-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer Matte mit verbessertem Fall,
verbesserter Festigkeit und Weichheit. Das Verfahren der Erfindung
sieht in einer bevorzugten Ausführungsform das
Bilden von gekräuselten
Fasern mit feinem Denier durch ein Spinnbindeverfahren, das Herstellen
einer Matte daraus, das Punktbinden der Matte unter Verwendung einer
Amboss- und einer Musterbindungswalze, wobei die Walzen verschiedene
Temperaturen aufweisen, und das Strecken der Matte vor.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen
sind ein hoch entwickelter Bereich der Industrie geworden. Vliesstoffe
sind fortgeschrittener geworden und weisen eine Vielzahl verschiedener
Anwendungen von Babywischtüchern
und Windeln bis zu Operationsbekleidungsstücken, Automobil- und Bodenabdeckungen
auf. Die Vielseitigkeit der Verwendung hat eine Weiterentwicklung
und Spezialisierung der Verfahren hervorgerufen, die verschiedene
Auswirkungen und Eigenschaften der Stoffe schaffen.
-
Festigkeit und Fallvermögen gehören zu den
hauptsächlichen
physikalischen Eigenschaften, die Wissenschafter zu optimieren suchen.
Die physikalischen Charakteristiken der Faser selbst, z. B. chemische
Zusammensetzung, Konjugationsmittel und Durchmesser, haben bestimmte
Auswirkungen auf den Vliesstoff, der daraus gebildet wird.
-
Weichheit und Fall eines Stoffes,
die wichtig sind für
Bekleidung und andere Anwendungen, werden entscheidend durch den
Biegemodul des Stoffes beeinflusst. Der Biegemodul eines gewirkten
oder gewebten Stoffes wird nicht wesentlich durch die Dicke der
gewebten Matrix beeinflusst, hängt
aber grundsätzlich
von der Biegesteifigkeit der aufbauenden Faser ab, gemäß der Beziehung:
wobei E = Polymermodul und
R = Faserdurchmesser.
-
Daher sollte eine runde Faser mit
kleinerem Durchmesser (feinerem Denier) zu einem Material mit viel besserem
Fallvermögen
führen.
Das ist für
gewebte und gewirkte Stoffe der Fall, allerdings gilt es nicht für punktgebundene
Vliesstoffe, die wenigstens zum Teil aus spinngebundenem Material
bestehen. Das ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, z. B. wo die gebundenen
Flächen
als Platten geringer Dichte dienen, wo der Biegemodul von der Dicke
abhängt
durch die Beziehung:
wobei t = Dicke des gebundenen
Bereiches.
-
Der Biegemodul des ungebundenen Bereiches
hängt vom
Verhältnis
der Fasern, die sich frei bewegen können, zu jenen ab, die dies
nicht können.
An den Extremen. (alle Fasern frei oder alle nicht frei) unterscheidet
sich die Biegesteifigkeit der ungebundenen Bereiche um 4–6 Größenordnungen.
Je größer die
Bewegungsfreiheit, desto niedriger ist die Biegesteifigkeit des
Vlieses. Die Freiheit der ungebundenen Fasern ist besonders wichtig,
da die gebundenen Bereiche nur 12–19% der Matrix in bestimmten
Proben einnehmen. Im Allgemeinen allerdings produziert eine Faser
mit feinerem Denier einen steiferen gebundenen Stoff als eine Faser
mit größerem Denier.
Der Verlust der Bewegungsfreiheit mit abnehmendem Denier ist größtenteils
auf den exponentiellen Anstieg der Anzahl an Fasern pro Flächeneinheit
zurückzuführen. Das überträgt sich
dahingehend, dass mehr Fasern zwischen Bindungspunkten gespannt
gehalten. werden, und auf eine größere Verschlingung. Zum Beispiel
weist eine Bahn, die aus 0,17 tex (1,5 dpf) Fasern zusammengesetzt
ist, vier mal so viele Fasern auf wie eine vergleichbar große Bahn,
die aus 0,33 tex (3,0 dpf) Fasern zusammengesetzt ist.
-
Die zuvor erwähnten Eigenschaften des Stoffes
können
durch zusätzliche
Verarbeitungstechniken verändert
werden, die allgemein auf dem Fachgebiet bekannt sind und die allgemein
vorhergesehene Ergebnisse aufweisen. Zum Beispiel verbessert das
Erhöhen
der Freiheit der Fasern in den ungebundenen Flächen einer punktgebundenen,
spinngebundenen Matte mit feinerem Denier durch Kräuseln der
einzelnen Fasern deutlich die Anpassungsfähigkeit, wie durch einen Schalenverformungstest
gemessen, indem die "Geradheit" der Fasern zwischen
Bindungspunkten verringert wird. Die Zugfestigkeit der Matte wird
allerdings ebenfalls entsprechend verringert auf Grund der Verringerung
der Fasern, die zwischen Bindungspunkten gespannt gehalten werden,
und auf Grund einer gewissen Verringerung der Bindungseffizienz
in Bahnen mit geringerer Dichte.
-
Faserfreiheit kann zusätzlich verbessert
werden durch Strecken der Matte nach dem Binden, wodurch schwach
gehaltene Fasern weg von den Bindungspunkten gezogen werden, Faser-Faser-Bindungen
zwischen Bindungspunkten zerrissen werden, und Bauschigkeit zwischen
Bindungspunkten erhöht
wird, wodurch die sonst eng gepackte feine Fasermatrix gelockert
wird.
-
Punktbinden von Vliesstoffen aus
feinen Fasern oder Mikrofasern (z. B. Polyolefin mit 0,22 tex (2,0
Denier)) führt
unter Verwendung einer Muster-und-Amboss-Technik zu einer Primärbindung,
die dem erhabenen Abschnitt der Musterwalze entspricht, und zu sekundären Faser-Faser-Bindungen zwischen
Bindungspunkten in erster Linie auf der Ambossseite. Das Vorliegen
von sekundären
Bindungen, wenn sie auch schwächer
sind als die primären
Bindungen, verringert die Faserfreiheit, wodurch die Matte wesentlich
versteift wird. Es wäre erstrebenswert,
ein Verfahren zu haben, bei dem Punktbindung eingesetzt werden kann,
wodurch aber die Faserfreiheit im Vergleich zu aktuellen Verfahren
nicht wesentlich verringert würde.
-
Stoffdesigner wünschen sich häufig einen
Stoff, der erhöhte
Festigkeit und verbesserte Anpassungsfähigkeit (Fallvermögen) aufweist.
Diese Kombination von Kräusel- und Punktbindungsverfahren
hat bislang noch keinen solchen gewünschten Stoff hervorgebracht.
Chemische Weichmacher, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, können während des
Faserbildungsverfahrens hinzugefügt
werden, neigen aber dazu, die Festigkeit zu verringern und Herstellungskosten
zu erhöhen.
-
Bislang allerdings sind diese Techniken
nicht gemeinsam verwendet worden, möglicherweise weil die vorausgesehenen
Auswirkungen bestimmter Techniken zu unerwünschten entstehenden Eigenschaften
führen
würden.
Viele dieser Techniken weisen bekannte Betriebsparameterfenster
auf, die normalerweise einen Fachmann zu der Annahme leiten würden, dass
das Kombinieren der Techniken kein synergistisch positives Ergebnis
hervorbringen würde.
