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Schichtstoffe mit Spinnvlies Gegenstand der vorliegenden Erfindung
sind Schicht-oder Verbundstoffe, die in Schichten aus verschiedenen Materialien
aufgebaut sind, und deren Merstellung, wobei mindestens eine Schicht t von einem
Spinnvlies gebildet wird. Die übrigen Schichten bestehen aus Werkstoffen, die für
den jeweiligen Anwendungs-zweck dieser Schichtstoffe geeignet sind, beispielsweise
ebenfalls aus Faservliesen endloser Fäden oder endlich langer Fasern.
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Die Herstellung von Spinnvliesen aus organischen synthetischen Polymeren
ist grundsätzlich bekannt. Der Rohstoff wird in bekannten Vorrichtungen aufgeschmolzen
und durch Spinndüsen extrudiert, Die aus den Spinndüsen austretenden Fäden werden
von Luftströmen, die vorzugsweise in Kanälen geführt werden, erfaßt und auf einen
geringeren Durchmesser ausgezogen. Anschließend werden die Fäden auf einem luftdurc1lässigen
Siebband abgelegt, wobei die Luft unterhalb des Siebbandes abgesaugt wird. Durch
ebenfalls bekannte Vorrichtungen kann man
die Faden-Luftstrahlen
so schwenken, daß eine möglichst gleichmäßige Verteilung der endlosen oder im wesentlichen
endlosen Fäden im Vlies vorliegt, Die besonderen Eigenschaften der Spinnvliese -
man kann u.a.
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sehr dünne Fasern und dünne, gleichmäßige Vliese herstellen -lassen
sich noch vervielfachen, wenn man sie fAr Schicht- oder Verbundstoffe einsetzt,
So können Filter für die Luft- oder Flüssigkeitsfiltration hergestellt werden, bei
denen ein gröberes Faservlies, beispielsweise aus grobtitrigen Stapelfasern, als
Vorfilter dient und auf dieses Vorfilter ein Spinnvlies aufgelegt wird, welches
durch dünnere Fasern die Filtration kleinerer Partikel übernimmt. Auch für andere
tGaterialien, beispielsweise lederartige Stoffe, bildet diese Übereinanderschichtung
von Materialien verschiedener Struktur, also z b von höherem oder geringerem Volumen,
Vorteile. Es ist das Ziel der Erfindung, auf möglichst einfache Weise derartige
Schichtstoffe herzustellen, wobei mindestens eine Schicht bei dem im folgenden näher
erläuterten Verfahren aus einem Spinnvlies gebildet wird. Diese Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß in einem Arbeitsgang die Fäden versponnen, mit Bindemittel versehen
und zu einem Vlies abgelegt werden. Im einfachsten Fall besteht der erbundwerkstoff
aus zwei Schichten, wovon eine ein Spinnvlies ist. In diesem Fall wird das Spinnvlies
direkt auf die andere Komponente des späteren Verbundstoffes aufgesponnen. Dieser
andere Werkstoff, beispielsweise ein Faservlies, läuft dabei auf dem Auffangband
mit, so daß die gesponnenen Fäden sich auf ihm ablegen. Das Bindemittel wird in
den Faden-Luftstrahl eingesprüht, so daß es bereits vor der Ablage der Fäden an
diese gelangen kann, Die näheren Einzelheiten sollen an der Fig. 1 erläutert werden.
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Ilier sind schematisch die verschiedenen Aggregate des Verfahrens
dargestellt, In eine Spinndüse 1 tritt die Kunststoffschmelze in Richtung des eingezeichneten
Pfeiles 2 ein, verteilt sich
dann innerhalb der Düse, so daß aus
den angedeuteten Spinnlöchern 3 die Schmelze gleichmäßig heraustritt. In einem gewissen
Abstand zur Düse befindet sich der Abzugsluftkanal 4, in den seitlich längs der
Rohre 5 Luft unter bestimmtem Druck eintritt. In bekannter Weise wird diese Luft
über Schlitze nach unten gelenkt und bewirkt durch das Ejektorprinzip, daß aus dem
Raum zwischen Spinndüse-und Kanal Luft angesaugt wird. Die einzelnen Fäden 11, die
durch die lineare Anordnung der Spinnlöcher 3 eine, Fadenschar bilden, werden in
den Kanal eingesaugt und, da nun eine Kraft durch die Luftströmung auf sie ausgeübt
wird, auf einen kleineren Durchmesser ausgezogen. Der luftkanal 4 kann sich in Strömungsrichtung
diffusorförmig erweitern, zwischen dem Luftkanalende und dem Auffangband 6 befindet
sich eine Freistrahlstrecke 12. iiier-sind seitlich zur Fadenschar Sprühvorrichtungen
8, 8' und 9, 9 angebracht. Es genügt auci1 häufig, wenn diese nur an einer Seite
der Fadenschar angeordnet sind.
