DE102004030393A1

DE102004030393A1 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Vliesstoffes, Vorrichtung zur Benutzung in dem Verfahren, danach erhaltener dreidimensional geformter Vliesstoff und seine Verwendung

Info

Publication number: DE102004030393A1
Application number: DE200410030393
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.rer.nat. Grynaeus; Hans Rettig; Fritz Mayer
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Vliesstoffes, eine Vorrichtung zur Benutzung in dem Verfahren, einen danach erhaltenen dreidimensional geformten Vliesstoff und dessen Verwendung. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein mechanisch verfestigter Vliesstoff durch einseitige Behandlung mit Hochdruck-Fluidstrahlen im Druckbereich von 80 bis 275 Pa auf einem Lochsieb mit einer Lochgröße von 0,5 bis 10 mesh in die z-Richtung geformt wird. DOLLAR A Dabei können Langfaser mit einer Faserlänge 38-60 mm, endlos Filamente oder Mischungen aus Stapelfasern und Filamenten eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Vliesstoffes, eine Vorrichtung zur Benutzung in dem Verfahren, einen danach erhaltenen dreidimensional geformter Vliesstoff und dessen Verwendung.
Aus dem Dokument EP 468 799 B1 sind dreidimensional geformte Vliesstoffe bekannt, die auf einer ihrer Hauptseiten Noppen und auf der gegenüberliegenden Hauptseite Blindlöcher aufweisen. Der faserige Ausgangsvliesstoff wird in einem zwei Stufenverfahren unter Ausbildung von Noppen beziehungsweise Blindlöchern durch Einwirkung von gegeneinander gerichteten, d.h., aus mindestens zwei Richtungen kommenden, zusammenwirkenden Flüssigkeitsströmen unter Benutzung eines gelochten Elements verfestigt und geformt.
Das Dokument WO 01/53587 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochdauerhaften, Flüssigkeitsstrahlen verfestigten Vliesstoffen, deren Ausgangsflor aus einer Mischung thermoplastisch schmelzbarer Fasern und Basisfasern besteht, die zu einem Ausgangsflor konsolidiert, durch Einwirkung von Flüssigkeitsstrahlen zu einem Vliesstoff verfestigt sowie durch Benutzung einer dreidimensionalen Abbild-Übertragungs-Vorrichtung zur Bildung einer dreidimensionalen räumlichen Anordnung des Vliesstoffes geformt und anschließend durch Temperaturbehandlung des in dreidimensionaler räumlichen Anordnung geformten Vliesstoffes auf die Schmelztemperatur der schmelzbaren Fasern durch Zusammenbinden der Fasermischung in der dreidimensionalen räumlichen Anordnung fixiert wird.
Weiterhin ist aus dem Dokument US 2002/0034914 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Flammschutz-Vliesstoffes bekannt, bei dem ein Flor aus schwer entflammbaren Polyesterfasern auf einer dreidimensionalen Abbild-Übertragungs-Vorrichtung durch Einwirkung von Flüssigkeitsstrahlen zu einem Vliesstoff verfestigt sowie durch Aufbringen und Härten eines Bindemittels in der dreidimensionalen räumlichen Anordnung fixiert wird.
Auch das Dokument US 2002/0004348 A1 beschreibt einen mechanisch verfestigten Vliesstoff mit thermischen Schutzeigenschaften, bei dem ein Ausgangsflor aus Melamin- und Aramidfasern mit Hilfe von Hochdruckwasserstrahlen verfestigt, auf eine dreidimensionale Abbild-Übertragungs-Vorrichtung aufgebracht und durch erneute Einwirkung von Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen das dreidimensionale Abbild auf den Vliesstoff übertragen wird.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt,

a) ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Vliesstoffes,
a) eine Vorrichtung zur Benutzung in dem Verfahren,
a) einen danach erhaltenen dreidimensional geformter Vliesstoff und
a) dessen Verwendung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe a) dadurch gelöst, dass ein mechanisch verfestigter Vliesstoff durch einseitige Behandlung mit Hochdruck-Fluidstrahlen im Druckbereich von 40 bis 275 Pa auf einem Lochsieb/-blech mit einer Lochgröße von 0,5 bis 10 mesh (entsprechend der Formel mesh^2*0,181 = Löcher/cm²) in die z-Richtung verformt wird. Dabei können Stapelfasern mit einer Faserlänge 38–60 mm, endlos Filamente oder Mischungen aus Langfasern und Filamenten eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise wird ein gekrempelter Faserflor an mindestens zwei Wasserstrahl-Verfestigungsvorrichtungen vorverfestigt. Der gebildete, noch feuchter Vliesstoff wird anschließend durch einseitige Behandlung mit Hochdruck-Fluidstrahlen im Druckbereich von 80 bis 275 Pa auf einem Lochsieb/-blech mit einer Lochgröße von 0,5 bis 10 mesh verformt. Es werden dazu Vliesstoffe mit einem Flächengewicht zwischen 30 und 300 g/m² und einer Dicke zwischen 0,5 mm und 3 mm eingesetzt. Der Vliesstoff kann 5 bis 50 Gewichtsprozent (Gew.-%) Bindefasern enthalten. Dabei wird der Vliesstoff vorzugsweise nach der Formung im Temperaturbereich von 170 bis 260 °C getrocknet und thermofixiert/thermostabilisiert. Der Vliesstoff wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zwischen 0,5 und bis zur 5fachen seiner Ausgangsdicke in z-Richtung verformt.
Die Erhebungen werden dabei, durch mäßigen Verzug, ausgeformt.
Überraschender Weise werden trotz der nur einseitigen Flüssigkeitsstrahlenbehandlung keine Löcher in dem Vliesstoff geformt, wie sie auf Siebtrommeln mit einer Maschenweite >20 mesh oder größer entstehen, sondern die Faserstruktur wird in der erfindungsgemäßen Lochstruktur gleichmäßig eingeformt. Die erhaltene dreidimensionale Struktur des Vliesstoffes ist erstaunlich stabil und gegen Kompression inert. Zur besseren Stabilisierung der dreidimensionalen Struktur des Vliesstoffes ist es vorteilhaft Bindefaser zuzugeben. Dadurch wird die Druckempfindlichkeit der Noppen wesentlich herabgesetzt. Der Anteil der Bindefaser (homofil) kann dabei für Anwendungen, die als Flammschutzmaterial eingesetzt werden, zwischen 5–50 Gew.-% variieren. Bei Verwendung von Heterofil-Bindefaser kann der Anteil an Heterofil-Bindefaser je nach Festigkeitsanforderungen > 50 Gew.-% betragen. Bei Anwendungen bei denen die Temperaturbelastbarkeit keine Rolle spielt, kann der Anteil bis zu 100% Heterofil-Fasern betragen. Die Menge der Bindefaser geht in die Haptik ein, wobei eine Korrelation zwischen dem Anteil der Bindefasern an der eingesetzten Fasermischung und der Steifigkeit des erhaltenen Vliesstoffes in der Weise besteht, dass je mehr Bindefasern in der eingesetzten Fasermischung vorhanden sind desto steifer wird der resultierende Vliesstoff. Für Nichtbekleidungs-Anwendungen kann dieses ein Vorteil sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe b) dadurch gelöst, dass sie ein Lochblech mit einer Dicke von 0,5–10mm, bevorzugt 1,0 bis 3,0 mm, umfasst, welches Löcher aufweist, deren größte Ausdehnung 1 bis 12,5 mm ist und bei denen die Stegbreite zwischen den einzelnen Löchern 1,0 bis 12,5 mm beträgt. Die Höhe der Erhebungen (Bumper) beträgt je nach Blechdicke und in Abhängigkeit von der Dicke des Ausgangsmaterials 50–500 % oder 0,5–10mm, bevorzugt 1,0–3,0 mm. Die Bumperhöhe kann dabei je nach Faserlänge, maximal ca. 2 × 1/6-Länge der kürzesten eingesetzten Fasern betragen, ohne dass es zu signifikanten Festigkeitsverlusten kommt. Die minimale Stegbreite, ohne dass es zu signifikanten Festigkeitsverlusten kommt, beträgt etwa 2 × 1/6-Länge der kürzesten eingesetzten Fasern.
Das Verhältnis von Stegfläche zu Noppenfläche kann dabei im Bereich von Stegfläche: 80–20 % zu Noppenfläche: 20–80 % variieren.
Dabei ist kein Rundloch absolut notwendig, sondern auch ovale oder multilobale Löcher. Auch rechteckige, rautenförmige u.ä. Lochformen sind einsetzbar, so lange die größte Diagonale im Loch 1/3 der Länge der kürzesten eingesetzten Fasern nicht überschreitet.
Die Anordnung der Gitterpunkte wird wie folgt gewählt: [mesh2·0,181 = Anzahl der Punkte/cm2]

– mesh linear 0,5 mesh bis 10 mesh = 0,045 P/cm²–18,1 P/cm²

– mesh diagonal 0,5 mesh bis 10 mesh = 0,045 P/cm²–18,1 P/cm²

– wirr Punkt 0,05–20P/cm²
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe c) dadurch gelöst, dass er auf einer Hauptseite Erhebungen und auf der entgegengesetzten Hauptseite analog angeordnete Vertiefungen aufweist.
Die Erhebungen können zwischen 0,5 und bis zum 5fachen der Ausgangsdicke des Vliesstoffes betragen.
Vorzugsweise werden als Fasern für den Vliesstoff solche verwendet, dass er mindestens eine der synthetischen, flammhemmenden Fasern ausgewählt aus der Gruppe m-Aramid-, p-Aramid-, Melaminharz-, Polyamidimid-, Polyimid-, Polybenzimidazol-, Silizium enthaltende Zellulose-Regenerat- und/oder Preoxfasern enthält.
Besonders bevorzugt für die Verwendung in Flammschutzmaterialien ist, dass auf der Vertiefungen aufweisenden Seite eine dampfdurchlässige, semipermeable Folie oder Membran aufgebracht ist.
Vorzugsweise erfolgt eine Verwendung des 3-dimensional geformten Vliesstoffs als thermisches Isolationsmaterial in Feuerwehrschutzbekleidungen.
Weiterhin kann der 3-dimensional geformte Vliesstoff als Verstärkungsmaterial in Verbundstoffen eingesetzt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäß erhaltenen Vliesstoffes sind: Bei gleichem Gewicht höheres Volumens des Produktes, dass heißt, bei der thermischen Isolierung höhere Isolationswirkung durch mehr Lufteinschluss.
Bei der Verwendung als Flammschutzmaterial (Fireblocker) wird eine sehr gute thermische Isolierung bei leichten Gewichten im Vergleich zu Nadelvliesstoffen für den gleichen Einsatz erreicht, dass heißt, eine zusätzliche Steigerung der Isolationswirkung.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von zwei Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Das Verfahren erfolgt in der Weise, dass aus einheitlichen oder einem Gemisch von Fasern:

– ein Faserflor, mit einem Flächengewicht von 50g/m², krempelt,
– der Faserflor an den ersten Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl-Trommeln (hydroentanglement HE-Trommel) mehrfach von beiden Hauptseiten verfestigt und
– eine weitere HE-Trommel ist mit Loch-Strukturblech/Schablone bezogen, dessen Blechdicke 1,0 mm betrug und eine Lochung in Rundlöchern mit 3 mm Durchmesser bei einer Stegbreite zwischen den Löchern von 1,8 mm aufwies. Daraus resultiert eine Noppenfläche von 20 %, eine Stegfläche von 80 %.

Es wurde ein Dickenzuwachs von ca. 100 % erreicht.
Beispiel 2
Analog Beispiel 1 wurde ein Flüssigkeitsstrahlen verfestigter Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 110 g/m² hergestellt, wobei die letzte HE-Trommel ist mit Loch-Strukturblech/Schablone bezogen, dessen Blechdicke 3,0 mm betrug und eine Lochung in Rundlöchern mit 5 mm Durchmesser bei einer Stegbreite zwischen den Löchern von 2 mm aufwies. Daraus resultiert eine Noppenfläche von 30 %, eine Stegfläche von 70 %.
Es wurde ein Dickenzuwachs von ca. 50% erreicht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Vliesstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisch verfestigter Vliesstoff durch einseitige Behandlung mit Hochdruck-Fluidstrahlen im Druckbereich von 80 bis 275 Pa auf einem Lochsieb mit einer Lochgröße von 0,5 bis 10 mesh in die z-Richtung verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vliesstoff mit einem Flächengewicht zwischen 30 und 300 g/m² und einer Dicke zwischen 0,5 mm und 5 mm eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vliesstoff, der 5 bis 50 Gew.-% Bindefasern enthält, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff nach der Formung im Temperaturbereich von 170 bis 260 °C getrocknet und fixiert/stabilisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff zwischen 0,5 und bis zur 5fachen seiner Ausgangsdicke in Z-Richtung verformt wird.
Vorrichtung zur Benutzung in einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Lochblech mit einer Dicke von 0,5 bis 2,0 mm umfasst, welches Löcher aufweist, deren größte Ausdehnung 1 bis 12,5 mm ist und bei denen die Stegbreite zwischen den einzelnen Löchern 1,0 bis 12,5 mm beträgt.
3-dimensional geformter Vliesstoff hergestellt nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er auf einer Hauptseite Erhebungen und auf der entgegengesetzten Hauptseite analog angeordnete Vertiefungen aufweist.
3-dimensional geformter Vliesstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen zwischen 0,5 und bis zum 5fachen der Ausgangsdicke des Vliesstoffes betragen können.
3-dimensional geformter Vliesstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine der synthetischen, flammhemmenden Fasern ausgewählt aus der Gruppe m-Aramid-, p-Aramid-, Melaminharz-, Polyamidimid-, Polyimid-, Polybenzimidazol-, Silizium enthaltende Zellulose-Regenerat- und/oder Preoxfasern enthält.
3-dimensional geformter Vliesstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vertiefungen aufweisenden Seite eine dampfdurchlässige, semipermeable Folie oder Membran aufgebracht ist.
Verwendung eines 3-dimensional geformten Vliesstoffs nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass er als thermisches Isolationsmaterial eingesetzt wird.
Verwendung eines 3-dimensional geformten Vliesstoffs nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er als Verstärkungsmaterial in Verbundstoffen eingesetzt wird.