DE2615981A1

DE2615981A1 - Nicht-gewebte fasermatte

Info

Publication number: DE2615981A1
Application number: DE19762615981
Authority: DE
Inventors: Harold Peter Stanistreet
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-12
Publication date: 1976-10-21
Also published as: NL7603779A; JPS51136978A; US4068036A; FR2307071B1; GB1524713A; AU1274176A; USRE30955E; FR2307071A1; CA1071943A; AU500317B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine' gebundene, nicht-gewebte Fasermatte und auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Es ist bekannt, eine solche Matte dadurch herzustellen, daß man eine offene (beispielsweise kardierte) Bahn oder Matte, die krause !fähige und bindefähige Verbundfasern enthält, verdichtet und dann die Matte zur Kräuselung der Verbundfasern und zur Herstellung einer Zwischenfaserbindung erhitzt. Es ist auch bekannt, ein solches Produkt dadurch herzustellen, daß man zunächst krause If ähige und bindefähige Verbundfasern auf eine ausreichende Temperatur erhitzt, um die Fasern zu kräuseln und zu stabilisieren, ohne daß eine Zwischenfaserbindung erfolgt, die Fasern in eine offene (beispielsweise kardierte) nicht-gewebte Bahn oder Matte überführt, die Matte auf eine ausreichende Temperatur erhitzt, um eine Zwischenfaserbindung herbeizuführen, und schließlich die Matte

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abkühlt, um eine gebundsie, integrale Struktur zu bilden. Es ist außerdem bekannt, eine Matte aus wärmestabili3ierten, gekräuselten Verbundfasern herzustellen, die Matte zur Bewirkung der Zwisehenfaserbindung zu erhitzen und anschließend die Matte in noch heißem Zustand auf die gewünschte Dichte und in die gewünschte Form zusammenzudrücken. ^;

Mit dem Ausdruck "Faser" ist eine Faser mit Stapellänge von 1,3 bis 15,2 cm, vorzugsweise 2,5 bis 12,7 cm, gemeint. Der Ausdruck "Verbundfaser" bezieht sich auf eine Faser, die aus mindestens zwei faserbildenden polymeren Komponenten besteht, die in bestimmten Zonen über den Querschnitt der Faser angeordnet sind und sich im wesentlichen kontinuierlich entlang der Länge der Faser erstrecken, wobei eine der Komponenten eine wesentlich niedrigere Erweichungstemperatur aufweist als die andere(n) Komponente(n) und so angeordnet ist, daß sie mindestens einen Teil der Oberfläche der Faser einnimmt. Typen von Verbundfasern, die unter diese Definition fallen, sind z.B. solche, bei denen eine Komponente mit niedriger Schmelztemperatur (a) eine von zwei Seite an Seite angeordneten Komponenten bildet oder (b) eine Hülle um eine andere als Kern, dienende Komponente bildet oder (c) ein oder mehrere Lappen einer Faser mit mehrlappigem Querschnitt bildet. Fasern, in denen die polymeren Komponenten asymmetrisch im Querschnitt angeordnet sind, sind kräuselfähig, weil sie eine Tendenz zur Entwicklung von Kräuselungen aufweisen, wenn sie einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Im Gegensatz hierzu besitzen Fasern, in denen die polymeren Komponenten symmetrisch angeordnet sind, keine Kräuselungsneigung, weshalb sie durch mechanische Wirkung, wie z.B. durch das Stauchkammerverfahren, gekräuselt werden müssen.

Bei den bekannten Verfahren zur Bildung einer gebundenen, nicht-gewebten Fasermatte wird die Zwisehenfaserbindung dadurch erzielt, daß man eine ungebundene Fasermatte durch einen

