Technisches Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft einen durch Wärme verbundenen
Vliesstoff aus Grundfasern und thermoplastischen
Schmelzfasern, wie niedrigschmelzenden Polyester- oder
Zweikomponenten-Fasern, die auf einer oder beiden Flächen
des Vliesstoffs angebracht sind, wobei die Schmelzfasern
Thermoverbindungen bei Temperaturen bilden, die im
wesentlichen unter der Schmelz- und Erweichungstemperatur
der Grundfasern liegen; die Erfindung betrifft auch ein
Verfahren zur Herstellung des genannten Vliesstoffs.
Hintergrund der Erfindung
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Es ist auf dem Fachgebiet wohl bekannt, Wirrfaser-
Vliesstoffe dadurch herzustellen, daß Flüssigkeitssäulen
durch eine lose Anordnung von Fasern durchgeleitet werden.
Derartige Stoffe wurden für eine Vielzahl von Produkten
verwendet, einschließlich Handtüchern, Wischtüchern,
Deckschichten für absorbierende Produkte, wie wegwerfbare
Windeln, und andere ähnliche Anwendungen. Die Festigkeit
und Strapazierfähigkeit von Wirrfaserstoffen hängt vom
Stand oder Grad der Verwirrung der Fasern ab, der wiederum
von der Höhe des Flüssigkeitsdrucks abhängt, der zur
Verwirrung der Fasern verwendet wird, und von der
Gesamtenergie, die im Verwirr-Verfahren eingesetzt wird.
Eine hohe Stoff-Festigkeit in einem verwirrten Stoff
erfordert einen sehr hohen Energieaufwand und ist deshalb
sehr kostspielig. Hinzu kommt, daß ohne einen großen
Energieaufwand diese Stoffe, die zwar für viele Zwecke
zufriedenstellend sind, zum Pillen und Zerfransen neigen,
mit dem Ergebnis, daß Flusenbildung und Faserverlust sowie
Verlust an Strapazierfähigkeit nach wiederholten
Anwendungen und Waschvorgängen in der Maschine auftreten
können. Diese unerwünschten Wirkungen sind das Ergebnis
einer geringen Verbindung der Fasern mit der Oberfläche der
Wirrfaserbahn. Pillen und Ausfransen sind am
ausgeprägtesten an der Oberfläche des verwirrten Stoffs,
die der Oberfläche gegenüber liegt, gegen die die
Flüssigkeitsstrahlen gerichtet werden, und es wäre höchst
wünschenswert, die Fasern an dieser Oberfläche mit größerer
Festigkeit zu binden, um den Verlust von Fasern zu
verhindern.
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Frühere bekannte Versuche, die Probleme des Pillens und
Ausfransens zu lösen, die bei Wirrfaser-Vliesstoffen
auftreten, haben sich vor allem auf die Verwendung eines
fremden Bindemittels konzentriert, um das mechanische
Binden zu unterstützen, das durch die gegenseitige
Faserreibung entsteht, die bei dem Verwirr-Verfahren
auftritt. Jedoch führen die zur Zeit verfügbaren
Bindemittel, die für diesen Zweck geeignet sind, zu
unerwünschten Eigenschaften des Vliesstoffs, wie
Hartgriffigkeit, verminderte Griffigkeit und
Drapierbarkeit. Außerdem machen derartige Bindemittel die
entstehenden Stoffe auch ungeeignet für gewisse
medizinische und chirurgische Anwendungen, wie für
Wundverbände. Hinzu kommt, daß fremdes Bindemittelmaterial
die Räume zwischen den Fasern eines Stoffes ausfüllen kann,
wodurch seine Kapillarität und Gesamt-Absorptionsfähigkeit
verändert wird.
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Schmelzfasern sind für die Gesamtverstärkung eines
verwirrten Stoffs verwendet worden. Das US-Patent Nr.
3 485 706 beschreibt im Beispiel 66 die Bildung eines
verwirrten mehrschichtigen Stoffs mit einer mittleren oder
verstärkenden Schicht, die thermoplastische Fasern mit einem
Gewicht von 54,256 g/m² (1,6 oz/yd²) und zwei Bahnen aus
Polyethylenterephthalat-Stapelfasern mit einem Gewicht von
20,343 g/m² (0,6 oz/yd²) auf jeder Seite desselben
enthalten. Die mittlere oder verstärkende Schicht besteht
aus 88% endlosen Fasern aus Polyethylen-terephthalat und
12% endlosen Fasern aus einem Copolymer, hergestellt aus
20% Polyethylen-Isophthalat und 80%
Polyethylenterephthalat.
