WO2009024397A1 - Verfahren zur herstellung eines dehnbaren, elastischen vliesstoffes auf polyesterfaserbasis - Google Patents

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Stefan Schatz
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Eswegee Vliesstoff Gmbh
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    • D06C7/00—Heating or cooling textile fabrics

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a stretchable, elastic polyester fiber-based nonwoven fabric with a high-shrinkage material portion, wherein the fiber mixture is dissolved and laid in a carding machine to the nonwoven, which has a transverse and longitudinal connection of the fibers, followed by a fixation of the polyester fibers, according to the preamble of claim 1.
  • Nonwovens are textile fabrics made of individual fibers, wherein solidification is necessary to ensure processability of the nonwoven.
  • the nonwovens can be differentiated according to the type and origin of the fiber types. So come z. As animal fibers, but also chemical fibers are used. Commonly used are fibers of polyester materials, including polyethylene terephthalate or polybutyl terephthalate.
  • Nonwovens are also used as inserts in the textile industry.
  • Such a special fixable textile fabric as a nonwoven fabric is disclosed in DE 10 2005 057 221 Al.
  • the fixable textile fabric comprises a carrier based on a nonwoven fabric, fabric, knitted fabric or knitted fabric, wherein the fabric is provided on one side with an adhesive mass coating. At least one additional layer of fibers having a predetermined functionality is applied to the adhesive mass coating. By this additional location z. B. a high elasticity of the fabric can be effected.
  • EP 0 815 305 B1 discloses a nonwoven fabric of thermoplastic fibers, in particular for use in disposable articles such as surgical throws or disposable garments.
  • the composite fibers used in this teaching comprise a polymer component with a higher melting point and a further polymer component. With a lower melting point, the higher melting polymer component of the fibers surrounds the lower melting polymer component in the bonded fabric and forms the outer surface along the length of the fibers to form a shell / core assembly.
  • the nonwoven fabric made from such composite fibers is said to have improved softness, feel and drapability, and ultimately lower abrasion.
  • curled composite fibers are previously known from EP 0 815 305 B1.
  • Such composite fibers contain at least two polymer components occupying different cross sections of the fibers.
  • polymers application which have different shrinkage properties. Ripples may result from the shrinkage difference between the polymer components in the fibers during or after the fiber spinning process. If a nonwoven fabric is created solely from composite fibers, then the binding ability is increased, but there is a relatively low abrasion resistance and the elastic properties are inadequate.
  • Polyester fibers are used here sentence, which have a high-shrinkage material content.
  • composite fibers are used which have a lower region and a region with higher shrinkage behavior, each with different shrinkage temperatures.
  • the fiber mixture is dissolved and placed in a carding machine to the nonwoven, so that a transverse and longitudinal connection of the fibers sets, with subsequent fixing of the polyester fibers is carried out.
  • the fixation of the polyester fibers can be effected by means of a thermal fixation at a typical treatment temperature for polyester fibers or high pressure water jets.
  • the consolidated web is then fed to a tenter under overfeed with sag, where it is subjected to further or supplementary heat treatment in order to initiate the shrinking process of the highly shrinking material portion of the polyester fiber.
  • further or supplementary temperature treatment a loss of area and curl of the fleece sets in, which ultimately results in the desired elasticity of the material in the longitudinal and transverse directions.
  • the treatment temperature for initiating the shrinking process of the high-shrinkage material is above the temperature of the thermal fixing in the first treatment step in this respect.
  • the residence time of the fleece in the thermal fixing process is limited in a preferred embodiment to a time which excludes a triggering of the shrinking process of the high-shrinkage material with certainty.
  • the fibrous web taken from the carding machine is compacted and taken back over random rollers in its predominant longitudinal orientation in order to achieve a transverse and longitudinal connection of the fibers in the nonwoven.
  • the thermal fixing can be carried out by means of a heating calender.
