Vliesstoffe: Rohstoffe, Herstellung, Anwendung, Eigenschaften, Prüfung
Herausgegeben von Wilhelm Albrecht, Hilmar Fuchs, Walter Kittelmann
WILEY-VCH
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Vliesstoffe Herausgegeben von W. Albrecht, H. Fuchs, W. Kittelmann
BWILEY-VCH
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Vliesstoffe Rohstoffe, Herstellung , Anwendung, Eigenschaften, Priifung
Herausgegeben von Wilhelm Albrecht, Hilmar Fuchs, Walter Kittelmann
Weinheim . New York . Chichester Brisbane . Singapore . Toronto
Prof. Dr. Wilhelm Albrecht Dr.-Tigges-We& 39 D-42 1 I5 Wuppertal Prof. Dr.-lng. Hilmar Fuchs Sichsisches Textilforschungsinstitut e.V. Annaberger StraBe 240 D-09 125 Chemnitz Dr.-Ing. Walter Kittelmann Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Annaberger Stralk 240 D-09 125 Chemnitz
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Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz fur diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhlltlich ISBN 3-527-29535-6
0 WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69469 Weinheim (Federal Republic of Germany), 2000 Gedruckt auf slurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Alle Rechte, insbesondere die der Ubersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil diese.; Buches d a d ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form - durch Photokopie, Mikrovefiilmung oder irgendein anderes Verfahren - reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache ubertragen oder ubersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dal3 diese von jedermann frei benutzt werden durfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschutrte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form - by photoprinting, microfilm, or any other means - nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publishers. Registered names, trademarks, etc. used in this book, even when not specifically marked as such, are not to be considered unprotected by law. Satz: K+V Fotosatz GmbH, D-64743 Beerfelden Druck: betz-druck GmbH. D-6429 I Darmstadt Bindung: Wilh. Osswald+Co. D-67433 Neustadt Printed in the Federal Republic of Germany
Geleitwort
Als I98 1 das weltweit erste, authentische und umfassende Handbuch uber Vliesstoffe erschien, wurde von den Autoren Albrecht und LunenschloB bereits betont, dalj sich diese zunachst relativ einfachen Substitutionsprodukte zu einer eigenstandigen, hochwertigen und von ungewohnlicher Werkstoff- und Technologievielfalt gepragten Wachstumsbranche entwickelt hatten. Seitdem sind fast 20 Jahre vergangen. Umsatz, Verbreitung und Vielfalt der seinerzeit noch jungen und bescheidenen Branche, die ihre eindeutigen Schwerpunkte in Europa und USA hatte, haben sich vervielfacht. Im Jahre 2000 rechnen Experten mit einer Produktion von weltweit ca. 3,3 Millionen Tonnen und einem Marktwert von ca. 14,6 Milliarden US$. Damit werden uber 5% der klassischen, konventionellen Textilproduktion erreicht. In einer ganzen Reihe von Marktsegmenten haben Vliesstoffe bereits eine herausragende Bedeutung. Dariiber hinaus haben sie auch ganz neuartige Funktionen ubernommen, z.B. in den Bereichen von Textilien fur Hygiene und Medizin. Unverkennbar hat die Vliesstoffindustrie im Zuge ihres 50-jahrigen Reifeprozesses auch Federn gelassen. Manche Markte wachsen nicht mehr oder werfen keine wirtschaftlich vertretbaren Renditen ab. Eine undifferenzierte Expansion, erleichtert durch die zunehmende Verfugbarkeit schlusselfertiger Technologien, hat in manchen Regionen und Marktsegmenten der Branche schwer zu schaffen gemacht. Fur den qualifizierten und verantwortungsbewuBten Hersteller halt die Vliesstoffindustrie aber immer wieder neue Herausforderungen und Chancen bereit. Kaum ein anderes Arbeitsgebiet eroffnet in seiner Kombination von Werkstoffund Verfahrensvielfalt sowie der fast unerschopflichen Vielseitigkeit von Verarbeitungs- und Anwendungsmoglichkeiten eine solch uneingeschrankte Gestaltungsvielfalt, um spezifische Kundenbedurfnisse mit maBgeschneiderten Losungen zu erfullen. Insofem konnen innovative Vliesstoffhersteller mit Zuversicht auf eine erfolgreiche Zukunft bauen. In diesem Sinne freue ich mich uber die neue, aktualisierte und erweiterte Auflage des Vliesstoff-Handbuches und wunsche den Verfassern und dem Verlag den verdienten Erfolg. Wir alle konnen davon nur profitieren!
H. N. Dahlstrom
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Vorwort
Vor 20 Jahren hat das Hand- und Fachbuch ,,Vliesstoffe" in der Textilwelt freundliche Aufnahme gefunden. In ihm hatten uber 20 Autoren die einschlagigen Rohstoffe, ihre Verarbeitung zu dem weitgefacherten Vliesstoffangebot, die Eigenschaften der Erzeugnisse und die Priifverfahren zu ihrer Ermittlung ausfiihrlich beschrieben. Das Buch wurde von der Praxis, Lehre und Entwicklung gleichermaBen oft und gem benutzt. Nachdem sich inzwischen die Vliesstoffindustrie nicht nur mengenmaBig, sondem vielmehr noch mit ihrer Produktvielfalt wesentlich erweitert hat und der dafur eingesetzte Maschinenpark sowie die Roh- und Hilfsstoffe weiterentwickelt wurden, uberraschte die Anregung nicht, das Buch dem gegenwiirtigen Stand der Technik anzupassen und neu aufzulegen. Dazu war es nach so langer Zeit notwendig, wieder ein Team von Mitarbeitem zu gewinnen, das mit der heutigen Lage der Vliesstoffindustrie und ihrer standig weitergehenden qualitativen und quantitativen Entwicklung vertraut ist. Hierbei wurde auch beriicksichtigt, da8 die Vliesstoffindustrie - wie kaum eine andere - weltweit orientiert ist. Die dadurch sicher nicht einfache Koordination der Arbeiten hat das Sachsische Textilforschungsinstitut in Chemnitz ubemommen, das sich bevorzugt mit Fragen der Vliesstoffproduktion und ihrer Weiterentwicklung beschaftigt. Die hier tatigen Mitarbeiter unterhalten auch enge Kontakte zu vliesstofferzeugenden und -verarbeitenden Betrieben sowie den Faserlieferanten, dem einschlagigen Maschinenbau und den Hilfsmittelerzeugem, was sich vielfaltig positiv auf die Gestaltung des Buches ausgewirkt hat. Die Produktionssteigerungen, der sicht- und fuhlbare Anstieg der Qualitat der Erzeugnisse und die wachsende Produktvielfalt sind herausragende Kennzeichen der Vliesstoffindustrie. Sie sind das Ergebnis von Kreativitat und erfolgreicher Zusammenarbeit mit den Roh- und Hilfsstofflieferanten sowie dem Maschinenbau. Dieser Verbund gewahrleistet auch die Weiterentwicklung der Produkte, die noch keineswegs abgeschlossen ist. Sie steht nach wie vor unter den Leitmotiven Funktionalitat der Erzeugnisse und Resourcenschonung im weitesten Sinne. Dam bedarf es eines noch engeren Zusammenriickens aller Beteiligten. Die Herausgeber haben sich dariiber Gedanken gemacht und in dem abschlieaenden Buchabschnitt ,,Ausblick" einige Moglichkeiten und Ziele zusammengestellt. Auch das ist ein Zeichen fur das Potential, uber das die Vliesstoffindustrie noch verfugt. Zu seiner erfolgreichen ErschlieBung sol1 das vorliegende Buch einen angemessenen Beitrag leisten. Als besonderer Glucksumstand fur die Er- und Bearbeitung der Manusknpte erwies sich, da13 einem von uns die notwendige Zeit und auch die entsprechenden Moglichkeiten zur Vorbereitung dieses Hand- und Fachbuches zur Verfugung standen. Dazu gehorten auch die vielen fachbezogenen Gesprache mit den Autoren der einzelnen Abschnitte und ihre Koordinierung. Hilfe und Interesse fur dieses
Buch haben wir auch beim Wiley-VCH Verlag gefunden, der zusatzlich noch eine Ausgabe in englischer und chinesischer Sprache besorgen wird. Der Lektorin, Frau Dr. Bock, mochten wir fur viele gute Ratschlage danken; dazu gehort auch die Aufnahme von Anzeigen von Firmen, die der Vliesstoffindustrie helfen, die Qualitat ihrer Produkte zu sichern und ihre Weiterentwicklung zu fordern. Ihnen allen - den Autoren und Helfern - danken wir fur ihr sachkundiges Engagement. Wir wissen nur zu gut, daB es nicht leicht ist, bei der herrschenden Alltagsbelastung sich hinzusetzen und die erbetenen aussagekraftigen Beitrage zu verfassen. Vliesstoffe nehmen heute einen festen Platz in der Textilwelt ein und erfullen dabei in hervorragender Form mit ihren maljgeschneiderten Eigenschaften die verschiedensten Anforderungen. Vliesstoffe sind damit nicht nur zeitgemaBe Produkte, sondern auch Erzeugnisse, die beweisen, dalj es moglich ist, die wachsenden Herausforderungen der Zukunft verantwortungsvoll zu losen. Wir wunschen den Lesern dieses Buches einen guten Nutzen. Chemnitz im Fruhjahr 2000
Wilhelm Albrecht Hilmar Fuchs Walter Kittelmann
Inhaltsverzeichnis
0.4 0.5
Einfuhrung in das Gebiet der Vliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definition des Begriffes ..V liesstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrensubersicht zur Vliesstoffherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . Ubersicht uber Eigenschaften. Anwendung und Okologie von Vliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklung der Vliesstoffindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perspektiven der Vliesstoffindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teil I
Rohstoffe fur die Vliesstofferzeugung
0 0.1 0.2 0.3
1 1 3 4 6 11
15 15
Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Naturfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Pflanzliche Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Tierische Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Chemiefasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Chemiefasern aus naturlichen Polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Chemiefasern aus synthetischen Polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Modifikation von Chemiefasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Andere industriell hergestellte Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Glasfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Silikatfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Kohlenstoffasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3 Borfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.4 Metallfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.5 Reififasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Grundlagen fur die Reiljfaserherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Aufbereitung textiler Abfalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2 1.4.2.I Vorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2.2 Erzeugung von Reiljfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I .4.2.3 Nachbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eigenschaften von Reififasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3 1.4.4 Einsatz von ReiSfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20 21 22 32 68 74 74 76 76 76 77 77 77 79 79 79 81 81 83 84
Andere Rohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zellstoff (Fluff) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Granulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Betrachtung der physikalischen Eigenschaften . . . . . .
87 87 88 89
2 2.1 2.2 2.2.1
15
2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.2.1 2.4.2.2 2.4.2.3 2.4.2.4 2.4.3 2.4.3.1 2.4.4 2.4.5 2.5
2.5.1 2.5.1.1 2.5.1.2 2.5. I .3 2.5.2 2.5.2.1 2.5.2.2 2.5.3 2.5.3.1 2.5.3.2 2.5.4 2.5.4.1 2.5.4.2 2.5.4.3 2.5.5
3 3. I 3.2 3.2.1 3.2.1.1 3.2.1.2 3.2.2 3.2.3
Pol yolefine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polyester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polyamide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polymerpulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pol y aery lnitril . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Andere Copolymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Additive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stabilisatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pigmente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Superabsorber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Absorptionsmechanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herstellungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Suspensionspolymerisation . . . . . . ..................... Losungspolymerisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachvemetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . In-situ Polymerisation .................................. Testmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produktkenndaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Praparationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anforderungen an Praparationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zusammensetzungen von Praparationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbringung von Praparationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemiefaserherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Priifmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Priifungen am Praparationsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Priifungen am praparierten Fasermaterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Praparationen auf Vliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffherstellung und Praparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Endprodukt und Praparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bindemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindeflussigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemischer Aufbau. Konstruktionsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . Monomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionale Gruppen. Vernetzer . . . . . . . . . . . . ........... Bindeflussigkeiten und ihre Verarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindeflussigkeiten und Vliesstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . .
92 94 95 96 96 96 97 97 98 99 101 101 102 102 102 103 104 104 104 105
107 107 107 107 1 ox 109 110 110 Ill
Ill Ill 112 113 113
114 115 115
116 119
119 120 121 121 123 123 125
Inhultsverzeichnis
XI
3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.2.4
Entwicklungsschwerpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindefasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Losliche Fasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmelzbindefasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufmachungsformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemischer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127 129 130 130
Teil I1
Herstellungsverfahrenfur Vliesstoffe
4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.2.1 4.1.2.2 4.1.2.3 4.1.2.4 4.1.3 4.1.3.1 4.1.3.2 4.1.3.3 4.1.4
Trockenverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faservliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faservorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faservliese nach dem Kardierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Krempeltheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anlagentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstreckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faservliese nach dem aerodynamischen Verfahren . . . . . . . . . . . . . Aufgabe des Verfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrensbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maschinen zur aerodynamischen Vliesbildung . . . . . . . . . . . . . . . Faservliesstoffe mit senkrechter Faserlage nach dem STRUTO-ROTIS-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herstellungsverfahren fur hochvoluminose Vliesstoffe . . . . . . . . . Eigenschaften der voluminosen Vliesstoffe mit senkrechter Vlieslage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusionsvliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Poly mereinsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundsatzliches zur Verfahrenstechnologie und -technik . . . . . . . . Verfahren zur Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen und Verbundstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahren zur Herstellung von Feinfaser-Spinnvliesstoffen . . . . . . Schmelzblas-Spinnvliesverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verdampfungs-Spinnvliesverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrostatik-Spinnvliesverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahren zur Herstellung von Foliefaservliesstoffen . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
201 219 219 221 222 223 228
NaRverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrensprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rohstoffe und Faservorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faserstoffarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
235 235 236 237 239
4.1.4.1 4.1.4.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.4.1 4.2.4.2 4.2.4.3 4.2.5 5
5. I 5.2 5.3 5.3.1
130 132 133 135 135
139 139 139 145 147 155 157 165 168
168 168 172 178 179 183 185 187 190
5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.4 5.4. I 5.4.2 5.4.2.1 5.4.2.2 5.4.2.3 5.4.2.4 5.4.3 5.4.3.1 5.4.3.2 5.4.3.3 5.4.3.4 5.4.4
Herstellung von Faserkurzschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faservorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbau von NaBvliesanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfestigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zugabe von Bindefasem . . . . . . . . . . . .................. Zugabe von Bindemitteldispersionen in der Masse . . . . . . . . . . . . Bindemittelzugabe auf die Vliesstoffbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliestrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontakttrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Durchstromtrockner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kanaltrockner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strahlungstrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufrollung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
243 244 246 249 255 261 261 261 262 264 264 264 265 265 265 266 267
6 6. I 6.1.1 6.1. I . 1 6.1.I .2 6.1.1.3 6.1.2 6.1.3 6 . I .4 6.1.5 6.1.6 6.2 6.2. I 6.2. I .1 6.2. I .2 6.2.1.3 6.2.1.4 6.2.1 .5 6.2.1.6
Vliesverfestigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vernadelungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionsprinzip des Vemadelns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlieszufiihrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vemadelungszone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesabzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hochleistungsnadeltechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oberflachenstrukturierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Papiermaschinen bespannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nadelcharakteristik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . EinfluB der Vemadelungsbedingungen auf Vliesstoffeigenschaften Maschenbildungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrenssytematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlies-Niihwirkverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maschen-Vlieswirkverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pol-Vlieswirkverfahren mit Grundbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maschen-Vlieswirkverfahren ohne Grundbahn . . . . . . . . . . . . . . . Maschen-Vlieswirkverfahren mit doppelter Vermaschung . . . . . . . Maschen-Vlieswirkverfahren zur Verbindung zweier Flachengebilde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kettenwirken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stricken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwirbelungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrensentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Faserstoff- und Prozeneinflusse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfestigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thermische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konvektionstrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
269 270 270 272 273 282 282 283 287 289 293 302 304 304 312
6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4. 1 . 1
317
320 321 323 324 325 326 327 334 336 340 341 341
6.4.1.2 6.4.1.3 6.4.2 6.4.2.1 6.4.2.2 6.4.2.3 6.4.3 6.4.4 6.4.4.1 6.4.4.2 6.4.5 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.2.1 6.5.2.2 6.5.3 6.5.3.1 6.5.3.2 6.5.3.3 6.5.3.4 6.5.3.5 6.5.4 6.6 6.6.1 6.6.1.1 6.6.1.2 6.6.1.3 6.6.1.4 6.6.1.5 6.6.2
Kontakttrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strahlungstrocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Heifiluftverfestigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundsatzliches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anlagentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thermofixierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thermische Kalanderverfestigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anlagentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ultraschall-Verfestigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahren zur kohasiven Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kohasive Bindung durch Thermoplastizitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kohasive Bindung bei angeloster Faseroberflache . . . . . . . . . . . . . Verfahren zur adhasiven Verfestigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Applizierung flussiger Bindemittel im Uberschufi . . . . . . . . . . . . . Entfernen uberschussiger Flotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einseitige, dosierte Bindemittelapplizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . Applizierung verschaumter Bindefliissigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . Pulverapplizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umweltaspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbundstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesverbundstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahrensvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbinden durch Vernadeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbinden durch Nahwirken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbinden durch Verwirbeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbinden durch Verkleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe fur Verbundwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
351 352 353 353 354 358 360 363 363 366 368 369 369 371 371 372 373 374 376 378 383 386 388 388 389 389 390 393 393 395 398 399
Teil I11 Ausriistung von Vliesstoffen
7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.2.1 7.2.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3
Mechanische Ausrustungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schrumpfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entstehung und Beseitigung von Verzugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gewolltes Schrumpfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stauchen und Kreppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stauchen - das Clupakverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kreppen - das Micrex-Mikrokrepp-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . Glatten, Kalandern, Pressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Glatt- oder Rollkalander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prage- oder Gaufrierkalander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filzkalander. Umdruckkalander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
409 409 409 409 410 410 411 412 412 412 413
7.3.4 7.3.5 7.4 7.4. I 7.4.2 7.4.3 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.6 7.7 7.7. I 7.7.2 7.7.3 7.8
Muldenpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formpressen. Stanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perforieren. Schlitzen. Brechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perforieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schlitzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spalten. Schleifen. Velourieren. Scheren. Rauhen . . . . . . . . . . . . . Spalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schleifen und Velourieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Scheren. Rauhen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nahen. Steppen. Schweilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ubernahen und Steppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ultraschallschweil3en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hochfrequenzschweilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonstige mechanische Ausriistungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . .
413 414 414 414 415 415 415 415 416 416 417 417 417 417 418 418
8 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.2.5 8.2.6 8.3 8.3. I 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.4 8.4.1 8.4.2 8.4.2.1 8.4.2.2 8.4.2.3 8.4.3 8.4.4 8.4.5 8.4.6 8.4.7 8.4.8 8.4.9 8.4.10 8.5 8.5.1
Chemische Ausriistungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Waschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Farben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flocke- und Spinnfarbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Farben und Binden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nachtragliches Farben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschiedene Farbemethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kaltverweilverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontinuefarben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drucken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drucken und Leichtvliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drucken schwerer Vliesstoffe (Nadelvliesstoff-Fulbodenbelage). . Spritzdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transferdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Appretieren. Weichmachen. Spezialeffekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maschinelle Gegebenheiten und Moglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . Steifappreturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Appretur von Vorder- und Hinterkappen von Schuhwerk . . . . . . . Ausriisten von Vliesstoffen fur Dachbahnen . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausriisten von Glasfaservliesstoffen fur GFK-Komposits . . . . . . . Weichmachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Antistatische Ausriistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmutzabweisende Ausriistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrophobieren. Oleophobieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hygieneausrustung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flammfestausriistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Saugfiihige und wasserbindende Ausriistung . . . . . . . . . . . . . . . . . Staubbindende Behandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichtungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
419 419 420 420 421 421 422 422 423 423 423 424 425 426 427 427 427 428 428 429 429 430 430 431 431 432 432 433 433 434
Inhaltsverzeichnis
8.5.1.1 8.5.1.2 8.5.1.3 8.5.1.4 8.5.1.5 8.5.1.6 8.5.1.7 8.5.2 8.5.2.1 8.5.2.2 8.5.2.3 8.5.2.4 8.5.2.5 8.5.2.6 8.5.2.7 8.5.2.8 8.6 8.6.1 8.6.2 8.6.2. I 8.6.3 8.7 8.8 8.9
Pflatschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichten durch Tiefdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichten durch Rotationsdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Streichen oder Rakeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beriihrungsloses Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umkehrverfahren (Release-Coating) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichtungseffekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rutschfestausriistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vetformbare Beschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Selbstklebebeschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaumbeschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Selbstliegebeschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikroporose Beschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drainagebeschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HeiBsiegelbeschichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kaschieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NaBkaschierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trockenkaschierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anwendung von Klebevliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiele fur Kaschierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beflocken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Neue Verfahren und Produkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Okologie und Okonomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 7 und 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teil IV
Besonderheiten bei der Konfektion von Vliesstoffen
9
Konfektion von Fertigerzeugnissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produktentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produktentwicklung fur Bekleidungstextilien . . . . . . . . . . . . . . . . Produktentwicklung fur Wohn- und Heimtextilien . . . . . . . . . . . . . Produktentwicklung fur technische Textilien . . . . . . . . . . . . . . . . . Produktionsvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Legen der Stofflagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zuschnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VerbindungsprozeB und Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bugeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verpacken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mechanisierung und Automatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1 9.2 9.2. I 9.2.2 9.2.3 9.3 9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.4.4 9.5 9.6
xv 434 435 435 436 437 438 438 439 439 440 440 441 444 445 446 446 450 450 451 452 452 454 455 456 457
461 461 461 461 465 466 466 468 468 470 475 480 480 481 482
Teil V
Eigenschaften und Anwendung von Vliesstoffen
10
Vliesstoffe fur Hygiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
487
11
Vliesstoffe fur Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Erfordernisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Design und Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Informationen an den Benutzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SchluBfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
493 497 498 500 500
12 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.4 12.4. I 12.4.2
Vliesstoffe fur Reinigungsprodukte und Haushaltserzeugnisse . Marktsitutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NaB- und Feuchtreinigungsprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bodentucher und Materialien fur Bodenreinigungssysteme . . . . . . Dauergebrauchswischtucher (Durables) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwegtucher (Disposables. Semidisposables) . . . . . . . . . . . . . . . . Sy ntheseleder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trocken- und Feuchtreinigungsprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikrofaservliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polyviny lalkohol-Vliesstoffprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Impriignierte Tucher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Scheuermedien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Topfkratzer. Scheuerschwamme und Pads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bodenscheiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
503 503 504 506 507 507 508 509 509 510 510 510
13
Vliesstoffe fur Heimtextilien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe als Polstermaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe als FuBbodenbelage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe zur Wandverkleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe als Dekorationsmaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tuftingtriiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
513 513
11.1 11.2 I 1.3 1 I .4
13. I
13.2 13.3 13.4 13.5
Vliesstoffe fur Bekleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einlagevliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.2 Geschichte der Einlagevliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I4 . I .3 Funktionen von Einlagevliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.3.I Einlagestoff zur Formgebung und Formunterstutzung . . . . . . . . . . 14.1.3.2 Einlagevliesstoff zur Stabilisierung undoder Versteifung . . . . . . . . 14.1.3.3 Einlagevliesstoff zur Volumengebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.4 Eigenschaften der Einlagevliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionstriiger der Einlagevliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.5 I4 . I .6 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe fur Schutzbekleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2 Triigervliesstoffe fur Schuhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3 Literatur zu Kapitel 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14 14.1
511
511 512
515
517 518 518 521 521 521 521 522 522 523 523 525 525 525 526 534 540
Inhaltsverzeichnis
15 15.1 15.1. I 15.1.2 15.2 15.2.1 15.2.1.1 15.2.1.2 15.2.1.3 15.2.1.4 15.2.2 15.2.2.1 15.2.2.2 15.3 15.3.1 15.3.1.1 15.3.1.2 15.3.1.3 15.3.2 15.3.2.1 15.3.2.2 15.3.2.3 15.3.2.4 15.3.2.5 15.4 15.4.1 I 5.4.2 15.4.3 15.4.4 15.4.5 15.5 15.5.1 15.5.2 15.5.2.1 15.5.2.2 15.5.2.3 15S.2.4 15.5.2.5 I5 .5.2.6 15.5.2.7 15.5.3 15.5.4 15.6
XVII
Vliesstoffe fur technische Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feuer. Warme. Schall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trockenfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionelle Anforderungen. Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . Oberflachenfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tiefenfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flussigkeitsfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flussigkeitsfilter auf Vliesstoffbasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauarten fur Flussigkeitsfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauwesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geovliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionen und Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausgewahlte Anwendungsfalle fur Vliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dachbahnen. Isolierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Marktubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Bitumierung von Vliesstoffen aus Polyesterfasem . . . . . . . . . Anforderungen an Dachbahnen mit Tragern aus PolyesterfaserVliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trends und Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Landwirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anforderungen an Agrarvliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technologische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Markttendenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fahrzeugindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Markt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Automobilindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eigenschaftsanforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schall- und Warmeisolierung - Fahrgastzelle . . . . . . . . . . . . . . . . Schall- und Warmeisolierung - Motorraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verkleidungsteile - Innenraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sitzpolster- und Laminiervliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filterstoffe im Automobil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichtungstrager-, Mikrofaser- und sonstige Vliesstoffe . . . . . . Flugzeugindustrie. Schiffahrt und Eisenbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Papiermaschinenbespannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
543 543 543 551 555 558 558 560 560 565 568 570 571 574 574 576 578 582 583 583 584 586 587 588 589 589 590 591 591 593 594 594 595 595 601 602 602 605 607 609 610 611 612 615
XVIII
I nhaltsverzeichn is
Verwertung von Vliesstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Produktionsabfalle aus der Vliesstoffherstellung . . . . . . . . . . . . . . MaBnahmen zur Abfallverringerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffabfalle nach dem Gebrauch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einwegprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dauerhafte Produkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verwertungsmoglichkeiten fur Vliesstoffabfalle . . . . . . . . . . . . . . . Mechanische Verfahren zur Faserruckgewinnung . . . . . . . . . . . . . Regranulierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herstellung von Textilschnitzeln und deren Verwendungsmoglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verarbeitung von Vliesstoffrandstreifen auf KEMAFIL-Maschinen Zweitverwertung von Vliesstoffabfallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
626 627 628 628
Teil VI 17 17.1 17.2 17.3 17.4
Richtlinien und Priifverfahren fur Vliesrohstoffe und Vliesstoffe Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Probenahme und Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Priifklima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Normen und Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Humanokologische Prufungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
633 633 634 634 635
18 18.1 18.1.1 18.1.2 18.1.3 18.2 18.2.1 18.2.2 18.2.3 18.2.4 18.2.5 18.3 18.3.I 18.3.2 18.3.3 18.3.4 18.3.5 18.3.6
Prufverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesrohstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fasem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Granulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindemittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Textilphysikalische Prufungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prufung von Echtheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prufung des Brennverhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Priifung des Pflegeverhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Humanokologische Priifungen . . . ..................... Einsatzbezogene Prufverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hygiene- und Medizinerzeugnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reinigungstiicher und Haushaltserzeugnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Heimtextilien ........................................ Schutzbekleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filterstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geovliesstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur zu Kapitel 17 und 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
659 659 659 666 666 668 668 678 685 691 692 694 694 695 695 696 699 704 710
19
Qualitatsiiberwachungs- und Qualitatssicherungssysteme . . . . . 713 Literatur zu Kapitel 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 722
20
Ausblick zur Entwicklung der Vliesstoffindustrie . . . . . . . . . . . 723
16 16.1 16.1.1 16.2 16.2.1 16.2.2 16.3 16.3.1 16.3.2 16.3.3
16.3.4 16.3.5
Sachregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
623 623 624 624 624 625 625 625 626
727
Liste der Herausgeber und Autoren
Herausgeber Prof. Dr. Wilhelm Albrecht Dr. Tigges-Weg 39 42 115 Wuppertal Prof. Dr.-Ing. Hilmar Fuchs Sachsisches Textilforschungsinstitute.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Dr.-1ng. Walter Kittelmann Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz
Autoren Dr.-Ing. Klaus Afflerbach Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH u. Co. KG Ravensburg Betriebsstatte Duren Veldener StraBe 52 53349 Duren Dip1.-Ing. Hans-Claus Assent Albert-Ludwig-Grimm-Stral3e 1 8 69469 Weinheim Lutz Bergmann P.O. Box 2189 La Grange, GA 3024 1-2189 USA Dipl.-Ing. Siegfried Bernhardt Spinnbau GmbH Postfach 7 1 03 60 28763 Bremen
Dip1.-Ing. Uta Bemstein Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Dr. Walther Best Thomas Joseph Heimbach GmbH & Co. Gut Nazareth 52353 Duren Dip1.-Ing. Bettina Bieber Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Dip1.-Ing. Dieter Blechschmidt Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Dr.-Ing. Peter Bottcher Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Dip1.-Ing. Margot Brodtka Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 13 25 09072 Chemnitz
H. Norbert Dahlstrom Freudenberg & Co. 69465 Weinheim Dip1.-Ing. Johann Philipp Dilo OSKAR DILO Maschinenfabrik KG Postfach 15 5 I 69405 Eberbach
Dr.-Ing. Waldemar Dohrn Chemische Fabrik Stockhausen GmbH Postfach 570 47705 Krefeld Dr.-Ing. Peter Ehrler BrunnenstraBe 2 1 72649 Wolfschlugen Dr. Ir. J. J. Frijlink AKZO NOBEL Nonwovens bv 73 Westervoortsedijk PO 9300 NL-6800 SB Arnheim Dr. Rainer Gebhardt Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz
Prof. Ji Guobiao China National Textile Council 12 East Chang An St. 100742 Beijing China Prof. Dr.-Ing. Radko Krema Karla Capka 302122 CZ-46005 Liberec Dr.-Ing. Peter Kunath OSKAR DILO Maschinenfabrik KG Postfach 15 5 1 69405 Eberbach Dip1.-Ing. Ferdinand Leifeld Von-Behring-StralJe 34 47906 Kempen
Dipl.-Ing. Catrin Lewicki Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Dip1.-Ing. Bernd Gulich Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Postfach I3 25 09072 Chemnitz Prof. Dr.-Ing. Klaus Lieberenz OberonstraBe 8 d Dr.-Ing. Victor P. Gupta 0 1259 Dresden OSKAR DILO Maschinenfabrik KG Postfach 15 5 1 Dr.-Ing. Matthias Magel 69405 Eberbach Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 1325 Dr. Rainer Gutmann 09072 Chemnitz Institut fur Chemiefasern der DITF KorschtalstraBe 26 Dip1.-Ing. Sabine Martini 75770 Denkendorf Kirchplatz 24 479 18 Tonisvorst Dipl.-Phys. Jurgen Haase Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Guy Massenaux Postfach 1325 EDANA 09072 Chemnitz 157 avenue Eugkne Plasky B- 1030 Bruxelles Dr. Jan Hoborn SCA Molniycke Clinical Products AB Dipl.-Chem. Wolfgang Moschler Bakstensgatan 5 Rosentor 18 S-40503 Goteborg 09 126 Chemnitz
Dr.-Ing. Ullrich Munstermann FLEISSNER GmbH & Co. Maschinenfabrik WolfsgartenstraBe 6 63329 Egelsbach Dip1.-Ing. Ansgar Paschen Institut fur Textiltechnik der RWTH Aachen EilfschomsteinstraBe 18 52062 Aachen Dr. Thomas Pfiiller Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach 13 25 09072 Chemnitz Helmuth Pill PILL NaBvliestechnik In Biihlen 1 72768 Reutlingen Dip1.-Ing. Norbert Ritter FLEISSNER GmbH & Co. Maschinenfabrik WolfsgartenstraBe 6 63329 Egelsbach Prof. Dr. Hartmut Rode1 lnstitut fur Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden 0 I062 Dresden Dip1.-Ing. Manfred Sauer-Kunze GEA Delbag Luftfilter GmbH Holzhauser StraBe 165 13509 Berlin Dip1.-Ing. Manfred Schaffler AUTEFA Maschinenfabrik GmbH Postfach 1 I 53 863 13 Friedberg
Dip1.-Chem. Wolfgang Schilde Sachsisches Textilforschungsinstitute.V. Postfach 13 25 09072 Chemnitz Dip1.-lng. Elke Schmalz Sachsisches Textilforschungsinstitute.V. Postfach 1325 09072 Chemnitz Dipl.-Ing. Gunter Schmidt Finkenweg 22 793 12 Emmendingen Dip1.-Ing. Jochen Schreiber Sachsisches Textilforschungsinstitut e.V. Postfach I3 25 09072 Chemnitz J. M. SlovaEek AKZO NOBEL Nonwovens bv 73 Westervoortsedij k PO 9300 NL-6800 SB Amheim Dr. Jurgen Spindler EMS-CHEMIE AG CH-70 13 Domat-Ems Wolfgang Stein AmdtstraBe 6 Siedlung Monarchenhugel 04445 Liebertwolkwitz Prof. Dr. Michael Stoll Forschungsinstitut fur Leder und Kunstledertechnologie gGmbH Postfach 1 I44 0958 1 Freiberg Karl-Heinz Stukenbrock Panoramaweg 25 4 1334 Nettetal
XXII
Liste der Heruusgeher wid Autoren
Dipl.-Ing. Alfred Watzl FLEISSNER GmbH & Co. Maschinenfabrik Wolfsgartenstrafle 6 63329 Egelsbach
Prof. Dr.-Ing. Burkhard Wulfhorst Institut fur Textiltechnik der RWTH Aachen Eilfschornsteinstrafle 18 52062 Aachen
Dip1.-Ing. Alexander Wegner KARL MAYER Malimo Textilmaschinenfabrik GmbH Postfach 7 13 09007 Chemnitz
Dip1.-Ing. Walter Zah KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH Bruhl 25 63 179 Obertshausen
Dr. Jochen Wirsching CARL FREUDENBERG Haushaltprodukte KG Zwischen Dammen, Bau 32 69465 Weinheim
0 Einfuhrung in das Gebiet der Vliesstoffe (G. Mussenaux)
Wahrend die Geschichte der Vliesstoffe weit in die Vergangenheit zuriick reicht, wurden Produkte, die wir auch heute noch Vliesstoffe nennen wurden, erstmalig in den dreiljiger Jahren in Europa produziert. Eine wirkliche Vliesstoffindustrie mit verschiedenen Unternehmen und beachtlichen Produktionen sowie angemessenen Strukturen - hat sich dann nach dem 2. Weltkrieg in Europa entwickelt. Zu dieser Zeit setzten sich auch bei einem kleinen Kreis von Herstellern und Verarbeitern die Begriffe ,,Vliesstoffe" oder ,,Nonwovens" gegen andere Bezeichnungen durch. Seitdem hat die Herstellung von Vliesstoffen schnell zugenommen. Sie werden inzwischen in vielen Bereichen der Industrie und des Privatlebens eingesetzt. Man findet sie in Produkten fur die Hygiene und das Gesundheitswesen, bei Bedachungen, im Hoch- und Tiefbau, irn Haushalt und in der Automobilindustrie, verwendet sie bei der Reinigung, Filtration, in der Bekleidung und fur die Nahrungsmittelverpackungen - um nur einige der vielen Anwendungen zu nennen. Leider aber finden Vliesstoffe noch immer nicht die gleiche Anerkennung in der Offentlichkeit, wie Gewebe und Maschenwaren. Es fehlt einfach an Kenntnissen uber ihre Eigenschaften und Bedeutung. Das vorliegende Buch kommt daher zur rechten Zeit: In einern umfassenden Uberblick sol1 hier erlautert werden, was Vliesstoffe sind, wie sie hergestellt werden und welche Anwendungen und Moglichkeiten sie eroffnen. Eine solche zusammenhangende Darstellung des aktuellen Standes der Technik im Bereich der Vliesstoffherstellung und -anwendung wird eine unschatzbare Hilfe fur alle Beteiligten in der Branche und auch fur diejenigen auljerhalb der Branche sein, die mit Vliesstoffen zu tun haben oder in Zukunft haben werden. Es bleibt zu hoffen, dalj dieses Buch auch dazu beitragt, junge Talente fur diese wachsende Industrie zu gewinnen. Es gibt noch vie1 zu tun, um die Maschinen, die Rohstoffe und die Eigenschaften der Vliesstoffe weiter zu entwickeln, und ihre Nutzung zu optimieren sowie neue Einsatzgebiete zu erschlieljen.
