EP1964956A1 - Hochfester leichter Tuftingträger und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP1964956A1
EP1964956A1 EP20070002061 EP07002061A EP1964956A1 EP 1964956 A1 EP1964956 A1 EP 1964956A1 EP 20070002061 EP20070002061 EP 20070002061 EP 07002061 A EP07002061 A EP 07002061A EP 1964956 A1 EP1964956 A1 EP 1964956A1
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EP
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binder
melting
low
layer
strength
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Ruzek Ivo Edward
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    • Y10T442/681—Spun-bonded nonwoven fabric

Definitions

  • the invention relates to a high-strength lightweight tufted carrier made of spunbonded nonwoven, which comprises at least one layer of melt-spun synthetic filaments, which are solidified by means of high-energy water jets.
  • From the DE PS 17 60 811 is a tufted support based on a spunbonded polypropylene.
  • the filaments forming this tuft carrier have a coarse titer greater than 10 dtex and are segmentally stretched in a particular manner such that stretched longer segments of high crystallinity in the same thread follow less stretched, less crystalline segments with a slightly lower melt temperature. These serve in the composite as a binding component, which is activated in the subsequent thermal solidification with direct steam.
  • the length of the well stretched crystalline segment is about 11 inches and the length of the subsequent less stretched and less crystalline segment is about 1 inch.
  • the proportion by weight of the low-crystalline segments is therefore slightly more than 8%.
  • the special nonwoven structure, which has such a tufting support is rather unimportant for this consideration.
  • a tufting support should be constructed so that in the system of matrix threads and bonds the bonds between the threads are always weaker than the threads bound by them.
  • the bonds between the threads are primarily broken without it comes to thread breakages.
  • the threads can avoid the penetrating needles and form a "collar" around the tufted pile yarn.
  • the very high number of weak bonds adds up to such an extent that the nonwoven material thus solidified achieves a very high absolute strength overall.
  • a major advantage of this system is that finer filaments can be used in the construction of the nonwoven fabric. Titers from 0.7 to 6 dtex are specified in the patent. This makes it possible to produce spunbonded fabrics with lower basis weights, which both have sufficient strengths and appear to be closed enough to be used as tufting carriers.
  • a disadvantage of the above tufting is that it does not lose strength by the Tuftrind, but that the initial modulus of the raw carpet is low and therefore is not sufficiently dimensionally stable in the subsequent processing steps.
  • the object of the invention is to develop a tufting support of the generic type so that it has sufficient strength for further processing and thus dimensional stability even after tufting, without the known good behavior during tufting is impaired.
  • a high-strength lightweight spunbonded tufted carrier comprising at least one layer of melt-spun synthetic filaments solidified by high-energy water jets, it is provided that it contains a small amount of a thermally activatable binder which is in the form of at least one thin layer is applied to the layer of melt spun filaments.
  • An inventive tufting carrier can be constructed from one or else several layers of spunbonded fabric and binder. Other additional layers may also be provided, provided that they do not interfere with either the tufting process or the further processing.
  • the tufting carrier according to the invention has a 3-layer structure in which the middle layer comprises the binder and the outer layers comprise the melt-spun synthetic filaments. Since the hydroentanglement often takes place on both sides, this has the advantage that the binder is introduced into the nonwoven fabric layer both from the lower side and from the upper side.
  • Low-melting thermoplastic polymers are particularly suitable as binders, preference being given to those thermoplastic polymers whose melting temperature is sufficiently lower than that of the spun-bonded non-woven filaments.
  • the melting temperature should be at least 10 ° C, more preferably at least 20 ° C below the melting temperature of the spunbond filaments, so that they are not damaged during thermal activation.
  • the low-melting thermoplastic polymers preferably also have a broad softening range. This has the advantage that the thermoplastic polymer used as a binder can be activated even at lower temperatures than at its effective melting point. From the technological point of view, the binder does not necessarily have to be fully fused, but it is sufficient that it is sufficiently softened and thus adheres to the filaments to be bound. In this way, one can adjust the degree of bonding between the spunbond filaments and the binder in the activation phase.
  • the low melting thermoplastic polymer preferably consists essentially of polyethylene, a copolymer having a substantial proportion of polyethylene, polypropylene, a copolymer having a substantial proportion on polypropylene, a copolyester, a polyamide and / or a copolyamide.
  • the weight fraction of the low melting polymer relative to the total weight of the tuft carrier should not exceed 7%. If the proportion of Schmetzklebers is too high, so there is a risk that the spunbonded fabric is too strong thermally bonded. The bonds made by the hot melt adhesive would definitely be stronger than those by the bonded filaments. In the tufting process, the filaments would then be considerably damaged, torn and therefore the strength after tufting, especially the tear propagation resistance too much impaired.
  • the weight fraction is preferably between 1.5 and 5% by weight. At a weight fraction of less than 1.5 wt .-%, the reinforcing effect, especially from the point of view of the initial module, would not be sufficiently pronounced. In addition, due to the small amount, it would not be possible to achieve sufficiently good distribution of the binder in the spunbonded cross section through the water jet treatment. However, even the use of smaller proportions of hot melt adhesive is advantageous and is therefore intended to be embraced by this invention.
  • the low-melting polymer may be in the form of fibers or fibrils, for example.
