DE2121966A1

DE2121966A1 - Verfahren zur Herstellung querfasriger Schichten

Info

Publication number: DE2121966A1
Application number: DE19712121966
Authority: DE
Inventors: John Nolan Newark Del.(V.St.A.) Hall
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1971-11-25
Also published as: FR2088330B1; FR2088330A1; US3719540A; CA951860A; GB1333474A

Description

Verfahren zur Herstellung querfasriger Schichten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung querfasriger Schichten.

Die Textilherstellung hat in letzter Zeit zunehmend mehr Aufmerksamkeit der Herstellung von Fasern und Fäden durch Verfaserung thermoplastischer Folien mit Vorzugsrichtungen gewidmet. Zunächst wurde dabei die 'Verfaserung an flachen, längsausgerichteten Folien durchgeführt, wobei entweder einzelne Stapelfasern unterschiedlicher Länge erhalten wurden oder bei geringerer Verfaserungsverspannung eine zusammenhängend vernetzte Struktur solcher Stapelfasern. Jüngere Entwicklungen auf diesem Gebiet sehen die Herstellung fortlaufender Fäden vor, die durch Verfaserung geriefter Folien hergestellt werden, wobei die verfasernde Wirkung auf die dünnen Riefenstellen zwischen den Rippungen beschränkt ist. Auch in diesem Fall kann die Ver~

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faserung wiederum entweder vollständig sein, so dass einzelne fortläufende Fäden gebildet werden _s oder sie kann weniger stark sein, so dass ein fortlaufendes _f zusammenhängendes Netzwerk untereinander verbundener-fortlaufender Fäden entsteht. ■

Die durch die Verfaserungstechnik hergestellten fortlaufenden Fäden sind besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Vliesen und locker geschichteten Matten. So wurde bereits ein Produkt vorgeschlagen, das in Kettrichtung im wesentlichen aus solchen fortlaufenden Fäden besteht, auf die gleichartige Fäden unter einem Winkel von 20 bis 90 ^G zur Kettrichtung laminiert sind, wobei diese Erzeugnisse-Festigkeitseigenschaften aufweisen^ die denen herkömmlicher Webwaren überlegen sind. Diese laminierten Erzeugnisse wurden bisher so hergestellt, dass die Kettfäden auf eine Spindel gelegt wurden, auf der dann die Querfäden um die Kettfaden herumgewickelt wurden. Ein Winkel von genau 90 zur Kettrichtung ist nach diesem Verfahren für die Querfäden praktisch kaum zu erreichen.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses anzugeben_p das in an sich bekannter Weise mit in ebenfalls an sich bekannter Weise in Längsrichtung gerieften und verfaserten Schichten laminiert werden kann zu einem niehtgew@bt@n Vlies, dessen Querfäden in jedem beliebigen Winkel zwischen 45 und 90 ° zur Richtung der Kettfaden liegen liönxien, ohne dass aufwendigere Verfahrens stufen als eine einfache Laminierung einzuschalt@n wären. Mit anderen Worten liegt die Aufgabe der Erfindung in der Herstellung quer ausgerichteter_s. quergeriefter und querfasriger Schichten,

Zur Lösung"dieser Aufgabe wird erfindungsgemass vorgeschlagen

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dass man in eine erweichte Folie aus thermoplastischem Material ohne Vorzugsorientierungen äquidistante Querriefen prägt, dass man die Kanten der so hergestellten quergerieften Folie festhält und sie quer streckt, ohne die eingespannten Kanten seifest zu strecken, und dass man die Fläche 'er quergestreckten Folie zwischen den nichtgestreckten Kanten zum Zwecke der Faserspaltung in den Querriefen verfasernden Verspannungen aussetzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Einen.schematischen Aufriss einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang II - II in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang III - III in Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht des Verfahrens zur Herstellung nichtgewebter, laminierter Vliese unter Verwendung der gemäss der Erfindung hergestellten Erzeugnisse und

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht des in Fig. 4 dargestellten Verfahrens, wobei das laminierte Erzeugnis zwischen den Kettfäden und den Querfäden jedoch keinen rechten, sondern einen spitzen Winkel aufweist.