0.1 Definition des Begriffes ,,Vliesstoff " Die Bezeichnungen der Produkte, die allgemein als Vliesstoffe bekannt sind, wurde in den meisten Sprachen in Opposition zu Geweben gepragt, die implizit als Bezugskonzept gewahlt wurden. Ein Vliesstoff (Nonwoven) war etwas, das eben nicht gewebt war. Selbst in der deutschen Sprache war der Begriff ,,Vliesstoffe" zunachst nicht eindeutig, da mit ihm auch keramische Materialien bezeichnet werden und seine
Schreibweise ungewiihnlich ist. Fachleute aber wissen uni so besser, daB Vliesstoffe einzigartig konstruierte Stoffe sind, die kosteneffektive Losungen bieten, wie z. B. fur Hygieneprodukte oder als Batterieseparatoren. Filter, Geotextilien usw. Die oftizielle Definition von Vliesstoffen enthalt I S 0 9092. Diese Definition wurde vom CEN (EN 29092) und folglich auch von DIN oder AFNOR und anderen Standardisierungsinstituten der EU angenommen. Verschiedene rechtliche Implikationen und Regulierungsimplikationen leiten sich davon ah. ') Als Hauptcharakteristikum enthalt die CEN-Definition den Hinweis, daB ein Vliesstoff ein aus Fasern gefertigtes Flachengebilde ist, das auf unterschiedliche Weise verfestigt wurde. Vliesstoffe werden ohne jede Einschrankung aus Fasern hergestellt, aber nicht notwendigerweise tizit Fasern. Die Fasern konnen sehr kurz, n u r ein paar Millimeter lang sein, wie man sie etwa beim NaBlegeverfahren einsetzt. Es konnen aber auch .,normale" Spinnfasern sein, wie sie in der traditionellen Textilindustrie verarbeitet werden, oder ,,endlose" Filamente. Die Eigenschaften und Charakteristika von Vliesstoffen hangen zum groBen Teil von der Art der eingesetzten Fasern ah. Dies konnen Naturfasern oder Chemiefasem - organische oder anorganische - sein. Das Charakteristische der Fasern ist, daB sie liinger sind als dick. Sicherheitshalber schlieflt die ISO-Definition auch verschiedene Flachengebilde aus, mit denen man - beabsichtigt oder nicht - Vliesstoffe vergleichen konnte. Vliesstoffe sind kein Papier, und in der Tat unterscheiden sich auch die aus sehr kurzen Zellulosefasem hergestellten Vliesstoffe ganz wesentlich von Papieren. weil zwischen den Fasern keine oder fast keine Wasserstoffbriickenbindungen vorhanden sind. 3 ,
'
I ' Eine bearbcitete Schicht, cin Vlie\ oder ein Faserflor aus gerichtet angeordneten oder wahllos iueinander belindlichen Fasern. verfestigt durch Reibung undhder Kohision undhder Adhiision. Ausgenommen sind Papier und Erzeugnisse, die gewebt. gestrickt. gewirkt. getuttet. unter Einhindung von Bindegarnen oder Filamenten nihgewirkt oder durch ein NaDwalken gefillt worden sind. unabhiingig davon, oh sie msiitzlich vernadelt worden sind oder nicht. Die Fawrstoffe konnen Natur- oder Chemiefaserstoffe sein. Es kann sich dahei u m Fasern oder u n i Elementarfiiden handeln. oder sie kiinnen am Einsatzort gebildet werden. (Diese Definition wird durch verschiedene Anmerkungen erginrt.)
''
Die CEN-Definition von Vliesstolten hat auch EDANA, der europiische Fachverband fur Vliesstoffe. angenommen. INDA. der nordamerihanische Fachverband. verwendet eine etwas andere. inehr uinfassende Definition, die den Vorteil hat. scheinbar einfacher zu sein: Eine Schicht, ein Vlies oder ein Faserflor iius Natur- oder Chemiefasern oder Filamenten mit Ausnahme von Papier, die nicht zu Garnen verarbeitet worden sind und die durch verschiedene Verfahren verfestigt worden sind. (Die Verfahren werden anschlieknd aufgefuhrt.) " Trotr.dem hleiben noch einige Grenrfille zum Papier oder speziellen Faserstoffen. Sie werden in den Anmerkungen der ISO/CEN-Definition abgehandelt; wir wollen aber den Leser damit nicht belasten. Wie in der Natur giht es auch hier einige Randgebiete. die sich See und Festland gegenseitig streitig machen, und wo eine endgultige Grenzziehung in gewisser Weise willkurlich ist: oder wie in1 Tier- und Ptlnnzenreich. wo die endgultige Unterscheidung von den jeweils rugrunde gelegten Kritcrien abhiingt.
Inzwischen haben sich die Dinge geregelt. Dabei haben die Uberlegungen von I S 0 und CEN zur Klarung beigetragen. Vliesstoffe sind heute eine selbstandige Art von textilen Flachengebilden, die neben Web- und Strickwaren stehen. Vliesstoffe uberschreiten aber auch die Grenzen der klassischen Textilien. Die vereinzelten Fasem, aus denen sie bestehen, konnen sehr kurz, ,,nicht spinnbar" sein - wie sie in der Papierindustrie verwendet werden - oder aus Folien bzw. anderen ,,Plastik"-Materialien stammen. Damit konnen sie auch Herstellungscharakteristika und Eigenschaften mit der Papierindustrie oder der Chemie-/Kunststoffindustrie teilen, bilden aber doch letztlich eine Welt fur sich.
0.2 Verfahrensubersicht zur Vliesstoffherstellung Es gibt drei Wege zur Vliesbildung: das Trockenvliesve$uhren, bei dem der Faserflor durch Krempeln oder Luftlegung gebildet wird - das NcrJ3vliesverjiuhren, bei dem kurze Fasem auf ein Siebband aufgeschwemmt werden - das Spinnvliesvegahren, das aus der Chemiefaserherstellung entwickelt wurde. Hierzu gehoren auch Spezialtechniken wie das Schmelzspinnen (melt-blown) oder Verdampfungsverfahren (flash-spun) usw. -
Die Handhabbarkeit der Vliese wird durch ihre Verfestigung gewahrleistet. Sie ist der zweite, sehr wichtige Schritt bei der Herstellung von Vliesstoffen. Das Verfestigungsverfahren hat einen wesentlichen EinfluB auf die Eigenschaften der Vliesstoffe. Es wird - soweit moglich - im Hinblick auf die geplante Anwendung der Vliesstoffe ausgewahlt. Die Verfestigung kann mit chemischen Mitteln (chemische Verfestigung) - Bindemitteln - erfolgen. Sie konnen kontinuierlich (durch Impragnierung, Beschichtung, Aufsprtihen) oder diskontinuierlich eingesetzt werden. Die Verfestigung kann auch durch Warmeeinwirkung erfolgen. Dabei werden geeignete Fasem ,,angeschmolzen" (Kohasionsverfestigung). Eine solche Verschmelzung kann durch Kalandrierung, Heifiluftverfestigung und Ultraschall erreicht werden. SchlieBlich IaBt sich die Verfestigung auch durch mechanische Verfahren durchfuhren (Reibungsverfestigung), wie Vemadelung, Nahwirken, Wasserstrahlverfestigung oder eine Kombination dieser Verfahren. Im Hinblick auf das Anforderungsprofil, das die Vliesstoffe erfullen mussen, erfolgt oft noch eine spezielle Ausrustung. Dazu werden verschiedene chemische Substanzen vor oder nach dem Verfestigungsvorgang eingesetzt. AuBerdem lassen sich im letzten Schritt des Herstellungsprozesses eine Reihe mechanischer Verfahren anwenden. Die Auswahl der Rohstoffe, die Vliesbildung und die Verfestigungs- sowie Ausrustungsverfahren sind verantwortlich fur die gewunschten Vliesstoffeigenschaften. Sie bieten eine Vielzahl von Gestaltungsmoglichkeiten und Ausgangs-
punkte fur ihre Weiterentwicklung. Damit bestiitigt sich eine Aussage, die schon weiter oben gemacht wurde, daB Vliesstoffe im wahrsten Sinne des Wortes konstruirrtr Stojfk sind.
0.3 Ubersicht iiber Eigenschaften, Anwendung und Okologie von Vliesstoffen Vliesstoffe sind ohne Zweifel eigenstandige Produkte mit eigenen Charakteristika. Sie sind standig um uns. Wir benutzen sie jeden Tag - haufig sogar ohne es zu merken - zumal sie auch noch oft unseren Blicken verborgen sind. Vliesstoffe konnen aufnahmefahig, atmungsaktiv, drapierbar, feuerfest, verschweifibar, leicht, fusselfrei, formbar, weich, stabil, steif, reififest, wasserabweisend sein - und noch weitere Eigenschaften haben. Verstandlicherweise lassen sich nicht alle aufgeziihlten Eigenschaften in einem einzigen Vliesstoff vereinen, vor allem dann nicht. wenn sie gegensiitzlicher Natur sind. Die Anwendungsbereiche sind auBerst vielfiiltig. Im folgenden seien nur einige Beispiele genannt: 0
0
0
0
0
0
0
0 0
Korperptlege und Hygiene: Babywindeln, Damenhygiene, Inkontinenzhilfen fur Erwachsene, Trocken- und NaBpolster, aber auch Brust-Tucher und Nasenpflaster u.a. Gesundheitswesen: OP-Vorhiinge, OP-Bekleidung und OP-Packungen, Atemschutzmasken, Verbandmaterial und Tupfer, Harnbeutel u. a. Bekleidung: Einlagestoffe, Isolier- und Schutzbekleidung, Arbeitskleidung fur die Industrie, Hitze-/Kdteschutzanzuge, Bestandteile von Schuhen usw. Haushalt: die verschiedensten Wisch- und Staubtucher, Tee- und Kaffeebeutel, Weichspuler- sowie Nahrungsmittelverpackung, Filter, Bett- und Tischwasche usw. Auto: Kofferraumauskleidungen, Hutablage und Luftfilter, Motorhaubenauskleidungen, Hitzeschilde, Biinder, Dekorationsstoffe usw. Bauwesen: Bedachung und Dachisolierung, Wiirme- und Larmisolation, Hausabdeckung, Schieferunterlagen, Drainage usw. Geotextilien: Asphaltuberzug, Bodenstabilisierung, Drainage, Schutz vor Sedimentation und Erosion usw. Filtration: Fur Luft, Gas und Flussigkeiten, Hevac-, Hepa-, Ulpa-Filter Industrie: Kabelisolierung. Schleifmittel, Kunststoffverstarkung, Batterieseparatoren, Parabolantennen, Kunstleder, Klimaanlagen, Beschichtung
Weitere Anwendungsgebiete sind: Landwirtschaft, Mobel, Freizeit und Reise, Schule, Buro usw. Die Produktion der modernen Vliesstoffe entwickelte sich aus dem Recycling von Faserabfallen und der Verwertung von Fasern von zweitrangiger Qualitat. Ein weiteres Motiv war die Materialknappheit wahrend und nach dem Zweiten Weltkrieg. Dieser bescheidene Ursprung hat - wie bei Ersatz- und Billigprodukten
0.3 Ubersicht iiher Eigenschufien, An wendung und Oknlogie von Vliessrofen
5
nicht selten - zu Fehlentwicklungen in der Technik und im Marketing gefuhrt. Sie sind der Grund fur zwei MiBverstandnisse, die auch heute noch kursieren: Vliesstoffe sind fur viele Menschen (billige) Ersatzstoffe und werden von ihnen zu den Wegwerfprodukten gezahlt. Ersatzprodukte sind prinzipiell nichts ,,Schlimmes" im Gegenteil: Wenn die Eigenschaften ,,stimmen" und die Kosten und der Preis niedriger sind, als fur das urspriingliche Erzeugnis, dann sind sie zwar Ersatz, letzten Endes aber ein Fortschritt fur Produzent und Konsument. Bei Aufnahme der Produktion war das Preisgefalle der Vliesstoffe zu den Produkten, die sie ersetzten, so hoch, dal3 auch gewisse Abstriche an ihren Leistungsprofilen akzeptiert wurden. Meistens stellte sich jedoch schnell heraus, daB Vliesstoffe ein ,,Ersatz" sind, der nicht nur Kostenerspamisse bringt, sondern in zunehmendem MaBe dem Benutzer auch zusatzliche Vorteile bietet: z. B. in Einlagestoffen, Wischtuchern, Hygieneartikeln, Operationskleidung usw. Dariiber hinaus hat die Vliesstoffindustrie Iangst bewiesen, daB es ihr gelingt, auch Textilien zu produzieren, deren Eigenschaften mit anderen Technologien nicht eingestellt werden konnen. Neben den Vliesstoffen in Einwegartikeln wird ein groBer Teil der Produktion fur dauerhafte Anwendungen eingesetzt: Einlagestoffe, Bedachung, Geotextilien, Automobiltextilien oder Bodenbelage usw. Viele Vliesstoffe, insbesondere leichtgewichtige, werden jedoch in der Tat als Einwegprodukte verwendet oder in Einwegartikel ,,eingebaut". Dies ist ein Zeichen fur hochste Effizienz. Einwegprodukte konnen nur effiziente Produkte sein, wenn sie auf die angestrebten Anforderungsprofile optimal ausgerichtet sind. An dieser Stelle ist auch ein Wort zur Okologie der Vliesstoffindustrie und ihrer Produkte angebracht. Mit einer Produktion von 1.836.000 Tonnen in 1998 ist die europaische Vliesstoffindustrie immer noch eine vergleichsweise kleine Industrie (verglichen mit 2.6 16.000 Tonnen der europaischen Textilindustrie im Jahre I994 oder der Papier- und Pappen-Industrie mit etwa 72.449.000 Tonnen). Die Vliesstoff-Herstellungsverfahren selbst sind modern, einfach und frei von unangemessenen Luft- und Wasserverunreinigungen selbst bei der Erzeugung chemisch verfestigter Vliese, die derzeit 10,2% der gesamten Vliesstoff-Produktion ausmachen. Das offizielle Industrieabfallaufkommen der Vliesstoffindustrie in Europa kann auf 75-80.000 Tonnen geschatzt werden, von denen 60% Rohstoffe sind. Die Abfallmenge der Vliesstoffindustrie ist im Vergleich zum gesamten Industrieabfallaufkommen in Europa auBerst gering (Industrieabfallaufkommen: 18% von 1929 Millionen Tonnen Gesamtabfall/Jahr - Eurostat 1996). Mindestens 2/3 des Vliesstoffindustrie-Abfalls werden recycelt. Der Rest wird auf Mulldeponien verbracht oder zunehmend durch Verbrennung in Energie umgewandelt. Die jeweilige Verwertung bzw. Verbringung hangt von den nationalen Gegebenheiten und Regelungen ab, die sich innerhalb Europas stark unterscheiden. Weiterhin sind die gebrauchten Vliesstoffe (d. h. Abfall nach der Benutzung) zu entsorgen. Die Mengen hangen vom Lebenszyklus der Vliesstoffprodukte ab. Es lafit sich schatzen, daB von den 836.000 Tonnen Vliesstoffen, die 1998 in Europa erzeugt wurden, etwa 400.000 Tonnen als Einwegprodukte oder Teile davon im selben Jahr im Gemeinde-Abfallaufkommen angefallen sind. Dies sind etwa 0,30% des geschatzten Gesamt-Gemeindeabfallaufkommens. Der Rest wird nach Ablauf der Lebensdauer nach und nach in den Abfallstrom einfliel3en. Auch hier sind die Abfallmengen gering im Vergleich zu den Abfallmengen der Papier- und Textilindu-
strie. Dariiber hinaus schaffen die Vliesstoffprodukte selbst keine eigenen Probleme. Vliesstoffabfiille kdnnen sicher gehandhabt werden (soweit es sich um den Vliesstoffanteil handelt) und lassen sich den vorhandenen Abfallentsorgungswegen zufiihren. SchlieBlich gilt es hier auch auf die zahlreichen dkologischen Vorteile hinzuweisen, die sich aus der Verwendung von Vliesstoffen ergeben, z. B. bei der Luft- und Oltiltration, bei Schutzkleidung, Geotextilien, in der Landwirtschaft usw.
