DE2110344B2

DE2110344B2 - Vliesstoff aus orientierten Endlos-Fäden aus thermoplastischem Polymer

Info

Publication number: DE2110344B2
Application number: DE2110344A
Authority: DE
Inventors: P B Hansen; L B Pennings
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1970-02-27
Filing date: 1971-02-27
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US3855046A; DE2110344A1; NL7102581A; FR2081057B1; FR2081057A1; BE763570A; CA948388A; GB1339952A

Description

a) Die Fäden sind im Bereich einzelner im regelmäßigen Abstand voneinander angeordne- ι u ter Verbindungspunkte miteinander verschweißt, und

b) die Verbundfestigkeit der Schweißverbindungen der Fäden ist geringer als die Reißfestigkeit der Fäden selbst.

Die Erfindung betrifft einen Vliesstoff, der aus einer Bahn aus wahllos aufgebrachten, molekular orientierten Endlos-Fäden aus thermoplastischem Polymer besteht.

Die Herstellung eines solchen Vliesstoffes erfolgt normalerweise derart, daß frisch gesponnene Endlos-Fäden zunächst (entweder mechanisch oder pneumatisch) verstreckt und dann auf einem Träger (meistens einem endlos umlaufenden Sieb) in möglichst wahlloser Anordnung zur Ablage gebracht werden. Dadurch ergibt sich eine Bahn mit weitgehend isotropen physikalischen Eigenschaften, die vor ihrer weiteren Verarbeitung aber noch durch Verbinden der Fäden untereinander stabilisiert werden muß. Dieses Verbinden der Fäden untereinander geschieht am zweckmäßigsten durch Verschweißen.

Ursprünglich wurde das Verschweißen der Bahn durch flächige Anwendung von Hitze und Druck vorgenommen. Dabei werden die Fäden an praktisch allen Kreuzungspunkten miteinander verbunden, so daß sich ein ziemlich steifes, pappeartiges Produkt ergibt, das jegliche Textilähnlichkeit vermissen läßt. Eine Verbesserung des flächigen Verschweißens brachte die Maßnahme (GB-PS 10 67 576), die Bahn drucklos zu erhitzen, indem sie z. B. durch ein Dampfbad hindurchgezogen wird. Dadurch entstehen in der Bahn weniger Verbindungsstellen, weil sich dann einzelne der Fäden nicht mehr unter gegenseitiger Berührung kreuzen, sondern einen Abstand voneinander behalten. Der Vliesstoff wird auf diese Weise zwar bauschiger und weicher, ist aber nach wie vor für Bettwäsche, Kleidung und dergl. Textilstücke ungeeignet.

Tatsächlich dienen die flächig verschweißten Vliesstoffe in erster Linie als industrielle Halbfabrikate, z. B. als Grundschicht von Tifting-Teppichen. In dieser Richtung führte die Entwickung dann noch weiter zu einem Vliesstoff (US-PS 32 76 944), bei dem die Verbundfestigkeit der einzelnen Fadenverbindungen geringer ist als die Reißfestigkeit der Fäden selbst. Dadurch erhöht sich die Reißfestigkeit, und vor allem läßt sich z. B. dadurch das Tuften sehr viel besser und gleichmäßiger durchführen, weil die Tufting-Nadeln beim Durchdringen der Bahnen weniger abgelenkt werden.

Erst die Maßnahme, die Fäden nicht flächig im Bereich aller oder vieler gleichmäßig über die gesamte Bahnfläche verteilter Kreuzungspunkte miteinander zu verbinden, sondern für die Verbindung der einzelnen Fäden nur bestimmte, in einem mehr oder weniger regelmäßiger Muster nach Art isolierter Punkte

20

ta

h^r> angeordnete Verbindungsstellen vorzusehen (FR-PS 14 07 318 und US-PS 34 59 627), führte zu Vliesstoffen von textilähnlicher Beschaffenheit. Zwischen den einzelnen Verbindungspunkten verbleiben dann nämlich genügend ungebundene Bereiche, die den Vliesstoff sehr bauschig und geschmeidig machen, so daß er hinsichtlich Griff, Drapierfähigkeit und Weichheit einem Webstoff nahekommt.

Die Praxis hat aber gezeigt, daß Bettwäsche, Kleidung und dergleichen Texti'stücke, die aus bekannten punktweise verschweißten Vliesstoffen hergestellt sind, noch nicht befriedigen. Das liegt daran, daß die Kapazität zur Energieabsorption bei diesen bekannten Vliesstoffen viel zu gering ist. Die Energieabsorption ist bestimmend dafür, wie stark der Vliesstoff sich bei Belastung ohne Fadenbruch dehnen kann. Für Bettwäsche, Kleidung urd dergleichen Textilstücke, die im Gebrauch mitunter sehr starken örtlichen Belastungen ausgesetzt sind (besonders z. B. in der Zehengegend bei Bettwäsche oder im Ellbogen- und Kniebereich bei Kleidung), muß der Vliesstoff eine hohe Energieabsorption haben, weil er sonst an den örtlich belasteten Stellen sehr schnell zerstört wird.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Vliesstoff aus verschweißten thermoplastischen Endlos-Fäden zu schaffen, der eine gute stoffähnliche Beschaffenheit mit einer hohen Festigkeit und vor allem einer großen Kapazität zur Energieabsorption verbindet, so daß er für Bettwäsche, Kleidung und dergleichen Textilstücke geeignet ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) Die Fäden sind im Bereich einzelner im regelmäßigen Abstand voneinander angeordneter Verbindungspunkte miteinander verschweißt, und

