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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft die Verringerung der Anisotropie von Vliesstoffmaterialien
und insbesondere von Spunlaced-Vliesstoffen.
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2. BESCHREIBUNG DER DAMIT
IN BEZIEHUNG STEHENDEN TECHNIK
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Bei
der Herstellung von Vliesstoffen ist es üblich, dass man anisotrope
Eigenschaften vorfindet. Wahrscheinlich ist die bedeutendste Eigenschaft
die Zugfestigkeit des Stoffes, wobei die Festigkeit in der „Herstellungrichtung" (MD) bemerkenswert
höher ist
als die in der „Querrichtung" (XD). Dieses MD/XD-Verhältnis der Festigkeit,
typischerweise größer als
Eins, ist ein Nachteil gegenüber
anderen Stoffen, wie beispielsweise gewebten Artikeln, wo die Festigkeiten
relativ ausgeglichen sind. Bei Vliesstoffen beträgt dieses MD/XD-Verhältnis oftmals
mindestens 2:1. Es ist oftmals im Fall von Stoffen höher, die
aus kardierten Vliesmaterialien hergestellt werden, wo das Verhältnis 4:1
oder sogar 5:1 erreichen kann. Sogar Spinnvliesstoffe zeigen diese
gleiche Unausgeglichenheit der Eigenschaften, die durch hohe Ablegegeschwindigkeiten
verschlimmert wird.
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Versuche,
dieses Verhältnis
durch konventionelle Mittel zu steuern oder zu verringern, umfassen
das Quertäfeln
von luftgelegten oder kardierten Vliesen, das Strecken eines gebildeten
Stoffes in der XD-Richtung oder
die Verwendung einer „Scrambler"-Rolle nach der Kardenabnehmerwalze.
Im Fall der Spinnvliesstoffe, wie beispielsweise Typar®, das
von der E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE (hierin
nachfolgend DuPont) erhältlich
ist, werden Vorhänge
aus Fasern mit rotierenden Luftdüsen
in der MD- oder XD-Richtung in Schwingungen versetzt. Um ausgeglichene
Eigenschaften zu bewirken, müssen
die Fasern in der Richtung der gewünschten Festigkeit ausgerichtet
werden. Die relativ kleine Anzahl von Fasern in der Querrichtung
im Gegensatz zu der größeren Anzahl
in der Herstellungsrichtung entspricht der relativ niedrigeren XD-Festigkeit.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dieses
Verfahren ist ein Verfahren zur Veränderung der Ausrichtung der
Fasern in einem Faservlies, bei dem ein Teil der Fasern in im Wesentlichen
der Herstellungsrichtung und ein Teil der Fasern in im Wesentlichen
der Querrichtung ausgerichtet ist, das die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen
einer Vielzahl von Fluiddüsen,
die unter einem Winkel von mindestens 10 Grad von der Senkrechten
mit Bezugnahme zum Vlies versetzt sind;
Anwenden eines Fluidstromes
von den Düsen
auf eine Oberfläche
des Faservlieses mit einem Druck, der ausreichend ist, um die Fasern
in eine andere Ausrichtung zu bewegen, bei der die Ströme einen
im Wesentlichen koplanaren Vorhang bilden;
Sichern der bewegten
Fasern des Faservlieses, um die andere Ausrichtung der Fasern des
Faservlieses aufrechtzuerhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 und 1A schematische Skizzen eines Düsenbandes
mit winkeligen Löchern;
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2–2B schematische
grafische Darstellungen, die Ansichten eines Düsengehäuses und mögliche Anordnungen eines einzelnen
Vorhanges von Fluidströmen
zeigen;
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3–4 schematische
grafische Darstellungen, die Ansichten eines Düsengehäuses und unterschiedliche Anordnungen
eines einzelnen Vorhanges von Fluidströmen zeigen;
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5–6 schematische
grafische Darstellungen, die Ansichten eines Düsengehäuses und Anordnungen von mehreren
Vorhängen
von Fluidströmen
zeigen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren, um Fasern, die bereits
auf einem Band abgelegt wurden, mit Strahlen (oder Strömen) des
Fluids, typischerweise Wasser, unter einem Winkel zum Band zu verwirren. Hierbei
bedeutet winkelig, dass die Hauptachse eines Strahles unter einem
Winkel von mindestens etwa 10° von
der Vertikalen verläuft.
Diese Düse,
die früher
bei einem Hydroverflechtungsvorgang (bei dem die Fasern noch beweglich
sind) angeordnet wurde, verwirrt die Faserenden mehr in einer Querrichtung,
wo sie anschließend
mit anderen Fasern verflochten werden. Ohne dass man sich an eine
spezifische Theorie hält,
glaubt man, dass die endgültige
Form derartiger verwirrter Fasern S-förmig, Z-förmig, gebogen, wie beispielsweise
in eine C-Form, sein kann oder in Varianten davon. Diese Faserverformung
wurde durch die Verwendung von schwarzen Beilauffäden bestätigt, die
oben auf das Vlies vor der Verwirrung und Verflechtung gelegt wurden. Es
wird hier bemerkt, dass Verwirren bedeutet, Fasern oder Abschnitte
der Faser aus einer Position oder Ausrichtung in eine andere Position
oder Ausrichtung zu bewegen und das Verändern der Form derartiger Fasern außerdem einschließen kann.
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Die
verwirrende Düse
kann von normaler, gerader (d.h. nicht winkeliger) Fertigung sein;
d.h., ihre Hauptachse wäre
vertikal, wenn sie in einem Düsengehäuse oder
-körper
montiert wird. Derartige Anordnungen sind typisch für Hydroverflechtungsverfahren,
wo beabsichtigt ist, dass sich der Wasserstrahl senkrecht zum Faservlies
bewegt. Eine derartige normale Düse
kann in einem Düsenkörper montiert
werden, der relativ zum ungebundenen Faservlies winkelig ist, und
als solcher würde
sich der Wasserstrahl unter dem gleichen Winkel bewegen. Das heißt, das
Fluid könnte
auf die vorderen Enden oder gegen die hinteren Enden der Fasern
gelenkt werden, die die Faserenden mehr in einer XD-Ausrichtung
verwirren würden.