  • the lead in the clamping frame causes a material surplus, which can be up to 50%.
  • the material is guided by the clamping frame in a relatively unfixed state. Due to the selected temperature, which is above the temperature range for initiating the shrinking process of the high shrinkage fiber, the desired shrinking and crimping process takes place and the material loses surface area. This area represents the maximum later elasticity to which the material can be reversibly stretched.
  • the fibers used consist of two components, wherein a first component has regular shrinkage properties and a second component has a shrinkage behavior occurring at higher temperatures.
  • the fibers are preferably formed as composite fibers, wherein the components occupy different cross sections of the fibers.
  • a distribution of the components with the different shrinkage properties is approximately in the range of 50:50.
  • a specific curling of the nonwoven web during the temperature treatment is accompanied by a popping of the fiber ends, so that the material web surface obtains burring properties.
  • the obtained elastic and extensible nonwoven fabric can be treated in a further treatment step of a punctiform coating with a thermally activated be subjected to four-adhesive for the purpose of subsequent fixation on an outer fabric.
  • the fiber material used consists of 100% of a polyester fiber mixture (PES) which contains a proportion of highly shrinking polyester material.
  • PES polyester fiber mixture
  • Type 82 Used here is a composite fiber from Unitika Ltd. Type 82, in a mixture with standard PES fibers.
  • the Type 82 fiber consists of a conventional polyethylene terephthalate component and another polyethylene terephthalate component that has strength-dependent shrinkage properties. Both components are joined to a composite fiber, wherein the components based on the cross-section z. B. be equally distributed.
  • the material mixture is pre-dissolved on the opening train and then fed by means of a feeder of the card.
  • the carding dissolves the fiber material up to the individual fiber. Subsequently, the material mixture is compacted over the taker and taken up again by the drum.
  • the fibrous web thus present is solidified via a heating calender at a temperature typical for polyester fibers, wherein due to a correspondingly short residence time of the fibrous web in the heating zone, the shrinking process of the strongly shrinking material is not or only minimally triggered.
  • the triggering of the shrinking process of the highly shrinking material takes place in a tenter.
  • the material is advanced by the tenter under overfeed in a relatively unfixed state, i. H. with slack. Due to the selected temperature, which is in the range for triggering the shrinking process of the high-shrinkage fibers, the desired shrinking process takes place. Here, the material curls and loses surface. This area loss later indicates the degree of elasticity to which the material can be reversibly stretched.
  • the thus obtained longitudinally and transversely highly elastic nonwoven fabric may, if necessary, be coated and provided with a pressure-sensitive adhesive, wherein the pressure-sensitive adhesive serves for later bonding of the nonwoven fabric to an outer fabric.
  • the burring properties result from fiber ends that project upwards out of the plane of the material web and that can form a positive connection with the fibers or fiber ends of a nonwoven web that comes to lie over them.
  • the basis weight of the material in the original state in the range between 28 and 30g / m 2 at a thickness of 0.35 mm on average.
  • a maximum elastic elongation can be achieved in the longitudinal direction at 10-40% of the maximum permissible load and in the transverse direction at 8-45% of the maximum permissible load with complete reversibility.
  • the values of a preferred embodiment are 14% of the maximum permissible load in the longitudinal direction and 10% of the maximum permissible load in the transverse direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dehnbaren, elastischen Vliesstoffes auf Polyesterfaserbasis mit einem hochschrumpfenden Materialanteil, wobei die Fasermischung aufgelöst und in einer Krempel zum Vlies gelegt wird, welches eine Quer- und Längsverbindung der Fasern aufweist, wobei anschließend Fixierung der Polyesterfasern erfolgt. Erfindungsgemäß wird das verfestigte Vlies unter Voreilung mit Durchhang einem Spannrahmen zugeführt und dort einer weiteren oder ergänzenden Temperaturbehandlung ausgesetzt, um den Schrumpfprozess des hochschrumpfenden Materialanteils auszulösen mit der Folge eines Flächenverlusts und Kräuseln des Vlieses, so dass sich die gewünschte Elastizität im Material sowohl in Längs- als auch Querrichtung ergibt.