Für sich vermag keines der beiden vorgenannten Merkmale die Aufgabe der Erfindung zu lösen, denn weder das bekannte punktweise Verschweißen des Vliesstoffes mit einer hohen Verbundfestigkeit der Schweißverbindungen noch das bekannte flächige Verschweißen des Vliesstoffes bei Einstellung der Verbundfestigkeit der Schweißverbindungen auf einen Wert unterhalb der Reißfestigkeit der Fäden selbst führen zu einem Material von ausreichend großer Kapazität zur Energieabsorption. Durch den erfindungsgemäßen Vliesstoff hingegen wird dies erreicht. Bei einer Dehnung dieses Vliesstoffes kann sich nämlich derjenige Faden, der unter Belastung gerät und sich zwischen zwei Verbindungspunkten spannt, als solcher (d. h. ohne Verlust seiner Identität als Einzelfaden) aus einem dieser Verbindungspunkte lösen, kurz bevor er reißen oder brechen würde. Der Verbindungspunkt bleibt dabei für die übrigen Fäden voll wirksam. Da der gelöste Faden zwischen dem gelösten Verbindungspunkt normalerweise gekrümmt verläuft, erhöht sich schlagartig seine wirksame Länge, und er wird sofort spannungslos. Er wird erst bei fortschreitender Dehnung des Vliesstoffes erneut belastet, und zwar bis kurz vor die Grenze seiner Festigkeit. Somit kann ein gegebener Endlosfaden auch dann, wenn der Vliesstoff eine beträchtliche Überdehnung erfahren hat und der Faden bereits wiederholt aus einer größeren Anzahl von Verbindungspunkten gelöst worden ist, noch wirksam zur Lastaufnahme beitragen, ohne daß der

durch die Verbindungspunkte erzeugte Bahnverbund dabei verlorengeht. Weiterhin erhöht sich durch das Lösen einzelner Fäden aus den Verbindungspunkten die Wahrscheinlichkeit, daß mehrere Fädf;n gleichzeitig zum Tragen kommen, sich also die aufgebrachte Belastung auf mehrere Fäden gleichzeitig verteilen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar:

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vliesstoffbahn,

Fig.2 eine Draufsicht auf eine mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 hergestellte Bahn und

Fig.3—18 Mikrophotographien einzelner Verbindungspunkte bei den erfindungsgemäßen Vliesstoff-Bahnen in starker Vergrößerung.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird ein thermoplastisches Polymer 10 (z. B. Polypropylen) mit einem konventionellen Extruder 12, der einen nach unten gerichteten Spinnkopf 16 besitzt, zu endlosen Fäden 14 gesponnen. Der Spinnkopf 16 enthält eine Vielzahl von Spinndüsen, die vorzugsweise in einer Reihe oder in mehreren Reihen angeordnet sind, und die gesponnenen Fäden 14 werden nach unten abgeführt. Dabei durchlaufen sie zunächst eine Abzugsvorrichtung 18, in der sie verstreckt werden, und kommen anschließend in weitgehend wahlloser Ausrichtung auf einem sich bewegenden Träger 20 in Form einer fortlaufenden Vliesstoff-Bahn 22 zur Ablage. Der Träger ist, wie für die trockene Ablage von Vliesitoff-Bahnen üblich, ein endlos umlaufendes Sieb oder ggf. auch eine Siebtrommel, und die Bahnbildung kann mit unterhalb des Trägers angeordneten Saugkasten 24 unterstützt werden.

Die Art, in der die Bahn 22 vorbereitet und abgelegt wird, ist nicht besonders wichtig, d. h. dies kann an sich mit jeder beliebigen Technik geschehen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine pneumatische Technik, die darin besteht, daß die Fäden nach dem Spinnen durch Luftstrahlen, die mit Überschallgeschwindigkeit strömen und auf einen sich etwa horizontal bewegenden Bereich des Trägers gerichtet sind, zu unverdrillten Bündeln von wenigstens 15 Fäden und vorzugsweise 50 bis zu 1000 Fäden zusammengefaßt und gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 3000 m/min und vorzugsweise mit 3500—8000 m/min nach unten gezogen werden. Diese Luftstrahlen besorgen sowohl das Zusammenfassen der Fäden zu Bündeln als auch das Aufbringen der Zugkraft auf die Fäden. Sie werden mit Luftverstreckdüsen erzeugt, die jedes Fadenbündel mit einem individuellen Luftstrahl umgeben und die in einer oder mehreren Reihen quer über dem Träger im rechten Winkel zu seiner Bewegungsrichtung so angeordnet sind, daß die einzelnen Fadenbündel in einer sich im rechten Winkel quer zum Träger erstreckenden geraden Reihe mit gleichmäßigem Abstand nebeneinander verlaufen. Zweckmäßig wird diesen Fadenbündeln noch eine hin- und hergehende Oszillationsbewegung in Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Trägers erteilt.

Beim Auftreffen auf den Träger gelangen die Fadenbündel schlaufenartig auf dem Träger zur Ablage. Dabei bilden sich über die Breite eines jeden durch das Auftreffen eines Luftstrahls auf dem Träger bestimmten Abschnittes größere Schlaufen aus, und zugleich ergeben sich auch noch kleinere Schlaufen und Wirbel dadurch, daß Fadenbündel in kleinere Bündel mit einer geringeren Anzahl von parallelen Fäden aufgespalten werden, bevor und wenn sie auf den Träger auftreffen. Die Schlaufen und Wirbel überlappen einander und auch solche in benachbarten Abschnitten, so daß im ί Ergebnis eine fortlaufende, gleichmäßige Vliesstoff-Bahn 22 entsteht, bei der die einzelnen Fäden ein nahezu vollständig regelloses Gewirr bilden.

Nach der Ablage läuft die Bahn 22 zusammen mit dem Träger 20 zwischen zwei Walzen 26 und 28 hindurch, wo

κι sie leicht verdichtet wird, um eine leichte Verfestigung und einen ausreichenden Zusammenhalt für die weitere Verarbeitung zu erzielen. Im Anschluß daran wird die Bahn 22 vom Träger abgenommen und punktweise verschweißt. Dazu wird sie mittels einer Umlenkwalze

Γι 38 auf die glatte Oberfläche einer Heizwalze 30 aufgebracht. Unterhalb der Heizwalze 30 ist eine ebenfalls beheizte Prägewalze 32 angeordnet, die mit der Heizwalze 30 einen Schweißspalt 31 bildet und auf ihrer Oberfläche ein regelmäßiges Muster von erhabe-

2(1 nen Prägevorsprüngen aufweist. Nach Passieren des Schweißspaltes 31, in dem das Verscheißen erfolgt, verbleibt die Bahn zunächst noch im Kontakt mit der Heizwalze 30, bis sie mit einer zweiten Umlenkwalze 40 abgeführt wird. Die solcherart gebundene Bahn 22, die

.') endlose Fäden 34 und Verbindungspunkte 36 enthält, ist schematisch in F i g. 2 dargestellt.