Nach dem Verwirren hat der Stoff eine
Abriebfestigkeit von 1 (bestimmt in Minuten bis zur Bildung
von Löchern). Der Stoff wird dann auf 230ºC 2 Minuten lang
bei 13,78 bar (200 psi) erhitzt, um die Copolymer-Fasern zu
schmelzen. Der entstandene Stoff hat eine Abriebfestigkeit
von 15 Minuten bis zur Bildung von Löchern. Dies bezieht
sich jedoch nicht direkt auf die Oberflächen-
Abriebfestigkeit und deutet auch nicht auf ein gutes Binden
der Fasern an der Oberfläche oder ein Nichtauftreten von
Pillen und Ausfransen. Außerdem ergibt sich aus den
angegebenen Thermo-Verfestigungsbedingungen, daß die
Schmelzfaser vollständig geschmolzen wird, wobei alle
Eigenschaften der Faser verloren gehen und die
ursprüngliche Faserstruktur verändert wird, was zu
Hartgriffigkeit führt. Das US-Patent Nr. 3 494 821
beschreibt im Beispiel XIV einen Vliesstoff, hergestellt
aus einer Verstärkungsschicht mit einem Gewicht von
64,429 g/m² (1,9 oz/yd²) aus 88% endlosen
Polyethylentherephthalat-Fasern und 12% endlosen Copolymer-Fasern von
80% Polyethylen-therephthalat und 20% Polyethylen-
Isophthalat und einer einzigen Schicht aus
Polyethylentherephthalat-Stapelfasern mit einem Gewicht von
50,865 g/m² (1,5 oz/yd²). Nach dem Verwirren wird der Stoff
auf 230ºC 20 Sekunden lang bei 0,034 bar (0,5 psi) erhitzt,
um die Copolymer-Fasern zu schmelzen. Es wird keine
Abriebfestigkeit angegeben.
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Bei den beiden zuletzt angegebenen Stoffen werden die
Gesamtstruktur des Stoffs und folglich die
Leistungseigenschaften durch die Verwendung eines hohen
Prozentsatzes an endlosen Fasern in der Verstärkungsschicht
wesentlich beeinträchtigt, wobei zwar die ursprüngliche
Herstellung verwendet wird, jedoch dann eine relativ große
Menge an Schmelzfasern geschmolzen wird. Obwohl die
Verstärkung und die Abriebfestigkeit in Minuten bis zur
Bildung von Löchern angegeben sind, gibt es wiederum keine
Angaben zur Bindung der an der Oberfläche liegenden Fasern
und keine einleuchtenden Versuche, die Bindung an der
Oberfläche liegenden Fasern mit einer geringstmöglichen
Auswirkung auf die Gesamtstruktur und die
Leistungseigenschaften des Stoffs zu erreichen.
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Schmelzfasern wurden auch als Oberflächenschicht für eine
Schicht kardierter Fasern verwendet. Der chirurgische
Tendersorb-Wundverband, der von Kendall hergestellt wird,
hat durch Wärme geschmolzene Polyester-
Oberflächenschichten, die eine mittlere Lage von kardierten
Viskosefilament-Fasern (Rayon) und Polyester-Fasern
umgeben. Der Wundverband leidet jedoch an unerwünschtem
Ausflusen der Fasern.
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EP-A-127851, die den Stand der Technik gemäß Artikel 54 (3)
EPÜ für die Vertragsstaaten DE und NL darstellt, beschreibt
einen Wirrfaser-Vliesstoff mit erhöhter Oberflächen-
Abriebfestigkeit, bestehend aus einer wirren
Grundfaserschicht, mit einer Schmelzfaserschicht an einer
Oberfläche derselben, wobei die Schmelzfasern miteinander
und mit den Grundfasern an den Kreuzungspunkten der Fasern
thermisch verbunden sind, und die Grundfasern
Viskosefilament-Fasern, Polyester-Fasern oder Polypropylen-
Fasern und die Schmelzfasern Zweikomponenten-Fasern sind,
deren Hülle aus Polyethylen und deren Kern aus Polyester
besteht. Dieser Stoff zeigt eine hohe Festigkeit,
Bauschigkeit und Flexibilität ohne Flusen der Fasern auf
der Oberfläche oder Aufspalten der Laminat-Lagen. Er wird
erhalten durch Bereitstellen eines Faservlieses aus einer
Schicht von Grundfasern und einer Oberflächenschicht
schmelzbarer Fasern, Hindurchleiten von säulenartigen
Druckflüssigkeitsstrahlen durch das genannte Vlies, um die
Fasern des Vlieses zu verwirren, und Erhitzen des
entstandenen Vlieses, um zumindest einen Teil der
schmelzbaren Fasern zu erweichen oder zu schmelzen.
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Da jedoch der Gesamtstoff verwirrt wird, bevor die Struktur
erhitzt wird, werden die Stoffeigenschaften der
Grundschicht verändert.
