DE3877794T2

DE3877794T2 - Vliesstoff und verfahren zur herstellung desselben.

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Publication number: DE3877794T2
Application number: DE8888302794T
Authority: DE
Inventors: Leonard Robert Lefkowitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2008-03-30
Also published as: NO173621B; FI93558B; FI881493A0; FI881493A; EP0285376A3; JPS6420371A; NZ224050A; EP0285376A2; GB8807416D0; AU1372388A; AU607197B2; NO881343D0; US4740409A; DE3877794D1; ATE85096T1; GB2202873B; NO881343L; CA1309853C; FI93558C; ES2037216T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Textilverbundstoff und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Papiermaschinen-Blattbildungs-Textilverbundstoffe, Filze und Trockenpartiestoffe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Für viele Jahre war das Weben das Hauptverfahren zur Herstellung von Stoffen zur Verwendung auf Papiermaschinen. Bei Papiermacherfilzen hat man einigen Erfolg mit vernadelten Faservliesen des "füllstofflosen" Typs erzielt. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 3 392 079, das durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird. Solche Filze werden hergestellt durch Herumwickeln von voneinander beabstandeten, parallelen in Maschinenrichtung bzw. Arbeitsrichtung verlaufenden Fäden um Spannwalzen, Bedecken der Fäden mit kardierten Faserbündeln und Vernadeln der Faserbündel in die Fäden von beiden Seiten her zur Bildung eines verdichteten Faserfilzes.
Unter geringen Pressenbelastungen arbeiten solche füllstofflosen Filze in zufriedenstellender Weise, doch unter hohen Pressenbelastungen sind solche füllstofflosen Filze nicht zufriedenstellend, da die in Maschinenrichtung verlaufenden Fäden unerwünschte Abdrücke in dem Papierblatt hinterlassen. Außerdem sind solche füllstofflosen Filze während des Betriebs auf der Papiermaschine anfällig für Aufweitungen. Derartige Vliese werden deshalb auf Pressen mit starker Belastung selten verwendet.
Faservliese sind zwar bekannt, doch bisher war es nicht möglich, Papiermaschinen-Blattbildungs-Stoffe ohne Weben herzustellen. Ein zufriedenstellender Blattbildungs-Stoff, der durch Vernadeln kardierter Faserbündel in eine parallele Anordnung von Fäden in derselben Weise wie füllstofflose Filze gebildet wird, ist nicht praktikabel, da einem solchen Erzeugnis eine ausreichende Oberflächen- Gleichmäßigkeit und Entwässerung fehlen würden, es die Tendenz hätte, sich mit Feinmaterial anzufüllen und außerdem zu Problemen bei der Freigabe des Blattmaterials nach dessen Bildung führen würde. Nichtsdestoweniger war der Gedanke der Herstellung eines Blattbildungs-Stoffes ohne Weben aufgrund der hohen Herstellungskosten von gewebten Blattbildungs-Stoffen durch derzeitige Verfahren Gegenstand anhaltenden Interesses.
Im Fall von Papiermaschinen-Blattbildungs-Stoffen gehen die derzeitigen Trends zu mehrlagigen gewebten Stoffen mit groben Websubstraten, die in der Abnutzungsseite des Stoffes aus dicken Fäden gebildet sind, wobei kleine Fäden mit feiner Maschenweite in die Blattbildungsseite des Stoffes eingewebt sind. Die groben Fäden verleihen dem Stoff Verschleißwiderstand, während die feinmaschige Oberfläche zur Erzielung einer guten Blattbildung verwendet wird. Bisher war es nicht möglich, einen Blattbildungs-Webstoff mit einer glatten Blattbildungsoberfläche unter Verwendung der gleichen groben Fäden herzustellen, die zur Erzielung der erforderlichen Verschleißeigenschaften notwendig sind. Die mehrschichtigen Stoffe schaffen zwar glatte Oberflächen sowie gute Verschleißeigenschaften, doch ist ihre Herstellung aufgrund ihrer strukturellen Komplexität schwierig und zeitaufwendig.
Textilverbundstoffe sowie deren Herstellung sind allgemein bekannt. Die US-Patente Nr. 4 259 399 und 4 285 748, die beide durch Bezugnahme zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht werden, offenbaren die Herstellung von Textilverbundstoffen. Die darin vorgeschlagenen Verbundstoffe sind jedoch für die vorliegend ins Auge gefaßten Anwendungen nicht geeignet.
Bei Papiermacherfilzen mit porösen, inkompressiblen Websubstraten, die mit porösen Faserschichten bedeckt sind, welche als kardierter Flor auf Gitterfilzen bekannt sind, benötigen solche Filze eine ausreichende Kardierung, um die Druckextreme zu reduzieren, die ansonsten über Faserhügeln oder Webüberkreuzungen auftreten würden. Dies ist notwendig, da sonst ein ungleichmäßiger Druck zu einer Reduzierung der Pressen-Entwässerungseffizienz führen könnte und einen nachteiligen Einfluß auf die Blattqualität haben könnte.
Bei Herstellung von Webfilzen des Standes der Technik mit inkompressiblen Monofilamenten enthalten solche Grundgewebe ausnahmslos miteinander in Verbindung stehende Wasserströmungspassagen zwischen den Fäden. Derartige Passagen gestatten dem Wasser ein Vorwärtsströmen in Maschinenrichtung durch das Filz-Grundgewebe, während der Filz und das Papierblatt in dem Pressenspalt hydraulischem und mechanischem Druck ausgesetzt werden. Eine solche quer verlaufende Wasserströmung vor dem Spalt her kann zu einer erhöhten Blattfeuchtigkeit und einer verminderten Presseneffizienz beitragen.