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Als
Erläuterung,
der Begriff Düsenband
wird verwendet, um sich auf eine Verteilungsvorrichtung zu beziehen,
die einen Durchgang für
die speziell bemessenen Fluidströme
und den Winkel liefert, unter dem die Fluidströme ausgerichtet sind. Ein einfaches
Düsenband 100 wird
schematisch in 1 abgebildet. Die Löcher 110 im
Düsenband
sind typischerweise klein und eng beabstandet. Abhängig vom
Zusammenhang kann sich der Begriff Düsen/Strahlen auf die Löcher in
den Düsenbändern oder
die Ströme
beziehen, die aus dem Düsenband
austreten. Obgleich Löcher 110 im
Düsenband
als winkelig nach unten von links nach rechts gezeigt werden, wird
verstanden, dass die Löcher
ebenfalls von rechts nach links oder von vorn nach hinten oder von
hinten nach vorn innerhalb des Düsenbandes 100 winkelig
sein könnten.
Ebenfalls werden die Begriffe Düsenkörper oder
Düsengehäuse verwendet,
um sich auf eine Vorrichtung zu beziehen, die das Düsenband hält, und
die um ihre Hauptachse gedreht werden kann, um die Lieferung von
Fluidströmen
unter unterschiedlichen Winkeln zu bewirken. Außerdem kann eine Kombination
von Düsenbändern mit
winkeligen Löchern
und gedrehtem Düsengehäuse Fluidströme unter
vielen unterschiedlichen Winkeln und Richtungen liefern. Typischerweise
sind die Löcher
in den Düsenbändern in
Reihen angeordnet, wie im Allgemeinen in 1 gezeigt wird,
und sie stellen einen Durchgang für das Fluid bereit, so dass
die Ströme
im Wesentlichen koplanar sind. Wenn die Fluids Flüssigkeiten
sind, liefern die eng beabstandeten Löcher im Düsenband das, was auf einen „Vorhang" oder eine „Wand" der Flüssigkeit
hinausläuft,
wie es beispielsweise als Element 11 in 2 abgebildet
wird.
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Eine
Ausführung
für die
praktische Durchführung
der Erfindung wird in 2 abgebildet, bei der ein Vorhang 11 abgebildet
wird, während
er aus einem Gehäuse 10 austritt.
Ein Düsenband
mit einer Vielzahl von Löchern,
obgleich nicht gezeigt, würde
im Gehäuse 10 eingebaut
sein. 2A und 2B zeigen
Alternativen, dass man Vorhänge 11A oder 11B hat,
die unter einem bestimmten Winkel θ angeordnet sind, so dass die
Ströme
jeweils auf entweder die vorderen Enden oder die hinteren Enden
der Fasern auftreffen, wobei derartige Fasern im Wesentlichen in
der Herstellungsrichtung ausgerichtet sind.
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Die
Düsenbänder oder
Düsenkörper können in
verschiedener Weise angeordnet werden, um die gewünschte Verwirrung
der Fasern in den Vliesen zu erreichen. 3 und 4 zeigen
eine Ausführung,
wo ein Vorhang 21 vorhanden ist, der unter einem Winkel θ von der
Vertikalen ausgerichtet und in Richtung eines Randes des Vlieses
gerichtet ist. Selbst wenn der Vorhang 21 zu einem Rand
des Vlieses gerichtet ist, bewirkt diese Ausführung jedoch, dass der Vorhang 21 im
Wesentlichen senkrecht zum Vlies verläuft, wenn parallel zur XD betrachtet
wird, wie in 4 gezeigt wird. Bei dieser Ausführung würden die
Fluidströme,
die den Vorhang aufweisen, eine seitliche Verwirrung bei jenen Fasern
im nicht verdichteten Vlies bewirken.
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Bei
einer noch weiteren Ausführung
können
die Vorhänge
entweder in einer einzelnen oder doppelten Reihenkonfiguration verwendet
werden, die zusammengesetzte Winkel einschließen. Wie in 5–5A gezeigt
wird, kann ein Gehäuse 30 jeweils
Vorhänge 31 und 32 unter
einem Winkel θ1 oder θ2 liefern, beide in Richtung der Seiten des
Vlieses gerichtet. Wie in 6 gezeigt
wird, werden die Vorhänge 31 und 32 ebenfalls relativ
zueinander unter einem Winkel θ3 in Richtung zu entweder dem vorderen oder
dem hinteren Ende des Vlieses abgeschrägt. Obgleich es nicht in 6 gezeigt
wird, wird verstanden, dass die Vorhänge 31 und 32 aus
mindestens einem Düsenband
mit einer oder mehreren Reihen von winkeligen Löchern austreten würden. Als
solches würden
bei einer derartigen Anordnung die Ströme, die die Kombinationsvorhänge 31 und 32 aufweisen,
die Seiten jener Fasern ebenso wie die hinteren Enden und die vorderen
Enden der Fasern verwirren.
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Ein
großer
Teil der Entwicklung des Gegenstandes der Erfindung wurde in einer
Labortischwascheinrichtung (Labortischwaschmaschine) durchgeführt, die
die Relaxation der verwirrten Fasern (infolge der Neueinstellung
der Bandposition) vor den Schritten des Verflechtens gestatten würde, die
als diskontinuierliche Vorgänge
durchgeführt
werden. Es wird ermittelt, dass eine noch stärkere Verbesserung bei kommerziellen Anlagen
in natürlicher
Größe gesehen
werden könnte,
wo die Hydroverflechtung unmittelbar nach der Verwirrung durchgängig stattfinden
wird.
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Man
glaubt ebenfalls, dass stoßweise
Fluidstrahlen zur Anwendung gebracht werden können, um eine diskontinuierliche
Verwirrung der Fasern zu bewirken, dass Spritzdüsen für Flüssigkeit oder Luft anstelle
der konventionellen Düsentechnologie
zur Anwendung gebracht werden können,
wie es beispielsweise im U.S. Patent 3485706 an Evans beschrieben
wird. Luftdüsen
können
in trockenen Bereichen eingesetzt werden, wo die Einführung von
Flüssigkeit
für das
Produkt oder das Verfahren nachteilig wäre. Beispielsweise könnte Luft eingesetzt
werden, selbst wenn bestimmte Arten von Sontara®-Produkten (erhältlich von
DuPont), die einen Cellulosezusatz aufweisen, hergestellt werden,
und wo keine Verdichterdüsen
vorhanden sind. Die Faser kann mit Luftstrahlen auf ein kardiertes
Vlies vor dem Cellulosezusatz verwirrt werden.
