Die Erfindung befaßt sich mit einem Spinnvliesstoff, welcher im Verlauf seines
Querschnitts unterschiedliche Gehalte an Bikomponentenfasern der Typen A
und B aufweist.
Ein solcher Spinnvliesstoff ist aus der JP-A-Patent 435 28 61 bekannt als Material
für Säcke: Der Spinnvliesstoff besteht aus zwei Arten A und B von langen,
konjugierten Mehrkomponenten-Filamenten. Die Filamentart A besteht
aus den Polymerkomponenten (a1) und (a2), wobei letztere einen um 30°C
höheren Schmelzpunkt als (a1) besitzt. Die Filamentart B besteht aus den Polymerkomponenten
(b1) und (b2), wobei die Komponente (b1) einen um 20°C
höheren Schmelzpunkt als die Komponente (a1) und wobei die Komponente
(b2) einen mehr als 30°C höheren Schmelzpunkt als die Komponente (b1)
aufweist.
Der Vliesstoff besitzt ferner einen im Querschnitt vierschichtigen Aufbau, wobei
sich die Einzelschichten darin unterscheiden, daß die erste nur Filamente
der Art A enthält, die zweite und dritte Schicht hingegen Filamentarten A und
B mit einem höheren Anteil an A in der zweiten und einem höheren Anteil an
der Filamentart B in der dritten Schicht, während die darauffolgende vierte
Schicht nur aus Filamenten der Art B besteht.
Die aus diesem Aufbau hervorgehenden, unterschiedlichen Schmelzpunkte auf
den beiden Oberflächen des Vliesstoffs und unterschiedliche Schmelzpunkte
im Querschnitt des Vliesstoffs verhindern eine Delaminierung der Einzelschichten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spinnvliesstoff aus Kern-/Mantel-Bikomponentenfilamenten
mit hartem Kern und mit bei niedrigerer Temperatur
als dieser Kern schmelzendem Mantel anzugeben, dessen Inneres, infolge der
unterschiedlichen Verteilung dieser Filamente im Vliesstoffquerschnitt, weicher
oder härter ausgestaltet ist als zumindest eine seiner nach außen weisenden
Oberflächen. Diese Unterschiede sollen sich dabei nicht in einem Schichtaufbau
mit konkreten Phasengrenzen ausdrücken, um die Gefahr des Delaminierens
der Einzelschichten, z.B. nach der Temperaturbehandlung beim Färben
und Dämpfen, oder infolge mechanischer Beanspruchung, z.B. beim Verformen,
auszuschließen. Daher muß eine sehr weiche, fließende Abstufung der
Bindekomponenten-Konzentration und somit der Filamentbindung bzw. Klebefähigkeit
über den Querschnittsverlauf des Vliesstoffs erzeugt werden können.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine zur Herstellung eines solchen Spinnvliesstoffs
geeignete Vorrichtung, welche, im Gegensatz zum Stand der
Technik, wo mehrere getrennt voneinander ablaufende Verfahrensstufen zur
Herstellung und zum Verbinden der einzelnen Schichten des Vliesstoffs erforderlich
sind und jede dieser Stufen eine gesonderte, angepaßte Anordnung der
Spinndüsenbalken aufweist, eine einzige Vorrichtung mit entsprechend angeordneten
Spinndüsenbalken ausreicht, wobei zudem diese Anordnung derjenigen
an konventionellen Vorrichtungen zur Herstellung von Monofilamenten
gleicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im jeweils übergeordneten Produkt- und Vorrichtungsanspruch
dargelegt. Hierzu vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch
die zugehörigen Unteransprüche gekennzeichnet.
Zur Verdeutlichung der Erfindung seien die nur als beispielhaft zu verstehenden
Figuren 1 bis 3 herangezogen. Dabei zeigen
Fig. 1 zwei Typen a und b von Bikomponentenfilamenten mit jeweils einem
hoch schmelzendern Kern 1 und einem niedriger als dieser Kern schmelzenden
Mantel 2. Typ a und b stehen einander, bei gleichem Filament-Titer, bezüglich
des Gewichtes der Mantelkomponente im Verhältnis 2a:2b von 1:3 bis 1:10
gegenüber; Fig. 2 unterschiedliche Anordnungen der Spinnstellen zum bewegten Auffangband
und Fig. 3 verschiedene Varianten von Spinnloch-Anordnungen auf rechteckigen
Spinndüsenplatten.
