DE69109713T2

DE69109713T2 - Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff.

Info

Publication number: DE69109713T2
Application number: DE69109713T
Authority: DE
Inventors: Roger Boulanger
Original assignee: Johnson and Johnson Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Inc
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2011-03-05
Also published as: GR910100104A; BR9100876A; DE69109713D1; CA2011515A1; HK150995A; MY107344A; AU7205491A; EP0447090A1; JPH0593349A; AU650863B2; US5227227A; IN178701B; GR1000787B; US5301400A; ATE122738T1; CA2011515C; EP0447090B1; NZ237283A; US5362546A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen nichtgewebten Stoff mit einer selbstklebenden Oberfläche, der als Abdeckstoff zum Bedecken einer Fasermatte geeignet ist, und ein Verfahren zum Herstellen des nichtgewebten Stoffes. Die Erfindung betrifft auch einen geformten Fasermattenartikel, auf den mittels Heißkleben eine Schicht des nichtgewebten Stoffes aufgebracht ist, und ein Verfahren zum Herstellen des Fasermattenartikels.
Glasfasermatten werden häufig auf den verschiedensten Gebieten als schalldämpfendes und thermisch isolierendes Medium verwendet. Ein Beispiel ist die Automobilindustrie, in der Glasfasermatten auf verschiedene Teile einer Fahrzeugkabine aufgebracht werden, wie dem Bodenblech oder der Spritzwand, um das Eindringen von Geräuschen und von Wärme zu begrenzen.
In einer Glasfasermatte sind die einzelnen Fasern nur relativ locker in das Matten-Netzwerk eingebunden, und folglich werden bei der Handhabung der nicht kaschierten Matte kleine Glaspartikel abgegeben, die beim Benutzer zu Reizungen fuhren können. Manche Hersteller versuchen dieses Problem dadurch zu lösen, daß sie auf der Hauptoberfläche der Fasermatte Deckschichten aus synthetischem nichtgewebten Stoff anbringen, die eine Umhüllung bilden, die verhindert, daß sich kleine Glasteilchen ablösen. Zusätzlich verbessern die Schichten den Fasermattenartikel in ästhetischer Hinsicht.
Typischerweise wird der nichtgewebte Stoff mit der Fasermatte in einer Form heißverklebt, die auch für eine Aushärtung sorgt und die der Matte die gewünschte Form gibt. Eine typische Einrichtung dafür umfaßt eine Zuführstation, die der Form eine nicht ausgehärtete Fasermafte zwischen zwei Bahnen des nichtgewebten Stoffes zuführt. Unmittelbar bevor die Stoffbahnen in die Form eintreten, laufen sie jeweils durch eine Klebstoffbeschichtungsstation, die einen thermisch aktivierten Klebstoff in Pulverform aufbringt, der unter der Einwirkung von Wärme in der Form schmilzt und die Stoffbahnen mit der Matte verbindet.
Der obige Prozeß besitzt zwei wesentliche Nachteile. Erstens erhöhen die Klebstoffbeschichtungsstationen den Preis für das fertige Produkt erheblich. Zum zweiten haben die gegenwärtig verwendeten nichtgewebten Stoffe nicht die erforderliche Dehnfähigkeit, um sich während des Formprozesses strecken und in der Form der Oberfläche der Fasermatte folgen zu können. An stark verformten Teilen reißt der nichtgewebte Stoff gewöhnlich, was offensichtlich nicht erwünscht ist.
Es ist bekannt, einen nichtgewebten Stoff mit einer thermisch aktivierten, selbstklebenden Oberfläche zu verwenden, der das Erfordernis nach Klebstoffbeschichtungsstationen beseitigt. Diese Art eines herkömmlichen Stoffes weist als Ergebnis eines Reii3ens während des Formvorganges bei stark verformten Teilen eine hohe Beschädigungsrate auf und kann daher nicht als zufriedenstellende Lösung des Problems betrachtet werden.
Die EP-A-0120564 beschreibt ein verstärktes Stofflaminat mit zwei Schichten schwach verflochtener Fasern und einer dazwischenliegenden Verstärkungsschicht.
Die WO-A-86/07103 beschreibt ein thermoplastisches Kunstharzmaterial mit einer kompakten thermoplastischen Kunstharzschicht und einer Faserschicht aus thermoplastischen Kunstharzfasern, die ein integraler Teil der kompakten Schicht ist.
Die DE-A-3331226 beschreibt ein Reinigungstuch aus drei Schichten. Die mittlere Schicht ist ein Gewebe aus thermoplastischen Mikrofasern mit etwa 10 Mikrometern Durchmesser. Die mittlere Schicht liegt zwischen zwei Außenschichten, die jeweils aus einem Gewebe aus thermoplastischen kontinuierlichen Fasern mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 10 Mikrometern bestehen.
Die AT-A-369444 beschreibt einen nichtgewebten Stoff, der in den beiden Richtungen, die durch benachbarte Bahnen mit einer hohen und einer niedrigen Dichte an Fasern gebildet werden, axial orientiert ist.
