DE102017003361B4 - Element for light manipulation - Google Patents
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Abstract
Verwendung eines Nassvliesstoffs umfassenda1) 2-50 Gew.% Matrixfasern unda2) 50-98 Gew.% zumindest teilweise thermisch verschmolzene Bindefasern oderb1) 50-80 Gew.% Matrixfasern undb2) 20-50 Gew.% Bindemittel, als Lichtverteilungselement, dadurch gekennzeichnet, dass die Höchstzugkraft des Nassvliesstoffes in mindestens einer Richtung mindestens 4 mal so hoch ist wie die Höchstzugkraft orthogonal zu dieser mindestens einen Richtung.Use of a wet nonwoven comprisingda1) 2-50% by weight of matrix fibers anda2) 50-98% by weight of at least partially thermally fused binding fibers orb1) 50-80% by weight of matrix fibers andb2) 20-50% by weight of binder, as a light distribution element, characterized in that the maximum tensile strength of the wet nonwoven fabric in at least one direction is at least 4 times as high as the maximum tensile strength orthogonal to this at least one direction.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Nassvliesstoffs als Lichtverteilungselement sowie eine Lichtquelle umfassend ein derartiges Lichtverteilungselement.The invention relates to the use of a wet nonwoven fabric as a light distribution element and a light source comprising such a light distribution element.
Punktförmige Lichtquellen, wie zum Beispiel LED-Lampen, sind in vielen Anwendungen eine energieeffiziente Lichtquelle. Gleichzeitig ist es jedoch in vielen Fällen erwünscht eine Fläche, z.B. im Falle von LCD Bildschirmen, oder einen Raum, z.B. in der Verwendung als Lampe, möglichst homogen, mit gleichmäßig verteilter Lichtstärke zu beleuchten. Um dieses Ziel zu erreichen, können verschiedene Verteilungs- und/oder Diffusionsmedien, wie zum Beispiel Papiere, optische Spezialfolien oder Textilien eingesetzt werden. Neben einer gleichmäßigen Lichtverteilung sind in vielen Anwendungen weitere Lichtmanipulationen, wie zum Beispiel eine Kollimation des Lichts oder ein bestimmtes Verhältnis von Reflexion und Transmission erwünscht.Point light sources, such as LED lamps, are an energy-efficient light source in many applications. At the same time, however, in many cases it is desirable to illuminate an area, e.g. in the case of LCD screens, or a room, e.g. when used as a lamp, as homogeneously as possible, with evenly distributed light intensity. To achieve this goal, various distribution and / or diffusion media, such as papers, special optical films or textiles, can be used. In addition to uniform light distribution, other light manipulations, such as collimation of the light or a certain ratio of reflection and transmission, are desirable in many applications.
Papiere stellen sehr kostengünstige Diffusionselemente dar, die jedoch nur eine geringe Leuchtdichte haben. Mit der Verwendung optischer Spezialfolien können deutlich höhere Leuchtdichten erzielt werden. Nachteilig an ihnen ist jedoch, dass sie in der Regel nur aus einer Materialart bestehen. Für die Lichtmanipulation ist es jedoch oft notwendig Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices und anderen Eigenschaften in sehr kurzen Abständen zusammenzuführen. Durch den Einbau von Additiven, der Durchführung nachträglicher Oberflächenbehandlungen oder der Laminierung mehrerer Schichten können Folien zwar auf spezifische optische Eigenschaften eingestellt werden, jedoch bedarf dies weiterer kostenintensiver Prozessschritte. Im Falle mehrlagiger Spezialfolien ergibt sich ferner insbesondere unter Hitzeeinwirkung zusätzlich das Problem der potentiellen Delaminierung und/oder Deformierung aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien.Papers are very inexpensive diffusion elements, but they only have a low luminance. With the use of special optical foils, significantly higher luminance levels can be achieved. However, they have the disadvantage that they usually consist of only one type of material. For light manipulation, however, it is often necessary to bring materials with different refractive indices and other properties together at very short intervals. By incorporating additives, performing subsequent surface treatments or lamination of several layers, films can be adjusted to specific optical properties, but this requires additional cost-intensive process steps. In the case of multi-layer special films, the problem of potential delamination and / or deformation due to the different coefficients of thermal expansion of the materials used also arises, particularly when exposed to heat.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Verwendung von textilen Materialien, und insbesondere Vliesstoffen als Lichtverteilungselemente als günstig erwiesen, da die verschiedensten strukturellen und stofflichen Zusammensetzungen auf einfache Weise durch eine geeignete Auswahl von Fasermischung, Vlieslegung und Vliesverfestigung in einem Prozessablauf erzeugt werden können. Hierdurch können bei guter Performance die Herstellungskosten verglichen mit anderen Diffusionsmedien gering gehalten werden.Against this background, the use of textile materials, and in particular nonwovens, as light distribution elements has proven to be beneficial, since the most varied of structural and material compositions can be easily produced in one process by a suitable selection of fiber mixture, fleece laying and fleece consolidation. As a result, the manufacturing costs can be kept low compared to other diffusion media with good performance.
Aus der
In der
Die
In den genannten Druckschriften steht jeweils das Lichtsystem im Vordergrund. In Bezug auf die Einstellung der Vliesstoffeigenschaften zur Optimierung der Lichtdiffusionseigenschaften finden sich nur einzelne Hinweise.The lighting system is in the foreground in each of the publications mentioned. Regarding the setting of the nonwoven properties to optimize the light diffusion properties, there are only a few indications.
Nachteilig an den vorgenannten Vliesstoffen ist deren geringe Eigensteifigkeit insbesondere im Vergleich zu Diffusorfolien, so dass ein freihängender Einbau eines Vliesstoffes in eine Backlight Unit nur schwierig zu realisieren ist. Dies kann nur mit einem erheblichen konstruktiven Aufwand durch ein Abstützen des Vliesstoffes mit Stützstiften gelöst werden. Eine alternative Lösung wäre, das textile Diffusorelement in die Konstruktion unter Zugspannung einzubauen. Die oben beschriebenen Vliesstoffe weisen keine ausreichende Festigkeit für eingespannte Lösungen auf.The disadvantage of the aforementioned nonwovens is their low inherent rigidity, particularly in comparison to diffuser films, so that a freely suspended installation of a nonwoven in a backlight unit is difficult to implement. This can only be achieved with considerable structural effort by supporting the nonwoven fabric with support pins. An alternative solution would be to build the textile diffuser element into the construction under tensile stress. The nonwovens described above do not have sufficient strength for constrained solutions.
