DE4122993A1 - Verfahren zur verbesserung des faserverbundes von vernadelten wasser- und/oder oelundurchlaessigen dichtungsmatten - Google Patents

Verfahren zur verbesserung des faserverbundes von vernadelten wasser- und/oder oelundurchlaessigen dichtungsmatten

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver­ besserung des Faserverbundes von wasser- und/oder ölundurch­ lässigen Dichtungsmatten, die im wesentlichen aus einer Trä­ gerschicht, einer Schicht aus quellfähigem Ton und einer Deck­ schicht bestehen, wobei die Träger- und/oder Deckschicht aus einem Vliesstoff und die gegebenenfalls nicht aus einem Vlies­ stoff bestehende Schicht aus einem Gewebe, Gewirke oder einer Kunststoff-Folie besteht, und alle drei Schichten miteinan­ der vernadelt sind, sowie die nach diesem Verfahren hergestell­ ten verbesserten Dichtungsmatten.
Derartige Dichtungsmatten, die bereits aus der eigenen DE-OS 37 04 503 bekannt sind, bestehen vorzugsweise aus Vliesstoff und zwar sowohl hinsichtlich der Träger- als auch der Deck­ schicht, andererseits kann aber auch nur die Trägerschicht aus einem Vliesstoff und die Deckschicht aus einem Gewebe, einem Gewirke oder einer Kunststoff-Folie oder die Deckschicht aus einem Vliesstoff und die Trägerschicht aus einem Gewebe, einem Gewirke oder einer Kunststoff-Folie bestehen. Verwendung finden diese Dichtungsmatten insbesondere als Abdichtungen an Kanälen, Speicherbecken oder Talsperren sowie im Deponiebau, wo sie gleichzeitig eine Schutzfunktion für Kunststoff Dich­ tungsbahnen übernehmen können.
Die verwendeten Vliesstoffe bestehen vorzugsweise aus Qualitäts- Kunststoff-Fasern, insbesondere aus Polyethylen-, Polypropylen-, Polyester-, Polyacryl- und/oder Polyamidfasern. Besonders be­ vorzugt im Einsatzgebiet der Deponietechnik sind Vliesstoffe aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder Polypropylen, die ver­ rottungsfest (resistent) gegen alle im Gewässer und im Boden vorkommenden Substanzen sind und somit nachweislich eine extrem hohe Lebensdauer gewährleisten. Ihre überaus hohe Reißfestig­ keit bewirkt eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen mechani­ sche Beanspruchungen.
Im Aufbau handelt es sich bei den eingesetzten Vliesstoffen vorzugsweise um durch Vernadelung mechanisch verfestigte Spinnfaservliese. Sie sind so aufgebaut, daß die gekräuselt zusammengefügten Fasern ein Flächengebilde mit unzähligen labyrinthartigen Gängen bilden. Hierbei wird die Bodenstruktur ideal nachgebildet. Das Gefüge der Vliesstoffe läßt sich je nach der Bodenbeschaffenheit gröber oder feiner einstellen, so daß eine optimale Anpassung an die anstehende Bodenart ge­ währleistet ist. Die mechanische Verfestigung garantiert einen hohen Reibungswert zwischen dem anstehenden Boden und dem Vlies­ stoff sowie die Abdeckung. Anstelle der durch Vernadelung me­ chanisch verfestigten Vliesstoffe kann man auch solche Vlies­ stoffe einsetzen, die mittels der Nähwirktechnik oder durch Verwirbelung mechanisch verfestigt wurden, oder solche Vlies­ stoffe, die chemisch verfestigt wurden.
Die Schicht aus quellfähigem Ton besteht vorzugsweise aus Bentoniten. Bentonite sind Tone mit merklichem bis hohem Gehalt an Smectit (Montmorillonit), der die Eigenschaften (hohe Quellbarkeit, gutes Wasserbindevermögen, hohe Plastizität) maßgebend bestimmt. Um aus einem in Wasser wenig quellfähigen Erdalkali-Bentonit einen hochquellfähi­ gen Aktivbentonit zu erhalten, werden die Erdalkaliionen der Bentonite durch Alkaliionen, vorzugsweise Natriumionen, er­ setzt. Als "hochquellfähiger" Aktivbentonit wird daher Natrium- Bentonit mit seiner stark erhöhten Plastizität, Viskosität, Thixotropie und Wasseraufnahme bevorzugt. Besonders bevorzugt sind die natürlich vorkommenden Natrium-Bentonite, insbesonde­ re solche, die aus dem Abbaugebiet in Wyoming, USA, kommen.
Bei der Herstellung dieser bekannten Dichtungsmatten geht man so vor, daß man auf die Trägerschicht zunächst die Schicht aus trockenem, quellfähigen Ton und dann darauf die Deck­ schicht aufbringt und anschließend alle drei Schichten in einem Nadelstuhl vernadelt.
