DE2831403A1

DE2831403A1 - Faservliesbahn und verfahren zum kontinuierlichen herstellen einer gleichmaessigen faserdispersion

Info

Publication number: DE2831403A1
Application number: DE19782831403
Authority: DE
Inventors: Bernard William Conway; Nelson Leroy Fegley; James Moran
Original assignee: Dexter Corp
Current assignee: Dexter Corp
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1979-12-13
Also published as: NO782477L; JPS6211116B2; IN149182B; DK155534B; NL178989B; IT1097830B; FR2427425A1; AR217309A1; FI74055B; DK155534C; NL7807718A; CA1080016A; FI782289A; IT7825859A0; GB2022165B; ES471915A1; LU80000A1; AU524911B2; DK320278A; MX7521E

Description

Faservliesbahn und Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer gleichmäßigen Faserdispersion

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Faserdispersionen, die bei der Papierherstellung benutzt werden, und auf nach dem Naßverfahren hergestelltes Flächenmaterial aus anorganischen Fasern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neues und verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von gleichmäßigen Faserdispersionen und leichte Glasfaservliese mit gleichmäßiger Faserverteilung, die auf Papiermaschinen in Produktionsgröße hergestellt sind.

Anorganische Faservliesmaterialien, wie Glasfaserpapiere, werden zwar bereits seit beträchtlicher Zeit hergestellt, sie stellen aber den Papierhersteller immer wieder vor spezielle Probleme hinsichtlich einer gleichmäßigen Faserverteilung. Dasselbe gilt für Faservliesmaterial, das überwiegend aus synthetischen Fasern großer Länge, die nicht aus

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Glas bestehen, hergestellt wird. In diesem Zusammenhang ist in der Fachwelt anerkannt, daß die Gleichmäßigkeit der Faserdispersion vor der Bildung des Flächenmaterials untrennbar an eine gleichförmige Faserformation innerhalb des sich ergebenden Bahnmaterials gebunden ist. Aufgrund der mit der Erzielung der notwendigen gleichförmigen Fasersuspension verbundenen Schwierigkeiten haben die sich ergebenden anorganischen Vliese aus Fasern von geringem Durch-

2 messer ein hohes Flächengewicht von etwa 50 g/m und mehr, da die schwereren Materialien dick genug sind, um die Ungleichmäßigkeit en der sich ergebenden Faseranordnung nicht in Erscheinung treten zu lassen. Bei der typischen Papierherstellung nach dem Naßverfahren haben die anorganischen Fasern Durchmesser von nur wenigen Mikrometern und werden, wie die nicht aus Glas bestehenden synthetischen Fasern, dem Dispersionsmedium in Form von aus Vielfachfasersträngen gehackten Bündeln zugeführt. Das Dispersionsmedium für Glasfasern ist gewöhnlich eine wässrig-saure Lösung und kann etwas viskos sein, um die Dispersion und Trennung der einzelnen Fasern innerhalb des Vielfachfaserbündels zu fördern und aufrechtzuerhalten. Typischerweise werden die Fasern in das Dispersionsmedium eingebracht und innerhalb eines Holländers oder Pulpers gerührt, um die Bündel aufzutrennen, und anschließend xvird das Material in Aufbewahrungsbehälter gefördert, die herkömmliche Mischeinheiten enthalten, welche die Fasern in ihrem gewünschten suspendierten oder dispergierten Zustand halten. Wenn während der anfänglichen Dispersion der Fasern nicht ausreichend gerührt wird, ergibt sich eine unvollständige Trennung der einzelnen Fasern und es sind Faserbündel innerhalb des erhaltenen kontinuierlichen Flächenmaterials sichtbar.

In den letzten Jahren sind Glasfasern und nicht aus Glas bestehende synthetische Fasern mit niedriger den-Zahl, die länger sind als bei der Papierherstellung üblich, nämlich

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Fasern mit einer Länge zwischen etwa 6,3 und 25,4· mm und darüber "benutzt worden. Wenn jedoch diese Pasern nach dem bekannten Verfahren dispergiert werden, zeigt es sich, daß die einzelnen Pasern dazu neigen, sich im Holländer und in den Aufbewahrungsbehältern zu verschlingen und zu verklumpen und nicht ohne weiteres wieder dispergiert werden können, was Klumpen oder andere Unregelmäßigkeiten in dem Flächenmaterialprodukt ergibt. Es hat sich außerdem gezeigt, daß sich die langen Glasfasern wieder so ansammeln, daß Vielfachfasergruppierungen gebildet werden, die die Konfiguration eines Heuhaufens oder einer Spinne haben. Diese "Heuhaufen" können in schweren Materialien und für gewisse Anwendungsfälle, in denen es nicht auf das äußere Erscheinungsbild des Plächenmaterials ankommt, hingenommen werden, sie sind jedoch als Hauptfehler bei leichten Materialien und für diejenigen Anwendungsfälle anzusehen, in welchen das Glasflächenmaterial einen Oberflächenschleier bildet oder eine glatte Oberfläche eines verstärkten Kunststoffgebildes bilden soll.

Die dickeren, schweren Glasflächenmaterialien wurden in Vinylfußbodenbelagplatten und dgl. verwendet, um eine Maßbeständigkeit zu erzielen. In das schwere Glasflächenmaterial dringt jedoch Harz schlecht ein und es kommt deshalb zu einer mäßigen Laminatbildung, ait der Folge, daß die Platten dazu neigen, sich in einzelne Schichten aufzuspalten. Dünne, leichte, handgeschöpfte Plächeninaterialien mit guter Paserverteilung können unter Aufwendung entsprechender Sorgfalt einzeln hergestellt werden. Die gleichmäßige Paserverteilung, die erforderlich ist, um die mit dem Auge wahrnehmbare Variation der Gesamtdichte, den sog. "Wolkeneffekt", zu beseitigen und mit einer beträchtlichen Verringerung von isolierten Mehrfaserbündeln oder "Heuhaufen" verbunden ist, ist jedoch auf kontinuierlichen Papiermaschinen bei der Herstellung von leichtem Gasfaservliesmaterial nicht erreicht

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worden.

Bei einer kontinuierlichen Papierherstellung auf Produktionsbasis wird Langfaserflächenmaterial typischerweise aus sehr verdünnten Fasersuspensionen unter Verwendung einer Schrägsieb- oder ähnlichen Papiermaschine hergestellt. Bei solchen Maschinen wird ein herkömmlicher offener Stoffauflauf mit ausreichendem Fassungsvermögen benutzt, um für die Vliesbildungszone ein ruhiges und relativ spannungsfreies Fluid zu schaffen. Der Vorteil eines solchen Stoffauflaufes ist darin zu sehen, daß in ihm genügend Zeit zum Freisetzen von Luftblasen aus der Fasersuspension vor der Vliesbildung besteht. Diese Lösung eines erwünschtermaßen ruhigen und spannungsfreien Fluids hat jedoch für Suspensionen mit langen Glasfasern einen entscheidenden Nachteil. Es hat sich gezeigt, daß die Luftblasen, wenn sie in dem Stoffauflauf freigesetzt werden, die Bildung von Faser -"Heuhaufen" gestatten oder sogar fördern. Die Blasen tragen diese Mehrfasergruppierungen an die Oberfläche des Vliesmaterials, wenn es gebildet wird. Das ergibt nicht nur ein unter dem Gesichtspunkt der äußeren Erscheinung unannehmbares Flächenmaterial, sondern auch ein unregelmäßig oder rauhes Oberflächengefühl, das leicht festgestellt werden kann, indem einfach mit der Hand über die Oberfläche des Flächenmaterials gestrichen wird.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer gleichmäßigen und homogenen Dispersion von langen Fasern zu schaffen, die zur Bildung von im wesentlichen fehlerfreiem, naßaufgelegtem Faservliesmaterial gut geeignet ist.

Die Erfindung schafft ein neues und verbessertes Verfahren der beschriebenen Art, das eine schnelle Dispersion von langen Kunstfasern innerhalb eines Gebietes oder einer Zone starker

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Turbulenz ergibt. Diese turbulente Zone wird aufrechterhalten, während die Pasern sie passieren, um die Dispersion zu beschleunigen.

Das Verfahren nach der Erfindung erleichtert das schnelle und vollständige Dispergieren von sehr langen Pasern in einem kontinuierlichen Durchströmvorgang durch die Verwendung eines nichtstapelnden Rührflügels, der eine Zone geringeren Druckes, die mit einer Turbulenz von hoher Intensität gekoppelt ist, erzeugt. Das Verfahren ist sowohl bei anorganischen als auch bei organischen Pasern großer Länge anwendbar.

Veiter schafft die Erfindung ein neues und verbessertes langfaseriges Glasfaservliesmaterial von extrem geringem Gewicht, aber mit gleichmäßiger Faserformafcion,das auf Papiermaschinen in Produktionsgröße hergestellt wird.

