DE29720598U1 - Vliesstoff aus Naturfasern und Kunstfasern - Google Patents

Vliesstoff aus Naturfasern und Kunstfasern

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Description

B/34.439/AM-as
Christian Heinrich Sandler GmbH & Co. KG, Lamitzmühle, 95120 Schwarzenbach
Vliesstoff aus Naturfasern und Kunstfasern
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vliesstoff, insbesondere ein Stabilisierungsvlies, aus Naturfasern und Kunstfasern.
In vielen Bereichen der Industrie ist seit geraumer Zeit die Tendenz vorhanden, Produktion und Produkte allgemein unter größerer Berücksichtigung ökologischer Aspekte zu verwirklichen. Dies ist auch im Bereich der Vliesstoffherstellung der Fall, wo seit kurzem Untersuchungen durchgeführt werden, um die auf diesem Gebiet weit verbreiteten Glasfasern auszutauschen. Hier bieten Naturfasern als nachwachsende Rohstoffe eine Reihe besonderer Vorteile wie geringe Abrasivität, eine sehr hohe Verfügbarkeit sowie eine problemlose Entsorgung. Nachteilig ist, daß Naturfasern vergleichsweise hygroskopisch sind und auch die Haftung zwischen Naturfasern und Kunstfasern nur beschränkt ist. Es sind Vliesstoffe aus Flachsfasern und Polypropylen bekannt (K. P. Mieck, C. Knobeisdorf "Anwendungsmöglichkeiten von Naturfaserstoffen bei Verbundmaterial", Melliand Textilberichte 11/1994, Seiten 892 bis 898), bei denen die Haftung zwischen Naturfaser und Polypropylen jedoch für viele Anwendungen
unzureichend ist. Desweiteren bestehen auch Probleme hinsichtlich der größeren Fähigkeit der Flachsfaser im Vergleich zur Glasfaser im Hinblick auf die mögliche Feuchtigkeitsaufnahme.
Gerade das Haftvermögen zwischen Naturfasern und Kunststoffasern ist jedoch von besonderer Bedeutung, wenn derartige Artikel als Vliese, z. B. als Stabilisierungsvliese, bei der Formteilfertigung eingesetzt werden sollen. Insbesondere im Kfz-Bereich werden selbsttragende, großflächige Formteile häufig aus mehreren Schichten aufgebaut. Der typische Aufbau eines Dachhimmels besteht im allgemeinen aus einer zentralen Trägerschicht aus einem Thermo-Formschaum, aus thermisch oder mit Phenolharz verfestigten Reißspinnstoffen oder aus harzverfestigter Lignocellulose, einer ein- oder beidseitigen hochmoduligen Stabilisierungsschicht aus texilen Flächengebilden aus Hochmodulfasern, wie z. B. Aramidfasern, Kohlenstoffasern, Glasfasern oder den erwähnten Vliesstoffen aus Flachsfasern und Polypropylen sowie einer zum Fahrzeug Innenraum weisenden Dekorschicht.
Der Einsatz eines derartigen Vlieses als Stabilisierungsvlies bei der Formteilfertigung ist jedoch nicht die einzige Einsatzmöglichkeit. Weitere Einsatzbereiche sind z. B. die Verstärkung bzw. Stabilisierung von Bodenbelägen, insbesondere Teppichen oder Teppichböden. Gleiches gilt selbstverständlich auch für andere Anwendungen im Wohnbereich, wie z. B. eine mögliche Verstärkung/Stabilisierung von Wandverkleidungen und/oder -dekorationen.
