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Verfahren zur Herstellung von verfestigten Faservllesen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gebundenen Faservliesstoffen, bei dem
die Faservliese mit thermoplastischen Kunststoffen verfestigt werden.
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Es ist bekannt, Vliesstoffe mit Hilfe von hochmolekularen Kunststoffen
zu verbinden, wobei die Kunststoffe aus Lösung, aus Dispersion oder als Feststoff
eingesetzt werden. Weiterhin ist bekannt, daß thermoplastische Kunststoffe in Pulverform
oder als Stapelfaser als Binder Verwendung finden. Bei der Verfestigung mit pulverförmigen
Thermoplasten wird das Pulver in den fertigen Vliesstoff eingestreut, auf mechanischem
oder pneumatischem Wege gleichmäßig verteilt und dann durch Hitzebehandlung geschmolzen,
wobei eine Verfestigung des Vliesstoffs eintritt. Weiter können thermoplastische
Kunststoffe in Faserform verwendet werden. Die Fasern werden hergestellt durch die
üblichen Spinnverfahren entweder aus Schmelze oder aus Lösung.Die Fasern werden
vor der Verarbeitung mit den zu bindenden Fasern vermischt und gemeinsam zu einem
Vlies geformt. Hierbei werden alle bekannten Prozesse, die über Krempeln oder Wirrvliesbildner
oder auf hydrodynamischem Weg arbeiten, eingesetzt. Die entstandenen Vliesstoffe
können durch mehrschichtiges Ubereinanderlegen des gebildeten Faserflors zu voluminösen
Vliesen gelegt werden. Andererseits ist
es möglich, durch bekannte
Prozesse, wie z.B. Vernadelung der Faserflöre zu verdichteten Vliesen zu gelangen,
die je nach Technik bei vorgegebener Dicke bis zu mehreren 100 g/m2 an Fasersubstanz
enthalten.
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Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von verfestigten Faservliesstoffen
aus natürlichen, synthetischen, organischen und/oder anorganischen Fasern durch
Verfestigung mit Hilfe von thermoplastischen Vliesstoffen gefunden, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß Folienbändchen mit Titern von 5.5 bis 100 dtex und einer
Schnittlänge von 5 bis 100 mm in Mengen von 10 bis 90 Gew.% mit den vliesbildenden
Fasern vermischt, aus dieser Mischung ein Vlies bildet und anschließend auf Temperaturen
zwischen 80 und 200 OC kurzzeitig erhitzt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von verfestigten Faservliesstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Vliesstoffe
mit Geweben, Gewirken, Vliesen oder Nähwirkvliesstoffen aus Folienbändchen einseitig
oder zwischen zwei Faservliesstoffbahnen durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb
der Erweichungstemperatur der Gewirke, Gewebe oder nähwirkverfestigten Vliesstoffe
bildenden Folienbändchen verbunden wird.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Verfestigung von fliesstoffen,
bei dem Folienbändchen aus thermoplastischen Kunststoffen mit Fasern vermischt werden,
dann zu Vliesstoffen verarbeitet und nach der fliesbildung durch Hitzebehandlung
verfestigt werden. Als Fasermaterial kommen alle natürlichen und synthetischen organischen
und anorganischen Fasern in Betracht, während die Folienbändchen aus organischen
thermoplastischen hochpolymeren Kunststoffen bestehen.
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Homo- und/oder Copolymerisate aus olefinisch ungesättigten Verbindinen,
wie äthylen, Propylen und deren Homologe sowie Isomeren allein oder mit polmnerisierbaren
Doppelbindungen
enthaltenden Monomeren, wie (Meth)acrylsäure, deren
Nitrilen und Estern, Vinylverbindungen, Divinylverbindungen und gegebenenfalls zwei
polymerisierbare Doppelbindungen enthaltende Verbindungen, wie Ester von olefinisch
ungesättigten Säuren mit bifunktionellen Alkanolen, wie beispielsweise Glykol, Propandiol
und deren Homologen und Isomeren können als Material für die Folienbändchen Verwendung
finden.
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Die genannten Verbindungen können gegebenenfalls mit Heteroatomen
der 7. Hauptgruppe des Periodensystems substituiert sein und flammhemmende Wirkung
im fertigen Polymerisat zeigen.
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Es sind zur Herstellung der Folienbändchen auch Polyadditionsprodukte,
wie Polyamide, Polyurethane oder Polykondensationsprodukte, wie Polyester beispielsweise
Polyäthylenterephthalat geeignet. Als weitere Klasse von Verbindungen sind natürliche
thermoplastische Hochpolymere, gegebenenfalls in Form von Substitutionsprodukten,
wie beispielsweise die Ester der Cellulose und Abkömmlinge dieser Polymere geeignet.