Das Glasfaservliesmaterial der beschriebenen Art zeigt eine mit dem Auge wahrnehmbare, überall gleichmäßige Paserverteilung und hat ein Minimum an isolierten Mehrfaserfehlern. Das leichtgewichtige Glasflächenmaterial von durchgehender Länge ist im wesentlichen frei von sichtbaren "Volkeneffekt"-Faserdichtevariationen.

Das leichtgewichtige Glaofasernaterial nach der Erfindung weist ein besseres äußeres Erscheinungsbild und bessere physikalische Eigenschaften auf, so daß das Material für die Verwendung in verstärkten Kunststoffilmen, Bodenfliesen und dgl. gut geeignet ist.

Die Erfindung schafft ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen einer gleichmäßigen Paserdispersion aus Bündeln langer Fasern zur Papierherstellung nach dem Naßverfahren. Das Verfahren beinhaltet folgende Schritte: (1) Bilden einer

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anfänglichen Faseraufschwemmung, die vor allem aus einer Dispersionsflüssigkeit mit einer Viskosität von wenigstens etwa 2 cP und langen Fasern in Form von wenigstens teilweise ungeöffneten Faserbündeln besteht, wobei die Fasern in den Bündeln eine Faserlänge von 6,4- mm und darüber und ein Länge-zuDurchmesser-Verhältnis von etwa 4-00:1 bis etwa 3000:1 haben;

(2) kontinuierliches Hindurchleiten der Faseraufschwemmung durch eine in Reihe angeordnete Dispergierkammer, die mit mehreren nichtstapelnden Rührflügeln versehen ist, die eine Rührflügelgröße relativ zu dem Fassungsvermögen der Kammer von wenigstens 0,7 mm/1 haben und so ausgebildet sind, daß sie hinter sich Bereiche verringerten Druckes und strömungsunterbrechender Turbulenz hoher Intensität bilden, wobei die Aufschwemmung kontinuierlich durch die Kammer mit einer Durchsatzgeschwindigkeit hindurchgeführt wird, die beträchtlich größer ist als bei herkömmlichen Papierherstellungs-. faserdispergierkammern, damit die Verweilzeit in der Kammer nur etwa zehn Minuten und weniger beträgt und ein Dispersionsfaktor von mehr als 0,005 geschaffen wird, bei welchem es sich um den Quotienten aus der Rührflügelgröße und der Durchsatzgeschwindigkeit der Aufschwemmung in Tonnen pro Tag handelt;

(3) Einleiten der Aufschwemmung in die Turbulenzgebiete, deren Turbulenz ausreichend stark ist, um während der Verweilzeit in der Kammer die Faserbündel schnell zu öffnen und die einzelnen Fasern zu dispergieren; und (4-) Abführen der dispergierten Fasern und der Flüssigkeit aus der Kammer als im wesentlichen gleichmäßige und homogene Faserdispersion zur anschließenden Vliesbildung in einem Naßpapierherstellungsverfahren. Es wird ein leichtes, anorganisches Faservliesmaterial geschaffen, das aus anorganischen Fasern mit einem Durchmesser im Mikroaeterbereich und mit einer Faserlänge von etwa 6,4- mm oder mehr und aus einer geringen Menge eines Bindemittels für die anorganischen Fasern besteht. Das Vliesmaterial hat ein Flächengewicht von etwa 5-30 g/m , eine Mikrovariation-im Flächengewicht von weniger als 10%, eine Makrovariation im Flächengewicht von weniger als 5% und eine

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Zahl an isolierten Mehrfaserfehlern von weniger als 10 pro

ρ
9,3 m , wobei jeder Fehler eine Agglomeration von Fasern ist, die eine örtliche Differenz in der Vliesdicke von 0,01 mm "und mehr verursacht. Weiter zeigt das Vlies eine optisch wahrnehmbare gleichmäßige Gesamtfaserverteilung, die im wesentlichen frei von "Wolkeneffekt" - Faserdichtevariationen ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten

Verfahrens, das bei der Herstellung des leichten Vliesmaterials nach der Erfindung angewandt wird,

Fig. 2 ein Schema des Verfahrens von Fig.

einschließlich einer Darstellung einer bevorzugten Reihenanordnung aus einer Dispergiervorrichtung und einem Stoff-

auflauf, und

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines

in der Dispergiervorrichtung von Fig. verwendeten Rührflügels, die die sich hinter ihm während des Betriebes bildende Zone starker Turbulenz zeigt.

Ein Hauptfaktor bei der Erzielung der gewünschten gleichmäßigen Faserverteilung innerhalb des sich ergebenden Flächenmaterialprodukts ist, wie oben erwähnt, das Erzeugen einer vollständigen und gleichmäßigen Dispersion oder Suspension der Fasern innerhalb des Dispersionsmediums und das Fördern der intakten Dispersion zu der Bahn- oder Vliesbildungszone. Der übersichtlicheren Beschreibung und des leichteren Verständ-

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nisses halber wird die Erfindung deshalb in Verbindung mit dem bevorzugten angewandten Verfahren beschrieben, und zwar insbesondere in bezug auf dessen Anwendung bei der Bildung des neuen und verbesserten Glasfaservliesmaterials.

Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Qualität einer wässrigen Faserdispersion und die Möglichkeit, sie der Bahnbildungszone einer Papiermaschine zuzuführen. Zu diesen Faktoren gehören die Art der Faser einschließlich der Faserzurichtung und des Zustandes der für die Faserzufuhr verwendeten Fadenstränge, die Zerhackungs- oder Schneidleistung, die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Dispersionsmediums, die Leistungsfähigkeit der Misch- oder Dispergiervorrichtung und die Behandlung des Fasermaterials nach dem Verlassen der Dispergiervorrichtung. Jeder dieser Faktoren ist zwar wichtig, es hat sich jedoch bei der Erfindung gezeigt, daß ein wesentlicher und beträchtlicher Faktor die Intensität der die Fasern trennenden Turbulenz und die Verweilzeit der Fasern innerhalb des Systems zwischen den Punkten, an welchen sie.in die Dispergiervorrichtung eintreten und sie verlassen, und, in dem Fall von Glasfaserdispersionen, die zusätzliche Zeit zwischen der Dispergiervorrichtung und dem Punkt, an welchem sie aus der Dispersion in der Bahnbildungszone der Papiermaschine entfernt werden, sind.

Bei der Erfindung wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse durch völliges Weglassen der bislang verwendeten Aufbewahrungsbehälter und durch Verwendung einer in die Stoffleitung eingebauten Dispergiervorrichtung anstelle der in der Vergangenheit verwendeten Chargenmischer, die für eine starke Turbulenz sorgt, erzielt werden. Im Zusammenhang mit dem Weglassen der Aufbewahrungsbehälter steht die unmittelbare Zufuhr der dispergierten Glasfasern zu einer Verdünnungsstation und die Verwendung eines glatten, ein geringes Fassungsvermögen aufweisenden oder kurzen Stoffauflaufs, in dem es zu einer

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hohen Turbulenz und zu einer hohen Materialgeschwindigkeit kommt. In einem solchen System strömt die Fasersuspension innerhalb von wenigen Sekunden aus der Dispergiervorrichtung zu. der Bahnbildungszone der Papiermaschine und die Verweilzeit innerhalb der Dispergiervorrichtung ist ein Hauptfaktor für die Zeitkontrolle des Durchganges der Glasfasern durch das System. Diese Zeitkontrolle ist wichtig, da es sich gezeigt hat, daß eine optimale Dispersion von langen Fasern relativ schnell erreicht wird, d.h. innerhalb von etwa 1 bis 2 min, und in ihrem gleichmäßigst dispergierten Zustand für eine Zeitspanne von nur 4- bis 5 min gehalten wird. Danach neigen die langen Fasern, insbesondere die dünnen, flexiblen Glasfasern, zum Ansammeln, zum gegenseitigen Verschlingen oder zum Bilden der unerwünschten "Heuhaufen" oder Mehrfaserbündel, die oben erwähnt worden sind. Es ist klar, daß die Papierherstellung nach dem Naßverfahren ein dynamisches System ist, das durch zahlreiche andere Bedingungen oder Faktoren innerhalb des Systems beeinflußt wird, beispielsweise durch die Viskosität des Dispersionsmediums, die Faserkonsistenz, die Geschwindigkeit, mit der die Fasern der Dispergiervorrichtung zugemessen werden, und zahlreiche andere Verfahrensvariable. Infolgedessen wird die exakte Verweilzeit sich in Abhängigkeit von diesen verschiedenen Bedingungen oder Faktoren ändern. Beste Ergebnisse sind jedoch mit kontrollierten Verweilzeiten in der Dispergiervorrichtung von weniger als 10 min und insgesamt von etwa 1 bis 7 min erzielt worden. Ein annehmbarer Arbeitsbereich liegt zwischen etwa 2 und 6 min, während die bevorzugte Verweilzeit etwa 2,5 bis 5 min beträgt.