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf einer oder beiden
Flächen eines Wirrfaservlieses eine dünne Schicht von
thermoplastischen Schmelzfasern vorgesehen. Der Hauptfaser-
Bestandteil des Stoffs der vorliegenden Erfindung, im
folgenden als "Grundfaser" bezeichnet, schließt jede Faser
ein, die für einen wirren Stoff verwendet werden kann.
Beispiele für derartige Fasern sind Polyester, Nylon,
Baumwolle oder andere natürliche oder synthetische Fasern.
Beim nachfolgenden Erhitzen werden die Schmelzfasern durch
Wärme verbunden, wodurch ein thermisch gebundenes, wirres
Netzwerk der Schmelzfasern und der Grundfasern an der
Oberfläche des Stoffs gebildet wird. Dieses Netzwerk an der
Oberfläche führt zu einem Stoff mit erhöhter Verbindung der
an der Oberfläche liegenden Fasern, die mit einem relativ
niedrigen Verwirrungsgrad im Gesamtstoff und mit einer
geringen Kostenerhöhung und ohne wesentliche Auswirkung auf
die Stoffeigenschaften der Grundschicht erreicht wird.
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Thermoplastische Schmelzfasern, die für die Verwendung bei
der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen
Polyolefin-Fasern mit einer Schmelztemperatur im Bereich
von etwa 163-171ºC ein. Der hier und in den Ansprüchen
verwendete Ausdruck "Polyolefin-Fasern" bezieht sich auf
Regeneratfaserstoffe, in denen die faserbildende Substanz
jedes beliebige langkettige, synthetische Polymer sein
kann, das mindestens 85 Gew.-% Ethylen, Propylen oder
andere Olefin-Einheiten enthält, ausgenommen amorphe (nicht
kristalline) Polyolefine, die als Kautschuk geeignet sind.
Es liegt natürlich im Rahmen dieser Erfindung, andere
thermoplastische Schmelzfasern zu verwenden, vorausgesetzt,
sie haben eine Thermoverfestigungs-Temperatur, die deutlich
unter derjenigen der Grundfasern liegt. Ein Beispiel für
derartige andere thermoplastische Schmelzfasern ist eine
niedrigschmelzende Polyester-Faser.
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Schmelzfasern der oben erläuterten Art bringen zwar eine
bedeutende Verbesserung im Stoff, um zu den gewünschten
Ergebnissen zu gelangen, eine weitere Verbesserung wird
durch Verwendung von Zweikomponenten-Fasern erreicht. Bei
der Verwendung von Zweikomponenten-Fasern kann die
Integrität der Fasern während einer Vielzahl von
Hitzebehandlungen beibehalten werden, was viele
offensichtliche Vorteile mit sich bringt. Die
Zweikomponenten-Fasern haben eine freiliegende Komponente
mit einem niedrigen Schmelzpunkt, die geschmolzen und an
die benachbarten Zweikomponenten-Fasern und die Grundfasern
angeschmolzen wird, wodurch eine erhöhte Oberflächen-
Abriebfestigkeit erreicht und die Flusenbildung, das Pillen
oder Ausfransen der Oberflächenfasern verhindert werden.
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Die Grundfasern haben Stapellänge und sind über 0,635 cm
(0,25 inch) und normalerweise von etwa 1,27 cm (0,5 inch)
bis etwa 5,08 cm (2 inch) lang oder länger. Typische
Grundfasern, die verwendet werden können, sind Polyester
und Nylon 6, die Schmelztemperaturen im Bereich von etwa
250-288ºC bzw. etwa 213-221ºC haben, wobei diese
Schmelztemperaturen deutlich höher sind, als die der oben
beschriebenen Polyolefin-Fasern. Die tex-Zahl der Fasern
sollte so sein, daß die Fasern gebogen werden können, sie
sollte im Bereich von 0,11 bis 0,67 tex (etwa 1 bis 6
Denier) liegen, wobei der bevorzugte Bereich etwa
0,17-0,39 tex (etwa 1,5 bis 3,5 Denier) beträgt.
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Beim Verfahren und Stoff der vorliegenden Erfindung können
die Schmelzfasern auf einer oder beiden Oberflächen einer
Grundfaserschicht aufgebracht sein, wobei die
Schmelzfaserschicht entweder vor oder nach dem Verwirren
der Grundfasern hinzugefügt wird. Beim nachfolgenden
Erhitzen, z. B. durch Heißkalandern, werden die
Schmelzfasern
an ihren Kreuzungspunkten oder Berührungspunkten
durch Wärme miteinander verbunden.
