DE2132024C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Überführung eines ungebundenen, aus Nylonfasern bestehenden Faserfilzes in ein gebundenes Faservlies - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überführung eines ungebundenen, aus Nylonfasern bestehenden Faserfilzes in ein gebundenes Faservlies hoher Festigkeit.

Die Überführung von ungebundenem Faserfilz wurde bisher durch Zugabe von Bindemitteln oder durch Weichmachen des Filzes mittels Wärme, Lösungsmitteln oder Weichmachern erreicht. Derartige Bindemittel können in Form von Pulvern, Lösungen, Emulsionen oder sogar in Form anderer Fasern angewandt werden. Diese Verfahren weisen aber verschiedene Nachteile auf. Die Verwendung solcher Bindemittel bringt Probleme hinsichtlich der gleichmäßigen ⁶S Aufbringung mit sich. Die Eigenschaften der gesamten Bahn können dann von denen des Bindemittels abhängig sein. Wenn eine Faser mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt als Bindematerial verwendet wird, so können die Temperaturbedingungen, denen die Bahn bzw. das erhaltene Faservlies unterworfen werden kann, durch den Schmelzpunkt der Bindemittelfasern eingeengt werden.

Die autogene Bindung von ungebundenen Fasern nach bekannten Verfahren ist andererseits schwer so zu steuern, daß das Aussehen dadurch nicht beeinträchtigt wird. Beispielsweise ist es schwierig, beim Binden durch Lösungsmittel eine ausreichende Haftung zwischen den sich berührenden Fasern ohne Lösen der gesamten Bahn oder mindestens ohne Beeinträchtigung ihrer physikalischen Eigenschaften zu erreichen. Außerdem tritt häufig an den Kreuzungspunkten, durch die die Fasern miteinander verbunden sind, eine Polymerisat-Wanderung auf, wobei das Polymerisat zunächst gelöst und dann erneut abgelagert wird. Die Verbindungsstellen, die aufgequollen sind, haben nicht das gleiche Farbaufnahmevermögen auf Grund der veränderten kristallinen Struktur in dem erneut abgelagerten Polymerisat. Das hat zur Folge, daß das Produkt sich nicht gleichmäßig einfärben läßt.

Die autogene Bindung mittels eines aktivierenden Gases wurde erstmals in der belgischen Patentschrift 717 184 beschrieben. Weiter wird in der belgischen Patentschrift 716610 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ablagerung von kontinuierlichen Nylonfäden auf einem Förderband und das Binden der Fäden an den Kreuzungspunkten mittels Absorption und Desorption eines aktivierenden Gases, wie Halogenwasserstoff fgas, und insbesondere Chlorwasserstoffgas, beschrieben. Nach dem erwähnten Verfahren wird eine Nylonschmelze unter Bildung kontinuierlicher Nylonfäden, die auf ein Sammelband befördert werden, von dem sie in Form eines ungebundenen Faserfilzes aufgenommen werden, extrudiert. Der Filz wird dann in einen Behälter oder eine Kammer überführt, der bzw. die das Aktivierungsgas, wie Chlorwasserstoff, enthält. Die Fäden absorbieren dabei den Chlorwasserstoff. Die Bindung zwischen den benachbarten Fäden tritt nach Entfernung oder Desorption des Chlorwasserstoffs aus den Fäden auf. Die Desorption erfolgt durch Anwendung von Wärme oder durch Eintauchen in ein Wasserbad.

Es hat sich aber herausgestellt, daß die autogene Bindung von Nylonfäden unter Verwendung von Halogenwassierstorfgasen zur Bildung einer gebundenen Faserfilz-Bahn führt, die eine relativ geringe Festigkeit aufweist. Außerdem ist die Aufnahmefähigkeit, mit der das Gas von den Nylonfäden absorbiert wird, außerordentlich gering.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem Verfahren, das die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Überführung eines umgebundenen, aus Nylonfasern bestehenden Faserfilzes in ein gebundenes Faservlies hoher Festigkeit, wobei man den Filz der Einwirkung eines Halogenwasserstoffgases unterwirft und anschließend das Gas aus den Nylonfäden durch Erhitzen oder Eintauchen in Wasser entfernt oder desorbiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man den Faserfilz vor der Behandlung mit dem Halogenwasserstoffgas auf einen Wassergehalt von mindestens 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Nylonfasern, anfeuchtet.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß das