Zum besseren Verständnis ist diesen Figuren eine Bezugszeichenliste vorangestellt.
Die Ausführungen über das jeweilige Schmelzverhalten der die Bikomponenten-Filamente
bildeten Kern- und Mantelwerkstoffe 1 und 2 zueinander verstehen
sich unter der Annahme der Verwendung gleicher Schmelzpunkt-Meßmethoden
für die Werkstoffe 1 und 2 (Fig. 1).
Zunächst sei Fig. 1 betrachtet. Dort sind zwei Kern-/Mantel-Bikomponenten
Filamenttypen a, b gezeigt, wie sie gemäß der Erfindung verwendet werden.
Mit 1 ist der Kern aus Polyethylenterephthalat, mit 2 der Mantel aus der bindenden
Komponente bezeichnet. Filamente mit solchen Querschnitten und deren
Erspinnung durch Düsen aus der Schmelze sind an sich bekannt und nicht
Gegenstand der Erfindung.
Beispiele für bindende Komponenten 2 sind Copolymere aus Terephthalsäure
oder Dimethylterephthalat, Isophthalsäure, Adipinsäure, Ethylenglykol, Butandiol,
und Homopolymere, wie Polybutylenterephthalat, Polyamide und Polyolefine
der homologen Reihe von Polyethylen bis Polybutylen.
Wie bereits erwähnt, beträgt das Gewichtsverhältnis der Mantelkomponenten
2a:2b erfindungsgemäß von 1:3 bis 1:10, jeweils bei gleichem Titer der Filamente
des Typs a und b.
Die Erfindung befaßt sich mit einem Spinnvliesstoff, welcher aus diesen zwei
Typen a und b von Kern-/Mantel-Filamenten besteht und welcher über seinen
Querschnittsverlauf unterschiedliche Gehalte an diesen Bikomponentenfilamenten
aufweist, wobei die Gehalte an Typ-b-Filamenten zwischen 15 und 70
Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der jeweils betrachteten Querschnittsebene
des Vliesstoffs, betragen.
Erfindungswesentlich ist, daß die einzelnen Querschnittsebenen des Spinnvliesstoffs,
welche unterschiedliche Anteile an Bikomponentenfilamenten a, b
aufweisen, bezüglich dieser Gehalte gleitend, ohne erkennbare Phasengrenzen,
ineinander übergehen. Daher ist ein Delaminieren von aneinanderliegenden
Vliesstoffschichten mit unterschiedlichen Filamentzusammensetzungen so
gut wie ausgeschlossen.
Somit ist eine Vielzahl von Spinnvliesstoffen darstellbar, wobei Flächengewichte
nach Wunsch von 10 bis 500 g/m2 hergestellt werden können.
Je nach gewünschter Verwendung des Vliesstoffs muß die Regel beachtet
werden, daß geringe Gehalte an Bikomponentenfilamenten des Typs b zu weicheren
und flexibleren Vliesstoffflächen führen, während im Extremfall des
Vorhandenseins dieser Filamenttype zu 70 Gew.-% eine innere Stabilität der
Vliesstofffläche erzielt wird, welche sie als Träger und Stabilisator des gesamten
Vliesstoffaufbaus geeignet macht. Diese letzteren Vliesstoffschichten besitzen
auch eine Sperrfunktion gegen den Durchtritt fluider Medien, was für
Filteranwendungen von Bedeutung ist; die bindenden Mantelkomponenten der
einzelnen Filamente sind ineinandergeflossen und bilden für das Fluid eine
Barriere.
Eine bevorzugte Variante der Erfindung besteht darin, daß eine nach außen
weisende Oberfläche des Spinnvliesstoffs einen höheren Filamentanteil des
Typs b besitzt und sowohl hart als auch heißklebefähig ist, verglichen mit der
gegenüberliegenden, nach der anderen Außenseite weisenden Oberfläche,
welche bei einem niedrigeren Anteil dieser Filamente weich ist und nur in unterbrochenen
Flächenbereichen heißklebefähige Eigenschaften besitzt.
