DE69407994T2

DE69407994T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines gewellte fasern enthaltenden fasrigen materials

Info

Publication number: DE69407994T2
Application number: DE69407994T
Authority: DE
Inventors: Karl Kristian Kobs Kroyer, Deceased
Original assignee: KOBS HOULBERG VIBEKE; KOBS KROYER INGELISE
Current assignee: KOBS HOULBERG VIBEKE; KOBS KROYER INGELISE
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1998-05-07
Anticipated expiration: 2014-10-29
Also published as: DE69407994D1; WO1995012025A1; AU7990594A; US5416960A; CA2175230A1; EP0728237A1; ATE162244T1; EP0728237B1; CA2175230C

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gekräuselte Fasern enthaltenden Fasermaterials, aufweisend die Schritte des Leitens einer Rohmatenaischicht aus Cellulosefasern in einen Defibrator und Ziehen eines Gasstromes, der die so gebildeten, schwebenden Fasern enthält, aus dem Defibrator. Der Gasstrom soll durch ein Formgitter geleitet werden, um eine Faserschicht zu bilden.
Die in der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Fasern umfassen Cellulosefasern, Holzfasern, Mischungen mit synthetischen Fasern einschließlich Zwelkompontenenfasern und synthetische Fasern. Die synthetischen Fasern können beispielsweise aus Polypropylen oder Polyethylen sein. Auch Glasfasern, Stein-Holzfasern und vorbehandelte Fasern können verwendet werden.
In der US-Patentschrift 3,825,194 ist eine Vorrichtung offenbart, die einen Rotor zum Zerkleinern eines Faserschichtmaterials in einzelne Fasern aufweist. Somit offenbart das Patent die Möglichkeit, eine Schicht zu defibrieren.
In SE-B-339,909 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Cellulosematerialschicht in ein Rotorgehäuse geleitet wird, in dem die Schicht in einzelne Fasern defibriert wird. Die Defibrierung wird durch einen Rotor ausgeführt, der in einem Gehäuse angeordnet ist und eine Anzahl an Schlagarmen aufweist.
Jedoch offenbart keines der Dokumente eine Möglichkeit, daß gekräuselte Zwehkomponentenfasern in der Faserwolke, die aus dem Rotorgehäuse geführt wird, enthalten sind.
Beim Herstellen einer Fasermaterialschicht, die gekräuselte Fasern enthält, ist es üblich, den Cellulosefasern gekräuselte Fasern hinzuzufügen. Gekräuselte Fasern, die ein Thermoplastharz enthalten, sind aufgrund der Weichheit und Biegbarkeit solcher gekräuselten Fasern und aufgrund der Möglichkeit, das thermoplastische Material als Binder anstelle von Latexbindern zu verwenden, von Vorteil. Jedoch sind gekräuselte Zweikomponentenfasern im Vergleich zu gewöhnlichen Cellulosefasern sehr teuer. Die gekräuselten Fasern sind auch im Verhältnis zu geradlinigen Zweikomponentenfasern teuer. So sind die Kosten gekräuselter Zweikomponentenfasern etwa doppelt so hoch wie die Kosten geradliniger Zweikomponentenfasern.
Wenn geradlinige, Kunstharz enthaltende Fasern verwendet werden, wird eine bessere Bindung im Vergleich zur Verwendung eines Latexblnders erhalten. Jedoch besteht das Risiko, daß die geradlinigen synthetischen Fasern sich aus dem Produkt heraus erstrecken. Folglich weist das Produkt eine schlechte Griffigkeit auf und fühlt sich schlecht an. Folglich wird es keinen guten Tragekomfort aufweisen, da es für den Träger rauh und unangenehm ist. Wenn statt dessen gekräuselte Synthetikfasern verwendet werden, erstrecken sich die Synthetikfasern nicht aus dem Produkt heraus. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die gekräuselten Synthetikfasern weich und biegsam sind. Deshalb bleiben die Fasern selbst dann innerhalb eines gebildeten Gewebes, wenn das Gewebe gefaltet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das die Verwendung geradliniger Zweikomponentenfasern bei der Herstellung ermöglicht, die jedoch die Wirkung der gekräuselten Zwelkomponentenfasern im Endprodukt haben.