nach dem erfindungsgemäßeu Verfahren erhaltene Faservlies eine erhöhte Festigkeit aufweist. Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Aufnahmefähigkeit, mit der &ais Gas von den Nylonfäden absorbiert wird, verhältnismäßig groß, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Bindungsstellen im Faserfilz erreicht und eine gleichmäßige Anfärbbarkeit des Faservlieses sichergestellt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Halogenwasserstoffgas Chlorwasserstoff verwendet. Bevorzugt stellt man den Wassergehalt in den Nylonfasern auf 3 bis 6 Gewichtsprozent ein.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Nylonfasern sind vorzugsweise kontinuierliche Nylonfäden. Man kann aber aiuch Stapelfasern oder beide verwenden.

Neben Nylonfasern können auch weitere Fasern, wie solche auf Polyesterbasis,, eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des oben geschilderten Ver- . fahrens.

Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Befeuchtungseinrichtung 2 zur Elefeuchtung eines sich bewegenden Bandes 1 aus Nylonfasern, eine Kammer 6 mit einem Einlaß 3 und einem Auslau 21 für dieses Band, eine Hilfskammeir 8 innerhalb der Kammer 6 zur Zuführung von Halogenwasserstoffgas an die ebene Oberfläche des Bandes, eine Vakuumkammer 12, die zur Abführung von Halogenwasserstoffgas von dem Band an dessen gegenüberliegender ebenen Oberfläche angebracht ist und Walzen 7 und 11, die vor und nach der Kammer 8 angebracht sind, um das Band gegen eine horizontale Platte 15 zu pressen und die Kammer 8 von der Kammer 6 mechanisch abzudichten. Vorzugsweise sind die: Wände der Kammer 8 zur Erhöhung der Geschwindigkeit des aus der Kammer gegen die Oberfläche des Bandes austretenden Halogenwasserstoffgases in Richtung auf diese ebene Fläche verengt ausgebildet.

Der Faserfilz, d.h. die Bahn in ihrem ungebundenen Zustand, wird also durch eine Befeuchtungseinrichtung geleitet, wo die Nylonfäden mindestens 3 Gewichtsprozent Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht des Nylons, aufnehmen. Es können aber auch, wenn die relative Luftfeuchtigkeit hoch, d.h. über etwa 40% Hegt und Zeit zur Absorption gegeben ist, die Nylonfäden die gewünschte Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufnehmen. Die Fäden müssen mindestens 3% Feuchtigkeit aufnehn.en, um eine schnelle Absorption von Chlorwasserstoffgas durch die Fäden zu gewährleisten. Der erhöhte Feuchtigkeitsgehalt, der hier vorgesehen ist, trägt erheblich zur Bildungsgeschwindigkeit des Faservlieses und zur Qualität der Bindung zwischen den Fäden bei, d.h. die Bindefestigkeit zwischen den Fäden wird verbessert. Von der Bindefestigkeit hängt aber die Zerreißfestigkeit der Bahn unmittelbar ab.

Die Feuchtigkeitsmenge, diie die Nylonfäden ra absorbieren vermögen, kann leicht 7'/₂% übersteigen. Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von über 6% erfolgt aber die Bindung zu schnell, d. h. das Polymerisat neigt dazu, zu den Kreuzungspunkten der Fäden zu wandern. Bei Nylonfäden, die al» ungebundener, flacher Faserfilz vorliegen und die gewünschte Feuchtigkeit aufweisen, wird der Faserfik durch eine Gaszuführungskammer geleitet, in der ein Halogenwasserstoffgassi rom von oben auf die Faserfilzoberfläche gerichtet wird. Der Faserfilz wird dann zweckmäßig durch eine weitere Gaszuführungskammer geleixet, in der ein weiterer Gasstrom von unten gegen die Faserfilzoberfläche gerichtet wird, um einen vollständigen Kontakt der Fasern mit dem Gas zu erreichen. Die Bindung zwischen benachbarten und sich berührenden Nylonfäden erfolgt durch Entfernung des Gases aus dem Faserfilz. Die Entfernung bzw. Desorption des Gases wird entweder durch Erhitzen der Bahn

»o auf etwa 65° C oder durch Eintauchen der Bahn in ein Wasserbad erreicht. Proben des Faservlieses zeigen, daß seine Festigkeit wesentlich verbessert wird. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 stellt einen Aufriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar;

Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt durch die Ebene 2-2 der Fig. 1 und zeigt, wie der Faserfilz durch die

ao Vorrichtung geleitet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Befeuchtungseinrichtung 2, eine Kammer 6, gegebenenfalls eine weitere Kammer 26. Die Gaszjführungskammern sind in ihrem Aufbau identisch mit der

>5 Ausnahme, daß die Kammer 26 umgekehrt angeordnet ist, um die Behandlung des Faserfilzes mit Halogenwasserstoffgas an beiden Oberflächen, also an der Ober- und Unterseite, zu ermöglichen.

Die Befeuchtungseinrichtung 2 ist bevorzugt in der Weise ausgebildet, daß die Zuführung der Feuchtigkeit zum Faserfilz auf eine Menge von 3 bis 6 Gewichtsprozent, bezogen auf den Faserfilz, eingestellt werden kann. Die Feuchtigkeit kann ohne Rücksicht auf ihren Aggregatszustand in Form von Wasserdampf oder Wasser zur Einwirkung gebracht werden. Nachfolgend wird von den Kammern 6 und 26 einfachheitshalber nur die Kammer 6 beschrieben.

Ein kontinuierlicher, feuchtigkeitsbehandelter Fa serfilz aus Nylon-Fäden v^iird von einem Förderband

entnommen und einer Gaszuführungskammer 6 durch die öffnung 3 zugeführt. Die Bahn sollte eine ausreichende Festigkeit haben, um kurze Abstände zu überspannen. Nach der Kammer 6 läuft der Faserfilz 1 auf einer horizontalen Platte 15 bzw. 35 und unter sich frei bewegenden Wahten 7 bzw. 27 hindurch. Die Walze 7 bzw. 27 wird durch die Platte 15 bzw. 35 gehalten und bewegt sich zwischen dem Walzenhalter 17 bzw. 37 und der Rückseite der Hilfskammer 8 bzw. der Vakuumkammer 32. Die Walze 7 bzw.

.17 dient dazu, die Verdichtung von losen Fäden zu unterstützen, die, bevor sie die Hilfskammer 8 bzw. 28 erreichen, von ihrem Platz entfernt bzw. herausgerissen wurden.

Die Bahn 1 wird dann durch die Hilfskammer 8 bzw. 28 und die Vakuumkammer 12 bzw. 32 und unter einer zweiten Walze 11 bzw. 31, die sich frei bewegt, durchgeleitet. Die Beschickungswalzen 43 unterstützen die Vorwärtsbewegung des Faserfilzes 1 durch die Vorrichtung. Die Walzen 7 bzw. 27 und 11 bzw. 31 halten die Matte während der Gasbehandlung gespannt, da sie das Fasermaterial gegen die horizontale Platte 15 bzw. 35 drücken und da die Matte mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die der peripheren Geschwindigkeit der Beschickungswalzen 43 entspricht.

Chlorwasserstoff oder ein anderes aktivierendes Gas, das zur Bindung verwendet wird, wird der Kammer 6 bzw. 26 über den Einlaß 9 bzw. 29 zugeführt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird mit Hilfe eines

Rotadurchflußmessers und eines Druckmessers auf einen bestimmten Druck eingestellt. Der Gaseinlaß 9 bzw. 29 hat Düsenöffnungen gleicher Größe, die so angeordnet sind, daß das eingeführte Gas gleichmäßig quer über die gesamte Kammer 8 bzw. 28 verteilt wird. Die zur Erzielung einer gleichmäßigen Bindung erforderliche gleichmäßige Verteilung des Gases quer über den Faserfilz, wird mit Hilfe von PolyäthySen-Diffusionswandungen bzw. -diaphragmen 10 bzw. 30 sowie 13 bzw. 33 mit einem Porendurchmesser von 70 bis 120 μ erreicht, die in der Kammer 8 bzw. 28 und in der Vakuumabsaugkammer 12 bzw. 32 angebracht sind.

Die Kammer 8 bzw. 28 ist so ausgebildet, daß der Gasstrom, wenn er die Oberfläche des Faserfilzes 1 ¹S erreicht, derart beschleunigt wird, daß eine Durchdringung des Faserfilzes mit dem aktivierenden Gas erreicht wird, was für eine gleichmäßige Fadenbindung innerhalb der gesamten Stärke des Materials erforderlich ist. Eine Beschleunigung des Gasstromes ^ao wird dadurch erreicht, daß die Wände der Kammer 8 bzw. 28 in Richtung auf die Oberfläche des Faserfilzes, auf die das Gas aufgebracht wird, verengt ausgebildet sind. Die größte Durchdringungskraft des Gases wird aber durch das Saugvakuum in der Vakuumsaugkam- ^a5 mer 12 bzw. 32 geschaffen.

