DE19527057C2 - Verfahren zur thermomechanischen Behandlung einer Vliesbahn aus thermoplastischem Kunststoff und Anlagen für die Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur thermomechanischen Behandlung einer Vliesbahn aus thermoplastischem Kunststoff und Anlagen für die Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechendes Verfahren und eine dem Oberbegriff des Patentanspruches 13 entsprechende Anlage zur thermomechanischen Behandlung einer Vliesbahn, die aus Filamenten und/oder Fasern aus thermoplastischem Kunststoff besteht, im Durch­ laufverfahren. - Filamente bezeichnet im Rahmen der Erfindung theoretisch unendlich lange einzelne Kunst­ stoffäden, die zu einem Nonwoven-Vlies geformt sind, wobei die einzelnen Filamente miteinander an den Kreuzungsstellen und Berührungsstellen im Vlies stoffschlüssig vereinigt sind. Solche Vliesbahnen werden auch als Spinnvliesbahnen bezeichnet. Fasern bezeichnet demgegenüber kurze, faser­ förmige Kunstoffelemente, die z. B. mit Hilfe der Melt­ blown-Technik erzeugt worden sind und ein Meltblown-Vlies bilden, dessen Fasern ebenfalls an den Kreuzungsstellen und Berührungsstellen stoffschlüssig vereinigt sind. Die Vlies­ bahn kann ein- oder mehrschichtig aus mehreren einzelnen Vliesbahnen aufgebaut sein.
Verfahren zur thermomechanischen Behandlung einer Vlies­ bahn, die aus Filamenten und/oder Fasern aus thermo­ plastischem Kunststoff besteht, sind in verschiedenen Aus­ führungsformen bekannt. Eine übliche thermomechanische Behandlung ist insbesondere das sog. Bondieren. Darunter wird verstanden, daß die Vliesbahn gleichsam mit Punkt­ schweißstellen versehen wird, die mit vorgegebenem Schweißpunktdurchmesser sowie nach Maßgabe eines vorge­ gebenen Rasters gleichmäßig über die Vliesbahn verteilt sind. Dabei sind die Filamente oder Fasern im Bereich der Schweißpunkte nicht vollständig, also nicht gleichsam zu Plättchen miteinander verschweißt. Die Schweißpunkte besitzen eine von der Plättchenform unterschiedliche Struktur, in der die Filamente und/oder Fasern in den Schweißpunkten zumindest als Textur erkennbar sind. Solche Schweißpunkte werden auch als Bondingpunkte bezeichnet. Die Sondierung bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit der Vliesbahn. Um eine definierte Erhöhung der Festigkeit zu erzielen, müssen alle Punktschweißstellen praktisch die gleiche Geometrie und Struktur aufweisen und gleichmäßig über die Länge und Breite verteilt sein. Die Sondierung muß in diesem Sinne gleichförmig sein. Das Bondieren erfolgt nach dem Stand der Technik zumeist unmittelbar im Anschluß an die Vliesbildung in der Anlage zur Herstellung solcher Vliese, und zwar mit Hilfe von Bondierpunkt-Prägewalzen. Sie sind beheizt. Auf die Temperatur, mit der die Vliesbahn der Bondierung zugeführt wird, wird kein besonderer Einfluß genommen. Die so erzielbare Sondierung ist in bezug auf die Gleichförmigkeit verbesserungsfähig. Auch kann die Qualität der Bondierung nicht leicht an unterschiedliche Betriebs­ verhältnisse, z. B. an unterschiedliche Kunststoffe oder Vliesdicke bzw. Filament- oder Faserdurchmesser, angepaßt werden. Eine andere übliche thermomechanische Behandlung ist die Reckung der fertigen Vliesbahn in Längs- und/oder Querrichtung mit Hilfe von entsprechenden Reckanlagen. Auch die Reckung bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit. Sie muß ebenfalls im Sinne der obigen Ausführungen gleichförmig erfolgen. Im Zusammenhang mit solchen Reckmaßnahmen ist es bekannt, die der Reckanlage zulaufende Vliesbahn oder die Vliesbahn in der Reckanlage vorzuwärmen, und zwar mit Hilfe von Infrarotstrahlern. Auch die insoweit bekannten Maßnahmen sind verbesserungsfähig, und zwar insbesondere in bezug auf die Anpassung an unterschiedliche Betriebs­ bedingungen.