0.4 Entwicklung der Vliesstoffindustrie Zu einer bedeutenden Industrie haben sich Vliesstoffe bisher in den drei wichtigen Industrieregionen der Welt entwickelt, also in den USA, Westeuropa und Japan. wobei jede Region zur technologischen Weiterentwicklung der Vliesstoffindustrie beigetragen und ihr Wachstum durch neue Anwendungen gefiirdert hat. Die Einsatzgebiete von Vliesstoffen sind in diesen Regionen im wesentlichen die gleichen, obwohl es deutliche Unterschiede bei den Kundenerwartungen und -anforderungen gibt. Hiillvliesstoffe sind in Japan, den USA und Europa etwas verschieden, medizinische Anwendungen haben sich in den USA stiirker durchgesetzt als in Europa; Zwischenwandverkleidungen sind bevorzugt in den USA vertreten: Vliesstoffeinlagen und Geotextilien haben sich dagegen schneller in Europa entwickelt, bevor sie weltweit ihren Markt gefunden haben. Wiihrend die Vliesstoffproduktion in Westeuropa I972 bei etwa 63.300 Tonnen lag, erreichte sie 1998 836.000 Tonnen. Ihr Wachstum betrug im letzten Jahr tnehr als 10%. Dies wurde init etwa 14.000 Mitarbeitem erzielt, was deutlich zeigt. wie kapitalintensiv diese lndustrie ist.
l76,l
1915
Quelle: EDANA
231.4 -
272.1
338.2
414.0
4SO.h
SS4.5
646.4
684.4
X3h.O
Europiischer E'achverband fiir Vliehstoffe und Einwepproduhte.
An dieser Produktion sind in Westeuropa weniger als 90 Firmen beteiligt. Trotz einiger Fusionen, und trotz der Tatsache, daB verschiedene Firmen zu globalen Akteuren werden, bleibt die Vliesstoffindustrie im groBen und ganzen eine Industrie von mittelgrol3en his kleinen Unternehmen oder nahezu selbstandigen Geschiiftsbereichen grol3erer Firmen. Die Produktion nach Landergruppen ist in Tabelle 0-2 dargestellt.
0.4
Eiitwicklung cler Vlic~sst~~iirlclustrir
7
Tabelle 0-2. Vliesstoffproduktion nach Gruppen europaischer Lander Lander
1991 1000
Tonnen Skandi58.0 navien GB 48,3 Frankreich 58,9 Benelux 86,2 Deutsch145.5 land Italien Entf. Sonhtige” 83.7 Gesamt 480,6
I994
1996
I998
Millionen ni’
Tonnen
Mjllionen m-
1000 Tonnen
Mjllionen m-
Tonnen
Mjllionen m-
22512
90.8
2833.0
108.3
3439.9
128,s
3048.7
1236.3 1544.7 1612.6 3969.2
54.8 69.3 92.8 172.0
1389.4 1816,X 1757.9 4753,3
57.0 67.7 85,l 183.9
1681.3 1838.3 1460,h 5262.0
74,3 89.4 93.1 213.2
16543 2286.5 1546.9 6125.8
Entf. 3514,l 16046,s
136,4 46.0
3768.9 987.4 18433.4
183.1 54.4 836,O
5136.9 1283.5 21102,8
entf. 1917.3 12531.3
1000
entf. 121.4
601,l
684,4
1000
” Enthalt bis 1994 auch die Daten fur Italien. Quelle: EDANA
Fur Europa gilt, dal3 von Anfang an die nationalen Markte fur die Vliesstoffunternehmen von sekundarer Bedeutung waren. Da bereits die damalige Produktion groljer war als die nationalen Markte, mufiten Absatzmoglichkeiten aul3erhalb der nationalen Grenzen gesucht werden. (Es sei daran erinnert, dal3 die Herstellungsgeschwindigkeit in der Vliesstoffproduktion ein Vielfaches von dem betragt, was durch Weben oder Stricken eingestellt werden kann.) An dieser Situation hat sich bisher auch nichts geandert. Deutschland ist das grol3te Vliesstoff produzierende Land Europas und auch der groljte Markt fur Vliesstoffe. Italien hat in den letzten Jahren seine Produktion schnell entwickelt, was einmal mehr seine konzeptionelle Anpassungsfahigkeit und seine Flexibilitat beim Erschliefien neuer Produktfelder widerspiegelt. Im Vergleich dazu werden die Zahlen fur die Produktion in Ubersee wie folgt geschatzt: Tabelle 0-3. Vliesstoffproduktion weltweit Lander Europa (West) Japan ” Nordamerika (1995)” Sonstige Gesamt
I994 Tonnen
I997 Tonnen
601 100 234 500 800 000 260 000 I 895 600
759 500 296 700 875 000 350000 2 28 1 200
‘ I Im Gegensatz zu Europa umfassen die Daten fur Japan und die USA die meisten Nadelfilze und Nahwirkstoffe. Quellen: Europa und andere: EDANA. Japan: 1994: Japan Nonwovens Report - 1997: MITI Nordamerika (Lieferungen): John R. Stan; Inc.
100,O
272.1
100.0
9.7 44.5 4.7 100.0
46,9 213,9 22,s 480,h
ll,3 51,6 4.1 100.0
42.1 191.2
15.2'' 370.8
122.3 41.1
54
I97,3
T
33.1
%
1991
45,l 601,l
51,7 257,4
246.9
T
1994
7.5 100.0
423
8.6
41.1
Q
56.6 684.4
51.0
303,3
273.5
T
I996
100.0
8.3
7.4 44.3
40,0
c/c
69.8 836.0
57.5
352.5
356.2
T
I998
100.0
6.9 42.2 8,3
42.6
r/r
'I
Enthalt auch andere ab Granulate auyehende Verfahren z. B. Schmelispinnen. (meltblown) oder tlash-spun Verfahren, wie auch Verbundqoffe daraus oder gerichtete Netre und perforierte Folien. I ' Enthalt alle anderen damal\ existierenden Verfahren. " Enthalt auch wasserstrahlverfestigtes Vlies. Seit I99 I werden wasserstrahlverfestiete Vliese nach dem vliesbildenden Verfahren klassitiziert, d. h. hauptsiichlich Trockenlegeverfahren.
Quelle: EDANA
Gesamt
~
13.2 50,Y
35.8 138.5 entt.
14,6
55.2
28.0
105.7'' entf. 191.5
Naliverfahren Trockenverfahren Sonstige
-
35.9
973
30.2
57.8
T
Q
T
T
Q
1988
I985
I982
Spinnvliese ' I
ProzeB
Tabelle 0-4. Vliesstotlproduktion in Europa nach Herstellungspro/eB ( i n I000 Tonnen)
2
-_ 2
-
:s *'
il
s2
7
a
2
0
3 3
3;1
I
----_
-c
=: 2
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9
Zuverlassige Statistiken fur den Umsatz der Vliesstoffindustrie (ohne verarbeitende Betriebe) fehlen bislang. Nach europaischen Schatzungen lag Westeuropa 1997 bei 3000 Millionen ECU. In den USA wird fur Nordamerika ein Gesamtumsatz von 3 140 Millionen US-Dollar angesetzt. In Europa hat sich die Vliesstoffproduktion nach Herstellungsverfahren wie folgt entwickelt (siehe Tabelle 0-4). Tabelle 0-4 zeigt eine beachtenswerte Entwicklung der Spinnvliesstoffe und ahnlicher Verfahren. Sie haben die Trockenlegeverfahren nahezu uberholt. - Die chemische Verfestigung von Vliesstoffen wird heute nur noch fur bestimmte Nischenprodukte angewandt, wahrend die thermische Verfestigung die groBte Bedeutung erlangt hat. Auch die Wasserstrahlverfestigung wird - allerdings auf niedrigem Niveau - zunehmend eingesetzt. In letzter Zeit sind Vliesstoffe aus luftgelegten Kurzfasern auf den Markt gekommen. Dies sind Produkte, die im Auge behalten werden sollten. Die Entwicklungszahlen fur den nassen Weg zeigen nicht die einmal envartete Bedeutung fur dieses Verfahren, obwohl sie sich auch mehr als verdoppelt haben. Die Verwendung von Vliesstoffen in den groBen Einsatzgebieten entwickelte sich in den vergangenen 16 Jahren wie folgt: Tabelle 0-5. Lieferung von Vliesstoffen nach Einsatzgebieten (in 1000 Tonnen) Einsatzgebiete *
1982
1985
1988
1991
Hygiene MedizinKhirurgie I ’ Wischtucher” Flussigkeitstiltration Gasfi ltration Bekleidung Einlagestoffe Bedachung Hoch- und Tietbau Ledenvaren und Beschichtungstriiger Haushalt + Bett- und Tischwasche Ubrige
52.8 12, I ” 13.8” { 8.1
73.4 7.9 24.8 ( 8.2
101,6 1x1
131,4
(22.1”
( 13,Y
( 16,4
(20.2
Gesamt
33.5
19,l
41.3 17.9”
1994
1996
202.8 233.6 21.4 24.4 49.6 57.4 (28.9“ 22.6‘’
1998 286.9 21.9 89.6 22.5‘’ 9,l
(52,l
(73.1
8.0 10.2 24,8 (89.0
14.3
14.2
12.7
14.0
19.3
48.6 24.9
25.5 103.7 51.6 30.7
30.6
30.9
46.4
46.0
53.1
59.2
74.0
42,43’ 270.3
39.9 364.6
69.6 471,s
14,4
61 1.5
73.8 682.9
96.6 827.2
(37,7
26.7?’ 210.0
12.0 25.6 ( 124.4
10.6 6.5 27.4 93.9
15.1
Quelle: EDANA * vereinfachte Unterteilungen ” ohne medir.inische Wischtucher. ?’ mit medizinischen Wischtuchem. ’) einschlielSlich Teebeuteln. ‘) einschlieMlich Teebeuteln.
Wie Tabelle 0-5 zu entnehmen ist, haben sich die Lieferungen der europaischen Vliesstoffindustrie an den Hygienesektor (in Tonnen) innerhalb von I6 Jahren etwa verfunffacht. Sie machen heute 34,7% der Gesamtlieferungen aus. Dies liegt zum Teil daran, daB die Marktdurchdringung bei Einwegwindeln uber 90-95% der potentiellen europaischen Markte erreicht hat. Weitere Griinde sind die stei-
genden Exporte von Vliesstoffen fur Hygienezwecke und der zunehmende Einsatz von Vliesstoffen fur verschiedene Anwendungen innerhalb der Babypflege (z. B. Windelumhullungen, Auslaufsperren, Bander, Aufnahme-Nerteilungsschicht, Textilschutzfolien), die Entwicklung von Inkontinenzprodukten und in geringerem Grad die Produkte fur die Damenhygiene. Hauptsachlich aufgrund der oligopolistischen Position der Hersteller von Hygiene-Produkten ist es den Vliesstoffherstellem leider nicht gelungen, ausreichende Gewinne in diesem Sektor zu erzielen. Ein weiterer Sektor mit wachsenden Produktionen sind die Wischtucher, sei es fur industrielle, private oder Haushaltanwendungen. Im Hygiene- und dem Wischtuchsektor handelt es sich um relativ leichte Produkte, so daB sie einen noch groBeren Anteil an den Vliesstofflieferungen haben, wenn man die Ergebnisse in m2 ausdriickt. Weiterhin haben sich die Anwendungen von Vliesstoffen im Bereich des Hochund Tiefbaus (Geotextilien) sowie im Bedachungssektor im Laufe von 16 Jahren verdreifacht. Auf der anderen Seite konnte das Wachstum der Vliesstoffe fur medizinische Zwecke die Erwartungen nicht erfullen; die Marktdurchdnngung hYlt hier einem Vergleich mit den in den USA erzielten Zahlen nicht stand. Die Verwendung von Einlagen aus Vliesstoffen ist zwar in der Bekleidungsindustrie vorherrschend, hat sich aber in Europa aufgrund der Schwierigkeiten in der Bekleidungsindustrie nicht - wie erhofft - weiterentwickelt. Der Zuwachs an eingesetzten Fasern spiegelt die Trends in der Vliesstoffproduktion wider. In den vergangenen 16 Jahren ist Polypropylen zur wichtigsten Faser bzw. zum wichtigsten Polymer in der gesamten Vliesstoffindustrie geworden. Andere Fasern, die noch 1982 einen grol3en Anteil hatten, z. B. Viskose oder Polyester, haben heute nur noch einen unterdurchschnittlichen Anteil (z. B. Polyester) oder stagnieren (z. B. Viskose). Auf der anderen Seite ist die Verwendung von Zellstoff (Fluff) betrachtlich gestiegen. Auch andere, hauptsachlich fur SpezialanwendunTahelle 0-6. Faserverhrauch
'
i n der (westeuropiiischen) Vliesstoffindurtrie (in I000 Tonnen)
I982 Rayonviskose 55.6 53.9 Polyester 11.2 Po I y am i d Pol y propy len 40.3 Bikoniponentenfasern entf. Sonstige Cheniietasern 5.7 12.2 Zellstoff Naturt'asern 9.9 Mineralfasern und andere I .9 Moterialien ] 190.7 Gesamt
'
~
~~
I985
1988
1991
1994
I996
I998
52.6 67.1 I0,2 93.4 Entf. 5.0 17.5 10.4 2,I
50.3 91.3 11.3 1433 17.2 4.0 33.0
53.5 90.8 13.6 209.2
53,6 1 13.0
59.0 132.9 13,s 334.9 33.2 33.5 80,O 13.1
72.2 168.5 12.3 404.6 31.9 43.3 96.4 13.6
6.5
11.6
258.3
364.8
706.6
854.7
11.8
2,6
16.9
35.2 43.9 I X,7 4.2 484
13.5 29 I ,9 31.2 38.3 68.8 15.0 7.2 633.5
~~
Quelle: EDANA Verstanden a l s Polymer-Granulate oder Fasern ahhiingig des Herstellungsverfahrenr. Bis I986 wurden die Daten fur Bikomponententasern nach ihrcn Komponenten oufgeteilt und klassi-
'
fiiicrt.