Es wäre
erstrebenswert, einen Stoff aus einer Faser mit feinerem Denier
mit verbesserter Festigkeit und Anpassungsfähigkeit ohne die begleitende
Steifigkeit herzustellen, die durch die Verwendung der Faser mit
feinerem Denier zu erwarten wäre.
Ein solcher Stoff hätte
besondere Anwendbarkeit bei Laminatstoffstrukturen, wie z. B. bei
spinngebunden-schmelzgeblasen-spinngebunden-Verbundstoffen.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Viele Patente sind im allgemeinen
Bereich der vorliegenden Erfindung erschienen.
-
US-A-5,482,765 betrifft ein Laminat
aus Vliesstoffen für
Barriereanwendungen, das verbesserte Verhältnisse von Barriere und Festigkeit
zu Gewicht, von Weichheit zu Festigkeit und von Dampfübertragung
zu Barriere aufweist.
-
EP-A-0 685 579 betrifft konjugierte
Fasern, die sogar bei feinen Deniers stark kräuselbar sind, wobei die Fasern
eine Ethylenpolymerkomponente und eine Propylenpolymerkomponente
mit hoher Schmelzfließrate
umfassen.
-
US-A-4,088,731 betrifft ein Verfahren
zum Behandeln von Vliesstoffen, um deren Weichheit und Biegsamkeit
zu erhöhen,
wobei eine gebundene Bahn aus Vliesfasern über ihre elastische Grenze
hinaus ausreichend gestreckt wird, um Filamente oder Filamentabschnitte
der Bahn, die sich im Allgemeinen in die Richtung der ausgeübten Spannung
erstrecken, dauerhaft zu verlängern,
und wobei die verlängerten
Filamente in der Folge der Länge
nach verfestigt werden, während
die Bahn in ihrem verengten Zustand gehalten wird.
-
EP-A-0 432 755 betrifft ein elastisches
Verbundmaterial, das in der Lage ist, in wenigstens zwei Richtungen
gestreckt zu werden, umfassend wenigstens ein elastisches Blatt
und wenigstens ein gerecktes Material, das mit dem elastischen Blatt
an wenigstens drei Stellen verbunden ist, die in einer nicht linearen
Form angeordnet sind, wobei das gereckte Material zwischen wenigstens
zwei der Stellen gerafft wird.
-
US-Patentschrift 5,413,811, ausgegeben
an Fitting et al., und gemeinsam übertragen auf den Erwerber
der vorliegenden Erfindung, beschreibt eine Kombination von chemischen
Weichmachungsverfahren und mechanischen Streckverfahren, die eine
Vliesmatte mit einem weicheren Griff herstellt.
-
US-Patentschrift 5,296,289, ausgegeben
an Collins, offenbart Punktbindungs- und axiale Streckverfahren.
-
US-Patentschrift 5,057,357, ausgegeben
an Winebarger, beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Vliesfasermatte,
bei dem eine gemusterte Walze und eine glatte Walze verwendet wird,
wobei die Walzen verschiedene Temperaturen aufweisen. Ein zweites
Paar Walzen wird verwendet, das ein zweites Muster aufweisen kann.
-
US-Patentschrift 4,443,513, ausgegeben
an Meitner et al. und gemeinsam übertragen
auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung, lehrt eine schmelzgeblasene
Matte unter Verwendung von Wärmebindungswalzen
und Strecken der. Matte. Der hergestellte Stoff weist verbesserte
Weichheit, Volumen und Fallvermögen
auf und behält
dabei seine Festigkeit.
-
Keines dieser Patente offenbart oder
sieht vor, wie Verfahren kombiniert werden können, um einen Vliesstoff unter
Verwendung von Fasern mit feinerem Denier herzustellen, der verbesserte
Festigkeit, verringerte Steifigkeit und verbessertes Fallvermögen aufweist.
Unter normalen Bedingungen würde
ein Fachmann erwarten, dass das Ergebnis der Verwendung einer Faser
mit feinerem tex (Denier) eine erhöhte Steifigkeit ist. Der Stand
der Technik würde
einen dazu verleiten, zu erwarten, dass das Ergebnis des Verringerns
des Fasertex (Denier) und des Einsatzes von Erweichungstechniken
verringerte Festigkeit wäre.
-
Dementsprechend ist es eine Hauptaufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines
Vliesstoffes mit verbesserter Festigkeit, Weichheit (Griffeigenschaften)
und Anpassungsfähigkeit
bereitzustellen.
-
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Vliesbahn unter Verwendung
einer Faser mit feinem Denier bereitzustellen, während das Fallvermögen erhalten
bleibt und die Festigkeit verbessert wird.
-
Andere Aufgaben, Eigenschaften und
Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen beim Lesen der folgenden
genauen Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung hervor, wenn es in Verbindung mit der begleitenden
Zeichnung und den beigefügten
Ansprüchen
vorgenommen wird.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Gegenstand der Erfindung ist ein
Verfahren zur Herstellung eines Stoffes wie in Anspruch 1 definiert. Die
abhängigen
Ansprüche
betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch
Bereitstellen eines Verfahrens zur Bildung eines Vliesstoffes, umfassend
(a) das Bereitstellen von wenigstens einem Polymerharz, das in der
Lage ist, Fasern zu bilden; (b) das Bilden von mehreren Fasern oder
Mikrofasern mit einer Feinheit von weniger als 0,33 tex (3,0 dpf)
aus dem Harz; (c) Kräuseln der
Fasern; (d) Bilden einer Vliesfasermatte aus den Fasern; (e) Punktbinden
der Matte durch Führen
der Matte zwischen einem Paar Bildungswalzen; und (f) Recken (neck
stretching) der Matte. Die Fasern sind vorzugsweise kleiner als
etwa 0,17 tex (etwa 1,5 dpf). Beim Punktbinden werden zwei Walzen,
die auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt werden, verwendet,
durch die die gebildete Matte läuft.
Der verwendete Temperaturunterschied hängt vom verwendeten tex (Denier)
des Stoffes und von der Rohmaterialzusammensetzung ab, liegt aber
erwünschterweise
zwischen etwa 10 und 50°F
(5 und 28°C)
oder noch mehr erwünscht
zwischen etwa 15 und 45°F
(8 und 25°C).
Vorzugsweise beträgt
der Temperaturunterschied etwa 40°F
(22°C) für Homofasern
aus Polypropylen und statistischem Copolymer (Ethylen in Propylen).
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Laminat aus spinngebunden-schmelzgeblasen-spinngebunden-Faserlagen
gebildet, wobei die spinngebundenen Lagen aus Fasern mit feinem
Denier zusammengesetzt sind, die gekräuselt worden sind. Das gebildete
Laminat wird dann zwischen einem Paar erhitzter, durch einen Spalt
getrennter Wärmebindungswalzen
durchgeführt,
die eine glatte Ambosswalze und eine Musterwalze umfassen, wobei
der Temperaturunterschied zwischen den zwei Rollen im Bereich von
etwa 15–45°F (8–25°C) liegt,
steuerbar in Abhängigkeit
von den Charakteristiken des Stoffes und der Fördergeschwindigkeit. In allen
Ausführungsformen
wird die Musterwalze auf die höhere
Temperatur eingestellt. Nachdem er durch die Wärmebindungswalzen geführt worden
ist, wird der Stoff in Maschinenrichtung gereckt (neck stretched)
und danach in Querrichtung verbreitert (unnecking). Der fertige
Stoff wird auf Ausgangsrollen zum Aufnehmen und Lagern gewickelt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
eine Seitenansicht einer Vorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ein Laminat aus spinngebunden-schmelzgeblasenspinngebunden-Fasern
hergestellt wird.