Die vorangehend beschriebene Walzengruppe ermöglicht ein sehr wirtschaftliches Verschweißen der Vliesstoff-Bahn mit hoher, auf die Geschwindigkeit der

in Bahnbildung abgestimmter Geschwindigkeit, und sie verhindert zugleich eine unerwünschte Schrumpfung der Bahn während des Schweißvorganges. Bekanntlich neigen molekular orientierte thermoplastische Fäden, wenn sie auf die für den Schweißverbund erforderliche

Γι Temperatur nahe über Erweichungstemperatur erhitzt werden, zu einer sehr starken Schrumpfung von u. U. mehr als 20%. Dieser Schrumpfung wird dadurch entgegengewirkt, daß die Bahn in einer verhältnismäßig großen Umschlingung auf der Heizwalze 30 aufliegt und

in zugleich durch die beiden Umlenkwalzen 38 und 40 gespannt gehalten wird. Außerdem läßt sich durch geeignete Koordinierung der »vorlaufenden« Umschlingungslänge auf der Heizwalze 30 — also des Weges der Bahn vom Verlassen der Umlenkwalze 38 bis

π zum Eintritt in den Schweißspalt 31 — (die mehr als. etwa 25% des Heizwalzen-Umfanges betragen sollte) sowie der Temperatur und der Geschwindigkeit der Bahn erreichen, daß die Fäden und insbesondere deren Oberflächen bereits vor dem Eintritt in den Schweißen spalt 31 in einen etwas erweichten Zustand gebracht werden. Hierdurch wird ein Verschweißen unter gemäßigten Bedingungen ermöglicht und eine lange Verweilzeit im Schweißspalt 31 vermieden. Die »nachlaufende« Umschlingungslänge zwischen dem

>-) Schweißspalt 31 und der Umlenkwalze 40 ist weniger wichtig. Sie ist erwünscht, damit die Fäden daran gehindert werden, sich unmittelbar nach dem Verschweißen wieder aus dem Verbund zu befreien.

Durch das punktweise Verschweißen der Bahn in

wi einem Muster von regelmäßig angeordneten Verbindungspunkten bekommt der Vliesstoff einem textilähnlichen Griff sowie ansprechende Drapierfähigkeit und Weichheit. Die Gesamtfläche aller Verbindungspunkte sollte dabei in der Größenordnung von 5—50% der

hi Bahnoberfläche liegen. Bei zu kleiner Gesamtfläche aller Verbindungspunkte besitzt die Bahn keinen angemessenen Zusammenhalt und keine ausreichende Zugfestigkeit mehr, und bei zu großer Gesamtfläche

aller Verbindungspunkte wird die Bahn steif und erhält eine wenig ansprechende Drapierfähigkeit und Weichheit. Weiterhin ist aber auch die Flächendichte der Verbindungspunkle d. h. die Anzahl der Verbindungspunkte pro Flächeneinheit der Bahn von Bedeutung. In diesem Zusammenhang ist die Denierzahl der in der Bahn enthaltenen Fäden eine Einflußgröße für die Flächendichte der Verbindungspunkte, wobei höhere Flächendichten bei solchen Bahnen nützlich sind, die Fäden mit niedriger Denierzahl enthalten. Im allgemeinen sind Flächendichten in der Größenordnung von 8—500 Verbindungspunkten/cm² beim Polymerfäden mit einer Denierzahl zwischen etwa 0,5 bis 10 günstig. Besonders vorzuziehen sind Bahnen, bei denen die Gesamtfläche aller Verbindungspunkte bei etwa 10-25%, ihre Flächendichte bei etwa 16—80 Verbindungspunkten/cm² und die Denierzahl des Polymerfadens zwischen 0,8 und 2,5 liegt.

Wichtig ist es, das Verschweißen der Bahn so zu steuern, daß in den einzelnen Verbindungspunkten die Verbundfestigkeit der Schweißverbindungen der Fäden geringer eingestellt wird als die Reißfestigkeit der Fäden selbst, damit sich bei Belastung des Vliesstoffes einzelne Fäden als solche aus dem Schweißverbund der Verbindungspunkte lösen und dadurch ihre wirksame Länge (d. h. ihre freie Fadenlänge zwischen zwei Verbindungspunkten) vergrößern können, bevor sie reißen oder brechen. Nur durch einen solchen »lösbaren Verbund« der Fäden in den Verbindungspunkten läßt sich das mit der Erfindung angestrebte Ziel erreichen, dem Vliesstoff auch optimale Festigkeitseigenschaften insbesondere hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenabnutzung und der Kapazität zur Energieabsorption zu geben.

Wenn die Verbindungspunkte in der Bahn zu stark gebunden sind und sich die Fäden unter Belastung nicht lösen können, tritt bei Überschreiten der Reißfestigkeit der Fäden ein Fadenriß ein, und die wirksame Länge der Fäden bleibt klein. Eine Bahn mit solchen zu stark gebundenen Fäden besitzt zwar eine gute Zugfestigkeit, jedoch ist ihre Energieabsorption ziemlich gering, weil sie sich infolge der verringerten wirksamen Fadenlänge nicht dehnen und die Belastung innerhalb eines längeren Bereiches aufnehmen kann. Außerdem kann ein zu starker Verbund auch zu einer Fadendegradation (d. h. zu einer Störung des Fadengefüges) mit entsprechender Verringerung der Fadenfestigkeit führen, wodurch der Faden geschwächt oder zerrissen wird und keine hohen Beanspruchungen mehr verträgt. Bei einer zu stark gebundenen Bahn ist eine solche Fadendegradation besonders augenscheinlich in dem Randbereich der Verbindungspunkte, wo die Fäden in die Verbindungspunkte eintreten. Wenn sich andererseits die Fäden aus Verbindungspunkten bereits lösen, bevor eine nennenswerte Belastung auf die Fäden ausgeübt wird, ist die Energicabsorption ebenfalls nur gering, da dann die Bahn zum Auseinanderfallen neigt, statt die Belastung unversehrt aufzunehmen. Auch weist eine solche zu schwach gebundene Bahn für die meisten Anwendungszwecke keinen ausreichenden Widerstand gegen Oberflächenverschleiß auf.