Die Folienbändchen werden in an sich bekannter Art hergestellt, indem der Thermoplast
aus der Schmelze zur Folie extrudiert wird, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme spezieller
Breitschlitzdüsen, anschließend gereckt und in Längsrichtung verstreckt wird. Hierbei
erfolgt eine Aufspaltung der Folie in einzelne Fibrillen, die nun zu einem in Vliesstoffen
verarbeitbarem Material anfallen.
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Wenn die in Längsrichtung verstreckte Thermoplastfolie nicht von allein
in einzelne Kapillaren aufspleißt, kann zusätzlich mit einer in Laufrichtung der
Folie rotierenden Nadelwalze angeritzt werden (vgl. DRP 667 254), wobei eine netzartige
Folie resultiert. Ebenso kann mit Messern bereits vor dem Verstrecken die Folie
in einzelne Bändchen geschnitten werden, die durch den nachfolgenden Verstreckungsvorgang
in feine Einzelkapillaren übergeführt werden.
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Die Folienbändchen können in Endlosform durch pneumatische Wirbelprozesse
oder dergleichen, aber auch nach Schneiden in Stapelform allein oder in Mischung
mit anderen Fasern zu Vliesstoffen verarbeitet werden, zu deren Verfestigung ein
Erhitzen über den Schmelzpunkt des FolienbSndchenmaterials nötig ist. Statt Fasern
können im obigen Prozeß auch Folienbändchen mit einem über den Schmelzpunkt des
den Binder darstellenden Folienbändchenmaterials liegenden Erweichungs- oder Schmelzpunkt
verwendet werden.
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Die Wahl der Polymeren hängt weitgehend vom Einsatzzweck ab. Will
man ein voluminöses Vlies,beispielsweise eine Steppwatte,erzeugen , findet ein niedrigschmelzender
Kunststoff Verwendung, dessen Flußpunkt bei etwa 80 bis 130 cc liegt. Das ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn als zu bindendes Fasermaterial Wolle oder Polyacrylnitrilfasern
verwendet werden, die bei Verarbeitungstemperaturen oberhalb 160 cc schrumpfen oder
vergilben und damit Schädigung der Faser erleiden. Will man andererseits ein Vlies
erzeugen, das als Beschichtungsgrundlage für Kunststoffe dienen soll, die bei hohen
Temperaturen, wie beispielsweise 180 OC, behandelt werden müssen, wird zweckmäßigerweise
ein polymeres Material eingesetzt, dessen Schmelzpunkt oberhalb 180 cc liegt ( Polyurethane,
Polyester ).
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Es besteht also eine breite Variationsmöglichkeit in der Auswahl der
Kunststoffe.
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Von besonderem Vorteil bei diesem Verfahren ist es, daß sich die meisten
Kunststoffe zu Folien extrudieren lassen, die verstreckt und gereckt werden können
und nachher durch geeignete Prozesse in Bändchen übergeführt werden können.
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Dies gilt nicht in gleichem Maße für die Herstellung von ai;s aus
eben geannen Kunststoffen. Eine hohe Anzahl von Thermoplasten sind für die Verspinnung
ungeeignet, weil das zugrunde liegende polymere Mrteri3i nIcht die notwendige Festigkeit
aufweist und während des Spinnprozesses zu Faserbrüchen
führt,
die eine industrielle Fertigung von Fasern nicht erlauben. Oft wird ferner beobachtet,
daß diese Kunststoffe aufgrund ihrer Herstellung mehr oder weniger kleine Quellkörper
und hochvernetzte Anteile enthalten, die zu Verstopfung der Spinndüsen Anlaß geben
und daher ebenfalls eine industrielle Fertigung von Fasern nicht gestatten. Beide
Nachteile werden in der Herstellung von Bändchen über den Weg einer Folie vermieden.
Zwar werden hier Anteile oder hochvernetzte kleine Quellkörper sichtbar in der Folie
und beeinträchtigen das optische Bild, jedoch spielen diese Körperchen keine Rolle
bei der Folie zu Folienbändchen. Es ist damit möglich, Kunststoffe zur Bindung anderer
Fasern heranzuziehen, die auf üblichem Wege nicht in zufriedenstellender Weise in
Vliese eingearbeitet werden können und die ein hervorragendes Eigenschaftsniveau
des durch thermische Behandlung verfestigten Vliesstoffes bewirken.
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Zudem ist durch Umgehung des aufwendigen Spinnprozesses eine erhebliche
Reduzierung der Herstellkosten möglich, wie auch die Ausstoßleistung der verwendeten
Extruder und nachfolgende Verarbeitungsvorgänge die von vergleichbaren Spinnanlagen
weit übertreffen.
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Die Formulierung der Folienbändchen kann in weitem Bereich schwanken.