0.5 Perspektiven d e r Vliessto,fJindustrie
I1
gen eingesetzte Chemiefasern haben ihren Markt. Die Einsatzmenge an Naturfasern, wie Baumwolle oder Wolle, ist klein. Um dieses Bild von der Vliesstoffindustrie (in Europa) abzurunden, sol1 noch hinzugefugt werden, daB die AuBenhandelsbilanz der europaischen Vliesstoffindustrie positiv ist. Bei all ihrer Unvollkommenheit lassen die Statistiken doch erkennen, daB (West)Europa mehr Vliesstoffe exportiert als importiert, wobei der Uberschul3 1997 in der GroRenordnung von 80.000 Tonnen (380400.000 US-Dollar) lag und weiter anwachst. Ein Defizit ist jedoch gegenuber den USA zu verzeichnen, das durch die Handelspolitik der dominierenden US-Unternehmen mit Tochtergesellschaften in Europa stark beeinflul3t ist.
0.5 Perspektiven der Vliesstoffindustrie Im Hinblick auf die Zukunft der Vliesstoffindustrie in Europa stellen sich verschiedene Fragen. Offensichtlich ist Wachstum kein Problem. In der ,,Ubrigen Welt" haben Produktion und Einsatz von Vliesstoffen kaum begonnen. Wie sieht es aber in dem industrialisierten Europa aus? 1st hier die Vliesstoffindustrie nicht schon voll entwickelt? Sind noch Einsatzgebiete denkbar, die den vorherrschenden Einsatz im Hygiene-Sektor nachhaltig erganzen konnten? Wird die Vliesstoffindustrie nicht ein ahnliches Schicksal erleiden wie die europaische Textil- und Bekleidungsindustrie? Es gibt zwar keine Kristallkugel, die die Zukunft verrat, vielleicht helfen aber einige Uberlegungen bei der Suche nach dem Weg in die Zukunft. Die Vliesstoff-Herstellungsverfahren wurden in den vergangenen Jahren so schnell weiterentwickelt, daR die Vermutung gerechtfertigt erscheint, daB sie auch in der uberschaubaren Zukunft noch nutzbare Reserven enthalten. Dabei kommt es darauf an, den Fasereinsatz, die Vliesbildung und die Vliesverfestigung als Einheit zu sehen und optimal auf die Leistungsprofile der jeweiligen Vliesstoffqualitaten auszurichten. Das in den einschlagigen Firmen bereits entwickelte Knowhow durfte hierfur eine gute Voraussetzung sein. Weitere Chancen fur die Vliesstoffindustrie lassen sich aus der Entwicklung neuartiger Artikel in der Vergangenheit ableiten. Sie haben gezeigt, daB in den alten Einsatzgebieten - was eigentlich nicht uberraschen durfte - noch viele Verbesserungsmoglichkeiten steckten und die sachgerechte Nutzung der Vliesstofftechnologie auch hervorragende Voraussetzungen fur die Herstellung neuartiger ,,maBgeschneiderter" Textilien bietet. Zur Sicherung dieser Chancen fur die Vliesstoffindustrie sind allerdings zielgerichtete FE-MaBnahmen erforderlich, die sich sowohl mit der Rohstoffversorgung als auch mit der Maschinen- und Verfahrensentwicklung beschaftigen. Hierbei mu13 beriicksichtigt werden, daB die Vliesstoffindustrie heute schon Fasern einsetzt, deren Eigenschaften speziell auf ihre Belange zugeschnitten sind und der Maschinenpark auch vliesstoffspezifisch ist. Dariiber hinaus gilt es, die Industrie in Europa in ihrem Verhaltnis zur ubrigen Welt und zu den derzeitigen und potentiellen Kunden angemessen zu positionieren. Fusionen sind Losungen, die in die-
12
0 Einfiihritng in ckus Gehirt d e r Vliastqffe
sem Zusammenhang zu priifen sind, zumal sie hiufig die Verhandlungspositionen verbessern, Preise beeinflussen sowie neue Marktchance schaffen konnen. Derartige Verinderungen diirfen allerdings nicht auf Kosten der Flexibilitat - auch in Bezug auf NEUE Markte - gehen. Aus diesen Grunden sind nach meiner Ansicht in Europa eine verstarkte Werbung fur Vliesstoffe sowie Marketinginvestitionen und F/E-Anstrengungen vonnoten, um die zweite Stufe der ,,Vliesstoff-Rakete" zu ziinden.
Teil I Rohstoffe fur die Vliesstofferzeugung
Vliesstoffe sind textile Flachengebilde aus vereinzelten Fasern, die mittels endartikelorientierter Technologien eine angemessene Ordnung erfahren haben und zur Sicherung ihrer Gebrauchstuchtigkeit zielgerichtet verfestigt sind. Deshalb kommen der Faserwahl und gegebenenfalls auch den Hilfsmitteln zur Verfestigung eine besondere Bedeutung zu. Faserwahl heiBt hier: Faserrohstoff und die effektiven Faserabmessungen. Sie pragen die Vliesstoffeigenschaften in der Regel starker als bei textilen Flachengebilden aus Garnen. - Die Hilfsmittel zur Verfestigung sind eine weitere wichtige Moglichkeit zur Beeinflussung der Vliesstoffeigenschaften.
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1 Fasern (W Albrecht)
Zu Vliesstoffen konnen praktisch alle Faserarten verarbeitet werden. Ihre Auswahl richtet sich nach
- dem Anforderungsprofil der Vliesstoffe und - dem Kosten-/NutZen-Verhaltnis Es werden
- bevorzugt zellulosische und synthetische Chemiefasern - aber auch Naturfasern - und anorganische Fasern verarbeitet. Die Vielfalt der Faserarten und der in Produktion befindlichen bzw. zu entwikkelnden Vliesstoffe macht es unmoglich, hier all ihre Namen und Eigenschaften zu nennen. Dafur sollen aber die wichtigsten Zusammenhange aufgezeigt und einschlagige Literaturzitate angegeben werden. Dariiber hinaus wird noch empfohlen, weitergehende Details - z.B. von Chemiefasern - zu erfragen und ihre praktische Bedeutung fur die Herstellung und den Gebrauch von Vliesstoffen in Versuchen zu priifen.
1.1 Naturfasern 1.1.1 Pflanzliche Fasern Die pflanzlichen Fasern enthalten als wichtigste Bausubstanz Zellulose. Sie ist hydrophil und hygroskopisch. Neben der Zellulose sind in den pflanzlichen Fasern noch verschiedene Begleitsubstanzen, die ihre Eigenschaften mitbestimmen. Die wichtigste pflanzliche Faser fur den Vliesstoffsektor ist die Baumwolle. Ihre Produktionsentwicklung zeigt Tabelle I - 1. Tabelle 1-1. Entwicklung der Welt-Baumwollproduktion 198 1 bis 1998 Jahr 1981 1986 1991 19%
t
Menge
Flache km2
ErtraglFllche kglha
14995000 15264000 20 805 000 19 548 000
330690 292010 349 390 337 670
47 I 523 595 579
16
I Fu.si.rn
Baumwolle (Gossypium) Die verschiedenen Baumwollprovenienzen gehoren zu den Malvengewachsen und benotigen zum Wachstum zur rechten Zeit Feuchtigkeit bzw. trockene Warme. Die einjahrige Pflanze wird 1-2 m hoch. In den walnul3grol3en Friichten sind die Samenkomer enthalten, die mit mehr oder minder langen Faserchen besetzt sind. Die Fruchtkapseln springen wahrend der Reifezeit auf, und die Baumwolle quillt in dicken weisen Flocken hervor. Die Emte erfolgt meist maschinell und enthalt daher mehr Verunreinigungen als bei der friiheren Handpfluckung. Nach dem Emten werden auf Egreniermaschinen die Samenkomer entfemt. Dann wird die Baumwolle in Ballen verpackt. Die kurzen Fasem (Linters) werden mit Spezialmaschinen entfemt und dienen als zellulosischer Rohstoff zur Herstellung der verschiedensten Produkte, u. a. von Cupro- und Acetatfasem. Linters werden auch direkt im Vliesstoffbereich eingesetzt. Die Rohbaumwolle enthalt: -
-
80 bis 90% Zellulose 6 bis 8% Wasser 0,5 bis 1,0% Wachse und Fette 0 bis 1,5% Proteinsubstanzen 4 bis 6% Hemizellulosen und Pektine I bis 1,8% Asche
Die Cute und damit die Klassierung der Baumwolle hangt von folgenden Eigenschaften ab: -
Faserlange (10-50 mm) Feinheit ( I ,0-2,8 dtex) Farbe Reinheit (Trash und Staub) Festigkeit (25-50 cN/tex) Dehnung (7-10%)
Tabelle 1-2. Anteile der verschiedenen Llnder bzw. Regionen an der Welthaumwo1lpr~)duktion I997/ I998 Land/Region
Menge t
Europ. Gemeinxhaft ehem. UdSSR darunter Usbekistan Chino Asien ohne China darunter M i e n Israel USA Atnerika ohne USA Afrika darunter Agypten Ost-Europa
465 000 1 587 000 1 I 50 000 4400000 6 156000 2 450 000 53 000 4 looooo I 040000 I 797 000 350 000 3 000
Anbautllche km’
Ertrag/Fllche kgha
4 980 25510 I5 050 46 000 138 650 88 060 290 53 760 23 840 44 790 3 730 140
934 622 764 957 444 278 1828 763 445 40 I 937 23 1
1. I Natugasern
17
Erst durch alkalisches Abkochen undoder Bleichen erhalt die Baumwollfaser ihre gewunschten Eigenschaften und die fur viele Zwecke geforderte Reinheit. Durch das Kalt- bzw. HeiBmercerisieren wird den Fasem ein von der Faseroberflache bestimmter, edler Glanz verliehen. Als besonderes Charakteristikum der Baumwolle ist hervorzuheben, daB sie im nassen Zustand his zu 10% fester ist als im trockenen. Die guten mechanischen Eigenschaften und der hohe Gebrauchswert lassen sich durch ihren Aufbau erklaren. Die Baumwolle besitzt - wie Abb. 1-1 zeigt - gute form- und aufbaubedingte Voraussetzungen fur den Einsatz in Vliesstoffen (bandchenformiger Querschnitt, wendelformige Verdrillung, Hohlstruktur, hohe Naljfestigkeit bei hohem Modul, Hygroskopizitat). Deshalb hat ihr Einsatz auch in den ersten Jahren der Vliesstoffproduktion zu gewissen Erfolgen gefuhrt. Diese wurden aber schon damals durch die Unreinheiten gemindert, die die Herstellung der Vliesstoffe storten und den Gebrauch der Artikel fragwurdig machten. Dies 1aBt sich praktisch auch nicht andem, nachdem im VliesstoffherstellungsprozeB im allgemeinen Unreinheiten nur ungenugend ausgeschieden oder unwirksam werden konnen. So fuhrten die Unreinheiten zwangslaufig schnell zu dem bekannten mengenmaBigen Ruckgang im Einsatz von Baumwolle im Vliesstoffbereich.
Abb. 1-1. a) Querschnitte, b) Langsansichten von Baumwollfasern
Jute (Corchorus) Im wesentlichen werden zwei Jutearten zur Gewinnung von Bastfasem angebaut; die bengalische Jute ist wegen ihrer Geschmeidigkeit besonders geschatzt. Als Gewebebestandteile der Rinde sind es GefaBbundelstrange der Innenrinde, die durch besondere Aufbereitungsvorgange in einer speziellen Industrie zum Faserstoff werden. Die Qualitat der Rohjute wird bestimmt durch die Bodenbeschaffenheit, Klima und Roste, die zum Trennen des Bastes von der Rinde nach Ablosen von 3-5 m langen Stengeln erforderlich ist. Bei der Verarbeitung wird durch ,,Batschen" mit weichmachenden Olen der Pflanzenleim im Bastband erweicht, mehrfach gequetscht und dadurch zur weiteren Verarbeitung geschmeidig gemacht. Die langen Bastbander werden auf kraftigen Karden, Krempeln oder Spezialmaschinen in kurzere Stucke (25-35 cm) gerissen und als Vlies abgelegt.
Jute ist chemisch ein stark verholztes Faserbundel. Es besteht in etwa aus: -
-
-
60% Zellulose 26% Hemizellulosen 1 1 % Lignin 1% Proteinsubstanzen 1 % Wachse und Fette 1% Asche
wobei eine Verbindung von Zellulose und Lignin (Lignozellulose, Bastose) vorliegt, die gegenuber anderen Bastfasern ein abweichendes Verhalten aufweist. Jute ist fur spezielle Vliesstoffeinsatzgebiete von Bedeutung. Durch ihren relativ niedrigen Preis und ihre guten physikalischen Eigenschaften wird sie vorwiegend -
als Grundmaterial im Bodenbelag als Unter- bzw. Zwischenschicht bei Nadelvliesbodenbelagen und in Formteilen, wie z.B. Polstern
eingesetzt. Im Grundmaterial, z. B. fur Bodenbelage, tritt nach Monaten oder Jahren eine Flachenverformung in Gehrichtung auf, die beim Verlegen bereits zu beriicksichtigen ist. Sie hat ihre Ursache in der Formstabilitat der Einzelfasern, die infolge der einwirkenden Krafte mit der Zeit aneinander abgleiten. Weiterhin ist zu beachten, da13 Jute verrotten kann.
Abb. 1-2. a) Querschnitte. h ) Lingsansicht von Jute
Flachs oder Lein (Linum usitatissimum) Der einjahrige Flachs wird fur die Fasergewinnung kurz vor der Samenreife geerntet. Der Ertrag ist etwa 4000 kg/ha, wovon 600 bis 1000 kg Rohflachs gewonnen werden.
I.1 Nuturjiusern
19
Die im Parenchym des Stengels konzentriert eingelagerten Faserbundel werden durch ,,Roste" freigelegt. Dann wird der Flachs gewaschen, getrocknet und ,,gebrochen", um das murbe gewordene Holz vom Bast zu Iosen und die Fasem voneinander zu trennen. Die Entfemung der Holzanteile erfolgt durch ,,Schwingmaschinen" (umlaufende Schlagenverke). Auf Hechelmaschinen werden die Fasem schlieljlich ausgekammt. Flachs zeichnet sich durch hohe Festigkeit, geringe Dehnung und Krauselung aus. Er wird auch zu Vliesstoffen - meist fur die Herstellung von Formkorpem verarbeitet.
Manilahanf (Musa textilis) Zu den unechten oder Skereuchym-Bastfasem gehort u. a. auch der Manilahanf. Er wird aus ,,Scheinstammen", das sind ineinander gerollte Blattscheiden (Blattbast), durch Trocknen und Klopfen gewonnen. Die gelblichen bis braunen Bastfasem sind etwa 5-8 mm lang, sehr fest, sehr leicht und glanzend. Sie besitzen eine sehr hohe NaB- und Verrottungsfestigkeit (Abb. 1-3).