Description

Verfahren zur Herstellung eines dehnbaren, elastischen Vliesstoffes auf
Polyesterfaserbasis
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dehnbaren, elastischen Vliesstoffes auf Polyesterfaserbasis mit einem hochschrumpfenden Materialanteil, wobei die Fasermischung aufgelöst und in einer Krempel zum Vlies gelegt wird, welches eine Quer- und Längsverbindung der Fasern aufweist, wobei anschließend eine Fixierung der Polyesterfasern erfolgt, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vliesstoffe sind textile Flächengebilde aus einzelnen Fasern, wobei zur Sicherung einer Verarbeitbarkeit des Vlieses eine Verfestigung notwendig ist. Die Vliesstoffe lassen sich nach Art und Ursprung der Faserarten unterscheiden. So kommen z. B. tierische Fasern, aber auch chemische Fasern zum Einsatz. Verbreitet sind Fasern aus Polyestermaterialien, darunter Polyethylen- terephthalat oder Polybutylterephthalat.
Vliesstoffe werden auch als Einlage in der Textilindustrie verwendet. Ein derartiges spezielles fixierbares textiles Flächengebilde als Vliesstoff ist in der DE 10 2005 057 221 Al offenbart. Gemäß der dortigen Lösung umfasst das fixierbare textile Flächengebilde einen Träger auf der Basis eines Vliesstoffes, Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes, wobei das Flächengebilde auf einer Seite mit einer Haftmassenbeschichtung versehen ist. Auf der Haftmassenbe- schichtung ist wenigstens eine zusätzliche Lage aus Fasern, die eine vorgegebene Funktionalität aufweisen, aufgebracht. Durch diese zusätzliche Lage soll z. B. eine hohe Elastizität des Flächengebildes bewirkt werden.
Die EP 0 815 305 Bl zeigt einen Vliesstoff aus thermoplastischen Fasern, insbesondere zu dessen Verwendung für Wegwerfartikel, wie beispielsweise chirurgische Überwürfe oder Wegwerfkleidungsstücke.
Die bei dieser Lehre eingesetzten Verbundfasern umfassen eine Polymerkomponente mit einem höheren Schmelzpunkt sowie eine weitere Polymerkompo- nente mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, wobei die höher schmelzende Polymerkomponente der Fasern die niedriger schmelzende Polymerkomponente in dem gebundenen Textilmaterial umgibt und die äußere Oberfläche entlang der Länge der Fasern bildet, so dass sich eine Schale/Kernanordnung ergibt. Das aus derartigen Verbundfasern entstandene nicht gewebte Textilmaterial soll eine verbesserte Weichheit, einen verbesserten Griff sowie eine erhöhte Drapierfähigkeit aufweisen und letztendlich einen geringeren Abrieb besitzen.
Aus der EP 0 815 305 Bl sind darüber hinaus gekräuselte Verbundfasern vorbekannt. Derartige Verbundfasern enthalten mindestens zwei Polymerkomponenten, die unterschiedliche Querschnitte der Fasern einnehmen. Hierfür finden Polymere Anwendung, die unterschiedliche Schrumpfeigenschaften besitzen. Über den Schrumpfunterschied zwischen den Polymerkomponenten in den Fasern während oder nach dem Faserspinnverfahren können Kräuselungen entstehen. Wird ein Vlies allein aus Verbundfasern erstellt, dann ist zwar die Bindungsfähigkeit erhöht, jedoch liegt ein relativ geringer Abriebwiderstand vor und es sind die Elastizitätseigenschaften unzureichend .