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Ein geeignetes Bindemittel wird durch diese Sprühvorrichtungen in
den Faden-Luftstrahl eingeblasen. Es hat sich gezeigt, daß bei richtiger Stellung
der Sprühdüsen zum Faden-Luftstrahl eine innige Vermischung des Bindemittels mit
den Fäden erzeugt werden kann. Das Auffangband 6 ist mit dem die zweite Komponente
des -Schichtstoffes darstellenden Material 7 bedeckt. Dieses muß möglichst luftdurchlässig
sein. Andernfalls muß die seitwärts strömende Luft durch entsprechende½Vorrichtungen
abgeführt werden. Die Fäden legen sich auf diesem Werkstoff in vlirrlAge ab; die
Luft durchtritt den Stoff 7, anschließend das Auffangband 6 und wird dann in bekannter
Weise fortgeführt. Das Bindemittel haftet sowohl an den einzelnen Fäden 11, durch
die Luftströmung tritt aber auch ein gewisser Teil in den Stoff 7 ein und bewirkt
dadurch eine Haftung zwischen beiden Stoffen, die je nach Wunsch durch die Stellung
der Sprühdüsen zur Fadenschar stärker
oder schwächer sein kann.
Durch die Stellung der vorderen Düsen 8, 8' ' zur Fadenschar kann man die Oberseite
des die Vlieslegezone 10 verlassenden Spinnvlieses stärker einbinden wenn man nicht
alles Bindemittel in den Faden-Luftstrahl einbläst, sondern einen bestimmten Teil
auf die Oberseite gelangen läßt.
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Es ist natürlich auch möglich, auf diese Weise Spinnvliese allein
herzustellen, die im gleichen Arbeitsgang durch das Binsprühen des Bindemittels
auch verfestigt werden. Dabei bereitet es aber häufig Schwierigkeiten, das Bindemittel
zwar ins Faservlies zu bekommen, nicht aber eine Bindung zwischen Vlies und Auffangband
entstehen zu lassen. Man kann das Auffangband allerdings mit einem entsprechend
ausgerüsteten Gewebe versehen, so daß die iiaftung zwischen diesem und dem Spinnvlies
möglichst gering ist; außerdem können Waschvjorrichtungen für das Auffangband angebracht
werden, durch die das Bindemittel, welches sich dort festgesetzt hat, stetig entfernt
wird. Besonders günstig liegen bei dieser Art der Verfestigung jedoch die Verhältnisse,
wenn man die beschriebenen Verbund- oder Schichtstoffe herstellt.
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Dabei übernimmt das Bindemittel, welches nicht im Spinnvlies bleibt,
sondern durch die abströmende Luft fort-getragen wird, die Haftung zwischen dem
Spinnvlies und dem Stoff, auf den es aufgesponnen wird.
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Illit dieser Art der Bindemittelverfestigung von Spinnvliesen lassen
sich voluminösere Vliese herstellen, da im Unterschied zu anderen Bindeverfahren,
bei denen das Bindemittel durch Tränkung iri das Vlies eingebracht und anschließend
abgequetscht wird, je nach Höhe der Luftgeschwindigkeit, mit der das abgelegte Vlies
durchstrOmt wird: ein melir oder weniger bauschiger Fasern verband erzeugt werden
kann.
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Man kann durch isnderung des Bindemittels auch noch besondere Effekte
erzielen. Verwendet man wärmesensibilisierte Bindemitteldispersionen, z.B. synthetischen
Katschuk oder aerylester,
so kann man diese so einstellen, daß sie
beider Temperatur, die im Luftstrahl herrscht, (diese Temperatur wird vom Kompressionsverhältnis
des den Luftkanal 4 versorgenden Kompressorsvorgegeben) koagulieren. Mit einer derartigen
wärmesensibilisierten bindemitteldispersion gelang es, daß sich das Bindemit-tel
in kleinen Tröpfchen auf den Fasern niederschlug und keine voll- -ständige Bedeckung-der
Fäden auftrat, wie sie sonst vorzugseise an den Kreuzungspunkten der Fäden entsteht.
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Sprt man das Bindemittel in den Faden Luftstrahl ein, so gelangt auf
dem Wege vom Kanalende bis zum Auffangband nur-ein gewisser Teil an die Fäden, das
übrige Bindemittel liegt im Luftstrahl tröpfchenförmig vor und schlägt sich erst
bei-der Vliesablage auf den Fäden nieder. Man kann das Bindemittel in verstärktem
Maße in der Freistrahlzone 12 an die Fäden bringen, wenn man zwischen den Sprüheinrichtungen
und den Fäden ein elektrisches Feld herstellt, in der Weise, daß Fäden und Sprüheinrichtungen
entgegengesetztes elektrisches Potential haben.
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Durch die Vereinigung des Spinnprozesses mit der Verfestigung des
Vlieses ergibt sich auch der Vorteil, daß die zur Verstrekkung der Fäden benötigte
Luft gleich zur Trocknung des Vlieses benutzt werden kann, Im allgemeinen verwendet
man Bindemittel, die in Wasser dispergiert sind und zar beispielsweise in Konzentrationen
von 5 bis 20 i, Das Wasser muß abgetrocknet werden. Da die Verstreckungsluft, die
häufig eine Temperatur oberhalb der Umgebungsluft hat, das Vlies durchströmt, wird
auf diese Weise bereits ein wesentlicher Anteil des Wassers in die Luft verdunstet
oder verdampft, Es genügt meistens, wenn das Spinnvlies anschließend gemeinsam mit
dem Trägermaterial,-auf das es aufgesponnen wurde, unt-er Heizstrahiern hindurchgeführt
wird, die die restliche Trocknung übernehmen.
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Ueispiel Aus Spinndüsen, bei denen die Spinnöffnungen in einer oder
mehreren Reihen angeordnet waren, wurde ?olypropylen ausgesponnen.
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Der Spinndilse war ein Extruder vorgeschaltet Im Abstand von etwa
30 cm befand sich ein Abzugsluftkanal, der sich ilber die gesamte 3reite der Fadenschar
erstreckte, eine Weite von 10 mm hatte und 1 m lang war. Im Kanal herrschte eine
LuftgeschulinditT-keit von 3,000 bis 4.500 imin. Der Abstand zwischen Kanalende
und Auffangband betrug 80 cm. 3eiderseits der Fadenschar unterhalb des Kanals waren
je zwei Spritzdüsen angebracht, die einer flachen Strahl erzeugten. Die einzelnen
Spritzdtlsen waren so eingestellt, daß sich ihre Strahlen möglichst gut zu einer
gleichmäßigen Bindemittelverteilung überlappten, Auf dem Auffangband 6 wurde ein
Vlies aus Stapelfasern (Zellwolle, 4 den) mitgeführt. Das Flächengewicht dieses
Stapelfaservlieses betrug beispielsweise 150 g/m2. Das Auffangband wurde mit einer
Geschwindigkeit bewegt, die ein Flächengewicht des Spinnvlieses von 120 g/m2 ergab.
Der Durchsatz pro Düsenloch betrug 0,3 cm3/min. Es waren bei der einzeiligen Düse
240 Löcher vorhandeln, bei einer vierzeiligen 400. Das Bindemittelgewicht betrug
20 g/m2. Als Bindemittel wurde eine wässrige Dispersion von Polyacrylester (Acronal
21 D, BASF) in einer Konzentration von 20 z verwendet. Es ergab sich dabei ein guter
Zusammenhalt des Spinnvlieses und ebenfalls zwischen Spinnvlies und Stapelfaservlies.
