DE69105269T2

DE69105269T2 - Füllung und andere faserneigenschaften.

Info

Publication number: DE69105269T2
Application number: DE69105269T
Authority: DE
Inventors: Walter Bernhard D-4775 Lippetal Halm; William Jonas Jr. Greenville Nc 27858 Jones; James Frederick Wilmington De 19808 Kirkbride; Ilan Ch-1290 Versoix Marcus; Adrian Charles Greenville Nc 27834 Snyder
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Advansa BV
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: EP0524240B1; JPH05505959A; IE911212A1; CN1027089C; PT97343A; AU7654091A; CA2080363A1; CN1056849A; ES2065022T3; NZ237772A; DE69105269D1; WO1991016485A1; EP0524240A1; CA2080363C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Verbesserungen von Faserfüllstoffmaterial, insbesondere eines Polyesterfaserstoffes und spezieller eines Faserfüllstoffes, der in Fasserballform vorliegt, und weitere Gesichtspunkte und Verwendungen dieser und weiterer Fasern.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Polyesterfaser-Füllstoff hat breite Anwendung und gute Akzeptanz als kostengünstiges Füllstoffmaterial für Kissen, Steppdecken, Schlafsäcke, Kleidungsstücke, Möbelpolster, Matratzen und ähnliche Artikel gefunden. Er wurde bisher im allgemeinen aus Polyethylenterephthalat-Stapelfasern (d. h. geschnittenen Fasern) hergestellt, die aus Filamenten geschnitten worden sind, die in einer stauchkammerartigen Kräuselungsvorrichtung gekräuselt wurden. Die Deniers (oder das dtex) der Fasern lagen im allgeineinen in der Größenordnung von 5-6, d.h. ein deutlich höheres Denier pro Filament (dpf) als bei Baumwoll- und Polyestertextilfasern, die für Kleidung verwendet werden. Die Fasern können hohl oder massiv sein und können einen regelmäßigen runden oder anderen Querschnitt aufweisen und werden je nach den Erfordernissen der Endanwendung oder des Verfahrens in verschiedene Längen geschnitten.
Polyesterfaser-Füllstoff wird oft "geslicknet", d.h. mit Siliconen und seit kürzerem fit Polyethylenterephthalat/Polyether-segmentierten Copolymeren überzogen, um die Faser/Faser-Reibung zu verringern. Eine niedrige Faser/Faser- Reibung verbessert die Griffigkeit des fertigen, mit der Faserfüllung hergestellten Artikels, erzeugt eine glattere sowie weichere Griffigkeit und trägt so dazu bei, die Neigung der Faserfüllung zu vermindern, in dem Artikel während des Gebrauches zu verfilzen (oder zusammenzuklumpen).
Polyesterstapelfaser-Füllstoff wurde bisher im allgemeinen durch Öffnen verarbeitet und dann zu Bahnen geformt, die sich kreuzweise überlappen, so daß sich eine Wattierung (auch als Vlies bezeichnet) bildet, die verwendet wird, um den Artikel zu füllen. Das Verhalten von Artikeln, die unter Anwendung dieser Technik gefüllt worden sind, genügte viele Jahre lang für viele Endanwendungen, konnte jedoch die Ästhetik natürlicher Füllungen, wie Daune oder Daune/Federmischungen, nicht vollständig wiedergeben. Solche natürlichen Füllungen weisen eine Struktur auf, die sich grundlegend von den kardierten Vliesen aus Polyesterfaser-Füllstoffen unterscheiden. Sie bestehen aus kleinen Teilchen ohne Kontinuität des Füllmaterials. Dies ermöglicht eine Bewegung der Teilchen innerhalb des Inlets und eine Anpassung der Form des Artikels an die Umrisse oder Wünsche des Benutzers. Wir glauben, daß die Leichtigkeit, mit der sich Daunen- und Federfüllstoffe bewegen können, eine Schlüsselrolle bei ihrer Erholung von einem Zusammendrücken spielt, nachdem sie unter Druck gesetzt worden sind, indem sie einfach aufgeschüttelt und glattgestrichen werden. Diese Eigenschaft wird als Wiederaufbauschbarkeit bezeichnet.
Im Gegensatz zu Daunen und Federn weisen die kardierten Vliese aus Polyesterfaser-Füllstoff eine Schichtstruktur auf, in der die Fasern parallel ausgerichtet und innerhalb jeder Bahn und zwischen den Schichten lose miteinander verbunden sind, so daß sie sich nicht bewegen und vergleichbar wie Daunen und Federn wiederaufgebauscht werden können. Polyesterfüllstoffe besitzen jedoch einige Vorzüge gegenüber natürlichen Füllstoffen, insbesondere hinsichtlich Waschbarkeit und Haltbarkeit. Demgemäß hat Marcus ein Faserfüllstoff- Produkt entwickelt, bestehend aus kleinen weichen Polyesterfaserbüscheln oder Faserbällchen, die ihre Identität während Abnutzung und Waschen beibehalten und es dem Benutzer ermöglichen, den mit der Faserfüllung gefüllten Artikel wiederaufzubauschen. Diese Büschel verbinden die guten mechanischen Eigenschaften und die Waschbarkeit der Polyesterfaser-Füllstoffe mit der Wiederaufbauschbarkeit der Daune oder Daune/Federmischungen.
Obgleich einige teilchenförmige Produkte aus Standard- Faserfüllstoffen auf modifizierten Karden kommerziell hergestellt wurden, wurden solche Produkte für unterschiedliche Endanwendungen hergestellt und wiesen nicht die Eigenschaften auf, die zur Herstellung von Bettzeug und Möbeln von hoher Qualität erforderlich sind. Steinruck beschrieb eine solche modifizierte Karde und ein Verfahren zur Herstellung von "Noppen" in der U.S.-Patentschrift Nr. 2 923 980.
Marcus stellte seine neuen Faserbälle unter Verwendung von Fasern mit speziellen Eigenschaften als Ausgangsmaterial für ein neues Faserball-Herstellungsverfahren her. Die U.S.-Patentschriften 4 618 531 und 4 783 364 beschreiben bevorzugte Faserballprodukte und ein Verfahren, um sie aus Ausgangsfasern mit Spiralkräuselung (einschließlich Omegakräuselung) herzustellen, die dann aufgrund ihres Vermögens, sich spontan zu kräuseln, unter milden Bedingungen gewalzt werden können. Diese Produkte waren in den USA und Europa hauptsächlich bei Bettzeug und Möbelpolstern im Handel erfolgreich. Marcus zeigte, daß die Spiralkräuselung wichtig war, um die gewünschte Faserballstruktur zu erhalten, d.h. um eine gewünschte zufällige Anordnung der Fasern innerhalb jedes Faserballes bereitzustellen und um die gewünschte geringe Haftung zwischen den Oberflächen benachbarter Bälle zu erzielen. Handelsübliche Fasern mit mechanischer Standardkräuselung erzeugten keine Faserbälle, die die gewünschte Faserballstruktur aufwiesen, die gute Haltbarkeit, hohes Füllvermögen und niedrige Haftung liefert, was Schlüsselanforderungen an wiederaufbauschbare Füllstoff- Produkte sind.
Zur Optimierung von Füllvermögen (d.h. um die Bauschigkeit zu erhöhen) und Haltbarkeit (d.h. um den Betrag der Bauschigkeit, der während des Gebrauchs verloren geht) zu verringern und insbesondere zur Optimierung der Haltbarkeit beim Waschen, glauben wir, daß die Fasern in dem Faserball zufällig verteilt sein sollten, eine gleichmäßige Dichte über die gesamte Struktur aufweisen und ausreichend verschlungen sein sollten, um die Identität des Faserballes beim Waschen oder während der normalen Abnutzung beizubehalten. Um das Optimum von Füllvermögen und Haltbarkeit zu erzielen, glauben wir, daß es wichtig ist, daß jede Faser in dem Faserball ihre Bauschigkeit voll und individuell entwickeln sollte, so daß sie voll (zu Füllvermögen und Haltbarkeit) beitragen kann. Um diese Struktur zu erhalten, von der das Verhalten der Faserbälle abhängt, verwendete Marcus Fasern, die zum spontanen Kräuseln neigten, so daß eine gute verfestigte Struktur unter sehr milden Kräften hergestellt werden konnte. In den vorgenannten Patentschriften beschrieb Marcus einen bevorzugten Weg, diese gewünschte Faserballstruktur und Eigenschaften zu erhalten, indem Fasern mit Spiralkräuselung als Ausgangsfasern verwendet wurden und ein Luftschleuderverfahren angewendet wurde, um die Fasern unter milden Kräften zu walzen. Die resultierenden Produkte sind durch eine zufällige Verteilung der Fasern in dem Faserball gekennzeichnet, wobei wenigstens 50 % rund sind (ein Verhältnis der größten zur kleinsten Ausdehnung von weniger als 2:1 aufweisen) und eine niedrige Haftung aufweisen, was sich bei den bisherigen Produkten nicht zeigte. Marcus stellte unter denselben Bedingungen keine annehmbaren Faserbälle her, wenn er handelsübliche Fasern mit mechanischer Standardkräuselung verwendete.
Die von Marcus zur Herstellung seiner neuen Faserbälle verwendeten Ausgangsfasern sind relativ ungewöhnlich, nicht und/oder auf einigen Märkten teuer erhältlich, auf denen weitaus die Mehrheit von Polyesterstapelfaser mechanisch gekräuselt ist, im allgemeinen durch die Stauchkammer- Technik. Seit Marcus den Wert der Verwendung von Faserfüllstoff in Form eines Faserballes anstelle von parallel ausgerichteten Fasern in einer kardierten vliesartigen Struktur beschrieb, war es wünschenswert herauszufinden, warum die mechanisch gekräuselten Standardfasern keine guten Faserbälle ergaben, und eine andere Ausgangsfaser als die von Marcus verwendete bereitzustellen. Snyder et al. beschrieben in der mitanhängigen U.S.-Anmeldung Seriennummer 07/508 898 ein weiteres Verfahren und eine Apparatur zur Herstellung von Faserbüscheln, und es gelang ihnen, eine mechanisch gekräuselte Ausgangsfaser zu zufriedenstellenden Faserbüscheln zu verarbeiten. Eine wichtige Aufgabe der Anmeldung ist es, eine solche mechanisch gekräuselte Ausgangsfaser bereitzustellen, die das Potential besitzt, zu solchen Büscheln verarbeitet zu werden, die manchmal als Faserbälle bezeichnet werden. Weitere Aufgaben werden im folgenden erkennbar.