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Der
Verwirrungsvorgang wird vorzugsweise mit relativ niedrigen Drucken
durchgeführt,
verglichen mit den Drücken,
die typischerweise bei hydroverflochtenen Produkten angewandt werden,
wie beispielsweise Sontara.
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Obgleich
typischerweise ein Düsengehäuse verwendet
wurde, könnte
eine größere Anzahl
eingesetzt werden, um die gewünschte
Verwirrung ohne jeglichen Verlust an Isotropie zu erhalten.
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Die
Strahlhöhe
wurde als der Abstand vom Boden des Düsenkörpers zur oberen Fläche des
Bandes definiert, auf dem das Vlies getragen wird. Die Strahlhöhe könnte zwischen
etwa 10 und 55 mm variieren, wobei 25 mm eine bevorzugte Strahlhöhe sind.
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Zusätzlich zur
Anwendbarkeit bei luftgelegten oder kardenzugeführten Vliesstoffen sollte das
Konzept ebenfalls einen Vorteil bei harzgebundenen und thermisch
gebundenen Vliesstoffen, nadelgefilzten Stoffen und, vielleicht
in einem geringeren Maß,
bei Spinnvliesstoffen bringen, wenn die Verwirrung vor der Bindung durchgeführt wird,
wenn die Fasern noch bewegt werden können. Die verwirrten Vliese
müssen
bestimmten Mitteln für
das „Arretieren" der Fasern in ihrer
neuen Ausrichtung unterworfen werden, um die verbesserte Isotropie
der Vliese aufrechtzuerhalten. In Abhängigkeit davon, wie das Faservlies
hergestellt wurde, kann der Schritt des Arretierens das Hydroverflechten
oder eine bestimmte Art von Bindungsschritt sein, der ausschließen würde, dass
die verwirrten Fasern in ihre ursprüngliche Position oder Ausrichtung
zurückkehren.
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BEISPIELE 1–17
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Die
hier beschriebenen Stoffe wurden in einer Tischwaschmaschine mit
40 Yard pro Minute (ypm) hergestellt, wenn es nicht anderweitig
angeführt
wird, wobei ein Strahlprofil (nach der Verwirrung und Verdichtung der
Fasern) angewandt wurde, wie es nachfolgend für jede Reihe von Beispielen
gezeigt wird. Sich verändernde
Grade einer winkeligen Strahlverwirrung wurden den Vliesen erteilt.
Das Düsenband
der Erfindung wurde in der Düsenposition
#1 angeordnet (normalerweise durch eine Verdichterdüse bei bestimmten
kommerziellen Hydroverflechtungsanlagen besetzt). Das Düsenband
zeigte 10 Düsenlöcher/in.
bei einem Durchmesser von 13,5 mil, gebohrt unter einem Winkel von
30° zur
Vertikalen, und die Löcher
waren in Richtung einer Seite des Vlieses gerichtet. Der Druck für die Verwirrung
bewegte sich von weniger als etwa 40 psi bis zu 200 psi.
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In
allen Fällen
wurden im Anschluss an die anfängliche
Verwirrung die Vliese mit etwa 10 Milli-HP-hr-lbMasse/lbKraft (in der üblichen Redeweise als 10 IxE
bekannt) hydroverflochten, um eine jede der Band- und Trommelverflechtungsstationen
zu verkörpern.
Das Strahlprofil ist für
ein „Band"- und „Trommel"-Verflechtungssystem
repräsentativ,
wie es bei einigen Hydroverflechtungsanlagen in großtechnischem
Maßstab
vorgefunden wird. Eine einzelne 5/40 Düse (40 Löcher pro in. von 5 mil Durchmesser)
wurde verwendet, und es wurden mehrere Durchgänge in der gleichen Bewegungsrichtung
durchgeführt,
wobei der Druck reguliert wurde, wie es gezeigt wird, um eine Reihe
von unterschiedlichen Düsen
zu simulieren, wie man es bei einer Anlage im kommerziellen Maßstab erfahren
würde.
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Außer wenn
es anderweitig angegeben wird, nutzten alle nachfolgend vorgelegten
Beispiele Vliese aus 100% Polyesterfasern. Gleiche Ergebnisse würden bei
anderen Fasern, entweder in ungemischter Form oder gemischt mit
anderen Stapelfasern, synthetischen oder nicht, erwartet. Derartige
Vliese können
aus allen Reyon-, Lyocell-, Nylon-, Polypropylen-, Baumwoll- und
anderen natürlichen
oder synthetischen Fasern ebenso wie aus Mischungen von Polyester
und Lyocell, Polyester und Reyon, Polyester und Polypropylen und
allen Kombinationen davon bestehen.
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Bei
diesen Beispielen und durchgehend in der Patentbeschreibung wird
die Stofffestigkeit als „Flächen-Grab-Zug"(SGT)-Messungen vorgelegt,
die in der Herstellungsrichtung (MD) und der Querrichtung (XD) vorgenommen
werden. Der SGT-Test wird entsprechend ASTM D5034 (neueste Ausgabe
1995) „Standard-Prüfverfahren
für die
Reißfestigkeit
und Bruchdehnung von textilen Stoffen (Grab-Test)" durchgeführt.
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Kontrollproben
werden durch Großbuchstaben
und Arbeitsbeispiele durch eine Zahl gekennzeichnet.
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BEISPIELE 1–2
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Stoffproben
wurden aus „Rando-kardiertem"-Vlies (hergestellt
auf einem Rando-Webber) mit einer Masse je Flächeneinheit von etwa 2 oz/yd2 und mit einem Denier pro Elementarfaden
(dpf) von 1,35 und einer Länge
von etwa 0,8 in. hergestellt. Es gab zwei Kontrollproben und zwei
Arbeitsbeispiele. Das zur Anwendung kommende Strahlprofil war das
Folgende:
Anfängliche
Stoffseite nach der Verdichtung (Band) (psi): 500, 1000, 1300, 1500,
1500, 1000, 1000.