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung eines dehnbaren, elastischen Vliesstoffes auf Polyesterfaserbasis mit einem hochschrumpfenden Materialanteil anzugeben, welches zu einem Vliesstoff führt, der sowohl in Längs- als auch Querrichtung über eine ausreichende Elastizität verfügt. Darüber hinaus ist anzustreben, dass das Vliesmaterial Kletteigenschaften besitzt, die so ausgeprägt sind, dass übereinander gelegte Vliesschichten ohne weiteres aneinander haften bleiben.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Demnach wird von einem an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Thermovliesstoffes ausgegangen. Es kommen hier Polyesterfasern zum Ein- satz, die einen hochschrumpfenden Materialanteil besitzen. Insbesondere werden Verbundfasern genutzt, die einen Bereich geringeren und einen Bereich mit höherem Schrumpfverhalten mit jeweils unterschiedlichen Schrumpfungstemperaturen aufweisen.
Die Fasermischung wird aufgelöst und in einer Krempel zum Vlies gelegt, so dass sich eine Quer- und Längsverbindung der Fasern einstellt, wobei anschließend eine Fixierung der Polyesterfasern vorgenommen wird .
Die Fixierung der Polyesterfasern kann mittels einer thermischen Fixierung bei einer für Polyesterfasern typischen Behandlungstemperatur oder mittel Hochdruckwasserstrahlen erfolgen.
Das verfestigte Vlies wird dann erfindungsgemäß unter Voreilung mit Durchhang einem Spannrahmen zugeführt und dort einer weiteren oder ergänzenden Temperaturbehandlung ausgesetzt, um den Schrumpfprozess des hochschrumpfenden Materialanteils der Polyesterfaser auszulösen. Infolge dieser weiteren oder ergänzenden Temperaturbehandlung stellt sich ein Flächenverlust und Kräuseln des Vlieses ein, welcher letztendlich die gewünschte Elastizität des Materials in Längs- und Querrichtung ergibt.
Die Behandlungstemperatur zum Auslösen des Schrumpfungsprozesses des hochschrumpfenden Materials liegt über der Temperatur des thermischen Fixierens im diesbezüglich ersten Behandlungsschritt.
Die Verweildauer des Vlieses im thermischen Fixierprozess ist bei einer bevorzugten Ausführungsform auf eine Zeit beschränkt, welche ein Auslösen des Schrumpfprozesses des hochschrumpfenden Materials mit Sicherheit ausschließt.
Bevorzugt wird der von der Krempel entnommene Faserflor verdichtet und über Wirrwalzen in seiner überwiegenden Längsorientierung zurückgenommen, um eine Quer- und Längsverbindung der Fasern im Vlies zu erreichen. Es ergibt sich hierbei die gewünschte Quer- und Längsverbindung der Fasern zueinander, welche den Zweck der angestrebten Längs- und Querelastizität des Endprodukts unterstützt.
Das thermische Fixieren kann mittels eines Heizkalanders vorgenommen werden.
Die Voreilung im Spannrahmen bewirkt einen Materialüberschuss, welcher bis zu 50% betragen kann. Mit anderen Worten wird das Material durch den Spannrahmen in einem relativ unfixierten Zustand geführt. Aufgrund der gewählten Temperatur, welche oberhalb des Temperaturbereichs zum Auslösen des Schrumpfprozesses der hochschrumpfenden Faser liegt, findet der gewünschte Schrumpf- und Kräuselungsprozess statt und es verliert das Material an Fläche. Diese Fläche repräsentiert die maximale spätere Elastizität, zu der sich das Material reversibel dehnen lässt.
Die eingesetzten Fasern bestehen aus zwei Komponenten, wobei eine erste Komponente reguläre Schrumpfungseigenschaften und eine zweite Komponente ein bei höheren Temperaturen auftretendes Schrumpfverhalten aufweist.
Derartige Fasern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sei hier auf die Darlegungen in der US 5,545,464 oder US 6,982, 118 verwiesen.