Zur Herstellung der querfasrigen, gerieften Schichten ge-

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mäss der Erfindung wird nach dem in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel das geschmolzene Polymerisat aus einem Extruder 1 zwischen den Walzenspalt zwischen einer Prägewalze 2 und einer dazugehörigen Anpresswalze 3 extrudiert. Die Prägewalze trägt eine Reihe düner Querrippen 4, die in die noch erweichte Folie die gewünschten Querriefen prägen. Die quergeriefte Folie 5 wird dann über eine Führungswalze 6 auf einen Spannrahmen 7 gegeben, wo sie durch oberhalb und unterhalb angebrachte Strahlungsheizelemente 8 erneut erwärmt wird.

Der Spannrahmen 7 besteht aus einem Paar endloser Ketten 9 und 9', die um entsprechende Kettenzahnräder 10 umlaufen und Halteklemmen 11 (Fig. 3) zum Festhalten der Kanten 12 der quergerieften Folie 5 tragen.' Die auf diese Weise sicher und ohne beschädigt zu werden eingespannte Folie wird dann anschliessend durch die auseinanderlaufenden Halteklemmen quer verstreckt und ausgerichtet. Der Bereich dieser Querstreckung ist in Fig. 1 mit S angegeben. In dem in Fig. 1 mit C bezeichneten Bereich sind die Ketten mit den Halteklemmen noch ein kurzes Stück parallel geführt, so dass die Folie ausreichend auskühlen kann. =-: . ■ ·

Die Querverstreckung der Folie erfolgt am besten bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des kristallinen Materiales und wird im einzelnen für jedes spezielle Polymerisat zu optimieren sein. Zur Herstellung einer zur Verfaserung hinreichend spaltbaren Folie wird ein relativ hoher Grad der Orientierung erfordert. In den meisten Fällen wird daher eine Querstreckung um zumindest das Vierfache erforderlich sein.

Von dieser Verfahrensstufe an ist es notwendig, dass die Kanten 12 der quergerieften Folie stärker als der Rest der Folie sind, um während der anschliessenden Verfaserung den strukturellen Zusammenhang der Folie bzw. der Schicht zu

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gewährleisten. Auf Grund des normalen Verfahrens der Extrusion der Folie und ihrer Querstreckung im Spannrahmen sind die nicht verstreckten Kanten in der Regel um einen Faktor stärker als die gestreckten Teile der Folie, der mindestens gleich dem lateralen Dehnungsverhältnis ist. Für den Fall, dass grössere Stärken gewünscht werden, kann die Folie vor dem Querstrecken mit Randwül*- sten versehen werden. Diese Randwülste können sowohl bei · der Extrusion als auch bei der Prägung oder auch kombiniert in beiden Stufen ausgebildet werden.

Am Ausgang des Spannrahmens wird die gestreckte Folie von den Klemmhaltern freigegeben, und die Spannrahmenketten werden um die entsprechenden' Kettenzahnräder 10 umgelegt und zum Ausgangspunkt zurückgeführt. Die Folie wird im Anschluss an den Spannrahmen zwischen oberen und unteren Fibrillierwalzen 13 und 13'. verfasert. Diese Fibrillierwalzen sind gummibeschichtete Walzen, deren Breite so bemessen ist, dass sie die Folie nur im Bereich zwischen den verstärkten Kanten bearbeiten. Die Fibrillierwalzen laufen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten um, so dass sie auf die Folie eine Scherspannung in Richtung des Bahntransportes ausüben. Durch diese Scherspannung reisst die Folie in den Riefenfurchen zwischen den Rippungen. Da die Scherspannung jedoch nur auf der Fläche zwischen den Kanten der Folie, die zudem verstärkt sind, ausgeübt wird, werden diese Kanten weder verstreckt noch verspannt, so dass die Querriefen relativ zueinander praktisch keine Verschiebung erfahren* Auch nach der Verfaserung durch die Fibrillierwalzen entspricht die Lage der einzelnen rippenartigen Verstärkungen der Folie im wesentlichen ihrer ursprünglichen Lage,

Für das Verfahren gemäss der Erfindung können jedoch-auch andere Verfaserimgsverfahren angewendet werden. Beispielsweise kann die Folie an jeder ihrer Oberflächen einem starken

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Gasstrom* beispielsweise einem Druckluftstrom, ausgesetzt werden, der ebenfalls zu einer verfasernden Trennung in den Riefen führt, ohne dabei die Kanten zu beschädigen.