-
2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Gegenreckanordnung (unnecking assembly)
der Vorrichtung von 1.
-
TESTVERFAHREN
-
Schalenverformung (Cup Crush): Die
Anpassungsfähigkeit
und das Fallvermögen
eines Vliesstoffes können
gemäß dem "Schalenverformungstest
(cup crush)" gemessen
werden. Der Schalenverformungstest bewertet den Stoff durch Messen
der Spitzenlast und -energie, die erforderlich ist, damit ein halbkugelförmiger Fuß mit 4,5
cm Durchmesser ein 23 cm mal 23 cm großes Stück Stoff, das zu einer ungefähr 6,5 cm
hohen umgekehrten Schale mit 6,5 cm Durchmesser geformt ist, zu
verformen, während
der schalenförmige
Stoff von einem Zylinder mit ungefähr 6,5 cm Durchmesser umgeben
ist, um eine gleichmäßige Verformung
des schalenförmigen
Stoffes zu erhalten. Ein Durchschnitt aus zehn Ablesungen wird verwendet.
Der Fuß und
die Schale sind so eingerichtet, dass eine Berührung zwischen den Schalenwänden und
dem Fuß vermieden
wird, was die Ablesung beeinflussen könnte. Die Schalenverformungslast
wird gemessen, während
der Fuß mit
einer Geschwindigkeit von etwa 0,25 Inch pro Sekunde (380 mm pro
Minute) abgesenkt wird, und wird in Gramm gemessen. Die Schalenverformungsenergie
ist die Gesamtenergie, die erforderlich ist, um eine Probe zu verformen,
was der Gesamtenergie vom Beginn des Tests zum Punkt der Spitzenlast
entspricht, d. h. dem Bereich unter der Kurve, die durch die Last
in Gramm auf einer Achse und dem Abstand, den der Fuß zurücklegt,
auf der anderen gebildet wird. Verformungsenergie wird daher in
Gramm-Millimeter angegeben.
-
Niedrigere Schalenverformungswerte
deuten auf ein bequemeres Laminat mit besserem Fallvermögen hin.
Eine geeignete Vorrichtung zum Messen der Schalenverformung ist
eine Modell FTD-G-500 Kraftmessdose (500 Gramm Bereich) erhältlich von
der Schaevitz Company, Pennsauken, NJ.
-
Greifzugfestigkeitstest: Der Greifzugfestigkeitstest
ist ein Maß für die Reißkraft und
Verlängerung
oder Verformung eines Stoffes, wenn er einer einseitig gerichteten
Belastung unterworfen wird. Dieser Test ist auf dem Fachgebiet bekannt
und entspricht den Anforderungen von Method 5100 der Federal Test
Methods Standard 191A. Die Ergebnisse werden in Pfund bis zum Reißen und
Prozent Dehnung vor dem Reißen
ausgedrückt.
Höhere
Zahlen deuten auf einen stärkeren,
dehnbareren Stoff hin. Der Ausdruck "Last" bedeutet
die maximale Last oder Kraft, ausgedrückt in Gewichtseinheiten, die
erforderlich ist, um die Probe in einem Zugfestigkeitstest zu reißen oder
zu zerreißen.
Der Ausdruck "Verformung" oder "Gesamtenergie" bedeutet die Kurve
der Gesamtenergie unter einer Last gegenüber Verlängerung, ausgedrückt in Gewichts-Längen-Einheiten.
Der Ausdruck "Verlängerung" bedeutet den Anstieg
der Länge
einer Probe während
eines Zugfestigkeitstests. Werte für Greifzugfestigkeit und Greifverlängerung
werden unter Verwendung einer festgelegten Stoffbreite, üblicherweise
4 Inch (102 mm), Klammerbreite und einer konstanten Ausdehnungsgeschwindigkeit
erzielt. Die Probe ist breiter als die Klammer, um Ergebnisse zu
erhalten, die für
die effektive Festigkeit der Fasern in der eingeklammerten Breite
in Kombination mit zusätzlicher
Festigkeit, die durch angrenzende Fasern im Stoff beigesteuert wird,
repräsentativ
sind. Die Probe wird zum Beispiel in einem Instron Model TM eingeklammert,
erhältlich
von der Instron Corporation, 2500 Washington St., Canton, MA 02021,
oder einem Thwing-Albert Model INTELLECT II, erhältlich von der Thwing-Albert
Instrument Co., 10960 Dutton Rd., Phila., PA 19154, die 3 Inch (76
mm) lange parallele Klammern aufweisen. Der Durchschnitt aus zehn
Ablesungen wird verwendet. Das simuliert sehr genau die Stoffbelastungsbedingungen
bei der tatsächlichen
Verwendung.
-
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "schmelzgeblasene
Fasern" Fasern,
die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials
durch mehrere feine, üblicherweise
runde Düsenkapillare als
geschmolzene Fäden
oder Filamente in zusammenlaufende Hochgeschwindigkeitsgasströme (z. B.
Luft) gebildet werden, die die Filamente aus geschmolzenem thermoplastischem
Material verfeinern, um ihren Durchmesser zu verringern, was bis
zu Mikrofaserdurchmesser sein kann. Danach werden die schmelzgeblasenen
Fasern durch den Hochgeschwindigkeitsgasstrom getragen und auf eine
Sammeloberfläche
abgelegt, um eine Matte aus zufallsmäßig verteilten schmelzgeblasenen
Fasern zu bilden. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in US-Patentschrift
3,849,241 an Buntin offenbart. Schmelzgeblasene Fasern sind Mikrofasern,
die endlos oder unterbrochen sein können, weisen im Allgemeinen
einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 10 Mikron auf
und sind im Allgemeinen klebrig, wenn sie auf eine Sammeloberfläche abgelegt
werden.
-
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "Mikrofasern" Fasern mit einem
tex (Denier) von weniger als etwa 0,11 tex (etwa 1,0 dpf ("Denier pro Filament")). Denier ist definiert
als Gramm pro 9000 Meter einer Faser und kann als Faserdurchmesser
in Mikron zum Quadrat, multipliziert mit der Dichte in Gramm/cm3, multipliziert mit 0,00707 berechnet werden.
Ein niedrigeres Denier deutet auf eine feinere Faser hin und ein
höheres
Denier deutet auf eine dickere Faser hin für Materialien von ähnlicher
Dichte. Zum Beispiel kann der Durchmesser einer Polypropylenfaser,
der mit 15 Mikron angegeben ist, auf Denier umgerechnet werden durch
Quadrieren, Multiplizieren des Ergebnisses mit 0,89 g/cm3 und Multiplizieren mit 0,00707. Daher weist
eine 15 Mikron Polypropylenfaser ein Denier von etwa 1,42 (152 × 0,89 × 0,00707
= 1,416) auf. Außerhalb
der Vereinigten Staaten ist "tex" die üblichere
Maßeinheit,
was als Gramm pro Kilometer Faser definiert ist. Tex kann als Denier/9
berechnet werden.