Die US-A-4454192 beschreibt ein druckempfindliches Klebeband, das aus einer Klebeschicht einschließlich einer Trägerschicht aus einem thermoplastischen Kunstharzmaterial und aus einer Anzahl von künstlichen Filamentgarnen besteht, die im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Trägerschicht angeordnet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen nichtgewebten Stoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, wobei der Stoff eine thermisch aktivierbare Klebefläche aufweisen soll und in der Lage sein soll, sich in verschiedenen Richtungen stark zu dehnen, um die Möglichkeit des Reißens zu verringern, wenn der Stoff in einer Form mit einer Fasermatte heißverklebt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten vorgeformten Fasermattenartikel und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, wobei der Fasermattenartikel eine heißverklebte Stoff-Abdeckschicht aufweisen soll, die mit dem Fasermattenkern fest verbunden ist, und wobei die Stoff-Abdeckschicht im wesentlichen frei von Defekten wie Rissen ist, die beim Formvorgang verursacht werden.
In einer Beziehung stellt die Erfindung einen dreidimensionalen nichtgewebten Stoff bereit. Der Stoff hat eine Laminatstruktur mit einer ersten Faserschicht und einer zweiten Faserschicht. Die Fasern der beiden Schichten stehen mechanisch miteinander im Eingriff und sind flach in Bündeln angeordnet, die an Verbindungsstellen durch vorstehende Faserpakkungen über den Stoff in versetzter Art miteinander verbunden sind. Der Stoff ist dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Faserschicht verbindungsbildende Fasern aufweist, die bei einer vorgegebenen Temperatur schmelzen;
die zweite Faserschicht Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorgegebenen Temperatur in der festen Phase ist; und daß
die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff eine thermisch aktivierbare Klebefläche erhält.
Der nichtgewebte Stoff ist besonders vorteilhaft als Deckschicht auf einer vorgeformten Fasermatte zu verwenden, da er eine selbstklebende Oberfläche aufweist, wodurch es nicht mehr erforderlich ist, den Stoff mit einem Klebstoff zu beschichten, bevor er in die Form eingegeben wird, und er weist auch gute Dehnungs- oder Streckeigenschaften in den verschiedenen Richtung der Normalebene des Stoffes auf, was die Möglichkeit verringert, daß der Stoff während der Verformung reißt. Die verbesserten Dehneigenschaften ergeben sich aus dem versetzten Muster der Faserpackungen über den Stoff, das es dem Stoff erlaubt, in der Maschinenrichtung, quer dazu und in dazwischenliegenden Richtungen beträchtlich gestreckt zu werden, um der Oberfläche der Fasermatte während des Formprozesses exakt folgen zu können.
In der bevorzugten Ausführungsform weist der Stoff eine Deckschicht aus Polyesterfasern, die einen relativ hohen Schmelzpunkt von etwa 260ºC (500ºF) haben, und eine Klebeschicht aus niedrigschmelzenden Polyesterfasern auf, die die Verbindungsoberfläche bilden. Die niedrigschmelzenden Polyesterfasern schmelzen bei einer Temperatur, die wesentlich unter 260ºC (500ºF) liegt, und sie sind mit Reyonfasern vermischt, die als Füllmaterial dienen. Das Verhältnis zwischen den Reyon- und den Polyesterfasern ist vorzugsweise gleich 50/50. Der Anteil der Polyesterfasern kann jedoch in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung auch verringert oder angehoben werden.
In einer weiteren Beziehung stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines nichtgewebten Stoffes bereit, das folgende Schritte umfaßt:
Das Durchlaufenlassen einer ersten kontinuierlichen Faserschicht und einer zweiten kontinuierlichen Faserschicht in gegenüberliegender Beziehung durch eine Faserumordnungszone, eingeschlossen zwischen einem perforierten Element und einem gelochten Element mit Öffnungen, die versetzt angeordnet sind und die voneinander durch feste Felder getrennt sind, wobei die erste Faserschicht dem gelochten Element und die zweite Faserschicht dem perforierten Element gegenüberliegt; und
