DE4015505A1 - Geotextiles filtermaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein geotextiles Filtermaterial bestehend oder enthaltend einen verfestigten Vliesstoff aus Synthesefasern, wobei zumindest ein Teil der Synthesefasern Hohlfasern sind.

Geotextile Filter sind Flächengebilde aus textilen Faserstoffen, die als flächenhafte Filter im geotechnischen Sinn angewendet werden. Ein solcher Filter hat z. B. die Aufgabe, den Untergrund vor Ausspülungen und Umlagerungen infolge von Grund- oder Sickerwasserströmungen zu schützen oder ihn gegen erodierende Einflüsse von Strömungen und Wellenschlag von Gewässern zu sichern.

Ein geotextiler Filter muß hinsichtlich seiner Filterwirksamkeit auf den Boden abgestimmt sein, auf dem er unmittelbar aufliegt. Seine wirksame Öffnungsweite muß einerseits die Suffusionssicherheit des Grundes garantieren, d. h. die Abwanderung von feinkörnigen Bodenbestandteilen verhindern; er soll aber andererseits nicht als Flüssigkeitssperre und in Sonderfällen als Drainageschicht wirken. Daraus ergeben sich strenge Anforderungen beispielsweise an seine Filterwirksamkeit und Dimensionsstabilität unter Belastung, seine Höchstzugkraft, seine Höchstzugkraftdehnung, sein Verhalten bei dynamischer Beanspruchung, seine Reibungswerte im Boden. Diese filtertechnische und mechanische Stabilität muß ferner über einen langen Zeitraum erhalten bleiben und last not least soll das Filter aus Preisgründen aus einem Minimum von Fasermaterial herzustellen sein. Detaillierte Regeln für die Bemessung geotextiler Filter ergeben sich beispielsweise aus dem "Merkblatt für die Anwendung von Geotextilien im Erdbau" Abschnitt 5.2 ff. der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen sowie aus dem "Merkblatt Anwendung von geotextilen Filtern an Wasserstraßen" der Bundesanstalt für Wasserbau.

Synthesefasern eignen sich zur Herstellung von geotextilen Filtermaterialien besonders wegen ihrer Verrottungsresistenz und damit ihrer hohen Langzeitstabilität. Als filterbildende Flächengebilde eignen sich besonders verfestigte Filamentvliesstoffe, sogenannte Spunbonds, weil diese einerseits besonders preisgünstig herzustellen sind, andererseits wegen der Wirrlage der Filamente auch nahezu unübertreffliche Vorteile bezüglich der Isotropie ihrer mechanischen Eigenschaften aufweisen. Vliese lassen sich aber auch mit einer gezielten Anisotropie ihrer mechanischen Eigenschaften erzeugen, indem man darin Faseranteile vorsieht, die in bestimmten Vorzugsrichtungen verlaufen, wie z. B. Kardenvliese. Es hat sich gezeigt, daß es oft sehr schwierig ist, die Kombination der weiter oben beschriebenen Eigenschaften, die für geotextile Filter gefordert werden, mit Vliesen wirtschaftlich akzeptabler Schichtdicke zu realisieren. Häufig kann die im Einzelfall zu fordernde Kombination von Durchlässigkeit und mechanischer Festigkeit nur mit relativ dicken und damit auch schweren und teueren Vliesstoffen erreicht werden.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß es gelingt, hohe Anforderungen an das Filtermaterial mit Vliesstoffen wesentlich geringeren Flächengewichts und damit mit wesentlich geringerem Materialaufwand zu befriedigen, wenn das Fasermaterial des Vliesstoffes Hohlfasern enthält. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein geotextiles Filtermaterial, aus einem verfestigten Vliesstoff aus Synthesefasern besteht oder ein solches enthält, wobei zumindest ein Teil der Synthesefasern Hohlfasern sind.

Der Anteil der Hohlfasern im Vliesstoff, der diesem die gewünschte Eigenschaftskombination vermittelt, kann u. U. überraschend klein sein. Oft ergibt sich ein merklicher wirtschaftlicher und technischer Vorteil des erfindungsgemäßen geotextilen Filtermaterials bereits mit einem Vliesstoff, in dem nur 10% der Synthesefasern Hohlfasern sind.

In der Regel ist es zweckmäßig, ein geotextiles Filtermaterial einzusetzen, in dessen Vliesstoff 50-100% der Synthesefasern Hohlfasern sind, wobei die höchsten technischen Anforderungsprofile naturgemäß mit Vliesstoffen erfüllt werden können, die zu 100% aus Hohlfasern bestehen.