Die Heißklebefähigkeit bei hohen Anteilen an Typ-b-Filamenten ist ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Spinnvliesstoffs und wichtig
insbesondere für textile Anwendungen, wie z.B. Versteifungseinlagen. Der
Querschnitt eines solchen Vliesstoffs weist einen konstanten Gradienten des
prozentualen Anteils an Bikomponentenfilamenten des Typs a bzw. b und
somit auch der Härte von einer Oberfläche zur anderen auf.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel für diese vorgenannte Variante, bei welchem
die harte Oberfläche des Vliesstoffs 70 Gew.% an Bikomponentenfasern
des Typs b enthält, betrifft die Herstellung von Tuftteppichen:
Der Gradient in Richtung der harten, an bindender Komponente 2 reichen
Oberfläche verhindert beim Schaumbeschichten von solchen Teppichen das
Durchschlagen der Beschichtungsmasse von der weichen Flächenseite her bis
zu den Polfasern. Dieser Gradient steuert somit indirekt auch die Weiterreißfestigkeit
des fertigen Teppichs.
Die voluminöse und weiche Vliesstoffseite fördert demgegenüber die gute
Noppenbildung und damit Verankerung der Teppichfasern im Vliesstoffquerschnitt
beim Tuften.
Weiterhin können die Tuftnadeln von der harten Seite her in den Vliesstoff
eindringen, ohne daß sich aus diesem losgelöste Fasern in den Nadeln verhaken
und das Tuftbild dadurch stören.
Der vierte Vorteil für die Anwendung für Tuftteppiche liegt darin, daß man in
der Lage ist, mit geringen Teppichfasergewichten (Polgewichten) und Teppichfaserlängen
(Polhöhen) zu arbeiten, ohne daß eine Veränderung des Oberflächenbildes
(Polbild) durch aus dem Vliesstoffverbund herausgelöste Fasern
verursacht wird.
Eine weitere, bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung betrifft einen Spinnvliesstoff,
welcher zwei weiche, wenige Filamente des Typs b aufweisende,
äußere Oberflächen besitzt, verglichen mit seinen inneren Querschnittsbereichen,
welche diesbezüglich härter ausgebildet sind, da dort eine größere Anzahl
von Bikomponentenfilamenten b vorhanden ist.
Unter die Erfindung fällt auch eine Spinnvliesstoff-Variante, bei welcher die
beiden jeweils nach außen weisenden Oberflächen einen relativ hohen Bikomponentenfilament-Anteil
des Typs b besitzen und somit eine harte Konsistenz
aufweisen. Die inneren Querschnittsbereiche sind dagegen, bei niedrigeren
Filament-b-Anteilen, sehr weich.
Beide letztgenannten Varianten mit gleichartigen äußeren Oberflächen ermöglichen
die Herstellung von Flächengebilden, die, im Falle der niedrigen Filament-Anteile
b im Außenbereich, beidseitig einen sehr textilen Griff besitzen,
oder welche, bei der Alternative mit harten äußeren Oberflächen und weichem
innerem Kern, ein großes Volumen mit hoher Luftdurchlässigkeit aufweisen.
Diese Eigenschaft ist beispielsweise nützlich für Luftfilter, deren Außenflächen
allein zur Tragkraft und Festigkeit beitragen müssen. Ferner ist es bei der Herstellung
solcher Filter von Vorteil, wenn trotz der Weichheit des Materials bei
dessen Verarbeitung keine sich aus dem Gebilde loslösenden Fasern entstehen.
Die Erfindung befaßt sich auch mit einer Vorrichtung zur Herstellung des im
ersten Produktanspruch charakterisierten Spinnvliesstoffs.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 weist diese Vorrichtung eine bis vierzig
rechteckige Spinndüsenplatte(n) 3 oder runde Spinnscheibe(n) 4 auf, welche
über einer herkömmlichen (nicht gezeigten) Verstreckeinrichtung für die die
Spinnlöcher 5, 6 verlassenden Filamente angeordnet ist (sind). Unter der Verstreckeinrichtung
fallen die ersponnenen Filamente auf eine Transporteinrichtung,
deren wesentlicher Bestandteil ein horizontal und linear bewegtes Auffangband
7 ist, auf dessen Oberfläche die Filamente auftreffen und zum
Spinnvliesstoff abgelegt werden.