Ziel der Erfindung ist es also ein textiles Diffusormedium zu entwickeln, dass gute mechanische Festigkeiten in zumindest einer Richtung bei gleichzeitig zufriedenstellenden optischen Eigenschaften hat.The aim of the invention is therefore to develop a textile diffuser medium that has good mechanical strengths in at least one direction with at the same time satisfactory optical properties.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Nassvliesstoff als Lichtverteilungselement eingesetzt wird umfassend
- a1) 2-50 Gew.% Matrixfasern und
- a2) 50-98 Gew.% zumindest teilweise thermisch verschmolzene Bindefasern oder
- b1) 50-80 Gew.% Matrixfasern und
- b2) 20-50 Gew.% Bindemittel,
- a1) 2-50% by weight of matrix fibers and
- a2) 50-98% by weight of at least partially thermally fused binding fibers or
- b1) 50-80% by weight of matrix fibers and
- b2) 20-50% by weight binder,
Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass Nassvliesstoffe mit einem hohen Anteil, von mindestens 50 Gew.% Bindefasern oder mindestens 20 Gew.% Bindemittel und einer hohen Anisotropie der Höchstzugkraft hervorragend als Lichtverteilungselemente geeignet sind. Die Höchstzugkraft wurde dabei erfindungsgemäß mit der ISO 9073-3 bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Höchstzugkraft des Nassvliesstoffes in Maschinenrichtung (MD) mindestens 4 mal so hoch wie Höchstzugkraft orthogonal zu der Maschinenrichtung (CD).According to the invention it has been found that wet nonwovens with a high proportion of at least 50% by weight of binding fibers or at least 20% by weight of binding agent and a high anisotropy of the maximum tensile force are outstandingly suitable as light distribution elements. The maximum tensile force was determined according to the invention using ISO 9073-3. In a preferred embodiment of the invention, the maximum tensile force of the wet nonwoven fabric in the machine direction (MD) is at least 4 times as high as the maximum tensile force orthogonal to the machine direction (CD).
Durch die gewünschte mechanische Anisotropie lässt sich das erfindungsgemäße Lichtverteilungselement mit einer stark reduzierten Anzahl an Stützen unter erhöhter Zugspannung (parallel zur Orientierung) in eine Back Light Unit einbauen. Die Matrixfasern und Bindefasern sind erfindungsgemäß bevorzugt Stapelfasern, da Nassvliesstoffe bevorzugt aus Stapelfasern hergestellt werden. Erfindungsgemäß sind unter Stapelfasern, im Unterschied zu Filamenten, die eine theoretisch unbegrenzte Länge aufweisen, Fasern mit einer begrenzten Länge von vorzugsweise 0,5 mm bis 30 mm, noch bevorzugter von 1 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 1 bis 20 mm, zu verstehen. Vliesstoffe sind in der Norm ISO 9092 definiert. Unter einem Nassvliesstoff sind erfindungsgemäß Vliesstoffe zu verstehen, die mit einem Nasslegeverfahren hergestellt wurden. Nasslegeverfahren sind beispielsweise im Handbook of Nonwovens“ by S. Russel, Woodhead Publ. Ltd., 2007 beschrieben. Im folgenden wird der Einfachheit halber der Begriff „Nassvliesstoff“ auch mit „Vliesstoff“ abgekürzt.As a result of the desired mechanical anisotropy, the light distribution element according to the invention can be installed in a back light unit with a greatly reduced number of supports under increased tensile stress (parallel to the orientation). According to the invention, the matrix fibers and binding fibers are preferably staple fibers, since wet nonwovens are preferably made from staple fibers. According to the invention, staple fibers, in contrast to filaments which have a theoretically unlimited length, include fibers with a limited length of preferably 0.5 mm to 30 mm, more preferably from 1 mm to 25 mm, particularly preferably from 1 to 20 mm to understand. Nonwovens are defined in the ISO 9092 standard. According to the invention, a wet nonwoven is to be understood as meaning nonwovens which have been produced using a wet-laying process. Wet laying processes are described, for example, in the "Handbook of Nonwovens" by S. Russel, Woodhead Publ. Ltd., 2007. For the sake of simplicity, the term “wet nonwoven” is also abbreviated to “nonwoven” in the following.
Mit dem erfindungsgemäßen Vliesstoff können hohe Zugfestigkeiten bei gleichzeitig überraschend hoher Leuchtdichte und zusätzlich konstanter Diffusion des Lichtes bei guten Lichtintensitätsverteilungen punktförmiger Lichtquellen, wie beispielsweise LEDs, erzielt werden.With the nonwoven fabric according to the invention, high tensile strengths can be achieved with a surprisingly high luminance at the same time and, in addition, constant diffusion of the light with good light intensity distributions of point light sources such as LEDs.
Ohne sich erfindungsgemäß auf einen Mechanismus festzulegen, wird vermutet, dass die hohen Leuchtdichten auf eine hohe Orientierung der Fasern zurückzuführen sind, die in dem spezifischen Verhältnis der Höchstzugkräfte im Vliesstoff wiederspiegelt. Diese hohe Orientierung führt vermutlich zu einem hohen Anteil an parallel ausgerichteten Fasern, was zu einer sehr geordneten und hierdurch dichten Packungsstruktur der Fasern in dem Vliesstoff führt. Dies führt auch zu einer strukturellen Homogenisierung in Z- Richtung, das heißt senkrecht zur Fläche des Vliesstoffs und ermöglicht, dass die Anzahl der Reflektionen und Lichtbrechungen an Phasenübergängen bei Durchtritt des Lichtstrahls in Z-Richtung durch den Vliesstoff verringert werden kann. Hierdurch nimmt die Leuchtdichte, bei erstaunlich konstanter Diffusion des Lichtes, zu.Without committing to a mechanism according to the invention, it is assumed that the high luminance levels are due to a high orientation of the fibers, which is reflected in the specific ratio of the maximum tensile forces in the nonwoven. This high orientation presumably leads to a high proportion of fibers aligned in parallel, which leads to a very ordered and, as a result, dense packing structure of the fibers in the nonwoven fabric. This also leads to a structural homogenization in the Z direction, i.e. perpendicular to the surface of the nonwoven fabric and enables the number of reflections and light refractions at phase transitions when the light beam passes through the nonwoven fabric in the Z direction. This increases the luminance with an astonishingly constant diffusion of the light.
Zudem ermöglicht diese hohe Ordnung der Fasern eine Verbesserung des makroskopischen Vliessbildes sowie eine hohe Homogenität in z-Richtung.In addition, this high order of the fibers enables an improvement in the macroscopic fleece image as well as a high degree of homogeneity in the z-direction.
Durch die Verwendung von Bindefasern und/oder Bindemittel kann zudem eine gute Oberflächeneinbindung der Fasern, eine gleichmäßige Durchbindung des Vliesstoffs über seinen Querschnitt erzielt werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Leuchtdichte auswirkt.Through the use of binding fibers and / or binding agents, a good surface binding of the fibers and a uniform binding of the nonwoven fabric over its cross section can also be achieved, which also has an advantageous effect on the luminance.
Erfindungsgemäß sind die Bindefasern zumindest zum Teil verschmolzen, was ebenfalls einen vorteilhaften Einfluss auf die Leuchtdichte hat. Die Bindefasern können Bereiche aufweisen, die verschmolzen sind und Bereiche, die nicht verschmolzen sind. Erfindungsgemäß bevorzugt liegen die Bindefasern an zumindest einigen Faserkreuzungen, vorzugsweise an zumindest 40 %, oder zumindest an 50 %, oder zumindest an 60 %, oder zumindest an 70 %, oder zumindest an 80 %, oder zumindest an 90 % der Kreuzungspunkten verschmolzen vor.According to the invention, the binding fibers are at least partially fused, which also has an advantageous influence on the luminance. The binding fibers can have areas that are fused and areas that are not fused. According to the invention, the binding fibers are fused at at least some fiber crossings, preferably at least 40%, or at least 50%, or at least 60%, or at least 70%, or at least 80%, or at least 90% of the crossing points.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Matrixfasern Stapelfasern. Diese können Mono- oder Mehrkomponentenfasern sein. Aus Kostengründen kann es bevorzugt sein Monokomponentenfasern einzusetzen. Die mittleren Faserlängen betragen vorteilhafter Weise 1 mm bis 30 mm, noch bevorzugter von 2 mm bis 12 mm und insbesondere von 3 mm bis 6 mm.According to the invention, the matrix fibers are preferably staple fibers. These can be mono- or multi-component fibers. For reasons of cost, it may be preferable to use monocomponent fibers. The mean fiber lengths are advantageously 1 mm to 30 mm, more preferably from 2 mm to 12 mm and in particular from 3 mm to 6 mm.