Abb. 1-3. a) Querschnitt, b) Langsansicht von Hanf (Aufnahmen ACORDIS, Mikrolabor)
Manilahanf wird zur Herstellung von Teebeuteln und dem Manilapapier auf modifizierten Papiermaschinen eingesetzt. Er verleiht diesen Spezialpapieren besondere Eigenschaften, wobei nicht nur die Festigkeit der Fasem, sondem auch ihr Pektingehalt eine Rolle spielt.
Kokosfasern (COCOS nucifera) Kokosfasem werden als Fruchtfasem unreifer Kokosnusse, die in Seewasser gerostet werden, durch Hecheln und Quetschen aus dem Verband der Fruchtrinde gelost. Die Rohfasem sind 15 - 35 cm lang und haben 50-300 pm Durchmesser. Kokosfasem werden im Vliesstoffbereich zu Matten sowie groben Full- und Polstervliesen verarbeitet.
Abb. 1-4. a) Querschnitt, b) Langsansicht von Kokos (Aufnahmen ACORDIS. Mikrolabor)
1.1.2 Tierische Fasern Schafwolle (Ovis aries) Von den tierischen Wollen und Haaren hat nur die Schafwolle - wegen ihres Preises meist in Form von ReiBwolle oder Verarbeitungsabfallen - eine gewisse Bedeutung fur den Vliesstoffsektor. Die UngleichmaBigkeiten und die Verunreinigungen der ReiBwolle sowie die durch ihre Vorgeschichte beeinflufiten chemischen und physikalischen Eigenschaften schranken die Einsatzmoglichkeiten ein. In der Langsansicht (Abb. 1-5) ist die Schuppenstruktur der Wolle gut zu erkennen. Sie ist bei ReiCjwollen nicht mehr so ausgepragt, aber fur Full-, holier- und Unterschichten noch durchaus ausreichend zur Gewahrleistung der notwendigen Festigkeiten der Flachengebilde. Vom Chemiefaserstandpunkt aus ist Wolle eine Bikonstituentenfaser, angemessen steif sowie gut und permanent gekrauselt. Die deutlichen Feinheitsunterschiede der Fasern sind fur den Vliesstoffbereich meist von Vorteil. Wollvliese sind wie die seit altersher aus der Wolle erzeugten Filze relativ gut formbestandig, voluminiis und wirken mit ihren groBen eingeschlossenen Luftraumen gut isolierend.
Abb. 1-5. a) Querschnitt. b ) Langsansicht von Wolle (Aufnahmen ACORDIS, Mikrolabor)
1.2 Chemiefasern
21
Tabelle 1-3. Wolleproduktion weltweit und ihre Verteilung auf verschiedene LandedRegionen Jahr
Menge 1000 t
Land/Region 1996/97
Menge in 1000 t
Anteil in O/o der Gesaniterzeugung
1981
1616
642
44.0
I986 1991
I789 I734
Australied Neuseeland China Osteuropa
I50 I19
10.3 8. I
I996
1456
Westeuropa Uruguay Argentinien Siidafrika
1OX
7,4
60 41 35
4.I 2.8 2.4
Seide (Bombyx mori) Die aus einem Fibroinkem und einem Sericinmantel aufgebaute Seidenfaser, ist infolge der Filamentverklebungen durch das Sericin relativ steif. Von der Menge her, aber auch aus Preisgriinden, kann sie eine bedeutende Rolle spielen. Beachtenswert sind jedoch ihre Festigkeit und ihre Faserfeinheit (Oberfliiche). Sie findet Verwendung in teueren Spezialpapieren.
Abb. 1-6. a) Querschnitte, b) Langsansicht von Seide (Aufnahmen ACORDIS. Mikrolabor)
1.2 Chemiefasern Tabelle 0-6 zeigt die grol3e Bedeutung der Chemiefasern fur die Herstellung von Vliesstoffen. Bei der Besprechung der Fasern wird besonders auf die Eigenschaften eingegangen, die fur die Vliesherstellung, die Verfestigung zum Vliesstoff und den Vliesstoffgebrauch wichtig sind. Die ubrigen Eigenschaften der Fasem sind in zahlreichen anderen Publikationen ausreichend beschrieben. Die Bedeutung der Chemiefasem fur den Vliesstoffbereich hat seit Ende der 50er Jahre schnell zugenommen. Erst sie schufen die Voraussetzungen dafur, Vliesstoffe zielgerichtet fur viele neue Einsatzgebiete zu entwickeln.
22
I
Fusrrn
1.2.1 Chemiefasern aus natiirlichen Polymeren Zellulosische Chemiefasern Die zellulosischen Chemiefasern werden in Vliesstoffen rein und auch in Mischung mit anderen Fasern verarbeitet. Sie werden prinzipiell nach zwei Verfahren hergestellt: Regenerierung von Zellulosefasern aus Losungen von Zellulosederivaten (Viskose, Modal, Polynosics) und - Regenerierung von Zellulosefasern aus Losungen von Zellulose (Cupro, Lyocell) -
Da die nach dem Cupro- und Lyocell-Verfahren produzierten Fasern bisher keine groBe Bedeutung fur den Vliesstoffbereich gewonnen haben, werden im folgenden Abschnitt bevorzugt die nach dem Viskoseverfahren erzeugten Fasern behandelt. Es muB aber angemerkt werden, daB die Cupro- und Lyocellfasern Eigenschaften besitzen, die fur die Vliesstoffherstellung und ihren Gebrauch nutzlich sein konnen. So nutzt Asahi/Japan die Verklebungsneigung von Cupro-Filamenten bei der Regenerierung der Zellulose zur Erzeugung von bindemittelfreien zellulosischen Spinnvliesen. - Die Fibrillationsneigung der Lyocellfasern kann sicher ebenfalls im Vliesstoffbereich zur Einstellung spezieller Eigenschaften fuhren.
Viskosespinnfasern Durch Variation der Spinnrezepturen fur das Viskoseverfahren (Zusammensetzung von Viskose undloder Fallbad) sowie der Verstreckungsbedingungen der frisch ersponnenen Filamente lassen sich verschiedene Spinnfasergrundtypen herstellen. Sie sind mit ihren charakteristischen Eigenschaften in Tabelle 1-4 zusammengestellt. Einige dieser Werte sind aber mehr fur die Garnhersteller und -verarbeiter von lnteresse als fur den Vliesstoffbereich, nachdem es bei Vliesstoffen kaum gelingt, die fur die Fasern angegebenen Festigkeits- und Dehnungswerte in Vliesstoffen zum Tragen zu bringen. Faserfeinheit, relative NaBfestigkeit, Wasserruckhaltevermogen, NaBmodul und Mercerisierbarkeit jedoch konnen direkt und im ubertragenen Sinn fur die Vliesstoffherstellung und den Vliesstoffeinsatz von Bedeutung sein. Durch die Wahl der Feinheit (Titer) der zum Einsatz kommenden Fasem wird eine Reihe von Festlegungen fur den herzustellenden Vliesstoff getroffen: -
-
-
Aufliisung der Fasern bei der Vliesbildung: feinere Fasern fuhren bei gleicher Flachenmasse zu einer groBeren Substanzoberflache = Deckkraft, die aber u. U. schwieriger gleichmd3ig herzustellen ist, jedoch wegen der oft angestrebten niedrigen Flachenmassen notwendig ist. Faseroberflache im Vlies bzw. Vliesstoff Sie kann fur die Verfestigung ebenso von Bedeutung sein wie fur den Einsatz der Flachengebilde (Filter) und die Einstellung der Flachenmasse. Steifigkeit des Vliesstoffs: Wenngleich sie mehr von der Flachenmasse und der Art der Verfestigung abhangt, spielt die Faserfeinheit doch eine wichtige Rolle.
23
1.2 Chemiefasern Tabelle 1-4. Die wichtigsten Viskosespinnfasern mit den sie charakterisierenden Eigenschaften Viskosespinnfaser-Grndtypen
Eigenschaften
NormalType
hochgekrauselte TYPe
hochnaafeste Type
Modalfasern Polynosic
HWM
Feinheit
dtex
1.3- I00
2.4-25
1,4-7.8
1.7-4.2
1.7-3.0
feinheitsbezogene Hochstzugkraft trocken
cN/tex
27-7.5
24-18
36-28
45-32
45-36
HochstzugkraftDehnung trocken
c/r
16-30
8-14
14-18
9%
60-65
20-30 60-65
21-28
NaBfestigkeit rel.
65-80
72-65
75-65
Wasseniickhaltevermogen
r/c
90-115
90-115
65-80
65-75
65-75
nein
nein
nein
gut
bedingt
Mercerisierbarkeit
In der GroBproduktion haben sich Fasern rnit Feinheiten von 1,0 bis 5,O dtex mit Schwerpunkt von 1,7 bis 3,3 dtex bewahrt. Feinere und grobere Fasern werden jedoch fur Spezialzwecke auch eingesetzt. Hochstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung sind vertraute Charakteristika. Ihre grol3e Bedeutung fur die Garnherstellung und -verarbeitung schrumpft fur die Vliesstoffherstellung und den Vliesstoffeinsatz auf ein Minimum zusammen, nachdem sie im Vlies selbst kaum wirksam werden konnen und im Vliesstoff erst die Kombination FaserBindesystem die effektiven Festigkeits- und Dehnungseigenschaften einstellt. Fur die Gebrauchstuchtigkeit - besonders der chemisch gebundenen Vliesstoffe - spielen die Faserquerfestigkeit und ihr Hohlraumvolumen eine wichtige Rolle. Sie erklaren auch die grofie Bedeutung, die die hochnafifesten Viskosefasern speziell fur Einlagevliesstoffe gewonnen haben. Sie besitzen von den in Tabelle 1-4 beschriebenen Fasern mit Abstand die hochste Querfestigkeit und das hochste Hohlraumvolumen. Das Hohlraumvolumen gewahrleistet bei Biegebeanspruchungen eine leichtere Aufnahme der im Bogen verdrangten Fasersubstanz. Die NaBfestigkeit im Vlies bzw. Vliesstoff kann fur die Herstellung aber auch fur den Gebrauch von Bedeutung sein. So kann sie sich bei der meist kontinuierlichen Fertigung der Vliesstoffe im nassen Zustand oder auch bei der chemischen Verfestigung auswirken. Friiher in der Praxis vorgekommene Schwierigkeiten treten nach Anpassung der Produktionsbedingungen heute kaum noch auf. Das Wasserruckhaltevermogen kann verschiedene Auswirkungen haben. Einmal ist es fur den nassen Weg der Vliesstoffherstellung von beachtlicher Bedeutung, weil ein hoher Wert (ca. 120%) - u.U. sogar ein sehr hoher (ca. 300%) - zu einer gleichmafiigeren Suspension fuhrt als ein niedrigerer (ca. 90%). Diese Tatsache hat ihre Ursache darin, daB sich die hochgequollenen Fasern wie ein mit Flussigkeit gefullter Schlauch verhalten und in dieser Form keine ,,Wassergespinste" bilden. Nutzen IaBt sich dieser Effekt auch noch dadurch, daB bei der NaBvliesstoffherstellung Fasern mit groBerer Lange eingesetzt werden konnen und sich die Sus-
24 > 120 Yo
120 % Wasserruckhaltvermogen 100 80
60 40
20
0
.-
Baum- Poly- hochnaR- HWM- Normal- hoch- k a g u - spezielle wolle nosic feste Type type gekrau- lations- Typen Type selte faser Faser
Abb. 1-7. Wasserriickhalteveriniigen verschiedener Viskosespiniifasertypen
iin
Vergleich zu Bauniwolle
pensionen selbst bei kleinerem Flottenverhaltnis Ianger halten. Dieser Vorteil ist fur die Trocknung zwangslaufig von Nachteil. - Vliesstoffe aus solchen Fasern eignen sich auch gut fur manchen medizinischen Einsatzzweck, zumal ein hohes Wasserruckhaltevermogen in der Regel auch mit einer schnellen Aufnahme von ,,angebotenen Flussigkeiten" korrespondiert. Das hohe Wasserruckhaltevermogen kann aber auch bei der Feuchtigkeitsaufnahme zu einer Flussigkeitstrennung fuhren, indem z. B. Wasser schneller aufgenommen wird als grdJere und weniger bewegliche Molekule, die sich dann sogar an der Oberflache ablagem konnen. Weiterhin ist zu beachten, dalj sich die gequollenen Fasem bei der Trocknung bevorzugt in Richtung ihres Durchmessers aber auch in Richtung der Faserachse wieder zusammenziehen. Hat dann z. B. das Bindersystem ein geringeres Schrumpfvermiigen, so werden die Fasern nicht mehr vollstandig vom Binder umgeben sein und Mikroporen zwischen Faser und Binder entstehen. Abb. 1-7 zeigt das Wasserruckhaltevermogen der verschiedenen Zellulosefasern. Sie erleichtert die Fasenvahl und die Einstellung der Vliesstoffherstellungsbedingungen. Obwohl Formstabilitat und Steifigkeit von Vliesstoffen mehr von der Art der Bindung als von den eingesetzten Fasem bestimmt werden, liefert der NaBmodul doch einen gewissen Beitrag. Tritt bei kleinen Kraften, die im nassen Zustand einwirken, schon eine relativ grolSe Verformung ein, so hat das Bindersystem noch mehr zu ,,leisten", was dann zu Lasten der textilen Vliesstoffeigenschaften gehen kann. Die Begriffe ,,Anfangsmodul" und ,,Bezugskraft" werden in Abb. 1-8 erklart. In der Vliesstoffindustrie - speziell beim Einsatz von Kurzfasem - spielt auch noch der Schlankheitsgrad eine nicht zu vernachlassigende Rolle. Von besonderer Wichtigkeit ist er fur die Vliesstoffherstellung auf dem nassen Weg und in den Grenzbereichen beim aerodynamischen Verfahren. Der Schlankheitsgrad wird durch folgende Formel ausgedriickt: 100 . Faserl ange Schlankheitsgrad = JFaserfeinheit Die Faserlange wird in mm und die Faserfeinheit in dtex angegeben.