Überschüssiges Gas und Überschüssige Luft werden über den Auslaß der Vakuumkammer 12 bzw. 32 zur Wiedergewinnung abgezogen. Die Auslaßöffnung 14 bzw. 34 ist auf die Einlaßöffnung 9 bzw. 29 ausgerich- 3» tet, um einen maximalen gleichmäßigen Gasfluß quer durch die Matte zu erreichen.

Die Teflonwalzen 7 bzw. 27 und 11 bzw. 31 bilden einen Abschluß für die öffnungen des Mattendurchlaufes. Ein weiterer Verschluß der öffnungen kann mit den Teflonwalzen 4 bzw. 24 und 19 bzw. 39 zusammen mit den Führungswandungen 16 bzw. 36 und 22 bzw. 42 und den äußeren Wandungen der Kammer 6 bzw. 26 erreicht werden. Es sind ferner Vorkehrungen getroffen, um das aus der Kammer 6 bzw. 26 entweichende Gas mittels der Absaugleitung 5 bzw. 25 und 20 bzw. 40 zu entfernen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

In diesem Beispiel wird vergleichsweise ein aus Nylonfäden bestehender Faserfilz mit einem Gehalt von nur 2% Wasser, bezogen auf das Gewicht der Nylonfäden, verfestigt. Ein Faserfilz aus kontinuierlichen Nylonfäden wird mittels eines Standard-Spinndüsen-Verfahrens hergestellt. Der Faserfilz wird in ungebundenem Zustand der oben beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung zugeführt. Die Bahn hat ein Fertiggewicht von 81,3 g/m². Die. Bindungsbedingungen in der Vorrichtung sind folgende: Vorrichtungs- Kammer

bindungsbedingungen erste zweite

HCl-Fiießgeschwindigkeit

(g/Min) bei 0,35 kg/cm² (21 ⁰C) 5,0 4,0

Aussetzzeit (Sekunden) 3,5 3,5 Saugvakuum (cm Hg) 43,18 43,18

Nach dem Entfernen des absorbierten Chlorwasserstoffgases durch Waschen in Wasser bei Zimmertemperatur, besitzt die auf diese Weise erhaltene Vlies-Bahn eine Festigkeit von 23,17 g/cm/g/m².

Beispiel 2 Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß der Faserfilz mit 5 Gewichtsprozent V/asser, bezogen auf das Gewicht der Bahn, befeuchtet wird, bevor er mit Chlorwasserstoffgas in Berührung kommt. Die Festigkeit der gebundenen Bahn beträgt 40,0 g/cm/g/m². Die Festigkeit der nach diesem Beispiel hergestellten Vlies-Bahn hat sich also gegenüber derjenigen von Beispiel 1 beinahe verdoppelt.

Beispiel 3

Ein wie in Beispiel 1 hergestellter Faserfilz wird auf einen Wassergehalt von 4 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Bahn, angefeuchtet und dann in nicht gebundenem Zustand in der gemäß Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung unter folgenden Bedingungen behandelt:

Vorrichtungs- Kammer

bindungsbedingungen erste zweite

HCl-Fließgeschwindigkeit

(g/Min) bei 0,35 kg/cm² (21 ⁰C) 3,2 4,0

Aussetzzeit (Sekunden) 3,5 3,5 Saugvakuum (cm Hg) 68,58 7,62

Die auf diese Weise erhaltene gebundene Vlies-Bahn besitzt folgende physikalische Eigenschaften Fertiggewicht 107,0 g/m²

Festigkeit 46,5 g/cm/g/m²

Dehnung 63,5 %

Stroll-Biegeabriebfestigkeit 1395 Umdrehungen Biegelänge 5,84 cm

Beispiel 4

Ein wie in Beispiel 1 hergestellter Faserfilz wird auf einen Wassergehalt von etwa 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Bahn, angefeuchtet und anschließend in der gemäß Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung unter folgenden Bedingungen behandelt: Vorrichtungs- Kammer

bindungsbedingungen erste zweite

HCl-Fließgeschwindigkeit (g/Min.) bei 0,35 kg/cm² (21 ⁰C) 4,0 5,6

Aussetzzeit (Sekunden) 2,5 2,5 Saugvakuum (cm Hg) 40,6 40,6

Man erhält eine gebundene Vlies-Bahn mit folgenden physikalischen Eigenschaften Fertiggewicht 82,0 g/m²

Festigkeit 49,9 g/cm/g/m²

Dehnung 42,0 %

Stroll-Biegeabriebfestigkeit 320 Umdrehungen Biegelänge 6,9 cm

Beispiel 5

Ein wie in Beispiel 1 hergestellter Faserfilz wird auf einen Wassergehalt von etwa 4 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Bahn, angefeuchtet und in der gemäß Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung wie folgt behandelt:

Vornchtungs-	Kammer	zweite
bindungsbedingungen	erste
HCl-Fließgeschwindigkeit		4,0
(g/Min.) bei 0,35 kg/cm2 (21 0C)	2,0	1,0
Aussetzzeit (Sekunden)	1,0

Saugvakuum (cm Hg) 50,8 25,1

Man erhält eine gebundene Vlies-Bahn mit folgenden physikalischen Eigenschaften
Fertiggewicht 46,4 g/m²

Festigkeit 48,3 g/cm/g/m²

Dehnung 55,0 %

Stroll-Biegeabriebfestigkeit 250 Umdrehungen
Biegelänge 3,7 cm

Beispiel 6

Ein ungebundener Faserfilz wird analog Beispiel I hergestellt. Der Faserfilz hat ein Gewicht von 20,3 g/m². Der Faserfilz wird dann einer Luftatmosphäre von 21° C und einer relativen Feuchtigkeit von 60% ausgesetzt. Der Feuchtigkeitsgehalt der Nylonfäden

wird auf diese Weise auf 3,19 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Nylonfäden, gebracht.

Der Faserfilz wird dann 4 Sekunden einer Chlorwasserstoffgasbehandlung unterworfen und dann in Wasser eingetaucht, wobei das Gas aus den Fäden entfernt bzw. desorbiert wird und sich die Bindung zwischen den sich berührenden Fäden ausbildet.

Die erhaltene, gebundene Bahn besitzt eine Festigkeit in Maschinenrichtung von 57,9 g/cm/g/m² und

ίο eine Festigkeit in Querrrichtung von 23,1 g/cm/g/m² Der Unterschied in der Festigkeit in beiden Richtungen ist eine Folge der überwiegend in Maschinenrichtung vorgenommenen Ausrichtung der Fäden, was be der Herstellung von Bahnen mit geringem Gewich vorkommt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überführung eines ungebundenen, aus Nylonfasern bestehenden Faserfilzes in ein gebundenes Faservlies hoher Festigkeit, wobei man den Filz der Einwirkung eines Halogenwasserstoffgases unterwirft und anschließend das Gas aus den Nylonfäden durch Erhitzen oder Eintauchen in Wasser entfernt oder desorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß man den Faserfilz vor der Behandlung mit dem Halogenwasserstoffgas auf einen Wassergehalt von mindestens 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Nylonfasern, anfeuchtet. »5

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Halogenwasserstoff gas Chlorwasserstoff verwendet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wassergehalt in den ^ao Nylonfasern auf 3 bis 6 Gewichtsprozent einstellt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nylonfasern kontinuierliche Nylonfäden verwendet.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- »5 rens gemäß Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Befeuchtungseinrichtung (2) zur Befeuchtung eines sich bewegenden Bandes (1) aus Nylonfasern, eine Kammer (6) mit einem Einlaß (3) und einem Auslaß (21) für dieses Band, eine 3<> Hilfskammer (8) innerhalb der Kammer (6) zur Zuführung von Halogenwasserstoffgas an die ebene Oberfläche des Bandes, eine Vakuumkammer (12), die zur Abführung von Halogenwasserstoffgas von dem Band an dessen gegenüberliegender ebenen Oberfläche angebracht ist und Walzen (7) und (11), die vor vnd nach der Kammer (8) angebracht sind, um das Band gegen eine horizontale Platte (15) zu pressen und die Kammer (8) von der Kammer (6) mechanisch abzudichten.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Kammer (8) zur Erhöhung der Geschwindigkeit des aus der Kammer gegen die Oberfläche des Bandes austretenden Halogenwasserstoffgases in Richtung auf diese ebene Fläche verengt ausgebildet sind.