Ebenso können statt der mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit getriebenen Walzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit umlaufende Gummibänder eingesetzt werden. Weiterhin kann die Verfaserung durch Reiben, Bürsten oder Kämmen erreicht werden. Alle denkbaren Verfahren sind solange nicht kritisch, wie sie die für die weitere Verarbeitung der Folien erforderlichen Kanten unbeschädigt lassen.

Zur Trennung der einzelnen Fasern bzw. Fäden voneinander wird die Folie einem an den Kanten aufgebrachten Zug in Längsrichtung ausgesetzt. Die Grosse dieses Zuges wird durch die Faserdichte (die Anzahl der Fasern bzw. Fädchen pro Längeneinheit) bestimmt, die für das Endprodukt gefordert wird. Die Faserdichte ihrerseits bestimmt das Flächengewicht der verfaserten Schicht. Bei gewünschter maximaler Faserdichte kann das Ziehen in Längsrichtung ausgelassen werden. Auf der anderen Seite wird die maximale longitudinale Streckung bei etwa 600 % liegen. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird diese longitudinale Streckung durch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufende Ziehwalzen 14 und 15 bewirkt. Da die Verbindungen zwischen den einzelnen stehen-gebliebenen Querrippen durch die Verfaserung im wesentlichen vollständig aufgerissen worden sind, wird das longitudinale Ziehen auf die Folienkanten beschränkt bleiben. Jede Verbindung, die auch nach·der Verfaserung in den Riefenfurchen zwischen den Faserrippen noch bestehen geblieben ist, wird durch die longitudinale Zugspannung auseinandergerissen, wobei äusserstenfalls ein Netz von Fibrillen 16 mit sehr niedriger Denier-Zahl als Verbindung zwischen den angrenzenden Fasern bzw. Fädchen bestehen bleibt. Das Vorhandensein und gegebenenfalls die Dichte solch einer hetzartigen Fibrillenstruktur hängt von dem

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Ausmass des Ziehens ab, dem die Kanten der Folie ausgesetzt waren,und hängt ausserdem von der Intensität der Verfaserung ab, der die Folie unterworfen wurde. Für die meisten Anwendungsbereiche der erfindungsgemäss hergestellten Erzeugnisse ist die Gegenwart dieser netzartigen Fibrillenstruktur nicht kritisch und kann mitunter sogar absichtsweise beibehalten werden.

Die relativ dicken Kanten 12 der Folie dienen dem Zusammenhalt der verfaserten und untereinander verbundenen Schichtstruktur zur späteren Weiterverarbeitung. Ohne diese starken Kanten würde die gesamte Struktur zu einem Schichtwerk einzelner, im wesentlichen untereinander unverbundener Fasern reduziert werden, das nur schlecht weiterzuverarbeiten wäre. Aus diesem Grunde sollten die Kanten relativ gleichmässig und zumindest um 100 % stärker als die übrigen Bereiche der Folie nach dem Querstrecken sein. Diese Stärke der Kanten wird vor allem für eine ausrei-. chende Widerstandsfähigkeit gegenüber den Beanspruchungen während des longitudinalen Ziehens benötigt, da nur so eine gleichmässige und steuerbare Längsdehnung und eine kontrollierte Verdünnung und öffnung der verfaserten Schicht erreicht werden kann. In anderer Hinsicht sind Fragen der Stärke nicht kritisch.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, wird das Ziehen der Kanten 12 zur Trennung der einzelnen quer liegenden Fasern bzw. Fädchen voneinander mit der Herstellung, dem Querziehen und der Verfaserung der Folie als Teil eines zusammenhängenden Verfahrens durchgeführt. Diese Verfahrensgestaltung ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich. Gewünschtenfalls kann die verfaserte Folie auf Vorratsrollen aufgewickelt werden, kann das Längsziehen ganz ausgelassen werden oder kann auch erst zu einem späteren Zeitpunkt nachgeholt werden, wenn die Schicht bzw. die Folie bereits in andere Strukturen eingearbeitet ist.

