DE69222888T2

DE69222888T2 - Vliesstoff mit Verfilzung in unregelmässigen Mustern und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69222888T2
Application number: DE69222888T
Authority: DE
Inventors: Lauren Jackson; Robert L Phillips; Connie B Taylor
Original assignee: Chicopee LLC
Current assignee: Chicopee LLC
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2012-05-30
Also published as: CA2069784A1; US5204158A; JPH05179555A; ATE159772T1; DE69222888D1; AU1617992A; EP0516167B1; CA2069784C; JP3205051B2; BR9202080A; EP0516167A1

Description

Die Erfindung betrifft einen verschlungenen Vliesstoff, der Öffnungen von unregelmäßiger Große in einem unregelmäßigen Muster aufweist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Hintergrund der Erfindung

Das Verschlingen von Fasern unter Fluideinwirkung zur Bildung von Vliesstoffen wird seit vielen Jahren industriell durchgeführt. Verschlingungsverfahren sind beispielsweise in folgenden Druckschriften beschrieben: Evans, US-3 485 706; Evans et al., US-3 498 874; und Bunting, US- 3 493 462. Diese Patente zeigen ebenso wie Holmes et al., US-4 379 799; und Holmes et al., US-4 465 726 verschlungene textile Werkstoffe mit einem vorbestimmten oder regelmäßigen Muster von Löchern und Lochgrößen. Jedoch ist in diesen Druckschriften keine Beschreibung enthalten, wie verschlungene Vliesstoffe mit Öffnungen von unregelmäßiger Form, die in einem unregelmäßigen Muster angeordnet sind, hergestellt werden können.