Querverlaufende Passagen in dem Grundgewebe schaffen auch Kanäle für den Eintritt von Luft in das Blatt und den Filz, die beim Verlassen des Pressenspalts expandieren. Man vermutet, daß ein solcher Lufteintritt in das inkompressible Webfilzsubstrat den Wassertransfer von innerhalb der Blatt-/Filz-Grenzfläche zurück in das expandierende Papierblatt bei dessen Austritt aus dem Pressenspalt fördern kann, wodurch die Presseneffizienz vermindert wird.
Bei der Herstellung von Filtrationsstoffriemen für die Schlammkonzentration sowie auch für andere Zwecke ist es häufig erwünscht, einen Stoff mit vielen kleinen Öffnungen herzustellen, und zwar aus Fäden, die zur Erzielung einer hohen Lebensdauer ausreichend groß sind. Wenn es sich bei solchen Fäden um dicke Monofilamente handelt, sind diese schwer ausreichend eng nebeneinanderzuweben, um die gewünschten feinmaschigen Öffnungen zu erzielen. Häufig ist ein Kompromiß erforderlich, der in einem Umschwenken auf kleinere Fäden besteht, so daß sich die gewünschte Maschenweite weben läßt.
Weiterhin ist ein nichtgewebtes Papiermaschinen-Trockenpartie-Fabrikat bekannt, das aus Kunststoff-Monofilament- Wendeln besteht. Jede Wendel ist mit der ihr benachbarten Wendel durch einen Stift verbunden, der durch die ineinandergreifenden Kopfbögen der zusammengefügten Wendeln geführt ist, um so ein endloses durchlässiges Trockenpartie- Band zu bilden. Als Ergebnis dieses Verbindungsverfahrens können solche Bänder leicht versagen, falls nämlich irgendeiner der Tausende von Wendel-Verbindungsstiften während des Betriebs auf der Papiermaschine ausfällt.
Es sind poröse Kunststoff-Fabrikate in Blattform bekannt, in denen Öffnungen in dem Kunststoff-Blatt während seiner Bildung erzeugt werden, wie zum Beispiel durch Extrusion von zwei Sätzen von Fasern im rechten Winkel zueinander, die an Überkreuzungsstellen miteinander verschweißt werden. Solche blattförmigen Fabrikate bestehen aus unausgerichtetem polymeren Material; bei ihrer Erzeugung in der für Papierherstellungszwecke erforderlichen Feinheit würde ihnen eine ausreichende Formstabilität zur Verwendung als Endlosband auf Papiermaschinen fehlen. Diese Art von Material kann gereckt werden, um eine Ausrichtung der Fasern und damit eine gesteigerte Stabilität zu erzielen, jedoch auf Kosten einer Vergrößerung der Abstände zwischen den Elementen auf Werte, die außerhalb der für bestimmte Anwendungen erforderlichen Feinheit liegen.
Formstabile blattförmige Kunststoff-Fabrikate können durch Perforieren, Bohren oder dergleichen porös gemacht werden; derartige Fertigungsverfahren schließen jedoch die Verwendung von Materialkombinationen aus, die für spezielle Eigenschaften besonders geeignet sind. Eine Streckbeständigkeit in Maschinenrichtung zum Beispiel läßt sich am besten mit Material mit hohem Modul erzielen, während in Maschinenquerrichtung bestehende Erfordernisse die Verwendung von Materialien notwendig machen können, die nachgiebig sind und eine geringere Steifigkeit besitzen.
Das US-Patent Nr. 3 617 442 schließlich schlägt einen Papiermacher-Textilverbundstoff vor, der ein offenzelliges flexibles Schaummaterial mit darin vorhandenen Verstärkungsfäden in Maschinenrichtung umfaßt.
Ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung formstabiler Textilverbundstoffe für Papiermaschinen und andere Zwecke, die Verstärkungselemente in Maschinenrichtung aufweisen und glatte Oberflächen besitzen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Textilverbundstoffes für Papiermaschinen und andere Zwecke, der im wesentlichen keine vertikalen oder horizontalen Kräuselungen aufweist und bei dem in Maschinenrichtung und in Maschinenquerrichtung verlaufende Elemente im wesentlichen vollständig in derselben Ebene liegen.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Textilverbundstoff-Filzen bzw. Faservliesen zum Papiermachen und für andere Zwecke, bei denen die nicht verformbare Basisverbundstoffeschicht jeweilige Fluidströmungswege enthält, die rechtwinklig zur Ebene des Verbundstoffes verlaufen.
Ein zusätzliches Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Filzen oder Blattbildungs-Textilverbundstoffen mit feinfaserigen oder geschäumten Blattkontaktierungsflächen, die in integraler Weise mit einem Basis-Verbundstoff verbunden sind.
Ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung von Textilverbundstoffen für die Papierherstellung sowie für andere Zwecke, bei denen einen hohen Lastaufnahme-Modul aufweisende Verstärkungselemente vorhanden sind, die in Maschinenrichtung angeordnet sind und im wesentlichen vollständig von porösem polymeren Verbundfüllstoff umhüllt sind, der sich durch Abriebfestigkeit, chemische Beständigkeit oder Beständigkeit gegen Qualitätsverlust unter Wärmeeinwirkung auszeichnet.