Die Titer der Synthesefasern des Vliesstoffs des erfindungsgemäßen Filtermaterials liegen in dem für geotextile Filtermaterialien üblichen Bereich. Sie liegen damit in der Regel zwischen 0,5 und 50 dtex, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 20 dtex. Von Fall zu Fall kann es zweckmäßig sein, Mischtiter einzusetzen, insbesondere können bei Vliesstoffen, die nicht zu 100% aus Hohlfasern bestehen, Hohlfasern und Vollfasern verschiedene Titer haben. Die Synthesefasern können Endlosfasern oder Stapelfasern, zweckmäßigerweise mit Stapellängen von 2-20 cm, sein. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich Vliesstoffe einzusetzen, die sowohl Endlos- als auch Stapelfasern enthalten. So läßt sich z. B. in vielen Fällen die gewünschte Eigenschaftskombination eines Filamentvliesstoffes (ein solcher besteht aus Endlosfilamenten) durch Einmischen eines geeigneten Anteils von hohlen Stapelfasern einstellen. Selbstverständlich können auch Mischungen von hohlen und nichthohlen Stapelfasern zu einem Spinnfaservlies abgelegt werden.

Die in den Vliesstoffen enthaltenen Synthesfasern können einen oder mehrere Hohlräume enthalten, und die Hohlräume können in der Richtung der Faserachse kurz bis sehr kurz sein oder sich über die ganze Faserlänge erstrecken. Demnach sind Hohlfasern im Sinne dieser Erfindung sowohl Schaumfasern als auch Hohlfasern mit einem oder mehreren sich über größere Faserabschnitte oder über die gesamte Faserlänge erstreckenden Hohlräumen. Von wesentlicher Bedeutung ist der Hohlraumanteil der Synthesefasern. Besonders geeignet für die Vliesstoffe der erfindungsgemäßen Filter sind Synthesefasern, deren Hohlraumanteil 3-40 Vol.-%, vorzugsweise 5-20 Vol.-%, beträgt. Für die erfindungsgemäßen Filter geeignete Synthesefasern bestehen meist aus spinnfähigem Polyamid, Polyethylen, Polypropylen oder Polyester.

Bevorzugt sind Synthesefasern aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat. Die Verfestigung der Vliesstoffe der erfindungsgemäßen Filter kann prinzipiell in jeder bekannten Weise erfolgen. So ist es z. B. möglich, das Vlies durch einen Binder zu verfestigen mit dem das Vlies imprägniert wird und der anschließend ausgehärtet wird oder der Binder kann ein Schmelzbinder sein, der z. B. in Pulverform oder in Form von Binderfäden in das Vlies eingearbeitet wird, und der es unter Wärmeeinwirkung zum Vliesstoff verfestigt. Die Verfestigung des Vlieses zum Vliesstoff kann auch durch Kalandrierung erfolgen, wobei teils eine mechanische Verfilzung der Filamente, teils eine autogene Verschweißung an den Kreuzungspunkten eintritt.

Als besonders vorteilhaft haben sich erfindungsgemäße Filter aus Vliesstoffen erwiesen, die mechanisch verfestigt worden sind. Unter einer mechanischen Verfestigung ist z. B. das Nadeln zu verstehen, aber auch z. B. hydrodynamische Verfestigung, wie sie beispielsweise in der EP-A 01 08 621 beschrieben wird. Sie zeichnen sich durch eine besonders gute Anpassungsfähigkeit an den Untergrund aus.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials weist als Vliesstoff ein Spunbond, insbesondere ein durch Nadeln verfestigtes Spunbond auf. Das Flächengewicht der Vliesstoffe des erfindungsgemäßen Filtermaterials beträgt vorzugsweise 50-2500 g/m², insbesondere 200-1500 g/m². Besonders bevorzugt sind auch solche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filtermaterials, in denen mehrere der oben genannten bevorzugten Merkmale kombiniert sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen geotextilen Filtermaterials durch Ablage von synthetischen Endlos- und/oder Stapelfasern in an sich bekannter Weise auf einer bewegten Unterlage, anschließende Verfestigung und ggf. Kombination mit einem weiteren Textilmaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Teil der abgelegten Synthesefasern Hohlfasern sind. Bei der Herstellung von Spinnfaservliesen, die erfindungsgemäß einen Anteil von Hohlfasern enthalten, kann eine Mischung von hohlen und nichthohlen Stapelfasern im gewünschten Mischungsverhältnis in an sich bekannter Weise trocken oder nach einem Naßlegeverfahren zum Vliesstoff abgelegt und anschließend verfestigt werden. Es ist aber auch möglich, Vliesstoffe aus endlosen Fasern und Stapelfasern zu erzeugen, indem man bei der Ablage der Endlosfasern eine Beimischung der Stapelfasern vorsieht. In diesem Fall können wahlweise die Endlosfasern oder die Stapelfasern ganz oder teilweise aus Hohlfasern bestehen. Auch bei der Herstellung der Vliese nach dem Spunbondprozeß ist es möglich, Vollfasern und Hohlfasern bei der Ablage zu mischen. Hierzu können beispielsweise die Hohlfasern gesondert hergestellt werden und aus Faserreservoirs, z. B. Spulengestellen, abgezogen und durch Blasdüsen in den auf die Ablage gerichteten Faserstrom der Vollfasern eingespeist werden, oder die Spinnbalken, die zur Erzeugung der Vliesfilamente dienen, können neben Spinnöffnungen für Vollfasern auch Spinnöffnungen für Hohlfasern aufweisen, wobei das Verhältnis der verschiedenen Spinnöffnungen und die Menge der daraus ersponnenen Filamente dem angestrebten Verhältnis von Voll- und Hohlfasern im erfindungsgemäßen Filter entspricht. In der Regel werden zur Herstellung erfindungsgemäßer Filter mindestens 10% Hohlfasern abgelegt. Vorzugsweise beträgt der Anteil der abgelegten Hohlfasern 50-100%, und zur Erzielung der maximalen Effekte sind 100%, der abgelegten Fasern Hohlfasern.

Die Verfestigung des Vlieses erfolgt in an sich bekannter Weise unter Einsatz eines Binders, oder eines Schmelzbinders oder durch Kalandrieren oder, vorzugsweise, durch Nadeln. Binder können z. B. Polymerlösungen oder -Dispersionen oder Latices sein, die auf den Vliesstoff durch Imprägnieren oder Aufsprühen appliziert werden und die nach dem Verdampfen der flüssigen Phase an den Kreuzungspunkten der Filamente "Bindesegel" ausbilden. Es können aber auch Duroplastbinder eingesetzt werden, die, ggf. bei einer Wärmebehandlung, aushärten und die Faserkreuzungspunkte fixieren. Auch Schmelzbinder, die z. B. in Form von Pulvern oder vorzugsweise in Form von Binderfasern den Vliesen einverleibt werden, und die beim Erwärmen des Vlieses über ihren Schmelzpunkt an den Faserkreuzungspunkten zusammenlaufen und Bindepunkte ausbilden, die nach dem Wiederabkühlen den Vliesstoff verfestigen, können mit gutem Erfolg eingesetzt werden.

Eine ähnliche Verfestigung läßt sich durch das "autogene" Verschweißen der Vliesfilamente an ihren Kreuzungspunkten erzielen, wenn man den Vliesstoff einer Kalandrierung in der Nähe der Schmelztemperatur der Vliesfilamente unterwirft.

Bevorzugt ist eine mechanische Verfestigung. Hierbei tritt keinerlei chemische oder thermische Belastung des Filamentmaterials ein, so daß die vorteilhaften physikalischen Eigenschaften die den Filamenten aufgrund ihrer Herstellung, z. B. durch Schnellspinnen und Verstreckoperationen vermittelt werden, ungeschmälert auf das Vliesmaterial übertragen werden.

Die erfindungsgemäßen geotextilen Filter können entweder aus einem Vliesstoff der oben beschriebenen Art bestehen oder sie können neben dem Vliesstoff noch weitere textile Materialien, wie z. B. Gewebe oder eine textile Zusatzschicht (z. B. eine Drainageschicht) enthalten. Mit diesen zusätzlichen Schichten wird der Vliesstoff zu einem textilen Verbundmaterial vereinigt, das zusätzliche geotechnische Aufgaben zu lösen vermag und dessen Filterwirksamkeit im wesentlichen auf den Eigenschaften des Vliesmaterials beruht.

Claims (13)

1. Geotextiles Filtermaterial bestehend aus einem oder enthaltend einen Vliesstoff aus Synthesefasern, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Synthesefasern Hohlfasern sind.

2. Geotextiles Filtermaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10% der Synthesefasern Hohlfasern sind.

3. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 50-100%, vorzugsweise 100%, der Synthesefasern Hohlfasern sind.

4. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hohlräume der Hohlfasern über die ganze Faserlänge erstrecken.

5. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraumanteil der Synthesefasern 3-40 Vol.-%, vorzugsweise 5-20 Vol.-%, beträgt.

6. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthesefasern aus Polyester, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat bestehen.

7. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff durch einen Binder verfestigt ist.

8. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff mechanisch verfestigt ist.

9. Geotextiles Filtermaterial gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff ein Filamentvliesstoff, ein sog. Spunbond, ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines geotextilen Filtermaterials des Anspruchs 1, durch Ablage von synthetischen Endlos- und/oder Stapelfasern in an sich bekannter Weise auf einer bewegten Unterlage zu einem Vliesstoff, anschließende Verfestigung und ggf. Kombination des Vliesstoffs mit einem weiteren Textilmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der abgelegten Synthesefasern Hohlfasern sind.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10% der abgelegten Synthesefasern Hohlfasern sind.

12. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß 50-100%, vorzugsweise 100%, der abgelegten Fasern Hohlfasern sind.

13. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung des Vliesstoffs unter Einsatz, eines Binders oder vorzugsweise mechanisch erfolgt.