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Bei der meist bevorzugten Ausführungsform wird eine
Grundfaserbahn, wie Polyester, mit einer dünnen
Schmelzfaserschicht, wie Zweikomponenten-Fasern mit
Hülle/Kern aus Polyethylen/Polyester, auf einer oder beiden
Oberflächen derselben gebildet. Die Bahn aus Grundfasern
und thermoplastischen Fasern wird dann verwirrt, um
Verbindungen durch die gegenseitige Faserreibung
hervorzurufen. Wo nur eine äußere Fläche des fertigen
Stoffs durch Zugabe von Schmelzfasern verstärkt werden
soll, werden die Schmelzfasern auf der Seite angebracht,
die der Seite gegenüber liegt, welche den
Druckflüssigkeitsstrahlen während des Verwirr-Verfahrens
ausgesetzt ist.
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Ist es erwünscht, die Festigkeit und die
Strapazierfähigkeit beider Oberflächen des Stoffs zu
erhöhen, so wird eine Zweikomponenten-Faserschicht zuerst
auf ein Transportband gelegt, auf dem sich eine
Grundfaserbahn und eine äußere Zweikomponenten-Faserschicht
befindet.
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Diese Verbundbahn wird dann einmal oder mehrere Male durch
eine Vorrichtung geführt, bei der das Verwirren der Fasern
durch Einführen von Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen, wie
Wasserstrahlen, stattfindet, wie es eingehend von Evans in
dem US-Patent Nr. 3 485 706 beschrieben ist. Sollen beide
äußeren Flächen gegen Pillen oder Ausfransen verstärkt
werden, so besteht der hergestellte Stoff aus äußeren,
relativ dünnen Schichten gemischter Zweikomponenten-Fasern
und Grundfasern und einer relativ dicken Zwischenschicht
von Grundfasern. Soll nur eine der äußeren Flächen
verstärkt werden, so wird entsprechend eine dünne Schicht
eines Gemisches von Zweikomponenten-Fasern und Grundfasern
auf eine relativ dicke Grundfaserschicht gelegt.
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Das Wirrfaservlies wird dann durch eine Heizvorrichtung,
wie einen Heißluftofen, geführt, in dem die Komponente mit
dem niedrigen Schmelzpunkt der Zweikomponenten-Fasern
geschmolzen wird und dadurch Bindungen an den Kreuzungs-
und Berührungspunkten der Zweikomponenten-Fasern und der
Grundfasern auftreten. Mit dieser Verstärkung der äußeren
Flächen durch Verbinden der Zweikomponenten-Fasern
miteinander und mit den Grundfasern werden die äußeren
Oberflächen des Stoffs fester, das Pillen und Ausfransen
ist deutlich vermindert, wenn nicht ausgeschlossen, ohne
daß die Grundstoff-Eigenschaften, wie Absorptionsfähigkeit,
der Grundschicht beeinflußt werden.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die
Zweikomponenten-Fasern oder Schmelzfasern eingeführt, bevor
die Grundfaserbahn verwirrt wird. Werden die Schmelzfasern
jedoch nicht in die Grundschicht eingeflochten, so ist es
wesentlich, daß die Schmelzfasern und die Grundfasern so
gewählt werden, daß eine spezifische Haftung der
Schmelzfasern an den Grundfasern nach der Hitzebehandlung
erzielt wird. Das Hauptmerkmal der Erfindung in ihrem
breitesten Rahmen ist die Bildung eines thermisch
gebundenen, wirren Netzwerks aus Schmelzfasern und
Grundfasern auf einer oder beiden Oberflächen des Stoffs,
um eine gute Oberflächen-Abriebfestigkeit, und geringes
Flusen oder Ausfransen der Oberflächen-Fasern zu erreichen,
ohne die Stoffeigenschaften der Grundschicht bei der
Herstellung des Endstoffs zu beeinflussen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer
Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendet wird;
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Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht einer
Vorrichtung, die zur Herstellung einer Verbundbahn mit
einer Grundfaserschicht und einer dünnen Oberfläche aus
Schmelzfasern verwendet wird;
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Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung einer Draufsicht
eines erfindungsgemäßen Stoffs;
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Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Stoffs, dessen eine
Oberfläche durch Wärme verbundene Schmelzfasern aufweist;
und
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Fig. 5 ist ein Querschnitt eines Stoffs, dessen beiden
Oberflächen des Stoffs durch Wärme verbundene Schmelzfasern
aufweisen.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
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Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine
Vorrichtung dargestellt ist, die verwendet werden kann, um
eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Stoffes
herzustellen. Dieser erfindungsgemäße Stoff besteht aus
einer Bahn 12 mit einer Grundfaserschicht 14 und einer
äußeren Oberfläche aus schmelzbaren Zweikomponenten-
Schmelzfasern 16. Die Bahn wird von einem
flüssigkeitsdurchlässigen Tragorgan getragen, wie einem
gewebten Endlosband 18, das die Bahn durch eine Verwirr-
Vorrichtung 20 trägt, in der eine Reihe von feinen, im
wesentlichen säulenartigen Hochdruckwasserstrahlen 22 auf
das Gewebe auftrifft und auf diese Weise die Fasern
verwirrt. Das Hochdruck-Wasser wird aus einem Verteiler 24
zugeführt. Die Strahlen sind in Reihen angeordnet, die quer
zur Bewegungsrichtung des Bandes 18 gerichtet sind.