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Ofen führt, und zwar insbesondere einen Ofen, durch den die Hatte auf einer Unterlage hindurchläuft, wobei ein heißes Medium, wie z.B. Dampf oder Luft, auf die Hatte nach unten geblasen wird. Diesernach unten gerichtete Strom aus heißer Luft hat zur Folge, daß die Matte verdichtet wird, wodurch natürlich die physikalischen Eigenschaften des resultierenden gebundenen Produkts, und zwar insbesondere die Dichte desselben, beeinflußt werden. Durch das e rf in dungs gemäße Verfahren wird nunmehr der Grad der Zusammendrückung der Matte während der Zwischenfaserbindung verringert, wobei gebundene, nicht-gewebte Faserbahnen mit neuen Eigenschaften erhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung einer nachgiebigen, gebundenen, nicht-gewebten Fasermatte, bei welchem eine Matte, die zumindest 20 Gew.-% gekräuselter und/oder kräuselfähiger Verbundfasern (wie oben definiert) enthält, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, indem durch die Matte ein Medium nach aufwärts geführt wird, das eine Temperatur aufweist, die ausreicht, die Matte auf eine Temperatur über der Erweichungstemperatur der Komponente mit niedrigerem Erweichungspunkt aber unter die Erweichungstemperatur(en) der anderen Komponente(n) zu erhitzen, so daß eine Zwischenfaserbindung entsteht, worauf dann die Matte abgekühlt oder abkühlen gelassen wird. Gegebenenfalls kann die heiße, gebundene Fasermatte auf eine bestimmte Form und/oder Dichte zusammengedrückt werden,bevor sie abgekühlt wird. Bei einem bevorzugten Verfahren wird die thermisch gebundene Matte durch einen nach oben gerichteten Strom aus kalter Luft abgekühlt, um die Fasern abzuschrecken, so daß sie rasch ihren Modul wieder erhalten und Jede Neigung zum Zusammensacken der Matte

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verringert oder sogar beseitigt wird.

Die Verbundfasern können dazu fähig sein, eine Krauselungsfrequenz von mehr als 10 Kräuselungen je gestrecktem cm ' der Faser zu entwickeln. Besonders brauchbare Produkte werden jedoch aus Verbundfasern erhalten, die zur Entwicklung einer Krauselungsfrequenz von weniger als 10 Kräuselungen, vorzugsweise 2 bis 4 Kräuselungen, je gestrecktem cm fähig sind.

Vorzugsweise enthält die ungebundene Ausgangsmatte mindestens 50 Gew.-% gekräuselter und/oder kräuselfähiger und bindefähiger Verbundfasern. Sie besteht insbesondere vollständig aus solchen Pasern. In-den Fällen, in denen auch einfache Fasern anwesend sind, werden diese einfachen Fasern vorzugsweise unter ähnlichen Bedingungen gekräuselt und wärmestabilisiert, wie sie zum Binden der Verbundfasern verwendet werden. Außerdem sollen sie vorzugsweise mit den Verbundfasern Bindungen eingehen können.

Die Kräuselung der kräuselfähigen Verbundfasern kann vor der Herstellung der Matte, entwickelt werden. So können also ungekräuselte Verbundfasern kardiert und durch kreuzweises Legen in eine Matte verformt werden, worauf die ί Kalte auf eine ausreichende Temperatur erhitzt wird, um ; die Kräuselung der Fasern zu entwickeln, wobei die Temperatur aber nicht so hoch liegt, daß eine Zwischenfaserbindung stattfindet. Die Matte wird dann erneut kardiert, bevor sie einem nach oben gerichteten Strom eines· heißen Mediums zum Binden der Fasern ausgesetzt wird. Dieses erneute Kardieren ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da der nach oben gerichtete Gasstrom die Matte während der Kräuselungsentwicklung offen hält.

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Normalerweise können die Fasern einen Decitexwert innerhalb eines weiten Bereichs, beispielsweise von 1 bis 50 Decitex, aufweisen. Vorzugsweise werden Fasern mit einem Decitexwert im Bereich von 5 bis 30 verwendet. Das Verfahren eignet sich besonders zur Erzeugung von nicht-gewebten Faserprodukten niedriger Dichte aus Fasern mit einem niedrigen Decitexwert.

Die Dichte der Matte vor dem Binden durch das erfindungsgemäße Verfahren ist üblicherweise die natürliche kardierte Dichte, d.h. so, wie sie normalerweise auf der Kardiermaschine erhalten wird. Sie liegt, obwohl sie natürlich variabel ist, üblicherweise in der Größenordnung von 0,005 g/crrr. Gegebenenfalls kann die Dichte natürlich verändert werden, damit die Dichte dem Endprodukt entspricht. Die Matte· kann gegebenenfalls auf verschiedene Dicken aufgebaut werden, indem eine KreuzIegemas chine verwendet wird.