Die Spinnlöcher 5 dienen dem Austrag der Kern-/Mantel-Filamente des Typs a,
die Spinnlöcher 6 dem Austrag der Kern-/Mantel-Filamente des Typs b, jeweils
aus deren Schmelzen. Beide Spinnlocharten 5, 6 sind auf jeder Spinndüsenplatte
3 oder Spinnscheibe 4 vorhanden.
Gemäß der Erfindung ist dabei die flächige Verteilung der Spinnlöcher 5, 6
zueinander derart, daß, in Laufrichtung des Auffangbandes 7 gesehen, die
Abfolge des Auftreffens der beiden Filamenttypen a und b auf das bewegte
Auffangband 7 in einer vorbestimmten zeitlichen und, bezüglich der Fläche
des Auffangbandes 7, linearen Abfolge geschieht. Die Vorrichtung ist zu diesem
Zweck so ausgestaltet, daß die Projektion aller Spinnlöcher 5, 6 der eingesetzten
Spinnplatten 3 oder Spinnscheiben 4 in ihrer Gesamtheit auf die
Ebene des Auffangbandes 7 dem Konzentrationsverlauf der Filamentmischung
im vertikalen Querschnitt des Vliesstoffs entspricht. In Richtung der Bewegung
des Auffangbandes 7 gesehen, trifft also diejenige Filamentmischung
zuerst auf, welche eine der außen befindlichen Oberflächen des herzustellenden
Vliesstoffs bilden soll. Anschließend gelangen, im fließenden Übergang
von der zuerst abgelegten Art und Mischung an Filamenten, die die inneren
Bereiche des Vliesstoffs bildenden Filamente oder -mischungen zur Ablage, bis
zuletzt diejenige Filamentmischung auf das Band 7 auftrifft, welche die zweite
Oberfläche des Spinnvliesstoffs bilden soll.
Gemäß den obigen Ausführungen zeigt Fig. 3 in der oberen Hälfte drei mit ihrer
Längsachse parallel zur Laufrichtung des Auffangbandes 7 angeordnete,
rechteckige Spinndüsenplatten 3. Die Anordnung 3a der Spinnlöcher 5, 6 auf
der Spinndüsenplatte 3 führt zu einem Spinnvliesstoff, dessen eine Oberfläche,
welche zuerst auf dem Band 7 abgelegt wird, vermehrt Filamente des
Typs a aus den Spinnlöchern 5 enthält und sehr weich ist. Mit zunehmender
Ablagedauer wird diese, dem Auffangband 7 zugewandte, Oberfläche mit stetig
höheren Anteilen an Bikomponentenfilamenten des Typs b aus den Spinnlöchern
6 überdeckt. Schließlich entsteht die andere Oberfläche des Spinnvliesstoffs,
welche mehrheitlich Filamente des Typs b enthält und eine entsprechende
Härte und Steifheit besitzt.
Verwendet man eine oder mehrere Spinndüsenplatten 3 gemäß Fig. 3b, so
entsteht nach der obigen Lehre ein Spinnvliesstoff mit einer dem Auffangband
zugewandten, mehrheitlich Bikomponentenfilamente des Typs b enthaltenden
Oberfläche, erzeugt durch die Spinnlöcher 6, welche im in der Zeichnung oberen
Teil auf der Spinndüsenplatte 3 in der Mehrzahl angeordnet sind. Mit zunehmender
Betriebsdauer der Vorrichtung innerhalb eines Arbeitsablaufes
werden die inneren Querschnittsbereiche des Vliesstoffs vermehrt aus Typ-a-Filamenten
gebildet (mittlerer Teil der Spinndüsenplatte 3, Spinnlöcher 5).
Durch kontinuierliche, zunehmende Verarmung an Typ-a-Filamenten entsteht
zuletzt die zweite Oberfläche.