Während der Trägerschicht die Aufgabe der Bildung des Formkörpers zukommt und sie damit in der Lage sein muß die dreidimensionale Konturbildung zu unterstützen und die Verformbarkeit und die Formhaltigkeit zu gewährleisten, ist es
Aufgabe der Stabilisierungsschichtfen) die Steifheit, &zgr;. B. die VerwindungsSteifheit des Formteiles zu gewährleisten. Hierfür werden textile Flächengebilde aus Fasern mit besonders hohem E-modul eingesetzt. Aus Preisgründen fanden hier vorzugsweise Glasfasern Verwendung, wobei aber auch Aramidfasern oder Kohlenstoffasern beschrieben wurden. Der Einsatz von Vliesstoffen aus Flachsfasern und Polypropylenfasern weist die bereits zuvor erwähnten Probleme hinsichtlich der Haftfestigkeit und der Feuchtigkeitsaufnahme der Naturfasern auf, weshalb derartige Vliese auf dem vorliegenden Fachgebiet bestenfalls über eine geringe wirtschaftliche Bedeutung verfügen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Vliesstoff der eingangsbeschriebenen Art so weiterzubilden, daß er gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Vliesstoff verbesserte Eigenschaften aufweist, insbesondere ein besseres Haftvermögen von Naturfasern und Kunststoffasern, und wirtschaftlich herstellbar ist sowie möglichst problemlos zu entsorgen oder einer Wiederverwertung zuführbar ist.
Die vorstehende Aufgabe wird durch einen Vliesstoff der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß als Kunstfasern Bikomponentenpolyamidfasern, Bikomponentenpolyesterfasern oder amorphe Polyesterklebefasern neben den Naturfasern als Bindefasern in dem Vliesstoff enthalten sind.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung von Bindefasern mit gegenüber Polyolefinen größerer Polarität, wie die genannten Polyamid- oder Polyesterbindefasern die Haftung zwischen Naturfasern und Kunststoffasern stark verbessert wird. Es wird dabei angenommen, daß die mögliche Bildung von Wasserstoffbrücken diese Adhäsion zwischen den unterschiedlichen Pasern auf molekularer Basis, d. h. zwischen
den Cellulose-Molekülen und den Kunststoff-Molekülen, entscheidend verstärkt.
Eine de'rart verbesserte Adhäsion ist aber nicht nur unter den verschiedenen Faserarten festzustellen, vorteilhafterweise wird mit dem erfindungsgemäßen Vliesstoff auch eine bessere Haftung der unterschiedlichen Verbundwerkstoffe untereinander realisiert. Bei der Fertigung eines Thermo-Formschaumhimmels wird die Trägerschicht, welche beispielsweise aus Polyurethanschaum besteht, ein- oder beidseitig mittels eines entsprechenden Polyurethanklebers mit den Stabilisierungsschichten verklebt. Vergleicht man dabei die Adhäsionskräfte zwischen Trägerschicht und Stabilisierungsschicht bzw. dem Polyurethankleber, so ergibt sich auch hier eine bedeutend stärkere Adhäsionskraft des erfindungsgemäßen Vliesstoffs gegenüber dem Vliesstoff aus Flachsfasern und Polypropylenfasern. Auch hier wird die stärkere Polarität der Bindefasern im Vergleich zu den Polyolefinfasern als zumindest zur Erhöhung der Haftung beitragend angesehen.
Gegenüber mit homopolymeren Thermoplastfasern, insbesondere gegenüber mit Polypropylen verfestigten Vliesstoffen mit Naturfasern besitzt der erfindungsgemäße Vliesstoff besonders bei entsprechender Auswahl der Bindefasern auch eine wesentlich größere thermische Stabilität und Belastbarkeit, was sich insbesondere bei der Verwendung für die Formteilherstellung positiv auswirkt, da die Herstellung von stark temperaturbeständigen Formteilen möglich ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vliesstoffs sind die Bikomponentenfasern vom side-by-side-Typ oder Mantel-Kern-Typ. Hierdurch wird eine bestimmte Variationsbreite und Anpassbarkeit an verschiedenste
Anforderungen bei der Herstellung und/oder anschließenden Verfestigung erreicht.
Bestehen die Bikomponentenfasern zu einem erheblichen bis wesentlichen Teil aus Bikomponentenpolyamidfasern, so ist bevorzugt, wenn diese vom Mantel-Kern-Typ sind. Vorzugsweise besteht der Kern einer derartigen Bikomponentenfaser aus Polyamid 6.6 und der Mantel aus Polyamid 6 oder einem Kern aus Polyamid 6.6 oder Polyamid 6 und einem Mantel aus einem Copolyamid.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bestehen die Bikomponentenfasern bevorzugt aus Copolyester/Polyesterbikomponentenfasern, wobei bevorzugt ist, wenn es sich dabei um Fasern vom Mantel-Kern-Typ handelt, bei denen der Kern aus Polyethylenglykolterephthalat und der Mantel aus einem Copolymeren aus Ethylenglykolterephthalat und Isophthalsäure besteht.
Die Verfestigungstemperaturen derartiger Bindefasern sind allgemein lieferantenseitig im Bereich zwischen 100 und 205 0C einstellbar, was eine gute Anpassbarkeit der Herstellungsbedingungen an unterschiedlichste Anforderungen gewährleistet. Der Kern derartiger Fasern besitzt eine hohe Kristallinität und einen Schmelzpunkt von etwa 254 0C, wodurch eine entsprechende thermische Stabilität gewährleistet wird. Bei derartigen Bindefasern liegt die Bindekomponente der Bikomponentenfasern im allgemeinen als amorpher Copolyester vor.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die thermische Beständigkeit sich vorteilhafterweise noch weiter erhöht, wenn als Bikomponentenpolyesterfaser eine Mantel-Kern-Bindefaser in dem Vlies enthalten ist, bei der Mantel und Kern jeweils aus einem
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kristallinen Copolyester bzw. Polyester besteht. Dabei ist bevorzugt, daß der Schmelzpunkt des Mantels der Bindefaser höher als 140 0C ist, insbesondere höher als 160 0C.
Da Vliesstoffe wie der erfindungsgemäße Vliesstoff allgemein weiterverarbeitet werden, erhöht sich die Handhabbarkeit beträchtlich, wenn der Vliesstoff mechanisch verfestigt ist. Es ist dabei bevorzugt, daß die mechanische Verfestigung durch Vernadeln oder durch Anwendung des Wasserstrahlverfestigungsverfahrens bewirkt wird. Daneben sind sämtliche andere Verfahren zur Herstellung bzw. Verfestigung des erfindungsgemäßen Vliesstoffs einsetzbar, die in "Vliesstoffe", Lünenschloß (Autor), Georg Thieme Verlag Stuttgart, Seiten 67 bis 103 und 122 bis 142, beschrieben sind. Insbesondere ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Vliesstoff thermisch zu verfestigen. Eine mechanische Vorverfestigung ist hierfür nicht zwingend erforderlich.
Es ist bevorzugt, wenn der erfindungsgemäße Vliesstoff ein Flächengewicht von etwa 20 bis 1000 g/m aufweist, insbesondere 50 bis 200 g/m . Der erfindungsgemäße Vliesstoff besitzt vorzugsweise ein Bindefaseranteil von 5 bis 80 %, insbesondere 15 bis 50 %, und einen Naturfaseranteil von 95 bis 20 %, insbesondere 85 bis 50 %.
Je nach den Anforderungen können auch besonders vorteilhafte Eigenschaften erreicht werden, wenn die Matrixfasern aus einer Mischung verschiedener Naturfasern oder aus einer Mischung einer oder mehrerer Naturfasern mit einer oder mehreren Kunstfasern gebildet sind.
Der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Vliesstoffs vergrößert sich besonders, wenn derselbe weiterhin Funktionselemente wie eine thermische Verklebung ermöglichende
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Klebstoffe, oder Haftvermittler in Form von Fasern, Partikeln, Dispersions- oder Latexfilmen, Vliesen oder Folien, oberflächlich oder homogen vermischt enthält.
Die in dem erfindungsgemäßen Vliesstoff enthaltenen Naturfasern und Kunstfasern besitzen bevorzugt einen Titer von etwa 0,7 bis 28 dtex, insbesondere 1,7 bis 12 dtex, und eine Faserlänge von etwa 10 bis 200 mm, insbesondere 40 bis 80 mm. Aufgrund ihrer Eigenschaften ist es bevorzugt, wenn die Naturfasern pflanzlicher Art sind, wobei Flachs, Hanf, Sisal, Kapok, Jute, Ramie, Kokos, Nessel, Banane und dergleichen besonders bevorzugt sind.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff findet insbesondere Anwendung zur Herstellung von Formteilen oder Verbundwerkstoffen, wobei ein derartiger Verbundwerkstoff wenigstens ein weiteres Material in Form eines Schaums, wie z. B. eines Polyurethan-Formschaums, einer Folie oder eines Vlieses, zusammen mit dem erfindungsgemäßen Vliesstoff aufweist.
Bei der Verwendung von amorphen Polyesterfasern als Bindefasern lassen sich besonders stabile Vliese bzw. Formteile und/oder Verbundwerkstoffe herstellen, da derartige amorphe Polyesterfasern aufgrund ihrer amorphen Struktur beim Erhitzten ab ca. 70 0C klebrig werden und sich mit sich selbst und anderen Fasern unter Anwendung von Kraft und Wärme zur Verfestigung verbinden. Dieser Vorgang ist irreversibel, da dieser Fasertyp ab ca. 125 0C kristallisiert und dadurch einen Schmelzpunkt von ca. 254 0C erreicht.
Die Verwendung von derartigen, amorphen Polyesterfasern bei der Herstellung von Vliesstoffen und Formteilen mit Polymereinheitlicher Zusammensetzung ist in der EP 476 538 beschrieben. So hergestellte Vliesstoffe lassen sich jedoch in
Form von Bahnenware nur durch einen Kalander-Prozeß oder einen kalanderähnlichen Prozeß, wie der Verfestigung mittels einer Flachbettpresse, thermisch verfestigen, da sie mit oder ohne mechanische Vorverfestigung ausschließlich durch gleichzeitige Anwendung von Kraft und Wärme entsprechend thermisch verfestigt werden können.
Allgemein ist jedoch hervorzuheben, daß bei der Herstellung von Formteilen und/oder Verbundwerkstoffen nicht nur thermisch verfestigte Vliesstoffe eingesetzt werden können, es können auch die erfindungsgemäßen Vliesstoffe eingesetzt werden, die z. B. nur mechanisch verfestigt sind und bei denen die thermische Verfestigung erst während der Formteilverpressung oder -verklebung erfolgt. Dies hängt im wesentlichen vom gewählten Formteilherstellungsprozeß sowie den Anforderungen an den Vliesstoff und das Formteil selbst ab.
Mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert.
Es wird eine Fasermischung aus 70 % Flachsfaser und 30 % Copolyester/Polyester-Mantel-Kernfaser aus kristallinem Copolyester (Mantel) und kristallinem Polyester (Kern) von einer Feinheit von 4,4 dtex und einer Länge von 51 mm (Typ Melty 7080, Unitica Ltd., Osaka), hergestellt. Die Fasermischung wird gekrempelt, über einen Querleger abgelegt und in einer Nadelmaschine von oben und unten mit Einstichtiefen von 8 mm und 5 mm und einer Einstichdichte von 125 Einstichen/cm^ genadelt. Anschließend wird bei einer Temperatur von 182 0C in einem Heißluftofen thermisch verfestigt und das Vlies über kalte Kalanderwalzen geglättet und auf 2,3 mm Dicke kalibriert. Das Flächengewicht dieses Vliesstoffs beträgt 150 g/m2.
Der so erhaltene Vliesstoff wird mittels Polyurethankleber beidseitig auf eine Trägerschicht aus Polyurethan Thermo-Formschaum aufgeklebt und anschließend gleichzeitig verpreßt und verformt. Die Haftungswerte des Verbundes sind hervorragend und die thermische Stabilität gemäß einem Klima-Wechseltest von -20 bis +130 0C entspricht voll den gestellten Anforderungen.