Zweite Stoffseite, nach dem Band (Trommel)
(psi): 500, 1500, 1500, 1500, 1500, 1000.
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In
der vorangehenden Tabelle wird der Verdichtungsvorgang in der zweiten
Spalte gezeigt, wobei das erste Schlüsselwort die erste Düse bei der
Verdichtersimulation (ob winkelig oder nicht) ist, und das zweite Schlüsselwort
die zweite Verdichterdüse,
eine gerade (nicht winkelige) 5/40 Düse oder eine normale Fertigung, ist.
(In allen Fällen
wurde der Stoff längs
der Herstellungsrichtungsachse zwischen den Band- und Trommelsimulationsvorgängen umgewendet,
um das Äquivalent
der zweiseitigen Nadelung zu bewirken, und um die relative Vliesbewegung
zu den Düsen
beizubehalten.)
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Das
verwendete Vlies wurde auf einem Rando-Webber gebildet, der relativ
isotrope Eigenschaften liefert. Es wird als selbstverständlich vorausgesetzt,
dass der Grund, dass eine weitere Verbesserung bei diesem Rando-Web-Einsatzmaterial
nicht gesehen wurde, der ist, dass die Fasern, die in einer mehr
oder weniger Herstellungsrichtung ausgerichtet sind, in Richtung
der XD-Richtung (wenn gewünscht)
verwirrt wurden, dass aber jene bereits vorhandenen Fasern, die
in einer mehr oder weniger Querrichtung ausgerichtet wurden, in
Richtung der MD-Richtung verwirrt wurden, wodurch der gesamte Einfluss
verringert wird. Man glaubt, dass Vliese mit einem höheren MD/XD-Eigenverhältnis eine
noch stärkere
Verbesserung liefern werden, weil sie mehr MD-ausgerichtete Fasern
aufweisen, die verwirrt werden.
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BEISPIELE 3–5
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Zwei
Schichten des aus 100% Polyester bestehenden kardierten Vlieses
mit einer Masse je Flächeneinheit
von 0,73 oz/yd2 von 1,2 dpf und einer Schnittlänge von
1,5 in. von DuPont und kardiert von der Hollingsworth, Inc. wurden
eingesetzt. Fünf
Proben wurden angefertigt, wobei zwei Kontrollproben (C und D) mit keiner
beabsichtigten Faserverwirrung und drei Arbeitsbeispiele mit sich
verändernden
Graden und Verfahren der Verwirrung sind. Das gleiche Strahlprofil,
das bei den Beispielen 1–2
angewandt wurde, kam zur Anwendung.
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Beim
Beispiel 4 wurde ein winkeliger Düsenstrom nach dem simulierten
Bandnadelungsvorgang angewandt, aber vor dem simulierten Trommelnadelungsvorgang.
Das basierte auf der Beobachtung der Zerfaserung auf beiden Seiten
des Vlieses, wenn sie in der Tischwaschmaschine umgewendet wurden.
Das zeigt eine hohe Anzahl von freien Enden, die für eine Querrichtungsverwirrung
nach der Bandwaschmaschine verfügbar
wären.
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Ein
alternatives Verfahren, um die Querrichtungsfaserverwirrung bei
Verwendung einer Standarddüse von
guter Qualität
und mehr Löchern
pro in. als bei der 10 Loch/in. Düse, die vorangehend beschrieben
wurde, zu demonstrieren, war die Verwendung eines normalen Düsenbandes
(Löcher
nicht winkelig). Dieses wird im Beispiel 5 gezeigt. Das normale
Düsenband
wurde in einem Düsengehäuse positioniert,
und das Gehäuse selbst
ist winkelig zur normalen vertikalen Richtung, und es wird mit einer
90° Drehung
der Probe auf dem Band kombiniert. Diese Anordnung lieferte eine
Querrichtungsverwirrung. Es wurde bemerkt, dass dieses Verfahren
die volle Faserlänge
auf einmal verwirren kann, eher als die schrittweise Verwirrung
der Faserlänge,
die bei winkeligen Düsenbändern verfügbar ist. TABELLE
2
- * Standard 5/40 Düsenband
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BEMERKUNGEN:
-
(In
allen Fällen
wurde der Stoff zwischen den Band- und Trommelsimulationsvorgängen umgewendet, um
eine zweiseitige Verflechtung zu erreichen.)
- 1.
Der Verdichter war eine gerade 5/40 Düse mit Durchgängen von
300 und 500 psi. Im Anschluss an die Verdichtung wurde das vorangehend
beschriebene Strahlprofil angewandt.
- 2. Das gleiche wie C, außer
dass die ersten zwei Durchgänge
des 5/40 Verdichters bei 40 psi durchgeführt wurden.
- 3. Zwei Verdichterdurchgänge
bei 40 psi wurden durchgeführt,
wobei das vorangehend beschriebene winkelige Düsenband mit Düsenlöchern von
30° zur
Normalen verwendet wurde. Dem folgte ein 500 psi Verdichter bei
Benutzung der geraden 5/40 Düse
und danach das vorangehend beschriebene Strahlprofil.
- 4. Zwei Verdichterdurchgänge
mit 40 psi wurden bei Verwendung des vorangehend beschriebenen winkeligen
Düsenbandes
mit Düsenlöchern von
30° zur
Normalen durchgeführt.
Dem folgte ein 500 psi Verdichter bei Benutzung der geraden 5/40
Düse, und
danach wurde das Strahlprofil für
das vorangehend beschriebene Bandverfahren zur Anwendung gebracht.
Dem folgte ein Durchgang unter dem 10 Loch/in. winkeligen Düsenband
(30° zur
Normalen); danach folgte das Trommelstrahlprofil.
- 5. Zwei aufeinanderfolgende Durchgänge bei 40 psi wurden bei Verwendung
eines winkeligen Düsenkörpers mit
einem normalen 5/40 Düsenband
durchgeführt,
wobei der winkelige Düsenkörper senkrecht
zur Richtung der Bandbewegung ist und die Probe um 90° gedreht
wird, um eine simulierte Querrichtungsverwirrung zu bewirken. Der
Wasserstrahl traf auf das Band an einer Stelle nicht über einem
Vakuumschlitz. Die Probe wurde danach in ihrer Ausgangsrichtung
zurückgedreht
und mit dem vorangehend beschriebenen Bandverfahren bei Verwendung
von nicht winkeligen Düsen
oder Düsenkörpern verwirrt.