Abnehmbare wiederaufbauschbare Polster sind derzeit für ein modernes Möbeldesign typisch. Dies hat zu einem neuen Bedarf an wiederaufbauschbarem Faserfüllstoff geführt, so daß die Polster wieder zurechtgeschüttelt werden können. Möbel erfordern außerdem Füllstoffprodukte, die mehr Standfestigkeit und Füllvermögen als Bettzeug oder Kleidung besitzen. Dies kann Fasern mit höherem Denier erfordern. Solche Fasern können gegenüber Fasern in der Größenordnung von 5-6 dtex unterschiedliche Kräuselungsbedingungen erfordern.
Die U.S.-Patentschrift Nr. 4 794 038 von Marcus beschreibt Faserbälle aus spiralförmig gekräuselten Fasern und aus Bindefasern, die zu einem festen Faserblock geformt werden können. Wiederum wurden spiralförmig gekräuselte Fasern verwendet, um die gewünschte Ballstruktur zu erhalten. Es ist wünschenswert, mechanisch gekräuselte Fasern bereitzustellen, die die Herstellung solcher Faserbälle ermöglichen.
Wie offensichtlich wird, können die erfindungsgemäßen Prinzipien auch angewendet werden, um Büschel aus anderen Fasern als aus Polyesterfaser-Füllstoff herzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Überraschenderweise haben wir nun gefunden, daß Faserbälle mit vergleichbaren Eigenschaften aus bestimmten mechanisch gekräuselten Fasern hergestellt werden können, die bestimmte Kräuselungskonfigurationen aufweisen. Wir glauben, daß eine wichtige Eigenschaft in einer Fähigkeit zum spontanen Kräuseln besteht, die in dieser Hinsicht vergleichbar ist mit spiralförmig gekräuselten Fasern, die von Marcus als Ausgangsfasern verwendet wurden. Es wurden geeignete Ausgangsfasern mit Kombinationen von primärer und sekundärer Kräuselung mit speziellen Bereichen von Frequenz und Amplituden verwendet. Die genauen Bereiche der erforderlichen Werte hängen von verschiedenen Überlegungen ab, wie Denier und Konfiguration der Ausgangsfaser und der zur Herstellung der Bälle angewendeten Verarbeitungstechnik. Insbesondere Frequenz und Amplitude der sekundären Kräuselung und eine gute Thermofixierung dieser sekundären Kräuselung werden als Schlüsselanforderungen zur Herstellung von Faserbällen angesehen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung werden wiederaufbauschbare Faserbälle zur Verfügung gestellt, die eine gleichmäßige Dichte und eine zufällige Verteilung und Verschlingung der Fasern in jedem Ball aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbälle eine durchschnittliche Querschnittsdimension von etwa 2 bis etwa 20 mm besitzen, die einzelnen Fasern eine Länge im Bereich von etwa 10 bis 100 mm aufweisen und aus Fasern hergestellt werden, die eine primäre Kräuselung und eine sekundäre Kräuselung aufweisen, wobei die genannte primäre Kräuselung eine durchschnittliche Frequenz von etwa 14 bis etwa 40 Kräuselungen pro 10 cm und die genannte sekundäre Kräuselung eine durchschnittliche Frequenz von etwa 4 bis etwa 16 Kräuselungen pro 10 cm aufweist, und worin die durchschnittliche Amplitude von der Faserlängsachse wenigstens dem Vierfachen der durchschnittlichen Amplitude der primären Kräuselung entspricht, mit der Maßgabe, daß die genannten einzelnen Fasern weder eine mechanische Kräuselung noch eine Spiralkräuselung in derselben Faser aufweisen.
Ebenfalls bereitgestellt werden Faserbälle mit einer zufälligen Verteilung und Verschlingung von Fasern in jedem Ball, wobei die genannten Fasern eine Mischung aus lasttragenden Fasern und Bindefasern darstellen, die gegebenenfalls ein Material enthalten, das in der Lage ist erhitzt zu werden, wenn es Mikrowellen oder einer Hochfrequenzenergiequelle ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbälle einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 2 mm bis etwa 20 mm und die einzelnen Fasern eine Länge von etwa 10 bis etwa 100 mm besitzen, wobei die lasttragenden Fasern eine primäre und sekundäre Kräuselung aufweisen, wobei die genannte primäre Kräuselung eine durchschnittliche Frequenz von etwa 14 bis etwa 40 Kräuselungen/10 cm und die genannte sekundäre Kräuselung eine durchschnittliche Frequenz von etwa 4 bis etwa 16 Kräuselungen/10 cm aufweist und worin die durchschnittliche Amplitude der sekundären Kräuselung wenigstens dem Vierfachen der durchschnittlichen Amplitude der primären Kräuselung entspricht, mit der Maßgabe, daß die genannten einzelnen Fasern weder eine mechanische Kräuselung noch eine Spiralkräuselung in derselben Faser aufweisen.
Weiterhin werden Verfahren zur Herstellung der vorgenannten Faserbälle bereitgestellt, was hier noch ausführlicher beschrieben wird. Außerdem werden geformte Strukturen bereitgestellt, die aus Faserbällen, die Bindefasern enthalten, hergestellt werden.
Weitere Gesichtspunkte der Erfindung sind die bevorzugten Ausgangsfasern zur Herstellung der Faserbälle und die Verfahren, die an der Herstellung geeigneter Ausgangsfasern beteiligt sind.
Gemäß solchen weiteren Gesichtspunkten der Erfindung werden bereitgestellt Verfahren zur mechanischen Kräuselung eines Kabelbandes aus Polyesterfilamenten mit niedrigem Denier (etwa 4 bis etwa 10 dtex) pro Filament in einer Stauchkammer- Kräuselungsvorrichtung bei einer Beladung der Kräuselungsvorrichtung von etwa 13 bis etwa 26 ktex pro in. Kräuselbreite und zur Thermofixierung des gekräuselten Kabelbandes, um gekräuselte Filamente bereitzustellen, die eine primäre Kräuselung mit einer durchschnittlichen Frequenz von etwa 14 bis etwa 40 pro 10 cm und einer sekundären Kräuselung mit einer durchschnittlichen Frequenz von etwa 4 bis etwa 16 pro 10 cm und eine durchschnittliche Amplitude von wenigstens dem Vierfachen der durchschnittlichen Amplitude der ersten Kräuselung aufweisen, und Verfahren zur Umwandlung des resultierenden gekräuselten Kabelbandes in eine geschnittene Faser, um eine Ausgangsfaser für ein Verfahren zur Herstellung von Faserbällen aus einer solchen Ausgangsfaser bereitzustellen, und Verfahren zur Herstellung von Faserbällen durch ein Luftschleuderverfahren oder unter Verwendung einer Ballherstellungsmachine, ausgestattet mit einem Kardenbeschlag, z.B. vom modifizierten Walzenoberflächentyp, oder wie beschrieben z.B. von Snyder et al. in der U.S.-Anmeldung S.N. 07/508 878, und die bevorzugte mechanisch gekräuselte Ausgangsfaser zur Verwendung in solchen Ballherstellungsmaschinen und bei Ballherstellungsverfahren. Vergleichbare Verfahren werden für Polyesterfilamente mit höherem dtex bereitgestellt, mit Beladungen der Kräuselungsvorrichtung von dementsprechend z.B. bis zu etwa 34 ktex pro Inch. Die Erfindung sollte nicht als darauf eingeschränkt verstanden werden, daß sie beispielsweise nur die geeignete Kräuselung durch Anwendung einer mechanischen Kräuselungsvorrichtung des Stauchkammer-Typs erzeugt, sondern daß alternative Verfahren zur Erzeugung der geeigneten Struktur ebenfalls beabsichtigt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4 und 5 sind alles Photographien, deren Einzelheiten hier nachstehend angegeben werden.
Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise aufgeschnitten, einer Kräuselungsvorrichtung vom Stauchkammer-Typ, um die erhaltenen Kräuselungseffekte zu zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß können bestimmte mechanisch gekräuselte Ausgangsfasern Faserbälle mit Wiederaufbauschbarkeits- und Haltbarkeitseigenschaften erzeugen, vergleichbar denjenigen, die von Fasern mit spiralförmiger Kräuselung (manchmal als helikal gekräuselte Fasern bezeichnet) erzeugt werden, wenn sie vergleichbaren Verfahrensbedingungen unterworfen werden. Ein breiterer Bereich mechanisch gekräuselter Ausgangsfasern kann zufriedenstellende Faserbälle erzeugen, wenn er anderen Verfahren zu Herstellung von Faserbällen unterzogen wird, wie einem Verfahren, das in der mitanhängigen U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 07/508 878, eingereicht am 12. April 1990 (DP-4690) von Snyder et al. beschrieben ist, deren Beschreibung hier als Referenz einbezogen ist. In einigen Fällen ist die Struktur des Faserballs vergleichbar mit derjenigen, die mit spiralförmig gekräuselten Fasern erhalten wird, so daß es sogar auf Rasterelektronenmikroskop-(ESM)- Photographien der Faserbälle schwierig ist, die beiden Produkte zu unterscheiden. Im Hinblick darauf wird auf die Figuren 1A, 1B, 2A und 2B Bezug genommen, die alle ESM-Photographien mit 20facher Vergrößerung darstellen. Die Figuren 1A und 1B sind Photographien von Faserbällen, die aus einer mechanisch gekräuselten Ausgangsfaser hergestellt wurden, wie in Beispiel 1 hier nachstehend beschrieben. Die Figuren 2A und 2B sind Photographien von handelsüblichen Faserbällen, hergestellt aus einer spiralförmig gekräuselten Faser. Diese werden im folgenden ausführlicher diskutiert. Im allgemeinen besteht der einfachste Weg zur Prüfung der Kräuselung der Ausgangsfaser, aus der ein Faserball hergestellt worden ist, darin, einige der freien Enden zu finden, die üblicherweise aus den Faserbällen herausragen, und die aus dem Ball herausragenden Teile zu prüfen, anstatt zu versuchen, die Faserbälle selbst zu entwirren. Es ist schwierig, eine angemessene zweidimensionale Darstellung von Faserbällen, wie sie in diesen Figuren dargestellt werden, zu geben, jedoch liefern ESM-Photographien eine bessere Darstellung als ein Photo, das mit einer normalen Kamera aufgenommen wird. Diese ESM-Photographien werden bereitgestellt, um die strukturelle Ähnlichkeit mit dem handelsüblichen produkt, das erfindungsgemäß mit einer mechanisch gekräuselten Ausgangsfaser erhalten werden kann, aufzuzeigen.
Die Herstellung von Faserbällen mit guter Struktur aus mechanisch gekräuselten Fasern ist von besonderem praktischen und wirtschaftlichen Interesse für Fasern mit speziellen Querschnitten, die mit der Spiralkräuselungs- oder Zweikomponententechnik schwierig herzustellen und/oder zu kräuseln sind, wie Fasern, die Mehrfachkanäle und/oder hohe Leervolumenanteile aufweisen, und Fasern mit hohem Denier. Die hier beschriebene Technologie ermöglicht es, Faserbälle mit dreidimensionaler Struktur, geringer Haftung und guter Haltbarkeit aus praktisch jeder Quelle von ersponnenen synthetischen Filamenten herzustellen, indem die Kräuselungsbedingungen modifiziert werden und so eine spezielle Kombination von primärer und sekundärer Kräuselung erzeugt wird, wie hier nachstehend beschrieben.
Wie von Fachleuten erkannt wird, muß jeder Kräuselungsvorgang bis zu einem gewissen Maß empirisch sein, da der Experte die Kräuselungsbedingungen je nach spezieller Ausgangsfaser, Typ, Dimensionen und/oder Bau der Kräuselungsvorrichtung und je nachdem, was gewünscht wird, modifiziert, indem Experimente durchgeführt werden, bis die Ergebnisse (im vorliegenden Beispiel die Faserbälle) zufriedenstellen sind, jedoch werden hier Richtlinien angegeben.
Zu Füllungszwecken sollten Faserbälle vorzugsweise rund sein und einen durchschnittlichen Durchmesser von 2 bis 20 mm aufweisen, wobei wenigstens 50 Gew.-% der Bälle vorzugsweise einen Querschnitt aufweisen sollten, so daß die maximale Ausdehnung nicht mehr als das Doppelte der minimalen Ausdehnung beträgt. Die Faserbälle werden aus zufällig angeordneten verschlungenen Fasern hergestellt, die thermofixiert worden sind, um sowohl eine primäre als auch sekundäre Kräuselung mit spezieller Frequenz und speziellen Amplituden zu liefern. Eine geeignete primäre Kräuselung weist eine durchschnittliche Frequenz von etwa 14 bis etwa 40 Kräuselungen pro 10 cm, vorzugsweise etwa von 18 bis etwa 28 (oder für einige Fasern bis etwa 32), Kräuselungen/10 cm auf, wobei eine geeignete sekundäre Kräuselung eine durchschnittliche Frequenz von etwa 4 bis etwa 16 pro 10 cm und eine durchschnittliche Amplitude der sekundären Kräuselung aufweist, die wenigstens das 4fache der Amplitude der primären Kräuselung beträgt. Die gekräuselten Polyesterfasern besitzen eine Schnittlänge von etwa 20 mm bis etwa 100 mm und eine lineare Dichte (Faserfüllzwecke) von etwa 3 bis etwa 30 dtex. Niedrigere dtex-Niveaus stellen im allgemeinen keine gute Elastizität oder Standfestigkeit der Füllung bereit, jedoch können Polyester oder weitere Fasern mit niedrigerem dtex zu Faserbällen für andere Zwecke verarbeitet werden, z.B., wenn gewünscht, zur Verwendung als Noppen in neuen Garnen. Daher ist es selbstverständlich, daß die Bereiche, auf die hier Bezug genommen wird, näherungsweise gelten und daß die genauen Grenzen für jede Faser im allgemeinen von verschiedenen Faktoren, wie der gewünschten Endanwendung, weiteren Faserfaktoren, wie Denier und Querschnittskonfiguration, und von den Verfahrensbedingungen, die speziell für diese bestimmte Faser ausgewählt werden, abhängen.
Gemäß den speziellen Endanwendungen können die Faserbälle einen Anteil, im allgemeinen bis zu 30 %, an weiteren Fasern, insbesondere Bindefasern, enthalten. Wie für Fachleute offensichtlich ist, ist es nun möglich, da wir entdeckt haben, wie eine mechanisch gekräuselte Faser hergestellt wird, die zur Umwandlung zu Faserbällen geeignet ist, und wie eine spiralförmig gekräuselte Faser umgewandelt wird (wie von Marcus gelehrt), Faserbälle aus verschiedenen Mischungen von Fasern, insbesondere Mischungen aus spiralförmig gekräuselten Fasern und mechanisch gekräuselten Fasern, die zur Herstellung von Faserbällen geeignet sind, herzustellen. Wiederum hängen die genauen Anteile und Kräuselungskonfigurationen solcher Fasern, die in solchen Mischungen benötigt werden, von Faktoren ab, wie der anzuwendenden Technik zur Herstellung von Faserbällen sowie dem Denier und Querschnitt der Fasern, und zusätzlich bei Mischungen von den weiteren Bestandteilen der Mischung. Die lasttragenden Fasern können mit einem Slickener, wie einem Silicon-Slickener oder einem segmentierten Copolymer, das im wesentlichen aus Polyoxyalkylen und Polyethylenterephthalat besteht, überzogen werden, um die Faser/Faserreibung zu vermindern. Außer der verbesserten Weichheit im Produkt für die Endanwendung spielt ferner das Schmälzen bei dem Faserball-Herstellungsverfahren eine wichtige Rolle, indem es den Fasern dazu verhilft, daß während des Herstellungsverfahrens eine Faser über die Oberseite der anderen gleitet, wodurch die Kraft, die erforderlich ist um sie zu walzen, verringert wird.
Um die Kräuselungskonfigurationen der erfindungsgemäßen Ausgangsfasern zu verstehen und zu verstehen, wie solche Kräuselungskonfigurationen erhalten werden, kann eine allgemeine Besprechung der Kräuselung hilfreich sein.
Um reguläre synthetische Stapelfasern zu verarbeiten, werden ihre Vorläuferfilamente im allgemeinen in Form eines filamentären Kabels behandelt, um die einzelnen Filamente mechanisch zu deformieren und um diese Deformation dann in ihrer thermoplastischen Struktur durch Erhitzen unter möglichst geringer Spannung zu thermofixieren. Die Hauptgründe dafür bestehen darin, eine Faser-Faserhaftung bereitzustellen (um Kontinuität bereitzustellen und weitere textile Verarbeitungsstufen für die geschnittenen Fasern auf Karden und Spinnrahmen zu erleichtern) oder eine verbesserte Bauschigkeit und wünschenswerte Griffästhetik bereitzustellen. Dieses Verfahren wird üblicherweise Kräuselung genannt und in Beziehung zu Figur 6 diskutiert, die eine Kräuselungsvorrichtung vom Kräuselkammertyp zeigt.
Handelsübliche Kräuselungsvorrichtungen unterscheiden sich in Einzelheiten (und die genaue Praxis bei jedem kommerziellen Betrieb ist vielleicht nicht bekannt), jedoch bestehen sie im allgemeinen aus wenigstens den folgenden Elementen: Zuleitungswalzen 1 und 2, um die Fasern in die Stauchkammer 3 zu leiten, wo die Faserdeformation erfolgt, und aus Mitteln um Rückdruck vorzusehen, beispielsweise durch einen druckbelasteten Schieber 4 (oder einen zweiten Satz Rollen) am Auslaß. Es gibt viele weitere Teile, jedoch sind diese die Schlüssel für die folgende Diskussion.
Gewöhnlich wird eine große Zahl von Filamenten zu einem Kabelband 5 mit einer Breite geformt, die etwas geringer ist als die Breite der Stauchkammer 3, und sie werden präzise in die Stauchkammer 3 eingeführt. Diese Stauchkammer 3 kann als dreidimensionaler Behälter betrachtet werden, er besitzt eine Länge, die während des Verfahrens als gleichgerichtet mit dem Faserfluß betrachtet werden kann (wir zeigen dies als z-Dimension), eine Breite, die etwas größer ist als die Breite des Kabelbandes (wir zeigen dies als y-Dimension) und eine Tiefe, die die andere Dimension der Stauchkammer 3 darstellt (wir zeigen dies als eine x-Dimension). Diese Stauchkammer stellt eine Übergangskapazität oder Speichermöglichkeit für das Kabelband bereit und zusammen mit dem Mittel für den Rückdruck führt sie dazu, daß sich die Filamente in der y-z-Ebene der Stauchkammer krümmen, da zusätzlicher Raum für die Filamente vorhanden ist, um sich so in der y-Dimension zu krümmen. Wunschgemäß wird die Art der erzeugten Kräuselung Sägezahn- oder Fischgrätenmuster genannt. Wenn gewünscht, kann die Kräuselungsvorrichtung erhitzt werden, insbesondere am Eingang, um das Kräuseln zu erleichtern- und kann dann im weiteren Verlauf gekühlt werden, um dazu beizutragen- die Kräuselung vor dem Verlassen der Kräuselungsvorrichtung etwas zu fixieren. Wenn die Tiefe (x) von Stauchkammer 3 groß genug ist und/oder die Menge der in die Stauchkammer geleiteten Faser niedrig genug ist, krümmt sich das Kabelband in der x-z-Ebene und bildet eine mehr sinusförmige Geometrie. Diese Kräuselung ist üblicherweise von viel größerer Amplitude und niedrigerer Frequenz als diejenige, die bei einer Krümmung in der y-z-Ebene erzeugt wird. Für die Zwecke des Verständnisses der Erfindung beziehen wir uns auf die primäre Kräuselung als eine Kräuselung, die in der y-z-Ebene erzeugt wird, und auf die sekundäre Kräuselung als Kräuselung, die in der x-z-Ebene erzeugt wird. Diese Kräuselungen sind in dem Kabelband, das an der Kräuselungsvorrichtung im unteren Teil von Figur 6 austritt, gekennzeichnet, wobei die sekundäre Kräuselung mit 12 und die primäre Kräuselung mit 11 gekennzeichnet sind.
Beide Arten von Kräuselung können in den Photographien eines gekräuselten Kabelbandes in den Figuren 3, 4 und 5 gesehen werden. Wie aus den Linien auf dem Trägerpapier (1 cm auseinander) ersehen werden kann, stellen die Figuren 4 und 5 eine höhere Vergrößerung dar als Figur 3. Die sekundäre Kräuselung des gesamten Kabelbandes wird deutlicher gezeigt als die primäre Kräuselung und ist in etwa als vertikale Reihen mit einer Amplitude gezeigt, die im allgemeinen senkrecht zur Ebene der Photographie liegt, außer daß ein Teil des Kabels oben in Figur 3 gedreht worden ist, um die Amplitude in der Ebene der Photographie zu zeigen. Diese sekundäre Kräuselung entspricht der Tiefe (in der x-Richtung) der Stauchkammer. Figur 3 (entspricht Beispiel 1 hier nachstehend) zeigt eine sekundäre Kräuselung, die viel besser fixiert ist als in Figur 4 (entspricht Vergleich A). In Figur 5 war die Thermofixierung mittelmäßig, besser als in Figur 4, jedoch nicht so gut wie in Figur 3. Die primäre Kräuselung kann in den Photographien unterschieden werden, in denen einige Filamente auseinandergezogen worden sind, und ist von viel kleinerer Amplitude als die sekundäre Kräuselung, im allgemeinen in Richtung von rechten Winkeln zu derjenigen der sekundären Kräuselung, da die primäre Kräuselung der Differenz zwischen Breite des Kabelbandes und Breite der Stauchkammer (in y-Richtung der Stauchkammer) entspricht.
Wie hier angemerkt, kann die Beladung der Kräuselungsvorrichtung ein wichtiger Faktor für die Beibehaltung der Kräuslungskonfiguration sein, die zur Herstellung von Faserbällen gewünscht wird. Die Beladungen der Kräuselungsvorrichtung geben die Menge des filamentären Kabels (das stellenweise als Tau bezeichnet wird) an, die der Kräuselungsvorrichtung zugeführt wird, und wird hier in Einheiten von ktex pro in. Breite der Kräuselungsvorrichtung bestimmt.
Eine wichtige Anforderung besteht darin, daß die sekundäre Kräuselung in den Filamenten fixiert wird, bevor sie ausgezogen wird, beispielsweise wenn das Kabel von der Kräuselungsvorrichtung wegbegebt wird oder während der Weiterverarbeitung des Kabels. In Abhängigkeit davon, was zuvor in einer bestimmten kommerziellen Praxis verwendet worden ist, kann das Hinzufügen einiger Mittel nach der Kräuselsapparatur zur Vermeidung von Spannung, bevor die Kräuselung gut fixiert ist, und/oder eine zusätzliche Thermofixierung wünschenswert sein, da die bisherigen Praktiken variiert haben und vielleicht nicht öffentlich bekannt gewesen sind. Es ist die Kräuselungskonfiguration der Ausgangsfaser zum Zeitpunkt der Faserballbildung, die wichtig ist, statt irgendeine vorübergehenden Kräuselungskonfiguration in oder sogar kurz nach der Kräuselungsvorrichtung.
Es ist auch selbstverständlich, daß nun, nachdem wir die Bedeutung einer dreidimensionalen Thermofixierungskonfiguration in der Ausgangsfaser zur Herstellung runder Faserbüschel (oder von Faserbällen) erklärt haben, solche Konfigurationen mit anderen Mitteln innerhalb des breiten Umfangs der Erfindung erhalten werden können. Zum leichteren Verständnis haben wir dies hinsichtlich eines mechanischen Kräuselungsverfahrens vom Stauchkammertyp erklärt.
Ein bevorzugtes mechanisches Kräuselungsverfahren zur Herstellung der Ausgangsfasern zur Herstellung von Faserbällen umfaßt im wesentlichen das Kräuseln des Kabels unter relativ geringer Beladung der Kräuselungsvorrichtung. Wir haben erfolgreich solche Beladungen wie 13 bis 26 ktex pro in. (Breite der Kräuselungsvorrichtung) für runde Filamente von 4 bis 10 dtex angewendet und etwas höhere Beladungen bis zu 34 ktex pro in. für höhere Deniers. Wie zu verstehen ist, hängt jede genaue Beladung der Kräuselungsvorrichtung von verschiedenen Überlegungen ab, abgesehen vom Denier der Faser, einschließlich der Technik und der Bedingungen, die angewendet werden, um die Ausgangsfaser in Faserbüschel umzuwandeln. Wir haben gefunden, daß eine Technik vom Kardentyp nachgiebiger ist als wenn eine modifizierte Apparatur vom Lorch-Typ verwendet wird. Eine niedrige Beladung der Kräuselungsvorrichtung hilft, die sekundäre Kräuselung zu erzeugen, beeinflußt ihre Frequenz sowie Amplitude und verbessert in gewissen Ausmaß die Thermofixierung der sekundären Kräuse1ung, welche das Erinnerungsvermögen der Faser zur spontanen Kräuselung begründet. Eine geringere Beladung der Kräuselungsvorrichtung läßt mehr Raum für das Kabel,um sich vorwärts und rückwärts zu falten, und kann eine Rotation des Kabelbandes verursachen, was zu Variationen in der Kräuselungsebene der sekundären Kräuselung führen kann, die alle dazu beitragen, eine gute dreidimensionale Faserballstruktur zu erzeugen, wie hier nachstehend beschrieben. Die sekundäre Kräuselung ist wichtig zur Herstellung von erfindungsgemäßen Faserbällen. Um jedoch optimale Ergebnisse hervorzubringen, muß sie so gut wie möglich thermofixiert werden, um die gewünschte Kräuselungskonfiguration zu fixieren.
Wie angegeben, beschrieben die U.S.-Patentschriften 4 618 531 und 4 783 364 Faserbälle, die aus Ausgangsfasern hergestellt wurden, die eine spiralförmige (oder helikale) Kräuselung aufweisen. Solche Faserbälle besitzen relativ wenige Fasern, die aus dem Faserball herausstehen, und als Ergebnis eine niedrige Haftung zwischen den Faserbällen. Die spiralförmige Kräuselung liefert auch einen optimalen Beitrag der Fasern zur Bauschigkeit, Elastizität und Haltbarkeit des Faserfüllstoffes sowie zur Wiederaufbauschbarkeit. Die Faserballstruktur hängt zum großen Teil von der spontanen Kräuselung der Fasern ab, aufgrund des "Erinnerungsvermögens" der Fasern, was sich aus ihrer Zweikomponentenstruktur oder aus Drehspannungen ergibt, die während des asymmetrischen Abschreckens zugefügt wurden. Die Fähigkeit zur spontanen Kräuselung ermöglicht es, Faserbälle aus Ausgangsfasern unter sehr milden Bedingungen herzustellen, wobei sehr geringe Kräfte angewendet werden, um eine feste Faserballstruktur zu erhalten. Die Faserbälle besitzen ein elastische Struktur mit ausgezeichnetem Füllvermögen und ausgezeichneter Haltbarkeit.
Der Hauptunterschied zwischen solchen Faserbällen und herkömmlichen Produkten, die als "Noppen" bezeichnet werden, oder ähnlichen handelsüblichen Produkten, die üblicherweise auf Karden hergestellt werden, besteht darin, daß die "Noppen" eine sehr wesentliche Menge von Fasern enthalten, die in einem stark verschlungenen Kern vorliegen und zu keinerlei Elastizität beitragen, jedoch einfach ein "Totgewicht" darstellen. Diese Noppen können ausreichend stark verschlungen sein, so daß sie einem Kardiervorgang widerstehen können. Noppen sind gut geeignet zur Einarbeitung in genoppte Garne (beispielsweise für Berberteppiche, Möbelstoffe und weitere textile Anwendungen, die eine unterschiedliche Sicht- und Griffästhetik erfordern), jedoch nicht die Bauschigkeit, Elastizität und Haltbarkeit besitzen, die für Füllanwendungen erforderlich ist.
Wie angegeben, erzeugte Marcus seine elastischen Faserbälle durch Verwendung von Fasern mit Spiralkräuselung, und seine Faser aus dem Luftschleuderverfahren erzeugte aus mechanisch gekräuselten Standardfasern keine Faserbälle. Fasern mit Spiralkräuselung bleiben ein bevorzugtes Substrat zur Herstellung solcher Produkte mit der gewünschten Struktur, jedoch haben wir nun entgegen der bisherigen Erfahrung gefunden, daß Faserbälle mit einer sehr ähnlichen Struktur aus modifizierten mechanisch gekräuselten Fasern hergestellt werden können, die eine sehr spezielle Kombination von primärer und sekundärer Kräuselung aufweisen. Es wird angenommen, daß der Schlüssel hierfür darin liegt, Ausgangsfasern mit einer Fähigkeit zur spontanen Kräuselung bereitzustellen. Obgleich diese nicht immer so stark ausgeprägt sein kann wie bei Zweikomponentenfasern, ermöglicht diese Fähigkeit zum Kräuseln die Herstellung von Faserbällen unter milden Bedingungen, was zu einer ähnlichen Struktur führt. Die Kräuselungskonfiguration der Faser und die zur Herstellung dieser Fasern angewendeten Verfahrensbedingungen sind hinsichtlich der Faserballstruktur wichtig. Luftschleuderbedingungen, die mit käuflich erhältlichen mechanisch gekräuselten Standardfasern keine Faserbälle erzeugten, können erfindungsgemäß verwendet werden, um ein Produkt mit annehmbarer Struktur, Füllvermögen und Haltbarkeit aus Fasern mit modifizierter mechanischer Kräuselung herzustellen. Der Schlüsselparameter zur Herstellung von Faserbällen mit optimaler Struktur aus diesen modifizieren "mechanisch gekräuselten Fasern" ist die sekundäre Kräuselung. Es ist die sekundäre Kräuselung dieser Fasern, von der angenommen wird, daß sie ihnen die Fähigkeit zur spontanen Kräuselung verleiht, da sie dreidimensionale Kräuselungskonfigurationen liefert.
Somit wird angenommen, daß das Schlüsselelement bei der Herstellung von Fasern, die eine modifizierte mechanische Kräuselung aufwiesen (so, wie sie zur Bildung erfindungsgemäßer Faserbälle erforderlich ist), in einer gut fixierten sekundären Kräuselung mit einer Frequenz von etwa 4 Kräuselungen/10 cm bis etwa 16 Kräuselungen/10 cm besteht. Die primäre Kräuselung wird als weniger kritisch betrachtet. Es wird bevorzugt, daß eine primäre Kräuselung vorliegt, die unter 28 Kräuselungen/10 cm liegt, da es dazu beiträgt, die primäre Kräuselung besser zu fixieren und da es das Walzen und Verschlingen der Faser in dem Faserball erleichtert. Es wurden jedoch einige gute Ergebnisse mit einer primären Kräuselungsfrequenz von bis zu etwa 40 Kräuselungen/10 cm erzielt (Beispiel 1). Ein einfacher und bewährter Weg, den wir eingeschlagen haben, um eine ausgeprägte sekundäre Kräuselung zu erhalten, die gut fixiert ist, besteht darin, die Beladung der Kräuselungsvorrichtung zu verringern, jedoch kann dies auch mit anderen Mitteln erreicht werden, z.B. durch Erweitern des Halses der Kräuselungsvorrichtung, d.h. der x-Dimension.
Das Polyesterkabel, das bei dem Verfahren verwendet wird, wird in der Kräuselungsvorrichtung vorzugsweise bei einer relativ geringen Beladung der Kräuselungsvorrichtung oder Dichte, vorzugsweise unterhalb 26 ktex pro in., abgelegt, um zu ermöglichen, daß es sich vorwärts und rückwärts faltet und dabei die Richtung mit einer Rate von etwa 8- bis etwa 32mal innerhalb eines Abschnittes von 10 cm Länge auf dem Kabel wechselt. Aufgrund dieser niedrigeren Beladung der Kräuselungsvorrichtung sollte sich das Kabelband nicht nur vorwärts und rückwärts falten, sondern auch den Ablegewinkel ändern, so daß Änderungen in der Ebene der sekundären Kräuselung erzeugt werden, und die sekundäre Kräuselung nicht notwendigerweise immer in rechten Winkeln zur Ebene der primären Kräuselung liegen muß. Die sekundäre Kräuselung, ihre Frequenz, ihr dreidimensionaler Charakter und die Thermofixierung ihrer Konfiguration sind die Schlüssel dafür, ob die mechanisch gekräuselte Faser Faserbälle bildet, und für ihre Struktur. Gestützt auf einige Beobachtungen während der Herstellung nehmen wir an, daß in den meisten Fällen der Knoten der sekundären Kräuselung als Umkehrpunkt für die Faser dient, um von einer Seite des Faserballes auf die andere zu verlaufen, wobei runde, glatte Schlingen auf der Oberfläche des Faserballes erzeugt werden. Die resultierende Struktur ist der Struktur derjenigen Faserbälle sehr ähnlich, die aus Ausgangsfasern mit einer Spiralkräuselung hergestellt wurden. Die angegebene Frequenz und Amplitude der sekundären Kräuselung sind nicht ausreichend, wenn sie nicht gut in dieser Konfiguration fixiert worden sind. Dies kann leicht funktionell abgeschätzt werden, indem ein Bündel gestreckt und entspannt wird, um die Aufnahme der Kräuselung abzuschätzen. Eine solche funktionelle Auswertung kann auf Wunsch zu einer quantitativen Messung entwickelt werden, wie hier nachstehend angegeben, oder beispielsweise durch (1) Anbringen eines Bündels von bekannten ktex in einer Instron-Maschine, Dehnen, um die sekundäre Kräuselung zu entfernen und durch anschließendes Messen der Kräuselungsrückstellkraft aus der Reaktion der Instron-Lastzelle oder (2) durch Befestigen von einem Ende eines Bündels von bekanntem ktex, Strecken desselben mit einem Dehnungsmittel, um seine voll ausgedehnte Länge (TL) zu erhalten, und durch Messen, anschließendes Entfernen des Dehnungsmittels, so daß dem Bündel ein Zusammenzuziehen ermöglicht wird, und Messen der zusammengezogenen Länge (RL) und Berechnen der CTU als prozentuale Differenz zwischen den beiden gemessenen Längen (TL - RL) als Prozentsatz der voll ausgedehnten Länge (TL).
Wir haben jedoch die funktionelle Abschätzung angewendet und gefunden, daß sie als Richtlinie zur Entwicklung von neuen erfindungsgemäßen Produkten zweckmäßig ist.
Die primäre Kräuselung spielt auch bei der Faserballbildung und Faserballstruktur eine gewisse untergeordnete Rolle. Es wird bevorzugt, daß eine relativ niedrige Frequenz von unter 28 Kräuselungen/10 cm und runde Kräuselungsknoten vorliegen, jedoch sind diese für sich allein nicht ausreichend, um die gewünschte Faserballstruktur ohne sekundäre Kräuselung zu erzielen. Es ist gezeigt worden, daß das bloße Bereitstellen von niedrigen primären Kräuselungsnivaus nicht genügte, um Faserbälle auf der zuvor erwähnten modifizierten Lorch- Apparatur zu bilden.
Wir haben gefunden, daß Ausgangsfasern mit einem massiven Querschnitt im allgemeinen leichter als Hohlfasern Faserbälle bilden, insbesondere auf der modifizierten Apparatur vom Lorch-Typ, die in den U.S.-Patentschriften 4 618 531, 4 783 364 und 4 794 038 beschrieben ist. Auf bestimmten modifizierten Karden können Unterschiede die von der sekundären Kräuselung herrühren, kleiner sein, wie es eine Fähigkeit nur zur Herstellung von Büscheln betrifft. Jedoch bleibt die spezielle erfindungsgemäß beschriebene Kräuselung, wichtig zur Herstellung von Faserbällen mit erwünschter guter Struktur, Haltbarkeit, Füllvermögen (Lockerheit/Bauschigkeit) und niedriger Haftung. Obgleich feste Fasern und relativ niedrige Deniers im allgemeinen leichter zu erfindungsgemäßen Faserbällen gewalzt werden, kann die Erfindung Faserbälle aus Fasern mit einem hohen Biegemodul wie 13-dtex-4-Loch-Hohlfasern mit 25 % Hohlräumen erzeugen, wie aus den Beispielen ersehen werden kann. Es wird angenommen, daß die mit den (modifizierten) Karden der bisherigen Technik angewendete Technologie es nicht ermöglichte, Faserbälle mit hoher Bauschigkeit und guter Haltbarkeit aus solchen Fasern mit hohem Biegemodul oder aus mehrfach kannelierten Fasern herzustellen. Es wird angenommen, daß die Erfindung der beste und möglicherweise einzige praktische Weg ist, Faserbälle mit der gewünschten Struktur aus Fasern mit hohem Leervolumen und/oder aus mehrfach kannelierten Fasern herzustellen. Diese sind mit einer Spiralkräuselung sehr schwierig über eine Abschreckung an der Spinndüse herzustellen. Der Zweikomponentenweg wäre extrem schwierig. Nach unserer Kenntnis sind solche Zweikomponentenfasern nicht kommerziell hergestellt worden. Die erfindungsgemäße Kombination von primärer und sekundärer Kräuselung ermöglicht die Herstellung von Faserbällen aus solchen Ausgangsfasern ohne Schwierigkeit und bringt ein gutes und leistungsfähiges Füllstoffprodukt für Endanwendungen, die ein hohes Füllvermögen, hohe Standfestigkeit und gute Haltbarkeit hervor.
Die Polyesterfasern, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faserbälle verwendet werden, können mit einem Slickener überzogen werden, und jeder herkömmliche Slickener kann zu diesem Zweck verwendet werden. Solche Materialien sind in der U.S.-Patentschrift 4 794 038 beschrieben. Herkömmliche Slickener werden normalerweise in einer Konzentration zwischen 0,01 und etwa 1 % Si, bezogen auf das Gewicht des Faserballes, verwendet. Siliconpolymere werden im allgemeinen in Konzentrationen in Mengen (ungefähr) von 0,03 % bis 0,8 %, vorzugsweise 0,15 bis 0,3 %, gemessen als Prozent Si, bezüglich des Gewichts der Faser, verwendet. Die Rolle des Slickeners besteht hier darin, die Haftung zwischen den Filamenten zu verringern und die Bildung einer besseren Struktur während des Faserball-Herstellungsvorgangs zu ermöglichen, um die Glattheit des Füllstoffmaterials zu verbessern und um die Haftung zwischen den Faserbällen zu verringern (Verbesserung der Wiederaufbauschbarkeit). Wie beschrieben, können die Ausgangsfasern jedoch mit etwa 0,05 % bis etwa 1,2 %, bezogen auf das Gewicht (der Faser), eines segmentierten Co-(Polyalkylenoxids/Polyethylenterephthalats) überzogen werden, wie diejenigen, die in den U.S.-Patentschriften 3 416 952, 3 557 039 und 3 619 269 von Mcintyre et al. und in vielen weiteren Patentspezifikationen, die ähnliche segmentierte Copolymere, die Polyethylenterephthalatsegemente und Polyalkylenoxidsegmente offenbaren, beschrieben sind. Weitere geeignete Materialien, die gepfropftes Polyalkylenoxid/Polyethylenoxid enthalten, können verwendet werden. Die Faser/Faserreibung, die mit diesen Produkten erhalten wird, ist derjenigen sehr ähnlich, die mit Siliconen erhalten werden, aber die mit diesen Materialien geslickneten Fasern binden jedoch an handelsübliche Copolyesterbindefasern. Dies ist essentiell bei der Herstellung von Faserbällen für Formungszwecke, wie beschrieben bei I. Marcus, mitanhängige U.S.-Anmeldung, Seriennummer 07/549 847 (DP-4391), und in der U.S.-Patentschrift 4 940 502.
Aufgrund der hohen Elastizität und Standfestigkeit von Polstern, die durch Formen von Faserbällen hergestellt wurden, die etwa die gleichen sind wie für einen Faserballblock von 25 kg/cm³ und einen Baumwollwatteblock von 45 kg/m³ aus derselben Fasermischung, ist eine Menge von 5 bis 30 % vorzugsweise von 10 bis 20 %, bezogen auf das Gewicht der Bindefaser, erforderlich. Geeignete Bindefasern, die verwendet werden können, sind beschrieben, z.B. von Marcus in den U.S.-Patentschriften Nummern 4 794 038 und 4 818 599, die hiermit speziell als Referenz einbezogen sind, wie in der mitanhängigen Anmeldung, Seriennummer 07/533 607, eingereicht von Kerawalla am 5. Juni 1990, die gebundene faserige Strukturen unter Verwendung von Mikrowellen als Hochfrequenzenergiequelle betrifft.
Die Erfindung wird noch durch die folgenden Beispiele beschrieben, in denen die Fasern alle aus Polyethylenterephthalat hergestellt waren. Alle Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen und basieren auf dem Gewicht der Fasern, wenn nicht anders angegeben. Die Messungen der Bauschigkeit erfolgten mit 80-x-80-cm-Kissen (1 000 g Füllgewicht), und die Bauschigkeitsverluste werden nach einem simulierten Abnutzungstest in Prozenten angegeben. Die qualitative Bewertung der Strukturen gibt die Proportionen der Faserbälle, die rund waren, die Haarigkeit der Faserbälle und wie gut diese Faserbälle geformt waren (lose Struktur gut verschlungen, usw.) auf einer Skala von 1 = (am schlechtesten) bis 5 = (am besten) wieder.

Vergleich A

Ein gestrecktes und gekräuseltes Seil wurde konventionell hergestellt aus 6,7-dtex-Massivfaser unter Verwendung eines Zugverhältnisses von 3,5X, einer Beladung der Kräuselungsvorrichtung von 29 ktex pro in. und 0,25 % (Si) eines handelsüblichen Polysiloxan-Slickeners. Die resultierende Faser besaß eine primäre Kräuselungsfrequenz von 31 Kräuselungen/10 cm mit drei schlecht fixierten sekundären Kräuselungen/10 cm. Das Seil wurde zu Stapeln mit 32 mm Schnittlänge geschnitten, und der Stapel wurde auf einer handelsüblichen Laroche-Öffnungseinheit geöffnet und in eine modifizierte Lorch-Maschine eingespeist, wie beschrieben in den U.S.-Patentschriften 4 618 531, 4 783 364 und 4 794 038. Die Fasern wurden in der Maschine 4 Minuten lang bei 450 Upm geschleudert. Aus dieser Ausgangsfaser wurden unter diesen Bedingungen keine Faserbälle geformt.

BEISPIEL 1

Entsprach Vergleich A, das Kabel wurde jedoch unter reduziertem Druck gekräuselt und die Beladung der Kräuselungsvorrichtung war um 38,5 % verringert. Das resultierende Produkt besaß eine primäre Kräuselungsfrequenz von 39 Kräuselungen/10 cm und eine relativ starke sekundäre Kräuselung mit einer Frequenz von 4 Kräuselungen/10 cm, die viel besser fixiert war, wie durch die Kräuselungs-Ausziehkraft gezeigt, die etwa 0,6 N/ktex (etwa das 4fache der sekundären Kräuselung der Ausgangsfaser, die in Vergleich A verwendet wurde) betrug. Das Kabel wurde zu einem Stapel von 32 mm Schnittlänge geschnitten, der sich unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen leicht zu Faserbällen mit einer guten Struktur und Wiederaufbauschbarkeit umwandelte. Tabelle 1B gibt die Eigenschaften dieser Bälle aus Beispiel 1 an und vergleicht sie mit einem handelsüblichen Produkt, das mit spiralförmig gekräuselten 5-dtex-Ausgangsfasern (Silicon geslicknet) gemäß der U.S.-Patentschrift Nr. 4 618 531 hergestellt worden war. TABELLE A Kräuselungseigenschaften Vergleich A Beispiel 1 Kräuselungen/10 cm primäre Kräuselung sekundäre Kräuselung Kräuselungs-Auszugskraft
Schlußfolgerungen aus den in Tabelle 1 A zusammengefaßten Vergleichen.
Um Faserbälle mit annehmbarer Struktur durch dieses Verfahren herzustellen, ist eine deutliche Frequenz der sekundären Kräuselung, die gut thermofixiert ist, erforderlich. Obgleich die zum Ausziehen der primären Kräuselung erforderlichen Kräfte für die Ausgangsfasern von Vergleich A und Beispiel 1 vergleichbar waren, war die zum Ausziehen der sekundären Kräuselung erforderliche Kraft im Fall von Beispiel 1 etwa 4mal so groß. Diese Kraft steht direkt mit der Thermofixierung der sekundären Kräuselung in Beziehung, die mit der Fähigkeit der Faser zur spontanen Kräuselung im Zusammenhang steht.
Da Vergleich A keine Faserbälle unter den Testbedingungen bildete, wurden die Faserbälle von Beispiel 1 mit handelsüblichen Faserbällen verglichen. Tabelle 1 B Faserballeigenschaften 1. Bauschigkeit 2. Bauschigkeitsverluste 3. Haftung und Bewertung Haftung qualitative Bewertung handelsüblich Beispiel
Schlußfolgerungen aus den in Tabelle 1 B zusammengefaßten Vergleichen.
Diese mechanisch gekräuselten Fasern erzeugten Faserbälle mit einem Füllvermögen und einer Haltbarkeit, die vergleichbar waren mit denjenigen von handelsüblichen Faserbällen, die aus spiralförmig gekräuselten Fasern hergestellt wurden.
Die Figuren 2A und 2B sind Photographien, die von den handelsüblichen Faserbällen (hergestellt aus spiralförmig gekräuselter Faser von 5 dtex) durch ein Rasterelektronenmikroskop (ESM) mit 20facher Vergrößerung aufgenommen wurden. Die Figuren 1A und 1B sind vergleichbare Photographie der Faserbälle aus Beispiel 1. Diese ESM-photographischen Vergleiche zeigen sehr ähnliche zufällige Anordnungen der Fasern in den Faserbällen und ähnlich gleichmäßige Faserdichten. Die Fasern in beiden Produkten hatten ihre Bauschigkeit ohne Verfilzung voll entwickelt. Diese Struktur bestimmt das Verhalten der Faserballprodukte, die Bauschigkeit, Haltbarkeit und Wiederaufbauschbarkeit. Die in den Photographien gezeigten Ähnlichkeiten der Struktur erklären die Ähnlichkeiten der Daten in Tabelle IB.
Die Figuren 3 und 4 sind Photographien von Kabelbändern, von denen die verwendeten Ausgangsfasern abgeschnitten wurden, wie vorstehend beschrieben. Figur 3 gehört zu Beispiel 1, während Figur 4 zu Vergleich A gehört. Diese zeigen klar die sekundäre Kräuselung als Reihen, die in den Photographien von unten nach oben verlaufen. Die primäre Kräuselung ist in Form von Zacken zu sehen, die sich am oberen Ende dieser Reihen durch die zur Trennung der einzelnen Fasern vorgenommenen Manipulationen gebildet haben. Ein Bündel von Fasern, das von dem Seil abgetrennt und um 90º gedreht wurde, kann im oberen Teil von Figur 3 gesehen werden. Die Konfigurationen der sekundären und primären Kräuselungen können beobachtet werden. Die kleine Amplitude und die hohe Frequenz der primären Kräuselung gegenüber der hohen Amplitude und der niedrigen Frequenz der sekundären Kräuselung können deutlich gesehen werden.
Die Unterschiede zwischen den sekundären Kräuselungen in den Figuren 3 und 4 werden aus diesen Photographien deutlich. Figur 5 zeigt ein Kabelband einer 6,1-dtex-Faser mit einer Öffnung, die auf der modifizierten Lorch-Maschine Faserbälle erzeugten, jedoch mit ziemlich schlechter Struktur. Es ist zu sehen, daß die sekundäre Kräuselung weit besser ist als für Vergleich A (Figur 4), aber nicht angemessen thermofixiert war. Dieses könnte reguliert werden, und so würde eine verbesserte Ausgangsfaser erhalten werden.

Vergleich B

Ein gestrecktes und gekräuseltes Kabel wurde konventionell aus einer 24-%-Hohlraum-4-Loch-Faser von 13 dtex hergestellt, indem ein Zugverhältnis von 3,5x, eine Beladung der Kräuselungsvorrichtung von 26 ktex pro in. und 0,5 % eines handelsüblichen Copolyether/Polyester, ZELCON* 5126, erhältlich von E.I. Du Pont de Nemours und Company, verwendet wurden. Die resultierende Faser besaß eine primäre Kräuselungsfrequenz von 22 Kräuselungen/10 cm mit einer schlecht fixierten sekundären Kräuselungsfrequenz von 2 Kräuselungen/10 cm. Das Kabel wurde zu Stapeln mit einer Schnittlänge von 50 mm geschnitten, und der Stapel wurde auf einer Karde geöffnet und anschließend durch Luft zu einer Walzenkarde befördert, die abgeändert war, um Faserbälle eines durchschnittlichen Durchmessers von etwa 6,5 mm herzustellen. Die Faserbälle wurden mit 80 kg/Stunde hergestellt und zeigten eine wesentliche Haarigkeit sowie eine relativ hohe Haftung von 10,5 N mit einigen längeren Körpern. Die Faserbälle besaßen eine ungleichmäßige Dichte, mit einigen Abschnitten von hoher Dichte, die in begrenztem Ausmaß etwas Verfilzung zeigten. Diese Verfilzung verringert die Bauschigkeit (d.h. das Füllvermögen) und in einem geringeren Ausmaß die Elastizität des Produkts (Tabelle 2). Die Stapelfaser erzeugte auf der modifizierten Lorch-Maschine keinerlei Faserbälle unter den in Beispiel 1 angewendeten Bedingungen.

Beispiel 2

Ein gestrecktes und gekräuseltes Kabel wurde wie in Vergleich B hergestellt, jedoch wurde der Druck des Schiebers der Kräuselungsvorrichtung verringert, um die sekundäre Kräuselung zu verstärken und ihre Thermofixierung zu verbessern, wobei dasselbe Zugverhältnis von 3,5X, eine Beladung der Kräuselungsvorrichtung (26 ktex pro in.) und 0,5 % eines handelsüblichen copolyether/Polyesters, ZELCON* 5126, erhältlich von E.I. Du Pont de Nemours und Company, verwendet wurden. Die resultierende Faser besaß eine primäre Kräuselungsfrequenz von 22 Kräuselungen/10 cm mit einer sekundären Kräuselungsfrequenz von etwa 4 Kräuselungen/10 cm. Die sekundäre Kräuselung war gut ausgeprägt, jedoch schien ihre Thermofixierung, wie bewertet durch eine subjektive Bewertung der Rückstellkraft des gestreckten Kabels, nicht optimal zu sein. Das Kabel wurde zu einem Stapel mit einer Schnittlänge von 50 mm geschnitten, und der Stapel wurde auf einer Karde geöffnet, anschließend durch Luft zu einer Walzenkarde befördert, die zum Erzeugen von Faserbällen abgeändert war. Die Faserbälle wurden mit 95 kg/Stunde hergestellt, mit denselben Einstellungen wie für Vergleich B, und zeigten eine geringe Haarigkeit und gut geformte Faserbälle, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 6,3 mm besaßen, mit einer sehr deutlichen Abnahme der verfilzten Bereiche. Als Ergebnis fiel die Haftung auf etwa 6,5 Newton ab, und die Bauschigkeit (d.h. das Füllvermögen) zeigte ebenfalls eine deutliche Verbesserung (Tabelle 2). Diese Faser erzeugte auf einer modifizierten Lorch-Apparatur unter den für Vergleich A und Beispiel 1 angewendeten Bedingungen Faserbälle, jedoch war ihre Struktur schlechter als die handelsüblicher Produkte, die mit derselben Apparatur aus spiralförmig gekräuselten Ausgangsfasern hergestellt wurden. Es wird angenommen, daß der Grund darin besteht, daß die Thermofixierung der sekundären Kräuselung in diesem Testartikel nicht angemessen war. Dieses Luftschleuderverfahren erfordert eine Ausgangsfaser mit einer stärkeren Fähigkeit zur spontanen Kräuselung als dies die abgeänderte Karde erfordert. Tabelle 2 Kräuselungseigenschaften Vergleich B Beispiel 2 Kräuselungen/10 cm primäre Kräuselung Kräuselungen/10 cm sekundäre Faserballeigenschaften mm Rückstellarbeit Haftung
(Anmerkung - Obgleich die sekundäre Kräuselung in Beispiel 2 besser fixiert war als in Vergleich B, besaß sie, subjektiv bewertet, keine hohe Rückstellkraft).
Schlußfolgerungen aus den in Tabelle 2 zusammengefaßten Vergleichen
Das Produkt von Beispiel 2 zeigte ein viel höheres Füllvermögen mit einer 39 % höheren Anfangshöhe und einer 17 % höheren standfesten Bauschigkeit gegenüber Vergleich B. Die Haftung war deutlich niedriger, was eine bessere Wiederaufbauschbarkeit widerspiegelt. Das Produkt von Beispiel 2 besaß einen hohen kommerziellen Wert, während Vergleich B mit nicht zufriedenstellend bewertet wird.

Vergleich C

Ein gestrecktes und gekräuseltes Kabel wurde wie in Vergleich B hergestellt. Dieses Kabel wurde zusammen mit einer zweikomponentigen 17-dtex-Bindefaser aus Hülle/Kern, in einem Gewichtsverhältnis von 88:22, auf 50 mm zurechtgeschnitten, und der Stapel wurde auf einer Karde geöffnet, anschließend mit Luft zu einer Walzenkarde befördert, die abgeändert war, um Faserbälle eines durchschnittlichen Durchmessers von etwa 6,5 mm zu erzeugen. Die Faserbälle wurden mit 74 kg/Stunde hergestellt und zeigten eine wesentliche Haarigkeit sowie relativ hohe Haftung von 12 N, mit einigen längeren Körpern. Die Faserbälle besaßen eine ungleichmäßige Dichte, mit einigen Abschnitten hoher Dichte, die eine begrenzte Verfilzung zeigten. Diese Verfilzung verringerte die Bauschigkeit (d.h. das Füllvermögen) und in geringerem Ausmaß die Elastizität des Produkts (Tabelle 3).

Beispiel 3

Ein gestrecktes und gekräuseltes 24-%-Hohlraum-4-Loch-Kabel von 13 dtex wurde wie in Beispiel 2 hergestellt. Dieses Kabel wurde zusammen mit einem zweikomponentigen 17-dtex-Faserkabel aus Hülle/Kern bei einem Gewichtsverhältnis von 88:22 zu einem Stapel mit 50 mm Schnittlänge geschnitten, und der Stapel wurde auf einer Karde geöffnet, anschließend mittels Luft zu einer Walzenkarde befördert, die abgeändert war, um Faserbälle zu erzeugen. Die Faserbälle wurden mit 87 kg/Stunde hergestellt, wobei dieselben Einstellungen wie für Vergleich C angewendet wurden, und zeigten eine geringe Haarigkeit und gut geformte Faserbälle, die einen durchschnittlichen Durchmesser von 6,5 mm mit einer sehr deutlichen Verringerung der verfilzten Bereiche besaßen. Als Ergebnis fiel die Haftung auf etwa 7,5 N, und die Bauschigkeit (Füllvermögen) verbesserte sich deutlich gegenüber Vergleich C, wie aus Tabelle 3 ersehen werden kann. Tabelle 3 Vergleich C Beispiel 3 Rückstellarbeit Haftung

BESCHREIBUNG DER ANGEWENDETEN TESTVERFAHREN

Viele der hier angewendeten Tests sind bereits in früheren Patentschriften, auf die hier Bezug genommen wird, beschrieben worden.

Bauschigkeitsmessungen an Polstern:

Bauschigkeitsmessungen werden üblicherweise auf einer Instron-Maschine durchgeführt, um die Kompressionkräfte und die Höhe des Polsters zu messen. Die Messung wird mit einem an der Instron-Maschine befestigten Fuß von 10 cm Durchmesser durchgeführt. Die Probe wird zuerst 1 x bis zu einem Maximaldruck von 60 N zusammengedrückt und anschließend entspannt. Aus der zweiten Kompressionskurve werden die anfängliche Höhe (IH2) des Testmaterials, die standfeste Bauschigkeit (SB 7,5N), d,h. die Höhe des Polsters unter einer Kraft von 7,SN und die Höhe unter eine Kraft von 60N (B60N) notiert. Die Weichheit wird sowohl absolut (AS, d.h. IH2 - SB 7,SN) als auch relativ (RS, d.h. ausgedrückt als % IH2) berechnet. Die Elastizität wird gemessen als Rückstellarbeit (WR%), d.h. als, Verhältnis der Fläche unter der gesamten Rückstellkurve, berechnet als Prozentsatz derjenigen unter der gesamten Kompressionskurve.

Haltbarkeit:

Um eine längere normale Anwendung zu simulieren, ist ein Ermüdungstester (FTP) entwickelt worden, um alternierend mechanisch (d.h. zusammendrücken und entspannen) ein Kissen für etwa 6 000 Cyclen über einen Zeitraum von etwa 18 Stunden zu bearbeiten, wobei eine Serie von überlappenden Scherbewegungen, gefolgt von schnellen Kompressionen, angewendet wurden, um eine Verklumpung, Verfilzung und Faserverschlingung zu erzeugen, die normalerweise während einer längeren Anwendung der Faserfüllung auftreten. Die Menge der Faserfüllung in dem Kissen kann die Ergebnisse erheblich beeinflussen, so daß jedes Kissen (80 x 80 cm) durch Blasen mit 1 000 g Füllmaterial gefüllt wird, wenn nicht anders angegeben.
Es ist wichtig, daß das Kissen seine Fähigkeit, seine ursprüngliche Form und sein ursprüngliches Volumen (Höhe) wiederzuerlangen, während einer normalen Anwendung beibehalten sollte, da das Kissen andernfalls seine optische Ästhetik und Bequemlichkeit verliert. So werden Bauschigkeitsverluste in herkömmlicher Weise an den Kissen gemessen sowohl bevor sie dem Ermüdungstester, wie vorstehend erwähnt, ausgesetzt waren, als auch danach. Die optische Ästhetik, Bauschigkeit und Weichheit eines Kissens sind Sache der persönlichen und/oder traditionellen Präferenzen. Wichtig dabei ist, daß die Änderung der Eigenschaften des Kissens während der Abnutzung so klein wie möglich sind (d.h. die Haltbarkeit des Kissens). Bauschigkeitsmessungen werden auf einer "Instron"-Maschine durchgeführt, um die Kompressionskräfte und die Höhe des Kissens zu messen, das mit einem Fuß von einem Durchmesser von 288 mm zusammengedrückt wird, der an der Instron-Maschine befestigt wird. Aus dem Instron-Plot werden die anfängliche Höhe (IH2) des Testmaterials, die standfeste Bauschigkeit (die Höhe unter einer Kompression von 60N) und die Höhe unter einer Kompression von 200N notiert (in cm). Die Weichheit wird sowohl absolut (standfeste-IH2- Bauschigkeit) als auch relativ (als % IH2) betrachtet. Beide sind wichtig und auch, ob diese Werte nach dem Stampfen im Ermüdungstester erhalten bleiben.

Haftungsmessungen:

Dieser Test wurde entwickelt, um die Fähigkeit des Faserfüllstoffes zu testen, ob es einem Körper möglich ist, ihn zu passieren. Im Falle von Faserbällen, die aus Fasern hergestellt sind, die vergleichbare Eigenschaften, wie Denier, Slickener, usw., aufweisen, hängt dies mit der Wiederaufbauschbarkeit zusammen. Im wesentlichen ist die Haftung die Kraft, die benötigt wird, um ein vertikales Rechteck aus Metallstäben durch den Faserfüllstoff nach oben zu ziehen, der von den 6 stationären Metallstäben zurückgehalten wird, die auf beiden Seiten der Rechteckebene in Paaren eng beieinanderliegen. Alle Metallstäbe besitzen einen Durchmesser von 4 mm und sind aus rostfreiem Stahl. Das Rechteck ist aus Stäben einer Länge von 30 mm (vertikal) und 160 mm (horizontal) hergestellt. Das Rechteck wird an einer Instron-Maschine befestigt, und der unterste Stab des Rechtecks wird etwa 3 mm über dem Boden eines transparenten Kunststoffzylinders mit einem Durchmesser von 180 mm aufgehängt (die stationären Stäbe werden später durch Löcher in der Wand des Zylinders eingeführt und zu Paaren im Abstand von 20 mm auf jeder Seite des Rechtecks positioniert). Vor dem Einführen dieser Stäbe werden jedoch 50 g Faserfüllstoff in den Zylinder gegeben, und die Nullinie der Instron-Maschine wird eingestellt, um das Gewicht von Rechteck und Faserfüllstoff auszugleichen. Der Faserfüllstoff wird unter einem Gewicht von 402 g 2 Minuten lang zusammengedrückt. Die 6 (stationären) Stäbe werden sodann horizontal zu Paaren wie erwähnt eingeführt, 3 Stäbe auf jeder Seite des Rechtecks, ein Paar über dem anderen, mit vertikalen Abständen von 20 mm, wobei das unterste Paar sich 30 mm über dem Zylinderboden befindet. Das Gewicht wird dann entfernt. Schließlich wird das Rechteck durch den Faserball zwischen den 3 Paaren von stationären Stäben nach oben gezogen, während das Instron-Instrument den Aufbau der Kraft in Newton mißt.

% Rundung:

Wie angegeben, sind Tails, d.h. verdichtete Zylinder aus Faserfüllstoff, nicht wünschenswert, da sie die Wiederaufbauschbarkeit vermindern (und den Haftungswert erhöhen), den die erfindungsgemäßen Faserbälle andernfalls aufweisen würden, so daß das folgende Verfahren erdacht wurde, um die Anteile von runden und länglichen Körpern zu bestimmen. Etwa 1 g (eine Hand voll) Faserfüllstoff wird zur visuellen Untersuchung herausgenommen und in 3 Haufen aufgeteilt, diejenigen, die offensichtlich rund sind, diejenigen, die offensichtlich länglich sind, und diejenigen Grenzfälle, die einzeln gemessen werden. Alle diejenigen, die im Querschnitt ein Verhältnis von Länge:Breite von weniger als 2:1 aufweisen, werden als rund gezählt.
Die Dimension der Faserbälle und das Denier der Fasern sind aus ästhetischen Gründen wichtig, aber es ist selbstverständlich, daß sich ästhetische Präferenzen ändern können und auch im Laufe der Zeit ändern. Die Schnittlängen werden zur Herstellung der gewünschten Faserbälle mit niedriger Haarigkeit bevorzugt. Wie in der Technik vorgeschlagen wurde, kann eine Mischung von Faser-Deniers aus ästhetischen Gründen wünschenswert sein.

Bestimmung der Kräuselungsfrequenz:

Die Kräuselungsfrequenzen werden unter Verwendung einer Kräuselungswaage, Zweigle S-160 von Zweigle Reutlingen (Deutschland), bestimmt.

Bestimmung der primären Kräuselungsfrequenz:

Die Anzahl der primären Kräuselungen wird gezählt, während sich der Prüfkörper unter niedriger Spannung befindet. Somit werden die einzelnen Fasern an der Kräuselungswaage befestigt, ein Gewicht von 2 mg/dtex wird an den Haken gehängt, und die primären Kräuselungen werden gezählt (die gemessene Länge kann als L1 aufgezeichnet werden). Die Frequenz wird auf der Basis der gedehnten Länge L2 unter hoher Spannung des Prüfkörpers berechnet. Diese gedehnte Länge L2 wird bestimmt unter einem Gewicht von 45 mg/dtex. Die Kräuselungsfrequenz wird dann bezüglich L2 berechnet.

Bestimmung der sekundären Kräuselungsfrequenz:

Die gedehnte Länge L2 wird wie vorstehend bestimmt, und der Prüfkörper wird dann vollständig auf 60 % seiner gedehnten Länge entspannt. Die sekundäre Kräuselung wird sodann gezählt, und ihre Frequenz wird bezüglich der unter 4,5 mg/dtex gedehnten Länge L2 berechnet.

Messung der Entkräuselungsspannung der sekundären Kräuselung:

Die Thermofixierung der sekundären Kräuselung verhilft dazu, das Erinnerungsvermögen der Fasern zur spontanen Kräuselung festzusetzen. Die Messung der Kraft, die erforderlich ist, um die sekundäre Kräuselung zu entkräuseln, steht in direkter Beziehung zu der Fähigkeit der Fasern zum spontanen Kräuseln. Schwache Kräfte zeigen eine geringe Thermofixierung. Dies kann zu einer schlechten Faserballstruktur führen, sogar dann, wenn Frequenz und Amplitude der sekundären Kräuselung sonst angemessen sind.
Ein Bündel von Fasern, das aus einem Kabel von etwa 0,7 ktex geschnitten wurde, wird mit Klemmen auf dem Instron-Instrument befestigt, und das Bündel wird mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit gedehnt, bis die resultierende Kurve in eine gerade Linie übergeht. Das Bündel wird auf Höhe der Klemmen markiert und aus dem Instron genommen. Das Bündel wird gewogen, um sein exaktes ktex zu berechnen, und ein Gewicht von 2 mg/dtex wird angehängt, um seine Länge zwischen den beiden Markierungen (d.h. die Entkräuselungsspannung für die sekundäre Kräuselung) zu bestimmen. Diese Länge wird in Form einer Spannungs-Dehnungs-Kurve aufgezeichnet, um die Entkräuselungsspannung für die sekundäre Kräuselung zu bestimmen. Die Entkräuselungsspannung für die primäre Kräuselung kann berechnet werden durch Verlängern des geradlinigen Teils der Spannungs-Dehnungs-Kurve, bis sie die Grundlinie schneidet. Von diesem Schnittpunkt wird eine Senkrechte nach oben gezogen, bis sie die Spannungs-Dehnungs- Kurve schneidet. Die abgelesene Spannung an diesem Schnittpunkt entspricht der gesamten Entkräuselungskraft des Bündels, aus der die Entkräuselungskraft der primären Kräuselung berechnet wird, als Differenz der gesamten Kraft und der Kraft zum Entkräuseln der sekundären Kräuselung. Die Kraft, die erforderlich ist, um die primäre Kräuselung zu entkräuseln, ist im allgemeinen um eine Größenordnung größer als die Kraft, die zum Entkräuseln der sekundären Kräuselung erforderlich ist.
Wie leicht zu verstehen ist, ist die Erfindung besonders nützlich bei Anwendung auf Faserfüllstoff, für Füllanwendungen und bei Anwendung auf Polyesterfasern, die geeignete Eigenschaften für solche Zwecke aufweisen, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie aus der mitanhängigen Anmeldung, Seriennummer 07/508 878 (DP-4690), verstanden werden kann, können Faserbüschel auch aus weiteren Fasern hergestellt werden und brauchen sich nicht auf die Deniers, die zu Füllzwecken nützlich und geeignet sind, zu beschränken. Auch weitere Variationen sind für Fachleute offensichtlich. Beispielsweise können Faserbüschel aus Mischungen unterschiedlicher Materialien hergestellt werden, um Vorteile und verbesserte Eigenschaften zu erhalten. Besonders vorteilhafte Ergebnisse können erhalten werden, indem in derselben Büschelstruktur unterschiedliche Faserkonfigurationen hinsichtlich Kräuselung und/oder Denier und oder Faserstruktur kombiniert werden, um die einzelnen Beiträge zu dem Gesamtbüschel zu maximieren. Weiterhin können unterschiedliche Arten von Kräuselung in derselben Faser mit Vorteil kombiniert werden, so daß sich eine verbesserte Fähigkeit zur Büschelbildung und/oder verbesserte Eigenschaften in dem resultierenden Büschel ergeben. Wie angegeben, können sich Fachleute außerdem viele Wege ausdenken, um eine dreidimensionale Schlingenstruktur in einem Filament zu erzeugen, ohne eine Stauchkammer-Kräuselungsvorrichtung zu verwenden, so daß solche Schlingenfilamente geeignet sind, um (in Stapelform geschnitten zu werden) und um auf geeigneten Maschinen, wie modifizierten Lorch-Apparaturen oder modifizierten Karden, zu Büscheln geformt zu werden. Ein solches alternatives Kräuselungsmittel kann beispielsweise Stauch-Jet-Kräuseln, Falschdrahttexturieren und Air-Jet-Texturieren einschließen. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das Verfahren oder die Apparatur-Ausführungsformen, die hier speziell aufgeführt sind.

Claims

1. Faserbälle, die eine zufällige Verteilung und Verschlingung von Fasern in jedem Ball aufweisen, worin die Faserbälle einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 20 nun und die einzelnen Fasern eine Länge von etwa 10 bis etwa 100 mm aufweisen und aus Fasern hergestellt werden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine primäre und sekundäre Kräuselung aufweisen, wobei die primäre Kräuselung eine Frequenz von etwa 14 bis etwa 40 Kräuselungen/10 cm aufweist, und die genannte sekundäre Kräuselung eine Frequenz von etwa 4 bis etwa 16 Kräuselungen/10 cm aufweist, und worin die durchschnittliche Amplitude der sekundären Kräuselung wenigstens dem Vierfachen der durchschnittlichen Amplitude der primären Kräuselung entspricht, mit der Maßgabe, daß die genannten einzelnen Fasern weder eine mechanische Kräuselung noch eine Spiralkräuselung in derselben Faser aufweisen.

2. Faserbälle nach Anspruch 1, worin die Fasern Polyesterfasern sind.

3. Faserbälle nach Anspruch 2, die wiederaufbauschbar sind.

4. Faserbälle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin wenigstens 50 Gew.-% der Bälle einen Querschnitt besitzen, so daß die maximale Ausdehnung eines jeden Balls nicht mehr als dem Zweifachen der kleinsten Ausdehnung entspricht.

5. Faserbälle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Fasern mit einem Slickener überzogen sind, der ein Siliconpolymer ist, in einer Menge von etwa 0,01 % bis etwa 1 % Si (bezogen auf das Gewicht der Fasern).

6. Faserbälle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Fasern mit etwa 0,05 % bis etwa 1,2 % (bezogen auf das Gewicht der Fasern) eines Slickeners überzogen sind, der im wesentlichen aus einem segmentierten Copolymeren von Poly(alkylenoxid) und Poly(ethylenterephthalat) besteht.

7. Faserbälle mit einer zufälligen Verteilung und Verschlingung von Fasern innerhalb jedes Balls, wobei die genannten Fasern eine Mischung aus lasttragenden Fasern und Bindefasern darstellen, die gegebenenfalls ein Material enthalten, das in der Lage ist, erhitzt zu werden, wenn es Mikrowellen oder einer Hochfrequenz- Energiequelle unterzogen wird, worin die Faserbälle einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 2 mm bis etwa 20 mm besitzen, und die einzelnen Fasern eine Länge von etwa 10 bis etwa 100 mm besitzen, wobei die lasttragenden Fasern dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine primäre und sekundäre Kräuselung aufweisen, wobei die genannte primäre Kräuselung eine Frequenz von etwa 14 bis etwa 40 Kräuselungen/10 cm und die genannte zweite Kräuselung eine Frequenz von etwa 4 bis etwa 16 Kräuselungen/10 cm aufweist und worin die durchschnittliche Amplitude der zweiten Kräuselung wenigstens dem Vierfachen der durchschnittlichen Amplitude der ersten Kräuselung entspricht, mit der Maßgabe, daß die genannten einzelnen Fasern weder eine mechanische Kräuselung noch eine Spiralkräuselung in derselben Faser aufweisen.

8. Faserbälle nach Anspruch 7, worin die Bindefasern aus etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% der Fasermischung bestehen und die lasttragenden Fasern Polyesterfasern sind.

9.. Faserbälle nach Anspruch 7 oder 8, worin die Bindefasern polymere, zweikomponentige Hüll/Kern- oder Seite-an- Seite-Fasern sind, die im wesentlichen aus einer Polymerkomponente mit einer Verklebetemperatur bestehen, die wenigstens 50 ºC unterhalb der Schmelztemperatur der anderen Polymerkomponente liegt.

10. Faserbälle nach Anspruch 7 oder 8, worin die Bindefasern einzelne polymere Bindekomponentenfasern darstellen, die eine Verklebetemperatur besitzen, die wenigstens 50 ºC unterhalb der Schmelztemperatur der lasttragenden Fasern liegt.

11. Verfahren zur Herstellung von Faserbällen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführten Fasern durch Luft gegen die Wand eines Gefäßes geschleudert werden.

12. Verfahren zur Herstellung von Faserbällen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geöffneten zugeführten Fasern durch eine Walzenkarde geführt werden.

13. Verfahren zur Herstellung von Faserbällen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geöffneten zugeführten Fasern durch eine Deckelkarde geführt werden.

14. Geformte Struktur, gekennzeichnet durch Faserbälle nach Anspruch 7 oder 8 in einer zuvor festgelegten Form, worin die Bindefasern wärmeaktiviert worden sind.

15. Geformte Struktur, gekennzeichnet durch Faserbälle nach Anspruch 7 oder 8 in einer zuvor festgelegten Form, worin die Bindefasern durch Mikrowellen oder eine Hochfrequenz- Energiequelle aktiviert worden sind.

16. Geformte Struktur, gekennzeichnet durch Faserbälle nach Anspruch 9 in einer zuvor festgelegten Form, worin die Bindefasern durch Mikrowellen oder eine Hochfrequenz- Energiequelle aktiviert worden sind.

17. Geformte Struktur, gekennzeichnet durch Faserbälle nach Anspruch 10 in einer zuvor festgelegten Form, worin die Bindefasern durch Mikrowellen oder eine Hochfrequenz- Energiequelle aktiviert worden sind.

18. Geformte Struktur, gekennzeichnet durch Faserbälle nach Anspruch 9 in einer zuvor festgelegten Form, worin die Bindefasern wärmeaktiviert worden sind.

19. Geformte Struktur, gekennzeichnet durch Faserbälle nach Anspruch 10 in einer zuvor festgelegten Form, worin die Bindefasern wärmeaktiviert worden sind.