Zusätzlich dazu besteht ein Ziel der Erfindung in der Schaffung von Textilverbundstoffen, bei denen sich der in Maschinenquerrichtung erstreckende polymere Verbundfüllstoff aus einem großen Bereich verschiedener Materialien auswählen läßt, worunter sich wenigstens einige Materialien befinden, die sich nicht zu Textilfasern formen lassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Textilverbundstoff vorgeschlagen, mit auf Abstand liegenden linearen Fäden, die sich im wesentlichen in gleicher Richtung erstrecken, sowie mit einem polymeren Verbundfüllstoff, der die Fäden verbindet und jeden Faden über seine gesamte Längserstreckung zumindest teilweise umhüllt, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Verbundfüllstoff Ausnehmungen aufweist, die seitlich versetzt zu den Fäden angeordnet sind und sich durch den ganzen Verbundfüllstoff hindurch erstrecken.
Blattbildungs-Bespannungen an Papiermaschinen arbeiten unter hohen Geschwindigkeiten und stehen dabei unter beträchtlicher Spannung in Maschinenrichtung (d.h. der Richtung, in der der Stoff läuft). Tatsächlich sind manche Maschinenpositionen so anfällig für Dehnung, daß selbst eine Längung von einem Prozent dazu führen kann, daß die Bespannung von der Maschine abgenommen werden muß. Gewebte Blattbildungs-Bespannungen sind aufgrund von zwei Mechanismen Längung ausgesetzt: Maschinenrichtungs-Fadendehnung und Maschinenrichtungs-Fadenausrichtung durch Kräuselungsverschiebung. In dem US-Patent Nr. 3 858 623, das durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, wird eine Webstoffkonstruktion gelehrt, die Dehnung durch Kräuselungsverschiebung vermeidet.
Bei dem Verbundstoff der vorliegenden Erfindung wird den in Maschinenrichtung verlaufenden Fäden keine Kräuselung erteilt, da sie nicht mit einem zweiten Fadensystem, wie bei Webstoffen, verwoben sind. Die in Maschinenrichtung verlaufenden Fäden liegen statt dessen perfekt gerade innerhalb des sie umgebenden und im wesentlichen umhüllenden polymeren Verbundfüllstoffes. Die Notwendigkeit einer Stabilität in Maschinenquerrichtung kann durch den Verbundfüllstoff leicht erfüllt werden, obwohl er nicht ausgerichtet ist, wie dies bei Maschinenrichtungs-Fäden mit hohem Modul der Fall ist. Die in Maschinenquerrichtung wirkenden Lasten stellen nur einen geringen Bruchteil der in Maschinenrichtung wirkenden Lasten dar. Wichtiger ist die Fähigkeit des Verbundfüllstoffes zur Schaffung der erforderlichen langlebigen Verschleißflächen, die für einen wettbewerbsfähigen Betrieb bei dieser Anwendung erforderlich sind.
Der Verbundfüllstoff kann aus einer großen Anzahl verschiedener polymerer Materialien ohne Berücksichtigung ihrer Fähigkeit zur Bildung von Fasern oder Fäden ausgewählt werden. Eines der besten Materialien hinsichtlich Verschleißfestigkeit ist Polyurethan. Obwohl dieses Material nicht in brauchbarer Fadenform verfügbar ist, könnte man es als Verbundfüllstoff von Stoffen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, die zur Verwendung als Blattbildungs-Verbundstoff gedacht sind. Andere verwendbare Materialien beinhalten Polyestermaterialien, wie Polyethylenterephthalat, Polyamide, wie Nylon, insbesondere Nylon 6, Nylon 6,6 oder Nylon 12, sowie Polyethylen. Der Verbundfüllstoff hat vorzugsweise eine niedrigere Schmelztemperatur als das verwendete Fadenmaterial.
Bei Filzen für die Papierherstellung und dergleichen Zwecke ist die poröse Verbundfüllstoffeschicht aus nicht verformbarem polymeren Material gebildet. Unter nicht verformbar ist zu verstehen, daß jegliche Verformung, die bei Passage des Filzes durch den Papiermaschinen-Pressenspalt hindurch auftreten kann, minimal ist, so daß die in der nicht verformbaren Verbundfüllstoffeschicht enthaltenen Fluidströmungswege offenbleiben und daher weiterhin Freiraum für die Aufnahme von Fluid selbst unter hohen Druckbelastungsbedingungen schaffen.
Für den bevorzugten Papiermacherfilz gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine Blattkontakt-Oberflächenschicht, die poröse elastische Fasern oder Schaum aufweist, die an der Basisschicht durch Schmelzverbinden oder dergleichen angebracht sind. Vorzugsweise soll dabei die faserige Oberflächenschicht vor der Anbringung an der Basis z.B. durch Vernadeln mechanisch verflochten werden.
Dadurch erhalten die kardierten Fasern eine gewisse vertikale Ausrichtung, und außerdem wird den kardierten Fasern vor der Anbringung eine gewisse physikalische Einheitlichkeit verliehen. Dadurch wird auch sichergestellt, daß Fasern der Oberseite der Kardierung sowie Fasern der Unterseite der Kardierung an dem nicht verformbaren Verbundfüllstoff der Basisschicht anhaften oder in ihn eingebettet werden.
Wenn erfindungsgemäße Textilverbundstoffe für geotextile Anwendungen oder zur Filtration vorgesehen sind, können poröse Fasern oder Schaum wahlweise einer oder beiden Seiten des Fäden enthaltenden Verbundfüllstoffes hinzugefügt werden. Alternativ hierzu können sie je nach den Anwendungserfordernissen auch überall in dem gesamten eigentlichen Verbundfüllstoff angeordnet werden.