Als Matrixfaser können erfindungsgemäß die verschiedensten Stapelfasern eingesetzt werden, beispielsweise Fasern die Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Viskose, Cellulose, Polyamide, insbesondere Polyamid 6 und Polyamid 6.6, bevorzugt Polyolefine und ganz besonders bevorzugt Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und Polybutylenterephthalat, und/oder Gemische hiervon enthalten und/oder hieraus bestehen.According to the invention, a wide variety of staple fibers can be used as matrix fibers, for example fibers comprising polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, viscose, cellulose, polyamides, in particular polyamide 6 and polyamide 6.6, preferably polyolefins and very particularly preferably polyesters, in particular polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate and polybutylene terephthalate, and / or mixtures thereof contain and / or consist of it.
Bei einem Nassvliesstoff, der einen Anteil an Bindefasern von mindestens 50 Gew.% aufweist (Option a) beträgt der Anteil an Matrixfasern erfindungsgemäß 2 bis 50 Gew.%, vorzugsweise von 2 bis 20 Gew.% und insbesondere von 5 bis 10 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Vliesstoffs.In the case of a wet nonwoven which has a proportion of binding fibers of at least 50% by weight (option a), the proportion of matrix fibers according to the invention is 2 to 50% by weight, preferably 2 to 20% by weight and in particular 5 to 10% by weight , each based on the total weight of the nonwoven.
Bei einem Nassvliesstoff, der einen Anteil an Bindemittel von mindestens 20 Gew.% aufweist (Option b) beträgt der Anteil an Matrixfasern erfindungsgemäß 50 bis 80 Gew.%, vorzugsweise von 55 bis 75 Gew.%, und insbesondere von 60 bis 70 Gew.% jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Vliesstoffs.In the case of a wet nonwoven with a binder content of at least 20% by weight (option b), the matrix fiber content is 50 to 80% by weight, preferably 55 to 75% by weight, and in particular 60 to 70% by weight, according to the invention. % in each case based on the total weight of the nonwoven.
Der mittlere Titer der Matrixfasern kann in Abhängigkeit von der gewünschten Struktur des Vliesstoffs variieren. Als günstig hat sich insbesondere die Verwendung von Matrixfasern mit einem mittleren Titer von 0,06 bis 1,7 dtex, vorzugsweise von 0,1 bis 1,0 dtex erwiesen.The mean titer of the matrix fibers can vary depending on the desired structure of the nonwoven fabric. The use of matrix fibers with an average titer of 0.06 to 1.7 dtex, preferably 0.1 to 1.0 dtex, has proven to be particularly favorable.
Praktische Versuche haben ergeben, dass die zumindest anteilige Verwendung von Mikrofasern mit einem mittleren Titer von weniger als 1 dtex, vorzugsweise von 0,1 bis 1 dtex als Matrixfasern sich vorteilhaft auf die Größe und Struktur der Porengrößen und innere Oberfläche sowie auf die Dichte des Vliesstoffs auswirkt. Dabei haben sich Anteile von mindestens 2 Gew.%, vorzugsweise von 5 bis 20 Gew.%, insbesondere von 5 bis 15 Gew.%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Fasern, als besonders günstig erwiesen.Practical tests have shown that the at least partial use of microfibers with an average titer of less than 1 dtex, preferably from 0.1 to 1 dtex as matrix fibers has an advantageous effect on the size and structure of the pore sizes and inner surface as well as on the density of the nonwoven affects. In this context, proportions of at least 2% by weight, preferably from 5 to 20% by weight, in particular from 5 to 15% by weight, based in each case on the total amount of fibers, have proven to be particularly favorable.
Als Bindefasern können die üblichen zu diesem Zweck verwendeten Fasern eingesetzt werden sofern sie zumindest teilweise thermisch verschmolzen werden können. Bindefasern können einheitliche Fasern oder auch Mehrkomponentenfasern sein. Erfindungsgemäß besonders geeignete Bindefasern sind Fasern, bei denen die bindende Komponente einen Schmelzpunkt aufweist, der unterhalb des Schmelzpunkts der zu bindenden Matrixfasern liegt, vorzugsweise unterhalb von 250°C, noch bevorzugter von 70 bis 235°C, noch bevorzugter von 125 bis 225°C, besonders bevorzugt von 150 bis 225°C. Geeignete Fasern sind insbesondere thermoplastische Polyester und/oder Copolyester, insbesondere PBT, Polyolefine, insbesondere Polypropylen, Polyamide, Polyvinylalkohol, sowie deren Copolymere und Gemische.The fibers commonly used for this purpose can be used as binding fibers, provided that they can be at least partially fused thermally. Binding fibers can be uniform fibers or also multi-component fibers. Binding fibers particularly suitable according to the invention are fibers in which the binding component has a melting point which is below the melting point of the matrix fibers to be bound, preferably below 250 ° C, more preferably from 70 to 235 ° C, even more preferably from 125 to 225 ° C , particularly preferably from 150 to 225 ° C. Suitable fibers are in particular thermoplastic polyesters and / or copolyesters, in particular PBT, polyolefins, in particular polypropylene, polyamides, polyvinyl alcohol, and their copolymers and mixtures.
Erfindungsgemäß besonders geeignete Bindefasern sind Mehrkomponentenfasern, vorzugsweise Bikomponentenfasern, insbesondere Kern/Mantel-Fasern. Kern/Mantel-Fasern enthalten mindestens zwei Faserpolymere mit unterschiedlicher Erweichungs- und/oder Schmelztemperatur. Bevorzugt bestehen die Kern/Mantel-Fasern aus diesen zwei Faserpolymeren. Dabei ist diejenige Komponente, die die niedrigere Erweichungs- und/oder Schmelztemperatur aufweist, an der Faseroberfläche (Mantel) und diejenige Komponente, die die höhere Erweichungs- und/oder Schmelztemperatur aufweist, im Kern zu finden.Binding fibers particularly suitable according to the invention are multicomponent fibers, preferably bicomponent fibers, in particular core / sheath fibers. Core / sheath fibers contain at least two fiber polymers with different softening and / or melting temperatures. The core / sheath fibers preferably consist of these two fiber polymers. The component which has the lower softening and / or melting temperature is to be found on the fiber surface (cladding) and the component which has the higher softening and / or melting temperature is to be found in the core.
Bei Kern/Mantel-Fasern kann die Bindefunktion durch die Materialien, die an der Oberfläche der Fasern angeordnet sind, ausgeübt werden. Für den Mantel können die verschiedensten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugte Materialien für den Mantel sind erfindungsgemäß Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Copolyamide und/oder auch Copolyester. Für den Kern können ebenfalls die verschiedensten Materialien eingesetzt werden. Bevorzugte Materialien für den Kern sind erfindungsgemäß Polyester (PES), insbesondere Polyetylenterephthalat (PET) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder Polyolefine (PO).In the case of core / sheath fibers, the binding function can be performed by the materials which are arranged on the surface of the fibers. A wide variety of materials can be used for the jacket. According to the invention, preferred materials for the jacket are polybutylene terephthalate (PBT), polyamide (PA), polyethylene (PE), copolyamides and / or copolyesters. A wide variety of materials can also be used for the core. According to the invention, preferred materials for the core are polyesters (PES), in particular polyethylene terephthalate (PET) and / or polyethylene naphthalate (PEN) and / or polyolefins (PO).