Die anorganischen Fasern, die bei der Erfindung benutzt werden können, umfassen zwar im wesentlichen sämtliche herkömmlichen anorganischen Materialien, die im Handel in Faserfona erhält lich sind, wie Asbest, Mineralwolle und dgl., Glasfasern werden

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j jedoch im allgemeinen vorgezogen. Die Pasern variieren in

j der Dicke zwar beträchtlich, in der bevorzugten Ausführungsform liegen jedoch die Faserdurchmesser im gröberen Faserbereich, also zwischen etwa 5 pm und 15 um. Selbstverständlich können in besonderen Anwendungsfällen Fasern mit etwas kleinerem oder etwas größerem Durchmesser benutzt werden. Die Glasfasern stellen den Hauptanteil des Fasergehalts dar und machen vorzugsweise soviel wie möglich von dem Fasergehalt aus. So sind etwa 85 bis 90% oder mehr der Fasern in dem Flächenmaterialgebilde anorganische Fasern und vorzugsweise Glasfasern. Gemäß den hier angegebenen Beispielen können Gemische von unterschiedlichen Arten und Größen von Glasfasern benutzt werden oder das Flächenmaterial kann nur aus Glasfasern eines einzigen Typs und einer einzigen Größe hergestellt werden.

Aufgrund der Art der bevorzugt verwendeten Glasfasern ist es im allgemeinen wünschenswert, einen Binder in dem anorganischen Flächenmaterial vorzusehen. Ein Binder kann zwar als eine verdünnte Lösung angewandt werden, nachdem die Bahn hergestellt ist, oder in der Faserzufuhr als ein Teil des Dispersionsmediums enthalten sein, im allgemeinen wird jedoch vorgezogen, Binderfasern zu verwenden, die bis zu 10 bis 15% des Gesamtfasergehalts und vorzugsweise etwa 5 bis 10% desselben ausmachen. Verschiedene Binderfasern können mit guten Ergebnissen verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß von diesen Polyvinylalkoholfasern Ergebnisse liefern, die denen überlegen sind, die sich bei einem Besprühen mit Klebstoffen und dgl. nach der Bahnbildung ergeben. Die Binderfasern verbessern außerdem die Eigenschaften der Handhabung der Bahn in der Papiermaschine. Vorzugsweise werden die Fasern in der Trockenpartie der Maschine aktiviert oder wenigstens weich gemacht, um das Flächenmaterial mit seiner gewünschten ■ strukturellen Integrität zu versehen.

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Die Binderfasern werden der Fasersuspension vorzugsweise während oder nach dem Verdünnen der Faserkonsistenz und vor dem Einleiten der Suspension in den Stoffauflauf der Papiermaschine zugesetzt. So können die Polyvinylalkoholfasern, die als die Binderkomponente der anorganischen Faserbahn dienen, zweckmäßig mit einer Flügelpumpe mit einstellbarer Drehzahl stromabwärts der Verdünnungsstufe zugesetzt werden, ohne die Dispersion der Glasfasern innerhalb des gleichmäßig dispergierten Faserstoffmaterials zu stören. Bei Bedarf kann anschließend eine Leimpressenbehandlung oder eine andere Binderbehandlung in Abhängigkeit von dem besonderen Verwendungszweck, für den das Flächenmaterial vorgesehen ist, angewandt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf anorganische Fasern beschränkt. Lange Fasern, die aus synthetischen organischen Materialien hergestellt sind, können ebenfalls mit gutem Erfolg benutzt werden. So können Kunstfasern, wie Nylon, Bayou, Polyvinylacetat, Polyester, Polyolefine und dgl. oder Kombinationen derselben benutzt werden. Solche synthetischen Fasern bilden typischerweise den Hauptfaseranteil zusammen mit geringeren Mengen an natürlichen Fasern, sie können aber auch ausschließlich als einziger Faseranteil benutzt werden. Die Fasern sind lang, d.h. ihre Län^e beträgt mehr als 6,4· mm, und die Fasern können einen sehr niedrigen den-Wert haben. So können Materialien mit 1,5 den und einer Länge von 19 mm oder mehr ohne weiteres benutzt werden. Diese langen, dünnen und flexiblen Fasern weisen typischerweise zwar ein Länge:Durchmesser-Verhältnis von etwa 700:1 bis 2000:1 auf, wobei ausgezeichnete Ergebnisse bei Verhältnissen von 1000:1 bis 1600:1 erzeugt werden, es können jedoch auch Fasern benutzt werden, die in den breiten Verhältnisbereich von 400:1 bis 3000:1 fallen. Typische Beispiele der bevorzugten Materialien sind Rayon- oder Polyesterfasern mit 1,5 bis 1,8 dpf und einer Länge von 19 mm sowie Polyesterfasern mit 6dpf

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und Längen von 25,4 mm und 38,1 mm.

Diese langen Fasern sorgen für eine höhere Zug- und Reißfestigkeit, erfordern weniger Binder und gestatten eine größere mechanische Bearbeitung der Bahn selbst in deren Naßzustand.

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es hat sich als wünschenswert erwiesen, die langen Fasern kontrolliert oder dosiert zuzuführen, um die besten Faserdispersionseigenschaften zu erzielen. Die Fasern werden vorzugsweise mit einer ausgewählten Geschwindigkeit in eine kontinuierliche, in die Stoffleitung eingebaute Dispergiervorrichtung dosiert und aus der Dispergiervorrichtung direkt der Verdünnungs- und Bahnbildungszone einer herkömmlichen Papiermaschine zugeführt. Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit, die dispergierten Fasern in einer Stoffbütte oder einem anderen Aufbewahrungsbehälter zu halten, und die daraus resultierende Verschlechterung der Qualität der Dispersion. Außerdem ist es ein Vorteil der Erfindung, daß die benutzte kontinuierliche Dispergieranlage im Vergleich zu herkömmlichen sperrigen Stoffaufbereitungsanlagen einen relativ einfachen Aufbau hat und billig ist. Bei Bedarf können die Fasern vorgeschnitten und mit einer Trockenfaserdosiereinrichtung zugeführt werden, in einem Dispersionsmedium vorgemischt oder als kontinuierliche Stränge zugeführt und zerschnitten oder zerhackt werden, wenn sie der in die Stoffleitung eingebauten Dispergiervorrichtung zugeführt werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Schneidvorrichtung, wie etwa einen Zweirollenschneider 10, zu benutzen, die oberhalb des Einlaßtrichters 12 der Dispergiervorrichtung 14 vorgesehen ist, so daß kontinuierliche Stücke oder Fäden 16 von Glasrovings oder Kunstfasersträngen von Spulen 18 zugeführt und zerschnitten werden können, um unmittelbar der Dispergier-

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vorrichtung zugeführt zu werden. Diese Zufuhr der kontinuierlichen Fäden ergibt eine ausgezeichnete Kontrolle sowohl über die Faserlänge als auch über die Geschwindigkeit, mit der die Fasern der Dispergiervorrichtung zugeführt werden. Außerdem ist sie flexibel, denn sie gestattet die Verwendung von unterschiedlichen Faserlängen und ermöglicht, die Faserlängen zu steuern. Gemäß Fig. 2 wird das Dispersionsmedium der Dispergiervorrichtung 14 über eine Leitung 20 ebenfalls durch den Einlaßtrichter 12 zugeführt.

Wenn vorgehackte oder vorgeschnittene Fasern benutzt werden, ist es möglich, die Geschwindigkeit zu kontrollieren, mit der die Fasern der Dispergiervorrichtung zugeführt werden, indem ein Wiegeband oder dgl. zwischen einer Trockenfaserdosiereinrichtung, wie beispielsweise dem Schneider 10, und der Faserdispergiervorrichtung 14, benutzt wird, in welchem Fall die Trockenfaserdosiereinrichtung als Vorzuführer dient, dessen Geschwindigkeit durch ein Signal von dem Wiegeband beeinflußt und kontrolliert wird, um die gewünschte Zufuhrgeschwindigkeit für die Fasern zu erzielen. Stattdessen können die Fasern in einer Dispersionsflüssigkeit vorgemischt werden, um eine anfängliche Faseraufschwemmung von bekannter Konsistenz zu schaffen, die in die in die Stoffleitung eingebaute Dispergiervorrichtung dosiert werden kann. In einer solchen Aufschwemmung ist ein Teil der Fasern bereits dispergiert, aber viele Fasern liegen in Form von teilweise ungeöffneten Faserbündeln vor.