das Anlegen einer Fluidkraft auf die Fasern in der Faserumordnungszone in der Richtung vom perforierten Element zum gelochten Element, um die Fasern zu veranlassen, sich unter dem Einfluß der Fluidkraft über den festen Feldern flach in Bündeln und in den Öffnungen in vorstehenden Faserpackungen anzuordnen und so die Bündel an Verbindungsstellen zu verbinden, wobei die Öffnungen versetzt angeordnet sind und ein versetztes Muster von vorstehenden Faserpackungen über den nichtgewebten Stoff ergeben,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Faserschicht verbindungsbildende Fasern aufweist, die bei einer vorgegebenen Temperatur schmelzen;
die zweite Faserschicht Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorgegebenen Temperatur in der festen Phase ist; und daß
die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff eine thermisch aktivierbare Klebefläche erhält.
Als Ergebnis der versetzten Beziehung zwischen den Öffnungen im gelochten Element erzeugen die vorstehenden Faserpackungen im Stoff ein versetztes Muster. Wie erwähnt, verbessert das versetzte Muster der Faserpackungen die Dehneigenschaften des Stoffes in verschiedenen Richtungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden beide Faserlagen vor der Bearbeitung in der Faserumordnungszone in der Maschinenrichtung kardiert. Die die verbindungsbildenden Fasern enthaltende Schicht enthält auch Füllfasern, die durch ein geeignetes Verbindungsmittel an den verbindungsbildenden Fasern gehalten werden.
In einer weiteren Beziehung stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines laminierten Formartikels bereit, das die Schritte
des Bereitstellens einer Fasermatte;
des Bereitstellens eines erfindungsgemäß hergestellten dreidimensionalen nichtgewebten Stoffes; und
des Anlegens der Fasermatte in gegenüberstehender Beziehung an den nichtgewebten Stoff umfaßt, wobei der nichtgewebte Stoff eine erste Faserschicht und eine zweite Faserschicht aufweist, wobei die Fasern untereinander in mechanischem Eingriff stehen und flach in Bünde In angeordnet sind, die an Verbindungsstellen durch vorstehende Faserpackungen verbunden sind, die über den Stoff in versetzter Beziehung angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Faserschicht verbindungsbildende Fasern aufweist, die bei einer vorgegebenen Temperatur schmelzen;
die zweite Faserschicht Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorgegebenen Temperatur in der festen Phase ist;
die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff eine thermisch aktivierbare Klebefläche erhält, wobei die thermisch aktivierbare Klebefläche der Fasermatte gegenüberliegt; und daß
die thermisch aktivierbare Klebefläche auf die vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, um den nichtgewebten Stoff mit der Fasermatte zu verbinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die nicht ausgehärtete Fasermatte und der nichtgewebte Stoff nebeneinander in eine Form eingegeben. Die Form wird geschlossen und aufgeheizt, um die Fasermatte auszuhärten und gleichzeitig den nichtgewebten Stoff mit der Matte zu verbinden. Als Ergebnis der höheren Dehnfähigkeit des Stoffes in den verschiedenen Richtungen kann der Stoff der Oberfläche der Fasermatte genau folgen und damit übereinstimmen, ohne daß er während des Formvorganges für die Fasermatte reißt.
Des weiteren umfaßt die Erfindung einen laminierten Formartikel mit
einer Fasermatte;
einer Deckschicht aus dem erfindungsgemäßen nichtgewebten Stoff, die mit der Fasermatte heißverklebt ist, wobei der nichtgewebte Stoff eine erste Faserschicht und eine zweite Faserschicht aufweist, wobei die Fasern untereinander in mechanischem Eingriff stehen und flach in Bündeln angeordnet sind, die an Verbindungsstellen durch vorstehende Faserpakkungen verbunden sind, die über den Stoff in versetzter Beziehung angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Faserschicht verbindungsbildende Fasern aufweist, die bei einer vorgegebenen Temperatur schmelzen;
die zweite Faserschicht Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorgegebenen Temperatur in der festen Phase ist;
die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff eine thermisch aktivierbare Klebefläche erhält, wobei die verbindungsbildenden Fasern aufgeschmolzen werden und an der Fasermatte haften.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnung beschrieben, in der
die Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf einen Teil der Faserumordnungsstation einer Vorrichtung zum Herstellen des erfindungsgemäßen nichtgewebten Stoffes ist;
die Fig. 2 eine Seitenansicht der Faserumordnungsstation der Fig. 1 ist;