Bei den eingangs genannten bekannten Maß­ nahmen (DE 26 44 904 A1), von denen die Er­ findung ausgeht, wird die Vliesbahn in der als Bondierstation ausgeführten thermischen Behandlungsstation im Zuge des Bondierens durch beheizte Walzen gleichzeitig vorgewärmt. Gleichförmige Ergebnisse können so nur sehr schwer erreicht werden. Außerdem fehlt die Möglichkeit einer schnellen Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Maßnahmen der eingangs genannten Art so zu führen, daß mit diesen auf einfache Weise eine sehr gleichförmige und an unterschiedliche Betriebsverhältsnisse anpaßbare mechanische Behandlung der Vliesbahn möglich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich in verfahrensmäßiger Hinsicht aus dem Kenn­ zeichen des Patentanspruches 1 und in anlagen­ mäßiger Hinsicht aus dem Kennzeichen des Patentanspruches 13.
Die Vliesbahn wird bei der betriebsmäßigen Behandlung mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit bewegt, die in einem Bereich liegt, wie es auch heute bei der Herstellung bzw. Behandlung einer Vliesbahn aus thermoplastischem Kunststoff üblich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren beherrscht all diese Geschwin­ digkeiten. Es versteht sich, daß die thermomechanische Behandlung über die Breite und die Länge der Vliesbahn gleichmäßig erfolgt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß mit einem Gasstrom, der die Vliesbahn durchströmt, eine sehr gleichförmige Vorwärmung der Vliesbahn und in Verbindung damit eine sehr gleichförmige thermomechanische Behandlung der Vliesbahn möglich sind, und zwar gleichsam durch und durch. Die erfindungsgemäße Abstimmungsregel, wonach die Gasstromtemperatur und die Gasstromgeschwindigkeit einer­ seits sowie die Behandlungsstrecke der Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation andererseits so gewählt werden, daß die Vorwärmtemperatur bei allen Geschwindig­ keiten, welche die Vliesbahn betriebsmäßig annehmen kann, einschließlich der Geschwindigkeit null, die Temperatur des Schmelzpunktes der Filamente und/oder Fasern nicht überschreitet, stellt sicher, daß die Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation keinen Schaden nimmt, sondern für die nachgeschaltete mechanische Behandlung optimiert wird. Vorzugsweise wird in der thermischen Behandlungsstation so gearbeitet, daß die Vorwärmtemperatur mit der Gasstromtemperatur übereinstimmt. Auf diese Weise kann die Vorwärmtemperatur sehr genau gesteuert oder geregelt werden. Das wiederum erlaubt eine einfache Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse, z. B. in bezug auf unterschiedliche thermoplastische Kunststoffe, unterschiedliches spezifisches Flächengewicht der Vliesbahn u. a. Die Parameter können immer so gewählt werden, daß in der Vliesbahn die Schmelztemperatur der Filamente oder Fasern nicht überschritten wird, auch wenn die Gasstromtemperatur höher liegt als die Schmelztemperatur. Ist die Gasstromtemperatur kleiner als die Schmelz­ temperatur, so wird auch bei gleichsam unendlich langer Behandlung eines Vliesabschnittes in der thermischen Behandlungsstation der Schmelzpunkt nicht erreicht. Betriebsunterbrechungen werden ohne weiteres beherrscht. - Die Vorwärmtemperatur wird beim Verlassen der thermischen Behandlungsstation gemessen.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung des Verfahrens. So kann die Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation auf einem durchströmbaren Transportband geführt und von oben nach unten von dem Gasstrom durchströmt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation zwischen zwei durchströmbaren Transportbändern zu führen, wobei sie von oben nach unten sowie von unten nach oben von dem Gasstrom durchströmt wird. In diesem Zusammenhang kann die Vliesbahn nacheinander von oben nach unten bzw. von unten nach oben, oder in umgekehrter Folge, von dem Gasstrom durchströmt werden. Es besteht fernerhin die Möglichkeit, die Vliesbahn am gleichen Ort sowie zu gleicher Zeit in der thermischen Behandlungsstation von dem Gasstrom zu durchströmen, wobei die beiden Gasströme gleichsam aufeinanderstoßen.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die vorgewärmte Vliesbahn bei der mechanischen Behandlung mit Bondingpunkten versehen. Dazu kann die vorgewärmte Vliesbahn bei der mechanischen Behandlung zwischen beheizten Bondingpunkt-Prägewalzen mit den Bondingpunkten ausgerüstet werden, eine Kühlung kann ausgeschlossen werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird die vorgewärmte Vliesbahn bei der mechanischen Behandlung zuerst mit Bondingpunkten versehen und danach einer Reckung in Längsrichtung und/oder Querrichtung unterworfen.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, wie bereits betont wurde, die vorstehend behandelte Abstimmung so zu treffen, daß die Gasstromtemperatur und die Gasstromgeschwindigkeit einerseits sowie die Behandlungsstrecke der Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation andererseits so gewählt werden, daß die Vorwärmtemperatur bei allen Geschwindig­ keiten, welche die Vliesbahn betriebsmäßig annehmen kann, einschließlich der Geschwindigkeit null, mit der Gasstrom­ temperatur praktisch übereinstimmt. Die Erfindung erlaubt es, die Gasstromtemperatur, die Gasstromgeschwindigkeit und die Behandlungsstrecke der Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen und/oder unterschiedlichen Vliesbahnprodukten anzupassen.