-
Wie hier verwendet beziehen sich
die Ausdrücke "necking" oder "neck stretching" (recken) austauschbar
auf ein Verfahren des Verlängerns
eines Vliesstoffes, im Allgemeinen in Maschinenrichtung, um seine
Breite auf kontrollierte Weise auf ein gewünschtes Maß zu verringern. Das kontrollierte
Strecken kann unter gekühlter,
Umgebungs- oder erhöhter
Temperatur stattfinden und ist auf eine Erhöhung der Gesamtabmessung in
der Richtung, in die er gestreckt wird, bis zu der Verlängerung
beschränkt,
die erforderlich ist, um den Stoff zu zerreißen. Wenn sie entspannt wird,
zieht sich die Matte auf ihre ursprünglichen Abmessungen zusammen. Ein
solches Verfahren wird zum Beispiel in US-Patentschrift 4,443,513 an Meitner und
Notheis und US-Patentschrift
4,965,122, 4,981,747 und 5,114,781 an Morman offenbart.
-
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "neck softening (reckerweichen)" das Recken (neck
stretching), das ohne die Zugabe von Wärme zu dem Material durchgeführt wird,
wenn es in Maschinenrichtung gestreckt wird. Beim Recken oder Reckerweichen
(neck stretching or softening) wird ein Stoff zum Beispiel als um
20% gestreckt bezeichnet. Das heißt, er wird in Maschinenrichtung
gestreckt, bis seine Länge
120% seiner ursprünglichen,
ungestreckten Länge
ist.
-
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "reckbares (neckable)
Material" jedes
beliebige Material, das gereckt werden kann.
-
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "Gegenrecken (unnecking)" ein Verfahren, das
auf ein reversibel gerecktes Material angewendet wird, um es wenigstens
auf seine ursprünglichen
Abmessungen vor dem Recken auszudehnen durch Anwendung einer Streckkraft
in eine Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur Streckrichtung
ist und die verursacht, dass es sich um wenigstens 50 Prozent des
Größenverlustes
vom ursprünglichen
Recken in Maschinenrichtung bei Loslassen der Streckkraft erholt.
-
Wie hier verwendet bezieht sich der
Ausdruck "gerecktes
(necked) Material" auf
jedes beliebige Material, das in wenigstens eine Richtung verengt
worden ist, durch Verfahren wie zum Beispiel Ziehen, wodurch die
Verengung im Allgemeinen senkrecht auf die Zugrichtung ist.
-
Wie hier verwendet umfasst der Ausdruck "Polymer" im Allgemeinen,
ist aber nicht beschränkt
auf Homopolymere, Copolymere, wie zum Beispiel Block-, Pfropf-,
statistische und alternierende Copolymere, Terpolymere usw. und
Mischungen und Modifikationen davon. Darüber hinaus umfasst der Ausdruck "Polymer", wenn nicht anders
speziell eingeschränkt,
alle möglichen
geometrischen Formen des Materials. Diese Formen umfassen, sind
aber nicht beschränkt
auf isotaktische, syndiotaktische und unregelmäßige Symmetrien.
-
Der Stoff dieser Erfindung kann ein
mehrlagiges Laminat sein. Ein Beispiel für ein mehrlagiges Laminat ist
eine Ausführungsform,
bei der manche der Lagen spinngebunden sind und manche schmelzgeblasen, wie
z. B. ein spinngebunden-schmelzgeblasen-spinngebunden (SMS) Laminat,
wie in US-Patentschrift 4,041,203 an Brock et al., US-Patentschrift
5,169,706 an Collier et al. und US-Patentschrift 4,374,888 an Bornslaeger
offenbart. Ein solches Laminat kann durch aufeinander folgendes
Ablegen zuerst einer spinngebundenen Stofflage, dann einer schmelzgeblasenen
Stofflage und zuletzt einer anderen spinngebundenen Lage auf ein
sich bewegendes Formband und dann Binden des Laminates auf eine
unterhalb beschriebene Weise hergestellt werden. Als Alternative
können
eine oder mehrere der Stofflagen einzeln hergestellt, in Rollen
gesammelt und in einem getrennten Bindungsschritt kombiniert werden.
Solche Stoffe weisen üblicherweise
ein Flächengewicht
von etwa 0,1 bis 12 osy (3 bis 400 g/m2)
oder insbesondere etwa 10,2 bis etwa 101,7 g–2 (etwa
0,30 bis etwa 3 osy) auf. Das Flächengewicht
von Vliesstoffen wird üblicherweise
in Unzen Material pro Quadratyard (osy) oder Gramm pro Quadratmeter
(g/m2) ausgedrückt, und die verwendbaren Faserdurchmesser
werden üblicherweise
in Mikron ausgedrückt.
(Es ist zu beachten, dass osy auf g/m2 umgerechnet
werden durch Multiplizieren von osy mit 33,91).
-
Wie hier verwendet bezieht sich der
Ausdruck "spinngebundene
Fasern" auf Fasern
mit kleinem Durchmesser, die durch Extrudieren von geschmolzenem
thermoplastischem Material als Filamente aus mehreren feinen, üblicherweise
runden Kapillaren einer Spinndüse
gebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente
dann rasch verringert wird, wie zum Beispiel in US-Patentschrift
4,340,563 an Appel et al. und US- Patentschrift
3,692,618 an Dorschner et al., US-Patentschrift 3,802,817 an Matsuki et
al., US-Patentschrift
3,338,992 und 3,341,394 an Kinney, US-Patentschrift 3,502,763 an Hartman,
US-Patentschrift 3,502,538 an Levy und US-Patentschrift 3,542,615
an Dobo et al. offenbart. Spinngebundene Fasern sind im Allgemeinen
nicht klebrig, wenn sie auf eine Sammeloberfläche abgelegt werden. Spinngebundene
Fasern sind im Allgemeinen fortlaufend und weisen einen durchschnittlichen
Durchmesser (aus einer Probe von wenigstens zehn Fasern) von mehr
als 7 Mikron, insbesondere zwischen etwa 10 und 30 Mikron auf.
-
Wie hier verwendet bezieht sich der
Ausdruck "konjugierte
Faser" auf Fasern,
die aus wenigstens zwei Polymeren gebildet worden sind, die aus
getrennten Extrudern extrudiert worden, aber zusammengesponnen worden
sind, um eine Faser zu bilden. Konjugierte Fasern werden manchmal
auch als Multikomponenten- oder Bikomponentenfasern bezeichnet.
Die Polymere unterscheiden sich üblicherweise,
obwohl konjugierte Fasern auch Monokomponentenfasern sein können. Die
Polymere werden in im Wesentlichen konstant angeordneten, getrennten
Zonen über
den Querschnitt der konjugierten Fasern angeordnet und erstrecken
sich fortlaufend entlang der Länge
der konjugierten Fasern. Die Form einer solchen konjugierten Fasern
kann zum Beispiel eine Mantel/Kern-Anordnung sein, wobei ein Polymer
von einem anderen umgeben ist, oder kann eine Seite-an-Seite-Anordnung
oder eine "Insel"-Anordnung sein. Konjugierte Fasern werden
in US-Patentschrift 5,108,820
an Kaneko et al., US-Patentschrift
5,336,552 an Strack et al. und US-Patentschrift 5,382,400 an Pike et al.
gelehrt. Bei Zweikomponentenfasern können die Polymere im Verhältnis 75/25,
50/50, 25/75 oder jedem anderen gewünschten Verhältnis vorliegen.