Zwar erhält man durch die Vernadelung der drei Schichten im Nadelstuhl bereits einen gewünschten festen mechanischen Zusammenhalt der drei Schichten der Dichtungsmatte und beim Aufquellen des quellfähigen Tones durch Befeuchten einen Quellgegendruck, der eine Wasserundurchlässigkeit dieser bekannten Dichtungsmatten garantiert, doch hat sich in der Praxis gezeigt, daß ein noch stärkerer Verbund der Schichten von Nutzen wäre, und zwar insbesondere um auch nach dem Auf­ quellen des quellfähigen Tons eine sichere Schubkraftüber­ tragung von der Deckschicht in die Trägerschicht zu gewähr­ leisten.
Von der Anmelderin ist daher bereits vorgeschlagen worden, den festen mechanischen Verbund (auch nach dem Aufquellen) von Träger- und Deckschicht mit dazwischen eingelagerter quellfähiger Tonschicht durch Einbringen einer passiv verna­ delbaren Schicht aus Gewebe, Gewirke oder Kunststoff-Folie zwischen Trägervliesstoff und der Schicht aus quellfähigen Ton, wobei die Deckschicht vorzugsweise ebenfalls aus einem Vliesstoff besteht, und/oder durch eine spezielle Kombination von Teilchengröße, Quellvermögen und Schichtdicke des quell­ fähigen Tons einerseits und der Vliesstoffparameter anderer­ seits zu verbessern, wobei der quellfähige Ton in Pulverform mit Partikelgrößen vorliegt, von denen ca. 90% kleiner als 0,06 mm und ca. 70% kleiner als 0,002 mm sind, und daß das Flächengewicht des zwischen der Träger- und der Deckschicht befindlichen quellfähigen Tons in direkter Relation zum Quellvermögen des Tons steht und die eingesetzten Vlies­ stoffe ein bestimmtes Flächengewicht und eine bestimmte wirksame Öffnungsweite aufweisen.
Zwar erreicht man mit diesen Verbesserungen bereits einen merklich verbesserten Faserverbund der einzelnen Schichten, insbesondere im feuchten, d. h. im aufgequollenen Zustand der quellfähigen Tonschicht, doch hat sich gezeigt, daß der Schichtdicke der eingesetzten quellfähigen Tone insbe­ sondere der hochquellfähigen Tone, die einen sehr starken Quelldruck aufbauen, Grenzen gesetzt sind. Außerdem sollte die Möglichkeit gegeben sein, anstelle der bereits prakti­ zierten Verbesserungen andere Verbesserungen zu finden, die nicht an den Einsatz der passiv vernadelten Schicht zwi­ schen Trägerschicht und Tonschicht bzw. auf die spezielle Kombination von speziellen Tonen in speziellen Schichtdicken mit speziellen Vliesstoffen angewiesen sind. Andererseits sollten diese neuen zu findenen Verbesserungen natürlich auch dazu brauchbar sein, um den bereits verbesserten Nadelver­ bund, der durch den Einsatz der passiv vernadelbaren Schicht und/oder der speziellen vorstehend beschriebenen Kombination erreicht wird, weiterhin zu verbessern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, weiter Ver­ besserungen des Faserverbundes der vorstehend beschriebenen vernadelten Dichtungsmatte zur Verfügung zu stellen, die es darüber hinaus zusätzlich gestatten, größere Mengen an quellfähigen Tonen, insbesondere an hochquellfähigen Tonen, zwischen Deck- und Trägerschicht einzunadeln, und zwar so, daß der Nadelverbund (Faserverbund) auch nach dem Aufquellen hochquellfähiger Tone in feuchtem Zustand erhalten bleibt und eine sichere Schubkraftübertragung von der Deckschicht in die Trägerschicht gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß man den Vernadelungsvorgang so steuert, daß die Fasern und/oder Faserbüschel, die aus der aktiv vernadelba­ ren Vliesstoffschicht herausgezogen werden, die andere Schicht, sei sie ebenfalls aktiv (Vliesstoff) oder passiv (Gewebe, Gewirke oder Kunststoff-Folie) vernadelbar, durchdringen und aus dieser anderen Schicht auf der Außenseite so weit her­ ausragen, daß die herausragenden Faser- und/oder Faserbüschel­ enden anschließend verklebt, angeschmolzen und/oder ander­ weitig verbunden werden können.
Bestehen sowohl die Deckschicht als auch die Trägerschicht aus einem aktiv vernadelbaren Vliesstoff, so kann man gemäß der vorliegenden Erfindung den vorstehend erhaltenen Nadel­ verbund auf die gleiche Weise in einem zweiten Nadelstuhl in umgekehrter Richtung nochmals vernadeln und gegebenenfalls ebenfalls verkleben oder anschmelzen, wodurch man natürlich einen noch besseren Nadelverbund erhält.