Die Verwendung von Kern-Mantel-Bindefasern ist erfindungsgemäß bevorzugt, da so eine besonders homogene Verteilung der Bindemittelkomponente im Vliesstoff erzielt werden kann.The use of core-sheath binding fibers is preferred according to the invention, since in this way a particularly homogeneous distribution of the binding agent component in the nonwoven can be achieved.
In praktischen Versuchen konnten mit PET-PBT-Bikomponentenfasern und/oder PET-CoPES-Bikomponentenfasern Vliesstoffe mit sehr guten Eigenschaften erhalten werden. Ebenfalls gute Ergebnisse konnten mit Fasern aus der Klasse der Polyolefine, wie insbesondere Polyethylen-Polypropylen-Bikomponentenfasern erzielt werden. Ebenfalls geeignet sind PEN-PET-Bikomponentenfasern.In practical tests, nonwovens with very good properties could be obtained with PET-PBT bicomponent fibers and / or PET-CoPES bicomponent fibers. Good results could also be achieved with fibers from the class of polyolefins, such as, in particular, polyethylene-polypropylene bicomponent fibers. PEN-PET bicomponent fibers are also suitable.
Ebenfalls denkbar ist jedoch auch die Verwendung von Monokomponentenbindefasern, sofern diese zumindest teilweise thermisch verschmolzen werden können. Die Wahl der Monokomponentenbindefasern hängt dabei von der eingesetzten Matrixfaser ab. Beispielsweise eignen sich Polyamid 6 Bindefasern für die Bindung von Polyamid 66 Matrixfasern und Copolyester-, PBT- bzw. unverstreckte Bindefasern für die Bindung von Polyetylenterephthalat.However, the use of monocomponent binding fibers is also conceivable, provided that these can be at least partially fused thermally. The choice of monocomponent binding fibers depends on the matrix fiber used. For example, polyamide 6 binding fibers are suitable for the Binding of polyamide 66 matrix fibers and copolyester, PBT or undrawn binding fibers for binding polyethylene terephthalate.
Die mittleren Faserlängen der Bindefasern betragen vorteilhafter Weise 1 mm bis 30 mm, noch bevorzugter von 1,5 mm bis 12 mm und insbesondere von 3,0 mm bis 6,0 mm.The mean fiber lengths of the binding fibers are advantageously from 1 mm to 30 mm, more preferably from 1.5 mm to 12 mm and in particular from 3.0 mm to 6.0 mm.
Der Anteil an Bindefasern (Option a) beträgt erfindungsgemäß 50 bis 98 Gew.%, vorzugsweise von 80 bis 97 Gew.% und insbesondere von 90 bis 95 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Vliesstoffs.According to the invention, the proportion of binding fibers (option a) is 50 to 98% by weight, preferably 80 to 97% by weight and in particular 90 to 95% by weight, based in each case on the total weight of the nonwoven fabric.
Der mittlere Titer der Bindefasern kann in Abhängigkeit von der gewünschten Struktur des Vliesstoffs variieren. Als günstig hat sich die Verwendung von Bindefasern mit einem mittleren Titer von 0,2 bis 2,2 dtex, vorzugsweise von 0,8 bis 1,3 dtex erwiesen.The mean titer of the binding fibers can vary depending on the desired structure of the nonwoven fabric. The use of binding fibers with an average titer of 0.2 to 2.2 dtex, preferably 0.8 to 1.3 dtex, has proven to be favorable.
Die Bindefasern können durch eine Thermofusion untereinander und/oder mit den Matrixfasern des Vliesstoffs verbunden werden. Als besonders geeignet hat sich die Verfestigung mittels durchströmender Heißluft in einem Heißluftbandofen und/oder auf einer von heißer Luft durchströmten Trommel erwiesen.The binding fibers can be connected to one another and / or to the matrix fibers of the nonwoven fabric by thermofusion. Solidification by means of hot air flowing through has proven to be particularly suitable in a hot air belt oven and / or on a drum through which hot air flows.
Eine Dickenkalibrierung kann zwischen 2 glatten Kalanderwalzen eingestellt werden. Die zur Herstellung des Vliesstoffs eingesetzten Fasern können grundsätzlich verschiedene Farben aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch weisse Fasern eingesetzt.A thickness calibration can be set between 2 smooth calender rolls. The fibers used to produce the nonwoven fabric can in principle have different colors. According to a preferred embodiment of the invention, however, white fibers are used.
Der Querschnitt der Fasern, unabhängig davon, ob Homofil- oder Mehrkomponentenfasern vorliegen, kann rund, oval, oberflächlich gerillt, sternchenförmig, bändchenförmig, tri- oder multilobal ausgebildet sein. Erfindungsgemäß bevorzugt ist der Querschnitt der Fasern rund ausgebildet. The cross-section of the fibers, regardless of whether homofil or multi-component fibers are present, can be round, oval, superficially grooved, star-shaped, ribbon-shaped, tri- or multilobal. According to the invention, the cross section of the fibers is preferably round.
Die den erfindungsgemäßen Nassvliesstoff aufbauenden Fasern können mechanisch oder aerodynamisch gereckt oder verstreckt worden sein. An der Verwendung derartiger Fasern ist vorteilhaft, dass orientierte Fasern einen höheren E-Modul und somit eine zugsweise höhere Festigkeit aufweisen. Es ist auch denkbar, den verstreckten Fasern solche entweder des gleichen oder unterschiedlichen Polymeraufbaues zuzumischen, die nur teilweise (partiell) oder überhaupt nicht verstreckt worden sind.The fibers making up the wet nonwoven according to the invention can have been stretched or drawn mechanically or aerodynamically. The advantage of using such fibers is that oriented fibers have a higher modulus of elasticity and thus preferably a higher strength. It is also conceivable to add fibers of either the same or different polymer structure to the drawn fibers which have only been partially (partially) drawn or not drawn at all.
Die mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Nassvliesstoffe sind vorzugsweise mittels thermischer Bindung, insbesondere durch den Einsatz von Bindefasern gebunden. Denkbar ist aber auch, dass die Nassvliesstoffe alternativ oder zusätzlich chemisch verfestigt sind. In dieser Ausführungsform der Erfindung beträgt der Mengenanteil des Bindemittels mindestens 20 Gew.%, vorzugsweise von 30 bis 50 Gew.%.The wet nonwovens produced by the method according to the invention are preferably bound by means of thermal bonding, in particular by using binding fibers. However, it is also conceivable that the wet nonwovens are alternatively or additionally chemically bonded. In this embodiment of the invention, the proportion of the binder is at least 20% by weight, preferably from 30 to 50% by weight.
Als Bindemittel haben sich für die erfindungsgemäße Verwendung insbesondere Acrylatpolymere als geeignet erwiesen, da diese eine besonders gute Lichtbeständigkeit haben. Besonders bevorzugt sind dabei Polyacrylsäureester, die aus Estern der Acrylsäure hergestellt werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, können Polyacrylsäureester über radikalische Kettenpolymerisation in wässrigen Lösungen, Emulsionen (Emulsionspolymerisation) oder durch Substanzpolymerisation mit einem Endprodukt als Pulver hergestellt werden.Acrylate polymers in particular have proven to be suitable as binders for the use according to the invention, since they have particularly good light resistance. Polyacrylic acid esters which are produced from esters of acrylic acid are particularly preferred. As is known to the person skilled in the art, polyacrylic acid esters can be prepared via free radical chain polymerisation in aqueous solutions, emulsions (emulsion polymerisation) or via bulk polymerisation with an end product as a powder.