Im Rahmen der Erfindung kann mit einem Luftstrom als Gasstrom gearbeitet werden. Vorzugsweise wird mit einem trockenen Luftstrom als Gasstrom gearbeitet. Je nach den eingesetzten Kunststoffen und den Temperaturen empfiehlt es sich, mit einem sauerstofffreien Gasstrom zu arbeiten. Als Gasstrom kann auch Wasserdampf oder eine Mischung aus Luft und Wasserdampf eingesetzt werden. Tritt dabei in der Vliesbahn eine Kondensation auf, so empfiehlt es sich, eine Trockenstufe nachzuschalten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 das Schema einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Einrichtung für die Bondierung und Reckung der Vliesbahn, und
Fig. 2 mit den Teilfig. 2a und 2b graphische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in der Fig. 1 dargestellte Anlage für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in ihrem grund­ sätzlichen Aufbau aus einer Vliesbildungsanlage 1, einem endlos umlaufenden Transportband 2, einer thermischen Behandlungsstation 3 und einer mechanischen Behandlungs­ station 4.
Das endlos umlaufende Transportband 2 ist zur Aufnahme der sich bildenden Vliesbahn 5 sowie zum Abtransport der gebildeten Vliesbahn bestimmt. Die thermische Behandlungs­ station 3 für die gebildete Vliesbahn 5 besitzt Einrichtungen 6 für die Durchströmung der Vliesbahn 5 mit einem Gasstrom vorgegebener Gasstromgeschwindigkeit mit Gasstromtemperatur. Die Strömung wurde in der Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Die mechanische Behandlungsstation 4 dient unter anderem dazu, die Vliesbahn 5 mit Bondingpunkten zu versehen. Die mechanische Behandlungsstation 4 ist dazu mit Bondingwalzen 7 ausgerüstet. Die Vliesbahn 5 wird auf dem Transportband 2 durch die thermische Behandlungsstation 3 und die mechanische Behandlungsstation 4 geführt.
Zur Vliesbildungsanlage 1 gehört eine Spinnerette 8, der auf üblicher Weise vorbereiteter thermoplastifizierter Kunststoff zugeführt wird. Aus der Spinnerette 8 treten entsprechende Filamente 9 aus. Sie passieren eine Kühlstation 10 und treten in einen sog. Verstreckschacht 11 ein, an den sich ein Diffusor 12 anschließt. Die Walzen 13 erfüllen eine Abdichtfunktion und erlauben es, die Prozeßluft in Richtung eines eingezeichneten Pfeiles abzuführen. Die in der Figur rechts dargestellte Walze 13 drückt außerdem die gebildete Vliesbahn 5 gegen das Transportband 2, welches über ein entsprechendes Widerlager geführt ist. Der Umlaufweg des Transportbandes 2 wurde nicht gezeichnet.
Die thermische Behandlungsstation 3 ist aerodynamisch so ausgelegt, daß eine sehr gleichförmige thermische Behandlung in Querrichtung der Vliesbahn 5 erfolgt und auch in Längsrichtung der Vliesbahn 5 keine Störungsstellen oder Singularitäten auftreten. Die mechanische Behandlungs­ station 4 arbeitet, wie bereits erwähnt, mit Bondingwalzen 7. Die Vliesbahn 5 wird mit der Temperatur, mit der sie die thermische Behandlungsstation 3 verläßt, d. h. mit einer Vorwärmtemperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur der Filamente bzw. Fasern liegt, in die mechanische Behandlungsstation 4 eingeführt. Die Behandlungsstation 4 besteht aus einer Reckanlage, der die schon erwähnten Bondingwalzen 7 vorgeschaltet sind. In der Reckanlage wird die Vliesbahn 5 in Längsrichtung und/oder Querrichtung gereckt.
In den Teilfig. 2a und 2b der Fig. 2 erkennt man graphische Darstellungen, bei denen auf der Ordinatenachse die Temperatur aufgetragen, auf der Abszissenachse die Länge der Behandlungsstrecke aufgetragen sind, über welche in der thermischen Behandlungsstation 3 die Vliesbahn 5 eine thermische Behandlung erfährt, und zwar durch Durchströmen der Vliesbahn 5 mit dem Gasstrom für die thermische Behandlung.