Die Zwischenfaserbindung wird dadurch bewirkt, daß man die Matte durch einen Ofen führt, in welchem ein heißes Medium nach oben durch die Matte geblasen wird, beispielsweise durch ein fluidisiertes Ballotini-Bett, welches den Luftstrom gleichmäßig macht und als Wärmeaustauscher wirkt. Die Geschwindigkeit des Mediums sollte ausreichen, die Matte während des Durchgangs durch den Ofen zu tragen und eine Verdichtung der Fasern zu verhindern. Sie sollte nicht so groß sein, daß die Matte aufgebrochen wird. Eine Auflösung der Matte durch die Verwendung von. sehr hohen Geschwindigkeiten kann dadurch verringert werden, daß man über der Matte eine durchbrochene Oberfläche anordnet und die Matte gegen diese Oberfläche bläst. Das Medium kann irgendein inertes Gas, wie z.B. Luft, sein. Es kann auch mit einem Weichmachmittel gemischt sein oder vollständig aus einem

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solchen Weichmachmittel bestehen,wie z.B. aus Dampf Im Falle von Nylonfasern. Vor dem Abkühlen kann die gebundene Fasermatte gegebenenfalls auf eine bestimmte Form zusammengedrückt werden, beispielsweise dadurch, daß man die Matte zwischen erhitzten geformten Platten oder auf eine bestimmte Dichte zusammendrückt, beispielsweise dadurch, daß man sie durch ein Rollenpaar hindurchführt. Ein übermäßiges Zusammendrücken ist zu vermeiden, damit ein Produkt niedriger Dichte, hoher Porosität, offener, schwammartiger Struktur und nicht eine filzartige Struktur hoher Dichte erhalten wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es möglich ist, eine nachgiebige, thermisch gebundene, nicht-gewebte Fasermatte herzustellen, die mindestens 20 Gew.-# gekräuselter Verbundfasern enthält und über ihre Dicke eine im wesentlichen gleichförmige Dichte aufweist. Das Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung gebundener Matten mit einer im wesentlichen gleichförmigen Dichte über Ihre gesamte Dicke aus kardierten Matten mit einer Dicke von mehr als 1,5 cm und insbesondere mehr als 4 cm. Das Verfahren kann zum Binden kardierter Matten mit Dicken von 20 cm oder sogar darüber verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von Formgegenständen mit einer Mindest dicke von 1»5 cm, die durch den nach oben gerichteten Durchgang des Erhitzungsmediums thermisch gebunden und dann auf die gewünschte Form zusammengedrückt worden ist. Bei dem resultierenden Produkt ist das Verhältnis der Anzahl von Bindungen je Volumeneinheit zur Dichte des Einheitsvolumens durch das gesamte Produkt im wesentlichen.konstant. Wenn dagegen die ungebundene Matte durch Zusammendrücken geformt und dann durch ein heißes Medium hindurchgeführt wird, dann sucht sich das Medium bestimmte Durchgänge, wodurch eine ungleich-

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mäßige thermische Bindung erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise zur Herstellung von Kissen, Matratzen und Polstergegenständen verwendet werden.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. ;

BEISPIEL 1

Eine Verbundstapelfaser von 12 Decitex je Faden und mit einer Länge von 5 cm und mit einer Kräuselungshäufigkeit von 3 Kräuselungen je gestrecktem cm wurde hergestellt. Die Faser war von der Hülle/Kern-Type (1:2), wobei der Kern aus Pblyäthylenterephthalat und die Hülle aus PoIyäthylenterephthalat-isophthalat (Molverhältnis 80:20) bestand. Die Kräuselung war durch eine Stauchkammerkräuselung erzeugt worden.

Die Stapelfaser wurde durch einen Durchgang durch eine Kardiermaschine vollständig geöffnet und unter Verwendung eines Läpprads auf eine Dicke von 5 cm aufgebaut. Es wurden drei Schichten aufeinandergelegt und die vereinigten Schichten wurden in einem Ofen erhitzt, in welchem Luft mit einer Temperatur von 210⁰C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 425 l/min durch ein fluidisiertes Ballotini-Bett (welches als Wärmeaustauscher wirkte) und nach oben durch die nichtgewebte Bahn geführt wurde. Die Luftgeschwindigkeit war so, daß die Fasern nicht verdichtet und auch nicht versetzt wurden.