Vorzugsweise ist eine Vakuum-Vorrichtung 26 vorhanden, mit
der ein Vakuum an der die Unterseite des Bandes 18 angelegt
werden kann, z. B. bis zu 168,91-337,82 mbar (127-254 mm;
5-10 inch) Quecksilber.
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Evans beschreibt in US-Patent Nr. 3 485 706 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Umordnen/Verwirren von Faserbahnen
durch Durchleiten derartiger Bahnen auf einem gewebten Band
unter einer Reihe von feinen, säulenartigen Hochdruck-
Flüssigkeitsstrahlen. Die Vorrichtung der allgemeinen Art,
die von Evans beschrieben wird, kann im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden, obwohl der in dieser Erfindung
in Betracht kommende Grad an Verwirrung typischerweise weit
unter dem liegt, der im allgemeinen von Evans bevorzugt
wird.
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Das Wirrfaservlies 28 wird dann durch einen Ofen 30
geleitet, in dem die Zweikomponenten-Schmelzfasern durch
Wärme verbunden werden, um eine verstärkte Oberfläche zu
bilden, die das Pillen und Ausfransen dieser Oberfläche
verhindert.
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Insbesondere wird bei der dargestellten Ausführungsform
eine Doppel-Rotor-Vorrichtung 32 der Art, wie sie von Ruffo
et al. in US-Patent Nr. 3 768 118 beschrieben ist,
verwendet, um eine Bahn 12 herzustellen, die im
wesentlichen aus Grundfasern 14 besteht, die auf einer
Schicht aus Zweikomponenten-Schmelzfasern 16 aufgebracht
sind. Die Doppel-Rotor-Vorrichtung ist schematisch
dargestellt und, wie aus einer Übersicht des '118-Patents
ersichtlich ist, kann sie leicht eingestellt werden, um die
gewünschte Bahn-Zusammensetzung herzustellen. In die
Doppel-Rotor-Vorrichtung werden Karden 34, 36 eingeführt,
die Zweikomponenten-Schmelzfasern bzw. Grundfasern 16, 14
enthalten. Die Karde 34 stellt die Zweikomponenten-
Schmelzfasern 16 zur Verfügung. Die Karde 36 stellt die
Grundfasern 14 als geeignete natürliche oder synthetische
Fasern zur Verfügung.
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Wie oben angegeben, werden vorzugsweise als Schmelzfasern
Zweikomponenten-Fasern verwendet, deren Faser-Komponenten
unterschiedliche Schmelzpunkte haben. Wenn gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Stoff, der derartige
Zweikomponenten-Fasern enthält, erhitzt wird, um nur die
niedrigschmelzende Komponente zu schmelzen, so behält die
Faser-Komponente mit dem höheren Schmelzpunkt ihre Struktur
bei und liegt auch im fertigen non-woven Stoff noch als
Faser vor. Ein Beispiel für derartige Zweikomponenten-
Fasern sind Zweikomponenten-Fasern aus
Polyester/Polyethylen. Vorzugsweise werden Zweikomponenten
Fasern aus Hülle und Kern verwendet, und am meisten
bevorzugt ist die Verwendung von Zweikomponenten-Fasern aus
Hülle und Kern, bei denen das Polyethylen die Hülle und der
Polyester den Kern bilden, obwohl Seite-an-Seite-
Zweikomponenten-Fasern auch dem Zweck der vorliegenden
Erfindung dienen. Die Fasern haben im allgemeinen
vorzugsweise eine tex-Zahl im Bereich von etwa 0,11 bis
0,67 tex (etwa 1 bis etwa 6) und sind über etwa 0,635 cm
(0,25 Inch) bis zu etwa 7,62 oder 10,16 cm (3 oder 4 inch)
lang.
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Vorzugsweise enthalten die Zweikomponenten-Fasern
Polyethylen mit hoher Dichte, d. h. einer Dichte von
mindestens etwa 0,94 und einem Schmelz-Index ("M.I.") gemäß
ASTMD-1238 (E) (190ºC, 2160 g) von über 1, vorzugsweise
über etwa 10 und insbesondere etwa 20 bis etwa 50. Im
allgemeinen bestehen die Fasern aus etwa 40 bis 60 Gew.-%
und vorzugsweise 45-55 Gew.-% Polyester, wobei der Rest
Polyethylen ist.