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem das Kräuseln der Zweikomponentenfasern gleichzeitig mit der Defibration der Rohmaterialschicht aus Cellulosefasern geschieht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend genannten Aufgaben durch ein Verfahren gelöst, bei dem geradlinige Fasern, die zumindest teilweise aus Thermoplastharz gemacht sind, auf die Oberseite der Rohmaterialschicht aufgebracht werden, wobei zumindest die Harz enthaltenden geradlinigen Fasern unmittelbar vor dem Eintritt in den Defibrator erhitzt werden und wobei die Schicht durch Schlagarme defibriert wird, die eine Oberfläche mit feinen Sägezähnen aufweisen, wodurch ein Kräuseln der Harz enthaltenden Fasern bewirkt wird, wobei die Schlagarme in eine Richtung gedreht werden, um die Oberseite der Schicht zu klopfen.
Im Endprodukt kann das Thermoplastharz einer Faser mit Thermoplastharz anderer Fasern verschweißt werden. Dadurch wird die Bindung oder Kohärenz des Produktes im Verhältnis zu einem Produkt, das nur Latexbindungen enthält, verbessert.
Die Synthetikfasern sind vorzugsweise Zweikomponentenfasern. Insbesondere ist die Verwendung von Fasern vorzuziehen, die aus einem Kern bestehen, der mit Thermoplastharz ummantelt ist.
Sobald die geradlinigen synthetischen Fasern, die Thermoplastharz enthalten, auf die Oberseite der Rohmaterialschicht aufgebracht werden, werden diese Fasern der Wirkung von Schlagarmen im Defibrator unterzogen.
Um die synthetischen Fasern als gekräuselte Fasern zu erhalten, werden sie unmittelbar vor ihrem Einführen in den Defibrator erhitzt. Dadurch können die Fasern leicht verformt werden. Diese neue Form wird aufgrund des Temperaturabfalls innerhalb des Defibrators aufrechterhalten. Somit werden die synthetischen Fasern in ihrer neuen Form stabilisiert, und gleichzeitig werden sie mit den Cellulosefasern vermischt. Aufgrund der Sägezahnoberf läche der Schlagarme werden die Fasern in ihrer neuen Form gekräuselt. Die Menge an Harz ent haltenden Fasern beträgt 20 bis 25 Gew.-% der Gesamtfasermenge.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, weniger teure geradlinige Zweikomponentenfasern zu verwenden und gleichzeitig über die Vorteile gekräuselter Zweikomponentenfasern zu verfügen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Defibrator zur Verwendung im vorstehend genannten Verfahren bereitzustellen. Dementsprechend wird auch ein Defibrator bereitgestellt, bei dem jeder Schlagarm eine Anlegekante aufweist, die mit Sägezähnen versehen ist, welche abgerundete Spitzen aufweisen und am äußeren Endabschnitt des Schlagarms angeordnet sind.
Vorzugsweise haben die Zähne eine Höhe von 0,5 bis 1,5 mm und einen gegenseitigen Abstand von 1 bis 1,5 mm.
Wenn die Sägezähne auf die Oberseite der Cellulose- Rohmaterlalschicht wirken, wirken sie auch auf die Zweikcmponentenfasern. Aufgrund der Sägezahnoberfläche der Schlagarme wird ein Kräuseleffekt in den Zweikomponentenfasern erhalten.
Es sollte betont werden, daß die Wirkung der Schlagarme nicht die eines Abschneidens ist. Die Schlagarme bewirken vielmehr ein Brechen der Rohmaterialschicht. Somit werden die Fasern nicht abgeschnitten, sondern vielmehr in einzelne Fasern aufgetrennt. Um die Defibration effektiv zu machen, sollten die Schlagarme so oft wie möglich auf die Fasern einwirken, um mögliche Faseragglomerationen zu trennen. Dementsprechend wird die Rohmaterialschicht mit einer geringen Geschwindigkeit von 0,5 m/s bis 2 m/s, vorzugsweise von 1 m/s, vorgeschoben. Darüber hinaus kann der Defibrator entsprechend der Lehre der gleichzeitig anhängenden US-Patentanmeldung, die vom selben Anmelder unter dem Titel "Defibrator having improved defibration" eingereicht wurde, konstruiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen in Verbindung mit der folgenden Diskussion verständlich.

Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen veranschaulichen
Figur 1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 2 schematisch eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Schlagarms zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Defibrator.
Figur 1 veranschaulicht einen Defibrator 1, eine Rohmaterialschicht 2 aus Cellulosefasern, die in einer Haspel 3 enthalten ist. Die Schicht 2 wird entsprechend der Richtung eines Pfeils 4 vorgeschoben und durch eine horizontal ausgerichtete Einlaßöffnung 5 in den Defibrator 1 eingeführt. Oberhalb der Schicht 2 ist ein Trichter 6 angeordnet. Der Trichter 6 enthält geradlinige Zweikomponentenfasern. Eine Staubwolke 7, derartiger Fasern wird auf die Oberseite der Schicht 2 aufgebracht. Unmittelbar stromaufwärts des Defibrators 1 ist ein Heizelement 8 angeordnet. Das Heizelement 8 ist dafür gedacht, zumindest die Zweikomponentenfasern unmittelbar vor dem Eintritt durch die Einlaßöffnung 5 in den Defibrator 1 zu erhitzen.
Der Defibrator 1 enthält eine Folge von Schlagarmen 9 (von denen nur einer gezeigt ist), die in sechs parallelen Reihen angeordnet sind, welche sich entlang einer Rotationsachse 10 erstrecken. Jeder Schlagarm 9 kann um eine Achse 10A schwingen, die parallel zur Rotationsachse 10 ist. Alternativ dazu können die Schlagarme 9 in Reihen angeordnet sein, die sich schraubenformig durch den Defibrator erstrecken. Die Schlagarme 9 wirken mit einer Schlagplatte 9' zusammen. Vorzugsweise ist die Rotationsachse 10 für die Schlagarme 9 in bezug auf eine zentrale Achse 11 durch den Defibrator 1 versetzt. Die Schlagarme werden entsprechend der Richtung eines Pfeils 12 gedreht. Ein Auslaß 13 ist an der Spitze des Defibrators 1 angeordnet. Dementsprechend werden die Fasern um 270º umgelenkt, bevor sie aus dem Defibrator 1 herausgezogen werden. Hierdurch wird eine gute Defibrierung sichergestellt, da die Schlagarme mehrere Male auf die Fasern einwirken können. Eine derartige mehrfache Schlagarmwirkung auf die Fasern ist insbesondere dann effektiv, wenn der Defibrator gemäß der vorstehend erwähnten gleichzeitig anhängenden US-Patentanmeldung konstruiert ist.
Am Auslaß 13 ist ein Sauggebläse 14 angeordnet, um einen Gasstrom, der im Defibrator geformte, schwebende Fasern enthält, herausziehen. Eine Röhre 15, in der das Sauggebläse 14 angeordnet ist, wurde erweitert (nicht gezeigt) und ist dafür gedacht, den Gasstrom, der die so geformten Fasern enthält, durch ein Formgitter zu führen, um eine Faserschicht zu bilden. Alternativ dazu ist die Röhre 15 mit Verteilermitteln zum Deponieren der so geformten Fasern auf einem Formgitter verbunden, um eine Faserschicht zu bilden.
Der Defibrator 1 kann eine Länge (Querrichtung der Schicht 2) von 250 bis 1000 mm aufweisen und enthält sechs Reihen von Schlagarmen 9, von denen jeder eine Breite von 5 mm aufweist. Der Durchmesser des Defibrators 1 beträgt zwischen 600 und 800 mm, und die Länge jedes Schlagarms beträgt 180 bis 400 mm, vorzugsweise 180 bis 200 mm. Darüber hinaus könnte der Defibrator 1 mit einem (nicht gezeigten) Einlaß für gekühltes Gas verbunden sein. Dies würde einen besonders ausgeprägten Temperaturabfall in den Fasern, die durch das Heizelement 8 unmittelbar vor dem Eintritt in den Defibrator erhitzt worden sind, ermöglichen. Hierdurch wird eine stabile gekräuselte Faserkonfiguration erhalten.
Vor der Erläuterung des in Figur 1 veranschaulichten Verfahrens wird mit Bezug auf Figur 2 der Schlagarm erklärt.
Figur 2 veranschaulicht eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines einzelnen Schlagarms 9. An der Einlaßöffnung 5 stützt die Schlagplatte 9' die Schicht 2, deren Querabmessung der Länge des Defibrators entspricht.
Die Anlegekante des Schlagarms 9 ist mit einer Anzahl sich quer erstreckender Sägezähne 19 mit abgerundeten Spitzen 20 versehen. Die Sägezähne 19 sind nur am äußeren Endabschnitt 21 des Schlagarms 9 angeordnet. Die Sägezähne 19 haben eine Höhe 22 von 0,5 bis 1,5 mm und einen gegenseitigen Abstand 23 von 1 bis 1,5 mm.
Nun wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. Auf der Oberseite 16 der Schicht 2 wird die Staubwolke 7 aus Zweikomponentenfasern deponiert. Die geradlinigen Fasern 17 haben Längen von 6 bis 10 mm und einen Durchmesser von 0,1 bis 0,4 mm und werden in einer Menge von 20 bis 25 Gew.-% der Gesamtfasermenge zugefügt. Die Fasern 17 sind Cellulosefasern, die mit Thermoplastharz beschichtet sind.