Demnach sind die Fasern bevorzugt als Verbundfasern ausgebildet, wobei die Komponenten unterschiedliche Querschnitte der Fasern einnehmen. Eine Verteilung der Komponenten mit den unterschiedlichen Schrumpfungseigenschaften liegt annähernd im Bereich von 50 : 50. Ein gezieltes Kräuseln der Vliesbahn während der Temperaturbehandlung geht mit einem Aufspringen der Faserenden einher, so dass die Materialbahnoberfläche Kletteigenschaften erhält.
Der erhaltene elastische und dehnbare Vliesstoff kann in einem weiteren Behandlungsschritt einer punktförmigen Beschichtung mit einem thermisch akti- vierbaren Kleber zum Zweck der späteren Fixierung auf einem Oberstoff unterzogen werden.
Erfindungsgemäß ist weiterhin der nach dem oben beschriebenen Verfahren als Verfahrensprodukt erhaltene Vliesstoff.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Das eingesetzte Fasermaterial besteht gemäß Ausführungsbeispiel zu 100% aus einer Polyesterfasermischung (PES), welche einen Anteil hochschrumpfenden Polyestermaterials enthält.
Zum Einsatz gelangt hier eine Verbundfaser der Firma Unitika Ltd . vom Typ 82, und zwar in einer Mischung mit Standard-PES-Fasern. Die Faser vom Typ 82 besteht aus einer üblichen Polyethylenterephthalat-Komponente und einer weiteren Polyethylenterephthalat-Komponente, die stärke temperaturabhängige Schrumpfungseigenschaften aufweist. Beide Komponenten sind zu einer Verbundfaser gefügt, wobei die Komponenten bezogen auf den Querschnitt z. B. gleichverteilt vorliegen.
Zunächst erfolgt eine an sich klassische Herstellung eines Thermovliesstof- fes, wobei der hochschrumpfende PES-Anteil nicht oder nur minimal zum Schrumpfen gebracht wird, und zwar durch eine entsprechende Einstellung der jeweiligen Maschinenparameter.
Die Materialmischung wird über den Öffnungszug voraufgelöst und dann mittels eines Speisers der Krempel zugeführt.
Die Krempel löst das Fasermaterial bis zur Einzelfaser auf. Anschließend wird das Materialgemenge über den Abnehmer verdichtet und vom Tambour wieder aufgenommen.
Mittels Wirrwalzen wird die im Vorfeld über die Auflösung der Fasermasse entstandene Längsorientierung in dem Material wieder etwas genommen, so dass sich eine Quer- und Längsverbindung der Fasern zueinander einstellt, welche den gewünschten Effekt der zu erhaltenden Längs- und Querelastizität unterstützt.
Der so vorliegende Faserflor wird über einen Heizkalander bei einer für Polyesterfasern typischen Temperatur verfestigt, wobei aufgrund einer entsprechenden geringen Verweilzeit des Faserflors in der Heizzone der Schrumpfprozess des stark schrumpfenden Materials nicht oder nur minimal ausgelöst wird .
Das Auslösen des Schrumpfprozesses des hochschrumpfenden Materials erfolgt in einem Spannrahmen.
Das Material wird durch den Spannrahmen unter Voreilung in einem relativ unfixierten Zustand, d. h. mit Durchhang geführt. Aufgrund der gewählten Temperatur, die im Bereich zum Auslösen des Schrumpfprozesses der hochschrumpfenden Fasern liegt, findet der gewünschte Schrumpfprozess statt. Hierbei kräuselt sich die Materialbahn und verliert an Fläche. Dieser Flächenverlust gibt später das Maß der Elastizität an, zu der sich das Material reversibel dehnen lässt.
Der so erhaltene in Längs- und Querrichtung hochelastische Vliesstoff kann, wenn notwendig, beschichtet und mit einem Haftkleber versehen werden, wobei der Haftkleber dem späteren Verbinden des Vliesstoffes mit einem Oberstoff dient.