Die Probe wurde danach für
eine Verflechtung auf der anderen Seite umgewendet, um 90° gedreht
und unter dem winkeligen Düsenkörper mit
dem 5/40 Düsenband
geführt;
dieses Mal mit 160 psi. Danach wurde sie in ihre Ausgangsausrichtung
zurückgedreht
und mit dem vorangehend beschriebenen Trommelprofil verarbeitet.
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BEISPIELE 6–7
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Proben
des unverdichteten Vlieses wurden einer großtechnischen Anlage zur Herstellung
von Sontara
® bei
Anwendung eines Luftlegeverfahrens entnommen. Die Proben zeigten
einen 1,35 dpf und eine Länge von
0,8 in. Dieses unverdichtete Vlies wurde vorher quergetäfelt und
danach wieder luftgelegt, aber es wurde nicht einer Verdichtungsdüse jeglicher
Art ausgesetzt. Diese Probe wurde in Streifen geschnitten und in
der Weise verarbeitet, wie sie für
die Beispiele 3 bis 5 beschrieben wird. Die Bedingungen waren die
gleichen, nur das Einsatzmaterial wurde verändert. TABELLE
3
- * Standard 5/40 Düsenband
-
BEMERKUNGEN:
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- 1. Der Verdichter war eine gerade 5/40 Düse mit Durchgängen von
300 und 500 psi. Im Anschluss an die Verdichtung wurde das vorangehend
beschriebe Strahlprofil zur Anwendung gebracht.
- 2. Das gleiche wie E, außer
dass die ersten zwei Durchgänge
des 5/40 Verdichters bei 40 psi durchgeführt wurden.
- 3. Zwei Verdichterdurchgänge
bei 40 psi wurden durchgeführt,
wobei das vorangehend beschriebene winkelige Düsenband mit Düsenlöchern von
30° zur
Normalen und winkelig zur Seite des Vlieses verwendet wurde. Dem
folgte ein 500 psi Verdichter bei Benutzung der geraden 5/40 Düse und danach
das vorangehend beschriebene Strahlprofil.
- 4. Zwei Verdichterdurchgänge
mit 40 psi wurden bei Verwendung des vorangehend beschriebenen winkeligen
Düsenbandes
mit Düsenlöchern von
30° zur
Normalen durchgeführt.
Dem folgte ein 500 psi Verdichter bei Benutzung der geraden 5/40
Düse, und
danach wurde das Strahlprofil für
das vorangehend beschriebene Bandverfahren zur Anwendung gebracht.
Dem folgte ein Durchgang unter dem 10 Loch/in. winkeligen Düsenband
(30° zur
Normalen); danach folgte das vorangehend beschriebene Trommelstrahlprofil.
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Die
Verbesserung beim MD/XD-Verhältnis
auf weniger als Eins ist besonders bemerkenswert, insbesondere wenn
man betrachtet, dass kein bedeutender Verlust an mittlerer Festigkeit
gesehen wurde. Es wird bemerkt, dass bei diesem luftgelegten, vorher
quergetäfelten
Vlies mit einer Schnittlänge
von 0,8 in. keine Verschlechterung der mittleren Festigkeit gesehen
wurde, obgleich ein sehr starker Einfluss auf das MD/XD-Verhältnis bewirkt
wurde.
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BEISPIELE 8–10
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Man
glaubte, dass es zu gleichen Ergebnissen kommen würde, wenn
das Fluid auf die Faserenden gerichtet würde (durch die Benutzung eines
gedrehten Düsengehäuses), gegenüber wenn
sie auf die Faserseiten gerichtet werden, indem winkelige Löcher in
einem Düsenband
zur Anwendung kommen. Nachfolgend werden Beispiele vorgelegt, die
diesen Gedanken demonstrieren. Es wird ein Fall vorgelegt, wo das
Fluid in der Richtung des Produktflusses (d.h., Parallelstrom) gelenkt
wurde, und ein Beispiel, wo das Fluid gegen den Produktfluss gerichtet
wurde (d.h., Gegenstrom). Das Zuführvlies für diese Beispiele war eine
Schicht mit einem Nennwert von 0,9 oz/yd2 und
eine Schicht mit einem Nennwert von 1,2 oz/yd2 des
von Hollingsworth vorgelegten kardierten Vlieses aus 1,5 in., 1,5
dpf Dacron®-Polyester,
die zusammengelegt wurden, um ein Vlies mit einer Masse je Flächeneinheit
von 2,1 oz/yd2 zu bilden. Eine „Scrambler"-Walze wurde am Ausgang
der Hollingsworth-Karde eingesetzt, um das MD/XD-Verhältnis zu
verringern.
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Alle
Beispiele in der unmittelbar nachfolgenden Tabelle wurden mit dem
Verwirrungsstrom hergestellt, der auf das Vlies aus dem winkeligen
Düsengehäuse in einer
Position über
einem Vakuumschlitz unterhalb des sich bewegenden Bandes auftraf.
Vorherige angeführte
Beispiele wurden mit dem winkeligen Düsengehäuse hergestellt, das so gedreht
wurde, dass der auftreffende Strom nicht über einen Vakuumschlitz fällt. In allen
Fällen
fiel der Verwirrungsstrom jedoch vom winkeligen Düsenband
(winkelige Löcher) über einen
Vakuumschlitz, da das die natürliche
räumliche
Beziehung der Düse
und des Schlitzes war.
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Die
nachfolgenden Beispiele sollten mehr einen großtechnischen Vorgang verkörpern, wo
die Produktionsgeschwindigkeit mit 20 lbs. des Produktes pro in.