Wenn die Schicht 2 auf dem Defibrator 1 vorgeschoben wird, verläuft sie unmittelbar unterhalb des Heizelements 8. Hierdurch werden die Zweikomponentenfasern 17 erhitzt, so daß das Thermoplastharz auf ein Temperaturniveau oberhalb der Plastifizierungstemperatur angehoben wird. Die erhitzten Fasern werden in den Defibrator 1 eingeleitet, der an der Oberseite 16 der Schicht 2 liegt. Die erhitzten Zweikomponentenfasern 17 werden der Wirkung der Sägezähne 19 der Schlagarme 9 unterzogen. Hierbei unterlaufen die Fasern 17 einen Kräuselprozeß. Aufgrund des Temperaturabfalls bleiben die Zweikomponentenfasern 17 in ihrem gekräuselten Zustand. Um den Temperaturabfall sicherzustellen, wird vorzugsweise ein gekühltes Gas in den Defibrator 1 eingeleitet.
Den Zweikomponentenfasern 17 werden mit den Cellulosefasern der Schicht 2 vermischt. Hierdurch wird ein Fasermaterial erhalten, das dazu verwendet werden kann, eine Faserschicht zu bilden, bei der die Bindung teilweise oder vollständig durch die gekräuselten Zweikomponentenfasern sichergestellt wird.
Das Verfahren ist insofern vorteilhaft, als der Bindereffekt gekräuselter Zweikomponentenfasern in der Schicht des Endproduktes erhalten werden kann, jedoch unter Verwendung eines Rohmaterials in Form geradliniger Zweikomponentenfasern, die weniger teuer sind.
Es wird nicht im Detail erläutert, wie das Fasermaterial auf einem Formgitter deponlert wird und für die Herstellung einer Faserschicht verwendet wird. Diese Schritte sind Teil des Allgemeinwissens eines Fachmanns, der erkennt, daß solche Schritte identisch mit den Herstellungsschritten sind, die ausgeführt werden, wenn den Cellulosefasern teurere, gekräuselte Fasern zugemischt werden, bevor die Fasermischung auf dem Formgitter deponiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gekräuselte Fasern enthaltenden Fasermaterlais, aufweisend die Schritte des Leitens einer Rohmaterialschicht (2) aus Cellulosefasern in einen Defibrator (1) und Ziehen eines Gasstromes, der die so geformten, schwebenden Fasern enthält, aus dem Defibrator, dadurch gekennzeichnet, daß geradlinige Fasern (17), die zumindest teilweise aus einem Thermoplastharz gemacht sind, auf die Oberseite (16) der Rohmaterlaischicht (2) aufgebracht werden, daß zumindest die Harz enthaltenden geradlinigen Fasern (17) unmittelbar vor dem Eintritt in den Defibrator (1) erhitzt werden und daß die Schicht durch Schlagarme (9) mit einer Anlegekante (18) defibriert wird, die eine Oberfläche mit feinen Sägezähnen (19) aufweist, wodurch ein Kräuseln der Harz enthaltenden Fasern bewirkt wird, wobei die Schlagarme (9) in eine Richtung gedreht werden, um die Oberseite (16) der Schicht (2) zu klopfen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß harzummantelte Fasern als die Harz enthaltenden geradlinigen Fasern (17) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Harz enthaltenden geradlinigen Fasern 20-25 Gew.-% der Gesamtfasermenge beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß die Fasern (17) im wesentlichen horizontal in den Defibrator (1) eingeführt werden und um mindestens 270º umgelenkt werden, bevor sie aus dem Defibrator, vorzugsweise an der Spitze desselben, herausgezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Fasern eine Länge von 6 bis 10 mm und einen Durchmesser von 0,1 bis 0,4 mm aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungshitze zum Aufheizen der Harz enthaltenden geradlinigen Fasern (17) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gekühltes Gas in den Defibrator geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmaterialschicht (2) mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s bis 2 m/s, vorzugsweise 1 m/s, in den Defibrator (1) geführt wirc.

9. Defibrator (1) zur Verwendung bei einem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlagarm (9) eine Anlegekante (18) aufweist, die mit Sägezähnen (19) versehen ist, welche abgerundete Spitzen (20) aufweisen und am äußeren Endabschnltt des Schlagarms (9) angeordnet sind.

10. Defibrator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezähne (19) eine Höhe von 0,5 bis 1,5 mm und einen gegenseitigen Abstand von 1 bis 1,5 mm aufweisen.