-
Wie her verwendet bedeutet der Ausdruck "Verfestigungswalze" einen Satz von Walzen über und
unter der Bahn, um die Bahn zu verfestigen als Möglichkeit der Behandlung einer
soeben hergestellten spinngebundenen Bahn, um ihr ausreichende Einheit
für eine
weitere Verarbeitung zu verleihen, aber nicht das verhältnismäßig starke
Binden von sekundären
Bindungsverfahren, wie Durchluftbinden, Wärmepunktbinden und Ultraschallbinden.
Verfestigungswalzen drücken
die Bahn leicht, um ihre Selbsthaftung und dadurch ihre Einheit
zu erhöhen.
-
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck "Heißluftmesser" oder ("HAK") ein Verfahren zum
Vor- oder Erstbinden einer soeben hergestellten spinngebundenen
Bahn, um ihr ausreichende Einheit für die weitere Verarbeitung
zu verleihen, ähnlich
der Funktion, die Verfestigungswalzen ausführen, bedeutet aber nicht das verhältnismäßig starke
Binden von sekundären
Bindungsverfahren, wie Durchluftbinden, Wärmebinden und Ultraschallbinden.
Ein Heißluftmesser
ist eine Vorrichtung, die einen Strom von erhitzter Luft mit einer
sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit,
im Allgemeinen etwa 1.000 bis etwa 10.000 Fuß pro Minute (fpm) (305 bis 3050
Meter pro Minute) oder insbesondere etwa 3.000 bis 5.000 Fuß pro Minute
(915 bis 1525 Meter pro Minute), auf die Vliesbahn unmittelbar nach
ihrer Bildung richtet. Die Lufttemperatur liegt üblicherweise im Bereich des
Schmelzpunktes von wenigstens einem der Polymere, die in der Bahn
verwendet werden, im Allgemeinen zwischen etwa 200 und 550°F (93 und
290°C) für die thermoplastischen
Polymere, die allgemein beim Spinnbinden verwendet werden. Die Steuerung
von Lufttemperatur, Geschwindigkeit, Druck, Volumen und anderen
Faktoren hilft, einen Schaden an der Bahn zu vermeiden, während ihre
Einheit erhöht
wird. Der gerichtete Luftstrom des HAK wird durch wenigstens einen
Schlitz mit etwa 1/8 bis 1 Inch (3 bis 25 mm) Breite, insbesondere
etwa 3/8 Inch (9,4 mm) angeordnet und gerichtet, der als Auslass
für die
erhitzte Luft gegen die Bahn dient, wobei der Schlitz im Wesentlichen
quer zur Maschinenrichtung im Wesentlichen über die gesamte Breite der
Bahn verläuft.
In anderen Ausführungsformen
kann es mehrere Schlitze geben, die nebeneinander oder durch einen
kleinen Spalt getrennt angeordnet werden können. Der wenigstens eine Schlitz
ist üblicherweise,
aber nicht unbedingt fortlaufend und kann zum Beispiel aus eng beabstandeten
Löchern
bestehen. Das HAK weist einen Luftverteilerkasten auf, um die erhitzte
Luft zu verteilen und sie zu halten, bevor sie den Schlitz verlässt. Der
Druck im Luftverteilerkasten des HAK liegt üblicherweise zwischen etwa
1,0 und 12,0 Inch Wasser (2 bis 22 mmHg), und das HAK ist zwischen
etwa 0,64 und 25,4 cm (etwa 0,25 und 10 Inch) und insbesondere 0,75
bis 3,0 Inch (19 bis 76 mm) über
dem Formsieb angeordnet. In einer besonderen Ausführungsform
entspricht die Querschnittsfläche
des HAK-Luftverteilerkastens für
den Fluss in Querrichtung (d. h. die Querschnittsfläche des
Luftverteilerkastens in Maschinenrichtung) wenigstens zweimal der
gesamten Schlitzausgangsfläche.
Da das mit Löchern
versehene Sieb, auf das spinngebundenes Polymer gebildet wird, sich im
Allgemeinen mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, ist die Zeit,
die jeder beliebige Teil der Bahn der Luft ausgesetzt ist, die vom
Heißluftmesser
abgegeben wird, weniger als ein Zehntel einer Sekunde und im Allgemeinen
etwa ein Hundertstel einer Sekunde im Gegensatz zum Durchluftbindungsverfahren,
das eine viel längere
Verweilzeit aufweist. Das HAK-Verfahren weist einen großen Variabilitätsbereich
und Steuerungsbereich für
viele Faktoren wie z. B. Lufttemperatur, Geschwindigkeit, Druck,
Volumen, Schlitz- oder Lochanordnung und -größe, und Abstand vom HAK-Luftverteilerkasten
zur Bahn auf. Genauere Informationen über das Heißluftmesserverfahren sind in
US-Patentschrift Nr. 5,707,468 (US-Patentanmeldung 08/362,328) an Arnold
et al. zu finden.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffes mit dem unerwarteten
Ergebnis der Verbesserung von Festigkeit, Fall und Anpassungsfähigkeit
bereit. Die vorliegende Erfindung ist bei schmelzgeblasenen oder
spinngebundenen oder einer Kombination der beiden oder bei Verwendung
von anderen Bahnbildungsverfahren anwendbar, die Fachleuten bekannt
sind. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren das Herstellen einer
gekräuselten
Faser mit feinem Denier unter Verwendung von Schmelzblas- oder Spinnbindeverfahren
oder einer Kombination der beiden, das Punktbinden unter Verwendung
von unterschiedlichen Bindungswalzentemperaturen und das Recken
(neck stretching). Für
die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll ein Laminat aus spinngebunden-schmelzgeblasenspinngebunden-Fasern
besprochen werden. Es versteht sich, dass einzelne Lagen, sowie
andere Laminate und nicht laminierte Fasermattenstrukturen verwendet
werden können.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden Fasern mit feinem Denier im Bereich
von etwa 0,06 bis etwa 0,33 tex (etwa 0,5 bis etwa 3,0 dpf), vorzugsweise
kleiner als oder gleich etwa 0,17 tex (etwa 1,5 dpf) durch ein Spinnbindeverfahren
hergestellt, wie oben beschrieben. Die Fasern werden aus Harz gebildet,
das vorzugsweise ein thermoplastisches Polymer wie z. B., aber nicht
beschränkt
auf, Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Copolymere
und Gemische daraus.
-
1 zeigt
eine Vorrichtung zur Herstellung der Matte gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung, wobei die Vorrichtung 10 eine Anordnung 12 zur
Herstellung von spinngebundenen Fasern entsprechend bekannten Verfahren
aufweist (siehe auch US-Patentschrift 5,382,400 an Pike et al.).
Einer Spinndüse 14 wird
geschmolzenes Polymerharz von einer Harzquelle (nicht gezeigt) zugeführt. Die
Spinndüse 14 stellt Fasern
mit feinem Denier aus dem Ausgang 16 her, die durch einen
Luftstrom gequencht werden, der durch ein Quenchgebläse 18 zugeführt wird.
Der Luftstrom kühlt
auf einer Seite des Faserstroms differentiell mehr ab als auf der
anderen Seite, wodurch ein Biegen und Kräuseln der Fasern hervorgerufen
wird. Kräuseln,
wie im Allgemeinen hier bereits besprochen, schafft einen weicheren
Stoff durch Verringern der "Geradheit" der Fasern zwischen
Bindungspunkten, die im Wärmebindungsschritt
geschaffen werden, sowie der Faser-Faser-Bindungen. Verschiedene
Parameter des Quenchgebläses 18 können gesteuert
werden, um die Qualität und
die Quantität
des Kräuselns
zu steuern. Faserzusammensetzung und Auswahl des Harzes bestimmen ebenfalls
die verliehenen Kräuselungscharakteristiken.