Im Fall von erfindungsgemäßen Textilverbundstoffen für die Papiermaschinen-Trockenpartie können Spannung in Maschinenrichtung aufnehmende Elemente vorzugsweise unter denjenigen Materialien ausgewählt werden, die für ihre Hydrolyse-Stabilität und Beständigkeit gegen Qualitätsverlust unter Wärmeeinwirkung bekannt sind. Materialien, wie Nomex oder Kevlar (polymere Materialien der Firma DuPont) können in Betracht kommen, obwohl derartige Materialien nur in gesponnener Form oder Faserform erhältlich sind und bei gewebten Trockenpartie-Stoffestrukturen normalerweise rasch verschleißen würden. Durch Einhüllen solcher Fäden in den Verbundfüllstoff kann man sie vor Abriebverschleiß und Dampfaussetzung schützen, wodurch ihre nutzbare Betriebslebensdauer ansonsten beträchtlich reduziert würde.
Derzeitige Trockenpartiestoffe machen häufig von Polyester-Monofilamenten Gebrauch, trotz ihrer Anfälligkeit für Beschädigungen durch Hydrolyse. Durch Einkapseln der Polyesterfäden in den Verbundfüllstoff gemäß der Erfindung sind solche Fäden vor Dampfaussetzung geschützt, wodurch die Garnfestigkeit besser erhalten bleibt als bei gewebten oder als Drahtgliederband mit ineinandergreifenden Wendeln ausgeführten Trockenpartie-Fabrikaten.
Bei Trockenpartie-Fabrikaten kann der eigentliche Verbundfüllstoff aus dem gesamten Spektrum flexibler polymerer Verbindungen ohne Berücksichtigung der Fadenbildungsfähigkeit des Materials ausgewählt werden. Während herkömmliche gewebte oder als Wendel-Drahtgliederbänder ausgeführte Trockenpartie-Bespannungen aus textilen Fäden unter möglicher Hinzufügung von Behandlungen mit Kunstharzen gebildet sein können, kann die erfindungsgemäße Trockenpartie-Bespannung einen nicht-faserbildenden Verbundfüllstoff verwenden, wenn dies zu einer besseren Betriebslebensdauer oder zu Einsparungen bei der Herstellung oder dem Material führt. Zum Beispiel kann sich Silikongummi als ein idealer Verbundfüllstoff erweisen, obwohl es derzeit nicht in Faserform zur Verwendung bei gewebten Trockenpartie-Bespannungen verfügbar ist.
Erfindungsgemäße Textilverbundstoffe können entweder in Form von Endlosbändern bzw. umlaufenden Bändern oder in flacher Form hergestellt werden. Es ist auch möglich, Stoffe in einfacher Weise durch Verwendung eines in Maschinenrichtung verlaufenden Garns aus einem Material herzustellen, das eine höhere Schmelztemperatur hat als der polymere Verbundfüllstoff.
In anderen Fällen kann es sich bei dem Verbundfüllstoff um einen thermofixierbaren Kunststoff handeln oder um ein Kunstharz, das mit Wasser reagiert. In noch anderen Fällen kann es sich bei dem Verbundfüllstoff um ein Reaktionsformungs-Gemisch handeln, das fast sofort nach dem Vermischen polymerisiert.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Textilverbundstoffes (Faservlies) mit den Verfahrensschritten: Vorschub einer Anordnung von mit Abstand nebeneinander angeordneten Fäden in deren Längsrichtung und in eine mindestens teilweise eingebettete Zuordnung zu einem polymeren Verbundfüllstoff, der als flüssige oder plastische Masse vorliegt, Hindurchführen der Fäden und des Verbundfüllstoffes durch einen Walzenspalt und Verfestigen der Faden-Füllstoff-Masse, wobei die den Walzenspalt bildenden Walzen einander intervallmäßig in axial und über den Umfang verteilten Abständen berühren, um so in dem Verbundfüllstoff bei dessen Durchlauf Ausnehmungen zu bilden.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen noch näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine zur Herstellung des erfindungsgemäßen Textilverbundstoffes verwendete Vorrichtung;
Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A' der Fig. 1;
Fig. 3 einen Front-Teilschnitt entlang der Linie B-B' der Fig. 1;
Fig. 4 einen Teil der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie C-C' der Fig. 4;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Bereich eines erfindungsgemäß hergestellten Textilverbundstoffes;
Fig. 7 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Textilverbundstoff gesehen in Maschinenrichtung und entlang der Linie D-D' der Fig. 6;
Fig. 8 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Textilverbundstoff gesehen in Maschinenquerrichtung und entlang der Linie E-E' der Fig. 6;
Fig. 9 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Textilverbundstoff in Maschinenquerrichtung und entlang der Linie F-F' der Fig. 6;
Fig. 10 eine der Fig. 7 entsprechende Ansicht unter Darstellung einer Variante des Textilverbundstoffes mit einer an seiner oberen Oberfläche anhaftenden Faserflorschicht; und
Fig. 11 eine Perspektivansicht des Textilverbundstoffes der Fig. 10, wobei ein Teil der Faserflorschicht zur besseren Klarheit entfernt ist.
Im folgenden wird auf die Zeichnungen, insbesondere die Fig. 1, 2 und 4, Bezug genommen. Eine Anordnung aus Monofilamenten bzw. Einzelfäden, Multifilamenten bzw. Mehrfachfäden oder gesponnenen Fäden 10 wird in ein Extrudermundstück 12 eingeführt, das an einem Extruder 14 angebracht und mit Verbundfüllstoff 18 gefüllt ist. Die Fäden 10 sind zur Schaffung einer besseren Steuerung vorgespannt. Der Extrudermundstück-Austritt 16 ist zur Schaffung eines bandartigen Gebildes geformt, das eine seitlich nebeneinanderliegende Anordnung paralleler Fäden 10 besitzt, die in geschmolzenes Kunststoff-Füllstoffmaterial 18 eingehüllt sind. Dies ist in Fig.5 deutlicher zu sehen.