Es können z.B. Bändchen im Titerbereich von 5.3 dtex - 200 dtex verwendet werden;
bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Folienbändchen im Titerbereich
zwischen 3.3 dtex und 100 dtex. Neben Endlosmaterial kann das Folienbändchenmaterial
auch in Stapelform gebracht werden. Sie kann in weitem Bereich variiert werden.
So können Stapel von 3 - 100 mm eingesetzt werden. Bevorzugt werden Stapellängen
von 30 - 80 mm, wenn das Vlies auf mechanischem Wege über Krempeln erzeugt wird
oder Stapellängen
von 2 - 20 mm, werden das Vlies auf beispielsweise
hydrodynamischem Weg erzeugt wird. Auch kann der Querschnitt der Faser in recht
mannigfaltiger Weise variiert werden. Es können z.B. Querschnitte von Rechteckformat
bis zu rundem Querschnitt verwendet werden. Bevorzugt werden Querschnitte> die
etwa ellipsoid ausgebildet sind. Die Folienbändchen können auch pigmentiert eingesetzt
werden, wobei die Farbgebung vor der Extrusion durch Hinzufügen von Pigment zum
Polymeren erfolgt.
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Wie bereits ausgeführt, ist auch der Schmelzpunkt in verschiedenen
Bereichen variabel. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Kunststoffe bevorzugt,
deren Schmelzpunkt zwischen 80 und 200 oC liegt. Die Verfestigung des gebildeten
Vliesstoffes kann durch Passieren eines Trockenaggregates mit heißer Luft erfolgen,
wie auch durch oberflächliche Bestrahlung mittels Ultrarotwärmequellen.
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Weiterhin sind geeignet zur Verfestigung beheizte Kalander, die bei
der Verfestigung eine zusätzliche Komprimierung des Vlieses bewerkstelligen. Der
Anteil des zur Verfestigung eingesetzten Thermoplasten in Bändchenform ist ebenfalls
in weiten Grenzen variabel. So können Je nach Grad der gewünschten Verfestigung
zwischen 10 und 90 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des fertigen Vliesstoffes, an
Folienbändchen eingesetzt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Anteile
an thermoplastischen Bindemitteln zwischen 10 und 60 Gew.% bevorzugt. Selbstverständlich
kann auch ein Vlies allein aus Folienbändchen hergestellt werden, das z.B. in Sandwichkonstruktionen
als Bindemittel eingesetzt werden kann.
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Beispiel 1 Eine Mischung aus Polyester-Stapelfasern (5,4 dtex, 60
mm ) und Folienbändchen aus einem Thermoplasten mit einem Schmelzpunkt von 1050C,
der durch vollständige Verseifung eines Copolymeren aus Äthylen und Vi : cetat,
der vor der Verseifung dies im Molverhältnis.LrcT enthielt, hergestellt wurde und
ein Molgewicht von annähernd 50 000 hat, im Verhältnis von 7:3 wird durch Krempeln
zu einem Vlies von einem Gewicht von 200 g/m2 bei einer Dicke von 5 cm gelegt und
durch Behandeln bei 160 0" verfestigt. Der erhaltene Vliesstoff zeichnet sich durch
weichen, angenehmen Griff und durch hohes Volumen aus und ist sehr sprungelastisch.
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Dieses Vlies läßt sich vorteilhaft in Steppdecken, Kissen und Bekleidungsstücken,
wie Anoraks, als Füllmaterial einarbeiten.
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Beispiel 2 Eine Mischung aus Polyamidfasern ( 20 dtex, 70 mm Schnitt
) und einem Folienbändchenmaterial aus einem Polyester-0 urethan mit einem Schmelzpunkt
von 155 C im Verhältnis 4«:6 wird auf einer Xrempel zu einem Vlies gebildet und
anschließend genadelt. Das Vlies wird anschließend durch Hitzebehandlung bei 1800C
in einem Heißluftofen verfestigt. Dieses Material eignet sich beispielsweise als
Polyestermaterial in der Automobilindustrie und hat den Vorteil, mit Kunststoffolien
aus beispielsweise weichgemachtem PVC zu einem festen Verbund verschweißt werden
zu können.
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Das Polyurethan wurde durch Umsetzung eines Polyesters aus Hexandiol-1,6
, 2, 2-Dimethylpropandiol-1, 3 und Adipinsäure mit der Hydroxylzahl von 56 mit HexamethylenAiisocya
tv 1,6 und Butandiol-1,4 als Kettenverlangerungsmittel bei erhöhter Temperatur erhalten.
Das SCO/tH-Verhaltnts des Polymeren beträgt i>o6.
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Beispiel 3 Eine Mischung aus Wolle im Titerbereich von 6 dtex, Polyesterfasern
(5.4 dtex, 60 mm Schnitt ) und Mischpolymerisat-Folienbändchen (6.7 dtex, 50 mm
) im Verhältnis 4:3:3 wird durch Krempeln zu einem gleichmäßigen Vlies gelegt, welches
durch nachfolgende Nadelprozesse hochverdichtet wird. Hierbei wird das Vlies unter
Jeweilige Wenden 16 mal genadelt und anschließend durch Hitzebehandlung verfestigt.
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Hierbei entsteht ein sehr dichter Vliesstoff, der in der Schuhindustrie
als Einlage- und Versteifungsmaterial beispielsweise in Schuhkappen verwendet werden
kann.
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Er zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß Wolle ein von Natur aus
hydrophiles Fasermaterial darstellt und damit dem Vlies eine erhöhte nasseraufnahme
verleiht.
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Diese charakteristische Eigenschaft der Wolle wird durch die Bindung
mit thermoplastischem Material in keiner Weise beeinträchtigt, wie es beim Verfestigen
mit Dispersionsbindern oder gelösten Kunststoffen aufgrund der weitgehenden Umhüllung
des Fasermaterials zu erwarten ist.
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Beispiel 4 Eine Mischung aus Polyamid-6-Fasern (11 dtex, 80 mm ) mit
Folienbändehen aus Mischpolyamid 11/60 (11 dtex, 8o mm Schnitt) im Verhältnis 8:2
wird zu einem Vlies gelegt und unter mehrfachem Wenden genadelt. Die verwendete
Polyamidfaser war spinngefärbt. Das verwendete 'cl ienbEndchen-Matetsial war vor
der Extrusion ebenfalls durch Versetzen mIt mit Pigmentfarbstoff gefärbt Dieses
@@des wird auf ein weiteres Vlies aufgenadelt, das aus einer Mischung von Jutefasern
und folienbändechen, wie chen beschrieben, besteht. Das Verhältnis der beiden Komponenten
ist 7,3 SchlieBlich wird das gesamte Jiit?-auf
ein Stützmaterial
aus Polypropylen-Spinnvliesstoff aufgenadelt und durch Hitzebehandlung verfestigt.
Es entsteht ein äußerst abriebfester Nadelfilz, der als Fußbodenbelag Verwendung
findet. Aufgrund der innigen Verbindung zwischen dem zuerst genannten Vlies und
der als Stützschicht zu bezeichnenden zweiten Vlieslage wird ein sehr widerstandsfähiger
Faserverbund erhalten, der auch starken mechanischen Beanspruchungen widersteht.
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Zudem wird der oftmals beobachtete "Schreibeffekt" vermieden, der
entsteht, wenn nicht pigmentierte Kunststoff-Dispersionen zur Verfestigung des Vliesstoffes
eingesetzt werden und bei Beanspruchung aufgrund ihrer Sprödigkeit bei scharfen
lokalen Beanspruchungen die Spur des einwirkenden Gegenstandes erkennen lassen.
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Beispiel 5 Eine Mischung aus Polyamid-66-Fasern (6>7 dtex, 100
mm Schnitt ) mit Folienbändchen aus einem Copolymeren aus Acrylnitril, Methacrylnitril
und Acrylsäuremethylester im Verhältnis 6:3:1 mit einem Schmelzpunkt von 165 0c
in 1 dtex, 80 mm Schnitt wird zu einem Vliesstoff von 150 g/m2 gelegt, durch 6 Nadelpassagen
bei Jeweiligem Wenden verdichtet und beidseitig mit einem Vliesstoff aus Polyamid-66-Fasern
(6,7 dtex, 100 mm Schnitt ) durch einfaches Benadeln von Jeder Seite vereinigt und
dann einer Hitzebehandlung bei 190 °C unterworfen. Das gesamte Gebilde wird durch
insgesamt 3 weitere Nadelpassagen auf Jeder Seite abwechselnd weiter verdichtet.
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Durch anschließendes Erhitzen in Dimethylformamid bei 30 °C wird das
die Folienbändchen bildende Polymermaterial herausgelöst. Anschließend wird mit
einem Kunststoff auf Polyurethan-Basis gebunden, der in Dimethylformamid gelöst
ist und durch stufenweise Einwirkung von Wasser, zunachst als Dampf, dann in flüssiger
Form zu mikroporöser Struktur koaguliert wird. Das nach Abtrocknen
und
Entfernen restlichen Dimethylformamids erhaltene Gebilde ist hochreißfest und geeignet
als Beschichtungsgrundlage für beispielsweise mikroporöse Polyurethan-Deckschichtfol
jen. Der endgültige erhaltene Schichtstoff dient als Ledersubstitut für z.B. die
Herstellung von Schuhen.