Maschinenbreite pro Stunde berechnet wurde, was für eine großtechnische
Produktion nicht atypisch ist. Die Bandgeschwindigkeit betrug 91
ypm gegenüber
den 40 ypm, die in früheren
Beispielen angeführt
wurden. Das Band- und das Trommelverfahren für das Verflechten wurden verkörpert, indem
ein 5/40 Strahlprofil genutzt wurde, wobei die folgenden Drücke angewandt
wurden:
Band: 500, 1000, 1500, 1700, 1800, 1800, 1600, 1500,
1500, 1000 (psi) für
10,4 IxE für
einen Stoff mit einem Nennwert von 2,1 oz/yd
2.
Trommel:
500, 1500, 1500, 1500, 1500, 1700, 1500, 1500, 1500, 1500 (psi)
für 10,3
IxE für
einen Stoff mit einem Nennwert von 2,1 oz/yd
2. TABELLE
4
- * Standard 5/40 Düsenband
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BEMERKUNGEN:
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- 1. Der Verdichter war eine gerade 5/40 Düse mit Durchgängen von
300, 500 psi.
- 2. Ein Verdichterdurchgang mit 40 psi wurde bei Verwendung eines
winkeligen Düsengehäuses (unter
einem Winkel von 28° zur
Vertikalen) durchgeführt.
Dem folgte ein normaler Verdichter 5/40 mit 500 psi. Das wurde mit
einem Verwirrungsstrom gleichlaufend mit der Bandbewegung durchgeführt. Nach
dem Bandwaschverfahren wurde das Vlies entlang seiner Hauptachse
umgewendet und einer winkeligen Verwirrung bei Verwendung des 30° winkeligen
Düsenbandes
mit 10 Loch/in. unterworfen, wie es vorangehend detailliert angegeben
wird. Dem folgte das Trommelverflechtungsverfahren.
- 3. Diese war die gleiche wie die Probe 8, außer dass die erste Verwirrung
bei 200 psi durchgeführt
wurde, und dass keine Verwirrung vor dem Trommelverfahren durchgeführt wurde.
Das sollte die Wirkung des winkeligen Düsenkörpers ohne eine weitere Verwirrung
demonstrieren.
- 4. Diese wurde in der gleichen Art und Weise der Probe 8 hergestellt,
außer
dass der winkelige Düsenkörper einen
Gegenstrom relativ zur Bandbewegung lieferte.
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BEISPIELE 11–16
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Die
Proben wurden von einer großtechnischen
Anlage zur Herstellung von Sontara® erhalten,
die von der in den Beispielen 6–7
abwich. Die Proben waren ein kardiertes Vlies aus Fasern mit 1,5
dpf und einer Faserlänge
von 1,5 in. Wie vorangehend, wurden diese Beispiele jedoch als unverdichtete
Vliese geliefert. Das Vlies wurde als vorgeschnittene Proben von
etwa 1 oz/yd2 geliefert. Zwei Lagen wurden
geschichtet, um ein Vlies von etwa 2 oz/yd2 zu
liefern, wobei die einzelnen Schichten beide in der Herstellungsrichtung
ausgerichtet wurden. Es war keine Vorverdichtung oder Vorbindung
dieser Schichten zu verzeichnen. Anders als die Verwirrungs- und/oder
Verdichtungsdüsenverfahren,
die in der Tabelle selbst gezeigt werden, wurde jedes Beispiel mit
Ausnahme des ersten mit dem folgenden Strahlprofil hydroverflochten
(bei Verwendung der 5/40 Düsen).
Die Bandgeschwindigkeit betrug 40 ypm, was etwa 8 lbs./in./Stunde
verkörperte.
Band:
500, 1000, 1300, 1500, 1500, 1000, 1000 (psi).
Trommel: 500,
1500, 1500, 1500, 1500, 1000 (psi).
-
-
BEMERKUNGEN:
-
- 1. Hergestellt bei Verwendung von nur normalen
Verdichterdüsen,
mit keinem anschließenden
Band- oder Trommelverfahren. Das soll den Festigkeitsbeitrag von
diesen Düsen
einschätzen,
die frühzeitig
beim Sontara®-Verfahren
verwendet wurden. Bei einigen Beispielen wurde ein gewisser Verlust
an Gesamtfestigkeit gesehen, wenn auf eine Verdichtungsdüse verzichtet
und durch eine winkelige Düse
ersetzt wurde. Diese Daten zeigen zusammen mit einem Vergleich der
Proben 12 und 13 vorangehend, dass eine bessere Festigkeitsleistung
mit dem Hinzufügen
der winkeligen Düse
zu einer vorhandenen Anzahl von Verdichtern, eher als dem Ersetzen
durch einen Verdichter, erhalten werden konnte.
- 2. Zwei Verdichterdüsendurchgänge von
300 und 500 psi bei Verwendung einer normalen 5/40 Düse, gefolgt
von dem Profil, das vor Tabelle 5 aufgelistet wurde.
- 3. Zwei Durchgänge
mit 40 psi bei einer schrägen
Düse mit
10 Löchern/in.
(13,5 mil) über
einem Vakuumschlitz, gefolgt von einem Verdichter bei 500 psi bei
Verwendung einer 5/40 Düse.
- 4. Die Probe 12 wurde wie die Probe 11 hergestellt, umfasste
aber zusätzlich
eine Faserverwirrung nach dem Band- und vor dem Trommelverfahren,
wobei 1 Durchgang mit 200 psi mit der Düse mit winkeligen Löchern mit
10 Löchern/in.
zur Anwendung kam.
- 5. Die Probe 13 wurde wie die Probe 12 hergestellt, aber mit
Hinzufügen
einer Verdichterdüse
mit 300, wobei Verdichterdrücke
von 300 und 500 psi erhalten wurden. Das MD/XD-Verhältnis
wurde auf 1,15 reduziert, und die mittlere Festigkeit wurde gegenüber der
Kontrollprobe verbessert, sogar bei einer etwas niedrigeren Masse
je Flächeneinheit
(1,72 gegenüber
1,86 oz/yd2). Das bestätigt, dass eine bessere Leistung
mit dem Hinzufügen
der Faserverwirrung erhalten werden kann, aber ohne dass auf Verdichterdüsen verzichtet wird,
die eine nicht unbedeutende Stofffestigkeit beitragen.
- 6. Die Probe 14 wurde mit einem Durchgang bei 100 psi bei Verwendung
des 30° winkeligen
Düsengehäuses hergestellt,
gefolgt von einer Verdichtung bei 300 und 500 psi mit der normalen
5/40 Düse.