Durch das Aufspringen der Faserenden im Hochschrumpfprozess entstehen die gewünschten Kletteigenschaften des Vliesstoffes.
Die Kletteigenschaften ergeben sich durch aus der Ebene der Materialbahn nach oben herausspringende Faserenden, die mit den Fasern oder Faserenden einer darüber zum Liegen kommenden Vliesstoffbahn in Formschluss treten können. Im Ergebnis einer Dehnbund-Grundvliesprüfung einer erfindungsgemäßen Probe befand sich das Flächengewicht des Materials im Urzustand im Bereich zwischen 28 und 30g/m2 bei einer Dicke von durchschnittlich 0,35mm.
Nach der Temperaturbehandlung im Hochschrumpfschritt stellte sich ein Flächengewicht von im Wesentlichen 48g/m2 bei einer Materialdicke von 0,75mm ein.
Eine maximale elastische Dehnung lässt sich in Längsrichtung bei 10 - 40 % der höchstzulässigen Kraftbeaufschlagung und in Querrichtung bei 8 - 45 % der höchstzulässigen Kraft bei vollständiger Reversibilität bewirken. Die Werte einer bevorzugten Ausführungsform liegen in Längsrichtung bei 14 % der höchstzulässigen Kraftbeaufschlagung und in Querrichtung bei 10 % der höchstzulässigen Kraft.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines dehnbaren, elastischen Vliesstoffes auf Polyesterfaserbasis mit einem hochschrumpfenden Materialanteil, wobei die Fasermischung aufgelöst und in einer Krempel zum Vlies gelegt wird, welches eine Quer- und Längsverbindung der Fasern aufweist, wobei anschließend eine Fixierung der Polyesterfasern erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das verfestigte Vlies unter Voreilung mit Durchhang einem Spannrahmen zugeführt und dort einer weiteren oder ergänzenden Temperaturbehandlung ausgesetzt wird, um den Schrumpfprozess des hochschrumpfenden Materialanteils auszulösen mit der Folge eines Flächenverlusts und Kräuseln des Vlieses, so dass sich die gewünschte Elastizität im Material sowohl in Längs- als auch in Querrichtung ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Fixierung der Polyesterfasern durch eine thermische Fixierung bei einer für Polyesterfasern typischen Behandlungstemperatur oder durch Hochdruckwasserstrahlen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungstemperatur zum Auslösen des Schrumpfprozesses des hochschrumpfenden Materials über der Temperatur zum thermischen Fixieren liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer des Vlieses im thermischen Fixierprozess auf eine Zeit beschränkt ist, welche ein Auslösen des Schrumpfprozesses des hochschrumpfenden Materials vollständig bzw. nahezu ausschließt.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Krempel entnommene Faserflor verdichtet und über Wirrwalzen in seiner überwiegenden Längsorientierung zurückgenommen wird, um eine Quer- und Längsverbindung der Fasern im Vlies zu erreichen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Fixieren durch einen Heizkalander vorgenommen wird .
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreilung einen Materialüberschuss im Spannrahmen bewirkt, welcher bis zu 50% beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge der eingesetzten Fasern aus zwei Komponenten besteht, wobei eine erste Komponente reguläre Schrumpfungseigenschaften und eine zweite Komponente ein bei höheren Temperaturen auftretendes Schrumpfen aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern als Verbundfasern ausgebildet sind .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten unterschiedliche Querschnitte der Fasern einnehmen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Komponenten annähernd im Bereich 50 : 50 gewählt ist.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gezieltes Kräuseln der Vliesbahn während der Temperaturbehandlung mit Aufspringen der Faserenden durchgeführt ist, wodurch der Bahnoberfläche Kletteigenschaften verliehen werden.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene Vliesstoff einer punktförmigen Beschichtung mit einem Kleber zum Zweck der späteren Fixierung auf einem Oberstoff unterzogen wird .
14. Vliesstoff, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche.
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