Praktische Versuche haben ergeben, dass hydrophile Bindemittel in Kombination mit den erfindungsgemäß bevorzugten Matrixfasern besonders geeignet sind, da sie besonders flächige Spannsegel an den Kreuzungspunkten von Fasern ausbilden können, was sich vorteilhaft auf die Lichtverteilungseigenschaften des Vliesstoffs auswirkt. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann die Hydrophilie eines Bindemittels beispielsweise dadurch erhöht werden, dass Benetzungsmittel zugegeben werden, beispielsweise um die Binderverteilung zu beeinflussen. Durch die Gegenwart von Emulgatoren bzw. Netzmitteln in der Bindemitteldispersion wird die Oberflächenspannung erniedrigt, die Netzfähigkeit des Bindemittels nimmt zu und die filmbildenden Eigenschaften werden dadurch verbessert.Practical tests have shown that hydrophilic binders are particularly suitable in combination with the matrix fibers preferred according to the invention, since they can form particularly flat tension sails at the intersection points of fibers, which has an advantageous effect on the light distribution properties of the nonwoven. As is known to the person skilled in the art, the hydrophilicity of a binder can be increased, for example, by adding wetting agents, for example in order to influence the distribution of the binder. The presence of emulsifiers or wetting agents in the binder dispersion lowers the surface tension, increases the wetting ability of the binder and improves the film-forming properties.
Unter einem Benetzungsmittel sind natürliche oder synthetische Stoffe zu verstehen, die in Lösung oder in Mischungen Oberflächenspannungen von Wasser oder anderen Flüssigkeiten herabsetzen, so dass diese besser in Oberflächen fester Körper eindringen und sie unter Verdrängung von Luft durchtränken und benetzen können.A wetting agent is to be understood as meaning natural or synthetic substances which, in solution or in mixtures, reduce surface tensions of water or other liquids so that they can better penetrate the surfaces of solid bodies and soak and wet them while displacing air.
Bevorzugt wird ein Benetzungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Ethylenoxid/Fett-Alkoholether, Fettsäure-Ethoxylaten, Sulfonate, ArylSulfonsäuren, Phosphorsäureester-Glykolether.A wetting agent is preferably selected from the group consisting of: ethylene oxide / fatty alcohol ethers, fatty acid ethoxylates, sulfonates, aryl sulfonic acids, phosphoric acid ester glycol ethers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Bindemittel mindestens ein Benetzungsmittel in einer Menge von mindestens 0,5 Gew.%, vorzugsweise von 0,5 Gew.% bis 5 Gew.%, noch bevorzugter von 0,5 Gew.% bis 3 Gew.% oder von 1 Gew.% bis 3 Gew, noch bevorzugter von 0,5 Gew.%, bis 2 Gew.%, oder von 1 Gew.%, bis 2 Gew.%, noch bevorzugter von 0,5 Gew.% bis 1,5 Gew.% oder von 1 Gew.% bis 1,5 Gew.%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des Bindemittels.According to a preferred embodiment of the invention, the binder contains at least one wetting agent in an amount of at least 0.5% by weight, preferably from 0.5% by weight to 5% by weight, even more preferably from 0.5% by weight to 3% by weight .% or from 1% by weight to 3% by weight, more preferably from 0.5% by weight to 2% by weight, or from 1% by weight to 2% by weight, even more preferably from 0.5% by weight up to 1.5% by weight or from 1% by weight to 1.5% by weight, based in each case on the total amount of the binder.
Die zur Herstellung des Vliesstoffs eingesetzten Polymere können zumindest ein Additiv, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Farbpigmenten, Antistatika, oder Hydrophilierungs- oder Hydrophobierungs-Additive in einer Menge von 150 ppm bis 10 Gew.%, enthalten. Die Verwendung der genannten Additive in den eingesetzten Polymeren gestattet die Anpassung an kundenspezifische Anforderungen.The polymers used to produce the nonwoven fabric can contain at least one additive selected from the group consisting of color pigments, antistatic agents, or hydrophilicizing or hydrophobicizing additives in an amount of 150 ppm to 10% by weight. The use of the additives mentioned in the polymers used allows adaptation to customer-specific requirements.
Zur Steuerung der Diffusionseigenschaften des Vliesstoffs können die Matrix- und/oder Bindefasern ferner Mattierungsmittel, wie Titandioxid, enthalten. Zu diesem Zweck haben sich insbesondere Anteile von 150 ppm bis 10 Gew.%, Mattierungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht des Vliesstoffs, als zweckmäßig erwiesen. Ebenfalls denkbar ist der Zusatz von lichtwellenlängenmodulierenden Additiven (z. B. opt. Aufheller).To control the diffusion properties of the nonwoven fabric, the matrix and / or binding fibers can also contain matting agents, such as titanium dioxide. For this purpose, in particular proportions of 150 ppm to 10% by weight of matting agent, based on the total weight of the nonwoven, have proven to be expedient. The addition of additives modulating light wavelengths (e.g. optical brighteners) is also conceivable.
Denkbar ist ferner den Vliesstoff flammenhemmend auszurüsten, beispielsweise mit einem Phosphonsäurederivat. Hierdurch kann die Brandgefahr bei Kontakt mit heißen Lichtquellen verringert werden.It is also conceivable to give the nonwoven a flame-retardant finish, for example with a phosphonic acid derivative. This can reduce the risk of fire on contact with hot light sources.
Grundsätzlich ist denkbar den Vliesstoff in Form eines Lagenverbunds einzusetzen. So könnten die weiteren Lagen als Verstärkungslagen, beispielsweise in Form eines Scrims ausgebildet sein und/oder Verstärkungsfilamente, Vliesstoffe, Gewebe, Gewirke, Folien, beispielweise transparente Folien, opake Folien, lichtlenkende Folien und/oder Gelege umfassen. Erfindungsgemäß bevorzugt weist der Vliesstoff jedoch einen einschichtigen Aufbau auf, da hierdurch optische Störungen durch Grenzflächenübergänge vermieden werden können.In principle, it is conceivable to use the nonwoven fabric in the form of a composite layer. The further layers could be designed as reinforcement layers, for example in the form of a scrim, and / or include reinforcement filaments, nonwovens, woven fabrics, knitted fabrics, foils, for example transparent foils, opaque foils, light-directing foils and / or scrims. According to the invention, however, the nonwoven fabric preferably has a single-layer structure, since this avoids optical disturbances due to interface transitions.
Die Flächengewichte des erfindungsgemäßen Vliesstoffs können in Abhängigkeit von dem jeweiligen speziellen Anwendungszweck eingestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Flächengewicht des Vliesstoffs, gemessen nach DIN EN 29073 von 40 bis 160 g/m2, noch bevorzugter von 70 bis 140 g/m2 und insbesondere von 80 bis 120 g/m2. Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Gewichtsbereichen genügend Fasermasse vorhanden ist, um einen Vliesstoff mit ausreichender Eigensteifigkeit und einer planen Lage (kein Schüsseln) zu erhalten. Auch in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Vliesstoff einen einschichtigen Aufbau aufweist. Einschichtige Vliesstoffe zeigen nämlich nur eine geringe Schüsselneigung, da keine Lagenspannungen auftreten.The basis weights of the nonwoven fabric according to the invention can be adjusted depending on the particular application. According to a preferred embodiment of the invention, the basis weight of the nonwoven, measured according to DIN EN 29073, is from 40 to 160 g / m 2 , more preferably from 70 to 140 g / m 2 and in particular from 80 to 120 g / m 2 . It has been shown that in these weight ranges there is enough fiber mass to obtain a nonwoven fabric with sufficient inherent rigidity and a flat layer (no bowls). In this context, too, it is advantageous if the nonwoven has a single-layer structure. Single-layer nonwovens show only a slight bowl inclination, since no layer tensions occur.