Stand der Technik

Evans et al., US-3 485 706 und US-3 498 874, beschreiben einen verschlungenen Vliesstoff, der auf einem gewebten Trägerband mit regelmäßigem Muster durch Verschlingung unter Fluideinwirkung hergestellt wird. Bei dem von Evans beschriebenen Verfahren liegt die faserige Schicht während des gesamten Verfahrens auf einem gewebten Band, wobei der erhaltene textile Werkstoff ein regelmäßiges Muster von Löchern mit im wesentlichen gleichmäßiger Größe aufweist.
Bunting et al., US-3 498 462, beschreibt einen im wesentlichen ungemusterten, verschlungenen Vliesstoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Bevorzugte Ausführungsformen liefern einen glattflächigen textilen Werkstoff mit Strukturen von im wesentlichen gleichmäßiger Dichte.
Beide Druckschriften von Holms et al., nämlich US-4 379 799 und US- 4 465 726, bedienen sich im wesentlichen des Verfahrens von Evans et al. mit einem speziellen Formgebungselement, um gerippte, frotteeartige, verschlungene Vliesstoffe mit einem regelmäßigen Muster herzustellen.
EP-A-0 223 965 beschreibt einen textilen Werkstoff mit einer Reihe von im wesentlichen parallelen Linien von erhobenen, verschlungenen Faserbereichen, die durch leicht verschlungene Faserbereiche miteinander verbunden sind, wobei die verschlungenen Faserbereiche von benachbarten Linien durch Bündel von im wesentlichen nicht-verschlungenen Fasern miteinander verbunden sind. Die Bündel verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und stehen zu den Linien von verschlungenen Bereichen im wesentlichen senkrecht. Benachbarte Bündel und die Linien sind miteinander unter Definition von Öffnungen im textilen Werkstoff verbunden.
US-A-3 508 308 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Faserbahnmaterialien mit Strömen von Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird unter hohem Druck durch Düsen oder Öffnungen, die entlang eines Rohrverteilers unter Bildung von feinen Strömen angeordnet sind, gedrückt. Das auf einem Auflageelement befindliche Faserbahnmaterial wird von den Strömen durchquert, um die Fasern so zu verschlingen, daß ihnen eine feste und stabile Beschaffenheit verliehen wird, ohne daß ein Bindemittel erforderlich ist.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Vliesstoffprodukt mit einer Mehrzahl von im wesentlichen im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordneten Endlossträngen von verschlungenen Stapelfasern bereitgestellt, die an in willkürlichen Abständen voneinander angeordneten Verbindungsstellen durch nicht-verschlungene Streifen von im wesentlichen koextensiven Fasern miteinander verbunden sind, wobei die Anordnung der Fasern Öffnungen von verschiedenen und unregelmäßigen Größen in einem willkürlichen, sich nicht wiederholenden Muster definiert. Der erfindungsgemäße textile Werkstoff wird durch ein Verfahren hergestellt, das folgende Stufen umfaßt:
a) das Auflegen einer Schicht aus einem faserigen Ausgangsmaterial, dessen einzelne Fasern miteinander mechanisch in Eingriff stehen, die aber bei Einwirkung von Fluidkräften zu einer Bewegung befähigt sind, auf ein fluiddurchlässiges, mit einem Öffnungsmuster versehenes Auflageelement, das zur Bewegung in einer vorbestimmten Richtung befähigt ist;
b) das Bewegen der aufgelegten faserigen Schicht in einer vorbestimmten Richtung zu einer ersten Verschlingungszone, wo Ströme von feinen, im wesentlichen säulenförmigen Hochdruckstrahlen eines Fluids direkt auf und durch die Schicht und das durchlässig gemusterte Auflageelement geleitet werden;
c) das Bewegen der Auflageschicht aus der ersten Zone in einer vorbestimmten Richtung zu einer zweiten Verschlingungszone;
d) das Verschieben der Schicht aus faserigem Ausgangsmaterial auf der gemusterten Auflageschicht aus dem Rapport mit dem Muster des gemusterten Auflageelements; und
e) das Bewegen der verschobenen, aufgelegten faserigen Schicht zu einer zweiten Verschlingungszone, wo Ströme von feinen, im wesentlichen säulenförmigen Hochdruckstrahlen eines Fluids direkt auf oder durch die faserigen Schichten und das durchlässig gemusterte Auflageelement geleitet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische isometrische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 ist eine von hinten belichtete, 7,5-fach vergrößerte photomikrographische Aufnahme des erfindungsgemäßen textilen Werkstoffs.
Fig. 3 ist eine von oben belichtete, 7,5-fach vergrößerte photomikrographische Aufnahme des gleichen textilen Werkstoffs.
Fig. 4 ist eine photomikrographische Aufnahme eines herkömmlichen textilen Werkstoffs, der auf dem gleichen Formgebungselement wie der textile Werkstoff der Figg. 2 und 3 hergestellt worden ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Evans beschreibt im US-Patent 3 485 706 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschlingen von faserigen Bahnen, indem man diese Bahnen auf einem gewebten Band unter einer Reihe von feinen säulenförmigen Hochdruckwasserstrahlen transportiert.