Die Fäden an der Oberseite des Spinnvlieses waren sehr gut eingebunden. Dieses Produkt
wurde als Luftfilter eingesetzt.
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Während hierbei die Fäden etwa einen mittleren Durchmesser von 12
y hatten und damit der Filtration kleiner Teilchen gewisse Grenzen gesetzt waren,
konnte ein Feinfilter aus Fäden unter 7 in folgender Weise hergestellt werden:
Aus
einer- einzeiligen Spinndüse mit 240 Löchern, die einen Durchmesser von 400 y hatten
wurde bei einer Temperatur von 360°C Polypropylen ausgesponnen. eben den Spinnöffnungen
hefand sich ein Schlitz, aus dem Luft von etwa gleicher Temperatur unter Geschwindigkeiten
von etwa 280 m/sec, austrat, Die genaueren Linzelheiten dieser Spinndüse sind u.a.
in der US-Patentschrift 3 379 811 dargestellt. Unter der Düse befand sich ein Abzugsluftkanal
4 mit einer Weite von 15 mm. Das Ubrige blieb im wesentlichen unverändert. Mit dieser
Spinneinrichtung wurden ebenfalls Spinnvliese auf Stapelfaservliese für die lierstellung
von Filtern aufgesponnen. Durch den geringeren Faserdurchmesser w-ar die Staubabscheidung
wesentlich erhöht. Das Stapelfaservlies diente als Vorfilter und als Staubspeicher,
während das Spinnvlies die restliche -Filtration übernahm und der Reinluftseite
zugekehrt war.
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Bei der Verwendung dieser Verbundstoffe aus Faservliesen für Filter
ergaben sich gegenüber Filtern aus Glasfasern besonders die Vorteile, daß die endlosen
Fäden fest eingebunden waren und daß beim Handhaben der Filtermatten keine Fadenbrüche
auftraten. Dadurch konnte verhindert werden, daß sich Faserstücke aus dem Verband
lösten.
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Für Filter mit hohen Ahscheidegraden, z.i3. Aerosolfiltern, ist es
oft erwünscht, in Strömungsrichtung eine zunehmende Feinheit- der Fasern und höhere
Packungsdichte, also geringeres Fließvjolumen zu haben. Reicht dazu eine Spinnvliesschicht
auf dem größeren als Vorfilter dienenden Flächengebilde nicht aus, so kann man recht
einfach mehrere Spinnvliesschichten aufeinanderlegen, indem man mehrere Düsen in
Laufrichtung des Vlieses hintereinander anordnet und die Spinnbedingungen so einstellt,
daß die Fasern vjon Vlies zu Vlies feiner werden. Das Volumen
der
einzelnen Vliese läßt sich dabei durch die Geschwindigkeit, mit der die Verstreckungsluft
das Ablageband durchströmt, in gewissen Graden regeln. Eine Verringerung der Luftgeschwindigkeit
und Verteilung auf eine breitere Fläche kann dabei durch einen Diffuser am unteren
Teil des Kanals 4 hervorgerufen werden.
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eben der Verwendung dieser Verbundstoffe als Filter ergeben sich.naturgem&ß
noch andere Anwendungsmöglichkeiten, deren Schilderung hier unterbleiben kann. Neben
der Einbringung des Bindemittels durch eine Sprühvorrichtung können auf ähnliche
Art auch Füllstoffe in das Vlies eingebracht werden. Der Vorteil dieser Methode
liegt besonders darin, däß eine genaue Dosierung eingesprühten Stoffes in das Vlies
gelangt. Die Stoffe liegen im Vlies in ziemlich gleichmäßiger Verteilung vor. Bei
zu hohen Luftgeschwindigkeiten wirkt sich aber eine Anreicherung zur Unterseite
durch die Luftströmung aus. Deshalb ist die beschriebene Koagulation des Bindemittels
an den Fasern häufig von Vorteil, da dann eine weitere Migration nach der Ablage
der Fäden verhindert bzw, weitgehend eingeschreEnkt wird. Bringt man Füllstoffe
und Bindemittel gleichzeitig ein, so wird auch das Wandern der Füllstoffe zur Unterseite
des Vlieses hin stark iingeschränkt.