Der Idealfall des lösbaren Verbundes ist dann gegeben, wenn jeder Faden in jedem Verbindungspunkt mit einer Verbundfestigkeit gebunden ist, die gerade etwas unterhalb der Faden-Reißfestigkeit liegt. In der Praxis läßt sich jedoch dieser Idcalfall nur schwierig verwirklichen. FJn Grund hierfür liegt darin, daß die üblichen Vliesstoff-Bahnen selten ein völlig homogenes Grundgewicht besitzen, so daß bei gleichen äußeren Schweißbedingungen (z. B. Walzentemperatur und Schweißdruck) in einzelnen Bereichen der Bahn unterschiedliche Verbundfestigkeiten auftreten können.

-, Beispielsweise werden Bahnbereiche mit größerer Fadendichte (höheres örtliches Grundgewicht) intensiver gebunden als Bereiche, in denen die Fadendichte kleiner ist. Ein weiterer Faktor, der dem Idealfall des lösbaren Verbundes entgegensteht, ist der sich beim

κι Verschweißen notwendigerweise ergebende Temperaturgradient in Richtung der Bahndicke. Somit kann normalerweise nur ein Optimalwert für den lösbaren Verbund erreicht werden, indem in der Bahn oder in den einzelnen Verbindungspunkten neben Bereichen mit

ι -. einem dem Ideallall nahekommenden lösbaren Verbund auch einzelne Bereiche vorhanden sind, in denen der Verbund zu stark oder zu schwach ist. Solange der Anteil an diesen nicht richtig gebundenen Bereichen nicht zu groß ist, wirkt sich das in der Praxis aber kaum

jo nachteilig aus.

Die wichtigsten Parameter, mit denen die Verbundfestigkeit der Fäden gesteuert werden kann, sind die Temperatur der Walzen 30 und 32 sowie der Druck im Schweißspalt 31, wobei diese Parameter ihrerseits durch

:"i andere, im allgemeinen fest vorgegebene Parameter wie die Geschwindigkeit und das Grundgewicht der Bahn oder die Eigenschaften des Polymers beeinflußt werden. Zur Erzielung von Optimalwerten für den lösbaren Verbund haben sich bei Vliesstoff-Bahnen aus Polypropylen mit einem Grundgewicht von etwa 10—34 g/m² (insbesondere von 10—24 g/m²) Temperaturen der Heizwalze 30 zwischen etwa 80 und 160°C (insbesondere zwischen 115 und 160^cC) und Temperaturen der Prägewalze 32 zwischen etwa 135 und 170°C(insbeson-

Γι dere zwischen 149 und 165°C) bei Bahngeschwindigkeiten von etwa 84 bis 107 m/min als brauchbar erwiesen. Drücke im Schweißspalt (an erhabenen Punkten) zwischen etwa 210 und 3500 kg/cm², vorzugsweise zwischen 1400 und 3160 kg/cm², können dabei zur

in Anwendung kommen. Bei höheren Bahngrundgewichten von z.B. 34 bis 100 g/m² ist es im allgemeinen erwünscht, beide Walzen auf einer Temperatur vor etwa 154 bis 177°C zu halten.

Um die mit der Erfindung erzielten Verbesserungen

■ii auch in konkreten Zahlenbeispielen zu veranschaulichen, wurde gleiche Vliesstoff-Bahnen aus endloser Polypropylenfasern unter verschiedenen unterschiedlichen Bedingungen verschweißt und dann untersucht Die Polypropylenbahnen wurden dabei in der Anlage

in gemäß Fig. 1 hergestellt und hatten vor dem Ver schweißen die folgenden Eigenschaften:

Grundgewicht:	17 g/m²
Breite:	25,4 cm
Faden-Denier:	1,62
Faden-Tenaziiät:*)	4,4 g/der
Dehnung:	142%
Kristalliner Schmelzpunkt des Polymers:	162°C

·) Die Tcnazität, mitunter auch als Reißlänge bezeichnet, is no ein sehr praktikables Maß für die Faden-Festigkeit.

Das Verschweißen wurde ebenfalls mit der Vorrich tung gemäß F i g. 1 durchgeführt, wobei die Hcizwalzi 30 eine glatte beheizte Edelstahlwalzc mit einen h^r) Durchmesser von 152,4 mm war und auch dicPrägcwal ze 32 aus Edelstahl bestand. Die Prägcvorsprüngc au der Walze 32 waren etwa 1 mm hoch und so angcordnc daß die verschweißte Bahn regelmäßig in Form eine

Rautenmusters angeordnete Verbindungspunkte mit einer Flächendichte von etwa 32 Verbindungspunkten/cm² enthielt. Jeder Verbindungspunkt bestand aus einem Quadrat mit einer Seitenlänge von etwa 0,625 mm, wobei die Diagonale des Quadrats in Längsrichtung der Bahn wies. Die Gesamtfläche aller Verbindungspunkte betrug ungefähr 17,5% der Bahnoberfläche. Das Verschweißen wurde bei einer Bahn-Geschwindigkeit von 94 m/min durchgeführt, und die Umlenkwalzen 38 und 40 waren so angeordnet, daß die Bahn mit einer vorlaufenden Umschlingungslänge von etwa 23 cm und einer nachlaufenden Umschlingungslänge von etwa 20 cm, jeweils bezogen auf den Schweißspalt 31, auf der Oberfläche der Heizwalze 30 auflag.

In der Tabelle I sind die jeweils angewendeten Walzen temperaturen und Schweißdrücke sowie die Ergebnisse der Untersuchung einzelner Eigenschaften

Tabelle I

10 für sieben erfindungsgemäße Vliesstoffe (Beispiele 1—7) und ein Vergleichsmaterial (Beispiel 8) zusammengefaßt. Die Meßdaten für die Eigenschaften (ausgenommen die Dehnung) sind dabei dimensionslos angegeben und nur als Relativwerte zu verstehen, da sie von dem jeweiligen Meßgerät und dem verwendeten Meßverfahren beeinflußt sind. Die Messung der Dehnung und der Energieabsorption (bei maximaler Zugbelastung) sowie der Zugfestigkeit erfolgte mit Hilfe eines handelsüblichen Zugfestigkeits-Meßgerätes, das im Falle der Energieabsorption noch mit einem automatischen Integrator versehen war, und zur Messung der Steifigkeit diente ein als »Handle-O-Meter« bekanntes Gerät, das es gestattete, die Kraft zu messen, die zum Biegen einer Probe der Bahn erforderlich war. In allen Fällen sind die angegebenen Meßdaten den Absolutwerten der betreffenden Eigenschaft direkt proportional.