Gemäß Fig. 1 liegt eine faserige Bahn 2 auf einem offenmaschigen, gemusterten Formgebungsband 4 auf. Die faserige Bahn kann aus beliebigen synthetischen Nichtcellulose-Fasern und vorzugsweise aus Polyester bestehen. Die faserige Bahn kann durch beliebige Bahnformgebungseinrichtungen, wie Textil-Kardiervorrichtungen, Vorrichtungen zur Bildung von wirren Vliesen oder Blas-Vliesbildungsanlagen, die alle aus dem Stand der Technik bekannt sind, hergestellt werden. Das Formgebungsband wird durch eine Walze 6 angetrieben und liegt auf einer Stützrolle 8 auf. Das Formgebungsband muß ein offenmaschiges rechteckiges Muster aufweisen, beispielsweise 6 x 8, 12 x 12 oder 14 x 16. Diese Ziffern beziehen sich auf die Bindungsart und sind dem Fachmann bekannt. Das Formgebungselement soll "offen" sein, um die Bewegung der faserigen Bahn auf dem Band zwischen den Verschlingungszonen zu ermöglichen. Ein unzureichend offenes Band oder ein Band mit einer ungenügenden offenen Fläche bewirkt, daß die Bahn sich in die Maschen des Bands einbettet und das erforderliche Gleiten der Bahn zwischen den Verschlingungszonen verhindert wird. Die faserige Bahn kann ein Gewicht von 64,4-101,7 g/m² (1,9 bis 3,0 oz/yd²) aufweisen.
Wasser von hohem Druck wird durch die Leitung 10 aus nicht dargestellten Pumpen und Vorratsbehältern dem Verteiler 12 zugeführt. Der Verteiler 12 weist Öffnungsstreifen auf, die feine, säulenförmige Wasserstrahlen bilden. Jeder Verteiler wird von einem Ventil 14 gesteuert, um den Wasserdruck im Verteiler gemäß der Anzeige durch das Druckanzeigegerät 16 festzulegen. Jeder Verteiler weist einen damit zusammenwirkenden Vakuumkasten 18 auf, der direkt unter dem Öffnungsstreifen des Verteilers und unterhalb und in der Nähe des Formgebungsbandes angeordnet ist. Jeder Vakuumkasten weist eine an der Unterseite des durchlässigen Formgebungsbands angeordnete Schlitzöffnung auf, durch die über nicht dargestellte Pumpen und Rohre Luft angesaugt wird, um die Bahn beim Auftreffen der Wasserstrahlen zu entwässern. Jeder Verteiler stellt mit dem Öffnungsstreifen und dem zusammenwirkenden Vakuumkasten eine Formgebungszone dar, d. h. 12 und 18 bilden die Zone 1, 12' und 18' bilden die Zone 2 und dergl.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt die faserige Bahn auf dem Formgebungselement 4 auf und wird mit dem Formgebungselement in Pfeilrichtung durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung zur Verschlingungszone 1 transportiert, wo die faserige Bahn den feinen, im wesentlichen säulenförmigen Wasserstrahlen aus dem Verteiler 12 ausgesetzt wird. Die Wasserstrahlen treffen auf die faserige Bahn und gelangen durch das durchlässige Formgebungselement in den Vakuumkasten, was dazu führt, daß sich die Fasern der Bahn in ihrer Konfiguration so umordnen, daß sie mit dem Formgebungselement übereinstimmen und im Rapport stehen. Die Fasern werden vorwiegend in die offenen Bereiche des Formgebungselements bewegt und teilweise verschlungen und aus den festen Bereichen des Formgebungselements entfernt, so daß sich Löcher oder Öffnungen bilden. Der auf diese Weise gebildete textile Werkstoff stellt im wesentlichen eine spiegelbildliche oder umgekehrte Abbildung des Formgebungselements dar, wie es dem Fachmann bekannt ist.
Das die Bahn stützende, angetriebene Formgebungselement wird in Richtung zur Verschlingungszone 2 vorgeschoben. An dieser Position kann durch sorgfältigen Ausgleich des Wasserdrucks im Verteiler 12' und des Luftstroms durch den Vakuumkasten 18' die teilweise verschlungene Faserbahn so nach vorne in Bewegungsrichtung versetzt werden, daß sie in erheblichem Maße nicht mehr im Rapport mit dem Formgebungsband steht. Es wird nicht der gesamte, teilweise geformte textile Werkstoff in Bewegungsrichtung gezogen oder bewegt, sondern nur der Teil, des partiell verschlungenen textilen Werkstoffs, der unmittelbar stromabwärts liegt, d. h. weg von der Bewegungsrichtung des Auflageelements, wird nach vorne gezogen, d. h. in Bewegungsrichtung des Auflageelements mit einer im Vergleich zur Bewegungsgeschwindigkeit des Auflageelements rascheren Bewegungsgeschwindigkeit bewegt. Diese Mikrobewegung bewirkt, daß der textile Werkstoff zum Zeitpunkt des Auftreffens der feinen säulenförmigen Wasserstrahlen aus dem Verteiler 12' auf der Bahn sich geringfügig am Vakuumschlitz bauscht. Diese Mikrobewegung bewirkt auch, daß die Fasern innerhalb der Bahn sich verziehen, da die partiell verschlungene faserige Bahn weiter stromabwärts in Kontakt mit dem Formgebungselement verbleibt. "Verziehen" ist ein in der Textilindustrie bekannter Ausdruck, der das Vorbeirutschen einer Faser an einer anderen Faser bedeutet. Diese zeitweise Dehnung oder Streckung der partiell verschlungenen Bahn bewirkt eine momentane Gewichtsverringerung. Wenn jedoch die nächste anschließende Mikrobewegung dazu führt, daß der nächste Bereich der teilweise verschlungenen Bahn in Vorwärtsrichtung verschoben und somit mit dem vorhergehenden Mikrobereich gebauscht wird, weist die faserige Bahn nach der anschließenden Wasserstrahleinwirkung im wesentlichen das Ausgangsbasisgewicht auf.