In einer alternativen Ausführungsform
können
konjugierte Fasern hergestellt werden, die unterschiedliche Kräuselungseigenschaften
aufweisen.
-
Die Filamente werden in eine Faserzieheinheit
oder Saugvorrichtung 20 gezogen, die ein Venturirohr/einen
Venturikanal 22 aufweist, durch den die Fasern laufen.
Das Rohr wird mit temperaturgesteuerter Luft versorgt, die die Filamente
verfeinert, wenn sie durch die Faserzieheinheit 20 gezogen
werden. Die verfeinerten Fasern werden dann auf ein mit Löchern versehenes,
sich bewegendes Sammelband 24 abgelegt und durch eine Vakuumkraft
auf dem Band 24 gehalten, die durch einen Vakuumkasten 26 ausgeübt wird.
Das Band 24 läuft
um Führungswalzen 27.
Wenn die Fasern sich auf dem Band 24 weiterbewegen, komprimiert eine
Verfestigungswalze 28 über
dem Band, die mit einer der Führungswalzen 27 unterhalb
des Bandes arbeitet, die spinngebundene Matte so, dass die Fasern
ausreichende Einheit aufweisen, um durch das Herstellungsverfahren
gehen zu können.
-
Als Alternative kann an Stelle einer
Verfestigungswalze 28 ein Heißluftmesser verwendet werden,
um die Fasern zu komprimieren. Ein Vorteil der Verwendung eines
Heißluftmessers
ist, dass es das Problem verringert oder ausschaltet, das auf dem
Fachgebiet als "roll
wrap (Walzenwickeln)" bekannt
ist, d. h. dass die gesamte oder ein Teil der spinngebundenen Bahn
dem Umfang der Verfestigungsrolle folgt, wodurch die Bahn zerrissen
werden kann, wenn sie sich vollständig um die Verfestigungswalze
wickelt. Ein Heißluftmesser
verringert auch nicht die Bauschigkeit der Matte und vermeidet die Belastung,
die eine Verfestigungswalze auf die Fasern ausübt. Das Heißluftmesser schmilzt die Oberfläche der
Fasermatte in einem geringeren Maß, wenn sie die Matte leicht
komprimiert, aber der Druck und die Temperatur können gesteuert werden. Darüber hinaus bringt
ein Heißluftmesser
ein besseres Ergebnis bei einer größeren Durchsatzgeschwindigkeit
als eine Verfestigungswalze.
-
Eine Lage aus schmelzgeblasenen Fasern,
die einen Durchmesser von < 1 μm bis etwa
10 μm, vorzugsweise
einen Durchmesser kleiner als 5 μm
aufweisen, kann auf die spinngebundene Lage von einer Aufwickelrolle 30 aus
vorher hergestellten schmelzgeblasenen Fasern gebracht werden. Als
Alternative ist es auch möglich,
schmelzgeblasene Fasern zu bilden und sie direkt, wenn sie gebildet
werden, auf die spinngebundene Lage abzulegen. Die schmelzgeblasenen
Fasern sind aus Harz gebildet, das vorzugsweise ein thermoplastisches
Polymer ist, wie z. B., aber nicht beschränkt auf Polyolefine, Polyester,
Polyamide, Polyurethane, Copolymere und Gemische daraus.
-
Eine zweite Lage aus spinngebundenen
Fasern wird von einer Spinnbindevorrichtung 32 auf eine ähnliche
Weise hergestellt, wie für
die Spinnbindevorrichtung 12 beschrieben; d. h. eine Spinndüse 34 stellt
Filamente her, die durch ein Quenchgebläse 36 gequencht und
gekräuselt
und durch eine Saugvorrichtung 38 verfeinert werden. Die
Fasern, die auf die schmelzgeblasene Lage abgelegt werden, werden
dann durch eine zweite Verfestigungsvorrichtung 40 komprimiert,
um ein dreilagiges Laminat zu bilden, das aus spinngebunden schmelzgeblasen-spinngebunden-Fasern 42 zusammengesetzt
ist (das "SMS"-Laminat).
-
Spinngebundene Vliesstoffe, die von
der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, werden auf irgendeine
Art gebunden, wenn sie hergestellt werden, um ihnen ausreichende
strukturelle Einheit zu verleihen, um den Belastungen der weiteren
Verarbeitung zu einem fertigen Produkt standzuhalten. Bindung kann
auf viele Arten durchgeführt
werden, wie z. B. Nadeln, Ultraschallbindung, Klebebindung, Steppbindung,
Durchluftbindung und Wärmebindung.
Ein bevorzugtes Verfahren ist Wärmebindung.
Das SMS-Laminat 42 wird vom Band 24 wegbewegt
und zwischen einem durch einen Spalt getrennten Paar Wärmebindungswalzen 44 und 46 durchgeführt. Die
Bindungswalze 44 ist eine herkömmliche glatte Ambosswalze.
Die Bindungswalze 46 ist eine herkömmliche Musterwalze mit mehreren
Nadeln 48. Die Nadeln erzeugen Bindungspunkte innerhalb
der Stoffmatrix. Die Anzahl und Größe der Bindungspunkte hängen mit
der Steifheit des Stoffes zusammen; d. h. höhere Bindungsbereiche oder
mehr Bindungspunkte pro Flächeneinheit
ergeben einen steiferen Stoff. Das SMS-Laminat wird zwischen den
Walzen 44 und 46 durchgeführt, und die Nadeln 48 drucken
ein Muster auf das SMS-Laminat 42, indem sie auf die Ambosswalze 44 drücken, wo
der Spaltdruck für
Gleichmäßigkeit
gesteuert wird.
-
Die Walzen 44 und 46 können erhitzt
werden, um Faserbindungen wirksamer zu bilden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden die Walzen 44 und 46 auf unterschiedliche
Temperaturen erhitzt. Der optimale Temperaturbereich und Unterschied
zwischen den Walzen hängt
vom tex (Denier), der Faserzusammensetzung, der Bahnmasse und der
Bahndichte ab und davon, ob Monokomponenten- oder konjugierte Fasern
verwendet werden. Für
Monokomponenten-Polypropylenfasern mit ungefähr 0,33 tex (3 dpf), die mit
etwa 152 m/min (etwa 500 Fuß pro
Minute) hergestellt werden, liegt der Temperaturbereich bei etwa
270°F (132°C) bis etwa
340°F (171°C), mit einem
bevorzugten Unterschied zwischen Muster- und Ambosswalze von etwa 10°F (5,5°C) bis etwa
30°F (17°C). Für Monokomponenten-Polypropylenfasern
mit etwa 0,11 tex (1 dpf) bei gleicher Herstellungsgeschwindigkeit
liegt der Temperaturbereich bei etwa 240°F (115°C) bis etwa 290°F (143°C) mit einem
bevorzugten Unterschied von etwa 40–50°F (22– 28°C). Der gesamte Temperaturbereich ist
für Fasern
mit kleinerem Denier niedriger, da die Wärmeübertragung effizienter ist.