Claims (1)

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B/34.439/AM-as
Christian Heinrich Sandler GmbH & Co. KG7 Lamitzmühle, 95120 Schwärzenbach
Schutzansprüche;
1. Vliesstoff, insbesondere Stabilisierungsvlies, aus Naturfasern und Kunstfasern, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstfasern Bikomponentenpolyamidfasern, Bikomponentenpolyesterfasern oder amorphe Polyesterklebefasern neben den Naturfasern als Bindefasern in dem Vliesstoff enthalten sind.
2. Vliesstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bikomponentenfasern vom side-by-side-Typ oder Mantel-Kern-Typ sind.
3. Vliesstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bikomponentenfasern Bikomponentpolyamidfasern vom Mantel-Kern-Typ sind.
4. Vliesstoff gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Bikomponentenfasern aus Polyamid 6.6 und der Mantel aus Polyamid 6 oder einem Kern aus Polyamid
6.6 oder Polyamid 6 und einem Mantel aus einem Copolyamid besteht.
5. Vliesstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bikomponentenfasern Copolyester/Polyesterbikomponentenfasern sind.
6. Vliesstoff gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bikomponentenfasern Copolyester/Polyester Bikomponentenfasern vom Mantel-Kern-Typ sind, bei denen der Kern aus Polyethylenglykolterephthalat und deren Mantel aus einem Copolymeren aus Ethylenglykolterephthalat und Isophthal-Säure besteht.
7. Vliesstoff gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bikomponentenfasern eine Verfestigungstemperatur im Bereich von ungefähr 100 bis 205 0C aufweisen.
8. Vliesstoff gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindekomponente der Bikomponentenfasern als amorpher Copolyester vorliegt.
9. Vliesstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bikomponentenfaser eine Mantel-Kern-Bindefaser in dem Vlies enthalten ist, bei der Mantel und Kern jeweils aus einem kristallinen Copolyester bzw. Polyester besteht.
10. Vliesstoff gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Bindefaser höher als 140 0C ist, insbesondere höher als 160 0C.
11. Vliesstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mechanisch verfestigt ist.
12. Vliesstoff gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verfestigung durch Nadeln erfolgt.
13. Vliesstoff gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verfestigung durch Anwendung des WasserstrahlVerfestigungsverfahrens bewirkt wird.
14. Vliesstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff thermisch verfestigt ist,
15. Vliestoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Flächengewicht von etwa 20 bis 1000 g/nr beträgt, insbesondere von 50 bis 200 g/m2.
16. Vliesstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies einen Bindefaseranteil von 5 bis 80 %, insbesondere 15 bis 50 %, und einen Naturfaseranteil von 95 bis 20 %, insbesondere 85 bis 50 %, aufweist.
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17. Vliesstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixfasern aus einer Mischung verschiedener Naturfasern oder aus einer Mischung einer oder mehreren Naturfasern mit einer oder mehreren Kunstfasern gebildet sind.
18. Vliestoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Funktionselemente wie eine thermische Verklebung ermöglichende Klebstoffe oder Haftvermittler in Form von Fasern, Partikeln, Dispersions- oder Latexfilmen, Vliesen oder Folien, oberflächlich oder homogen vermischt enthalten sind.
19. Vliesstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern und die Kunstfasern einen Titer von 0,7 bis 2,8 dtex aufweisen, insbesondere 1,7 bis 12 dtex, und eine Faserlänge von etwa 10 bis 200 mm, insbesondere 40 bis 80 mm.
Vliesstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern pflanzlicher Art sind, insbesondere Flachs, Hanf, Sisal, Kapok, Jute, Ramie, Kokos, Nessel, Banane und dergleichen.
21. Formteil,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Vliesstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 besteht.
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22. Verbundwerkstoff, bestehend aus einem Vlisstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 und wenigstens einem weiteren Material in Form eines Schaums, wie z. B. eines Polyurethanformschaums oder einer Folie.
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