Das Fluid, das als Dispersionsmedium benutzt wird, wird über die Leitung 20 ebenfalls der Einlaufrutsche 12 der Dispergiervorrichtung 14 zugeführt, um darin die gewünschte Faserkonsistenz zu erzeugen. Wenn lange Fasern irgendeines Typs dispergiert werden, sollte vorzugsweise das Dispersionsmedium eine ausreichende Menge an einem die Viskosität modifizierenden

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Mittel enthalten. Typischerweise zeigt die Lösung eine Viskosität über 2 cP und mehr und üblicherweise zwischen etwa 5 und 20 cP. Das Viskositätserzeugende Mittel kann ein natürliches Material, wie beispielsweise Kautschuke, oder ein synthetisches Material, wie Hydroxyäthylcellulose oder irgendein anderes Harz sowie Gemische oder Kombinationen derselben, sein. Die Mittel sind vorzugsweise wasserlösliche Materialien, die allein oder in Kombination mit anderen Materialien benutzt werden können, um die gewünschte Viskosität zu erzeugen. Beispiele für natürliche Kautschuk- oder Gummaterialien sind Johannesbrot- und Guar-Gum-Derivate. Von diesen werden · die Guar-Gum-Derivate vorgezogen, und ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit einer wässrigen Lösung eines handelsüblichen (von der Firma General Mills Company unter der Bezeichnung "Gendriv" vertriebenen) Guar-Gum-Derivats erhalten. Zusätzlich zu den natürlichen Viskositätsreglern ist es auch möglich, synthetische Materialien zu benutzen, wie höhermolekulare Harze, Dispersionsmittel, grenzflächenaktive Mittel und dgl., um die Eigenschaften des Dispersionsmediums zu kontrollieren. Diese synthetischen Materialien sind vorzugsweise wasserlöslich und in der für die Glasfasern verwendeten sauren Umgebung stabil. Unter den synthetischen Viskositätserzeugungsmaterialien sind bevorzugte Harze Polyacrylamid-Polymere, die in verdünnten wässrigen Lösungen bei geringer Konzentration (z.B. 0,025 bis 0,2%) verwendet werden können, um für die gewünschte Viskositätskontrolle zu sorgen. Typisch für solche Materialien ist das unter der Bezeichnung "Separan AP-30" (Dow Chemical Company) und unter der Bezeichnung "Cytame 5" (American Cyanamide Company) vertriebene Polyacrylamidharζ. Ein Beispiel für die verwendete Hydroxyäthylcellulose ist das wasserlösliche Material, das unter der Bezeichnung "Natrosol" (Hercules Chemical Company) vertrieben wird.

Das viskose Dispersionsmedium wird benutzt, da es das gegenseitige Verheddern der langen, dünnen, flexiblen Pasern während des Dispergiervorganges verhindert und mithilft, die Fasern

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während des Hindurchleitens der Suspension durch die Dispergiervorrichtung in ihrem dispergierten Zustand zu halten. Die Viskosität der Lösung wird die erforderliche Verweilzeit beeinträchtigen und muß auf die besondere Faser und Faserkonsistenz, die benutzt werden, eingestellt werden. Ein Medium von hoher Viskosität und eine kurze Verweilzeit könnten zu einem unterdispergierten Faserstoff führen, während eine niedrige Viskosität und eine lange Verweilzeit zu einer Überdispersion und zur Bildung von "Heuhaufen" und anderen Hauptfehlern führen könnten. Eine Viskosität in dem Bereich von etwa 5 bis 10 cP und eine Verw~eilzeit von etwa 2,5 bis 5,0 min ergibt gute Dispersionsergebnisse. Wenn Glasfasern dispergiert v/erden, ist das Medium eine wässrig-saure Lösung, die auch ein geeignetes Mittel zum Kontrollieren der Viskosität enthalten kann. So wird in der bevorzugten Ausführungsform eine wässrige Lösung von verdünnter Schwefelsäure mit einem pH-Wert zwischen etwa 2 und 4 benutzt. Es können aber auch andere Zusätze, wie Dispersionshilfsmit-cel, z.B. grenzflächenaktive Mittel, wie Natriumhexaraetaphosphate (im Handel unter der Bezeichnung ^:iCalgon") dem Dispersionsmedium zugesetzt werden, um die gewünschte Kontrolle über die dispergierten Fasern zu erhalten und mitzuhelfen, die Rekombination von Fasern zu unerwünschten Heuhaufen-Konfigurationen zu verhindern.

Es hat sich, wie erwähnt, gezeigt, daß die Fasern in dem Dispernionrimodium ziemlich nchnell dinpergierb werden und daß innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit ein Spitzenprozentsatz an dispergierten Fasern erreicht wird, woran anschließend die Fasern, insbesondere Glasfasern, dazu neigen, sich etwas miteinander zu verbinden oder zu verknäueln und die unerwünschten "Heuhaufen" zu bilden. So sollte nach dem Erreichen einer optimalen Dispersion das Rühren für eine begrenzte Zeitspanne fortgesetzt und die Verweilzeit der Fasern in der Dispergiervorrichtung so gesteuert werden, daß längeres Rühren vermieden wird. In diesem Zusammenhang hat es sich auch gezeigt, daß selbst

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dann, nachdem die optimale Dispersion mit der gewünschten Verweilzeit erreicht worden ist, die Rühreinrichtungen innerhalb der Dispergiervorrichtung nicht ohne Nachteil für die Qualität der Dispersion abgeschaltet werden können. Selbstverständlich wird die Oberflächenbehandlung der Fasern die Möglichkeit, für die Fasern eine längere Verweilzeit zuzulassen, wesentlich beeinflussen. Bei den meisten Glas- und synthetischen Fasern , die gegenwärtig im Handel erhältlich sind, hat es sich jedoqh gezeigt, daß die optimale Verweilzeit zwischen 2,5 und 5 min liegt, wenn mit einem Dispersionsmedium gearbeitet wird, das eine Viskosität von etwa 5 bis 10 cP hat. Für Glasfasern sollte die Dispersionsflüssigkeit einen pH-Wert von etwa 2 bis 3 bei einer etwas erhöhten Temperatur der Lösung von etitfa 27 bis 38 ⁰C und eine Faserkonsistenz von etwa 0,3 bis 1,0 Gew.-% haben.

Vorzugsweise sollte die Dispergiervorrichtung so ausgebildet sein, daß sie eine relativ glatte Innenfläche hat und frei von Kanten und Flächen ist, an denen die langen Glas- oder synthetisehen Fasern sich verhaken oder hängen bleiben können. Die Dispergiervorrichtung kann jedoch aus mehreren Misch- oder Dispergierstationen oder -kammern mit kontinuierlicher Strömung direkt von Station zu Station bestehen, damit sich die gewünschten Verweilzeitwerte ergeben. Ein charakteristisches Merkmal der Dispergiervorrichtung nach der Erfindung ist sein kompakter Bereich starker Turbulenz. Diese wird erzeugt, indem ein Rührflügel, der in bezug auf das Volumen der Rührflügelkammer groß ist, und ein schneller Durchsatz oder eine niedrige Verweilzeit für die kontinuierlich durch die Dispergiervorrichtung hindurchgeleitete Faseraufschwemmung benutzt werden. Statt einen übermäßig großen Rührflügel in einer herkömmlichen Papierbütte vorzusehen, wird bevorzugt, die in der Stoffleitung angeordnete Dispergiervorrichtung wesentlich kleiner, einfacher und billiger als ein solches Gerät auszuführen. Die geringere Größe hat außerdem den Vorteil, daß in dem System zu jeder Zeit geringere Mengen an Fasern benötigt werden.

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Gemäß Fig. 2 kann die in der .3 fco ff leitung angeordnete Dispergiervorrichtung 14-, die ausgezeichnete Ergebnisse erbracht hat, aus einem insgesamt rechteckigen Dispergierraum bestehen, der in fünf oder mehr einzelne Kammern 22 unterteilt ist, die durch Durchfrußöffnungen 24- miteinander verbunden sind, welche den Strom der Faseraufcchwemmung fortschreitend von einer Kammei zur nächsten leiten, wenn er kontinuierlich durch die Dispergiervorrichtung hindurchgeht. Jede Kammer kann einen oder mehrere Rührer oder Rührflügel 26 enthalten, die die starke und kräftige Rührwirkung erzeugen, die für erforderlich angesehen wird, um die Faserbündel aufzubrechen und die homogene und gleichmäßige Dispersion derselben innerhalb des Dispersionsmediums zu schaffen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Rührflügel 26 mit keinen Schub erzeugenden Schaufeln, wie den Paddeln 28, versehen, so daß sie nicht notwendigerweise den Durchfluß der Aufschwemmung durch die Kammern 22 antreiben oder unterstützen. Die Rührflügel sollten stattdessen so groß sein, daß sie einen großen Bereich starker Turbulenz in der gesamten Ausdehnung der Kammer erzeugen, damit die durch die Kammer strömende Aufschwemmung dieser starken Turbulenz ausgesetzt ist, die bewirkt, daß die Faserbündel in ihre einzelnen Faserkomponenten aufgebrochen werden. Die Rührflügel sollten außerdem von einer nichtstapeinden Konfiguration sein, die verhindert, daß einzelne Fasern an den »Schaufeln des Rührflügels festgehalten werden und sich daran in Form von Bündeln, Knäueln, usw. ansammeln. Sine solche bogenförmig gepfeilte, mit breiter Fläche versehene Schaufelpaddelkonfiguration ist in den Fig. 2 und 5 dargestellt, von denen letztere die Erzeugung einer Wirbelstromzone 30 reduzierten Druckes unmittelbar hinter der Rührflügelschaufel 28 und vor ihr eine turbulente Konvulsionsströmung J2 zeigt, die auf die Fasern innerhalb der Kammer 22 einwirkt.