Bei spiel	Temperatur	CQ	Schweiß druck	Dehnung	(%)	Energieabsorption	M.D.	Zugfestigkeit	M.D.	Steifigkeit	M.D.*)
	Walze 30	Walze 32	(kg/cm?)	CD.	M.D.	CD.	25,6	CD.	2,5	CD.	4,5
1	82	149	387	45	36	25,6	26,6	2,1	3,2	4	—
2	115	149	387	34	31	18,1	34,5	2,1	3,8	—	—
3	82	160	387	41	35	23,6	36,8	2,4	4,4	_	6
4	115	160	387	33	31	15,7	46,6	2,0	4,5	3	4
5	82	149	1968	50	42	38,3	55,4	3,2	5,5	3	—
6	115	149	1968	41	40	26,7	32,4	2,7	3,9	—	—
7	82	160	1968	43	34	26,1	16,4	2,5	2,9	—	7
8	115	160	1968	28	22	14,2	2,1	5

*) CD. = quer zur Längsrichtung der Bahn.
M.D.== in Längsrichtung der Bahn.

Aus der Tabelle I ist zu entnehmen, daß die Energieabsorption und die Zugfestigkeit ihren maximalen Wert bei mittleren Schweißbedingungen erreichen, <h> d. h. bei weniger harten Bedingungen als bei dem Vergleichsbeispiel 8, bei dem sowohl die Temperatur beider Walzen als auch der Schweiß-Druck ein Maximum betragen. Ferner kann aus einem Vergleich des Beispiels 7 mit dem Vergleichsbeispiel 8 entnommen v-, werden, daß die Temperatur der glatten Heizwalze bei hohen Temperaturen der Prägewalze und hohen Schweißdrücken die Energieabsorption und Zugfestigkeit beachtlich beeinflussen kann, was, wie sich aus den Beispielen 1 und 2 ebenso wie aus den Beispielen 3 und 4 w ergibt, bei geringen Drücken nicht der Fall ist. Bei geringen Drücken scheint die Temperatur der Prägewalze arn stärksten in die Optimierung des Produktes einzugehen. Insgesamt zeigt die Tabelle I also, daß bei einer gegebenen Bahn die Energieabsorption und die γ, Zugfestigkeit durch geeignete Wahl der Schweißbedingungen optimal gestaltet werden kann.

Der losbare Verbund der bei den Beispielen 1—7 vorhandenen Verbindungspunkte ist im übrigen aber auch optisch erkennbar. Wenn man die Verbindungs- wi punkte bei Belastung der Bahn beobachtet, verschwinden mit steigender Belastung die ursprünglich vorhandenen Verbindungspunkte a'!;nählich aus der Sicht, weil die Fäden nacheinander aus den Verbundbereichen gelöst v/erden. Dieses Lösen der Fäden aus den h5 Verbundbereichen geht auch mit einem hörbaren Knistern einher.

In den Fig.3—13 sind einzelne Verbindungspunkte, die in den Produkten gemäß den Beispielen 1—8 enthalten waren, mikrophotographisch dargestellt. Die Aufnahmen wurden mit einem Elektronenmikroskop gemacht, und zwar bei den Fig.3—8 mit einer Vergrößerung 100χ und bei den Fig.9—13 mit einer Vergrößerung 300 χ. Der Zusammenhang zwischen den F i g. 3—13 und den Beispielen 1 — 8 ist in der folgenden Tabelle II angegeben:

Tabelle	II	Der Heizwalze 30
Bei	Der Prägewalze 32	zugewandte Bahnober fläche
spiel	zugewandte Bahnober fläche	Fig.3(b)
1	Fig.3(a)	Fig.4(b)
3	F i g. 4 (a) und F i g. 9	F i g. 5 (b) und
4	Fig.5(a)	Fig.1l
		F i g. 6 (b) und
5	F i g. 6 (a)	F i g. 12
		Fig.7(b)
6	Fig. 7 (a) und Fig. 10	F i g. 8 (b) und
8	Fig.8(a)	Fig. 13

Eine Analyse der Fig.3—8 ergibt, daß bei den Vliesstoff-Bahnen gemäß den Beispielen 1—8 innerhalb der Verbindungspunkte kein gleichförmiger Faserverbund vorhanden ist. Auf der der Prägewalze 32 zugewandten Oberfläche der Verbindungspunkte (das sind die a-Figuren) haben eine Auswahl von Fäden ihre Eigenschaft als gesonderte Fasern verloren und

erscheinen als miteinander verschmolzen. Dagegen haben, mit Ausnahme des Vergleichsbeispiels 8, auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Verbindungspunkte (das sind die b-Figuren) mehr Fäden ihre Eigenschaft als individuelle Fasern behalten, wenn sie auch deformiert oder verzogen sind. Viele Fäden erscheinen dabei kohäsiv miteinander verbunden und nicht verschmolzen. Entsprechendes kann den Fig.9—13 entnommen werden. In den Fig.9 und 13 sind weitgehend verschmolzene Verbundbereiche vorhanden, während in den Fig. 11 und 12 sowie in gewissen Maß auch in Fig. 13 Kohäsionsverbindungen erkennbar sind.