Die Dicke des Vliesstoffs gemessen nach Prüfvorschrift EN 29073 - T2 beträgt vorzugsweise von 60 bis 180 µm und insbesondere von 80 bis 140 µm.The thickness of the nonwoven, measured in accordance with test specification EN 29073 - T2, is preferably from 60 to 180 μm and in particular from 80 to 140 μm.
Praktische Versuche haben ergeben, dass die Leuchtdichteverteilung verbessert werden kann, indem die Dichte des Vliesstoffs erhöht wird. Vor diesem Hintergrund beträgt die Dichte des Vliesstoffs (Rohdichte berechnet aus Flächengewicht und Dicke) vorzugsweise mindestens 0,4 g/cm3, beispielsweise 0,4 bis 1 g/cm3, und noch bevorzugter von 0,6 bis 0,9 g/cm3. Die Dichte des Vliesstoffs kann beispielsweise durch Verdichtungs-/Kalandrierschritte bei der Herstellung das Vliesstoffs erhöht werden.Practical tests have shown that the luminance distribution can be improved by increasing the density of the nonwoven fabric. Against this background, the density of the nonwoven fabric (gross density calculated from weight per unit area and thickness) is preferably at least 0.4 g / cm 3 , for example 0.4 to 1 g / cm 3 , and even more preferably from 0.6 to 0.9 g / cm 3 . The density of the nonwoven can be increased, for example, by compression / calendering steps in the manufacture of the nonwoven.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vliesstoffs ist darin zu sehen, dass er eine besonders hohe Gleichmäßigkeit aufweist. Dies spiegelt sich zum Beispiel in einem sehr gleichmäßigen Helligkeitseindruck (Leuchtdichte, [L]=cd/m2) wieder. Dies zeigt sich bei Leuchtdichtemessungen über eine definierte Fläche unter Verwendung einer ortsauflösenden Leuchtdichtekamera. Hierbei ergibt sich, dass die einzelnen Leuchtdichtewerte L(x,y) innerhalb einer definierten Fläche eine geringe Streuung (Standardabweichung σ) aufweisen. Dies ist gleichbedeutend zu einer homogeneren Ausleuchtung einer Fläche.Another advantage of the nonwoven fabric according to the invention is that it has a particularly high degree of uniformity. This is reflected, for example, in a very even impression of brightness (luminance, [L] = cd / m2). This can be seen in luminance measurements over a defined area using a spatially resolving luminance camera. The result is that the individual luminance values L (x, y) have a low scatter (standard deviation σ) within a defined area. This is equivalent to a more homogeneous illumination of an area.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Vliesstoff Luftdurchlässigkeiten gemäß
Die Porosität des Vliesstoffs, berechnet aus der Dicke, dem Gewicht und den Dichten der verwendeten Materialien (P =(1-FG/(d ·δ))·100 wobei FG das Flächengewicht in kg/m2, d die Dicke in m und δ die Dichte in kg/m3 ist) beträgt vorzugsweise von 40 bis 60 %.The porosity of the nonwoven, calculated from the thickness, weight and densities of the materials used (P = (1-FG / (d · δ)) · 100 where FG is the weight per unit area in kg / m 2 , d is the thickness in m and δ is the density in kg / m 3 ) is preferably from 40 to 60%.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff ist ein Nassvliesstoff, der mit einem Nasslegeverfahren hergestellt werden kann. Hierbei kann die erfindungsgemäße Anisotropie der Höchstzugkräfte auf dem Fachmann bekannte Weise, durch eine gezielt orientierte Ablegung der Fasern erhalten werden. Dies kann konkret durch spezifische maschinelle Einstellungen im Stoffauflauf erzielt werden, insbesondere durch ein Ablegen der Faserdispersion auf einem Siebband, wobei die Siebband- und Anströmungsgeschwindigkeiten der Faserdispersion gezielt zueinander eingestellt werden. Das Ablegen der Faserdispersion kann, wie dem Fachmann bekannt ist, beispielsweise in einem Hydroformer erfolgen.The nonwoven fabric according to the invention is a wet nonwoven fabric which can be produced using a wet-laying process. Here, the anisotropy of the maximum tensile forces according to the invention can be obtained in a manner known to the person skilled in the art, through a specifically oriented depositing of the fibers. This can concretely be achieved by specific machine settings in the headbox, in particular by depositing the fiber dispersion on a sieve belt, the sieve belt and flow velocities of the fiber dispersion being set in a targeted manner with respect to one another. As is known to the person skilled in the art, the fiber dispersion can be deposited, for example, in a hydroformer.
Der erfindungsgemäße Nassvliesstoff kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das folgende Schritte umfasst:
- • Bildung einer wässrigen Faserdispersion durch Dispergieren einer Fasermischung umfassend Matrixfasern und gegebenenfalls Bindefasern, in einem wässrigen Medium;
- • Ablegen der Faserdispersion auf einem Siebband, wobei die Siebband- und Anströmungsgeschwindigkeiten der Faserdispersion relativ zueinander derart eingestellt werden, dass die Höchstzugkraft des finalen Nassvliesstoffes in mindestens einer Richtung mindestens 4 mal so hoch ist wie die Höchstzugkraft orthogonal zu dieser mindestens einen Richtung;
- • Entwässerung der Faserdispersion unter Ausbildung eines Nassvlieses;
- • gegebenenfalls Zugabe eines Bindemittels;
- • Trocknen, gegebenenfalls thermisch binden und Kalandrieren des Nassvlieses, um dieses zu einem Nassvliesstoff zu verfestigen und dessen Dicke einzustellen.
- • Formation of an aqueous fiber dispersion by dispersing a fiber mixture comprising matrix fibers and optionally binding fibers, in an aqueous medium;
- • Placing the fiber dispersion on a sieve belt, the sieve belt and flow velocities of the fiber dispersion being adjusted relative to one another in such a way that the maximum tensile force of the final wet nonwoven fabric in at least one direction is at least 4 times as high as the maximum tensile force orthogonal to this at least one direction;
- • Dewatering of the fiber dispersion with the formation of a wet fleece;
- • optionally adding a binder;
- • Drying, if necessary thermally binding and calendering the wet nonwoven in order to consolidate it into a wet nonwoven and to adjust its thickness.
Die Bildung der wässrigen Faserdispersion kann auf im Bereich der Nassvliesstoffherstellung übliche Art und Weise durch Mischen der Fasern mit Wasser erfolgen.The aqueous fiber dispersion can be formed in the manner customary in the field of wet nonwoven production by mixing the fibers with water.
Zur Bildung der Faserdispersion werden die Bindefasern und Matrixfasern, vorzugsweise jeweils in einer solchen Menge eingesetzt, dass das Verhältnis von Bindefasern und Matrixfasern in der Faserdispersion von 1:1 bis zu 20:1, vorzugsweise von 5:1 bis zu 10:1 beträgt.To form the fiber dispersion, the binding fibers and matrix fibers are preferably used in an amount such that the ratio of binding fibers and matrix fibers in the fiber dispersion is from 1: 1 to 20: 1, preferably from 5: 1 to 10: 1.