Diesen "Doppeleffekt" kann man gemäß einer besonderen Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung aber auch in einem Arbeitsgang in einem Nadelstuhl erreichen und zwar dadurch, daß man entweder zwei verschiedene Nadelsorten in den Nadel­ stuhl einbaut, von denen die eine Nadelsorte die Widerhaken nach unten gerichtet und die andere Nadelsorte die Widerhaken nach oben gerichtet aufweisen oder aber man verwendet solche Nadeln (Doppelfunktionsnadeln), bei denen ein Teil der Wi­ derhaken nach unten und der andere Teil nach oben gerichtet ist.
Die aus der Träger- und/oder aus der Deckschicht herausra­ genden Faser- bzw. Faserbüschelenden (nachfolgend wird der Einfachheit halber nur noch von Faserenden gesprochen) werden nunmehr, um ein Herausziehen der Fasern zu erschweren bzw. unmöglich zu machen, verklebt oder angeschmolzen. Letzteres geht natürlich nur dann, wenn die Fasern aus einem Thermo­ plasten bestehen.
Zum Verkleben eignen sich alle witterungsbeständigen Kleb­ stoffe, vorzugsweise Reaktionsklebstoffe, insbesondere solche auf Basis von Polyurethan- oder Epoxidharzsystemen. Derartige Systeme sind dem Fachmann bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung dieser Systeme verzichtet werden kann. Zu erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoffen gehören ferner auch die sogenannten Heißsiegel bzw. Schmelz­ kleber sowie wässrige Kunststoffdispersionen.
Vorzugsweise verwendet man für die erfindungsgemäßen Zwecke dünnflüssige Reaktionsharzsysteme, die sich aufsprühen las­ sen und die eine relativ kurze Reaktionszeit haben, so daß bei einem kontinuierlichen Verfahren nach relativ kurzer Verweilzeit die auf diese Weise verklebten Dichtungsmatten aufgerollt werden können.
Selbstverständlich kann man anstelle der versprühbaren Reak­ tionsharzsysteme auch solche verwenden, die mittels der be­ kannten Rakeltechnik aufgerakelt werden können.
Durch die Verwendung dieser Reaktionsharzsysteme ergibt sich im Falle der Verklebung der Faserenden, die aus der unteren Seite der Trägerschicht herausragen, gleichzeitig ein zu­ sätzlicher Vorteil dadurch, daß man die Verklebung so steuern kann, daß man eine ganzflächige Versiegelung der unteren Seite mit der Trägerschicht erreicht, wodurch mit Sicherheit auf lange Sicht verhindert wird, daß Bentonitteilchen aus der Dichtungsmatte abdiffundieren können. Die Versiegelung kann man dabei so gestalten, daß man entweder eine homogene oder eine geschäumte Beschichtung erhält.
Ebenso läßt sich mit Vorteil ein Verkleben der aus der Deck- Schicht herausragenden Faserenden (falls eine doppelte Ver­ nadelung durchgeführt wurde) mit einem Polyurethansystem er­ reichen, das keine geschlossene Versiegelung ergibt, sondern zum Beispiel eine offenporige Schaumstruktur aufweist. Dies ist wichtig, damit im Falle der Bentonit-Dichtungsmatten Wasser durch die Schaumstoffbeschichtung in die Bentonitschicht eindringen und der Bentonit zu der wasserdichten Bentonit­ schicht aufquellen kann.
Eine weitere Möglichkeit um die Faserenden zu blockieren bzw. zu verankern, um ein Herausziehen der Fäden aus der vernadelten Schicht zu erschweren bzw. ganz zu verhindern, besteht darin, und diese Verfahrensweise wird besonders bevorzugt, daß man die vernadelte Matte mit der Seite, aus der die Faserenden herausragen, im diskontinuierlich ar­ beitenden Verfahren schrittweise auf eine Heizplatte, die sich über die gesamte Breite der vernadelten Matte erstreckt, aufpreßt, wobei die Temperatur und die Verweilzeit so ge­ wählt sind, daß die durch das Aufpressen umgeknickten Faser­ enden angeschmolzen und mit der Trägerschicht verschweißt werden. Überraschenderweise wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, daß bei dieser Verfahrensweise keine Schmelzrückstände auf der Heizplatte zurückbleiben, voraus­ gesetzt natürlich, daß die vorgeschriebene Heiztemperatur und die vorgeschriebene Verweilzeit exakt eingehalten werden.
In ähnlicher Weise kann man die Schmelzbehandlung bei gleichzeitigem Verschweißen der Faserenden mit der Schicht, aus der sie herausragen, auch im kontinuierlichen Verfahren mittels einer Heizwalze durchführen. Selbstverständlich muß man auch bei dieser Verfahrensvariante die vorgeschriebenen Temperaturen und Verweilzeiten genau einhalten.