die Fig. 3 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht einer Düsenanordnung zum Erzeugen von Wasserstrahlen ist, die auf die gelochte Trommel der Faserumordnungsstation gerichtet werden;
die Fig. 4 eine vergrößerte Aufsicht auf einen Teil der gelochten Trommel ist, die schematisch den Faserumordnungsvorgang zeigt, der durch die Anwendung von Fluidkräften auf die Fasern erzeugt wird;
die Fig. 5 eine stark vergrößerte Teilansicht längs der Linie 5-5 in der Fig. 4 ist;
die Fig. 6 eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht der Struktur des nichtgewebten erfindungsgemäßen Stoffes ist, wobei die Klebefläche des Stoffes nach oben zeigt;
die Fig. 7 eine stark vergrößerte Schnittansicht einer Faserpackung des in der Fig. 6 gezeigten Stoffes ist, die die Verteilung der verschiedenen Faserarten darin zeigt;
die Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Herstellen eines vorgeformten Fasermattenartikels ist, der mit dem erfindungsgemäßen nichtgewebten Stoff als Deckschicht versehen ist;
die Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des vorgeformten Fasermattenartikels ist, der mit der Vorrichtung der Fig. 8 hergestellt wird, wobei die Deckschicht aus nichtgewebtem Stoff wegen der Übersichtlichkeit teilweise weggelassen wurde; und
die Fig. 10 ein vergrößerter Querschnitt durch einen Teil des vorgeformten Artikels der Fig. 9 ist, der die laminierte Struktur zeigt, die durch den Fasermattenkern und die Stoff-Deckschichten gebildet wird.
In den Fig. 1 bis 5 ist der Aufbau einer Faserumordnungsstation 10 einer Maschine zum Herstellen eines dreidimensionalen nichtgewebten Stoffes 15 mit einer thermisch aktivierten unregelmäßigen Klebefläche 14 und einer glatten Deckschicht 16 aus Fasergewebe durch die Anwendung von Fluidkräften gezeigt, wobei die Fluidkräfte die Fasern in eine besondere Stoffstruktur umwandeln. Das Konzept einer Vorrichtung zum Herstellen eines perforierten Stoffes durch Anwenden von Fluidkräften auf ein Fasergewebe ist bekannt, es ist in der US-A-3033721 beschrieben.
Die Faserumordnungsstation 10 umfaßt eine sich drehende, perforierte, sich horizontal erstreckende Trommel 12, die von zwei Faserschichten 14 und 16 umschlungen wird, die die unregelmäßige Klebefläche bzw. die glatte Deckfläche des nichtgewebten Stoffes 15 bilden. Die Faserschichten 14 und 16 und der sich ergebende nichtgewebte Stoff 15 werden durch einen Siebgurt 18 und zwei Führungsrollen 22, 24 an der Trommel 12 gehalten.
Der Aufbau der perforierten Trommel 12 ist genauer in der Fig. 4 gezeigt. Die Trommel 12 weist Perforationen 17 in versetzter Anordnung auf, die sich über den ganzen Umfang erstrecken und die voneinander durch feste Felder 19 getrennt sind, die von der nicht perforierten Trommeloberfläche gebildet werden. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Perforationsdichte 132 Löcher pro Quadratzoll, wodurch eine zu 41% offene Fläche entsteht. Die Trommel 12 ist drehbar am Rahmen der Maschine zum Herstellen des Stoffes befestigt und mit einem Antriebssystem verbunden, das die Trommel 12 in der gewünschten Richtung dreht. Das Trommelantriebssystem wird hier nicht beschrieben, da es von herkömmlichem Aufbau ist.
Der Siebgurt 18 besteht aus einem synthetischen Material mit einer Maschenzahl von 23 x 23, wodurch eine zu 55% offene Fläche gebildet wird. Die Öffnungen im Siebgurt 18 sind wesentlich kleiner als die Perforationsöffnungen 17.
Die Faserschicht 14, die die thermisch aktivierte Klebefläche des Stoffes 15 bildet und die der Trommel 12 in der Faserumordnungsstation 10 gegenüberliegt, besteht aus Fasern eines niedrigschmelzenden thermoplastischen Materials wie Polyester, Polyethylen, Polyamid usw. In einem speziellen Beispiel erwies sich die niedrigschmelzende Polyesterfaser als zufriedenstellend, die von der Firma DuPont Canada unter dem Code D1346 vertrieben wird. Die Faserschicht 14 umfaßt auch Füllfasern wie z.B. Reyon-, Acryl-, Baumwoll-, Polyester- und Polypropylenfasern, die mit einem geeigneten Bindemittel mit den Fasern des niedrigschmelzenden thermoplastischen Materials verbunden sind. Wegen der niedrigen Kosten haben sich Reyonfasern als besonders vorteilhaft herausgestellt. Beispiele für mögliche Bindemittel sind u.a. wäßrige Emulsionen, Acryl-Bindemittel, Styrol-Butadien-Harze, Ethylvinylazetate, Polyvinylchloride, auf Öl bestehende Emulsionen und Klebstoffe auf der Basis von