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Wie bereits vorstehend erwähnt, liegt eines der Hauptanwendungsgebiete der wie vorstehend beschrieben hergestellten querfasrigen Strukturen in der Herstellung laminierter, nichtgewebter Stoffe mit sowohl in Längs- als auch in Querrichtung durchlaufenden Fäden. Zur Herstellung solcher Stoffe ist es dann nur noch erforderlich, eine oder mehrere der erfindungsgemäss hergestellten querfasrigen Schichten gegebenenfalls wechselweise mit einer oder mehreren netzartigen Schichtstrukturen zusammenzulegen, die durch Verfaserung bekannter längsgeriefter Folien hergestellt wurden. Alle dieser Schichten können entweder direkt im Anschluss an ihre Herstellung in einer Produktionsstrasse übereinander geführt und laminiert werden, oder aber sie können auch von Vorratsrollen von parallel zueinander liegenden Achsen abgerollt werden.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie eine querfasrige Schicht und eine längsfasrige Schicht 22 von Vorratsrollen 21 und 23 in den Walzenspalt zweier Einziehwalzen 24 und 24' geführt werden. Die Schicht struktur, deren Querfflden von der querfasrigen Schicht im wesentlichen unter .9p _i;°> zu den Fäden der längsfasrigen Schicht liegen, wird durch die Transportwalzen 26 und 26-· durch Strahlungsheizelemente und 25' gezogen. Die übereinanderliegenden Faserschichten werden durch die Strahlungswärme von den Heizelementen erwärmt und zwischen den Walzen 26 und 26' miteinander verbunden. Diese Transportwalzen 26 und 26· sind dabei so bemessen, dass sie zwar die Schichten aufeinander pressen, die verstärkten Kanten der querfasrigen Schicht jedoch nicht berühren.

In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird die Bindung zwischen den einzelnen Faserschichten durch ein Erwärmen mittels Strahlungsheizelementen bewirkt. Derselbe Binduhgseffekt kann jedoch mit jedem beliebigen herkömm-

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lichen Bindungsverfahren, beispielsweise durch Verkleben, durch den Einsatz von Ultraschallenergie oder durch Kalandern erreicht werden. Darüber hinaus ist es bei verschiedenen Verfahren, insbesondere bei der Bindung durch Strahlungswärme und Kalandern, häufig empfehlenswert, aus zwei Komponenten bestehende Faserschichtstrukturen zu verwenden, von denen die eine Komponente einen geringeren Schmelzpunkt als die andere hat und als Bindemittel fungiert. Nach dem Binden der geschichteten Struktur und der Bildung eines zusammenhängenden Laminats werden die verstärkten Kanten der querfasrigen Schicht mit Hilfe einer Webkahtenschlitzvorrichtung 27 entfernt.

Wie in Fig. 5 dargestellt, können auch nichtgewebte, laminierte Stoffe hergestellt werden, deren Querfäden einen Winkel von weniger als 90 ° zur Richtung der Längsfäden bilden. Das kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass eine der beiden Kanten über eine längere Strecke, beispielsweise über eine Leerlauf walze 28, geführt wird. Eine solche Leerlaufwalze ist zweckmäösigerweise nach der Vorratsrolle bzw. nach der Abgabe des fertiggestelltem· Faserschi chtmateriales und vor der Schichtung "mit dem längsfasrigen Material vorzusehen. Durch den Umlauf der einen Kante der querfasrigen Schicht um die Leerlaufwalze 28 wird diese Kante relativ zur Gegenkante versetzt in den Walzenspalt zwischen den Einziehwalzen 24 und 24* eingeführt. Auf Grund ihrer offenen, netzartigen Struktur lasst sich die Schicht an dieser Stelle sehr einfach verschränken, ohne sich störend auswirkenden Verspannungen ausgesetzt zu sein. Lediglich die Faserrichtung wird aus einer ursprünglich senkrechten in eine schräge Lage zur Längsrichtung der Bahn gebracht. Da beide Kanten von den Einziehwalzen 24 und 24^f mit gleicher Geschwindigkeit eingezogen werden, bleiben die Querfasern bzw. die Querfädchen der Schicht relativ zur Längsachse der Bahn "schräg ausgerichtet und werden damit auch in Schräglage auf den längsfasrigen Schichten