1.2 Chemiefusern
25
a=
m
Y
Anfangsmodul Bezugskraft
Dehnung
-
Abb. 1-8. Anfangsbereiche der KD-Diagramme von PET- und CV-Spinnfasern zur Bestimmung des Anfangsmoduls und der Bezugskraft
Ein Beispiel zeigt, dalj dem Verhaltnis von Faserlange und -feinheit eine nicht zu vernachlassigende Bedeutung zukommt. So betragt der Schlankheitsgrad einer 1,6-dtex-Faser von 6 mm Faserlange 474 und von 10 mm Faserlange 791. Hohere Werte fur den Schlankheitsgrad konnen Verarbeitungsschwiergkeiten zur Folge haben. Sie werden jedoch oft und gem bis an die Grenze ausgefahren, um speziell ,,NaBvliesstoffen" textilere Eigenschaften zu verleihen. - Dieses Beispiel zeigt deutlich, wie wichtig es ist, die einzelnen effektiven - und nicht nur die Nennkennwerte - zu beachten. Das Mercerisierverhalten ist ein aus der konventionellen Textilpraxis ubernommenes Kriterium, das im Vliesstoffbereich angemessen zu bewerten ist. Es kann sein, dalj im Verlauf des Vliesstoftherstellungsverfahrens alkalische Prozesse durchgefuhrt werden. Ahnliche Behandlungen sind auch beim spateren Gebrauch der Vliesstoffe moglich. Die Mercerisiereigenschaften gestatten nun eine Aussage uber das faserseitige Verhalten von Vliestoffen in mehr oder minder alkalischen Medien. Weitere wichtige - nicht in Tabelle 1-4 aufgefuhrte - Fasereigenschaften sind die Querschnittsform und die Oberflachenbeschaffenheit. Abb. 1-9 zeigt die Querschnittsformen und die Faserstrukturen von normalen, hochfesten und hochnal3festen Viskosespinnfasern. Auffallig ist zunachst, dal3 sich die Querschnittsformen von gelappt nach abgerundet verandern. Die Unterschiede zwischen den Faserarten auljern sich bei der Vliesherstellung in der Offnungswilligkeit und im Verzugsverhalten der Fasern. - Weiterhin fallt auf, dalj die Faserstruktur uber den Querschnitt verschieden ist. Dies zeigen der mehr oder minder dicke Fasermantel bzw. die Vollmantelstruktur bei der noch naljfesten Type. Diese Strukturen bedingen auch das in Abb. 1-7 angegebene Wasseniickhaltevermogen. Praktisch bedeutet dies fur den Vliesstoffbereich, dalj sich die normalen und die hochnaljfesten Viskosefasern auch etwas unterschiedlich gegenuber Flussigkeiten verhalten: - die hochnaljfesten Fasem saugen Flussigkeiten schneller
26
1 Fmrrti
a)
b)
Abb. 1-9. Querachnitte verschiedener Viskosespinnfasern. a) Normalvishose. b) hochleste Vikose. c ) hochnaljfeste Viskose
auf, besitzen aber ein geringeres Aufnahmevermogen. Dies bedeutet bei der dichteren Struktur der Substanz hochnaBfester Viskosefasem, daB diese Fasem - wie bereits erwahnt - Mikrohohlrlume enthalten mussen. Diese Mikrohohlraume sorgen n u n aber auch fur die hohe Biegefestigkeit dieser Faserart. Die hohere Substanzdichte uber den Faserquerschnitt hat zusammen mit dem niedrigen Modul aber auch noch andere praktische Konsequenzen. So ist die Vernadelung etwas erschwert. Der Praktiker hilft sich, um Nadelbruch zu vermeiden, durch entsprechende Faserwahl: - grobere Titer oder die Zumischung von normalen Viskosespinnfasern gewahrleisten die gewunschten Vernadelungseigenschaften. Fur die Vliesstoffpraxis bedeuten die Strukturunterschiede zwischen diesen beiden Fasertypen: -
-
Normaltype: gute Verarbeitbarkeit, normale Vliesstoffeigenschaften, niedrigster Preis, allgemeine Verfugbarkeit HochnaBfeste Type: gute Verarbeitbarkeit bei entsprechender Sorgfalt, bessere Ausrustbarkeit, hohere Substanzausnutzung, bessere Biegewerte und damit deutlich hohere Gebrauchstuchtigkeit, eingeschriinkte Vedugbarkeit
Abb. 1 - I0 zeigt Bilder von den Querschnitten und der Langsansicht von hochgekrauselten Viskosespinnfasem. Die Querschnittsform entspricht den Normalfasern. Die Mantelstruktur ist jedoch unregelm2Big ausgebildet, wodurch sich Spannungen uber den Faserquerschnitt aufbauen, die zur Krauselung der Fasem fuhren. Diese kann im trockenen Zustand beachtlich sein, verliert aber bei Feuchtigkeitsaufnahme und die dadurch bedingte Quellung an Intensitat und Bestandigkeit, was dazu fuhrt, daB die Krauselung bereits ab ca. 20% Wassergehalt in Form und Kraft verloren geht. Als Spezialeinsatzgebiete fur Polynosicfasern sind besondere Papiere - z. B. Zigaretten- und Staubsaugerbeutelpapiere - zu nennen, fur deren Herstellung die in Abb. 1- I I wiedergegebene Fibrillation, die sich beim ,,NaBmahlen" schnell einstellt, von Bedeutung ist. Die so ,,aufgemahlenen" Fasern fuhren sogar in Verbindung mit Zellstoff zu einer nennenswerten Festigkeitserhohung - auch im nassen Zustand - und gestatten
1.2 Chemiefasern
27
b)
Abb. 1-10. a) Querschnitte, b) Langsansichten hochgekrauselter Viskosespinnfasem
Abb. 1-11. NaRfibrillierte Polynosicfasern (ahnliche Eigenschaften zeigen Lyocell-Fasem)
Abb. 1-12. Kriuselung von verschiedenen Viskosespinnfasem
leicht, eine bestimmte Porositat von Flachengebilden einzustellen. Ahnliche Einsatzmoglichkeiten durften auch Lyocell-Fasern bieten. In Abb. 1- I2 wird die unterschiedliche Krauselung der Viskosefasern wiedergegeben. Sie kann - wie schon bei der Behandlung der Struktur der Fasem ausgefuhrt wurde - in relativ weiten Grenzen variiert werden. Sie betragt fur trockene
28
I Fusern
Normalspinnfasern 80-1 00 Bogen pro 100 mm. Bei hochgekriiuselten Fasern wird sie auf 120-140 Bogen eingestellt. Auch daruber hinausgehende Werte sind relativ leicht zu erreichen. Sie fuhren aber bei der Vliesbildung meist schon durch gegenseitige Verhakung zu gewissen Verarbeitungsschwierigkeiten. Auch hier mu13 noch einmal ausdrucklich darauf hingewiesen werden, daB die zur Krauselungsfrequenz und -amplitude gemachten Angaben nur fur den trockenen Zustand gelten. - Fur synthetische Spinnfasem gilt diese Einschrankung nicht. An dieser Stelle scheint es angebracht, die Krauselungsursachen fur Chemiefasem einmal im Zusammenhang zu betrachten. Tabelle 1-5 enthiilt eine entsprechende Zusammenstellung. Sie zeigt, daB die bei zellulosischen Fasem angewendeten Verfahren mit meist besserem Effekt auch bei synthetischen Chemiefasem praktiziert werden konnen. Die Zusammenstellung weist femer darauf hin, daB es moglich ist, bei entsprechender Faserwahl, bestimmte Volumeneffekte im Verlauf der Vliestoffproduktion einzustellen. Viskosefilamente. Die Viskosefilamente lassen sich mit den gleichen Strukturen herstellen, wie die beschriebenen Viskosespinnfasem. Die Bedeutung der Viskosefilamente im Vliesstoffbereich ist jedoch gering. Die Produktion von Viskosefilament-Vliesen ist verschiedentlich in der Literatur beschrieben, wird zur Zeit aber wohl nur an einer Stelle betrieben. Grundsatzlich gibt es zur Herstellung solcher Flachengebilde zwei Wege: Tabelle 1-5. Kriuselungsm8glichkeiten fur Fasem, Game und Fliichengebilde Kriiuselungsursache
Anwendung
Bestiindigkeit
Mechanische Verformung durch z. B.: a ) Stauchen b) Zahnradhehandlung
selten hei zellulosischen. hauptsichlich bei synthetischen Fasern
Zellulosefasern: schlecht Synthischc Spinnlascrn: ausreichend his put
Mechanische Verforniunp
\yntheti\che Fa\ern
\ehr gut
Spannungen in der Faser durch L . B. Mantel-Kern-Autbau oder andere Bikomponentcnstrukturen
hochgekriuselte rellulosische und synthetische Chemiefasern
Zellulov-Fasern trocken ausreichcnd. nal3: schlecht. synthetixhe Fasern: sehr gut
Mechanische Verformung in Liingsrichtung durch Reiljen \'on Filamenten. Mi\chen mit Nornialfasern. Schrumpfen im Cam oder textile Fliichengebilde
reilkonv. Binder aus synthetiwhen Fasem. die dann mit weniger schrumplenden Natur- odcr Chemiefasem gemischt werden
sehr gut
Mischen v o n hoch- tind normalschrumpfenden Fasein init spiiterer Schruniptbehandlung
hochschrumplende synthische Fasern gleich welcher Art werden niit weniger \chrumpfenden Fasern geinischt
whr gut
init anschlielknder Fixierung,
z. B. durch a ) StauchenlFixieren b) VerdrehdFixieren
~
~
1.2 Chemiefusrni -
-
29
Direkte Erzeugung in unmittelbarem AnschluB an die Filamentspinnung, wozu die Spinndusen u. U. speziell gestaltet sein konnen. Bei der Vliesbildung bedarf es dann besonderer Einrichtungen, womit sicherzustellen ist, daB die mit Wasser oder waBrigen Losungen ,,gefuhrten" Filamente auch in der Querrichtung des Vlieses ,,vermischt" werden, um dem Vliesstoff die angestrebte Querfestigkeit zu verleihen. AuBerdem konnen aufgespulte, ungedrehte, noch feuchte oder getrocknete Filamentgarne schanveise abgezogen und durch Luft oder Flussigkeit zum Vlies verwirbelt werden.
In der Praxis haben sich bisher Viskosefilament-Vliesstoffe keinen Markt schaffen konnen. Die Kosten sind rohstoffseitig relativ hoch und die Einstellung der erforderlichen Querfestigkeit ist bei derartigen Vliesstoffen relativ schwierig. In einem gewissen Umfang haben sich jedoch Filamentgarne als Fadengelege zur Verstarkung von Vliesstoffen bewahrt. Zellulosische Spezialfasern fur Vliesstoffe. Nachdem die Bindung von Vliesstoffen eine problemreiche und mit Konsequenzen verbundene Produktionsstufe ist, lag es nahe, auch zu versuchen, geeignete zellulosische Bindefasern zu entwikkeln. Zunachst wurden die in Garnen als glitzernde Effektfasern eingesetzten Bandchenfasern versuchsweise verarbeitet. Abb. 1-13 zeigt solche Fasern im Querschnitt und in der Langsansicht. Das Verhaltnis von Dicke zu Breite - oft als Achsverhaltnis bezeichnet - betragt bei dem abgebildeten Fasertyp ca. 1:12. Es kann noch bis ca. 1:40 erhoht werden. Der Bindeeffekt solcher Bandchenfasern war deutlich, jedoch nicht so stark, wie erwartet. Deshalb wurden auch Hohlfasern produziert, wie sie Abb. 1-14 wiedergibt. Sie haben bei Vliesstoffen, die auf dem nassen Weg erzeugt wurden, zu einer deutlichen Festigkeitserhohung gefuhrt, ohne daB sich ein papierartiger Charakter wie beim Einsatz vieler chemischer Binder einstellte. Bei der Vliesbildung haben sich die Hohlfasern vielfaltig venvorfen und die zu bindenden Fasern umschlungen. Chemische Bindungen - sogenannte Wasserstoffbriickenbindungen wie sie bei der Blattbildung des Papiers zwischen den Zellstoffasern entstehen, bilden sich beim Einsatz von Bandchen- oder Hohlfasern nicht aus. Dafur kann
Abb. 1-13. Bindchenfasem mit einem AchsverhPltnis von ca. I : 12
30
I Fosern
Abh. 1-14. Querschnitte von Hohllawrn
Abb. 1-15. Bindung von Vliesstoffen mit Hoh1l':i~erii
a)
b)
C)
Abb. 1-16. BAR-Fasern. a) Quercchnitt, b) Lingsansicht, c ) Zuytand nach Bindung
aber - wie Abb. 1 - 15 zeigt - beim TrocknungsprozeB das aus dem Hohlraum verdampfende Wasser die Faser ,,sprengen" und eine ,,doppelte Bindeflache" bilden. Eine weitere Moglichkeit zur Herstellung von zellulosischen Bindefasern wurde in den USA realisiert. Die BAR-Faser (Bonding-Avisco-Rayon) bestand aus einer angelosten Zellulose, war im Anlieferungszustand gut handhabbar und loste sich beim Einsatz auf der NaBvlieslegemaschine zu einem gelartigen Binder, der die unter diesen Bedingungen nicht losbaren Fasern verfestigte (Abb. I - 16). So herge-
1.2 Cherniefasern
31
stellte Vliesstoffe zeichneten sich durch einen angenehmen weichen Griff und textilahnliche Eigenschaften aus. Eine weitere Spezialfaser fur den nassen Weg bietet Lenzing an. Durch einen Pfropfprozelj im gequollenen Zustand wird ein sehr hohes Wasserriickhaltevermogen eingestellt und ein spezieller Oberflachenzustand geschaffen. Hierdurch ergibt sich eine bei Fasem noch nicht beobachtete Dispergierfahigkeit. Die Suspensionen erscheinen batzenfrei und haben eine gute Bestandigkeit. Dieser Weg fuhrt auch zu der Moglichkeit, langere Fasem einzusetzen, die die hergestellten Vliesstoffe textilahnlicher machen (s. Wasserriickhaltevermogen). AuBerdem ist die Herstellung von Naljvliesstoffen aus mehr als 20 mm langen Fasern nach dem polybonischen Verfahren bekannt. Es werden dabei unvollstandig regenerierte Viskosespinnfasern eingesetzt, die einen erhohten Quellwert aufweisen. Man erzielt damit eine erhohte Dispergierfahigkeit und einen textileren Warencharakter, weil keine chemische Bindung erforderlich ist. Hochquellfahige Zellulosefasern. AuBer dem bereits kurz skizzierten Weg zur Herstellung von Fasern mit einem hohen Wasserruckhaltevermogen bieten sich noch weitere Moglichkeiten an, in weiten Grenzen quellfahige, bevorzugt Zellulose enthaltende Fasem zu erzeugen. Diese Fasem werden am Markt oft als ,,Superschlurfer" bezeichnet. Zu ihrer Herstellung werden alkalisierte Zellulosen verathert und vemetzt. Dazu konnen verschiedene Veratherungsmittel - Ethyloxenit, Chloressigsaure, Methylchlorid u. a. - und auch verschiedene Vernetzungsmittel wie mono- und polyfunktionelle Verbindungen - eingesetzt werden. Diese hochquellfahigen, durch die Vernetzung in Wasser und vielen anderen Flussigkeiten unloslichen Fasem nehmen je nach ihrem Aufbau u.U. mehrere tausend Prozent Wasser relativ schnell auf und halten sie auch gut fest. Dieser Effekt laBt sich in Hygieneartikeln und in speziellen technischen Einsatzgebieten nutzen. Das Verhalten solcher Fasern wird durch ihr sehr hohes Wasserriickhaltevermogen (1000 bis 3000%), die schnellere und hohere Feuchteaufnahme in Luft (2 bis 3mal soviel als Baumwolle), die Wiederholbarkeit der Feuchteaufnahme und das Wasseraufnahmevermogen aus Salzlosungen charakterisiert. Diese Eigenschaften sind in hohem MaBe abhangig von der Vernetzermenge. Zusatzlich beeinflussen - bei solch ausgepragten Eigenschaften - die Vliesstoffherstellung und Konfektionierung der Fertigartikel ihre nutzbaren Eigenschaften.
Zusammenfassung Zellulosische Chemiefasern stehen in geeigneten Langen und Feinheiten mit deutlich unterschiedlichen Eigenschaften fur den Vliesstoffbereich zur Verfugung. Sie zeichnen sich alle durch eine mehr oder minder hohe Feuchtigkeitsaufnahme aus. Dies macht ihren Einsatz uberall da zweckmaflig, wo diese Eigenschaft bei der Vliesstoffproduktion und/oder dem Vliesstoffgebrauch nutzlich bzw. Voraussetzung ist. Der Einsatz der zellulosischen Fasern bestatigt immer wieder, wie vorteilhaft es fur die Herstellung und den Gebrauch von Vliesstoffen ist, da13 sie frei von Unreinheiten sind und sich in allen Stadien ihrer Weiterverarbeitung problem10s manipulieren lassen.
32
I
Fciwrti
1.2.2 Chemiefasern aus synthetischen Polymeren Der Vliesstoffbereich ist heute so weit gespannt, daB er praktisch alle vorhandenen Faserarten in mehr oder groljen Mengen aufnimmt. Dabei haben sich jedoch gewisse Schwerpunkte fur die einzelnen Faserarten entwickelt, denen in den folgenden Ausfuhrungen Rechnung getragen wird.
Polyamidfasern Die synthetischen Chemiefasern stellen den groflten Rohstoffanteil fur die Herstellung von Vliesstoffen. Innerhalb der Gruppe synthetische Chemiefasern gehoren die Polyamidfasern nicht nur zu den altesten Fasern, die zu Vliesstoffen verarbeitet werden, sondern sind auch diejenigen Fasern, die Vliesstoffen einen hoheren Gebrauchswert verleihen. Er ist in verschiedenen Einsatzgebieten fur Vliesstoffe von Bedeutung: z. B.: -
wenn Vliesstoffe oft gefalzt werden - wie chemiefaserverstarkte Papiere und wo der hervorragende Scheuerwiderstand gefragt ist - wie in Nadelvliesbodenbelagen
Die beiden wesentlichsten Fasertypen aus der Polyamidgruppe sind Pol yamid 6, das in Deutschland meist Perlon genannt wird, und Polyamid 6.6, das man hier zur Unterscheidung von Perlon oft Nylon nennt. Die Zahl bzw. die Zahlen hinter dem Wort oder Kurzzeichen fur Polyamid gibt bzw. geben an, wieviel Kohlenstoffatome die Grundbausteine (Molekule) besitzen, aus denen das Polyamid aufgebaut wird. Die Tatsache, dal3 in einem Fall eine Zahl und im anderen zwei Zahlen angegeben werden, weist daraufhin, daB Polyamid 6 aus einem Grundstoff und Polyamid 6.6 aus zwei Grundstoffen mit jeweils 6 Kohlenstoffen im Grundbaustein besteht. Weiterhin kann die Zahlenangabe bereits darauf aufmerksam machen, dalj die Grundmolekule verschieden groB sind (Pol yamid 6. I 0 oder Polyamid 1 1 =Rilsan). Die Zahl kann also auch anders als 6 lauten. Dan sich mit den verschiedenen Grundbausteinen auch die Eigenschaften der Polyamide andern, ist selbstverstandlich. Wichtig fur den Vliesstoffbereich ist die Anderung des Wasseraufnahmevermogens. Gegenuber dem Standard - Pol yamid 6 - steigt es, wenn die Zahl kleiner wird, und geht zuriick, wenn die Zahl grofler wird. Die ubrigen Eigenschaften andern sich nicht grundsatzlich. Allen Polyamidmolekulen gemeinsam sind die Bindeglieder, die die Grundbausteine zum Polyamid verbinden. Da viele Grundbausteine notig sind. um die in den Fasern vorliegenden Makromolekule zu bilden, werden die Makromolekule dieses Autbaus als Polwmidr bezeichnet.