Nach dem Band wurde keine Verwirrung durchgeführt.
- 7. Die Probe 15 wurde wie 14 hergestellt, aber es wurden 200
psi für
den Verwirrungsdruck angewandt. Alles sonst war das Gleiche.
- 8. Die Probe 16 wurde wie 14 hergestellt, aber bei Anwendung
eines Durchganges bei 200 psi zwischen dem Band und der Trommel,
wobei das 10 Loch/in. winkelige Düsenband verwendet wurde.
-
Im
Allgemeinen zeigen diese Daten, dass beim nicht verdichteten Vlies
das MD/XD-Verhältnis
von 1,81 auf 1,15 bei Anwendung der winkeligen Düsenlochtechnologie und auf
1,25 bei Anwendung der winkeligen Düsengehäusetechnologie reduziert wurde.
-
BEISPIEL 17
-
Neben
den vorangehend erwähnten
Stoffarten sind ebenfalls Stoffe vorhanden, die aus Kombinationen
von synthetischen Fasern, wie beispielsweise Polyester, und kurzen
natürlichen
Fasern, wie beispielsweise Holzzellstoff, bestehen. Beim nachfolgenden
Beispiel wird gezeigt, dass das charakteristische Merkmal der Erfindung
der Faserverwirrung bei jenen Stoffen ebensogut gilt. Die gezeigten
Beispiele bestanden aus einem kardierten Polyestervlies mit einem
Nennwert von 1,2 oz/yd2 mit 1,5 dpf und
einer Faserlänge
von 1,5 in., bedeckt mit Papier aus Kiefernholzzellstoff. Die Kontrollprobe
wurde durch Hydroverflechtung dieser zwei Materialien miteinander
mit einer Geschwindigkeit und einem Strahlprofil gleichermaßen wie
bei der Herstellung von Sontara® 8801
gebildet, wobei die gesamte Hydroverflechtung auf die Papierseite
(d.h., die Holzzellstoffseite) gerichtet wird und keine Faserverwirrung
eingebracht wird. Das Beispiel der Erfindung nutzte das gleiche
Vlies und das gleiche Strahlprofil, außer dass eine gleichlaufende
Faserverwirrung bei Verwendung des winkeligen Düsengehäuses eingebracht wurde, das
ein Standard 5/40 Düsenband
enthält,
wobei der verwirrende Düsenstrom
auf das Produkt auftrifft, während
es über
einem Vakuumschlitz war.
-
Die
unmittelbar nachfolgenden Beispiele sollen ein großtechnisches
Verfahren verkörpern,
wo die Produktionsgeschwindigkeit mit 40 lbs. Produkt pro in. Maschinenbreite
pro Stunde berechnet wurde, nicht atypisch für die großtechnische Produktion eines
2 oz/yd2 Produktes aus Holzzellstoff und
Polyester. Die Bandgeschwindigkeit betrug 192 ypm gegenüber den
40 und 91 ypm, über
die in früheren
Beispielen berichtet wurde. Das Bandverfahren für die Verflechtung nutzte ein
5/40 Strahlprofil, wobei die folgenden Drücke zur Anwendung kamen:
Band:
300, 600, 1000, 1000, 1500, 1800, 1800, 1800, 1800, 300 (psi).
-
-
BEMERKUNGEN:
-
- 1. Der Verdichter war eine gerade 5/40 Düse mit Durchgängen von
160, 300 psi.
- 2. Ein Verdichterdurchgang bei 160 psi wurde bei Verwendung
eines winkeligen Düsengehäuses (unter
28° winkelig
zur Vertikalen) durchgeführt.
Dem folgte der normale Verdichter 5/40 bei 300 psi. Das wurde durchgeführt, wobei
der Verwirrungsstrom gleichlaufend mit der Bandbewegung war. Bei
diesem Beispiel traf das verwirrende Düsenfluid auf das Vlies über einem
Vakuumschlitz.
-
BEISPIELE 18–22
-
Diese
Beispiele sind aus 100% Polyester und zeigen den Einfluss des Verwirrungsdruckes
auf die Isotropie. Eine winkelige Düse (5 mil/40 Löcher pro
in./30°)
wurde mit Düsenbändern, auf
die verzichtet werden kann, verbunden, um sich an Maschinen voller
Größe anzupassen.
Die Löcher
waren zur Seite des Vlieses winkelig. Die Vliese wurden mit einer
Geschwindigkeit von 82 ypm hergestellt. Die Kontrollproben nutzten
zwei Verdichterdüsen
mit 300 und 400 psi. Die Arbeitsbeispiele zeigten ein segmentiertes
winkeliges Düsenband
in der Verdichterposition Nr. 1 bei den Drücken, die in der Tabelle angezeigt
werden, und mit dem Verdichter Nr. 2 mit 500 psi.
-
-
Die
Daten in der obigen Tabelle zeigen, dass das Verfahren der Erfindung
beim Verringern des MD/XD SGT-Verhältnisses erfolgreich war, hauptsächlich durch
eine Vergrößerung der
XD-Festigkeit eher als einen Verlust an MD-Festigkeit. Relativ niedrige
Drücke
waren ausreichend, um gute MD/XD-Ergebnisse
zu erreichen. Hohe Drücke
erreichten ebenfalls gute MD/XD-Ergebnisse, neigten aber dazu, ein
Strahlwaschen zu bewirken, dass zu einer geringeren Stoffgleichmäßigkeit
führte.
Die Gleichmäßigkeit
wurde visuell auf einer Skala von 1 bis 5 eingestuft, wobei 1 die
beste ist.