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Andere Zweikomponenten-Fasern, die bei der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können, sind Heterofil-Fasern
mittlerer Reißfestigkeit. Derartige Fasern, die von ICI-
Fibers, Harrogate, North Yorkshire, England, unter den
Produktnamen 3,3/100/V303, 3,3/50/V303, 6,7/50/V302,
13/65/V302 und 13/100/V302 erhältlich sind, sind Fasern aus
Hülle und Kern, bei denen die Hülle ein Nylon-6-Material
und der Kern ein Nylon-66-Material mit einem höheren
Schmelzpunkt ist. Derartige Fasern sind insbesondere in
Kombination mit Polyester-Grundfasern geeignet. Andere
Heterofil-Fasern mittlerer Reißfestigkeit, die von ICI-
Fibers erhältlich und für die vorliegende Erfindung
geeignet sind, sind Polyester-Fasern, die unter den
Produktnamen 3,3/50/V544 und 3,3/90/V544 vertrieben werden.
Andere geeignete Fasern mit Hülle und Kern sind Fasern mit
einem Kernmaterial aus Polyethylen oder Polyethylen-
Therephthalat und einem Hüllenmaterial aus einem
Isophtalsäure-Copolymer.
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Andere Beispiele für Polymer-Paare, die zur Verwendung in
den Zweikomponenten-Fasern der erfindungsgemäßen Stoffe
geeignet sind, sind Copolyester/Polyester, Nylon/Polyester
und Nylon 6/Polypropylen. Die Zweikomponenten-Fasern können
Seite-an-Seite- oder Hülle/Kern-Polymer-Anordnungen
aufweisen.
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Während des Verwirr-Verfahrens werden die Zweikomponenten-
Schmelzfasern 16, die auf der Unterseite des Stoffs
konzentriert sind, mechanisch miteinander verwoben. Die
Grundfasern 14 werden vor allem untereinander verwirrt,
aber die Zweikomponenten-Schmelzfasern werden an der
Außenfläche mit den Grundfasern und miteinander verwirrt.
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Das Endlosband 18 transportiert das Wirrfaservlies auf
Fördervorrichtungen, die aus Bändern 38, 40 bestehen, zu
dem Ofen 30, wo es erhöhten Temperaturen unterworfen wird,
um die Komponente mit dem niedrigen Schmelzpunkt der
Zweikomponenten-Fasern zu schmelzen, die einen niedrigeren
Schmelzpunkt als der hoch schmelzende Kern der
Zweikomponenten-Fasern und die Grundfasern hat. Nach dem
Abkühlen und dem Verfestigen sind die Schmelzfasern 16 an
den benachbarten Fasern fixiert und bilden Bindungen an den
Berührungspunkten, benachbarter Fasern.
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Die Bahn wird vorzugsweise ohne Druck oder mit nur sehr
schwachem Druck thermisch gebunden, so daß die Bahn während
der Thermo-Verfestigungsstufe nicht wesentlich gequetscht
oder zusammengedrückt wird. Die in der Thermo-
Verfestigungsstufe verwendeten genauen Temperaturen hängen
vom Gewicht und der Schüttdichte der Bahn und der
Verweilzeit in der beheizten Zone ab. So wurde
festgestellt, daß beispielsweise Verfestigungstemperaturen
im Bereich von etwa 130ºC bis etwa 180ºC für eine Bahn aus
Polyester-Grundfasern und Polyethylen/Polyester-
Zweikomponenten-Fasern der oben beschriebenen Art
zufriedenstellend sind. Die Verweilzeiten in der
Verfestigungszone schwanken im allgemeinen von etwa 2
Sekunden bis 1 Minute und betragen normalerweise von 3 bis
etwa 4 Sekunden. Wie oben angegeben, ist ein wesentlicher
Faktor bei der Auswahl der Heizbedingungen für eine
optimale Verfestigung bei Verwendung von Zweikomponenten-
Fasern, nur die Komponente mit dem niedrigen Schmelzpunkt
bis auf mindestens ihren Schmelzpunkt zu erhitzen, jedoch
nicht auf eine solche Temperatur, daß die Komponente mit
dem hohen Schmelzpunkt der Zweikomponenten-Fasern oder die
Grundfasern schmelzen könnten. Dadurch, daß die Komponente
mit dem hohen Schmelzpunkt oder der Kern nicht geschmolzen
wird, behalten die Zweikomponenten-Fasern ihre Struktur
bei, wodurch die Faser-Eigenschaften der Stoffoberfläche
erhalten bleiben. Außerdem werden Steifheit und Verlust an
Absorptionsfähigkeit vermieden, die durch das vollständige
Schmelzen der Schmelzfasern entstehen können, wodurch die
Faserstruktur zerstört und die übriggebliebenen
Zwischenräume zwischen den Fasern oder die Kapillaren des
Stoffs mit dem geschmolzenen thermoplastischen Material
gefüllt werden.