Wie in Fig. 1 und 4 zu sehen ist, wird das neu geformte Band 20 unmittelbar in einen mit Nadeln versehenen Abschnitt bzw. Nadelabschnitt 22 einer Antriebswalze 24 eingeführt, während sich das Füllstoffmaterial 18 noch im geschmolzenen Zustand befindet. Die Antriebswalze 24 wird von einem eine variable Drehzahl aufweisenden Motor 26 mit einer derartigen Drehzahl angetrieben, daß der Austrittsströmung des Extruders 14 Rechnung getragen wird.
Unmittelbar nach der Berührung mit dem Nadelabschnitt 22 wird das neu gebildete Band durch eine Heißpreßwalze 28 Wärme- und Druckbedingungen ausgesetzt, um das noch weiche Extrudat in die Nuten 30 zwischen den Nadeln 32 des Nadelabschnitts 22 zu drücken. Die innerhalb des Bands befindlichen Fäden werden in Eingriff mit den in Maschinenrichtung verlaufenden Nuten 34 geführt, wo sie von dem sich verfestigenden Kunststoff-Füllstoffmaterial umgeben und in dieses eingehüllt werden. Das Kunststoff-Füllstoffmaterial wird gleichermaßen in in Querrichtung verlaufende Nuten 38 gedrückt, um dadurch in Querrichtung verlaufende Zwischenverbindungs-Strukturelemente 40 zu bilden.
Die obersten Nadelextremitäten 41 berühren die Außenfläche 43 der erwärmten Walze 28. Dadurch wird das Kunststoffmaterial von zwischen diesen Berührungsflächen herausgedrückt und verursacht die Bildung von Löchern 45 an jeder solchen Kontaktstelle.
Für einen flachen Textilverbundstoff erstreckt sich der Nadelabschnitt 22 vollständig über die Antriebswalze 24, so daß sich die gewünschte Textilverbundstoffbreite in einem einzigen Durchlauf herstellen läßt. In diesem Fall bewegt sich das Material weiter um die Nadelwalze herum, bis es zur vollständigen Verfestigung ausreichend abgekühlt ist, wonach es durch eine Stoffaufwickelvorrichtung von der Nadelwalze abgezogen wird. Auf diese Weise gebildeter flacher Textilverbundstoff kann anschließend durch herkömmliche Verbindungsverfahren zu Endlosbändern geformt werden.
Zur Herstellung breiter Endlos-Textilverbundstoffe, die für Zwecke wie beispielsweise als Papiermaschinen-Tuch ohne Notwendigkeit eines anschließenden Verbindungsschritts geeignet sind, ist es erforderlich, wiederholte Durchläufe auf dem Nadelabschnitt 22 durchzuführen, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist. Bei dieser Endlos-Textilverbundstoffherstellung bewegt sich das neu gebildete Band halb um den Nadelabschnitt 22 herum, während es zu erhärtetem Bandmaterial 42 erstarrt. Das erhärtete Bandmaterial bewegt sich um eine Endwalze 44 und wird dann in eine Position auf dem Nadelabschnitt 22 unmittelbar neben der nächstfolgenden Bahn des sich neu bildenden Bands 20 zurückgeführt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß es sich bei dem neu bildenden Band 20 und dem erhärteten Rücklaufband 42 in Wirklichkeit um aufeinanderfolgende Bereiche ein- und desselben fortlaufenden Bandes handelt. Aus Gründen der Klarheit werden sie jedoch so bezeichnet, als ob es sich dabei um separate Einheiten handeln würde.
Vor dem Wiedereintritt in den Nadelabschnitt 22 wird der dem sich neu bildenden Band 20 benachbarte Rücklaufband- Rand 48 in enge Berührung mit der geschlitzten Außenfläche 46 des Extrudermundstücks 12 gebracht, so daß er erweicht und in Stoßberührung mit dem angrenzenden geschmolzenen Rand 47 des sich neu bildenden Bandes 20 mit diesem Band verschmilzt. Sowohl das Rücklaufband 42 und das neu gebildete Band 20 werden dann seitlich nebeneinanderliegend auf den Nadelabschnitt 22 geführt, wo sie durch die Preßwalze 28 Wärme und Druck ausgesetzt werden, wodurch die Verbindung zwischen den beiden Bändern verbessert wird. Auf diese Weise wird neu gebildetes Band 20 kontinuierlich an zuvor gebildetes, erhärtetes Band 42 angefügt, und zwar unter Bildung eines endlosen porösen Endlosbandes 50, das aus seitlich nebeneinander liegenden Bändern besteht, deren Ränder bzw. Übergänge kaum wahrnehmbar sind.
Bei einer nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform besitzen die Randbereiche des neu gebildeten Bands oder sogar das Band als Ganzes eine mehrstufige Konfiguration, so daß das neu gebildete Band 20 und das Rücklaufband 42 eine überlappende Verbindung anstatt einer Stoßverbindung bilden, wobei das Extrudermundstück 12, der Nadelabschnitt 22 und die Preßwalze 28 in entsprechender Weise profiliert sind und die Führung der Bänder 20 und 42 in dem Bereich des Extrudermundstücks in entsprechender Weise modifiziert ist.
Unter manchen Umständen kann es sich als zweckdienlich erweisen, weitere Fäden in Abständen in Querrichtung des Bands 20 vorzusehen, wobei sich solche Fäden von den Längsrändern des Bandes aus erstrecken und in den angrenzenden Rand des Rücklaufbands eingebettet werden, während die beiden Bänder miteinander verbunden werden.