-
BEISPIELE 23–28
-
Die
nachfolgenden Beispiele zeigen den Einfluss der Veränderung
beim Verwirrungsdüsenwinkel
auf die MD/XD-Isotropie. Diese Beispiele wurden aus nicht verdichtetem
Vlies aus 100% Polyester mit 1,5 dpf, 1,5 in. hergestellt. Die Beispiele
wurden auf einer Tischwaschmaschine bei Anwendung eines Standards
(nicht winkeligen 5/40 Düsenbandes)
hergestellt. Die verschiedenen Winkel wurden durch Montieren des
Düsengehäuses in
winkeligen Halterungen bewirkt, die hergestellt wurden, um Winkel
von 5° bis
50° von
der Senkrechten zu liefern, so dass der Vorhang auf die hinteren
Enden der Fasern gerichtet wurde. Um die Verwirrungsfunktion stärker zu
simulieren, die eine Düse
mit winkeligen Löchern
bewirken würde,
wurde das Vlies auf dem Band 45° gedreht,
bevor es unter der Verwirrungsdüse
passierte. Nach dem ersten Durchgang für die Verwirrung wurde das
Vlies in seine normale Position wieder ausgerichtet und mit dem
folgenden Strahlprofil hydroverflochten: 300, 500, 500, 1000, 1300,
1500, 1500, 1000, 1000 psi, das von einer geraden 5/40 Düse geliefert wird.
-
-
Der
gesamte Bereich der betrachteten Winkel lieferte eine erhöhte Isotropie
gegenüber
der Kontrollprobe.
-
BEISPIELE 29–32
-
Diese
Beispiele zeigen das Verfahren der Erfindung bei einer großtechnischen
Anlage in voller Größe bei vollen
Anlagegeschwindigkeiten.
-
Ein
Düsenband
wurde verwendet, das 146,16'' lang mal 0,5'' breit ist, das 40 Löcher pro in. mit einem Durchmesser
von 0,005'' aufweist, unter
einem Winkel von 30° von
der Normalen und zu einer Seite des Vlieses gerichtet. Das Düsenband
wurde über
einem Vakuumschlitz montiert. Das hergestellte Produkt war eine Holzzellstoff/Polyester-Mischung
von 55/45 Gew.-%, nicht gemustert und mittels Quetschwalze entwässert. Die
verwendete Faser war 1,5 in., 1,5 den Dacron®, und
das Papier war auf Kiefernbasis, NSK 29,75 lb./Ries, Farbe weiß. Das Strahlprofil,
das nachfolgend in der Tabelle 9 gezeigt wird, blieb über den
Versuch konstant, mit Ausnahme des Druckes auf die winkelige Düse und des
Vakuums unterhalb jener speziellen Düse.
-
-
Eine
Kontrollprobe wurde zuerst hergestellt, wobei keine Verwirrungsdüse eingeschaltet
wurde, und wobei kein Vakuum darunter zu verzeichnen war. Die Arbeitsbeispiele
wurden mit den Verwirrungsdüsen
mit den Drücken
und den Vakuumbedingungen hergestellt, wie sie in der nachfolgenden
Tabelle vorgelegt werden.
-
Die
Daten werden unmittelbar nachfolgend vorgelegt. TABELLE
10
- n.a. = nicht anwendbar; N = Newton
-
Die
Daten zeigten die gewünschte
Verbesserung in der Querrichtungs(XD)festigkeit und eine Verbesserung
bei der Isotropie (MD/XD-Verhältnis).
-
BEISPIELE 33–41
-
Einige
Beispiele, ob sie eine ein- oder doppelreihige Verwirrung verkörpern, wurden
mit einer Einreihendüse(n)
simuliert. Es wurde jedoch ermittelt, dass die Verwendung eines
Düsenbandes
mit zwei oder mehr Reihen von Löchern
gestatten würde,
dass die Vorhänge
eine Vielzahl von Winkeln und Richtungen ohne die Notwendigkeit
der winkeligen Anordnung des Düsengehäuses zeigen,
was besonders für
eine großtechnische Anlage
in vollem Maßstab
wichtig ist.
-
Dazu
wurden die nachfolgenden Beispiele bei Verwendung eines Düsenbandes
hergestellt, wie es im Allgemeinen in 1 abgebildet
wird, außer
dass das Band zwei Reihen von Löchern
aufwies. Bei Verwendung von 5 bis 6 als
Bezug betrugen für
jeden Vorhang θ1 und θ2 jeweils 30°. Außerdem und mit Bezugnahme auf 6 waren
die Vorhänge
einander gegenüberliegend,
d.h., so abgeschrägt,
dass θ3 10° betrug.
Die Anlagengeschwindigkeit betrug in allen Fällen 75 ypm.
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Das
unverdichtete Vlies wurde aus 100% Polyesterfasern von 1,5 dpf,
1,5 in. hergestellt. Das Vakuum unterhalb der Düse betrug 4 bis 5 in. H2O. Die gesamte Verflechtung erfolgte mit
5/40 Düsen;
der Verdichterdruck für
die Kontrollprobe betrug 300, 500 (psi); das Bandprofil betrug 500,
1000, 1500, 1700, 1800, 1800, 1600, 1500, 1500, 1500 (psi); und
das Trommelprofil betrug 500, 1500, 1500, 1500, 1500, 1700, 1700,
1500, 1500, 1500 (psi).
-
-
Die
Gleichmäßigkeit
wurde visuell auf einer Skala von 1–5 eingestuft, wobei 1 die
beste ist.
-
BEISPIEL 42
-
Eine
verbesserte Opazität
wurde während
der Versuche im vollen großtechnischen
Maßstab
beobachtet, wie in den vorangehenden Beispielen beschrieben wird,
wenn ein Teil eines Vlieses von voller Breite der Verwirrung ausgesetzt
wurde, und insbesondere, wo das verwirrte Vlies einen Teil des Vlieses
voller Breite verkörperte,
und ein weiterer Teil des Vlieses wurde nicht verwirrt und die Unterschiede
könnten
in Echtzeit beobachtet werden. Die Verbesserung wurde durch Vergleichen
der Opazität
einer Kontrollprobe und einer Versuchsprobe bei Anwendung des TAPPI-Verfahrens
T-425 gemessen. TAPPI ist die Technical Association of Pulp and
Paper Industries. Das verwendete Gerät war ein Macbeth Color-Eye
Farbmessgerät,
Modell 7000A. Die Kontrollprobe N und das Beispiel 36 aus Tabelle
10 vorangehend zeigten jeweils eine Opazität von 51,21 und 53,89. Dieser
Unterschied von 2,67% bei der Opazität verkörpert eine bedeutende Verbesserung
und ist für
das bloße
Auge leicht sichtbar.