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In der thermischen Verfestigungsstufe hüllt die Komponente
mit dem niedrigen Schmelzpunkt der Zweikomponenten-Fasern
einige der Grundfasern in eine thermoplastische Masse ein
und bildet so Einschlußverbindungen. Das geschmolzene
Material kann auch um die Fasern fließen und fließt
vorzugsweise zu Faser-Kreuzungspunkten. Das geschmolzene
Material haftet auch an ähnlichem geschmolzenem Material an
den Zweikomponenten-Fasern und verbindet derartige Fasern
miteinander, wodurch Haftverbindungen entstehen. Nach dem
Abkühlen verfestigen sich die Schweißstellen der
geschmolzenen Komponente mit dem niedrigen Schmelzpunkt,
z. B. Polyethylen, und bilden dadurch ausgezeichnete
Faserzu-Faser-Verbindungen. Einfaches Lagern an Umgebungsluft
stellt im allgemeinen ein adäquates Abkühlen dar.
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Die thermische Verfestigungsstufe kann durch Verfestigen an
der Luft durchgeführt werden, wie in Fig. 1 durch den Ofen
30 dargestellt ist, oder durch andere Mittel, wie
Infrarotheizung oder andere Heizarten. Das Verfestigen durch Luft
wird durch Leiten der Bahn auf einem porösen Förderband
durch eine Zone erreicht, in der heiße Luft durch die Bahn
gedrückt wird. Die Bahn kann durch eine beheizte Zone
zwischen zwei porösen Schirmen oder Bändern oder auf einer
Drehtrommel mit einer porösen Oberfläche mitgenommen
werden, die so ausgerüstet ist, daß heiße Luft durch die
Bahn gesaugt wird, während sie um die Trommel läuft. Es hat
sich herausgestellt, daß die genaue Art des Erhitzens nicht
besonders kritisch ist. Gegebenenfalls kann die thermische
Verfestigungsstufe so durchgeführt werden, daß die Bahn
zwischen beheizten Haltebändern, die einen mäßigen Druck
ausüben, oder zwischen beheizten Präge- oder
Kalanderwalzen, die einen größeren Druck aufbringen,
mitgeführt wird. Mit diesen letztgenannten Verfahren findet
eine Verdichtung der Bahn statt. Die Anwendung von Druck
erhöht jedoch die Anzahl der Faser-Berührungspunkte und der
thermischen Verbindungen.
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Nach dem thermischen Verfestigen und dem Abkühlen zur
Verfestigung der Verbindungen wird der erfindungsgemäße
Stoff auf einer üblichen Rolle 42 aufgewickelt.
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Bei der dargestellten Vorrichtung ist die mit den
Zweikomponenten-Schmelzfasern versehene Oberfläche des
Stoffs auf der Seite der Bahn angeordnet, die den Strahlen
gegenüber liegt, die zur Verwirrung in der Verwirr-
Vorrichtung 20 vorhanden sind. Ein derartiger Stoff ist in
der unten angegebenen Fig. 4 offenbart und beschrieben.
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Wenn es erwünscht ist, einen Stoff zur Verfügung zu
stellen, der eine Bahn aus thermoplastischen Fasern auf
beiden Außenflächen des Stoffs aufweist, so kann dies
dadurch erfolgen, daß eine dünne Schmelzfaserschicht 44 auf
die Bahn 12 gelegt wird, bevor sie die Verwirr-Vorrichtung
20 erreicht.
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Wie insbesondere durch die gestrichelten Linien in Fig. 1
dargestellt ist, ist eine Karde 46 hinter der Doppel-Rotor-
Vorrichtung angeordnet, um die Bahn aus Schmelzfaserbahn 44
auf die Bahn 12 aufzubringen. Ein derartiger Stoff ist in
der weiter unten angegebenen Fig. 5 offenbart und
beschrieben.
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Ein anderer Weg zur Herstellung eines Stoffs mit einer
dünnen äußeren Oberfläche von Schmelzfasern, die auf einer
Seite einer relativ dicken Grundfaserschicht angebracht
ist, ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform
werden Karden 50 und 52 von Grundfasern bzw. Schmelzfasern
auf ein Endlosförderband 54 aufgebracht, das dem Band 18
der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung entspricht. Die
hintereinander angeordneten Karden 50, 52 stellen die
Verbundbahn 56 her, die direkt durch die Verwirr-
Vorrichtung 20 und dann über Förderbänder 38 zu den
Kalanderwalzen 58 geführt wird. Die Schmelzfasern, die auf
der Außenfläche des Wirrfaservlieses 28 aufgebracht sind,
werden durch die Hitze miteinander und vorzugsweise mit den
Grundfasern verschmolzen und verfestigen dadurch die
Oberfläche, um das Pillen oder Ausfransen zu verhindern.