Von Bedeutung ist, daß die Mikrobewegung der teilweise verschlungenen Bahn in Vorwärtsrichtung nicht gleichförmig und regelmäßig ist. Einige Bereiche der teilweise verschlungenen Bahn können sich über eine größere oder über eine kleinere Strecke als die benachbarten Seitenbereiche bewegen, was zu einer willkürlichen Bildung der im Abstand voneinander angeordneten Verbindungsstellen durch nicht-verschlungene Streifen von im wesentlichen koextensiven Fasern und zu willkürlichen Öffnungen führt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß aufgrund der Tatsache, daß das bevorzugte Formgebungselement, wie vorstehend erwähnt, ein offenes Rechteckmuster aufweist, wenn die Mikrobewegung erfolgt, der Bereich der partiell verschlungenen faserigen Bahn, der einen Längsstreifen darstellt, im wesentlichen zu einem Bereich des Auflageelements vorgeschoben wird, der die Bildung eines Längsstreifens bewirkt. Dies bedeutet, daß der Bereich der partiell verschlungenen faserigen Bahn, der einen Längsstreifen darstellt, zwar mit einer im Vergleich zum Auflageelement rascheren Geschwindigkeit vorgeschoben wird, im wesentlichen aber auf einem Bereich des Auflageelements landet, der bewirkt, daß der Längsstreifen im wesentlichen fortgesetzt wird. Jedoch können die im wesentlichen koextensiven Streifen von nicht verschlungenen Fasern, die sich von Kante zu Kante oder kreuzweise zur partiell verschlungenen Bahn erstrecken zu einer ähnlichen Position bezüglich des Formgebungselements oder, wäs wahrscheinlicher ist, zu einer Zwischenposition bezüglich des sich wiederholenden Musters des Formgebungselements vorgeschoben werden und somit unter Einfluß der Wasserstrahlen zu einem neuen Muster umgelagert oder umgeformt werden, und zwar entsprechend der Position in bezug auf das Formgebungselement.
Würden beispielsweise ein Querstreifen von koextensiven nicht-verschlungenen Fasern willkürlich vorgeschoben, so daß sie direkt an der hohen Stelle des Formgebungselements landeten, so könnte der Streifen unter dem Einfluß der Wasserstrahlen gespalten und zur Bildung von zwei im wesentlichen kreuzweise parallel verlaufenden Streifen veranlaßt werden. Diese "nicht-rapportgerechte" Anordnung der Produkte und der Verfahren der Erfindung bedeutet, daß ein Teil der partiell verschlungenen Bahn bei der Mikrovorwärtsverschiebung nicht genau auf den gleichen topographischen Bereich des Formgebungselements fällt. Es wird angenommen, daß bezüglich des genauen Gleichgewichts von Wasserdruck und Luftstrom kein vorhersagbarer direkter Zusammenhang besteht. Vielmehr kann eine Kombination von Faktoren diese variablen Größen beeinflussen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Jedoch führen empirische Einstellungen dieser variablen Größen dazu, daß die Bahn nicht rapportgerecht positioniert wird.
Nachdem man diese neue Positionierung bezüglich des Formgebungselements erreicht hat, läßt man die feinen, säulenförmigen Wasserstrahlen aus dem Verteiler 12' auf die Bahn auftreffen. Falls erwünscht oder erforderlich, können die vorstehend beschriebenen Verfahrensmaßnahmen in den Verschlingungszonen 3, 4 und dergl. wiederholt werden.
Der in den Figg. 3 und 4 dargestellte erhaltene textile Werkstoff umfaßt eine Mehrzahl von im wesentlichen in gleichem Abstand voneinander angeordneten Endlossträngen von verschlungenen Stapelfasern 3, die an in willkürlichen Abständen voneinander angeordneten Verbindungsstellen 5 durch nicht-verschlungene Streifen von im wesentlichen koextensiven Fasern 7 miteinander verbunden sind, wobei die Fasern Löcher oder Öffnungen von verschiedenen und unregelmäßigen Größen in einem willkürlichen oder unregelmäßigen, sich nicht-wiederholenden, ungeordneten Muster definieren. Die Verschlingung erfolgt vorwiegend an den Verbindungsstellen 5. Die Frequenz und Position der Verschlingungen ist unregelmäßig und willkürlich und hängt von den unkontrollierten Verfahrensvariablen des Bahnvorschubs, des Strahldrucks und dergl. ab. Bei den Verbindungsstreifen handelt es sich im wesentlichen um koextensive Fasern. Dies bedeutet, daß die Fasern im wesentlichen nicht-verschlungen sind. Die Fasern können zueinander gekreuzt sein, liegen aber größtenteils Seite an Seite.
An den Verbindungsstellen 5 sind die Fasern gemeinsamer Bestandteil der Stränge und Streifen. Eine Faser, die sich mit einem Ende im Streifen befindet, kann in die Verbindungsstelle eintreten und darin verschlungen werden und von dort zu einem gegenüberliegenden Streifen gelangen oder weiter im Strang verlaufen. Eine Verbindungsstelle im Strang stellt eine Verbindung mit mindestens einem Streifen her, kann aber auch zwei, drei oder mehr Streifen miteinander verbinden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Beispiele zwar einige speziellere Merkmale der Erfindung ausführlich beschreiben, jedoch vorwiegend Erläuterungszwecken dienen. Der Schutzumfang der Erfindung soll nicht auf diese Beispiele beschränkt sein.