Das Vorhandensein eines lösbaren Verbundes läßt sich nun direkt aus dem sichtbaren Erscheinungsbild der einzelnen Verbindungspunkte nachweisen und mit den Eigenschaften der betreffenden Vliesstoff-Bahn (z. B. ihrer Energieabsorption und Abriebfestigkeit, ihrer Dehnung bei maximaler Zugbeanspruchung oder der Art, in der sie reißt) in Beziehung setzen. Die Auswertung des Erscheinungsbildes erfolgt dabei zweckmäßig durch Ermittlung des sog. »Koeffizienten des nicht verschmolzenen Verbundes«, auch kurz als »NV-Koeffizient« bezeichnet. Dazu werden bei jeder Bahn alle Verbindungspunkte, die in 10 willkürlich ausgewählten, quadratischen Bereichen von rund 6 cm² Fläche enthalten sind, unter einem Stereo-Mikroskop bei 100-facher Vergrößerung auf ihren Verschmelzungsgrad untersucht, wobei mit Verschmelzungsgrad 0 ein völlig freiliegender Faden und mit Verschmelzungsgrad 1 ein restlos verschmolzener, nicht mehr individuell identifizierbarer Faden bezeichnet wird. Jeder Verbindungspunkt wird einer der Kategorien »gering« (Verschmelzungsgrad 0-0,33), »mittel« (Verschmelzungsgrad 0,33—0,66) oder »stark« (Verschmelzungsgrad 0,66—1) zugeordnet, und der NV-Koeffizient ist dann der Anteil der in der Kategorie »gering« eingestuften Verbindungspunkte an der Gesamtzahl aller untersuchten Verbindungspunkte.

Die Fig. 14—18 zeigen fünf mit 100-facher Vergrößerung unter einem Stereo-Mikroskop aufgenommene Mikrophotographien einzelner Verbindungspunkte mit unterschiedlichen Verschmelzungsgraden. Der in F i g. 14 dargestellte Verbindungspunkt weist einen sehr hohen Verschmelzungsgrad von wenigstens etwa 0,9 auf (was sich daraus ergibt, daß es sehr schwierig ist, einen Faden über den gesamten Bereich zu verfolgen) und ist demzufolge in die Kategorie »stark« einzustufen. Das gleiche gilt auch für den in Fig. 15 dargestellten Verbindungspunkt. Während das Zentrum dieses Verbindungspunktes unverschmolzen erscheint, hat der übrige Verbundbereich beispielsweise einen Verschmelzungsgrad von etwa 0,7—0,75. Die Fig. 16 zeigt einen Verbindungspunkt mit einem Verschmelzungsgrad von etwa 0,5, der in die Kategorie »mittel« eingereiht werden muß, und die Fig. 17 und 18 zeigen Verbindungspunkte, die in die Kategorie »gering« gehören. Es ist zu erkennen, daß die Fäden in einem beherrschenden Teil des Bereiches dieser Verbindungspunkte gut als einzelne Fäden identifizierbar sind. Der Verschmelzungsgrad des in Fig. 17 gezeigten Verbindungspunktes liegt bei etwa 0,25 und des in Fig. 18 gezeigten Verbindungspunktes nur bei etwa 0,1.

Der NV-Koeffizient ist sehr geeignet, die minimal annehmbare Verbundfestigkeit einer Vliesstoff-Bahn von nicht zu hohem Grundgewicht (bis zu etwa 34 g/cm²) zu kennzeichnen. Er sollte, wie gefunden wurde, unterhalb von etwa 0,65 liegen und ist für solche Bahnen meistens auf beiden Bahnoberflächen weitgehend gleich. Bei höherem Grundgewicht (bis zu etwa 100 g/cm²) kann der NV-Koeffizient auf beiden Bahnoberflächen unterschiedlich sein, aber wenn es wichtig ist. beide Bahnoberflächen abriebfest zu machen, soll er auf jeder Bahnoberfläche nicht meher als etwa 0,65 betragen. Werte oberhalb 0,65 bedeuten in jedem Fall eine zu schwach gebundene Bahn, die auch nur geringe Abriebfestigkeit und geringe Energieab-

K) sorption besitzt. Andererseits lassen sich zu stark gebundene Bahnen weniger ausgeprägt am NV-Koeffizienten erkennen, sondern eher daran, daß ihre Reißfestigkeit nur gering ist, daß sie sich beim Zerreißen wie ein perforiertes Papierstück verhalten und daß sie

1) bei maximaler Zugbelastung nur eine kleine Dehnung aufweisen.

Die in der Tabelle III als Ergänzung zur Tabelle I zusammengestellten Daten veranschaulichen dies. Es ist zu erkennen, daß das Produkt gemäß Beispiel 1, das eine 2» annehmbare Abriebfestigkeit und Energieabsorption besitzt den höchsten NV-Koeffizienten aufweist. Wie die Beispiele 4 und 6 zeigen, sind Produkte mit einem NV-Koeffizienten von weniger als etwa 0,60 besonders vorzuziehen. Diese Produkte und insbesondere das

2) Produkt gemäß Beispiel 6 besitzen sehr gute Abriebfestigkeiten. Hinsichtlich der Reißcharakteristik, die mit einer quer zur Längsrichtung eingeschnittenen Bahn gemessen wurde, ergibt sieh aus Tabelle III, daß die maximale Reißlast und die Reißenergie zunächst

jo ansteigen, wenn der Verbund intensiver wird, daß jedoch ein zu starker Verbund (Vergleichsbeispiel 8) zu einer merklichen Verringerung von Reißlast und Reißenergie führt.

Die Ergebnisse der Beispiele 1—7 sind typisch für

r> leichtere Bahnen, deren Grundgewicht kleiner als 34 g/m² ist. Solche leichteren Bahnen lassen sich zwar mit der pneumatischen Verstrecktechnik in hoher Produktionsgeschwindigkeit herstellen, jedoch bleiben die Werte für die Faden-Tenazität nur verhältnismäßig

ίο klein, sie liegen in der Größenordnung von etwa 1 bis 5,5 g/den und meist zwischen etwa 1,5 bis 4,5 g/den. Durch richtige Einstellung des lösbaren Verbundes kann für solche leichteren Bahnen aber nunmehr eine spezifische Energieabsorption von mehr als etwa 70 cm

•ti g/cm² und im allgemeinen von mehr als 90cm g/cm² sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung J-;r Bahn erreicht werden. Diese Werte der Energieabsorption sind bei leichten Bahnen mit geringer Faden-Tenazität völlig unerwartet und insbesondere auch überra-

")0 sehen im Hinblick auf die Tatsache, daß sie mit sehr geringen Werten für die Steifigkeit einhergehen.