  • biko-fibers can be used as fibers, the low-melting component representing the thermally activatable binder.
  • the present invention enables the use of low denier filaments for the spunbonded filaments. Even with low basis weights this is a good strength and sufficient Cover achieved.
  • the fiber titer is between 0.7 and 6 dtex. Fibers with a denier between 1 and 4 dtex have the particular advantage that they provide good surface coverage at medium basis weights on one side, but that they themselves still have sufficient total strengths so as not to be damaged during tufting process by the needle penetration, to be torn.
  • a tufting carrier according to the invention preferably comprises filaments of polyester, in particular polyethylene terephthalate, and / or of a polyolefin, in particular polypropylene. These materials are particularly suitable because they are made from bulk raw materials that are available everywhere in sufficient quantity and quality. Both polyester and polypropylene are well known in fiber and nonwoven fabric manufacture for their utility.
  • spunbonded nonwovens ie the spinning of synthetic filaments of various polymers, including polypropylene or polyester, as well as their storage to a random web on one Carrier prior art.
  • Large-scale facilities with widths of 5 m and more can be purchased from several companies. You can have one or more spin systems (spin bars) and set to the desired performance. Hydroentangling systems are also state of the art. Even such systems can be supplied in large widths from several manufacturers. The same applies to dryers and winders.
  • the thermally activatable binder can be applied by various methods, e.g. B. by powder, even in the form of a dispersion.
  • the binder is applied in the form of fibers or fibrils by means of meltblown or airlaying. These methods are known and widely described in the literature.
  • Meltblown and airlaying processes have the particular advantage that they can be combined as desired with spinning systems for spunbonded filaments.
  • the hydroentanglement should, as from the DE 198 21 848 C2 known, preferably be carried out so that a specific longitudinal strength of at least 4.3 N / 5cm per g / m 2 of the basis weight and a starting modulus measured in the longitudinal direction as a stress at 5% elongation of at least 0.45 N / 5cm per g / m 2 basis weight can be achieved. This ensures a sufficient strength of the tufting carrier and a sufficiently good distribution of the binder in the spunbonded layer.
  • activation is to be understood as the generation of binding points by means of the binder, for example by melting or melting a low-melting polymer used as a binder.
  • Both the drying and the thermal treatment for activation must be carried out at temperatures that are so low that Damage to the spunbond filaments, for example, by melting or melting is reliably avoided.
  • the drying and the thermal activation of the binder preferably take place in one process step.
  • the drying temperature should be adjusted in the final phase to about the melting temperature of the low-melting polymer and optimized depending on the results.
  • the entire melting behavior of the binder is taken into account.
  • the tufting support according to the invention is suitable not only as a primary, but also as a secondary backing. Due to its very good mechanical properties, a tufting carrier according to the invention is also particularly suitable for producing a three-dimensionally deformable carpet, in particular for car interiors applications.
  • the experimental plant for the production of spunbonded nonwovens had a width of 1200 mm. It consisted of a spinneret extending across the entire width of the plant, two blowing walls arranged opposite and parallel to the spinneret, a subsequent withdrawal nip extending in the lower area to a diffuser and forming a web formation chamber.
  • the spun filaments formed a uniform fabric, a spunbonded fabric, on a collection tape sucked from below in the web formation region. This was compressed between two rolls and rolled up.
  • the preconsolidated spunbonded web was unrolled on a test rig for hydroentanglement. With the aid of an airlaying system, a thin layer of short binder fibers was applied to its surface, and the two-layer sheet was subsequently treated with a variety of high-energy water jets, thereby hydroentangled and solidified. At the same time, the binder was spread in the fabric. Thereafter, the consolidated nonwoven web was dried in a tumble dryer with the temperature in the end zone of the dryer set to activate the binder fibers and cause additional bonding.
  • a spunbonded nonwoven fabric was made of polypropylene.
  • a spinneret was used which had 5479 spinning holes over the width mentioned above.
  • the raw material used was polypropylene granules from Exxon Mobile (Achieve PP3155) with an MFI of 36.
  • the spinning temperature was 272 ° C.
  • the trigger gap had a width of 25 mm.
  • the production speed was set at 41 m / min.
  • the resulting spunbonded fabric had a basis weight of 78 g / m 2 .
  • the water pressure used was set as follows: Bar no. 1 2 3 4 5 6 Water pressure (bar) 20 50 50 50 150 150
  • the short fibers were extensively drawn into the spunbonded fabric so that they did not form a pure surface layer.
  • the spun-bonded non-woven fabric thus consolidated had the following mechanical values at a basis weight of 80 g / m 2 ; Maximum tensile force [N / 5cm] Maximum elongation [%] Strength at 5% Elongation [N / 5cm] Strength at 10% Elongation [N / 5cm] along 396 85 45 75 crosswise 70 105 4.5 9.8
  • the specific longitudinal strength was 4.95 N / 5 cm per g / m 2 and the specific secant modulus at 5% elongation was 0.56 N / 5 cm per g / m 2 .
  • the short binder fibers were largely incorporated into the spunbonded fabric so that they did not form a pure surface layer.
  • the spunbonded fabric thus consolidated had the following mechanical values at a weight per unit area of 82 g / m 2 : Maximum tensile force [N / 5cm] Maximum elongation [%] Strength at 5% Elongation [N / 5cm] Strength at 10% Elongation [N / 5cm] along 395 88 48 80 crosswise 75 100 4.9 10.2
  • the specific longitudinal strength was 4.82 N / 5 cm per g / m 2 and the specific secant modulus at 5% elongation was 0.59 N / 5 cm per g / m 2 .
  • the behavior of the tufted carpet was called stable.

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Abstract

Es wird ein hochfester leichter Tuftingträger aus Spinnvlies, insbesondere zur Verwendung als primärer oder sekundärer Teppichrücken, umfassend wenigstens eine Lage aus schmelzgesponnenen synthetischen Filamenten, welche mittels energiereicher Wasserstrahlen verfestigt sind, beschrieben, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine geringe Menge eines thermisch aktivierbarem Bindemittels enthält, welches in Form von wenigstens einer dünnen Schicht auf die Lage aus schmelzgesponnenen Filamenten aufgebracht ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen hochfesten leichten Tuftingträger aus Spinnvlies, welcher wenigstens eine Lage aus schmelzgesponnenen synthetischen Filamenten, die mittels energiereicher Wasserstrahlen verfestigt sind, umfasst.
    • Stand der Technik
  • Aus der DE PS 17 60 811 ist ein Tuftingträger auf Grundlage eines Spinnvliesstoffes aus Polypropylen bekannt. Die diesen Tuftingträger bildenden Filamente haben einen groben Einzeltiter von mehr als 10 dtex und werden in einer besonderen Weise segmental verstreckt, so dass verstreckten längeren Segmenten von hoher Kristallinität in gleichem Faden weniger verstreckte, weniger kristalline Segmente mit einer leicht niedrigeren Schmelztemperatur folgen. Diese dienen in dem Verbund als Bindekomponente, die in der anschließenden thermischen Verfestigung mit Direktdampf aktiviert wird. Gemäß der Petentliteratur beträgt die Länge des gut verstreckten kristallinen Segments etwa 11 Zoll und die Länge des anschließenden weniger verstreckten und weniger kristallinen Segments etwa 1 Zoll. Der Gewichtsanteil der niedrig kristallinen Segmente beträgt folglich etwas mehr als 8 %. Die besondere Vliesstruktur, die ein solcher Tuftingträger aufweist, ist für diese Betrachtung eher unwichtig.
  • Aus der DE PS 22 40 437 und DE PS 24 48 299 ist ein Tuftingträger auf Grundlage eines Spinnvliesstoffes aus Polyester bekannt. Auch nach diesen Patenten werden zur Herstellung des Tuftingträgers grobe Fäden verwendet, nämlich Matrixfäden aus Polyethylenterephthalat mit einem Titer von mehr als 10 dtex. Gemäß den Druckschriften werden simultan mit den Matrixfäden aus Polyethylenterephthalat noch Bindefäden mit einem geringeren Titer, die aus einem niedrig schmelzenden Copolyester bestehen, versponnen. Der Gewichtsanteil dieser Bindefäden liegt bei etwa 20 %.
  • Nach der Lehre der oben aufgeführten Patente soll ein Tuftingträger so aufgebaut sein, dass in dem System aus Matrixfäden und Bindungen die Bindungen zwischen den Fäden stets schwächer sind als die durch sie gebundenen Fäden. Dadurch lässt sich erreichen, dass ein Tuftingträger im Grundzustand eine ausreichend hohe Festigkeit besitzt, Bei dem nachstehenden Tuftingvorgang, bei dem eine Großzahl von Nadeln den Träger penetriert und in ihn das Polgarn einnäht, werden primär die Bindungen zwischen den Fäden gebrochen, ohne dass es dabei zu Fadenbrüchen kommt. Die Fäden können den penetrierenden Nadeln ausweichen und um das eingetuftete Polgarn einen "Kragen" bilden. So bleiben die Festigkeit und die Weitereißfestigkeit des getufteten Rohteppichs auf einem hohen Niveau erhalten, es kommt kaum zu einer Schädigung durch den Tuftingprozess.
  • Bei den bekannten thermisch gebundenen Systemen hat man festgestellt, dass die Bindungen in der Regel eine sehr hohe Festigkeit besitzen und dass eine gezielte Einflussnahme auf die Bindungsstärke sehr schwierig ist. Zur Einstellung des oben beschriebenen Verhältnisses zwischen Bindungs- und Fadenfestigkeit bleibt somit nur eine Erhöhung der Fadenfestigkeit durch Verwendung gröberer Fäden übrig. Folglich werden in den obigen Schriften für die Matrixfäden Titer von mehr als 10 dtex vorgeschlagen. Ein wesentlicher Nachteil von solch groben Fäden besteht jedoch darin, dass, um eine für Tuftingträger ausreichende Festigkeit und Abdeckung zu erzielen, hohe Flächengewichte in der Größenordnung von wenigstens 100 bis 120 g/m2 erforderlich sind.
  • Um diesen Nachteil zu überwinden, wird in der DE PS 198 21 848 C2 , die den gattungsgemäßen Stand der Technik bildet, vorgeschlagen, einen Tuftingträger aus einem Spinnvlies aus synthetischen Filamenten ohne Bindemittel herzustellen, wobei das Spinnvlies nur durch Einwirkung energiereicher Wasserstrahlen verfestigt werden soll. Bei der Verflechtung der Filamente durch Wasserstrahlen entsteht eine Vielzahl von sehr schwachen Bindungen. Jede solche nur auf interfacialer Reibung beruhende Bindung per se ist sehr schwach - auf jeden Fall schwächer, als die so verflochtenen Filamente. Die Bindungen lassen sich folglich auflockern, ohne dass dabei die Filamente beschädigt oder gar gebrochen werden, wodurch die Mobilität der Filamente im Tuftingvorgang ohne weiteres gewährleistet ist. Es kommt zu keiner wesentlichen Schädigung des Filamentgefüges beim Tuften. Andererseits summiert sich aber die sehr hohe Anzahl an schwachen Bindungen so weit auf, dass der so verfestigte Vliesstoff insgesamt eine durchaus hohe absolute Festigkeit erreicht. Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems besteht darin, dass bei der Konstruktion des Vliesstoffes feinere Filamente verwendet werden können. In der Patentschrift werden Titer von 0,7 bis 6 dtex angegeben. Damit ist es möglich, Spinnvliese mit geringeren Flächengewichten herzustellen, die sowohl ausreichende Festigkeiten aufweisen, als auch geschlossen genug erscheinen, um als Tuftingträger verwendet werden zu können.
  • Nachteilig an dem obigen Tuftingträger ist, dass er durch den Tuftprozess zwar nicht an Festigkeit verliert, dass jedoch der Anfangsmodul des Rohteppichs niedrig ist und dieser daher in den weiteren Verarbeitungsschritten nicht ausreichend dimensionsstabil ist.
  • Durch die bei den Veredelungsschritten auftretenden, kaum vermeidbaren Spannungen kann es insbesondere zu einem Längsverzug und damit verbunden zu einem Breitensprung des Rohteppichs kommen. Um dieses zu verhindern, müssen entsprechende Vorkehr-Maßnahmen, wie z. B. eine Spannungskontrolle, getroffen werden.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist, einen Tuftingträger der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass er auch nach dem Tuften eine zur Weiterverarbeitung ausreichende Festigkeit und damit Dimensionsstabilität aufweist, ohne dass das bekannt gute Verhalten beim Tuften beeinträchtigt wird.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Tuftingträger mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Tuftingträgers beschreibt Patentanspruch 11, eine bevorzugte Verwendung der Erfindung ist in Patentanspruch 15 beschrieben. Bevorzugte Ausgetaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Gemäß der Erfindung ist bei einem hochfesten leichten Tuftingträger aus Spinnvlies, welcher wenigstens eine Lage aus schmelzgesponnenen synthetischen Filamenten umfasst, die mittels energiereicher Wasserstrahlen verfestigt sind, vorgesehen, dass er eine geringe Menge eines thermisch aktivierbaren Bindemittels enthält, welches in Form von wenigstens einer dünnen Schicht auf die Lage aus schmelzgesponnenen Filamenten aufgebracht ist.
  • Ohne die Erfindung hierdurch beschränken zu wollen, wird vermutet, dass es durch den Tuftprozess zu einer zu starken Auflockerung der schwachen Bindungen im Träger kommen kann. Hierdurch wird er Anfangmodul des Rohteppichs offensichtlich so weit erniedrigt, dass der Rohteppich bei der Weiterverarbeitung nicht ausreichend dimensionsstabil ist. Es kommt zu dem beschriebenen Verzug des Rohteppichs.
  • Es hat sich nun in überraschender Weise gezeigt, dass sich durch das Auftragen wenigstens einer dünnen Schicht aus einem Bindemittel auf die Lage aus schmelzgesponnenen synthetischen Filamenten in Kombination mit der daran anschließenden Wasserstrahlverfestigung, Trocknung und Aktivierung des Bindemittels - zusätzlich zu den Wasserstrahlbindungen - weitere Bindungen (oder Bindepunkte) zwischen den Spinnvliesfilamenten einstellen, die noch schwach genug sind, um die Mobilität der Spinnvliesfilamente beim Tuften offensichtlich nicht zu beeinträchtigen. Die nach dem Tuften noch übrig gebliebene hohe Anzahl der feinen miteinander durch die oben genannten zusätzlichen Bindepunkte gebundenen Spinnvliesfilamente tragen dazu bei, dass der Teppich hohe Modulwerte und eine zur Weiterverarbeitung ausreichende Dimensionsstabilität aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Tuftingträger sind bei der Weiterverarbeitung keine zusätzlichen Maßnahmen zur Dimensionsstabilisierung, wie zum Beispiel die oben erwähnte Spannungskontrolle, nötig. Es wird vermutet, dass dieser Effekt u. a. auch darauf zurückzuführen ist, dass das ein Teil des Bindemittels durch die energiereichen Wasserstrahlen auch noch bis in die tieferen Schichten der Viiesstofflage hinein getragen wird und dort Bindepunkte bildet.
  • Ein erfindungsgemäßer Tuftingträger kann aus einer, oder aber auch mehreren Lagen aus Spinnvlies und Bindemittel aufgebaut sein. Es können auch sonstige Zusatzschichten vorgesehen sein, soweit diese weder den Tuftingprozess noch die Weiterverarbeitung stören.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erfindungsgemäße Tuftingträger einen 3-lagigen Aufbau auf, bei welchem die mittlere Lage das Bindemittel und die äußeren Lagen die schmelzgesponnenen synthetischen Filamente umfassen. Da die Wasserstrahlverfestigung häufig beidseitig erfolgt, hat dies den Vorteil, dass das Bindemittel sowohl von der Unter- als auch von der Oberseite aus in die Vliesstofflage eingebracht wird.
  • Als Bindemittel sind insbesondere niedrig schmelzende thermoplastische Polymere geeignet, wobei solche thermoplastischen Polymere bevorzugt sind, deren Schmelztemperatur hinreichend niedriger als die der Spinnvliesfilamente ist. Vorzugsweise sollte die Schmelztemperatur wenigstens 10°C, besonders bevorzugt wenigstens 20 °C unterhalb der Schmelztemperatur der Spinnvliesfilamente liegen, damit diese beim thermischen Aktivieren nicht geschädigt werden.
  • Bevorzugt weisen die niedrig schmelzenden thermoplastischen Polymere auch noch einen breiten Erweichungsbereich auf. Dies hat den Vorteil, dass das als Bindemittel verwendete thermoplastische Polymer schon bei niedrigeren Temperaturen als bei seinem effektiven Schmelzpunkt aktiviert werden kann. Aus dem technologischen Gesichtspunkt heraus betrachtet braucht das Bindemittel nicht zwingend voll verschmolzen zu sein sondern es genügt, dass es ausreichend aufgeweicht wird und so an den zu bindenden Filamenten anhaftet. Auf diese Weise kann man in der Aktivierungsphase den Bindegrad zwischen den Spinnvliesfilamenten und dem Bindemittel einstellen.
  • Das niedrig schmelzende thermoplastische Polymer besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus Polyethylen, einem Copolymer mit einem wesentlichen Anteil an Polyethylen, Polypropylen, einem Copolymer mit einem wesentlichen Anteil an Polypropylen, einem Copolyester, einem Polyamid und/oder einem Copolyamid.
  • Der Gewichtsanteil des niedrig schmelzenden Polymers bezogen auf das Gesamtgewicht des Tuftingträgers sollte einen Wert von 7 % nicht übersteigen. Wenn der Anteil des Schmetzklebers zu hoch ist, so besteht die Gefahr, dass der Spinnvliesstoff zu stark thermisch gebunden wird. Die durch den Schmelzkleber hergestellten Bindungen wären auf jeden Fall stärker als die durch die gebundenen Filamente. Bei dem Tuftingprozess wären dann die Filamente in beträchtlichem Maße beschädigt, zerrissen und daher die Festigkeiten nach dem Tuften, besonders auch die Weiterreißfestigkeit zu sehr beeinträchtigt.
  • Bevorzugt liegt der Gewichtsanteil zwischen 1,5 und 5 Gew.-%. Bei einem Gewichtsanteil von weniger als 1,5 Gew.-% wäre der Verstärkungseffekt, besonders auch aus der Sicht des Anfangsmoduls, nicht ausreichend ausgeprägt. Darüber hinaus ließe sich aufgrund der geringen Menge auch keine ausreichend gute Verteilung des Bindemittels im Spinnvliesquerschnitt durch die Wasserstrahlbehandlung erreichen. Allerdings ist selbst die Verwendung von kleineren Anteilen an Schmelzkleber von Vorteil und soll daher von dieser Erfindung mit umfasst werden.
  • Das niedrig schmelzende Polymer kann beispielsweise in Form von Fasern oder Fibrillen vorliegen. Als Fasern können insbesondere Biko-Fasem verwendet werden, wobei die niedrig schmelzende Komponente das thermisch aktivierbare Bindemittel darstellt.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung von Filamenten mit geringem Titer für die Spinnvliesfilamente. Schon mit geringen Flächengewichten wird hierbei eine gute Festigkeit und ausreichende Abdeckung erzielt. Vorzugweise liegt der Faser-Titer zwischen 0,7 und 6 dtex. Fasern mit einem Titer zwischen 1 bis 4 dtex haben den besonderen Vorteil, dass sie auf einer Seite eine gute Flächendeckung bei mittleren Flächengewichten gewähren, dass sie selbst jedoch noch über ausreichende Gesamtfestigkeiten verfügen, um beim Tuftingprozess durch die Nadelpenetration nicht beschädigt, zerrissen zu werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Tuftingträger umfasst vorzugsweise Filamente aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, und/oder aus einem Polyolefin, insbesondere Polypropylen. Diese Materialien sind besonders geeignet, da sie aus Massenrohstoffen hergestellt werden, die überall in ausreichender Menge und ausreichender Qualität verfügbar sind. Sowohl Polyester als auch Polypropylen sind in der Faser- und Vliesstoffherstellung durch ihre Gebrauchstüchtigkeit sehr bekannt.
  • Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Tuftingträgers umfasst die Verfahrensschritte;
    1. a) Ablegen von wenigstens einer Lage aus synthetischen Filamenten mittels eines Spinnvliesprozesses;
    2. b) Aufbringen wenigstens einer dünnen Schicht aus einem thermisch aktivierbaren Bindemittel;
    3. c) Verteilen des Bindemittels und Verfestigen der Spinnvliesfilamente mittels energiereicher Hochdruckwasserstrahlen;
    4. d) Trocknen
    5. e) Thermische Behandlung zum Aktivieren des Bindemittels;
  • Das Herstellen von Spinnvliesen, d. h. das Spinnen von synthetischen Filamenten aus verschiedenen Polymeren, darunter auch aus Polypropylen oder Polyester, ist ebenso wie deren Ablage zu einem Wirrvlies auf einen Träger Stand der Technik. Großtechnische Anlagen mit in Breiten von 5 m und mehr kann man von mehreren Firmen erwerben. Sie können über einen oder mehrere Spinnsysteme (Spinnbalken) verfügen und auf die erwünschte Leistung eingestellt werden. Hydroentangling Systeme stellen ebenfalls Stand der Technik dar. Auch solche Anlagen können in großen Breiten von mehreren Herstellern beigestellt werden. Gleiches gilt für Trockner und Wickler.
  • Das thermisch aktivierbare Bindemittel kann mit Hilfe verschiedener Verfahren aufgebracht werden, z. B. durch Pulverauftrag, auch in Form einer Dispersion. Vorzugsweise wird das Bindemittel jedoch in Form von Fasern oder Fibrillen mit Hilfe eines Meltblown- oder eines Airlaying-Vertahrens aufgebracht. Auch diese Verfahren sind bekannt und in der Literatur vielfach beschrieben.
  • Meltblown- und Airlaying-Verfahren haben den besonderen Vorteil, dass sie beliebig mit Spinnsystemen für die Spinnvliesfilamente kombiniert werden können.
  • Die Wasserstrahlverfestigung sollte, wie aus der DE 198 21 848 C2 bekannt, vorzugsweise so durchgeführt werden, dass eine spezifische Längsfestigkeit von mindestens 4,3 N/5cm pro g/m2 der Flächenmasse sowie ein Anfangmodul in Längsrichtung gemessen als Spannung bei 5 % Dehnung von mindestens 0,45 N/5cm pro g/m2 Flächenmasse erreicht werden. Damit sind eine ausreichende Festigkeit des Tuftingträgers sowie eine ausreichend gute Verteilung des Bindemittels in der Spinnvlieslage gewährleistet.
  • Unter Aktivierung ist im Sinne der Erfindung das Erzeugen von Bindepunkten mittels des Bindemittels zu verstehen, beispielsweise durch Auf- oder Anschmelzen eines als Bindemittel eingesetzten niedrig schmelzenden Polymers. Sowohl das Trocknen als auch die thermische Behandlung zur Aktivierung sind bei Temperaturen durchzuführen, die so niedrig sind, dass eine Schädigung der Spinnvliesfilamente, beispielsweise durch Auf- oder Anschmelzen sicher vermieden wird. Aus verfahrensäkonomischen Gründen finden das Trocknen und die thermische Aktivierung des Bindemittels vorzugsweise in einem Verfahrensschritt statt. Zur Trocknung und Aktivierung des niedrig schmelzenden Polymers kann man verschiedene Trocknerarten verwenden, wie Spannrahmen, Bandtrockner, oder Oberflächentrockner, vorzugsweise geeignet ist jedoch ein Trommeltrockner. Die Trocknungstemperatur sollte in der Endphase etwa auf die Schmelztemperatur des niedrig schmelzenden Polymeren eingestellt und in Abhängigkeit von den Ergebnissen optimiert werden. Hier ist besonders das ganze Schmelzverhalten des Bindemittels zu berücksichtigen. Bei einem solchen, das über einen ausgeprägt breiten Erweichungsbereich verfügt, ist es nicht notwendig, den physikalischen Schmelzpunkt anzusteuern. Vielmehr genügt es, die Optimierung des Bindeeffektes schon im Erweichungsbereich zu suchen. Dadurch können unangenehme Randerscheinungen, wie die Haftung der Bindekomponente an Maschinenteilen und Übervertestigung, vermieden werden.
  • Der erfindungsgemäße Tuftingträger ist nicht nur als primärer, sondern auch als sekundärer Teppichrücken geeignet. Aufgrund seiner sehr guten mechanischen Eigenschaften ist ein erfindungsgemäßer Tuftingträger insbesondere auch zur Herstellung eines dreidimension verformbaren Teppichs, insbesondere für Autoinnenraum-Anwendungen geeignet.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert:
    • Ausführungsbeispiel 1:
  • Die Versuchsanlage zur Herstellung von Spinnvliesen hatte eine Breite von 1200 mm. Sie bestand aus einer Spinndüse, die sich über die gesamte Breite der Anlage hinweg erstreckte, zwei gegenüber liegenden und parallel zur Spinndüse angeordneten Blaswänden, einem anschließenden Abzugsspalt, der sich im unteren Bereich zu einem Diffuser erweiterte und eine Vliesbildungskammer bildete. Die versponnenen Filamente bildeten auf einem im Vliesbildungsbereich von unten abgesaugten Auffangband ein gleichmäßiges Flächengebilde, ein Spinnvlies. Dieses wurde zwischen zwei Walzen zusammengepresst und aufgerollt.
  • Das vorverfestigte Spinnvlies wurde an einer Versuchsanlage zur Wasserstrahlverfestigung abgerollt. Mit Hilfe eines Systems zum Airlaying wurde auf seine Oberfläche eine dünne Schicht von kurzen Bindefasem aufgetragen und das zweischichtige Flächengebilde wurde anschließend mit einer Vielzahl von energiereichen Wasserstrahlen behandelt, dadurch verflochten (hydroentangled) und verfestigt. Gleichzeitig wurde das Bindemittel in dem Flächengebilde verteilt, Anschließend wurde das verfestigte Verbundvlies in einem Trommeltrockner getrocknet, wobei in der Endzone des Trockners die Temperatur so eingestellt war, dass die Bindefasem aktiviert wurden und zusätzliche Bindung bewirkten.
  • In diesem Versuch wurde ein Spinnvlies aus Polypropylen hergestellt. Zur Anwendung kam eine Spinndüse, die über die oben genannte Breite 5479 Spinnlöcher hatte. Als Rohstoff wurde Polypropylengranulat der Firma Exxon Mobile (Achieve PP3155) mit einem MFI von 36 verwendet. Die Spinntemperatur betrug 272°C. Der Abzugsspalt wies eine Breite von 25 mm auf. Der Filamenttiter betrug, gemessen nach dem Durchmesser im Spinnvlies, 2,1 dtex. Die Produktionsgeschwindigkeit wurde auf 41 m/min eingestellt. Das resultierende Spinnvlies hatte ein Flächengewicht von 78 g/m2. An der Anlage zur Wasserverfestigung wurde zunächst mit Hilfe einer Vorrichtung zur Vliesbildung im Luftstrom eine Schicht von 3 g/m2 von sehr kurzen Bikomponentenfasern in Mantel/Kern-Konfiguration aufgetragen, bei der der Kern aus Polypropylen und der Mantel aus Polyethylen bestand, Das Gewichtsverhältnis der Komponenten betrug 50/50 %. Danach wurde das Spinnvlies der Wasserstrahlverfesfigung unterzogen. Die Verfestigung wurde mit Hilfe von 6 Balken durchgeführt, die alternierend von beiden Seiten eingewirkt hatten. Der jeweils verwendete Wasserdruck wurde folgendermaßen eingestellt:
    Balken-Nr. 1 2 3 4 5 6
    Wasserdruck (bar) 20 50 50 50 150 150
  • Bei der Wasserstrahlverfestigung wurden die Kurzfasern weitgehend in das Spinnvlies eingezogen, so dass sie keine reine Oberflächenschicht bildeten.
  • Anschließend wurde das mit Wasserstrahlen behandelte Spinnvlies in einem Trommeltrockner getrocknet. In der letzten Zone wurde dabei die Lufttemperatur auf 123 °C eingestellt, so dass das Polyethylen leicht verschmolzen wurde und thermische Bindungen bildete. Der so verfestigte Spinnvliesstoff wies bei einem Flächengewicht von 80 g/m2 folgende mechanischen Werte auf;
    Höchstzugkraft [N/5cm] Höchstzugdehnung [%] Kraft bei 5% Dehnung [N/5cm] Kraft bei 10% Dehnung [N/5cm]
    längs 396 85 45 75
    quer 70 105 4,5 9,8
  • Die spezifische Festigkeit in Längsrichtung betrug 4,95 N/5cm pro g/m2 und der spezifische Sekantenmodul bei 5% Dehnung 0,56 N/5cm pro g/m2.
  • Der verfestigte Spinnvliesstoff ließ sich bei gängigen Maschinenteilungen gut tuften. Bei einer Maschinenteilung von 1/64 inch resultierten in getuftetern Zustand folgende mechanischen Werte:
    Höchstzugkraft [N/5cm] Höchstzugdehnung [N/5cm] Weiterreißkraft [N]
    längs 460 85 220
    quer 110 100 ./.
    • Ausführungsbeispiel 2:
  • An gleicher Versuchsanlage wie im Beispiel 1 beschrieben wurde Polyestergranulat verwendet. Dieses hatte eine Intrinsicviskosität IV = 0,67. Es wurde sorgfältig getrocknet, so dass der Restgehalt an Wasser unterhalb von 0,01 % lag und bei einer Temperatur von 285°C versponnen. Dabei wurde, wie auch im Beispiel 1, eine Spinndüse mit 5479 Löchern über einer Breite von 1200 mm verwendet. Der Polymerdurchsatz betrug 320 kg/h. Die Filamente hatten im Spinnvlies einen optisch festgestellten Titer von 2 dtex und einen sehr niedrigen Schrumpf. Die Anlagengeschwindigkeit wurde auf 55 m/min eingestellt, so dass das vorverfestigte Spinnvlies ein Flächengewicht von 80 g/m2 aufwies.
  • Dieses wurde der gleichen Anlage zur Wasserstrahtverfestigung vorgelegt Auf die Oberfläche des vorverfestigten Spinnvlieses wurde eine Schicht von 3 g/m2 derselben bikomponenten Kurzfasern (PP/PE 50/50) gelegt. Danach lief der Verbundstoff durch die Wasserstrahlverfesfigung mit 6 Balken, die folgendermaßen eingestellt wurden;
    Balken-Nr, 1 2 3 4 5 6
    Wasserdruck (bar) 20 50 80 80 200 200
  • Bei der Wasserstrahlverfestigung wurden die kurzen Bindefasem weitgehend in das Spinnvlies einbezogen, so dass sie keine reine Oberflächenschicht bildeten.
  • Anschließend wurde das mit Wasserstrahlen behandelte Spinnvlies in einem Trommeltrockner getrocknet. In der letzten Zone wurde dabei die Lufttemperatur auf 123°C eingestellt, so dass das Polyethylen leicht verschmolzen wurde und thermische Bindungen bildete. Der so verfestigte Spinnvliesstoff wies bei einem Flächengewicht von 82 g/m2 folgende mechanischen Werte auf:
    Höchstzugkraft [N/5cm] Höchstzugdehnung [%] Kraft bei 5% Dehnung [N/5cm] Kraft bei 10% Dehnung [N/5cm]
    längs 395 88 48 80
    quer 75 100 4,9 10,2
  • Die spezifische Festigkeit in Längsrichtung betrug 4,82 N/5cm pro g/m2 und der spezifische Sekantenmodul bei 5% Dehnung 0,59 N/5cm pro g/m2.
  • Der verfestigte Spinnvliesstoff ließ sich bei verschiedenen Teilungen gut tuften. Bei einer Maschineneinstellung von 1/64 inch resultierten in getuftetem Zustand folgende mechanischen Werte:
    Höchstzugkraft [N/5cm] Höchstzugdehnung [N/5cm] Weiterreißkraft [N]
    längs 468 80 225
    quer 120 95 ./.
  • In den weiteren Operationen wurde das Verhalten des getufteten Teppichs als stabil bezeichnet.

Claims (15)

  1. Hochfester leichter Tuftingträger aus Spinnvlies, insbesondere zur Verwendung als primärer oder sekundärer Teppichrücken, umfassend wenigstens eine Lage aus schmelzgesponnenen synthetischen Filamenten, welche mittels energiereicher Wasserstrahlen verfestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass er eine geringe Menge eines thermisch aktivierbaren Bindemittels enthäft, welches in Form von wenigstens einer dünnen Schicht auf die Lage aus schmelzgesponnenen Filamenten aufgebracht ist,
  2. Hochfester leichter Tuftingträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als 3-lagiges System ausgebildet ist, bei welchem die mittlere Lage aus Bindemittel und die beiden äußeren Lagen aus synthetischen Filamenten bestehen.
  3. Hochfester leichter Tuftingträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein niedrig schmelzendes thermoplastisches Polymer umfasst.
  4. Hochfester leichter Tuftingträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrig schmelzende thermoplastische Polymer eine Schmelztemperatur aufweist, die mindestens 10 °C, vorzugsweise mindestens 20°C unterhalb derjenigen der synthetischen Filamente liegt.
  5. Hochfester leichter Tuftingträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Filamente einen Titer von 0,7 bis 6,0 dtex, vorzugsweise von 1,0 bis 4,0 dtex aufweisen.
  6. Hochfester leichter Tuftingträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Filamente aus Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, und/oder aus einem Polyolefin, insbesondere Polypropylen, umfassen.
  7. Hochfester leichter Tuftingträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrig schmelzende Polymer im Wesentlichen aus Polyethylen, einem Copolymer mit einem wesentlichen Anteil an Polyethylen, Polypropylen, einem Copolymer mit einem wesentlichen Anteil an Polypropylen, einem Copolyester, einem Polyamid und/oder einem Copolyamid besteht
  8. Hochfester leichter Tuftingträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das niedrig schmelzende Polymer einen Gewichtsanteil von weniger als 7 %, vorzugsweise zwischen 1,5 und 5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Tuftingträgers einnimmt.
  9. Hochfester leichter Tuftingträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das niedrig schmelzende Polymer in Form von insbesondere gesponnenen oder schmelzgeblasenen Fasern oder Fibrillen vorliegt.
  10. Hochfester leichter Tuftingträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Bikomponentenfasern sind, wobei die niedrig schmelzende Komponente das thermisch aktivierbare Bindemittel darstellt.
  11. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten leichten Tuftingträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    a) Ablegen von wenigstens einer Lage aus synthetischen Filamenten mittels eines Spinnvliesprozesses;
    b) Aufbringen wenigstens einer dünnen Schicht aus einem thermisch aktivierbaren Bindemittel;
    c) Verfestigen der Spinnvliesfilamente und Verteilen des Bindemittels mittels energiereicher Hochdruckwasserstrahlen;
    d) Trocknen
    e) Thermische Behandlung zur Aktivieren des Bindemittels;
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen und die thermische Aktivierung in einem Verfahrensschritt erfolgen.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlverfestigung so eingestellt wird, dass eine spezifische Längsfestigkeit von mindestens 4,3 N/5cm pro g/m2 Flächengewicht und ein spezifischer Anfangmodul in Längsrichtung gemessen als Spannung bei 5 % Dehnung von mindestens 0,45 g/5cm pro g/m2 Flächengewicht erreicht wird.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern oder Fibrillen unter Anwendung eines Airlaying- oder Meltblown-Verfahrens aufgebracht werden.
  15. Verwendung eines hochfestenleichten Tuftingträgers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung dreidimsional verformbarer Teppiche, insbesondere für Autoinnenraum-Anwendungen.
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