Lösungsmitteln. Für bestimmte Anwendungen kann die Faserschicht 14 ganz aus niedrigschmelzenden thermoplastischen Fasern gebildet werden, für die meisten Anwendungen reicht jedoch ein niedriger Anteil an niedrigschmelzenden thermoplastischen Fasern aus, um eine feste Verbindung zu erreichen und um die Herstellungskosten für den nichtgewebten Stoff zu verringern, da die Füllfasern wesentlich billiger sind als die niedrigschmelzenden thermoplastischen Fasern. Vorzugsweise ist das Verhältnis von niedrigschmelzenden thermoplastischen und Füllfasern gleich 50/50, es ist jedoch auch ein kleinerer oder größerer Anteil an niedrigschmelzenden thermoplastischen Fasern möglich.
Die Faserschicht 16, die die Deckfläche des Stoffes 15 bildet, liegt dem Siebgurt 18 in der Faserumordnungsstation 10 gegenüber und umfaßt Fasern aus einem Material, das eine wesentlich höhere Schmelztemperatur hat als das niedrigschmelzende thermoplastische Material, das für die Klebeschicht 14 verwendet wird, so daß sie bei der Temperatur dimensionsstabil bleiben, die zum Aufschmelzen der Klebefläche des nichtgewebten Stoffes erforderlich ist, wenn der Stoff mit einem anderen Körper heißverklebt wird. Zum Beispiel waren Polyesterfasern zufriedenstellend, die von der Fa. Celanease Canada unter dem Code 410 vertrieben werden. Es können auch andere Arten von Fasern verwendet werden, wie es für den Fachmann sofort ersichtlich ist.
Die Faserschichten 14 und 16 werden jeweils von Kardiermaschinen bekannter Art, die nicht gezeigt sind, zu der Faserumordnungsstation 10 geführt, um die Rohfasern zu entwirren und um sie in der Maschinenrichtung parallel auszurichten.
Ein System 26 zum Erzeugen eines Fluidstromes aus vorzugsweise Wasser und zum mechanischen Verhaken der Fasern der Schichten 14 und 16 zu einem durchlässigen Stoff ist angrenzend an die Trommel 12 vorgesehen. Das System 26 richtet vom Siebgurt 18 zur perforierten Trommel 12 eine Fluidkraft auf die Schichtstruktur, die von den Faserschichten 14 und 16 gebildet wird. Das Fluidstrom-Erzeugungssystem 26 weist einen Verteiler 28 auf, der mit einer Druckwasserquelle verbunden ist, und es erstrecken sich davon vier horizontale Reihen von Düsen 30. Jede Reihe der Düsen erstreckt sich über die gesamte Länge der Trommel 12, und die Düsen 30 in benachbarten Reihen sind versetzt zueinander angeordnet. Wie am besten in den Fig. 1, 2 und 3 zu sehen ist, besitzen die Wasserströme 32, die von den einzelnen Düsen 30 erzeugt werden, die Form flacher Kegel, die sich in einer Ebene erstrecken, die im wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Trommel 12 liegt. Es wurden erfolgreich Düsen Size 10-15 verwendet, die mit Wasser von 125 psig beaufschlagt wurden.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen die Auswirkung des Fluiddrukkes auf die Faserschichten 14 und 16. Das von den Düsen 30 auf die Trommel 12 geschleuderte Wasser passiert den Siebgurt 18, der als Spray-Diffusionselement wirkt und große Wassertropfen in kleinere Tropfen zerlegt, die dann die Fasern in die Perforationsöffnungen 17 der Trommel 12 mitnehmen, in denen sie sich mechanisch verhaken und vorstehende Packungen bilden, die durch flache Faserbündel verbunden sind, die sich über die festen Felder 19 der Trommel 12 erstrecken.
Die Struktur des sich ergebenden Faser-Netzwerkes ist genauer in der Fig. 6 gezeigt. Der Stoff 15 weist eine unregelmäßige Klebefläche auf, die in der Fig. 6 nach oben zeigend dargestellt ist und die aus parallelen Reihen von Faserpackungen 34 mit im wesentlichen konvexer Oberfläche besteht, die versetzt zueinander angeordnet und durch Faserbündel 36 verbunden sind. In den Bündeln 36 liegen die Fasern im wesentlichen parallel zueinander und flach. Das Netzwerk der Faserpackungen 34 und Bündel 36 legt rautenförmige Zonen 38 fest, die im wesentlichen frei von Fasern sind. Es wurde beobachtet, daß diese Stoffstruktur eine höhere Stoffdehnung in den verschiedenen Richtungen in der Normal ebene des Stoffes wie der Maschinenrichtung, der Richtung quer dazu und den anderen dazwischenliegenden Richtungen ermöglicht, bevor der Stoff dauerhaften Schaden erleidet. Die Fig. 7 zeigt schematisch die Anordnung der Faserschichten 14 und 16 im sich ergebenden laminierten Stoffnetzwerk. Die unregelmäßige Oberfläche des Stoffes, die durch die Faserpackungen 34 entsteht, wird durch die Fasern der Faserschicht 14 gebildet, während die gegenüberliegende Oberfläche des Stoffes durch die Fasern der Schicht 16 gebildet wird.