Tabelle	111	NV-Koeffi	Reißcharakteristik	Reißenergie
Beispiel	zient		(cm kg)
		Max. Reißlast	12,8
		(g)	11,7
	0,63	1360	13,1
1	0,55	2290	4,22
4	0,20	2450
6	0,35	1160
8

Aber auch für Produkte mit höherem Grundgewicht wirkt sich ein lösbarer Verbund äußerst positiv aus, was nachfolgend anhand der Beispiele 9—14 erläutert sei.

Diesen Beispielen liegt jeweils eine Bahn aus Polypropylenfäden mit

Faden-Denier	1,7
Faden-Tenazität	3,55 g/den
Dehnung	160%

zugrunde, die mit Grundgewichten von 50 g/cm² und 100 g/cm² abgelegt wurde. Das Verschweißen erfolgte in einer Anlage analog Fig. 1, wobei jedoch die Walzen 30 und 32 einen Durchmesser von 40 cm hatten und die Prägevorsprünge auf der Walze 32 eine Höhe von 0,584 mm und eine Seitenlänge von 0,889 mm aufwiesen. Die Flächendichte der mit den Prägevorsprüngen erzeugten Verbindungspunkte hetrug ebenso wie bei den Beispielen 1 bis 8 etwa 32 Verbindungspunkte/cm².

Die Schweißbedingungen und einzelne Eigenschaften der Bahnen gemäß den Beispielen 9 bis 14 sind in der Tabelle IV zusammengefaßt. Alle Bahnen vereinen dabei eine gute Abriebfestigkeit mit einer hohen Kapazität zur Energieabsorption. Es sei jedoch bemerkt, daß die unter hohem Schweißdruck verbundenen Bahnen eine etwas geringere Reißfestigkeit im Vergleich zu den unter mittleren Bedingungen verbundenen Bahnen besitzen. Demzufolge sind offensichtlich die unter härteren Bedingungen verbundenen Bahnen

insgesamt weniger geeignet.

Eine zusätzliche Besonderheit der in Tabelle IV zusammengefaßten Bahnen mit hohem Grundgewicht ist ihre bemerkenswert gute Drapierfähigkeit und Weichheit. Bisher war es selbst bei Anwendung des punktweisen Verschweißens nicht möglich, Vliesstoffe von so hohen Grundgewichten mit einer derartigen Drapierfähigkeit und Weichheit herzustellen, mi! der sich die Produkte gemäß der Tabelle IV auszeichnen. Es

in wird angenommen, daß die gemäßigten Schweißbedingungen, die bei der Herstellung dieser Produkte angewendet wurden, dazu führen, daß der Verbund nicht gleichmäßig über die ganze Dicke der Bahn erfolgt, sondern der innere Teil der Bahn nur sehr leicht

ii verschweißt wird und dadurch flexibel bleibt. Diese Deutung scheint durch die Tatsache bestätigt zu werden, daß die Drapierfähigkeit und Weichheit der Produkte gemäß der Tabelle IV bei einer Bearbeitung, beispielsweise durch Waschen, begünstigt wird. Vermutlieh löst diese Bearbeitung den verhältnismäßig leichten Verbund im mittleren Teil der Bahn auf, während der intensivere Verbund an den Bahnoberflächen, der die Abriebfestigkeit und die Energieabsorpticn bringt, nicht schädlich beeinflußt wird.

Tabelle	IV	Grund	Bahnge	Temperatur (⁰C)	Prage-	154	Schweiß	Reißcharakteristik	Energie	Zugfestig	Deh
Beispiel	gewicht	schwindig		walze 30 walze 32	154	druck		(cm/kg)	keil	nung
		keit	Heiz	160	154		max. Last	7,75
	(g/m²)	(m/min)		160	154	(kg/cm-)	(g)	8,03	(g/cm)	(%)
	50	27	160	154	330	3250	6,7	1380	23,6
9	50	27	160	154	562	3450	29,2	1710	25
10	50	27	160		914	3080	29,5	1690	28
11	100	11,5	160	450	6560	25,7	2240	15
12	100	11,5	738	8060		2380	17
13	100	11,5	1019	7250	2620	18
14

Hinsichtlich der Dehnung (bei maximaler Zugbelastung) wird bei Bahnen von geringem Grundgewicht, d. h. bei einer Bahn mit weniger als 34 g/m² ein Wert in Längsrichtung und quer dazu von wenigstens etwa 25% und vorzugsweise von wenigstens etwa 30% erreicht. Wenn sich das Grundgewicht der Bahn erhöht, nimmt die erreichbare Dehnung ab, obwohl Bahnen mit lösbarem Verbund immer noch größere Dehnungen aufweisen als ihre Gegenstücke mit zu starkem Verbund. Bahnen mit lösbarem Verbund weisen bei einem Grundgewicht von etwa 34 bis 68 g/m² immer noch eine Dehnung von wenigstens 20% auf, und bei entsprechenden Bahnen mit einem Grundgewicht zwischen 68 und 100 g/m² liegt die Dehnung wenigstens bei etwa 15%.

Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe aus Endlos-Fäden besitzen ein breites Anwendungsfeld. Produkte mit höherem Grundgewicht von z.B. 34—100 g/m² oder noch mehr sind brauchbar für Kleidung, Bettwäsche usw. Außer den erwähnten positiven Eigenschaften wie Drapierfähigkeit, Weichheit, Abriebfestigkeit, Reißfestigkeit und Energieabsorption sind diese Bahnen auch atmungsfähig und wirken im gewissen Maß flüssigkeitsabweisend. Die Flüssigkeitsabweisung ist dabei zwar nicht so groß, daß diese Produkte ohne zusätzliche Behandlung als Ersatz für Gummiregenmäntel verwendbar sind, jedoch kommen sie wegen ihrer flüssigkeitsabweisenden Eigenschaft in Verbindung mit ihrer Atmungsfähigkeit für andere Kleidungsstücke wie beispielsweise Laborkittel, die Flüssigkeitsspritzern und anderen mäßigen Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt sind, sehr vorteilhaft in Frage. Das gilt für Produkte mit einem Grundgewicht von etwa 50—85 g/m², die eine besonders geeignete Kombination aus Atmungsfähigkeit und Flüssigkeitsabweisung erreichen.