Es ist, wie erwähnt, ein Merkmal der Erfindung, daß die Rührflügel schaufel eine Größe oder Radialkrümmung zeigt, die gegenüber dem Volumen oder Fassungsvermögen der den Rührflügel beherbergenden Kammer übermäßig groß ist. Beispielsweise kann, in

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einer herkömmlichen Papierbütte mit einem Fassungsvermögen von etwa 56 781 l eine Schaufel benutzt werden, die einen Durchmesser von 762 mm hak, um eine Faserdispersion zu mischen, was ein relatives Rührflügelverhältnis (d.h. der Rührflügelschaufeldurchmesser dividiert durch das Fassungsvermögen der Bütte) von etwa 0,01 mm/1 ergibt. Die in der Stoffleitung angeordnete Dispergiervorrichtung nach der Erfindung sollte andererseits ein relativ kleines Rührflügelverhältnis von wenigstens 0,67 mm/1 aufweisen und hat typischerweise ein relatives Rührflügelverhältnis von etwa 1,34- Ms 6,7 mm/1. Das wesentlich geringere Volumen in bezug auf den Durchmesser des Rührers ergibt einen äußerst kräftigen und turbulenten Zustand hoher Intensität innerhalb der einzelnen Kammern des Dispergierraumes. Da der Rührflügel nicht vom Axialschubtyp ist, ist er außerdem nicht bestrebt, die Aufschwemmung durch die Zone hoher Turbulenz hindurch schnell zu beschleunigen, sondern gewährt der Turbulenz eine ausreichende Zeit der Einwirkung auf die Faserbündel. Die Fasern sind beständig der Turbulenz ausgesetzt, während sie sich in der Kammer befinden, da die relative Größe der Kammer und ihre Gestalt das Vorhandensein von ruhigen Bereichen innerhalb der Kammern verhindern.

Das relative Rührflügelverhältnis sollte, wie erwähnt, mit einem schnellen Durchsatz oder einer geringen Verweilzeit für die durch die Dispergierkammer hindurchgehende Faseraufschwemmung kombiniert werden. In diesem Zusammenhang hat es sich gezeigt, daß ein Dispersionsfaktor von größer als 0,01 erzielt werden sollte, um die erwünschte gleichmäßige und homogene Faserdispersion zu schaffen. Der Dispersionsfaktor ist der Quotient aus dem relativen Rührflügelverhältnis und der Durchsatzgeschwindigkeit der Aufschwemmung in Tonnen pro Tag (d.h. in Tonnen pro 24 h). Sine herkömmliche Papierbütte mit einem relativen Rührflügelverhältnis von 0,002 und einem Durchsatz von ungefähr 20 Tonnen pro Tag wird einen Dispersionsfaktor von 0,0001 aufweisen. Dagegen hat die in der Stoffleitung

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angeordnete Dispergießvorrichtung nach der Erfindung einen Dispersionsfaktor, der um wenigstens das Zehnfache und mehr größer ist. Der Dispersionsfaktor nimmt zu, wenn die relative Rührflügelgröße zunimmt, und ist wesentlich größer als 0,005. Tatsächlich liegt sein Wert in einem Bereich von etwa 0,01 bis etwa 2,0 ,wobei der bevorzugte Faktor einen Wert von etwa 0,05 bis etwa 1,0 hat. Beispielsweise wird die in der Stoffleitung angeordnete Dispergiervorrichtung, die ein typisches relatives Rührflügelverhältnia zwischen 0,2 und 1,0 hat und mit einem Durchsatz von etwa 2 Tonnen pro Tag arbeitet, einen Dispersionsfaktor von etwa 0,1 bis 0,5 haben.

Es sei beachtet, daß in der speziellen Ausführungsform der Dispergiervorrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist, die einzelnen Kammern 22 innerhalb des Dispergierraumes im wesentlichen dieselbe Größe haben und rechteckig sind, so daß die Wände der Kammer als die Turbulenz verstärkende Prallwände dienen, die bestrebt sind, die Erzeugung einer Wirbel- oder Spiralströmung der Aufschwemmung durch die Kammer zu verhindern. Das sichert wiederum die Berührung der Fasern und insbesondere der Faserbündel mit den Turbulenzkraftkomponenten, die durch die Rührflügel erzeugt werden.

Die besondere Gestaltung der Dispergiervorrichtung kann variieren, solange die gewünschten Eigenschaften und Funktionen des v/irksamen Lös ens der einzelnen Fasern aus den der Dispergiervorrichtung zugeführten Faserbündeln erreicht werden. Das sollte innerhalb der angegebenen Verweilzeit erreicht werden, um eine gleichmäßige Dispersion der einzelnen Fasern zu erzeugen, während die Faserdispersion schnell durch die Dispergiervorrichtung gefördert wird. Die Fasern werden, wie erwähnt, vorzugsweise in das durch die Dispergiervorrichtung strömende Dispersionsmedium dispergiert, um die gewünschte Faserkonsistenz zu schaffen. Gewöhnlich ist die Konsistenz wesentlich höher als die Faserkonsistenz in dem Stoffauflauf,

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und zwar um einen Faktor von bis zu 10 Ms 100. Gemäß der bevorzugten Ausführungsfora ist die Faserkonsistenz kleiner als 2% und liegt im allgemeinen in einem Bereich von etwa 0,3 bis 1,3%, wobei ein Bereich von 0,5 bis 0,9% bevorzugt wird.

Die Faserdispersion bewegt sich, wie oben erwähnt, schnell aus der Dispergiervorrichtung zu dem Blattbildungsteil 36 der Papiermaschine und erreicht tatsächlich das Papiermaschinensieb 38 nach dem Verlassen der Dispergiervorrichtung innerhalb weniger Sekunden. Während dieser Zeit wird jedoch die Faserkonsistenz der Dispersion so eingestellt, daß der Faserstoff stärker verdünnt wird. Das kann erreicht werden, indem die Dispersion einem getrennten Durchflußmischbehälter 40 zugeführt wird, in welchem sie mit dem Sieb- oder Abwasserhaupt strom vermischt wird, der sich aus dem Bahnbildungsvorgang ergibt und über eine Leitung 42 zugeführt wird. Die Faserkonsistenz wird von einem Wert von 0,3 bis 1,3% auf einen Wert von etwa 0,005 bis 0,05% verdünnt. Die Verdünnung ist somit größer als 10:1 und gewöhnlich 15:1 bis 25:1, damit sich die stark verdünnte Fasersuspension ergibt, die dem Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt wird. Zusätze, wie Viskositätsregler und andere Einstellmittel, können, wie gezeigt, durch geeignete Beimischungen zu dem Siebwasser, das aus dem Tank in die Leitung 42 gelangt, kontrolliert werden.

Der gemäß der Erfindung benutzte Stoffauflauf ist gemäß Fig. kürzer als der offene Stoffauflauf von herkömmlichen Schrägsiebpapiermaschinen und mit einem mit glatter Kontur versehenen Wandeinsatz 46 versehen, um das Volumen der stark verdünnten Fasersuspension in dem Stoffauflauf zu verringern und ihr zu ermöglichen, schnell durch den Stoffauflauf hindurch zu der Bahnbildungszone zu strömen. Der Stoffauflauf mit geringerem Volumen und glatter Kontur erhöht nicht nur die Geschwindigkeit der sich hindurchbewegenden Fasersuspension, sondern erhöht auch den Grad an statistischer Turbulenz unmittelbar über

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der Bahnbildungszone. Der erhöhte Turbulenzgrad verhindert das Ansammeln von Schaum- und Faserraassen, die sonst an die Oberfläche schwinmen und "Heuhaufen¹¹ oder andere Faserfehler hervorrufen wurden. Die Kontrolle über die Strömung der verdünnten Faserdispersion kann durch eine geeignete Strömungssteuervorrichtung erzielt werden, beispielsweise durch die Flügelpumpe 4-8 mit veränderlicher Drehzahl, vorausgesetzt jedoch, daß die Pumpe einen glatten Aufbau hat und frei von Elementen ist, die in der Strömung Wirbel erzeugen oder in anderer Weine das Verheddern von Fasern verursachen. Der Stoffauflauf, der gemäß der Erfindung benutzt wird, verhindert somit, daß die Faserdispersion für eine längere Zeitspanne festgehalten wird, wodurch die dispergierten Fasern daran gehindert werden, zu rekombinieren und Fehler in dem Flächenmaterialgebilde zu bilden.

Die Fasern in der stark verdünnten, gleichmäßigen Fasersuspension, die dem Stoffauflauf zugeführt wird, werden auf dem sich bewegenden Schrägsieb 58 schnell gesammelt, wenn das· Dispersionsmedium durch das Sieb strömt. Das aufgefangene Dispersionsmedium, das frei von Fasern ist und als Siebwasser bezeichnet wird, wird dann in dem System im Kreislauf zurückgeleitet, wobei ein Teil des Siebwassers zu der Einlaßrutsche 12 der in der Stoffleitung angeordneten Dispergiervorrichtung über die Leitung 20 unter der Pumpwirkung der Pumpe 50 zurückgeleitet wird. Der überwiegende Teil des Siebwassers wird mittels der Pumpe 52 durch die Leitung 42 zu der Verdünnungsstation 40 gepumpt, wo es zum Verdünnen der Faserdispersion benutzt wird, die aus der in der Stoffleitung angeordneten Dispergiervorrichtung 14- kommt.

Das Faservliesmaterial, das auf der Papiermaschine kontinuierlich gebildet wird, ist, wie erwähnt, ein leichtes Material mit einer gleichmäßigen Faserformation. Die Gleichmäßigkeit der Fasern innerhalb des Flächenmaterials kann visuell und

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subjektiv beurteilt werden, indem mit einer Quelle gleichförmigen Lichtes durch das Flächenmaterial hindurchgeblickt wird. In der technischen Literatur, die sich auf die Bahnformation bezieht, ist beispielsweise in dem mehrbändigen Werk von James P. Casey, Pulp and Paper, Interscience, New York, 2. Auflage, 1961, insbesondere im Band 3, S. 1277-1279, angegeben, daß Faservliesmaterial eine gleichmäßige oder dichte Formation hat, wenn bei Betrachtung im Durchlicht die Dichtigkeit der von Mattglas gleicht. Es ist weiter angegeben, daß die Formation schlecht oder ungleichmäßig ist, wenn die Fasern ungleich verteilt sind, was dem Flächenmaterial im Durchlicht ein gesprenkeltes oder wolkiges Aussehen gibt. Die Ergebnisse einer solchen optischen Prüfung können nicht numerisch ausgedrückt werden, insbesondere da die scheinbare Gleichmäßigkeit der Formation durch die Lichtdurchlässigkeit des Papiers beeinflußt wird, aufgrund der eine schlechte Formation umso leichter erkennbar ist, je lichtdurchlässiger das Papier ist. Obgleich komplizierte und teuere photoelektrische Abtastvorrichtungen bereits in einigen Fällen benutzt worden sind, um die Bahnformation zu messen, erwähnt Casey auch die Verwendung eines Verfahrens zum Auswerten der Mikrovariation und der Makrovariation des Flächengewichts als eine Technik zum Messen der Gleichmäßigkeit des Faservliesmaterials.

-o-

Der hier benutzte Begriff der "MikroVariation im Flächengewicht" ist die mittlere arithmetische Gewichtsänderung einer gleichen Anzahl von gleich großen Proben, die aus Gebieten mit anscheinend hoher und niedriger Dichte entnommen werden. · Sie wird ermittelt, indem fünf Proben mit einem Durchmesser von 12,7 mm aus den Gebieten mit scheinbar hoher und niedriger Dichte herausgeschnitten und gewogen werden. Alle Proben werden aus einem beliebig gewählten Teil des Bahnmaterials, der einen

Flächeninhalt von 0,09 m hat, herausgeschnitten. Durch Feststellen der mittleren arithmetischen Änderung in den Gewichten der zehn Proben.kann die MikroVariation in dem Flächengewicht

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bestimmt werden. Bei Anwendung dieses Verfahrens hat es sich gezeigt, daß das G-lasfaservliesiaaterial nach der Erfindung eine Mikrovariation von weniger als 10% bei einer mittleren Änderung in einem Bereich von etwa 0,75% bis 4,2% und bei Flächengewichten von 17 bis 45 g/m² zeigt. Die prozentuale Änderung wurde berechnet, indem die Differenz zwischen dem mittleren Gewicht sämtlicher Proben und den einzelnen Gewichtsmessungen durch das mittlere Gewicht dividiert wurde. In diesem Zusammenhang hat es sich gezeigt, daß die Mikrovariation für Glasbahnen, die nach bekannten Verfahren hergestellt worden sind, in den Bereich von 21 bis 33% fiel. Beispielsweise zeigten zwei Glasflächenmaterialien, die gemäß der US-PS 3 622 44 5 hergestellt wurden, mittlere Mikrovariationen von 31,5% und 29,6% bei Flächengewichten von 45 g/m² bzw. 19 g/m², während drei Glasflächenmaterialien, die gemäß den Angaben in der US-PS 3 749 638 hergestellt wurden, mittlere Mikrovariationen von 32,8%, 21,6% und 22,4% bei Flächengewichten von 44 g/ra² bzw. 19 g/m² bzw. 17 g/m² zeigten.

Der Begriff "Makrovariation im Flächengewicht" ist der Koeffizient der Gewichtsänderung einer Anzahl von größeren Proben, die aus einem größeren Gebiet entnommen worden sind. Er wird durch beliebiges Auswählen von drei Proben mit einem Flächeninhalt von 0,09 m² aus einer Probe mit einer Größe von 0,9 m χ 1,8 m bestimmt. Einunddreißig Proben mit einem Durchmesser von 25,4 mm wurden verstreut aus jeder 0,30-m-Probe entnommen. Der Koeffizient der Änderung der Gewichte der dreiundneunzig Proben mit einem Durchmesser von 25,4 mm wurde dann berechnet, um die Makrovariation zu ermitteln. Das Glasbahnmaterial, das gemäß der Erfindung hergestellt wurde, zeigte einen Änderungskoeffizienten, der deutlich unter 5% lag, wie es die folgende Tabelle zeigt.

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TABELLE
MAKROVARIATION IM FLÄCHENGEWICHT

	ÜS-PS 3 622 445	US-PS 3 749 638	Erfindung
mittleres Gew. (g)	0,0244	0,0201	0,0235
Std. Abw. (g)	0,0030	0,0021	0,0004
max. Gew. (g)	0,0340	0,0273	0,0246
min. Gew. (g)	0,0172	0,0155	0,0226
Gew.-Bereich (g)	0,0168	0,0118	0,0020
Proben (n)	93	93	93
Koeffiz. d.Ander.	12,3%	10,5%	1,7%

Ein weiteres Verfahren zum Bestimmen der Gleichmäßigkeit des Bahnmaterials nach der Erfindung besteht darin, die Dicke des Bahnmaterials zu messen. Unter Verwendung einer TMI-Lehre,Modell Nr. 549, mit einem Amboß mit einem Durchmesser von 15,2 mm und einem Druck von 0,48 bis 0,62 bar ist es möglich, Meßwerte der Dicke des Bahnmaterials bis zu einer Empfindlichkeit von

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25,4 . 10 mm zu erzielen. Durch Erzielen von statistischen Meßwerten der Dicke der Bahn in Zonen von offenbarer Gleichmäßigkeit und in Zonen mit offenbaren Faserfehlern ist es möglich, die Dickenänderung an den Fehlerstellen zu messen. Die Anwendung dieses Verfahrens hat gezeigt, daß kleine Fehler als Ansammlungen oder Agglomerationen von Fasern kategorisiert werden können, die optisch sichtbar sind und eine örtliche Differenz in der Bahndicke von bis zu 0,01 mm verursachen. Hauptfehler sind Ansammlungen oder Agglomerationen von Fasern, die optisch sichtbar sind und eine örtliche Differenz in der Bahndicke verursachen, die größer ist als 0,13 mm oder mehr. Die Anwendung dieses Verfahrens zum Identifizieren und Kategorisieren von Faserfehlern hat ergeben, daß das Glasfaservliesmaterial nach der Erfindung eine Zahl von isolierten

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Mehrfaserfehlern von weniger als 10 pro 9,3 m² (wenn nur die Hauptfehler betrachtet werden) und gewöhnlich eine Hauptfehlerzahl von etwa 3 oder weniger pro 9,3 m² aufweist.

Die folgenden Beispiele werden angegeben, um die Effektivität der Erfindung noch verständlicher zu machen. Diese Beispiele dienen nur zur Veranschaulichung und die Erfindung ist keineswegs auf sie beschränkt. Alle Angaben sind Gewichtsangaben, wenn nichts anderes angegeben ist.

BEISPIEL I:

Ein leichtes Glasvliesmaterial wurde unter Verwendung einer Papiermaschine in Produktionsgröße hergestellt. Glasfasern mit einem Faserdurchmesser von 9 μπι wurden auf eine Länge von 12,7 nun aus Strängen von Glasrovings, die von Spulen zugeführt wurden, zugeschnitten. Die zugeschnittenen Fasern wurden direkt in eine in der Stoffleitung angeordnete Dispergiervorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 0,45 kg/min eingeleitet. Die Dispergiervorrichtung hatte ein Fassungsvermögen von 379 1, ein relatives Rührflügelverhältnis von 5,4 mm/1 und wurde mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 114 l/min betrieben, was eine Verweilzeit von etwas mehr als 3 min ergab. Das benutzte Dispersionsmedium war eine verdünnte Schwefelsäurelösung, die ein Guar-Gum-Derivat (Gendriv-492 SR) in Mengen enthielt, die ausreichten, um eine Lösungsviskosität von ungefähr 5 cP bei einem pH-Wert von 2,3 und einer Temperatur von 31 ⁰C zu schaffen. Die Faserdispersion mit einer Faserkonsistenz von 0,4 % wurde aus der Dispergiervorrichtung zu einem Mischbehälter geleitet, in welchem die Faserkonsistenz mit einem Verhältnis von ungefähr 24:1 verdünnt wurde. Plyvinylalkoholfasern wurden der verdünnten Suspension in Mengen zugesetzt, die ausreichten, um eine Polyvinylalkoholfaserkonzentration von 8% auf der Basis des Gewichts der Glasfasern zu schaffen. Die Faserdispersion wurde dann einem Stoffauflauf, der ein geringes Fassungsvermögen und eine hohe Durchflußgeschwindigkeit hatte, mit

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einer Konsistenz von 0,017% zugeleitet und es wurde eine Glasfaserbahn mit einer mittleren Produktionsgeschwindigkeit gebildet.

Das sich ergebende Bahnmaterial hatte ein Flächengewicht von 13/6 g/m², eine Dicke von 84 μΐη und eine Luftporosität von 8263 Litern pro Minute pro 100 cm² bei einem Druck von 12,7 mm Wassersäule. Die leichte Bahn hatte eine Trockenzugfestigkeit von 507 g/25 mm in der Maschinenrichtung und von 333 g/25 mm in der Querrichtung. Sie ergab beim Zungenreißversuch 34 g in der Maschinenrichtung und 44 g in der Querrichtung.

Proben, die verschiedenen Teilen des Flächenmaterials entnommen wurden, zeigten eine Hauptfehlerzahl von O bis 2 und eine Unterfehlerzahl von O bis 5 pro 9,3 m², korrigiert auf ein Flächengewicht von 17 g/m². Ein Hauptfehler wird als eine Mehrfasergruppierung kategorisiert, die entweder aus nichtdispergierten oder aus teilweise dispergierten Fasern besteht oder eine Heuhaufenkonfiguration mit einer Dickenänderung von 0,01 mm oder mehr hat, während ein Unterfehler als zwei oder drei Fasern kategorisiert wird, die undispergiert geblieben oder zusammengezogen worden sind und eine Dickenänderung bis zu 0,01 mm haben. Als technisch annehmbare leichte Materialien werden diejenigen angesehen, die etwa 10 oder weniger und vorzugsweise 5 oder weniger Hauptfehler pro 9,3 m² Bahnmaterial haben. Die Unterfehler werden als unbedeutsam angesehen. Das Flächenmaterial zeigte außerdem eine gleichmäßige Faserverteilung, die bei einer optischen Prüfung im wesentlichen frei von jeglicher Dichteänderung war.

BEISPIELE II - VI:

Das Verfahren von Beispiel I wurde auf derselben Papiermaschine wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Verfahrensbedingungen, die Faserbeschickung und das Flächengewicht des erzeugten Materials geändert wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

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	Faser	9 μΐη (%)	Zungenreißf. (g)	MT	Fehlerzahl/9,3 m²	70	Beisp.III	Beisp.IV	2831	403
	13 μΐη (%)	VT	Hauptfehler	22
- 32	Binder	Unterfehler	δ	46	90	Beisp.	V Beisp. VI
TABELLE	Flächengew, (g/m²)		19,8	46	—
Beisp.II	Dicke (μΐη)	123	8	10	70	22
Luftporosität (l/min)	5648	18,3	22,0	22	70
Trockenzugf. (g/25mm)		115	133	8	8
MT	1109	6552	4742	22,4	23,1
VT	915			138	115
	609	1828	5512	6149
51	765	1034
51			1456	1121
	60	40	1362	1037
0-3	44	60
3-4			62	89
	0-4	0-3	63	99
	0-5	7-13
	0-1	0
	1-4	2-4

BEISPIELE VII - IX:

Das Verfahren der vorangehenden Beispiele wurde auf einer Maschine mit geringer Produktionsgröße unter Verwendung von Glasfasern mit kleinerem Durchmesser und ohne Binderfasern wiederholt. In jedem Fall bildeten die Glasfasern 100% des Faseranteils und hatten eine Länge von 12,7 mm und einen Durchmesser von 6 μπι. Das Flächengewicht und die Fehlerzahl pro 9,3 m² sind unten angegeben. Die hohe Unterfehlerzahl gibt den sehr feinen Faserdurchmesser und die subjektive Bestimmung durch den Analytiker wieder, ist aber in jedem Fall als ein Flächenmaterial anzusehen, das unter kommerziellen Gesichtspunkten perfekt ist.

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TABELLE

Fehler

	Flächengewicht	Haupt-	Unter-
Beisp. Nr.	(g/m²)	1	222
VII	15,8	O	356
VIII	1.6,6	O	198
IX	17,6

BEISPIEL X:

Ein kontinuierliches Faservliesflächenmaterial wurde aus einer Faserbeschickung hergestellt, die aus 67,5 Gew.-% Glasfasern mit einem Durchmesser von 9 um und einer Länge von 12,7 mm, 22,5 Gew.-% Polyesterfasern mit 1,5 dpf mit einer Länge von 6,4 mm und aus 10 Gew.-% Polyvinylalkoholfasern bestand. Nur die Glasfasern wurden in der in der Stoffleitung angeordneten Dispergiervorrichtung der bei den obigen Beispielen benutzten Art dispergiert, nämlich in einer Einheit mit mehreren Kammern, in der die Fasern und das Dispersionsmittel kontinuierlich direkt durch die Einheit hindurch von einer Kammer zur nächsten strömten. Die Einheit hatte ein relatives Rührflügelverhältnis von 2,7 mm/1 und wurde mit einem Durchsatz von 1,56 Tonnen pro Tag betrieben. Die Glasfaserdispersion wurde unter Verwendung von Wasser als Dispersionsmedium hergestellt, wobei das Wasser auf eine Viskosität von 8 cP unter Verwendung von 0,1% Guar-Gum-Derivat (Gendriv 492 SR) und 0,075% Natriumhexametaphosphat eingestellt war. Die Faserkonsistenz betrug 0,15% und die Verweilzeit in der Dispergiervorrichtung betrug etwa 3,3 min.

Die Polyester- und Polyvinylalkoholfasern wurden in einer Stoffbütte bei einer Faserkonsistenz von 0,15% etwa 20 min lang dispergiert. Der Polyester- und Binderfaserstoff aus der Bütte

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wurde mit der Glasfaserdispersion vermischt, verdünnt und dem Stoffauflauf einer Papiermaschine zugeführt. Durchgehendes Bahnmaterial wurde mit einem Flächengewicht von45 g/m² und 22 g/m² hergestellt. Das erstgenannte Material zeigte eine Mikrovariation im Flächengewicht von 1,7% mit Änderungen in einem Bereich von 0 bis 4,6%, und eine Makrovariation im Flächengewicht von 1,7%, während das letztgenannte Material eine Mikrovariation im Flächengewicht von 0,76%, mit Änderungen in einem Bereich von 0 bis 3,1%, zeigte. Bei beiden Materialien war die Anzahl der sichtbaren Fehler null.

BEISPIEL XI:

Das Verfahren von Beispiel X wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Polyesterfasern weggelassen wurden. Nur 5 Gew.-% Polyvinylalkoholfasern wurden benutzt und die Glasfasern hatten einen Durchmesser von 6 μπι. Bei dem sich ergebenden Bahnmaterial war die Anzahl der sichtbaren Fehler null und die Mikrovariation im Flächengewicht betrug 4,2%.

BEISPIEL XII:

Ein Flächenmaterial wurde aus 70 Gew.-% Polyesterfasern mit 1,5 dpf und einer Länge von 19 mm und aus 30% Holzfasern unter Verwendung der in der Stoffleitung vorgesehenen Dispergiervorrichtung der vorangehenden Beispiele gebildet. Die trockenen Polyesterfasern wurden der Einlaufrutsche der Dispergiervorrichtung durch einen textlien Faserförderer und ein Wiegeband zugeführt. Das Dispersionsfluid war Wasser, das Separan AP-30 in einer Konzentration von 0,016% enthielt, was eine Viskosität von 6 cP ergab. Das Fluid zeigte einen pH-Wert von 6,0 und wurde bei einer Temperatur von 40 ⁰C benutzt. Die Verweilzeit der Polyesterfasern in der Dispergiervorrichtung betrug 2,85 min. Das Verfahren der vorangehenden Beispiele wurde angewandt und ein kontinuierliches Bahnmaterial hergestellt, das eine ausgezeichnete Faserformation zeigte, die mit der der Glasbahnen

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der vorangehenden Beispiele vergleichbar war.