In der Fig. 2a liegt die Behandlungsstrecke zwischen L1 und L2. Die Vliesbahn 5 mag mit drei unterschiedlichen Eintrittstemperaturen in die thermische Behandlungsstation 3 eingeführt worden sein, zu der die graphische Darstellung gemäß Fig. 2a gehört. In allen drei Fällen ist die Transportgeschwindigkeit der Vliesbahn 5 gleich und konstant. Man erkennt in der Fig. 2a, daß die Vliesbahn 5 in der thermischen Behandlungsstation 3 in eine Vorwärmtemperatur Tv einläuft, die in allen drei Fällen die gleiche ist und die konstant ist. Insoweit wird eine konstante Vorwärmung erreicht, auch wenn die Eintritts­ temperaturen der Vliesbahn 5 unterschiedlich sind.
In der Fig. 2b ist wiederum die Behandlungsstrecke für die Vliesbahn 5 auf der Abszissenachse eingetragen, sie entspricht der Strecke L1 bis L2. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2b mag die Vliesbahn mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten V1, V2 oder V3 und konstanter Eintrittstemperatur in die thermische Behandlungsstation 3 eingeführt worden sein. Auch hier ist durch die Behandlungsstrecke sichergestellt, daß die Austritts­ temperatur und damit die Vorwärmtemperatur Tv der Vliesbahn 5 die gleiche ist, und zwar auch dann, wenn, über die Darstellung in Fig. 2b hinausgehend, die Vliesbahn 5, die eine Vliesbildungsstation verläßt, infolge einer Betriebs­ störung gestoppt werden muß. Es versteht sich, daß man in der thermischen Behandlungsstation 3 die Länge der Behandlungsstrecke verändern kann.

Claims (14)

1. Verfahren zur thermomechanischen Behandlung einer Vliesbahn, die aus Filamenten und/oder Fasern aus thermo­ plastischem Kunststoff besteht, im Durchlaufverfahren, wobei die Vliesbahn bei der thermomechanischen Behandlung kontinuierlich und mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt und zuerst eine thermische Behandlungsstation passiert sowie in dieser auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt wird und die vorgewärmte Vliesbahn der mechanischen Behandlung zumindest in Form einer Reckung in Längs- und/oder Querrichtung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn zur Vorwärmung von einem Gasstrom vorgegebener Gasstromgeschwindigkeit und Gasstromtemperatur durchströmt wird und dabei die Gasstrom­ temperatur und die Gasstromgeschwindigkeit sowie die Behandlungsstrecke der Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation andererseits so gewählt werden, daß die Vorwärmtemperatur bei allen Geschwindigkeiten, welche die Vliesbahn betriebsmäßig annehmen kann, einschl. der Geschwindigkeit Null, die Temperatur des Schmelzpunktes der Filamente und/oder der Fasern nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn bei der betriebsmäßigen Behandlung mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit bewegt wird, die den üblichen Durchlaufgeschwindigkeiten entspricht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation auf einem durchströmbaren Transportband geführt und von oben nach unten von dem Gasstrom durchströmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation zwischen zwei durchströmbaren Transportbändern geführt und von oben nach unten sowie von unten nach oben von dem Gasstrom durchströmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn nacheinander von oben nach unten bzw. von unten nach oben, oder in umgekehrter Folge, von dem Gasstrom durchströmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn am gleichen Ort sowie zu gleicher Zeit in der thermischen Behandlungsstation von einem Gasstrom durchströmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesbahn bei der mechanischen Behandlung erst mit Bondingpunkten versehen und danach der Reckung in Längsrichtung und/oder Querrichtung unterworfen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstromtemperatur und die Gasstromgeschwindigkeit einerseits sowie die Behandlungsstrecke der Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation andererseits so gewählt werden, daß die Vorwärmtemperatur bei allen Geschwindigkeiten welche die Vliesbahn betriebsmäßig annehmen kann, einschließlich der Geschwindigkeit Null, mit der Gasstromtemperatur praktisch übereinstimmt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstromtemperatur, die Gasstromgeschwindigkeit und die Behandlungsstrecke der Vliesbahn in der thermischen Behandlungsstation unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen und/oder unterschiedlichen Vliesbahnprodukten angepaßt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Luftstrom als Gasstrom gearbeitet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem trockenen Luftstrom als Gasstrom gearbeitet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem sauerstofffreien Gasstrom gearbeitet wird.
13. Anlage für die Durchführung eines Verfahrens zur thermomechanischen Behandlung einer Vliesbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer thermischen Behandlungsstation für die Vliesbahn und einer mechanischen Behandlungsstation zumindest in Form einer Reckanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlungsstation (3) mit einer Einrichtung (6) für die Durchströmung der Vliesbahn von einem Gasstrom vorgegebener Gasstromgeschwindigkeit und Gasstromtemperatur versehen ist und die Vliesbahn praktisch mit der in der thermischen Behandlungsstation (3) eingestellten Vorwärmtemperatur der mechanischen Behandlungsstation (4) zuführbar ist.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Behandlungsstation (4) der Reckanlage vorgeschaltete Bondingwalzen (7) aufweist.
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