Es ist ersichtlich, daß die Anordnung der Faserpackungen 34 im Stoff 15 hauptsächlich vom Perforationsmuster der Trommel 12 abhängt. Wenn ein Stoff hergestellt werden soll, bei dem die Packungen 34 dichter beieinander liegen oder weiter voneinander entfernt sind, reicht es aus, eine Trommel 12 mit dem entsprechenden Perforationsschema vorzusehen.
Es wurden Tests durchgeführt, um die Dehnung beim Bruch des erfindungsgemäßen nichtgewebten Stoffes im Vergleich zu einem bekannten nichtgewebten Stoff zu messen. Das Ergebnis dieser Tests, das in der folgenden Tabelle dargestellt ist, zeigt deutlich die Verbesserung in den Dehnüngseigenschaften des Stoffes als Ergebnis des versetzten Musters von Faserpakkungen über den Stoff. Bekannter Stoff Erfindungsgemäßer Zusammensetzung Struktur Basisgewicht g/yr Mittlere Dehnung in Polyester (Schmelztemperatur etwa 500ºF Bindemittel Bearbeitungsrichtung kardierte Fasern Niedrigschmelzendes Reyon Versetztes Muster von vorstehenden Faserpackungen
Der nichtgewebte Stoff 15 kann verschiedenen bekannten chemischen oder mechanischen Behandlungen wie Drucken, Kreppen, Auflockern oder Beschichten mit einer feuerhemmenden Komponente usw. unterworfen werden, um den Stoff mit den gewünschten Eigenschaften zu versehen und ihn für verschiedene Anwendungen geeignet zu machen.
Der nichtgewebte Stoff 15 ist gut dafür geeignet, als Deckschicht für einen Fasermattenartikel verwendet zu werden. Die Fig. 8 zeigt eine automatische Formstation 37 zum Formen und Aushärten eines Fasermattenbogens und zum gleichzeitigen Heißverkleben von Schichten des nichtgewebten Stoffes 15 damit. Die Formstation 37 umfaßt Formhälften 38 und 40, die relativ zueinander beweglich sind und die im geschlossenen Zustand einen Formhohlraum 42 festlegen. Von einer Zuführrolle 46 wird zwischen zwei Schichten von nichtgewebten Deckstoff 15, die so angeordnet sind, daß die Verbindungsflächen eines jeden Stoffes einer Glasfasermatte 44 gegenüberliegen, eine nicht ausgehärtete Bahn der Glasfasermatte 44 zugeführt. Wenn die Schichtstruktur, die von der nicht ausgehärteten Matte 44 und den beiden Stoffschichten 15 gebildet wird, zwischen den beiden Hälften der Form ausgebreitet ist, wird die Form geschlossen, um die Schichten der Schichtstruktur zusammenzudrücken, und sie wird durch eine geeignete Vorrichtung aufgeheizt, um die Glasfasermatte auszuhärten und zu formen und um die Klebefläche der Schichten des Stoffes 15 zu aktivieren, so daß der Stoff mit der Matte heißverklebt wird. Als Ergebnis der guten Dehneigenschaften des Stoffes 15 kann dieser der Oberfläche der Matte 44 ohne Reißen gut folgen, wenn er gedehnt wird, um die Form des Hohlraumes 42 der Form anzunehmen. Die Fig. 9 zeigt den sich ergebenden vorgeformten Artikel.
Die Fig. 10 zeigt die laminierte Struktur der Glasfasermatte und der beiden nichtgewebten Stoff-Deckschichten im Detail. Die vorstehenden Faserpackungen 34 sind unter der Einwirkung der Wärme und des Drucks in der Form geschmolzen und in den Fasermattenkern eingebettet, mit dem Ergebnis einer starken Verbindung zwischen den beiden Oberflächen.
Die unregelmäßige Klebefläche des Stoffes 15 ist auch deswegen vorteilhaft, da sie eine Anti-Reibungs-Fläche bildet, die die genaue Positionierung der Stoffschicht über dem Mattenkern vor dem Heißverkleben des Stoffes unterstützt. Die vorstehenden Packungen 34 dringen in die Faserfläche der Matte ein, wodurch ein Verrutschen oder eine falsche Ausrichtung des Stoffes zum Mattenkern vor dem Verbinden des Stoffes mit der Matte verhindert wird.
Es ist ersichtlich, daß der nichtgewebte Stoff 15 nicht notwendigerweise während des Formprozesses für die Fasermatte mit dem Fasermattenkern heißverklebt werden muß. Es kann genausogut vorgesehen werden, den nichtgewebten Stoff vor oder nach dem Formvorgang für den Fasermattenkern damit zu verbinden. Eine solche Ausführung kann für Anwendungen geeignet sein, bei denen die zum Heißverkleben des nichtgewebten Stoffes und die zum Aushärten der Fasernatte erforderlichen Temperaturen verschieden sind.
Die obige Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen sollte nicht einschränkend ausgelegt werden, da sie auf verschiedene Weise verändert und angepaßt werden kann. Der Umfang der Erfindung ist in den anhängenden Ansprüchen festgelegt.