Die durch Wärme gebundene Bahn wird dann auf eine
herkömmliche Aufwickelrolle 60 aufgewickelt.
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Festzustellen ist, daß in den dargestellten
Ausführungsformen die Fläche, die mit einer Schicht von auf
einer oder beiden Seiten aufgebrachten, Schmelzfasern
gebildet ist, verwirrt wird, bevor sie in den Ofen oder den
Spalt der Kalanderwalzen eingeführt wird. Dies sind jedoch
bevorzugte Ausführungsformen, das wesentliche Merkmal der
Erfindung ist das Aufbringen einer dünnen
Schmelzfaserschicht, die auf einer oder beiden Außenflächen einer
dicken Schicht verwirrter Grundfasern angeordnet ist, wobei
die Schmelzfasern anschließend miteinander und mit den
Grundfasern verbunden werden, wodurch ein durch Wärme
gebundenes, wirres Netzwerk von Schmelzfasern im breitesten
Rahmen der vorliegenden Erfindung gebildet wird; es ist
nicht wesentlich, daß die Schmelzfasern mit den Grundfasern
verwirrt werden, und es liegt im Rahmen der Erfindung, die
Schmelzfasern auf einer Seite oder beiden Seiten einer
Grundfaserschicht aufzubringen, nachdem die Bahn die
Verwirr-Vorrichtung verläßt, aber bevor sie erhitzt wird,
um die Schmelzfasern miteinander und mit den Grundfasern zu
verschmelzen.
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Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Stoffs besteht aus bis
zu 80% Polyester und 20% Zweikomponenten-Fasern. Jedoch,
abhängig von der gewünschten Oberflächen-Festigkeit, kann
das Verhältnis an Fasern so niedrig wie 90% Polyester und
10% Zweikomponenten-Fasern und so hoch wie 10% Polyester
und 90% Zweikomponenten-Fasern sein. Das genaue Gewicht
des Vlieses ist nicht kritisch, obwohl festgestellt wurde,
daß ein geeignetes Gewicht im Bereich von etwa 27,124 g/m²
(0,8 oz/yd²) bis etwa 67,81 g/m²(2 oz/yd²) liegt.
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Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Stoffs der
vorliegenden Erfindung, bei der Zweikomponenten-Fasern 70
aus Hülle und Kern mit Grundfasern 72 an einer Oberfläche
des Stoffs verwirrt und durch Wärme verbunden sind. Wie in
Fig. 3 dargestellt ist, wurden die Komponenten oder Hüllen
mit dem niedrigen Schmelzpunkt der Zweikomponenten-Fasern
miteinander und mit den Grundfasern der Bahn durch Hitze
verschmolzen, um ein thermisch gebundenes, wirres Netzwerk
an der Oberfläche des Stoffs zu bilden. Wie oben
beschrieben, schmilzt die Hülle aus der Komponente mit dem
niedrigen Schmelzpunkt und klebt an der Hülle der
benachbarten Zweikomponenten-Fasern, wodurch Haftbindungen
74 entstehen. Außerdem fließt die Hülle aus der Komponente
mit dem niedrigen Schmelzpunkt um benachbarte Grundfasern,
wie bei 76 dargestellt, und bildet Einschlußverbindungen.
Der übrig gebliebene Kern der Zweikomponenten-Fasern ist
bei 78 ersichtlich.
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Fig. 4 und 5 zeigen Querschnitte von Stoffen, die gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind. In Fig. 4
ist eine Schicht von schmelzbaren oder Zweikomponenten-
Fasern 80 auf eine Oberfläche einer Schicht von Grundfasern
82 aufgebracht, mit dieser verflochten und thermisch
verbunden worden. Die so gebildete, verstärkte Oberfläche
84 weist ein durch Wärme gebundenes, wirres Netzwerk von
Zweikomponenten-Fasern und Grundfasern auf, wodurch die
Oberfläche des Stoffs verstärkt wird, was sich wesentlich
auf die Faser-Struktur der Stoffeigenschaften der
Grundschicht auswirkt. In Fig. 5 ist eine Schicht aus
Zweikomponenten-Fasern 80 auf beide Seiten einer
Grundfaserschicht 82 aufgebracht und mit dieser wirr
verflochten. Nach der Hitze-Behandlung zur thermischen
Verbindung der Zweikomponenten-Fasern miteinander und mit
den Grundfasern, weist der Stoff verstärkte Oberflächen 84
und 86 auf, die je ein thermisch gebundenes, wirres
Netzwerk von Zweikomponenten-Fasern und Grundfasern
aufweisen. Die Grundfaserschicht bleibt durch das Verfahren
und die Mittel, durch die die Verstärkung erreicht wird im
wesentlichen unbeeinflußt.