Nach dem Abkühlen wurde ein Würfel mit einer Kantenlänge von 13 cm aus der nicht-gewebten Fasermatte herausgeschnitten,

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und jede Seite wurde einer Druckbelastung von 5 kg ausgesetzt. In der Vertikalrichtung ergab sich eine Verdichtung von 30$j während in rechten Winkeln dazu, d.h. in den horizontalen Richtungen, die Verdichtung nur k% betrug. Das Produkt hatte eine Dichte von 0,019 g/cm^.

BEISPIEL 2

Verbundstapelfasern (20 Decitex je Faden) mit einer Länge von 49 mm und mit einer leichten Kräuselung wurden aus gleichen Anteilen Nylon-66 und Nylon-6 hergestellt, indem die Komponenten Seite an Seite gesponnen wurden. Die Faser wurde vollständig geöffnet, indem sie einmal durch eine .Tatham-Kardiermaschine (Tatham ist ein eingetragenes Warenzeichen) geführt wurde. Die so erhaltene Bahn wurde kreuzweise gelegt, so daß eine lockere Matte mit einer Dicke von 150 mm erhalten wurde, die dann 1,5 min überhitztem Dampf mit einer Temperatur von 23O⁰C ausgesetzt wurde. Der Dampf wurde aabei vertikal nach oben mit einer Geschwindigkeit von 9,15 m/min durch die Matte geblasen. Das Dämpfen hatte zur Folge, daß die Fasern ihre Kräuselung vollständig entwickelten und sich miteinander verbanden. Abschließend x\^Turde die Matte auf eine Dicke von 60 mm zusammengedrückt und in Dampf auf 16O°C und dann durch einen nach oben gerichteten Luftstrom auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltene nichtgewebte Faserstruktur besaß eine Dicke von 60 mm und eine Dichte von 0,026 g/cm³.

BEISPIEL 3

Verbundfäden (12 Decitex je Faden) mit einer Hülle/Kern-Anordnung (67:33), wobei der Kern aus Polyethylenterephthalat und die Hülle ais Polypropylen bestanden,wurden in einer

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Stauchkammer gekräuselt (8 Kräuselungen je gestrecktem cir.), wärmefixiert und auf eine Stapellänge von 49 mm geschnitten. Die Stapelfaser wurde mittels eines Durchgangs durch eine Tatham-Kardiermaschine vollständig geöffnet und kreuzweise gelegt, um eine Matte mit einer Dicke von 60 mm herzustellen. Die Matte wurde 1 min einem nach oben gerichteten Luftstrom mit einer Temperatur von 175°C und mit einer Geschwindigkeit von 15,25 m/min ausgesetzt, wobei sie durch einen Ofen hindurchgeführt wurde,in dem die Luft nach oben strömte. Diese Behandlung hatte zur Folge, daß sich die Fasern miteinander verbanden. Anschließend wurde die Matte im noch heißen Zustand auf eine Dicke von 30 mm zusammengedrückt und dann durch 'einen nach oben gerichteten Luftstrom abgekühlt, so daß eine Struktur mit einer Dichte von 0,023 g/cnr erhalten wurde.

BEISPIEL 4

Verbundfäden (6 Decitex je Faden) mit einer Seite-an-Seite-Anordnung wurden aus gleichen Mengen Polyäthylenterephthalat und einem Mischpolymer von Polyäthylenterephthalat mit 20 KoI-55 Polyäthylenisophthalat gesponnen. Die Fäden wurden dann in einer Stauchkammer gekräuselt (6 Kräuselungen je gestrecktem cm), wärmefixiert und auf eine Stapellänge von 50 mm geschnitten. Ein Gemisch aus dieser Faser mit einem gleichen -Gewicht der Kern/Hülle-Stapelfaser von Beispiel 3 wurde unter Verwendung einer Shirley-Miniaturkardiermaschine (Shirley ist ein eingetragenes Warenzeichen) geöffnet und gemischt und mit einem Läpprad in eine Matte mit einer Dicke von 120 mm verarbeitet. Die Matte wurde 1,5 min in einem Ofen einem nach oben gerichteten Luftstrom mit einer Temperatur von 215°C und einer Geschwindigkeit von 15,25 m/min ausgesetzt. Die erhaltene Matte wurde auf eine Dicke von 70 mm

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verdichtet und abgekühlt, wobei eine nicht-geviebte Struktur mit einer Dichte von 0,03 g/cm^ erhalten wurde.