Beispiel 1

Eine willkürlich geformte Bahn aus Polyesterfasern von 3d und einem 1½"-Stapelgewicht von 56,66 g/m² (731 g/yd²) wird hergestellt und auf ein 6 x 8-Formgebungsband der Fa. Appleton Wire Works, Appleton, Wisconsin, gelegt. Das Band weist eine Rechteckbindung aus Monofilament-Polyester auf. Die Ketten- und Schußfilamente weisen einen Durchmesser von 0,10 cm (0,040 Zoll) und eine offene Fläche von 52% auf. Die aufgelegte Bahn wird folgenden Behandlungen unterworfen: säulenförmigen Wasserstrahlen mit einem Druck von 0,58 kg/cm² (100 lb/in²) in der Zone 1, 0,35 kg (600 lb) in Zone 2, 0,52 kg (900 lb) in Zone 3 und 70 kg (1200 lb) in Zone 4 bei Vakuumwerten von 76 cm (30 Zoll) in Zone 1, 51 cm (20") in Zone 2, 25,4 cm (10") in Zone 3 und 12,7 cm (5") in Zone 4. Die Bahn wird vorgeschoben und mit dem Formgebungsband am Vakuumschlitz der Zonen 2, 3 und 4 erneut in Rapport gebracht. Der verschlungene textile Werkstoff wird vom Formgebungselement abgenommen und getrocknet. Der Werkstoff ist in den Figg. 2 und 3 dargestellt und weist folgende Eigenschaften auf:
Gewicht: 37 g/m² (4811 g/yd²)
Grab-Zugfestigkeitswerte:
Maschinenrichtung (M/D) : 4,6 kg (10,2 lb)
quer zur Maschinenrichtung (C/D) : 3,8 kg (8,4 lb)
Dehnung: M/D: 79%, C/D: 120%
Mullen-Berstwert: 12,9 kg (28,5 lb)
Dicke von 1 Lage: 0,094 cm (0,037 Zoll)