Die Faserdispersion kann neben den Bindefasern und Matrixfasern noch weitere Komponenten, beispielsweise Mattierungsmittel, Bindemittel und/oder übliche Zusatzstoffe, beispielsweise Netzmittel enthalten.In addition to the binder fibers and matrix fibers, the fiber dispersion can also contain further components, for example matting agents, binders and / or customary additives, for example wetting agents.
Die Entwässerung der Faserdispersion unter Ausbildung des Nassvlieses kann ebenfalls auf im Bereich der Nassvliesstoffherstellung übliche Art und Weise beispielsweise durch Austragen der Mischung auf ein Sieb und Absaugen des Wassers geschehen.The dewatering of the fiber dispersion with the formation of the wet nonwoven can also take place in the manner customary in the field of wet nonwoven production, for example by discharging the mixture onto a sieve and sucking off the water.
Der Vliesbildung kann sich ein Trocknungs- beziehungsweise Vorverfestigungsschritt, beispielsweise über Trommeln mit Heißluft anschließen. Die Temperaturen können hierbei im Bereich von 100 bis 235° C liegen.The formation of the fleece can be followed by a drying or pre-consolidation step, for example using drums with hot air. The temperatures here can be in the range from 100 to 235 ° C.
Der gebildete und gegebenenfalls vorverfestigte Vliesstoff kann anschließend kalandriert werden. Die Kalandrierung bewirkt ein Kompaktieren des Nassvliesstoffes und gegebenenfalls ein autogenes Verschweißen der unter den Verfestigungsbedingungen schmelzaktivierten Fasern oder Faserbestandteilen.The formed and optionally pre-consolidated nonwoven can then be calendered. The calendering causes a compacting of the wet nonwoven fabric and, if necessary, an autogenous welding of the fibers or fiber components that are melt-activated under the consolidation conditions.
Die Kalandrierung erfolgt durch Hitze und Druck. Geeignete Temperaturen sind in Abhängigkeit von der Art der für die Herstellung des Nassvliesstoffs verwendeten Fasern in der Regel 100 bis 250°C.Calendering is carried out using heat and pressure. Suitable temperatures are generally 100 to 250 ° C., depending on the type of fibers used for the production of the wet nonwoven fabric.
Im Falle der Verwendung von Polyolefinfasern werden in Abhängigkeit von der jeweils eingesetzten olefinischen Faser oder Faserkomponente Kalandertemperaturen von typischerweise 100 bis 160 °C verwendet. Die Kalanderbedingungen sind ganz besonders auf das Schmelz- und Erweichungsverhalten der im Einzelfall eingesetzten Polymere abzustimmen. Beim Einsatz von Polyesterbindefasern betragen die Kalandertemperaturen typischerweise 170 bis 230°C.If polyolefin fibers are used, calender temperatures of typically 100 to 160 ° C. are used, depending on the particular olefinic fiber or fiber component used. The calender conditions are to be coordinated in particular with the melting and softening behavior of the polymers used in the individual case. When using polyester binding fibers, the calender temperatures are typically 170 to 230 ° C.
Der Kalander besteht üblicherweise aus zwei glatten Walzen. In Einzelfällen, bei denen eine strukturierte Oberfläche gewünscht wird, kann eine Walze auch ein Prägemuster aufweisen.The calender usually consists of two smooth rolls. In individual cases where a structured surface is desired, a roller can also have an embossed pattern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kalandrierung und/oder Vorverfestigung des Vliesstoffs so durchgeführt, dass ein zumindest teilweises Aufschmelzen der Bindefasern erzielt wird, wodurch sich spannsegelartige und/oder sphärische Bereiche verschmolzener Binderfasern ausbilden können. Dabei werden die Druck- und Temperaturparameter des Kalandrier- und/oder Vorverfestigungsschritts sowie dessen Dauer zweckmäßigerweise auf die Art der verwendeten Bindefasern und die gewünschte Anzahl bzw. Ausdehnung der verschmolzenen Bereiche abgestimmt.According to a preferred embodiment of the invention, the calendering and / or pre-consolidation of the nonwoven fabric is carried out in such a way that at least partial melting of the binding fibers is achieved, as a result of which tension sail-like and / or spherical areas of fused binding fibers are formed can. The pressure and temperature parameters of the calendering and / or pre-consolidation step and its duration are expediently matched to the type of binding fibers used and the desired number or extent of the fused areas.
Der erfindungsgemäße Mikrofaser-Verbundvliesstoff eignet sich hervorragend als Lichtverteilungselement. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Lichtquelle umfassend mindestens ein Beleuchtungsmittel und einen wie vorangehend beschriebenen Vliesstoff als Lichtverteilungselement.The microfiber composite nonwoven according to the invention is outstandingly suitable as a light distribution element. Another object of the present invention is a light source comprising at least one lighting means and a nonwoven fabric as described above as a light distribution element.
Als Beleuchtungsmittel eignen sich insbesondere punktförmige Lichtquellen, wie LED's und/oder lineare Lichtquellen wie CCFLs „Cold Cathode Fluorescent Lamp“. Dabei werden unter LED's „light emitting diode“ lichtemittierende Dioden verstanden, die Licht in Wellenlängenbereichen vom Infrarot bis UV Licht emittieren können. Unter LED's sollen die verschiedensten Arten von lichtemittierenden Dioden verstanden werden einschließlich organische, anorganische oder laserbasierte Dioden.Point-like light sources such as LEDs and / or linear light sources such as CCFLs “Cold Cathode Fluorescent Lamp” are particularly suitable as lighting means. In this context, LEDs “light emitting diodes” are understood to be light-emitting diodes that can emit light in wavelength ranges from infrared to UV light. LEDs are to be understood as meaning the most varied types of light-emitting diodes, including organic, inorganic or laser-based diodes.
Die erfindungsgemäße Lichtquelle kann für die verschiedensten Beleuchtungszwecke, beispielsweise zur Raumbeleuchtung und/oder Nachrichtenübermittlung dienen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtquelle zur Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallbildschirmen (LCD) eingesetzt.The light source according to the invention can be used for a wide variety of lighting purposes, for example for room lighting and / or communication. According to a preferred embodiment of the invention, the light source is used for backlighting liquid crystal screens (LCD).
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Beispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of several examples.
Beispiel 1: Herstellung des Nassvliesstoffs 1 (Vergleichsbeispiel)Example 1: Production of the wet nonwoven fabric 1 (comparative example)
Der Nassvliesstoff 1 wird in einem Nasslegeverfahren mit einem Flächengewicht von 85 g/m2 aus 90 Gew.% Polyester-Copolyester-Kern/Mantelfasern 1,5 dtex/6 mm und 10 Gew.% Polyester-Matrixfasern 1,1 dtex/6 mm hergestellt.The wet nonwoven 1 is made in a wet-laying process with a weight per unit area of 85 g / m 2 from 90% by weight polyester-copolyester core / sheath fibers 1.5 dtex / 6 mm and 10% by weight polyester matrix fibers 1.1 dtex / 6 mm manufactured.