Mit einer Vorrichtung gemäß Figur 3c läßt sich ein Spinnvliesstoff aufbauen,
welcher auf der dem Auffangband 7 zugewandten Oberfläche Filamente des
Typs a in einer Menge bis zu 85 Gew.-% enthält und bei welchem im weiteren
Querschnittsverlauf bis zum Inneren kontinuierlich der Filament-Anteil des
Typs b bis zu 70 Gew.% wächst. Die dem Auffangband 7 abgewandte Oberfläche
des Vliesstoffs wird dann wieder aus 85 Gew.% Kern-/Mantel-Filamenten
des Typs a, Rest =Typ b, gebildet.
Ergänzend sei noch in diesem Zusammenhang Fig. 3d betrachtet, welche der
Variante gemäß Fig. 3a entspricht, wobei hier lediglich die Spinndusenplatte 3
quer zur Laufrichtung des Auffangbandes 7 ausgerichtet ist und wobei ihre
Längsachse der Länge der zu erzeugenden Vliesstoffbreite entspricht. Diese
Variante ist nochmals in Fig. 2a gezeigt und dort, oben, als a3 bezeichnet.
Es ist auch möglich, mehrere rechteckige Spinndüsenplatten 3 oder runde
Spinnscheiben 4 in Reihe zueinander anzuordnen, wobei, in Laufrichtung des
Auffangbandes 7 gesehen, die Längsachsen der Spinndüsenplatten 3 parallel
zu dieser Laufrichtung und die Platten 3 quer zur Laufrichtung zueinander aufgereiht
sind, wie es in Fig. 2a, Variante a1, gezeigt ist. Analog hierzu sind die
Spinnscheiben 4 gemäß der Variante a2 in Fig. 2a auf einer gedachten Linie
quer zur Laufrichtung des Auffangbandes 7 zueinander angeordnet.
Bei den Varianten in Fig. 2, a1 und a2, ist es dabei erforderlich, daß zwischen
den Spinndüsenplatten 3 bzw. Spinnscheiben 4 und dem Auffangband Luftströme
die die Spinnlöcher 5, 6 verlassenden Filamentscharen quer zu ihrer
Fallrichtung und quer zur Laufrichtung des Auftangbandes 7 bzw. der Längsachse
der Spinndüsenplatten 3 schwenkend führen, um quer zur besagten
Laufrichtung einen homogenen Vliesstoffquerschnitt zu erhalten. Diese Technologie
der schwenkend führenden Luftströme ist Stand der Technik und kann
bei den meisten bestehenden Vorrichtungen, soweit noch nicht vorhanden,
leicht nachgerüstet werden.
Eine weitere Variante der Vorrichtung sieht schräg zur Transportrichtung des
Auffangbandes 7, parallel zu dessen Ebene hintereinander schräg gestaffelt
angeordnete, rechteckige Spinndüsenplatten 3 vor, wie dies in zwei Varianten
b1 und b2 in Fig. 2b gezeigt ist. Auch bei dieser Staffelung sind die die
Spinnlöcher 5, 6 verlassenden Filamente quer zu ihrer Fallrichtung und quer
zur Laufrichtung des Auffangbandes 7 schwenkend durch Luftströme zu führen,
um innerhalb jeder Ebene des Vliesstoffs eine konstante Filamentmischung
zu erhalten.
Die hier gezeigte Vielzahl möglicher Anordnungen der Spinnvorrichtungen 3, 4
bezüglich des Auffangbandes 7, wovon Fig. 2 nur beispielhaft einige zweckmäßige
Möglichkeiten aufzeigt, bietet den großen Vorteil, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung auf äußerst einfache Weise in bestehende Anlagensysteme
für das Erspinnen von Monofilamenten eingebaut werden kann: Lediglich
die Konfiguration der Spinnlöcher 5 und 6 sowie das Aufbereitungs- und Verteilungssystem
für die Schmelze zur getrennten Erzeugung von Kern-/Mantel-Filamenten
aus unterschiedlichen Werkstoffen müssen verändert werden.
Die Erfindung kann also auf bestehenden Anlagen durch geringstmögliche
Umbaumaßnahmen ausgeführt werden, gleich, ob diese Anlagen für quer oder
längs zur Laufrichtung des Auffangbandes ausgerichtete Spinndüsenplatten
oder Spinnscheiben ausgelegt sind oder ob eine entsprechend schräge Anordnung
von Spinndüsenplatten dem Konzept der zur Verfügung stehenden Vorrichtung
zugrunde liegt.