Hinsichtlich der Produkte mit geringerem Grundgewicht von z. B. 10—34 g/m² sind viele Anwendungsmöglichkeiten gegeben, bei denen von den positiven Eigenschaften mit Vorteil Gebrauch gemacht werden kann. Diese Produkte sind vorzüglich als Umhüllungen für Monatsbinden geeignet, insbesondere wenn sie aus Polypropylen bestehen. Infolge des stark hydrophoben Charakters in Verbindung mit dem punktweisen Schweißmuster wird unter normalen Körperdrücken die Menstruationsflüssigkeit zu dem inneren absorbierenden Kern der Binde durchgelassen, wobei eine weitgehend trockene Oberfläche verbleibt. Die Tatsache, daß die Produkte eine abriebfeste Oberfläche und eine gute Fähigkeit zur Encrgicabsorption besitzen, erhöht ihre vorzügliche Eignung als Hülle für Monatsbinden.

Auch Laminate lassen sich aus den erfindungsgemäßen Vliesstoffen von geringem Grundgewicht herstellen. Beispielsweise können diese Vliesstoffe mit einer oder mehreren Zcllstoffbahncn mit einem Grundgewicht von etwa 8,5 —25 g/m² zu Laminaten vereinigt

werden, die für Kleidung oder für Wischtücher oder dergleichen geeignet sind. Die Zellstoffschicht macht dabei das Laminat undurchsichtig und erhöht die Absorptionsfähigkeit, während die Schichten aus den erfindungsgemäßen Vliesstoffen zu den erforderlichen % Festigkeitseigenschaften beitragen.

Besonders geeignet für Kleidung sind beispielsweise Laminate mit einer inneren Zellstoffschicht zwischen zwei äußeren Schichten aus einem erfindungsgemäßen Vliesstoff. Das resultierende Produkt ist gekennzeichnet ι η durch sehr gute Knitterfestigkeit, gute Abriebfestigkeit und Energieabsorption, gefälliges Aussehen und Geschmeidigkeit und hohe Festigkeit. Um die gewünschte stoffähnliche Drapierung und Weichheit zu bewahren, sollten die entsprechenden Schichten dabei mit einem offenen Muster von Verbindungspunkten, das nicht ^ mehr als 25% der Gesamtoberfläche des Laminats "" bedeckt, aneinander befestigt werden.

Laminate mit einer Schicht aus dem erfindungsgemäßen Vliesstoff sind auch für Anwendungen im 2» Krankenhaus geeignet. Beispielsweise kann ein Schichtstoff aus drei Schichten, nämlich einem erfindungsgemäßen Vliesstoff und einer flüssigkeitsdurchlässigen, atmungsfähigen Schicht als Außenschichten und einer inneren Schicht aus absorbierendem Material, als Brandbinde oder für chirurgische Zwecke verwendet werden. Bei Verwendung als Binde wird die aus dem erfindungsgemäßen Vliesstoff bestehende Oberfläche unmittelbar in Kontakt mit der Verbrennung gebracht. Dadurch ist ein Übergang der Verbrennungsflüssigkeit jo zur inneren absorbierenden Schicht möglich, und zugleich wird aufgrund der hydrophoben Natur des Vliesstoffes ein Kleben der Binde an der verbrannten Fläche verhindert. Die dann vom Verbrennungsbereich abgelegene Außenfläche, die weitgehend undurchlässig r> für Flüssigkeiten und Bakterien ist, wirkt einer Sepsis an der verbrannten Stelle entgegen, und ihre Atmungsfähigkeit unterstützt den Heilungsprozeß. Bei Verwendung als chirurgisches Tuch liegt, insbesondere in dessen Fensterbereich, das Laminat dagegen so auf dem w Patienten, daß die aus dem erfindungsgemäßen Vliesstoff bestehende Oberfläche vom Körper des Patienten fortweist. Die normal bei einer Operation auftretenden Drücke zwingen Blut oder andere Flüssigkeiten, die sich auf der Oberseite des Tuches ansammeln, durch den Vliesstoff hindurch in die absorbierende innere Schicht, so daß keine Flüssigkeit auf den Fußboden des Operationsraumes und die Kleidung des Operationspersonals gelangen kann. Auch hier bleibt die Außenfläche des Tuches aufgrund der hydrophoben Natur des Vliesstoffes weitgehend trokken. Bei Laminaten für die beschriebenen Krankenhausanwendungen kann der Vliesstoff ein Grundgewicht zwischen etwa 10 bis 34 g/m² besitzen. Die flüssigkeitsundurchlässige, atmungsfähige Schicht kann ein verstärkter Zellstoff mit einem Grundgewicht zwischen etwa 34 bis 85 g/m² sein, der in geeigneter Weise mit einem flüssigkeitsabweisenden Mittel behandelt worden ist. Das innere absorbierende Material kann ebenfalls Zellstoff oder Zellwatte sein, deren Grundgewicht zwischen etwa 16 und 85 g/m² liegt.

Die Erfindung wurde vorangehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen der Vliesstoff aus endlosen Polyprop, lenfäden besteht. Die Erfindung ist aber auch bei Vliesstoffen mit Fäden aus anderen spinnfähigen thermoplastischen Polymeren anwendbar, z. B. bei solchen aus Polyäthylen, Polybutylen, Polyisobutylen, Polybutadien, Polyvinylchlorid, Polyurethanen Polyamiden, Polyestern, wie z. B. Polyäthylenterephthalat, oder Mischungen aus thermoplastischen Polymeren und Copolymeren. Die speziellen Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Schweißdruck zur Erzielung eines optimalen lösbaren Verbunden, die im Zusammenhang mit den Beispielen angegeben sind, gelten natürlich auch nur für Vliesstoffe aus Polypropylenfäden. Bei anderer Polymeren sind diese speziellen Bedingungen zui Erzielung eines optimalen lösbaren Verbundes unc damit zur Erzielung der erwünschten Eigenschafter aber ohne Schwierigkeiten entsprechend ermittelbar.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vliesstoff, bestehend aus einer Bahn aus wahllos aufgebrachten, molekular orientierten Endlos-Fäden aus thermoplastischem Polymer, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale: