WO2006099996A2

WO2006099996A2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von faser- oder filamenthaltigen werkstoffen

Info

Publication number: WO2006099996A2
Application number: PCT/EP2006/002465
Authority: WO
Inventors: Benno Fonrobert
Original assignee: Küsters Technologie GmbH & Co.KG
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2006-09-28
Also published as: DE102005012895A1; WO2006099996A3

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von faser- oder filamenthaltigen Werkstoffen (2) beschrieben. Dabei werden die Fasern oder Filamente einem Partikelstrom ausgesetzt, wodurch eine Verflechtung oder Verwirbelung der Fasern oder Filamente hervorgerufen werden kann. Bei Verwendung von Trockeneispartikeln (3) werden diese im Volumen des Werkstoffs (2) erwärmt, wodurch es zu einer Volumenvergrößerung durch Sublimation und zu einem Gasstrom kommt. Durch Abgabe von kinetischer Energie der Partikel (3) an die Fasern oder Filamente und durch den Gasstrom wird eine wirksame Verwirbelung bzw. Verflechtung der Fasern bzw. Filamente bewirkt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von faser- oder filamenthaltigen Werkstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von faser- oder filamenthaltigen Werkstoffen.

Unter faser- oder filamenthaltigen Werkstoffen sind beispielsweise Warenbahnen aus Papier, Textil oder insbesondere Vliesstoffen zu verstehen.

Mechanische und physikalische Eigenschaften derartiger Werkstoffe wie Reißfestigkeit, Kompressibilität, Porosität, Saugfähigkeit, Dichte,- etc. werden durch die Beschaffenheit der Werkstoffe im Volumen zumindest mitbestimmt.

Die Eigenschaften von Vliesstoffen hängen beispielsweise wesentlich vom Verfesti- gungsgrad der Vliesstoffe ab.

Die Umwandlung eines Vlieses in einen Vliesstoff und die zur Erzieluhg der für den praktischen Gebrauch des Vliesstoffes gewünschten Eigenschaften erfolgt bisher durch Anwendung unterschiedlicher Verfahren. Nach 1SO/DIS 11224 unterscheidet man grundsätzlich zwischen chemischen Verfahren, beispielsweise Imprägnieren, Besprühen, Bedrucken, Schäumen, und mechanischen physikalischen Verfahren, beispielsweise Verhadeln, Vermaschen, Verwirbeln, oder thermischen physikalischen Verfahren, beispielsweise durch Heißluftbeaufschlagung, Kalandrieren, Schweißen. Die Bindung zwischen den einzelnen Fasern oder Filamenten des Vliesstoffs^' wird durch die Verdichtung desselben während des Verfestigungsprozesses wesentlich unterstützt.

Mechanische Verdichtungsverfahren - und hierbei insbesondere das Vernadeln - nehmen unter den bekannten Verfestigungsverfahren eine quantitativ hervorgehobene Stellung ein. Beim Vernadeln wird ein Teil der im Vlies befindlichen Fasern beim Durchstechen der Vlieslage von mit Kerben versehenen Nadeln in Durchstechrichtung umorientiert. Nachteilig bei dem mechanischen Verdichtungsverfahren, ist der hohe, zu ihrer Anwendung benötigte apparative Aufwand und deren Störanfälligkeit.

Die mechanischen Verdichtungsverfahren werden in jüngerer Zeit zunehmend durch das Verfahren des sog. Wasserstrahlvemadelns abgelöst, wie es beispielsweise aus den US-PS 28 62 251 , US-PS 30 33 721 und. US 32 14 819 bekannt ist, Bei diesem

BESTATIGUNGSKOPfE Verfahren werden die Vliese durch Einwirken eines Systems von Fluidstrahlen oder -strömen mit einer erforderlichen Mindestenergie dadurch verfestigt, dass Fasern oder Filamente bzw. deren Teile durch die auftreffenden Strahlen oder Ströme erfasst, umorientiert und mit anderen Fasern oder Filamenten oder deren Teile verwirbelt oder verschlungen werden. Zur Applizierung der Fluidstrahlen sind beispielsweise aus der DE 100 590 58, A1, der EP 0 725 175 A2, der DE 196 46 477 C2 oder der DE 199 41 729 A1 Vorrichtungen mit Düsenkörpern bekannt, die an der Austrittsstelle der Fluidstrahlen eine zylindrische Öffnung aufweisen und den Fluidstrahlen eine Säulen- bis Kegelstumpfform geben.

Zwar sind die Vorrichtungen zur Anwendung des Verfahrens des Wasserstrahlsvema- delns weniger störanfällig, da die Vliese nicht mechanisch durchstochen werden und die Gefahr des Abbrechens von Nadeln nicht besteht, nachteilig ist jedoch zum einen wiederum der hohe apparative Aufwand, der zur Anwendung dieses Verfahrens benö- tigt wird. Zum anderen ist das Verfahren des Wasserstrahlvernadelns besonders energieintensiv, da die in das Vlies verfährenbedingt eingebrachte und im Vlies verbleibende Wassermenge in den nachfolgenden Prozessen wieder entfernt werden muss. Neben Quetschverfahren,- bei den der Vliesstoff durch einen zwischen einer Walze und einem Gegenwerkzeug gebildeten Walzenspalt zwecks Abquetschen eines Teils der Wassermenge hindurch geführt wird, ist beispielsweise aus der DE 199 19 757 A1 das ^• thermische Trocknen zur Erzielung des gewünschten Endtrocknungszustandes bekannt, welches- jedoch insbesondere wegen der erforderlichen Heizleistung besonders energieaufwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von faser- oder filamenthaltigen Werkstoffen zu schaffen, mit dem bzw. der die eingangs genannten mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe beeinflusst werden können.

^■ Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die • in Anspruch 8 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Werkstoff einem Partikelstrom ausgesetzt, wobei die Partikel eine kinetische Energie aufweisen, dass sie in den Werkstoff eindringen und im Volumen des Werkstoffs zumindest einen Teil ihrer kinetischen E- nergie an die Fasern oder Filamente des Werkstoffs abgeben. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Fasern oder Filamente dieser Werkstoffe durch einen Parti- keibeschuss derart umorientiert werden können, dass sich die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs in einer vorbestimmten, gewünschten Weise ändern lassen.

.Das Verfahren findet vorzugsweise zur Behandlung von Warenbahnen auf Papier, Tex- til oder Vlies Verwendung. Besonders bevorzugt ist es, wenn die verwendeten Partikel aus einer Substanz bestehen, die beim Eindringen in den Werkstoff im festen Aggregatzustand vorliegt und nach dem Eindringen in den Werkstoff selbsttätig sublimiert. Eine derartige Substanz eignet sich deshalb besonders gut zur Herstellung der Pärti- kel, da sie nach dem Sublimierungsvorgang rückstandsfrei gasförmig aus dem Werkstoff entweichen kann. Ferner ist die Effektivität der- Behandlung bei der Verwendung einer derartigen Substanz dadurch besonders groß, dass durch die mit dem Sublimie- ren verbundene Volumenvergrößerung im Inneren des Werkstoffs ein Gasstrom erzeugt wird, der an die Fasern oder Filamente Energie abgibt- Im Falle eines Vlieses kann durch diesen Gasstrom eine zusätzliche Verwirbelung der Fasern oder Filamente und damit einhergehend eine zusätzliche Verfestigung bewirkt werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des erfiridungsgemäßen Verfahrens, bei der die Partikel aus Trockeneis bestehen. Denn Trockeneispartikel sind besonders gut geeignet, da sie unter dem üblicherweise bei : der Anwendung des Verfahrens herrschenden Atmosphärendruck bereits bei minus 78,9⁰C unmittelbar vom festen Aggregatzustand in den gasförmigen übergehen, ohne dass eine Schmelzflüssigkeit entsteht. Ferner^, kann - eine ausreichende Belüftung vorausgesetzt - auf separates Auffangen des bei der Sublimierung entstehenden Kohlendioxyds verzichtet werden, da es in kleinen Konzentrationen ungiftig und nicht brennbar ist.

Aus dem Stand .der Technik ist die Verwendung von .Trockeneispartikeln zur Reinigung empfindlicher Festkörperoberflächen bekannt. Beispielsweise sei auf die DE 195 44 906 A1 und auf die EP 1 317 995 A1 verwiesen. Bei diesen Verfahren erfolgt die Rei- nigung der Oberfläche durch Übertragung des Impulses der Trockeneispartikel beim Auftreffen auf die Oberfläche auch auf die Verschmutzungen (ähnlich wie beim bekannten Sandstrahlen), wobei der Vorteil besteht, dass die Oberfläche sogleich gekühlt wird, was zur Versprödung und damit leichteren Entfembarkeit vieler Verschmutzungen führt. Auch ist eine Reinigung der behandelten Oberfläche von Partikelrückständen sowie ein Auffangen und Aufbereiten des Reinigungsguts .nicht notwendig. Hinweise darauf, Trockeneispartikel gemäß der vorliegenden Erfindung einzusetzen, sind diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.