Für ein
gegebenes Rohmaterial bleibt der Temperaturbereich im Allgemeinen
derselbe, wird aber wärmer
oder kühler
in Abhängigkeit von
der Fördergeschwindigkeit,
die die Bahnmasse und Bahndichte wesentlich beeinflusst. Vorzugsweise
wird die Musterwalze auf eine höhere
Temperatur als der Amboss erhitzt. Die niedrigere Temperatur auf
der Ambosswalze 44 verringert die Möglichkeit des Glänzendwerdens
der Fasern und die Möglichkeit
von sekundärer Faser-Faser-Bindung
zwischen den Bindungspunkten. Das Ergebnis dieser unterschiedlichen
Bindungswalzentemperaturen ist, dass sekundäre Faser-Faser-Bindungen verringert
werden, ohne dass die Einheit der primären Bindungen beeinflusst wird,
wodurch der Fall des Stoffes verbessert wird.
-
Nachdem das Laminat 42 durch
die Bindungswalzen 44 und 46 getreten ist, wird
es zu einer Reckanordnung (neck stretching assembly) 50 geführt, die
ein Paar durch einen Spalt getrennter Walzen 52 und 54 umfasst.
Die Walzen 52 und 54 laufen unter Spannung mit
einer gesteuerten Geschwindigkeit, die höher ist als die Geschwindigkeit
der Bindungswalzen 44 und 46, wodurch das SMS-Laminat 42 in
die selbe Richtung, wie der Weg des Stoffes ist, bekannt als "Maschinenrichtung", gestreckt wird.
Recken (neck stretching) zerreißt die
Faser-Faser-Bindungen und verformt Fasern zwischen Bindungspunkten,
wodurch die Steifheit des Stoffes verringert wird. Die Walzen können erhitzt
oder gekühlt
werden, wie erforderlich, um gewünschte
Matteneigenschaften und Größenstabilität zu erreichen.
-
Das gereckte (neck stretched) SMS-Laminat 42 wird
dann zu einer Gegenreckanordnung (unnecking assembly) 56 geführt, die
einen Spannrahmen umfasst, der Fachleuten bekannt ist. 2 zeigt einen Spannrahmen
mit einer Kette 58 mit mehreren Klammern 60, die
an den Kettengliedern befestigt sind und entlang der Kette 58 beabstandet
sind, und einer Kette 62, die ähnlich dort entlang beabstandete
Klammern 60 aufweist. Die Ketten 58 und 62 werden
durch ein Zahnradgetriebe 64 bedient, das durch einen Motor 65 (nicht gezeigt)
angetrieben wird. Die Ketten 58 und 62 sind nicht
parallel, sondern sie laufen (von oben gesehen) in Abwärtsrichtung
auseinander (angedeutet durch Pfeil 65A). Wenn das Laminat 42 zur
Anordnung 56 kommt, schließen sich die offenen Klammern 60 automatisch
und nacheinander und ergreifen die Kante des Laminates. Wenn die
Ketten 58 und 62 weiterlaufen, wird das Laminat 42 gestreckt,
wenn die Kettenwege auseinander laufen. Wenn die Klammern 60 das
Ende der Oberseite des Kettenlaufes erreichen, öffnen sich die Klammern automatisch
und lassen das gestreckte Laminat 42 aus. Das fertig gebildete
SMS-Laminat 42 wird dann auf eine Ausgangsrolle 66 zum
Aufnehmen und Lagern gewickelt. Sowohl das Recken (necking) als
auch das Gegenrecken (unnecking) verbessern die Voluminosität, wodurch
die Faserfreiheit zwischen Bindungspunkten erhöht wird, was den Fall des Stoffes
verbessert. Ein wesentlicher Abschnitt der Breite, die während des
Beckens (neck stretching) verloren geht, wird während des Gegenreckens (unnecking)
wieder gewonnen.
-
Ein unerwartetes Ergebnis des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung ist, dass die Kombination aus feinen
spinngebundenen Fasern (kleiner als oder gleich etwa 0,17 tex (etwa
1,5 dpf)) und die Verbesserung der Faserfreiheit durch die Techniken
von gekräuselten
Fasern, mechanischer Streckerweichung und unterschiedlichen Bindungswalzentemperaturen
die Herstellung eines SMS-Stoffes mit verbessertem Fall bei gleicher
oder höherer
Festigkeit als bei Standardmatten mit 0,33 tex (3,0 Denier) ermöglicht.
Verbesserungen im Fall, die mit diesen Techniken erreicht werden,
waren in den getesteten Bereichen additiv.
-
Die Erfindung wird in Verbindung
mit den folgenden Beispielen weiter beschrieben, die nur zum Zwecke
der Veranschaulichung angeführt
sind. Teile und Prozentanteile, die in solchen Beispielen auftreten,
betreffen das Gewicht, wenn nicht anders angegeben.
-
BEISPIELE
-
BEISPIEL 1
-
Verbesserte Stoffe wurden gezeigt
mit einem Bereich von Polyolefinrohmaterialien mit sowohl Homofaser-
als auch konjugierten spinngebundenen (SB) Filamenten. Bei dem unten
beschriebenen Beispiel wurde ein 3,5 statistisches Copolymer aus
Ethylen und Propylen verwendet, erhältlich als Exxon 9355 von Exxon Chemical,
Baytown, Texas, das eine bevorzugte Kräuselung in einem Homofaser-Polyolefin-System
bereitstellte.
-
Ein verbesserter stoffartiger spinngebundener
Stoff wurde mit runden Endlosmikrofasern aus mehreren Spinndüsen mit
einem Denier von 0,95 g/9000 m hergestellt. Während der Forschung wurde ein
tex-Bereich von 0,44 bis 0,099 (Denierbereich von 4,0 bis 0,9) herausgefunden,
und eine minimale Leistungsfähigkeit von
0,7 g/9000 m ist mit demselben Verfahren und denselben Polymersystemen
gezeigt worden. Diese Fasern wurden durch Druckluft durch eine isolierte
Quenchluftdurchflusszone gezogen und zufallsmäßig auf ein durchlässiges Förderband
abgelegt. Quenchfluss, Temperatur, Richtung und Profil innerhalb
der Spinnlinie wurden zusammen mit Druckluftziehvariablen variiert,
um den gewünschten
Grad an Faserkräuselung
bereitzustellen. Schmelztemperatur und Quenchverzögerungszonentiefe
wurden ebenfalls modifiziert, um Faserkräuselungseigenschaften zu optimieren.
Der Abstand vom Ausgang der Druckluftziehvorrichtung zum durchlässigen Förderband
wurde für
Festigkeit und Fallvermögen
der spinngebundenen Matte optimiert. Die entstehende Matte wurde
verfestigt und mit einer Barrierelage kombiniert, die aus schmelzgeblasenen
Fasern mit einem Durchmesser von weniger als etwa 1 und bis zu etwa
5 Mikron bestand. Die Fasern waren Polypropylen-Harzkügelchen
mit 17 g–2 (0,5 osy)
und hohem Schmelzfließindex
(die Schmelzfließgeschwindigkeit
betrug 230°C),
erhältlich
als Exxon 3495G von Exxon Chemical, Baytown, Texas. Die zwei Lagen
wurden dann mit einer dritten Lage kombiniert, die aus einer Endlosfilament-SB-Matte
mit der zuvor beschriebenen Natur bestand, und dann zu einem Bindungsschritt übertragen.
Das Flächengewicht
der drei Komponenten wurde während
der Entwicklung individuell variiert durch einen Bereich von 5,1
g–2 bis
40,7 g–2 (0,15
bis 1,2 Unzen/Quadratyard (osy)) und mit jedem der Hauptleistungskriterien
von Schalenverformung und Greifzugfestigkeit verglichen.