Die Dicke der mit diesem Verfahren erzeugten, in Maschinenrichtung einerseits und quer zur Maschinenrichtung andererseits liegenden Elemente braucht nicht gleich zu sein. In den meisten Fällen ist es wünschenswert, daß die Fäden vollständig umhüllt werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß viele Variationen in der Form und im Abstand der Nadeln verwendet werden können, um spezielle Konstruktionsergebnisse zu erzielen, die von der späteren Verwendung des hergestellten flachen Textilverbundstoffes oder Endlosbandes abhängig sind.
Für geotextile Anwendungen oder Filtrationsanwendungen können Textilverbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung noch weiter verbessert werden, und zwar durch Hinzufügung einer Schicht aus porösem Membranmaterial, offenzelligem Schaumstoff, Fasermattenmaterial, Fasern oder dergleichen auf einer oder beiden Seiten des Fäden enthaltenden Verbundfüllstoffes. Alternativ hierzu können Schaumstoff oder Fasern durchgängig in dem eigentlichen Verbundfüllstoff angeordnet werden. Bei der Papierherstellung z.B. kann ein feinporiger offenzelliger Schaumstoff der mit dem Papier in Berührung tretenden Oberfläche des Textilverbundstoffes hinzugefügt werden, um den Textilverbundstoff für die Verwendung als Naßpreßfilz geeignet zu machen.
In manchen Fällen kann die Oberfläche 43 der erwärmten Oberwalze 28 geprägt sein, um dem Textilverbundstoff bei seiner Bildung ein bestimmtes Oberflächenmuster zu verleihen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß sich der erfindungsgemäße Textilverbundstoff von herkömmlichen gewebten Stoffen in mehrfacher Hinsicht unterscheidet. Insbesondere ist bei den erfindungsgemäßen Textilverbundstoffen das bei gewebten Stoffen bestehende Erfordernis nicht gegeben, daß in Maschinenrichtung verlaufende Fäden über oder unter in Maschinenquerrichtung liegenden Fäden verlaufen. Wie aus den Fig. 7 bis 11 zu sehen ist, liegt der die in Maschinenrichtung laufenden Fäden umhüllende Verbundfüllstoff in derselben Ebene und ist mit dem in Maschinenquerrichtung verlaufenden Verbundfüllstoff verbunden. Bei dieser Ausbildungsweise kann die homogene Kombination des Verbundfüllstoffes in Maschinenrichtung sowie in Maschinenquerrichtung zur Schaffung voneinander unabhängiger, nicht miteinander verbundener Porenräume zwischen Fadenelementen führen. Dieser Faktor kann bei Verwendung des Textilverbundstoffes als Naßpreßfilz für die Papierherstellung besondere Bedeutung haben.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist deutlich zu sehen, daß es sich bei dem Textilverbundstoff tatsächlich um ein poröses verstärktes Kunststoff-Verbundmaterial handelt, bei dem die in Maschinenrichtung verlaufenden Fäden die Verstärkungselemente bilden und der diese umgebende Verbundfüllstoff Fluidströmungswege enthält, die Fäden vollständig umhüllt und Faden mit Faden verbindet, um dadurch den erfindungsgemäßen Textilverbundstoff zu bilden.
In den Fig. 10 und 11 ist eine aus Fasern bestehende Deckschicht 51 dargestellt, die mit dem Verbundfüllstoff 52 haftend verbunden ist. Im bevorzugten Fall wird eine solche Haftverbindung durch Pressen der erwärmten Faserschicht 51 in den Verbundfüllstoff hinein hergestellt, der einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, wobei der Verbundfüllstoff teilweise erweicht, so daß die kardierten Fasern fest in den Verbundfüllstoff eingebettet werden können.
In der vorangegangenen Erörterung wurde das Problem der Wasserströmung in dem Pressenspalt erwähnt. Es ist anzunehmen, daß erfindungsgemäße Textilverbundstoffe einen wesentlich höheren Durchfluß ermöglichen als derzeit verwendete Vliese. Wasser, das eine feinporige Blattberührungsschicht durchströmt hat, kann nur in vertikaler Richtung in die Porenräume zwischen den in Maschinenrichtung und in Maschinenquerrichtung verlaufenden Textilverbundstoffelementen fließen, da diese Porenräume nicht miteinander verbunden, sondern vielmehr von Verbundfüllstoff umgeben sind, wodurch wirksame Barrieren gegen die Strömung von Wasser in der Querebene und insbesondere in Maschinenrichtung geschaffen sind.
Bei einer anderen Abwandlung des Verfahrens wird der erfindungsgemäße Textilverbundstoff vollständig aus kernummantelten Fäden gebildet, die einen Kern aus einem nicht oder erst bei hoher Temperatur schmelzenden Monofilament- oder Multifilament-Faden sowie eine Ummantelung aus einem schmelzbaren Material mit niedrigerer Schmelztemperatur aufweisen. Zum Beispiel kann es sich bei dem Fadenkern um ein Nylon-6,6-Monofilament mit hohem Modul und bei der Fadenummantelung um ein Nylon-12-Material handeln.
Eine Anordnung seitlich nebeneinanderliegender kernummantelter Fäden wird in die in Maschinenrichtung verlaufenden Nuten 34 des Nadelwalzenabschnitts 22 eingeführt und dort durch Wärme und Druck von der Preßwalze 28 nach unten in die Nuten gedrückt. Die kernummantelte Monofilament-Querschnittsfläche ist größer als die Fläche der in Maschinenrichtung verlaufenden Nut 34, so daß überschüssiges geschmolzenes Ummantelungsmaterial in die in Maschinenquerrichtung verlaufenden Nuten 38 gezwängt wird, um die in Maschinenquerrichtung verlaufenden Zwischenverbindungs- Strukturelemente 40 zu bilden.
Die nachfolgenden Beispiele dienen lediglich der beispielhaften Erläuterung der Erfindung:

Beispiel 1

Es wurde ein poröses Endlosband unter Verwendung einer experimentellen Vorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs hergestellt. Ein aus Nylon 12 (Schmelztemperatur 171ºC) bestehender Verbundfüllstoff wurde zum Einhüllen einer Anordnung aus sieben Polyester-Monofilament-Fäden (Schmelztemperatur 246ºC) mit hohem Modul und einem Durchmesser von 0,36 mm verwendet. Die Fäden wurden derart in das Extrudermundstück eingeführt, daß sie vollständig in Verbundfüllstoff eingehüllt austraten. Der Extruder und das Mundstück wurden bei einer Temperatur von 196ºC betrieben, was zum Schmelzen des Füllstoff-Nylonmaterials ausreichend heiß ist, jedoch zum Schmelzen oder Beschädigen der Polyester-Monofilament-Fäden nicht ausreicht.
Es wurde ein einen Durchmesser von 86 mm und eine Breite von 12,7 mm aufweisender Nadelabschnitt der Nadelwalze mit 15 Nadeln pro cm in Maschinenrichtung und 12,6 Nadeln pro cm in Maschinenquerrichtung verwendet. Die Nadeln besaßen jeweils eine rechteckige, flache Spitze mit einer Fläche von 0,18 mm in Maschinenquerrichtung und 0,25 mm in Maschinenrichtung. Die Nadeln waren in beiden Richtungen 0,81 mm hoch, d.h. die Nuten zwischen den Stiften besaßen in beiden Richtungen dieselbe Tiefe.
Der Nadelabschnitt besaß in Maschinenrichtung verlaufende Nuten, die zur vollständigen Aufnahme der in den Verbundfüllstoff einzuhüllenden Monofilament-Fäden ausreichend groß waren, d.h. diese Monofilamente konnten in die in Maschinenrichtung verlaufenden Nuten eingepaßt und auf halber Tiefe in dem Nadelzwischenraum angeordnet werden.
Zur Herstellung eines Endlos-Textilverbundstoffes wurde ein neu gebildetes Band mit sieben Monofilamenten und einer Breite von ca. 4,7 mm hergestellt. Dieses Band wurde durch die erwärmte Preßwalze nach unten in die Nuten zwischen den Nadeln gedrückt und war zu dem Zeitpunkt, zu dem es sich halb um die Antriebswalze herumbewegt hatte, erstarrt. Das erhärtete Band wurde um die Endwalze geführt, sodann gegen den geschlitzten Mundstückrand und wurde schließlich zurück auf die Antriebswalze in unmittelbare Nachbarschaft des dann gebildeten neuen Bands geführt.
Jedes neu geschaffene Bandtrum wurde in der vorstehend beschriebenen Weise auf den Nadelwalzenabschnitt zurückgeführt. Bei jedem folgenden Riementrum bewegen sich die Bänder zunehmend von dem Nadelabschitt weg die Antriebswalzenoberfläche hinab. Dieser Vorgang wurde wiederholt, bis ein Endlosriemen mit einer Breite von 229 mm und einer Umlauflänge von 1143 mm gebildet war. An diesem Punkt wurden der Extruder und die Antriebswalze gestoppt, die Vorrichtung wurde entfernt, und der Endlosriemen wurde abgenommen.

Beispiel 2

Ein dem in Beispiel 1 beschriebenen Riemen ähnlicher Riemen wurde unter Verwendung von Polyester-Filamenten mit einem Durchmesser von 0,305 mm und Nylon 12 als Füllstoffmaterial verwendet. Man folgte dem Verfahren gemäß Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß überschüssiges Kunststoffmaterial zum vollständigen Ausfüllen einer in Maschinenrichtung verlaufenden Außennut an jedem Rand des neu gebildeten Bands verwendet wurde. Das Kunststoff-Füllstoffmaterial füllte auch alle der in Maschinenquerrichtung verlaufenden Nuten, die innerhalb einer Breite von neun in Maschinenrichtung verlaufenden Nuten lagen.
Bei sieben in benachbarten Nuten liegenden Monofilamenten wurde ein neun Nuten breites Band mit einer Breite von 6 mm hergestellt und wiederholt in der vorstehend beschriebenen Weise um die Vorrichtung geführt, um einen porösen Endlosriemen mit denselben körperlichen Eigenschaften wie der des Beispiels 1 zu bilden, mit der Ausnahme, daß er eine verminderte Festigkeit in Maschinenrichtung besaß. Diese reduzierte Festigkeit ergab sich aus der Tatsache, daß dünnere Fäden verwendet wurden und in dem Textilverbundstoff weniger Fäden vorhanden waren.
Es ist nicht wesentlich, daß zuerst ein Band gebildet und dieses dann aufgebaut und zusammengefügt wird. Es kann auch flaches Material gemäß der Erfindung zu einem Endlosriemen zusammengefügt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die exakten Merkmale beschränkt, wie sie vorstehend offenbart wurden, da sich für den Fachmann in einfacher Weise Alternativen ergeben.
Zum Beispiel kann der Verbundfüllstoff in Form eines bei niedriger Temperatur schmelzenden polymeren Flachmaterials vorgesehen werden, das vor dem Walzenspalt mit der Anordnung der Fäden in Ausrichtung gebracht wird und mit dieser zusammentrifft und in den Bereich des Spalts fließt, um die Fäden dort wenigstens teilweise zu umhüllen. Beim Aufbauen eines breiten Bands aus Textilverbundstoff wird ein geformtes Füllstoff-Faden-Band um eine Endwalze herumgeführt und dem Walzenspalt wieder zugeführt, und zwar in benachbarter, überlappender Anordnung relativ zu dem ankommenden Bereich des polymeren Flachmaterials und den darüberliegenden Fadenanordnungen, wonach das Band mit dem genannten ankommenden Bereich und den zugehörigen Fäden wieder durch den Walzenspalt hindurchläuft. Dadurch, daß man die Anordnung von Fäden zentral in einer kontinuierlichen Länge eines polymeren Flachstückmaterials, das die dreifache Breite der genannten Anordnung aufweist, anordnet und dabei das Ausmaß der Überlappung gleich der Breite der Fadenanordnung ist, führen aufeinanderfolgende Durchläufe eines "geformten" Füllstoff- Faden-Bands durch den Walzenspalt zu einem Textilverbundstoff, bei dem der Körper eine durch Schmelzen von drei Schichten polymeren Materials gebildete Matrix- bzw. Füllstoffeschicht sowie eine einzige Fadenschicht aufweist. Die Randbereiche eines derartigen Textilverbundstoffes sind natürlich unvollständig ausgebildet, doch solche Randbereiche können in der erforderlichen Weise abgeschnitten werden. Die beträchtliche Überlappung zwischen aufeinanderfolgenden Längen sich dem Walzenspalt nähernden, polymeren Flachmaterials gewährleistet eine innige Verschmelzung zwischen diesen aufeinanderfolgenden Längen, wodurch die Integrität des Textilverbundstoffes in dessen Querrichtung gesteigert wird.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Oberflächenkonfiguration der Nadelwalze einer Modifizierung bedarf, um den verschiedenen Dicken von polymerem Material/Fadenmaterial an dem Walzenspalt beim Start des Verfahrens Rechnung zu tragen.

Claims

1. Textilverbundstoff mit auf Abstand liegenden linearen Fäden, die sich im wesentlichen in gleicher Richtung erstrecken, sowie mit polymerem Verbundfüllstoff, der die Fäden verbindet und jeden Faden über seine gesamte Längserstreckung zumindest teilweise umhüllt, dadurch gekennzeichnet, daß der polymere Verbundfüllstoff (52) Ausnehmungen (45) aufweist, die seitlich versetzt zu den Fäden (10) angeordnet sind und sich durch den ganzen Verbundstoff hindurch erstrecken.

2. Textilverbundstoff nach Anspruch 1, bei dem sich die Fäden (10) insgesamt in Parallellage befinden, und sich der diese Fäden verbindende Verbundfüllstoff (40) senkrecht zu den Fäden und zu demjenigen Verbundfüllstoff erstreckt, welcher zum mindestens teilweisen Umhüllen der Fäden dient.

3. Textilverbundstoff nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der umhüllende Verbundfüllstoff (52) an mindestens einer Seite des Verbundstoffes eine ebene Oberfläche bildet.

4. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der polymere Verbundfüllstoff (40), der die mindestens teilweise umhüllten Fäden verbindet, auf einer Seite des Verbundstoffes eine Oberfläche außerhalb jeder Ebene der umhüllten Fäden (10) bildet.

5. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausnehmungen (45) im Verbundfüllstoff (52) jeweils einzelne Strömungswege enthalten, die senkrecht zur Hauptebene des Verbundstoffes verlaufen.

6. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausnehmungen (45) in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.

7. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbundfüllstoff (52) eine niedrigere Schmelztemperatur hat als die Fäden.

8. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbundfüllstoff Polyurethan oder fluoriertes Polymer enthält.

9. Textilverbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Verbundfüllstoff einen nicht verformbaren polymeren Stoff enthält.

10. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fäden (10) einen hohen Modul aufweisen.

11. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fäden (10) von dem Verbundfüllstoff (52) völlig umhüllt sind.

12. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Fäden (10) kernummantelte Monofilamente verwendet sind, deren Kern aus polymerem Werkstoff mit hohem Modul und deren Ummantelung aus polymerem Werkstoff besteht, der eine niedrigere Schmelztemperatur hat als der Kernwerkstoff.

13. Textilverbundstoff nach Anspruch 12, bei dem die Ummantelung den genannten Verbundfüllstoff (52) aufweist.

14. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Oberfläche des Verbundstoffes mit einer porösen Schicht (51) abgedeckt ist.

15. Textilverbundstoff nach Anspruch 14, bei dem die poröse Schicht (51) textile kardierte Faserbündel enthält.

16. Textilverbundstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als Papiermacher-Tuch ausgeführt ist.

17. Verfahren zur Herstellung eines Textilverbundstoffes mit den Verfahrensschritten: Vorschub einer Anordnung von mit Abstand nebeneinander geordneten Fäden (10) in deren Längsrichtung und in eine mindestens teilweise eingebettete Zuordnung zu einem polymeren Verbundfüllstoff (18), der als flüssige oder plastische Masse vorliegt, Hindurchführen der Fäden und des Verbundfüllstoffes durch einen Walzenspalt und Verfestigen der Faden-Füllstoff-Masse, wobei die den Walzenspalt bildenden Walzen (24, 28) einander intervallmäßig in axial und über den Umfang verteilten Abständen berühren, um so in dem Verbundfüllstoff bei dessen Durchlauf Ausnehmungen zu bilden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Verbundfüllstoff (18) beim Verbinden mit den Fäden (10) in flüssiger Form vorliegt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, mit den weiteren Schritten: Anordnen der verfestigten Faden-Füllstoff-Masse (42) als umlaufendes Band und in einer Position vor dem Walzenspalt in seitlicher Stoßverbindung mit einer weiteren Anordnung von Fäden (10) und vorlaufendem polymeren Verbundfüllstoff (18) und Vorschieben der genannten Masse (42) und der angrenzenden Fäden (10) mit Verbundfüllstoff (18) durch den Walzenspalt, so daß eine weitere perforierte Faden-Füllstoff-Masse (20) gebildet wird, die mit der verfestigten Masse innig verschmolzen ist.

20. Verfahren zur Herstellung eines Textilverbundstoffes mit den Verfahrensschritten: Herrichten einer Anordnung von parallel zueinander auf Abstand liegenden Fäden, von denen jeder eine polymere Ummantelung aufweist, Erhitzen der Anordnung, um den polymeren Werkstoff zum Schmelzen zu bringen, Erzwingen einer anschließenden Fließbewegung des Werkstoffes in festgelegte Bahnen zwischen den Fäden unter Verbinden benachbarter Fäden und anschließendes Abkühlen des polymeren Werkstoffes.