Die relativen Siebband- und Anströmgeschwindigkeiten im Hydroformer werden dabei so gewählt, dass eine nahezu isotrope Faserorientierung erziehlt wird. Die Verfestigung erfolgt durch Heißluft in einem Durchströmtrockner. Die Dicke wird durch Verpressen zwischen glatten Kalanderwalzen auf 120 µm eingestellt.The relative screen belt and flow velocities in the hydroformer are selected in such a way that an almost isotropic fiber orientation is achieved. The solidification takes place by means of hot air in a through-flow dryer. The thickness is adjusted to 120 μm by pressing between smooth calender rolls.
Beispiel 2: Herstellung des Nassvliesstoffs 2Example 2: Production of the wet nonwoven fabric 2
Der erfindungsgemäße Nassvliesstoff 2 wird in einem Nasslegeverfahren mit einem Flächengewicht von 86 g/m2 aus 90 Gew.% Polyester-Copolyester-Kern/Mantelfasern 1,5 dtex/6 mm und 10 Gew.% Polyester-Matrixfasern 1,1 dtex/6 mm hergestellt. Dabei wird die Faserdispersion auf einem Siebband in einem Hydroformer abgelegt. Die Siebband- und Anströmungsgeschwindigkeiten der Faserdispersion werden derart relativ zueinander eingestellt, dass die Höchstzugkraft des finalen Nassvliesstoffes in mindestens einer Richtung mindestens 4 mal so hoch ist wie die Höchstzugkraft orthogonal zu der mindestens einen Richtung. Die Verfestigung erfolgt durch Heißluft in einem Durchströmtrockner. Die Dicke wird durch Verpressen zwischen glatten Kalanderwalzen auf 120 µm eingestellt.The wet nonwoven fabric 2 according to the invention is made in a wet-laying process with a weight per unit area of 86 g / m 2 from 90% by weight polyester-copolyester core / sheath fibers 1.5 dtex / 6 mm and 10% by weight polyester matrix fibers 1.1 dtex / 6 mm manufactured. The fiber dispersion is deposited on a sieve belt in a hydroformer. The screen belt and flow velocities of the fiber dispersion are set relative to one another in such a way that the maximum tensile force of the final wet nonwoven fabric in at least one direction is at least 4 times as high as the maximum tensile force orthogonal to the at least one direction. The solidification takes place by means of hot air in a through-flow dryer. The thickness is adjusted to 120 μm by pressing between smooth calender rolls.
Beispiel 3: Herstellung des Vliesstoffs 3Example 3: Manufacture of the nonwoven fabric 3
Der Nassvliesstoff 3 wird in einem Nasslegeverfahren mit einem Flächengewicht von 50 g/m2 aus 90 Gew.% Polyester-Copolyester-Kern/Mantelfasern 1,5 dtex/6 mm und 10 Gew.% Polyester-Matrixfasern 1,1 dtex/6 mm hergestellt. Die relativen Anströmgeschwindigkeiten werden dabei so gewählt, dass eine möglichst isotrope Faserorientierung erziehlt wird. Die Verfestigung erfolgt durch Heißluft in einem Durchströmtrockner. Die Dicke wird durch Verpressen zwischen glatten Kalanderwalzen auf 70 µm eingestellt.
Tabelle 1: Mechanische Eigenschaften der Vliesstoffe
Aus der Tabelle 1 zeigt sich, dass der erfindungsgemäße Vliesstoff 2 eine hohe Faserorientierung aufweist, die sich in einer hohen Anisotropie der Höchstzugkräfte (längs zu quer) von 4,3 zu 1 zeigt. Hieraus resultiert eine signifikante Erhöhung der Höchstzugkraft in Längsrichtung. Die Höchstzugkraft konnte also von 295 N/5cm (Vergleichsbeispiel 1) auf 434 N/5cm gesteigert werden. Vliesstoff 2 konnte ferner problemlos unter Zugspannung in eine Back Light Unit eingebaut werden, während Vliesstoff 1 dabei gerissen ist.Table 1 shows that the nonwoven fabric 2 according to the invention has a high fiber orientation, which is shown in a high anisotropy of the maximum tensile forces (longitudinal to transverse) of 4.3 to 1. This results in a significant increase in the maximum tensile strength in the longitudinal direction. The maximum tensile force could therefore be increased from 295 N / 5 cm (comparative example 1) to 434 N / 5 cm. Furthermore, nonwoven 2 could be installed in a back light unit under tension without any problems, while nonwoven 1 was torn in the process.
Beispiel 4: Bestimmung der Leuchtdichte:Example 4: Determination of the luminance:
Die Leuchtdichte wird mit einem LED-Leuchtkasten bestimmt. Der Leuchtkasten hat hierbei folgende Maße: 275 × 400 × 275 mm (Breite × Höhe × Tiefe). Auf dem höhenverstellbaren Boden des Leuchtkastens sind 36 (6 × 6) weiße Leuchtdioden (SMD Bauteil, Lichtfarbe warmweiß, Lichtstrom 21 Im/LED, Abstrahlwinkel 120°, Betriebsspannung 12VDC) mit einem Abstand von 33,3 mm zueinander angebracht. Die transparente Abdeckplatte des Leuchtkastens besteht aus 2,5 mm dicken Acrylglas. Zur Bestimmung der Leuchtdichte wird das zu messende Flächengebilde auf die Abdeckplatte gelegt, der Abstand zwischen der aktivierten LED-Lichtquelle und dem textilen Flächengebilde beträgt hierbei 33 mm. Daraufhin wird mit der ortsauflösenden Leuchtdichtekamera im Abstand von 1 m zum Diffusor die Leuchtdichteverteilung im abgedunkelten Raum aufgenommen. Anschließend lassen sich softwareunterstützt die relevanten Größen wie z.B. Maximum, Minimum, Mittelwert und Streuung aus den Leuchtdichtewerten L(x,y) bestimmen.
Tabelle 2: Optische Eigenschaften der Vliesstoffe
Vergleicht man nun die Mittelwerte der Leuchtdichte der gemessenen Vliesstoffe, so zeigt sich eine Steigerung der Leuchtdichte um 131 cd/m2, also um 5,6%. Die Streuung demgegenüber bleibt konstant. Dies ist überraschend, denn in der Regel geht eine Steigerung der Leuchtdichte direkt einher mit einer Steigerung der Streuung. Dies wird ersichtlich betrachtet man Vliesstoff 3. Durch Reduzierung des Gewichtes lässt sich die Leuchtdichte steigern. Denn damit einher geht auch eine Reduzierung der Faseroberflächen an denen Reflexionen erzeugt werden. Im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Vliesstoff 2 und zu Vliesstoff 1 steigt die Streuung der Leuchtdichte, was im Falle eines Diffusors nicht gewünscht ist.If one now compares the mean values of the luminance of the measured nonwovens, an increase in luminance of 131 cd / m 2 , that is to say by 5.6%, can be seen. The scatter, on the other hand, remains constant. This is surprising, because as a rule an increase in luminance is directly associated with an increase in scattering. This can be seen when looking at nonwoven fabric 3. By reducing the weight, the luminance can be increased. Because this is accompanied by a reduction in the fiber surfaces on which reflections are generated. In contrast to the nonwoven fabric 2 according to the invention and to the nonwoven fabric 1, the scattering of the luminance increases, which is not desired in the case of a diffuser.
Beispiel 5: Messung der SchmelzpunkteExample 5: Measurement of the melting points
Schmelzpunkte wurden mit folgenden Parametern mittels DSC nach DIN EN ISO 11357-2 (Ausgabe: 2014-07) gemessen.
Die Schmelzpunkte ergaben sich aus den Maxima des endothermen Schmelzvorganges.The melting points resulted from the maxima of the endothermic melting process.
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