-
Die Kräuselung der endlosen SB-Fasern
kann als im Bereich von 30–300
Kräusel
pro Inch beschrieben werden (d. h. Drehungen der Schraubenstruktur
der Kräuselung
und eine Amplitude (Durchmesser der schraubenförmigen Spirale) von 0,08–0,51 cm
(0,030–0,200
Inch). Der volle Bereich von Kräuselung,
der während
dieser Untersuchungen erforscht wurde, war 20–1000 Kräusel/2,54 cm (20–1000 Kräusel/Inch)
und eine Amplitude von (0,020 bis 0,250 Inch). Es wurde festgestellt,
dass Kräuselung
direkt proportional zum Fall des Laminates war, d. h. die niedrigste
Amplitude und höchste
Anzahl von Kräusel/Inch
ergaben die Matten mit dem besten Fallvermögen. Allerdings verringerte
die Kräuselung
die Festigkeit (Spannungskurveneigenschaften) bei höheren Graden,
obwohl die Verformungseigenschaften im Allgemeinen verbessert wurden.
Die Gesamtzugenergie (Total Tensile Energy), die Fläche unter
der Spannung-Dehnung-Kurve,
wurde ebenfalls verringert, wenn der Kräuselungsgrad anstieg.
-
Bindung wurde thermisch durchgeführt an mehreren
verschieden beabstandeten und geformten Punkten, indem das SMS-Laminat
durch einen Spalt zwischen einer erhitzten gravierten Walze und
einer erhitzen gewölbten
Ambosswalze durchgeführt
wurde. Für
die Matten mit der stoffähnlichsten
Leistung wurde herausgefunden, dass bei den Bindungswalzentemperaturen
bei den festgelegten 0,105 (0,95 Denier) ein Unterschied von 22°C (40°F) (kühler am
Amboss) erforderlich war, um zu verhindern, dass die SB-Mikrofasern zwischen
den Bindungspunkten sekundär
aneinander gebunden werden. Es wurde herausgefunden, dass sekundäre Bindungen
der Matte eine beträchtliche
Steifigkeit und einen groben Griff verliehen. Die sekundäre Bindung,
die bei höheren
Deniers nicht auftritt, wird durch die erhöhte Faser pro Flächeneinheit
(Bahndichte) und die verringerte Fasermasseneigenschaft von niedrigeren
Deniers verursacht. Wärmeübertragung
durch die Faser und von Faser zu Faser ist in dieser Situation stark
verbessert und daher findet etwas Schmelzen und Binden gegen die
flache Ambosswalze statt, die einen hohen Grad an Faserkontakt im
Vergleich zur gemusterten Walze aufweist. Wenn die Durchsatzgeschwindigkeit
eine Konstante in der Gleichung ist, d. h. kein Faktor bei der Verringerung
des Denier, dann verbessert sich die Wärmeübertragung wenigstens als Funktion
des Quadrates der verringerten Faserdicke. Ein Bereich von unterschiedlichen
Temperaturen zwischen Amboss- und Musterbindungswalze wurde im Bereich
von 0 bis 28 (22°C
in diesem Beispiel) (0 bis 50°F
(40°F in
diesem Beispiel)) versucht. Die Mustertemperaturen wurden auch erhöht, um die
verringerte Ambosstemperatur zu kompensieren. Musterwalzentemperaturen
wurden im Bereich von 250–300°F (121–149°C) bei konstant
gehaltener Durchsatzgeschwindigkeit von 300 fpm gefunden, während Ambosstemperaturen
zwischen 230°F (110°C) und 280°F (138°C) variiert
wurden. Es wurde herausgefunden, dass der erforderliche Unterschied
der Bindungswalzentemperaturen für
optimale Eigenschaften zumindest von den Rohmaterialien, der Durchsatzgeschwindigkeit,
der Nadeldichte, der Bindungsfläche,
der Faserstruktur und der Fasergröße abhängig war.
-
Sobald sie gebunden wurde, wurde
die Matte in einem Bereich von 5–25% in Maschinenrichtung (MD) gestreckt,
um Faser-Faser-Bindungen, die nicht mit bestimmten Bindungspunkten
assoziiert waren, zu trennen und Spannungen in Fasern, die fest
zwischen Bindungspunkten gehalten wurden, zu entspannen. Es wurde festgestellt,
dass diese Technik auch Fasern ermöglichte, sich in Z-Richtung zu bewegen,
wodurch sie ihren eigenen niederwertigen Zustand finden und mehr
Bewegungsfreiheit zwischen Bindungspunkten für jene Fasern erlauben, deren
Länge zwischen
Bindungspunkten größer als
der Mindestabstand zwischen den Punkten ist. Leicht erhöhte Temperaturen
gegenüber
Umgebungsbedingungen sind bei diesem Schritt für optimal befunden worden,
um Barriereeigenschaften des Laminates zu schützen. Temperaturen wurden von
70–200°F (21–93°C) während des
Reckschrittes (neck stretching) variiert. Der Reckschritt (neck
stretching) wird durchgeführt,
indem die Matte zwischen zwei Sätzen
von durch einen Spalt getrennten Kalanderwalzen durchgeführt wird,
wobei der zweite Satz schneller läuft als der anfängliche
Satz. Die Walzen können
erhitzt oder gekühlt
werden, wie erforderlich, um gewünschte
Matteneigenschaften und Größenstabilität zu erreichen.
-
BEISPIEL 2
-
Gegenrecken (unnecking) des gereckten
(neck stretched) Stoffes wird erreicht durch Übertragen des gereckten (neck
stretched) Stoffes zu einem Spannrahmen, wie hier oben genau beschrieben,
und Strecken des Stoffes in Querrichtung, um einen gewünschten
Prozentanteil der ursprünglichen
Stoffbreite zu erreichen. Gegenrecken (unnecking) wird vorzugsweise
bei Umgebungstemperatur durchgeführt.
Die gekühlten
Matten werden dann zu Ausgangsrollen gewickelt.
-
TABELLE 1 zeigt die Versuchsergebnisse,
die erreicht wurden.
-
-
-
Es wurde herausgefunden, dass die
Nadeldichte des Bindungsmusters sowohl die Fallcharakteristiken als
auch die Griffeigenschaften der betreffenden Matten wesentlich beeinflusst.
Wenn tex (Denier) verringert wurde, ermöglichen die abriebfesteren
Matten, die entstanden, die Nadeldichte der Musterwalze zu verringern, wodurch
eine größere Bewegungsfreiheit
von Fasern zwischen Bindungspunkten ermöglicht wurde und daher ein
verbesserter Fall und eine größere Freiheit,
um Griff mit Bindungsmuster und Dichte abzustimmen. Nadeldichten
von 50–400
Nadeln/Quadratinch wurden im Bereich von etwa 12– 19% Bindungsfläche herausgefunden.
-
Insgesamt wurden die Ziele der Versuche
erreicht: Schalenverformung (Anpassungsfähigkeit) wurde verbessert,
ohne Festigkeit einzubüßen. Im
Ausgangsfall des 1,6 osy SMS wurde die Festigkeit um 50% verbessert,
während
die Schalenverformung um 40% gegenüber der 3,0 Denier ungekräuselten,
nicht gereckten, nicht mit unterschiedlichen Temperaturen gebundenen
Kontrollprobe verbessert wurde.
