkung von energiereichen Wasserstrahlen < 10 MPa in dreieckige Segmente einer Feinheit von ca. 0,22 dtex auf. Es tritt der gleiche Effekt wie beim Einsatz der fibrillierenden Lyocellfasern bezüglich der Verbesserung der Saugfähigkeit durch Erhöhung der Vliesstoffdichte und Verkleinerung der Poren im Vliesstoffverbund auf.

Claims

1. Textiler Schichtverbundstoff aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen textilen Schichten, die ohne Einsatz von zusätzlichen Bindemitteln fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (1) von einem Wirbelvliesstoff gebildet wird, der mit der Schicht (2), die aus einem textilen Flächengebilde besteht, durch gegenseitiges Verschlingen von Fasern, Filamenten oder Teilen davon in dem Berührungsbereich (3) der Schichten (1, 2) ganzflächig ohne Ausbildung von Hohlräumen fest verbunden ist, wobei die Schicht (1) eine Querschnittsstruktur hoher Dichte und die Schicht (2) eine Querschnittsstruktur niedrigerer Dichte besitzt, wie die Ausgangsstruktur vor dem Verbinden.

2. Textiler Schichtverbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelvliesstoff (1) auf der Vorder- und/oder Rückseite (VS, RS) des Flächengebildes (2) angeordnet ist.

3. Textiler Schichtverbundstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelvliesstoff (1) aus einem Faser- oder Filamentvlies gebildet ist.

4. Textiler Schichtverbundstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengebilde (2) aus einem Gewebe, Gewirke, Gestrick, einem ein- oder mehrschichtigen Vliesstoff beispielsweise Nähvlies, Kunit, Multiknit, Kunit-Schicht-Verbund (KSB), Polvliesstoff Struto oder einem dilourisierten Nadelvliesstoff besteht.

5. Textiler Schichtverbundstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengebilde (2) eine bzw. zwei Maschenseiten (MS, MS1) aufweist.

6. Textiler Schichtverbundstoff nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengebilde (2) durch zusätzliche Faservliese aus Fasern oder Filamenten, Vliesstoffen, Flächengebilden oder Fäden aus textilem oder nichttextilem Material verstärkt ist.

7. Schichtverbundstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengebilde (2) und der Wirbelvliesstoff (1) aus gleichem oder unterschiedlichem Fasermaterial bestehen.

8. Verfahren zur Herstellung eines textilen Schichtverbundstoffes aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen Schichten ohne Einsatz von zusätzlichen Bindemitteln nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels senkrecht oder diagonal verlaufender Hochdruck-Medienstrahlen Fasern oder Filamente einer Schicht (1) zu einem Wirbelvliesstoff verdichtet und verfestigt werden, dabei gleichzeitig Fasern, Filamente oder Teile von diesen aus einer Schicht (1) mit den im Berührungsbereich (3) der zu verbindenden Schichten (1, 2) befindlichen Fasern, Filamenten, oder Teilen von diesen aus einer Schicht (2) verschlungen und die Schichten (1; 2) über die gesamte Fläche durchgehend gleichmäßig fest miteinander verbunden werden, wobei Faser- und/oder Filamentteile in die an der Oberfläche der Schicht (2) befindlichen Poren ein- und angelagert werden, die zu einer Verdichtung der Oberfläche an der Schicht (2) führen ohne daß die Struktur des Flächenquerschnittes der Schicht (2) verändert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges oder gasförmiges Medium für die Strahlen eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Medienstrahlen beidseitig eingesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbinden der Schichten (1, 2) eine der bekannten Thermobehandlungen gegebenenfalls unter Einsatz von Textilhilfsmitteln, beispielsweise Flammschutzmittel oder dgl., erfolgt.