Das vorangehende Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Viskositätsregler Hydroxyäthylcellulose (Natrosol) in einer Konzentration von 0,164% war, was eine Viskosität von 5 cP ergab. Das sich ergebende Flächenmaterial zeigte ebenfalls eine ausgezeichnete Faserformation.

BEISPIEL XIII:

Das Verfahren von Beispiel XII wurde wiederholt, und zwar unter Verwendung von 100 Gew.-% Polyesterfasern mit 1,5 dpf und einer Länge von 25,4 mm. Die Viskosität der Dispersionsflüssigkeit betrug 10 cP, die Dispersion war gleichmäßig und das Bahnmaterial zeigte eine gute Faserformation.

BEISPIEL XIV:

Das Verfahren von Beispiel XII wurde wiederholt, die Polyesterfasern wurden aber durch Nylonfasern mit

6 dpf und einer Länge von 19 mm ersetzt. Das relative Rührflügelverhältnis blieb 5,4 mm/1 und die sich ergebende Dispersion war ausgezeichnet. Das Bahnmaterial zeigte keine Fehler.

BEISPIEL XV:

Das Verfahren von Beispiel XIV wurde wiederholt, wobei aber die Nylonfasern durch Polypropylenfasern mit

1,8 dpf und einer Länge von 12,7 mm ersetzt wurden. Das sich ergebende Bahnmaterial zeigte wenige Fehler.

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Claims

The Dexter Corporation Windsor Locks, Conn. (7.St.A.) Patentansprüche

1.) Kontinuierliche, nach dem Naßverfahren maschinell
^hergestellte anorganische Faservliesbahn mit gleichmäßiger Faserformation, dadurch gekennzeichnet, daß die
anorganischen Fasern eine Faserlänge von etwa 6,4 mm oder mehr und bis zu etwa 15 Gew.-% eines Binders für die anorganischen Fasern haben; daß die Bahn ein Flächengewicht von etwa 5 bis 30 g pro Quadratmeter, eine Mikrovariation im Flächengewicht von weniger als 10%, eine Makrovariation im Flächengewicht von weniger als 5%, eine Zahl an isolierten Faserbündelfehlern von weniger als 10 pro 9,3 Quadratmeter, wobei jeder Mehrfaserfehler eine Agglomeration von Fasern ist, die eine örtliche Differenz in der Bahndicke von 0,01 mm und mehr verursacht, und eine optisch
wahrnehmbare gleichmäßige Faserverteilung hat, die im wesentlichen frei von "Wolkeneffekt" - Faserdichteänderungen ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern Glasfasern sind.

3. Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an anorganischen Fasern etwa 85 Gew.-% oder mehr beträgt.

4. Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn ein Flächengewicht von etwa 10 bis 25 g pro Quadratmeter hat.

5. Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern Glasfasern mit einem Durchmesser in einem Bereich von 5 bis 15 um und einer Länge in einem Bereich von 6,7 his 25,4 mm sind.

6. Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern ein Gemisch aus Glasfasern mit unterschiedlichem Durchmesser im Mikrometerbereich enthalten.

7· Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Fasern etwa 90 Gew.-% der Bahn bilden und Glasfasern sind, deren Durchmesser in einem Bereich von 5 bis 15 um liegt, und daß die Bahn eine Hauptfehlerzahl von weniger als 10 pro 9,3 Quadratmeter aufweist.

8. Faservliesbahn nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hauptfehlerzähl von etwa 5 oder weniger pro 9»3 Quadratmeter.

9· Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder der Bahn am Anfang in Faserform beigegeben wird.

10. Faservliesbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß die anorganischen Pasern Glasfasern mit einem Durchmesser von weniger als 15 pm und einer Länge von etwa 25,4· mm oder weniger sind, wobei die Glasfasern wenigstens etwa 90 Gew.-%-der Bahn ausmachen, daß der Binder ein thermoplastisches Material ist, das am Anfang der Bahn in Faserform zugegeben wird, und daß die Bahn ein Flächengewicht von 25 g pro Quadratmeter oder weniger hat und eine Hauptfehlerzahl von etwa 5 oder weniger pro 9,3 Quadratmeter aufweist.

11. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer gleichmäßigen Faserdispersion zur Papierherstellung nach dem Naßverfahren aus Bündeln langer Fasern, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1) Bilden einer anfänglichen Faseraufschwemmung, die vor allem aus einer Dispersionsflüssigkeit besteht, welche eine Viskosität von wenigstens etwa 2 cP hat, und aus langen Fasern in Form von wenigstens teilweise ungeöffneten Faserbündeln, wobei die Fasern in den Bündeln eine Faserlänge von etwa 6,4- mm und mehr und ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 400:1 bis 3000:1 haben; 2) kontinuierliches Hindurchleiten der Faseraufschwemmung durch eine in der Stoffleitung angeordnete Dispergierkammer, mit mit mehreren nichtstapelnden Rührflügeln versehen ist, die eine Rührflügelgröße relativ zu dem Fassungsvermögen der Kammer von wenigstens 0,67 mm/1 haben und vorgesehen sind, um hinter sich Bereiche geringeren Druckes und strömungsunterbrechende Turbulenzen hoher Intensität zu erzeugen, wobei die Aufschwemmung durch die Kammer kontinuierlich mit einer Durchsatzgeschwindigkeit hindurchgeleitet wird, die ausreichend schneller ist als in herkömmlichen Papierherstellungsfaserdispergierkammern, um eine Kammerverweilzeit von nur etwa zehn Minuten und weniger und einen Dispersionsfaktor von mehr als 0,005 zu schaffen, wobei dieser Faktor der Quotient aus der relativen Rührflügelgröße und der Durchsatzgeschwindigkeit der Aufschwemmung in Tonnen pro Tag ist;

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3) Einwirkenlassen der Turbulenz auf die Aufschwemmung in den Turbulenzbereichen, wobei die Turbulenz ausreichend stark ist, um während der Verweilzeit in der Kammer die Faserbündel schnell zu öffnen und die einzelnen Fasern zu dispergieren; und

4) Abführen der dispergierten Fasern und der Flüssigkeit aus der Kammer als eine im wesentlichen gleichmäßige und homogene Faserdispersion zur anschließenden Flächenmaterialbildung bei der Papierherstellung nach dem Naßverfahren.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Rührflügelgröße größer ist als 1,34 mm/1 und daß der Dispersionsfaktor etwa 0,05 bis 1,0 beträgt.

13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsflüssigkeit eine Viskosität von wenigstens 5 cP hat, daß die Fasern ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 700:1 bis 2000:1 haben und daß das Verfahren den Schritt des Einleitens von trockenen Fasern und der Dispersionsflüssigkeit in die Dispergiervorrichtung mit einer kontrollierten Geschwindigkeit beinhaltet, wobei die Fasern anorganische und synthetische organische Fasern enthalten.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß trockene Fasern von Strängen durchgehender Fäden abgeschnitten werden und daß die abgeschnittenen trockenen Fasern und die Dispersionsflüssigkeit der Dispergiervorrichtung mit kontrollierter Geschwindigkeit zugeführt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß trockene Fasern zugeschnitten und diese Fasern und die Dispersionsflüssigkeit der Dispergiervorrichtung zugeführt werden, wobei die relative Rührflügelgröße größer ist als 1,34

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mm/1 und die Verweilzeit; etwa 2 bis 6 min und der Dispersionsfaktor 0,05 bis 1,0 beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion aus der Dispergiervorrichtung zu einer Flächenmaterialbildungszone gefördert wird, wo die Fasern in der Dispersion von dem Dispersionsmedium getrennt und als eine kontinuierliche Faservliesbahn aufgefangen werden, und wobei die Dispersion vor dem Erreichen der Flächenmaterialbildungszone verdünnt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenmaterialbildungszone mit einem Stoffauflauf geringen Volumens versehen ist.

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsflüssigkeit eine Viskosität von wenigstens 5 cP hat und daß die Fasern ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1000:1 bis 1600:1 haben, daß die relative Rührflügelgröße etwa 1,34 bis 6,7 mm/1 beträgt, daß die Verweilzeit etwa 2 bis 6 min beträgt, daß der Dispersionsfaktor 0,1 bis 0,5 beträgt und daß das Verfahren weiter folgende Schritte beinhaltet: Fördern der Dispersion aus der Dispergiervorrichtung zu einer Flächenmaterialbildungszone, wo die Fasern in der Dispersion aus dem Dispersionsmedium abgeschieden und als eine kontinuierliche Faservliesbahn aufgefangen werden, und daß die Dispersion vor dem Erreichen der Flächenmaterialbildungszone verdünnt wird.

909850/0508