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aufgebracht. Auf diese Weise können Winkel zwischen den beiden Faserrichtungen zwischen 20 und 90 °, je nach dem Grad der Verzögerung der Kante 12, erreicht werden. Vorzugsweise beträgt dieser Winkel jedoch mindestens 45 °·

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann mit jedem bekannten folien- und faserbildenden thermoplastischen Polymerisat durchgeführt werden, das herkömmlicherweise für die Herstellung synthetischer Fasern benutzt wird. So können beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Nylon, Polyethylenterephthalat und Acrylpolymerisate, wie beispielweise Polyacrylnitril und verwandte Kopolymere, eingesetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

f-1./Verfahren zur Herstellung querfasriger Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass man in eine erweichte Folie aus thermoplastischem Material ohne Vorzugsorientierungen äquidistante Querriefen prägt, dass man die Kanten der so hergestellten quergerieften Folie festhält und sie quer streckt, ohne die eingespannten Kanten selbst zu strecken,und dass man die Fläche der quergestreckten Folie zwischen den nichtgestreckten Kanten zum Zwecke der Faserspaltung in den Querriefen verfasernden Verspannungen aussetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht verstreckten Kanten der Schicht zusätzlich zum Zwecke der Trennung der Querfasern voneinander in Längsrichtung gezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verfasernden Verspannungen durch Führen der quergerieften Folie durch einen unter hohem Druck stehenden Gasstrom erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verfasernden Verspannungen durch Führen der quergerieften Folie zwischen einem Paar mit Gummiüberzug versehenen Ausziehwalzen erreicht wird, die mit unterschiedlichen Umfanggeschwindigkeiten umlaufen und so bemessen bzw. angeordnet sind, dass sie die Folie nur auf der zwischen den nicht verstreckten Kanten liegenden Fläche berühren.
5. Verfahren zur Herstellung eines kreuzfasrigen nichtgewebten laminaren textlien Tuches, dadurch gekennzeichnet, dass eine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 herge-

• stellte querfasrige Schicht mit verstärkten Kanten

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mit einer längsfasrigen Schicht bindend zu einer einheitlichen Struktur laminiert wird und dass anschliessend die verstärkten Kanten der querfasrigen Schicht entfernt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Kante der querfasrigen Schicht von ihrem Aufgabepunkt bis zum Laminierpunkt eine weitere Strecke durchlaufen muss als die andere Kante, wodurch die Fasern der ursprünglich querstrukturierten Schicht, ψ bezogen auf die lange Achse der Bahn der Schicht, in eine nichtorthogonale Schräglage gebracht werden.
Netzartige Struktur aus thermoplastischem Material in Form einer unvollständig verfaserten quergerieften Schicht, gekennzeichnet durch eine Reihe im wesentlichen einander paralleler zusammenhängender Fäden, die quer zur Längsachse der in Form einer Bahn vorliegenden Schicht verlaufen, und durch eine Reihe diese Querfasern miteinander verbindende Fibrillen, deren Stärke geringer ist als die der zusammenhängenden Querfäden, wobei jede dieser die Faserfäden verbindenden Fibrillen einstückig mit je zwei einandergrenzenden parallelen zusammenhängenden Faserfäden ist.
8. Netzartige Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Kanten wenigstens um 100 % stärker sind als die quer ausgerichteten zusammenhängenden Faserfäden.

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