Man kann die Schmelzbehandlung aber auch durch die an sich bekannte Beflammungs-Methode oder durch lnfrarotbestrahlung erreichen. Bei diesen Schmelzbehandlungsmethoden schmelzen beispielsweise die Faserenden unter Bildung von kugelförmi­ gen oder gekräuselten Enden, die dann wie Anker wirken, wo­ bei die Faserenden sich natürlich zusätzlich mit der Quer­ schicht verbinden können, aus der sie herausragen.
Will man gleichzeitig mit der Schmelzbehandlung der Faser­ enden eine Versiegelung der gesamten Oberfläche erreichen, so kann man eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff mittels der bekannten Flammkaschierung oder mittels eines in Abstand sowohl von der Matte als auch der Kunststoff- Folie gehaltenen elektrisch betriebenen Heizelementes auf­ kaschieren. Eine Vorrichtung zur Durchführung des letzteren Verfahrens, d. h. des Verfahrens mit dem elektrisch betrie­ benen Heizelement ist beispielsweise in der DE-OS 35 41 053 beschrieben.

Claims (11)

1. Verfahren zur Verbesserung des Faserverbundes von wasser- und/oder ölundurchlässigen Dichtungsmatten, die im we­ sentlichen aus einer Trägerschicht, einer Schicht aus quellfähigem Ton und einer Deckschicht bestehen, wobei die Träger- und/oder Deckschicht aus einem Vliesstoff und die gegebenenfalls nicht aus einem Vliesstoff be­ stehende Schicht aus einem Gewebe, Gewirke oder einer Kunststoff-Folie besteht, und alle drei Schichten mitein­ ander vernadelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vernadelung so durchführt, daß die Fasern bzw. Faserbüschel aus der aktiv vernadelbaren Vliesstoff­ schicht durch die andere aktiv oder passiv vernadelba­ re Schicht hindurchragen und anschließend die aus die­ ser Schicht herausragenden Fasern bzw. Faserbüschelen­ den verklebt und/oder diese, wenn sie aus Thermplasten bestehen, einer Schmelzbehandlung unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl für die Deck- als auch für die Trägerschicht einen Vliesstoff einsetzt, und die Schichten von beiden Seiten aus vernadelt und auf mindestens einer Seite die dort herausragenden Fasern und/oder Faserbüschelenden verklebt und/oder einer Schmelzbehandlung unterwirft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vernadelung zunächst in einem ersten Nadelstuhl von oben nach unten und dann in einem zweiten Nadelstuhl von unten nach oben durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vernadelung in einem Nadelstuhl durchführt, der gleichzeitig mit zwei Nadelsorten bestückt ist, wobei die eine Nadelsorte nach unten gerichtete Widerhaken und die andere Nadelsorte nach oben gerichtete Wider­ haken aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vernadelung in einem Nadelstuhl durchführt, der mit Spezialnadeln bestückt ist, die Widerhaken aufwei­ sen, von denen ein Teil nach unten und ein Teil nach oben gerichtet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus der oder den Schichten herausragenden Faser- und/oder Faserbüschelenden mit einem Klebstoff, vorzugsweise einem Reaktionsharz, insbesondere einem sol­ chen aus einem Polyurethan- oder Epoxidharzsystem, verklebt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reaktionsharz ein Polyurethansystem verwendet, das eine Schaumstoffschicht ergibt, die im Falle der Auf­ bringung auf die Deckschicht vorzugsweise offenporig ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelzbehandlung der Faser- bzw. Faserbüschel­ enden im halbkontinuierlichen Verfahren schrittweise durch Aufpressen auf eine Heizplatte durchführt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelzbehandlung der Faser- bzw. Faserbüschel­ enden im kontinuierlichen Verfahren mittels einer Heizwalze, durch Beflammung oder durch Infrarotbestrahlung durchführt.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnt, daß man die Schmelzbehanldung der Faser- bzw. Faserbüschel­ enden im kontinuierlichen Verfahren durch Erhitzen mittels eines im Abstand gehaltenen elektrisch betriebenen Heiz­ elements durchführt, wobei man vorzugsweise gleichzeitig eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff im Schweißver­ fahren aufkaschiert.
11. Nadelstuhl zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelbrett mit zwei Nadelsorten bestückt ist, wobei die eine Nadelsorte nach unten gerichtete Widerhaken und die andere Nadelsorte nach oben gerichtete Widerhaken aufweist und/oder mit zusätzlichen Spezialnadeln bestückt ist, die Widerhaken aufweisen, von denen ein Teil nach unten und ein Teil nach oben gerichtet ist.
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