Claims

1. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff (15) mit einer ersten Faserschicht (14) und einer zweiten Faserschicht (16), wobei die Fasern (14, 16) miteinander in mechanischem Eingriff stehen und flach in Bündeln (36) angeordnet sind, die an Verbindungsstellen durch vorstehende Faserpackungen (34) verbunden sind, die in einem versetzten Muster über den Stoff (15) verteilt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Faserschicht (14) verbindungsbildende Fasern aufweist, die bei einer vorbestimmten Temperatur schmelzbar sind;

die zweite Faserschicht (16) Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorbestimmten Temperatur in der festen Phase ist; und daß

die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen (34) konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff (15) eine thermisch aktivierbare Klebefläche besitzt.

2. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach Anspruch 1, wobei das versetzte Muster ein Mittel darstellt, um die Dehnbarkeit des nichtgewebten Stoffes in verschiedenen Richtungen in der Ebene des nichtgewebten Stoffes zu erhöhen.

3. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Bündel und die Faserpackungen ein Muster von rautenförmigen Zonen bilden, die im wesentlichen frei von Fasern sind.

4. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die verbindungsbildenden Fasern aus einem bei niedriger Temperatur schmelzenden thermoplastischen Material bestehen.

5. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach Anspruch 4, wobei die verbindungsbildenden Fasern aus Polyester, Polyethylen oder Polyamid bestehen.

6. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Faserschichten des weiteren Füllfasern beinhalten.

7. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach Anspruch 6, wobei die Füllfasern aus Reyon, Acrylmaterial, Baumwolle, Polyester oder Polypropylen bestehen.

8. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die Füll- und die verbindungsbildenden Fasern durch ein Bindemittel verbunden sind.

9. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach Anspruch 8, wobei das Bindemittel eine wäßrige Lösung, ein Acrylbinder, ein Styrol-Butadienharz, Ethylenvinylazetat, Polyvinylchlorid, eine auf Öl basierende Emulsion oder ein Klebstoff auf Lösungsmittelbasis ist.

10. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die erste Faserschicht etwa 50% an Reyonfasern und etwa 50% an bei niedriger Temperatur schmelzenden Polyesterfasern aufweist.

11. Dreidimensionaler nichtgewebter Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Fasern in der festen Phase aus Polyester bestehen.

12. Verfahren zum Ausbilden des dreidimensionalen nichtgewebten Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den Schritten

des Durchlaufenlassens einer ersten fortlaufenden Faserschicht (14) und einer zweiten fortlaufenden Faserschicht (16) in gegenüberliegender Beziehung durch eine Faserumordnungszone (10) zwischen einem perforierten Element (18) und einem gelochten Element (12) mit Öffnungen (17), die in versetzter Beziehung angeordnet sind und die voneinander durch feste Felder (19) getrennt sind, wobei die erste Faserschicht (14) dem gelochten Element (12) und die zweite Faserschicht (16) dem perforierten Element (18) gegenuberliegt; und

des Anlegens einer Fluidkraft auf die Fasern in der Faserumordnungszone (10) in der Richtung vom perforierten Element (18) zum gelochten Element (12), wodurch die Fasern veranlaßt werden, sich unter dem Einfluß der Fluidkraft über den festen Feldern (19) flach in Bündeln (36) und in den Öffnungen (17) in vorstehenden Faserpackungen (34) anzuordnen, die an Verbindungsstellen die Bündel (36) verbinden, wobei die Öffnungen (17) in versetzter Beziehung angeordnet sind, die über den nichtgewebten Stoff (15) ein versetztes Muster an vorstehenden Faserpackungen (34) erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Faserschicht (16) Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorbestimmten Temperatur in der festen Phase ist; und daß die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen (34) konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff (15) eine thermisch aktivierbare Klebefläche besitzt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, mit dem weiteren Schritt des Kardierens der Faserschichten vor dem Durchlaufenlassen der Schichten durch die Faserumordnungszone.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Faserschichten in der Bearbeitungsrichtung kardiert werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, mit dem weiteren Schritt des Unterwerfens des nichtgewebten Stoffes unter einen Druckvorgang, einen Auflockerungsvorgang, einen Kreppvorgang oder einen Beschichtungsvorgang mit einer feuerhemmenden Komponente.