Beispiel 2

Unter Verwendung der gleichen Faserbahn und des gleichen Formgebungselements wie in Beispiel 1 wird die Bahn unter folgenden Bedingungen bearbeitet:
Die Bahn verschiebt sich nicht in Vorwärtsrichtung, sondern bleibt im Rapport mit dem Formgebungsband. Es wird der in Fig. 4 dargestellte Werkstoff, der Löcher von gleichmäßiger Größe in einem regelmäßigen Muster aufweist, gebildet.

Claims

1. Vliesstoff aus einer Mehrzahl von im wesentlichen im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordneten Endlossträngen von verschlungenen Stapelfasern (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge von Stapelfasern (3) an in willkürlichen Abständen voneinander angeordneten Verbindungsstellen (5) durch nicht-verschlungene Streifen von im wesentlichen koextensiven Fasern (7) miteinander verbunden sind, wobei die Anordnung der Fasern Öffnungen verschiedener und unregelmäßiger Größen in einem willkürlichen, sich nichtwiederholenden Muster definiert.

2. Vliesstoff nach Anspruch 1, wobei der Stoff aus Polyesterfasern gefertigt ist.

3. Vliesstoff nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsstellen (5) Stapelfasern (3) umfassen, die dem Strang und mindestens einem Streifen gemeinsam sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes, umfassend:

a) das Auflegen einer Schicht (2) aus einem faserigen Ausgangsmaterial, dessen einzelne Fasern miteinander mechanisch im Eingriff stehen, die aber bei Einwirkung von Fluidkräften (12, 12', 12", 12'") zu einer Bewegung befähigt sind, auf ein fluiddurchlässiges, gemustertes Auflageelement (4), das zur Bewegung in einer vorbestimmten Richtung befähigt ist;

b) das Bewegen der aufgelegten Schicht (2) in einer vorbestimmten Richtung zu einer ersten Verschlingungszone (12, 18), wo Ströme von feinen, im wesentlichen säulenförmigen Hochdruckstrahlen eines Fluids (12) direkt auf und durch die Schicht (2) und das durchlässig gemusterte Auflageelement (4) geleitet werden;

c) das Bewegen der Auflageschicht (2) aus der ersten Zone (12, 18) in einer vorbestimmten Richtung zu einer zweiten Verschlingungszone (12', 18');

gekennzeichnet durch

d) das Verschieben der Schicht (2) aus faserigem Ausgangsmaterial auf dem gemusterten Auflageelement (4) aus dem Rapport mit dem Muster des gemusterten Auflageelements (4); und

e) das Bewegen der verschobenen, aufgelegten faserigen Schicht (2) Zu einer zweiten Verschlingungszone (12', 18'), wo Ströme von feinen, im wesentlichen säulenförmigen Hochdruckstrahlen eines Fluids direkt auf oder durch die Schicht (2) und das durchlässig gemusterte Auflageelement (4) geleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem Fluid um Wasser handelt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Schicht des faserigen Ausgangsmaterials Polyesterfasern umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Auflageelement ein offenmaschiges Band (4) umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Stufen (c), (d) und (e) mindestens einmal wiederholt werden.