DE4341725C2 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus Vliesmaterial - Google Patents

Description

Vliesmaterialien werden auf unterschiedliche Weise hergestellt, und es ist auch bekannt, Baumwoll- und Kunststoffasern zu saugfähigem Vliesmaterial zu verarbeiten, das beispielsweise zur Herstellung von Wischtüchern o.ä. verwendet wird. Diese Her­ stellung kann auf Papiermaschinen erfolgen, indem man die Baumwoll- oder Kunststoffasern in gleicher Weise wie Papierfasern zu einem Brei verarbeitet und dann in einer Maschine für die Papierherstellung daraus ein Vlies formt.

In der älteren deutschen Patentanmeldung P 43 22 399.0 ist ein Verfahren zum Aufbereiten von Sklerenchymfasern, insbesondere Flachs beschrieben, und es ist auch darauf hingewiesen, daß sich entsprechend bearbeitete und auf Längen von etwa 6 mm bis 12 mm oder auch mehr zerschnittene Fasern für die Verarbeitung auf Papiermaschinen eignen.

Es ist auch bekannt, aus Naturfasern hergestellte Vliesstoffe zu verfestigen (DE 42 42 539 A1), wobei es wesentlich ist, daß der Vliesstoff unter verhältnismäßig hohem mechanischen Druck auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der die Fasern umhüllenden Pektinschichten erweichen und dadurch als Bindemittel zur Verfestigung des Aufbaus des Vliesstoffes dienen. In diesem Zusammenhang wird zwar darauf hingewiesen, daß ein Vliesmaterial in einer Tiefziehvorrichtung geformt wird, doch ist einerseits nicht im einzelnen dargelegt, welchen Aufbau dieses Vliesmaterial hat, und andererseits erfordert die Herstellung eines Formteils oder -körpers gemäß dem bekannten Verfahren dann die nachfolgende Verfestigung des geformten Vliesmaterials in einer Form bei einer Temperatur von 200°C und einem Druck von 80 kp/cm², um die Bindung durch Pektin und damit die Formstabilisierung zu erreichen.

Es ist ferner bekannt, ein Naturfaser-Polstervlies durch ein organisches Bindemittel, das durch Wärmeeinwirkung aushärtet, zu fixieren (DE 42 40 174 A1). In diesem Material wird dann durch Prägen, also durch eine Materialverlagerung ohne Verlagerung von benachbarten Fasern in Verformungsrichtung mit sich in Abhängigkeit vom Grad der Verformung reduzierender Materialdicke mit Vertiefungen versehen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus Vliesmaterial, dessen Fasern zumindest überwiegend Sklerenchymfasern, insbesondere Flachfasern sind, wobei der Gehalt an Sklerenchymfasern mindestens 85 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% beträgt, daß mindestens 90 Gew.-% der Sklerenchymfasern als Langfasern mit einer Länge zwischen 4 mm und 60 mm vorliegen und das sich dadurch auszeichnet, daß das Vliesmaterial mit 30 Gew.-% bis 55 Gew.-% Wasser befeuchtet und in einer Matrize und Patrize aufweisenden Form tiefgezogen wird, wobei zumindest die Matrize zur Erzielung einer schnellen Trocknung des Vliesmaterials in der Form beheizt wird, beispielsweise derart, daß die Formoberfläche sich auf einer Temperatur zwischen 105°C und 125°C befindet.

Beim Tiefziehen wird das Vliesmaterial in der für das Tiefziehen üblichen Weise in die Matrize hineingestreckt, wobei von den Seiten der Formvertiefung Material, das unter Federkraft gehalten wird, nachgezogen werden kann. Dabei wird die Patrize vorzugsweise so ausgebildet, daß sich das verformte Vliesmaterial erst kurz vor Erreichen der Endlage in der Formvertiefung an die gesamte Vertiefungsoberfläche anlegt und dann infolge der erhöhten Temperatur der Formoberfläche sehr schnell getrocknet wird. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Formstabilität des hergestellten Produktes, wenn dieses aus der Form entnommen wird.

Ein derartig hergestelltes Produkt eignet sich beispielsweise für Verpackungszwecke und kann sonst aus Kunststoff bestehende Produkte gleicher Form ersetzen. Da das zu verwendende Vliesmaterial auch so ausgebildet werden kann, daß das erhaltene Produkt die Struktur eines festen Kartons hat, können aus dem auch solche Teile gefertigt werden, die zur Zeit allein aus Kunststoff bestehen, etwa Formteile für die Innenausstattung von Personenkraftwagen, wozu die hergestellten Formteile dann gegebenenfalls noch eine Oberflächenbeschichtung benötigen.

Das eingesetzte Vliesmaterial, das beispielsweise ein Gewicht von 75 g/m² bis 220 g/m² haben kann, eignet sich überraschenderweise besonders gut zur Verformung durch Tiefziehen, so daß sich unter Verwendung eines in großen Mengen zur Verfügung stehenden und an sich nicht für viele Anwendungszwecke geeigneten Grundmaterials Formteile herstellen lassen, die sich ohne Umweltbelastung recyclen oder vernichten lassen.

Die Tiefziehfähigkeit des verwendeten Vliesmaterials hängt wesentlich von der Länge der eingesetzten Sklerenchymfasern ab, und der Gehalt an Langfasern mit einer Länge zwischen 6 mm, vorzugsweise 8 mm und 60 mm beträgt vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%. Der mindestens 90%-ige Anteil an Langfasern kann jedoch auch eine Länge zwischen 10 mm, insbesondere 12 mm und 60 mm haben.

Die Länge der Langfasern soll möglichst gleichförmig sein, in einer bevorzugten Ausgestaltung haben mindestens 75 Gew.-% der Langfasern eine Länge, die in einem Bereich von ± 1 mm um einen vorgegebenen Längenmittelwert liegt.

Wenn eine derart gleichförmige Längenverteilung der Skleren­ chymfasern im Vliesmaterial vorliegt, wird die Tiefziehfähigkeit im wesentlichen durch den Längenmittelwert bestimmt und ist um so größer, je höher dieser Längenmittelwert liegt. Wenn dabei der Gehalt an Kurzfasern 10 Gew.-% nicht überschreitet, wird das Tiefziehverhalten praktisch nicht durch die Kurzfasern beein­ trächtigt. Bei höheren Anteilen von Kurzfasern kann es beim Tiefziehen jedoch zum Reißen des Vliesmaterials kommen.

Ein besonders vorteilhafter Aufbau des Vliesmaterials besteht darin, auf der im wesentlichen Langfasern enthaltenden Schicht eine zusätzliche Schicht aus Kurzfasern anzuordnen, also Fasern, die deutlich kürzer als 4 mm sind. Eine derartige Schicht wird beim Tiefziehen des Vliesmaterials ebenfalls verformt, wobei wegen der geringen Abmessungen der Kurzfasern der Faserverbund der zusätzlichen Schicht zumindest in stark verformten Bereichen aufgelöst wird, so daß also die zusätzliche Schicht nicht zum Zusammenhalten des Vliesmaterials beiträgt. Die zusätzliche Schicht bildet jedoch eine das Erscheinungsbild und die Oberflä­ cheneigenschaften des Vliesmaterials beeinflussende Schicht, während die Festigkeit und Formstabilität durch die im wesentli­ chen aus Langfasern aufgebaute Schicht gebildet wird.

Die zusätzliche Schicht aus Kurzfasern kann vorzugsweise bis zu 0,5 Gew. -% eines für Papier üblichen Harzleims enthalten, der der zusätzlichen Schicht eine gewisse Bindung gibt, ohne daß er die Verformbarkeit des Vliesmaterials durch Tiefziehen beeinträch­ tigt.

Die zusätzliche Schicht kann aus konventionellen Papierfasern bestehen. Wird ein derart auf gebautes Vliesmaterial durch Tiefziehen verformt, so entsteht der optische Eindruck eines Formkörpers aus Papier, während die eigentliche Festigkeit und Formstabilität durch die mit der Papierschicht verbundene, im wesentlichen aus Langfasern gebildete Schicht bewirkt wird.

Ein geeignetes Vliesmaterial läßt sich beispielsweise dadurch herstellen, daß auf Länge geschnittene Sklerenchymfasern, insbesondere Flachsfasern, auf einer Krempel, wie sie beispiels­ weise für die Verarbeitung von Baumwollfasern eingesetzt wird, zu einem Wirrfaservlies verarbeitet werden und daß das Wirr­ faservlies mit mehr als 25 Gew.-% Wasser befeuchtet und dann zur Bildung von Wasserstoffbrücken unter Pressen getrocknet wird. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für verhältnismäßig lange Langfasern, also für einen Aufbau, bei dem mindestens 90 Gew.-% der Sklerenchymfasern einen vorgegebenen Längenmittel­ wert von mehr als 12 mm haben.

Um ein Vliesmaterial herzustellen, in dem die Langfasern einen vorgegebenen Längenmittelwert zwischen 4 mm und 12 mm haben, kann aus auf Länge geschnittenen Sklerenchymfasern, insbesondere Flachsfasern, eine für die Verarbeitung auf Siebpartien von üblichen Papiermaschinen geeignete Pulpe hergestellt und diese auf der Siebpartie einer Papiermaschine zu einer Bahn geformt werden, die beim Trocknen gepreßt wird, so daß eine Bindung der Fasern durch Wasserstoffbrücken entsteht.

Da der Zusammenhalt der Langfasern bei Verformung des Vliesmate­ rials durch Tiefziehen um so besser ist, je stärker die Langfa­ sern miteinander verschlungen sind, können die Langfasern vor dem Aufbringen auf die Siebpartie der Papiermaschine zur Bildung von Faserverschlingungen in einem Kollergang, wie er bei der Papierherstellung üblich ist, bearbeitet werden. Es ist jedoch auch möglich, die auf der Papiermaschine geformten Bahnen vor oder nach dem Trocknen und Pressen einer Wasserverfestigung zu unterwerfen, d. h. auf ihre Oberfläche oder ihre einander gegenüberliegenden Oberflächen aus Wasserdüsen Wasserstrahlen aufzubringen, die beim Auftreffen auf die Bahn in dieser Bahn befindliche Langfasern verlagern, insbesondere in Richtung quer zur Bahnebene, und die eine zusätzliche Verschlingung der Langfasern bewirken.

Wird bei der Herstellung einer geformten Bahn aus Langfasern eine für die Papierherstellung übliche Schrägsiebmaschine eingesetzt, so kann die die Langfasern enthaltende Pulpe dem zweiten Stoffauflauf dieser Schrägsiebmaschine zugeführt werden, während dem ersten Auflauf gleichzeitig ein Brei aus Kurzfasern, etwa eine übliche Papierpulpe zugeführt wird. Der Brei aus Kurzfasern wird dann zunächst vom Schrägsieb aufgenommen, und auf die so gebildete Schicht wird dann vom zweiten Auflauf die die Langfa­ sern enthaltende Schicht aufgebracht. Auf diese Weise entsteht eine geformte Bahn, die einerseits eine Schicht mit Langfasern der vorstehend erläuterten Art enthält und die andererseits eine Schicht aufweist, die im wesentlichen wie übliches Papier, im allgemeinen jedoch mit einem deutlich geringeren Anteil an Harzleim, gegebenenfalls gar keinen Harzleim enthält und die sich beim Tiefziehen des Vliesmaterials praktisch ohne Widerstand verformt und keinen Beitrag zur Festigkeit des tiefgezogenen Produktes leistet, da die Kurzfasern beim Tiefziehen ausein­ andergezogen werden und sich dadurch ihr Vliesverbund im wesentlichen auflöst. Die Festigkeit wird daher allein durch die Langfasern enthaltende Schicht bewirkt, während die Schicht aus Kurzfasern eine dekorative Beschichtung des Produktes darstellen kann.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus Vliesmaterial, dessen Fasern zumindest überwiegend Sklerenchymfasern, insbesondere Flachsfasern sind, wobei der Gehalt an Sklerenchymfasern mindestens 85 Gew.-%, vorzugsweise 95 Gew.-% beträgt, mindestens 90 Gew.-% der Sklerenchymfasern als Langfasern mit einer Länge zwischen 4 mm und 60 mm vorliegen und die Langfasern ein Wirrfaservlies bildend verschlungen sowie durch Wasserstoffbrücken verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Vliesmaterial mit 30 Gew.-% bis 55 Gew.-% befeuchtet und in einer Matrize und Patrize aufweisenden Form tiefgezogen wird, wobei zumindest die Matrize zur Erzielung einer schnellen Trocknung des Vliesmaterials in der Form beheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Langfasern mit einer Länge zwischen 6 mm, vorzugsweise 8 mm und 60 mm mindestens 90 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Langfasern mit einer Länge zwischen 10 mm, vorzugsweise 12 mm und 60 mm mindestens 90 Gew.-% beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 75 Gew.-% der Langfasern eine Länge haben, die in einem Bereich von ± 1 mm um einen vorgegebenen Längenmittelwert liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch eine zusätzliche Schicht aus Kurzfasern.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Schicht maximal 0,5 Gew.-% eines für Papier üblichen Harzleims enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus Vliesmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize auf eine Temperatur der Formoberfläche von 105°C bis 125°C beheizt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Vliesmaterials gemäß der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf Länge geschnittenes Sklerenchymfasern insbesondere Flachsfasern auf einer Krempel zu einem Wirrfaservlies verarbeitet werden und daß das Wirrfaservlies mit mehr als 25 Gew.-% Wasser befeuchtet und dann zur Bildung von Wasserstoffbrücken unter Pressen getrocknet wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Vliesmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus auf Länge geschnittenen Sklerenchymfasern, insbesondere Flachs­ fasern eine für die Verarbeitung auf Siebpartien von üblichen Papiermaschinen geeignete Pulpe hergestellt und diese auf der Siebpartie einer Papiermaschine zu einer Bahn geformt wird, die beim Trocknen gepreßt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vor dem Aufbringen auf die Siebpartie zur Bildung von Faserverschlingungen in einem Kollergang bearbeitet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die geformte Bahn einer Wasserverfestigung unterworfen wird, so daß die hierbei aus Wasserdüsen auf die Bahn auftreffenden Wasserstrahlen die Fasern in der Bahn verlagern und ver­ schlingen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe dem zweiten Stoffauflauf einer Schrägsiebmaschine zugeführt wird, deren erstem Auflauf gleichzeitig ein Brei aus Kurzfasern zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Brei aus Kurzfasern eine übliche Papierpulpe verwendet wird.