16. Verfahren zum Herstellen eines laminierten Formartikels mit den Schritten

des Bereitstellens einer Fasermatte (44);

des Bereitstellens eines dreidimensionalen nichtgewebten Stoffes, der durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 erzeugt wurde;

des Anlegens des nichtgewebten Stoffes (15) an die Fasermatte (44) in gegenüberliegender Beziehung, wobei der nichtgewebte Stoff eine erste Faserschicht (14) und eine zweite Faserschicht (16) aufweist, worin die Fasern miteinander in mechanischem Eingriff stehen und flach in Bündeln (36) angeordnet sind, die an Verbindungsstellen durch vorstehende Faserpackungen (34) verbunden sind, die in einem versetzten Muster über den Stoff (15) verteilt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Faserschicht (16) Fasern aus einem Material aufweist, das bei der vorbestimmten Temperatur in der festen Phase ist; daß

die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen (34) konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff (15) eine thermisch aktivierbare Klebefläche besitzt, wobei die thermisch aktivierbare Klebefläche der Fasermatte (44) gegenüberliegt; und daß

die thermisch aktivierbare Klebefläche auf die vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, um den nichtgewebten Stoff (15) mit der Fasermatte (44) zu verbinden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die vorstehenden Faserpackungen eine Reibungsfläche bilden, die einer relativen Bewegung zwischen dem nichtgewebten Stoff und der Fasermatte vor dem Verbinden des nichtgewebten Stoffes mit der Fasermatte entgegenwirkt.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, mit dem weiteren Schritt des Pressens des nichtgewebten Stoffes auf die Fasermatte während des Verbindens des nichtgewebten Stoffes mit der Fasermatte, um die vorstehenden Faserpackungen darin einzubetten und um eine festere Verbindung zwischen dem nichtgewebten Stoff und der Fasermatte zu erreichen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, mit dem Schritt des Aushärtens und Formens der Fasermatte vor dem Verbinden mit dem nichtgewebten Stoff.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, mit dem Schritt des Aushärtens und Formens der Fasermatte nach dem Verbinden mit dem nichtgewebten Stoff.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Fasermatte eine sehr unregelmäßige Topographie aufweist, und wobei das Verfahren des weiteren den Schritt des engen Anpassens des nichtgewebten Stoffes an die Fasermatte umfaßt, das eine starke Dehnung des nichtgewebten Stoffes verursacht, die von dem versetzten Muster an vorstehenden Packungen ermöglicht wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, mit den Schritten

des Bereitstellens einer Form mit einem Form-Hohlraum;

des Zuführens einer nicht ausgehärteten Fasermatte in gegenüberliegender Beziehung mit einer Bahn des nichtgewebten Stoffes zu der Form, wobei die thermisch aktivierbare Klebefläche der nicht ausgehärteten Matte gegenüberliegt;

des Schließens der Form, um die nicht ausgehärtete Matte und den nichtgewebten Stoff mit dem Form-Hohlraum in Übereinstimmung zu bringen, wodurch eine starke Dehnung des nichtgewebten Stoffes erfolgt, die von dem versetzten Muster von vorstehenden Faserpackungen ermöglicht wird; und

des Aufheizens des Form-Hohlraumes, um die Fasermatte auszuhärten und um den nichtgewebten Stoff mit der Fasermatte zu verbinden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, mit dem Schritt des Zuführens der nicht ausgehärteten Fasermatte und einer Bahn des nichtgewebten Stoffes auf jeder Seite der nicht ausgehärteten Fasermatte.

24. Laminierter Formartikel, mit

einer Fasermatte (44); und mit

einer Deckschicht aus einem nichtgewebten Stoff (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder einem Stoff, der mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 hergestellt wurde, die mit der Fasermatte (44) heißverklebt ist,

wobei der nichtgewebte Stoff (15) eine erste Faserschicht (14) und eine zweite Faserschicht (16) umfaßt, worin die Fasern miteinander in mechanischem Eingriff stehen und flach in Bündeln (36) angeordnet sind, die an Verbindungsstellen durch vorstehende Faserpackungen (34) verbunden sind, die in einem versetzten Muster über den Stoff (15) verteilt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die verbindungsbildenden Fasern und die Fasern aus dem Material in der festen Phase im Spitzen- bzw. Basisabschnitt der vorstehenden Faserpackungen (34) konzentriert sind, wodurch der nichtgewebte Stoff (15) eine thermisch aktivierbare Klebefläche besitzt, wobei die verbindungsbildenden Fasern aufgeschmolzen werden und sich mit der Fasermatte (44) verbinden.