Neben der Verwendung von festen Partikeln, die nach dem Eindringen in den Werk- stoff sublimieren, ist es bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls denkbar, für die Partikel eine Substanz zu wählen, die beim Eindringen in den

Werkstoff in flüssigem Aggregatzustand vorliegt und nach dem Eindringen . in den

Werkstoff selbsttätig verdampft. Der Energieeintrag in die Fasern oder Filamente -des

Werkstoffs findet dann durch Abbremsen der flüssigen Partikel und durch den im Inne- ren des Werkstoffs durch das Verdampfen bewirkten Gasstrom statt.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Partikel mittels eines auf den Werkstoff gerichteten Gasstromes beschleunigt werden. Der Gasstrom kann ein Druckluftstrom sein. ^' .

Eine zur Anwendung des .erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung um- fasst erfindungsgemäß einen Vorratbehälter für die Partikel, eine Einrichtung zur Erzeugung eines gegen den Werkstoff gerichteten Gasstroms, eine Einrichtung zur Zufuhr der Partikel in den Gasstrom und Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstoff und dem Auftreffbereich des Gasstromes auf den Werkstoff.

Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung, die - schematisch - eine Vorrichtung zur Vliesverfestigung durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, beispielhaft erläutert werden.

In diesem Beispiel wird eine von einem Gitter 1 getragene lockere Vliesschicht 2 in Richtung des Pfeiles P verlagert. Die Vliesschicht 2. wird hierbei unter einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Vorrichtung zur Abgabe von Partikeln 3 hindurch geleitet. Sie umfasst. einen Vorratsbehälter 4 für die Partikel 3, die bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel aus Trockeneis bestehen, der Vorratsbehälter 4 ist dementsprechend gekühlt. Über einen Partikelzulauf 5 ist der Vorratsbehälter 4 mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Druckluftstroms 6 verbunden, die ein Gebläse 7 zur Erzeugung des Druckluftstroms aufweist. Die Partikel 3 werden von dem Druckluftstrom mitgerissen und treffen im Bereich 8 auf die noch lockere Vliesoberfläche auf. Ihre kinetische Ener- gie ist so bemessen, dass die Partikel in das Volumen der Vliesschicht 2 eindringen.

Durch kurzzeitiges .Anfrieren zumindest eines Teils der Partikel findet ein erster Im- pulsübertrag auf einen Teil der Fasern bzw. Filamente statt. Bereits hierdurch wird eine Umorientierung und Verwirbelung dieser Fasern bzw. Filamente bewirkt. Die anschließende Erwärmung der Trockeneispartikel führt zur Sublimation. Durch den durch die Volumenvergrößerung bewirkten Gasstrom werden die Fasern bzw. Filamente zusätzlich durchmischt, was- eine weitere Verfestigung der Vliesschicht 2 zu einem Vliesstoff 9 bewirkt.

Es wird ersichtlich, dass der für die Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte apparative Aufwand gering ist.

Bezugszeichenliste:

Gitter 1

Vliesschicht 2

Partikel 3

Vorratsbehälter 4

Partikeizuiauf 5

Einrichtung 6

Gebläse 7

Bereich 8

Vliesstoff 9

Vorrichtung 100

Pfeil

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von faser- oder filamenthaltigen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff einem Partikelstrom ausgesetzt wird, wobei die Partikel eine kinetische Energie aufweisen, so dass sie in den Werkstoff eindringen und zumindest einen Teil ihrer kinetischen Energie an die Fasern oder Filamente des Werkstoffs abgeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Warenbahn aus Papier, Textil oder Vlies ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus einer Substanz bestehen, die beim Eindringen in den Werkstoff im festen Aggregatzustand vorliegt und nach dem Eindringen in den Werkstoff selbsttätig sublimiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz Partikel aus Trockeneis umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, . . dass die Partikel aus einer Substanz bestehen, die beim Eindringen in den Werkstoff im flüssigen Aggregatzustand vorliegen und nach dem Eindringen in den Werkstoff selbsttätig verdampft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ^' . dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel mittels eines auf den Werkstoff gerichteten Gasstromes beschleunigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom ein Druckluftstrom ist.

8. Vorrichtung zur Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Vorratsbehälter für die Partikel, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines gegen den Werkstoff gerichteten Gasstroms, mit einer Einrichtung zur Zufuhr der Partikel in den Gasstrom und mit Mitteln zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstoff und dem Auftreffbereich des Gasstromes auf den Werkstoff.