BEISPIELS 5 und 6 und VERGLEICHSBEISPIELE A und B

Die in Beispiel 2 verwendete Stapelfaser wurde kardiert und in eine Matte mit einer Dicke von 150 mm verarbeitet. Die Katte wurde in mehrere gleiche Teile unterteilt. Die Proben wurden dann gemäß der Erfindung in einem Ofen mit nach oben gerichteter Luftströmung oder gemäß der bekannten Arbeitsweise in einem Ofen mit nach unten gerichteter Luftströmung auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Die Luftgeschwindigkeit im Ofen mit nach oben gerichteter Strömung betrug 15,25 m/min, während sie im Ofen mit nach unten gerichteter Strömung 152,5 m/min betrug. Die durchschnittliche Dichte einer jeden gebundenen Probe wurde gemessen, vrorauf die Probe dann in einer horizontalen Ebene durchschnitten wurde. Hierauf wurde die Dichte der oberen und unteren Hälfte gemessen. Die Bedingungen für die Versuche und die Dichten der Produkte sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

TABELLE I

	.Art des Ofens	Temperatur der Luft (⁰C)	Dichte (g/cm^)	obere Hälfte	untere Hälfte
Beispiel 5 Beispiel 6	Auf wärts- Strömung	207 215	Durchschnitt	0,010 0,011	0,010 0,012
Vergleichs beispiele A B	- Ab wärts- strö- rcung	207 215	0,010. 0,012	Ό.013 0,017	0,044 0,063
0,023 0,037

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Die Resultate in der Tabelle zeigen klar, daß die erfindungsgemäßen nicht-gewebten Strukturen eine wesentlich gleichförmigere Dichte über ihre Dicke aufweisen, als dies bei den durch bekannte Verfahren hergestellten Strukturen der Fall ist.

BEISPIELS 7 bis 10

Verbundstapelfasern, die aus gleichen Anteilen Nylon-66 und Nylon-11 gesponnen worden waren und 10 Decitex je Faden besaßen, wurden in eine lockere Matte mit einer Dicke von 50 mm verarbeitet. Teile dieser Matte wurden dann einem nach oben gerichteten Luftstrom ausgesetzt, der auf eine Temperatur von 185-19O⁰C erhitzt war. Die Geschwindigkeit wurde verändert.

TABELLE II

	Geschwindigkeit der Luft (m/min)	Einfluß auf die Lockerheit der Matte
Beispiel 7	6,7	etwas Verringerung der Dicke
8	18,6	sehr geringe Verringerung der Dicke
9	24,1	keine Veränderung der Dicke
10	28,1	einige Pasern von der Ober fläche abgeblasen ι

Die Ergebnisse der Versuche von Tabelle II zeigen, daß die Geschwindigkeit des nach oben gerichteten Bindemediums einen gewissen Einfluß auf die erhaltene nicht-gewebte Struktur aufweist. Der tatsächliche Effekt hängt von den angewendeten Bedingungen, wie z.B. der Natur der Pasern, dem Gewicht und der Dicke der nicht-gebundenen Matte und den Eigenschaften des verwendeten Ofens, ab.

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Claims

P ATEN TANS P RÜCHE

1. Nachgiebige, thermisch gebundene, nicht-gewebte Fasermatte,, welche mindestens 20 Gew.-? gekräuselter Verbundfasern enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die gebundene Matte über ihre Dicke eine gleichförmige Dichte aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung einer nachgiebigen, gebundenen, nicht-gewebten Pasermatte, bei welchem eine ungebundene Hatte, die mindestens 20 Gew.-% gekräuselter und/oder kräuselfähiger Verbundfasern enthält, dadurch gebunden wird, daß sie einem Medium ausgesetzt wird, das eine ausreichende Temperatur aufweist, die Matte auf eine Temperatur über der Erweichungstemperatur der niedriger erweichenden Komponente aber unter der Erweichungstemperatur bzw. den Erweichungstemperaturen der andere(n) Xomponente(n) zu erhitzen, und die "Matte dann abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch die Bahn nach oben geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebundene Matte durch einen nach oben gerichteten Luftstrom abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gebundene Matte vor dem Abkühlen auf eine bestimmte Form und/oder Dichte zusammengedrückt wird.

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