Pol yamid 6 wird aus c-Caprolactam, Polyamid 6.6 aus Hexamethylendiamin und Adipinsaure gewonnen. Das jeweilige Polyamid mu13 fur die Fasererzeugung verspinnbar sein, d. h.,
33
1.2 Chemiefusern
es mu13 unzersetzt aufgeschmolzen und durch Dusen geprerjt werden konnen und - der Zustand der Schmelze mu13 so sein, dal3 die gebildeten, noch plastischen Filamente nicht vor der Abkuhlung abreizen. Das erfordert bestimmte Voraussetzungen. Hierzu z a l t , daB die Makromolekule eine erforderliche Mindestlange u berschrei ten. -
Abb. I - 17 zeigt das Herstellungsprinzip fur schmelzegesponnene Filamente es auch fur Polyamid-Filamente eingesetzt wird.
-
wie
Schmelze
@-
Dosierpumpe
/., \
Aufwickelung oder Ablage
Abb. 1-17. Herstellungsprinzip fur synthetische Chemiefasem nach dem Schmelzespinnverfahren
Die Schmelze wird uber Druck- und Menpumpen durch die Dusenlocher gepre13t und in Form von Filamenten abgezogen. Im Anblasschacht erkalten sie schnell und werden dann mit konstanter Geschwindigkeit aufgewickelt bzw. in Kannen abgelegt. Die die Filamente aufbauenden Makromolekule sind jetzt noch relativ ungeordnet. Deshalb werden die Filamente verstreckt, wobei die Molekule in Langsrichtung besser orientiert werden. Mit der Einstellung dieses Zustandes werden den Filamenten ihre physikalischen Eigenschaften verliehen. Die Filamente konnen dann fur die Spinnfaserherstellung auf die gewunschte Lange geschnitten werden. Zur Sicherung der Verarbeitungseigenschaften werden die Filamente bzw. Spinnfasern prapariert. So entsteht das Polyamidfaserangebot, das in Abb. 1 - I8 skizziert ist. Die wichtigsten physikalischen Werte fur Standard-Polyamidspinnfasem sind in Tabelle 1.6 zusammengestellt, wobei unterschiedliche Faserfeinheiten. Mattierungsgrade und Faserquerschnittsformen beriicksichtigt sind. Der Hinweis auf das Wort ,,normal" hat fur den Vliesstoffbereich grol3e Bedeutung, da auch Copolyamidfasern zur Verarbeitung kommen. Sie werden spater bei den synthetischen Bindefasem besprochen - die in Spinnvliesstoffen eingesetzten Filamente in Anbetracht der vorgegebenen Herstellungsbedingungen (s. Abschnitt 4.2.1) von den textilen bzw. technischen Filamenten- und Spinnfasertypen abweichen und -
34
I
Ftisrni
Polvamidfasern (mit verschiedenem chemischen Aufbau z B 6 oder 6 6) ~
Filamente
A grobere Fasern
feinere Fasern
Filamentgarne fur konventionelle Artikel
x x
Garne
Vliese
Garne
Vliese
Spinnvliesstoffe 0 , 5 2 0 dtex
Abb. 1-18. Vereintlichte Gliederung des Polyamidf~iserangebotes
Tabelle 1-6. Einige charaktcristische Werte fur normiile Polyamidfasem Polyamidfasem
1.6 dtcx/40 mm gl. 3.0 dtex/4O mm halbmatt 17 dtex/XO mm halhmntt 22 dtex/XO nim halbmatt 35 dtex/l00 mm gl. prol.
-
-
Hochstzugkraft Hiichstzugkraft- Relative feinheitsDehnung NaBfestigkeit bezogen cN/tex % 9
Wassentickhaltevermiigen
50-60 45-55
45-55 SO-60
80-90 xo-90
10-15 10-1s
4 4
40-50
65-75
80-90
10-15
4
40-50
55-65
xn-90
10-15
4
30110
70-xo
80-90
10-15
4
Wassergehalt bei 20 C und 65% RF c/c
schliel3lich bei der Vliesstoffherstellung keine besonders hochfesten Fasern zum Einsatz kommen, wie dies z.B. fur Planen, Forderbander und Reifen der Fall ist. Dafur kiinnen aber z. B. in Nadelvliesbodenbelagen Fasern mit unterschiedlichem farberischen Verhalten verarbeitet werden.
Die Bezeichnung ,,prof' bei der Type 35 dtex/100 mmgl. (Tabelle 1-6) bedeutet ,,profiliert". Damit wird zum Ausdruck gebracht, dal3 der Faserquerschnitt - nicht wie ublich - rund, sondern davon abweichend ist. In diesem Fall ist er dreieckig (weitere Ausfuhrungen uber Querschnitte im Abschnitt Polyester). Weitere Variationsmoglichkeiten fur schmelzegesponnene Fasern ergeben sich durch die Herstellung von Fasern aus 2 mehr oder minder voneinander abweichenden Rohstoffen. Solche Fasern werden demzufolge Bikomponentenfasern genannt. Abb. 1 - 19 zeigt in einer schematischen Darstellung verschiedene Moglichkeiten zur Herstellung von Fasern mit Bikomponentenstrukturen. Sie lassen sich noch vielfaltig variieren - in Form und durch das Verhaltnis der eingesetzten Rohstoffe zueinander, wodurch sich auch verschiedene LuBere Effekte einstellen lassen. So lassen sich z. B. Seite-an-Seite-Fasern mit recht unterschiedlichem Krauselungsverhalten (Frequenz, Amplitude, Raumerfullung und Permanenz) herstellen. - Der Kern bei den ManteHKern-Fasern wird in der Praxis nicht immer exakt
1.2 Chemiefaserri
Seite an Seite
e-
kurze Fibrillen in einer Matrix
unbegrenzt lange Fibrillen in einer Matrix
35
- __
---
-
-. -
-.______
Abb. 1-19. Grundtypen von Bikomponentenstrukturen
zentrisch und uber die Faserlange an derselben Stelle des Faserquerschnitts liegen. Dadurch entstehen ebenfalls Spannungen in den Fasern, die sich in Krauselung auBern. Vie1 wichtiger aber ist die Tatsache, dalj die Bikomponenten-Spinntechnologie die Moglichkeit bietet, Polymere mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verspinnen und so z. B. Fasern mit Polyesterkern und Polyamidmantel herzustellen. Der Kern gewahrleistet in einem solchen Fall die Formstabilitat der Faser und der Mantel ihre einfache und gute Anfarbung. Wichtig fur die Eigenschaften der Bikomponentenfasern sind: die Art der beiden Rohstoffe - das Mengenverhaltnis der beiden Komponenten - ihre Anordnung in der Faser und - die Faserfeinheit -
Abb. 1-20 zeigt ein Herstellungsschema. Es macht verstandlich, dalj es auljer den beschriebenen Bikomponentenfasern auch moglich ist, Fasern aus einer Polymermischung zu spinnen. Haben die gemischten Polymere dann z. B. ein unterschiedliches Schmelzverhalten, so wird die bei hoherer Temperatur schmelzende Komponente bei der Abkuhlung in der erst bei niedrigerer festwerdenden Schmelze erstarren. Durch die Verstreckung bilden sich dann lange Einlagerungen in den Fasern (Abb. 1-21 a). Diese konnen sogar endlos sein, d. h. als sehr feine Filamente in der Matrix vorliegen. Solche Fasern zeichnen sich durch besondere Steifheit sowie spezielle physikalische und chemische Eigenschaften aus. - Die Bikomponentenfasern erschlieBen speziell der Vliesstoffindustrie weitere interessante Einsatzgebiete, bei denen besonders groBe Faseroberflachen/Flachenmasse zum Tragen kommen sollen. Wenngleich sich relativ feine Fasern dafur herstellen lassen, stoljt ihre Handhabung ab einer Feinheit von ca. <5 dtex auf praktisch unuberwindbare Schwierigkeiten. Deshalb werden zunachst Bikomponenten-Fasern gesponnen, deren Gesamttiter eine gute Weiterverarbeitung zum Flachengebilde gewahrleistet, und dann die Bikomponentenfasern durch chemische oder physikalische MaBnahmen in ihre Einzelkomponenten zerlegt. Auf diesem Weg lassen sich auch ultrafeine Fasern herstellen, indem die Matrix, in die die ultrafeinen Fasern eingespon-
I Fmrm
36
Polymer A
Polymer B
t Aufwindung
Beispiel fur Faserquerschnitte 1 Seite an Seite
A\
7i k~ 3
\.
,’
2 KerniManteI -
>B _
/
/
Abb. 1-20. Her\tellung\\chenia con Btl\omponentenfd~crn
.. . ._
vor b) Herauslosender Matrix
. ’,
nach Herauslosender Matrix
Abb. 1-21. a) Bikomponentenfaser mit Fibrillen unbegrenzter Liinge in der Matrix. h) Entsprechende Fasern in einem Flichengebilde vor und nach Herausliisen der Matrix
nen waren, herausgelost wird (Abb. 1-21 b). Diese ultrafeinen Fasern ahneln in ihrer Form Hautfibrillen und eignen sich deshalb zur Herstellung von poromerischen Syntheseledern. Dieses Verfahren kann naturlich auch bei der Herstellung anderer Chemiefasern angewendet werden, am einfachsten bei solchen, die aus der Schmelze gesponnen werden. Eine weitere Moglichkeit zur Modifikation der Polyamidfasem besteht darin, die Zahl der Amino-Endgruppen der Makromolekule zu beeinflussen. - Finden die beiden Molekule A und B nicht zur Bildung der Amid-Gruppe zusammen, so mussen die freien Enden in irgendeiner Form abgesattigt werden. Das kann z . B . mit Wasser geschehen. So entsteht ein Molekul mit einer Amino-Gruppe auf der einen und einer Carboxyl-Gruppe auf der anderen Seite C. - Die Amino-Gruppe ist reaktiv. Sie bindet - wie bekannt - saure Farbstoffe und entsprechende Textil-
1.2 Chemiefaseni
37
hilfsmittel. - Im Falle des Polyamid 6.6, das ja aus Hexamethylendiamin - also einem Molekul, das an jedem Ende eine solche Amino-Endgruppe hat - und Adipinsaure gebildet wird, mulj ein Teil der Molekule eine oder sogar zwei Aminoendgruppen besitzen.
H
O \
N---
C
/
H
+
\
N---
oder 0
/
\
N
C--/ HO
H
\ H
C Die Zahl der Amino-Endgruppen ergibt sich aus der Molekullange. Nachdem aber die Praxis der Faserherstellung Mindest- und auch Hochstwerte fur die Molekullange vorgibt, erfolgt die dariiber hinausgehende Beeinflussung der Reaktionsfahigkeit der Fasem gegenuber bestimmten Farbstoffen (Chemikalien) durch unmittelbaren Zusatz von Substanzen mit Amino-Endgruppen. So lal3t sich die Affinitat zu sauren Farbstoffen erhohen (deep-Typen), vermindem (light-Typen) und sogar blockieren (non-Typen). Diese Moglichkeit schafft in Verbindung mit den ,,normal" angefarbten Fasem (regular-Typen) die Voraussetzung fur das ,,differential Dyeing".
Pol yesterfasern Wie der Name fur die zu beschreibende Faserart sagt, bestehen die Fasern aus Makromolekulen von Estem. Ester sind Chemikalien, die sich aus Saure und Alkohol bilden. Werden solche Grundmolekule nun vielfach aneinander gereiht, so bilden sie Polyester. Diese Aufbaubeschreibung sagt aber schon, dal3 die Polyester aus ganz verschiedenen Sauren und Alkoholen gebildet werden konnen. Obwohl dies uneingeschrankt zutrifft, wird mit dem Begriff Polyesterfasern im allgemeinen doch nur die Faser erfal3t, die aus Terephthalsaure und Glycol besteht. Abb. 1-22 beschreibt den Verfahrensablauf. Sie 1al3t auch erkennen, dal3 nicht unmittelbar von der Saure ausgegangen werden mul3, sondem von einem einfachen, leicht zu handhabenden Ester - Dimethylterephthalat - dem DMT - ausgegangen werden kann. Durch Umesterung mit dem fur die Faserbildung vorgesehenen zweiwertigen Alkohol Glycol entsteht dann das Monomere - der Terephthalsaurediglycolester. Dabei wird der zur DMT-Bildung eingesetzte Methylalkohol wieder
a) aus DMT und Glycol Dimethylterephthalat
+ 2 Glycol
Diglycolterephthalat + 2 Methylalkohol
DMT
DGT
n-Diglycolterephthalat bilden unter Abspaltung von Glycol Polyester DGT
PET
b) aus TPA und Glycol Terephthalsaure + Glycol bilden unter Abspaltung von Wasser Polyester TPA
PET
Abb. 1-22. Herstellung von Polyester aus a) DMT und Glycol, b) TPA und Glycol
frei und abgetrieben. Durch Kondensation (chemische Kondensation bedeutet die Vereinigung von Molekulen unter Austritt von Wasser oder Alkohol; - der Ausdruck Polymerisation besagt, dalj sich Molekule ohne Bildung von Resten miteinander vereinigen, z. B. zu Polyamid 6) von Terephthalsaurediglycolester entsteht dann das Polymere, das meist zu Bandern ausgegossen, abgekuhlt, zu kleinen Schnitzeln (Granulat) zerhackt und nach der Trocknung wieder aufgeschmolzen und zu Filamenten durch entsprechende Dusen gepreljt wird. - Das gebildete, noch flussige Polymere wird auch direkt versponnen, wenn es dispositionell zweckmaljig ist. Die frisch ersponnenen Filamente - noch hoch dehnbar - werden aufgewickelt oder in grol3en Kannen abgelegt und dann heil3 verstreckt. Sie konnen aber auch ohne Zwischenlagerung unmittelbar verstreckt werden. - Fur die Spinnfaserherstellung werden die verstreckten Filamente zu Kabeln zusammengefaljt, gekrauselt, auf die gewiinschte Lange geschnitten und in Ballen gepreBt. Im Vliesstoffbereich spielen die Polyesterspinnfasern eine groljere Rolle als die Filamente (s. Tabelle 1-7). Daruber hinaus haben Spinnvliesstoffe aus Polyesterfilamenten einen festen Markt und werden weiterentwickelt. Polyesterfasern lassen Tabelle 1-7. Ausschnitt nus dem Polyesterspinnfaserangebot Polyesterspinnfaaerri
Type
Feinbeit in dtex
Feinfasertype Wolltype Fulltype Teppichtype
I ,0&2.4 2.4-5,O 3.3-22 h,7- I7 I .74,4 1.7
~~
Normal-Fasem
Pillingarme Fasern Hochwhrumpf-Fasern (klassisch und linear) Fasern rnit abweichender Farbaftinitat (auch pillingarm) Bikomporientenfasern Bindefasern Schwerentllammbare Typen
4,4-17
3.0- I7 1.7 und griiber I .74.4
Die Schnittllngen werden dem Verarbeitungsverfahren angepaBt. Die Fasern werden in verschiedenen Mattierungsgraden und Querschnittsformen angeboten.
1.2 Chemiefasern
39
sich - wie aus Tabelle 1-7 zu entnehmen ist - vielfaltig modifizieren. Das hat dazu gefuhrt, daB sie den verschiedenartigsten Einsatzgebieten angepafit wurden und werden. Es ist deshalb auch schwer, Basiseigenschaften fur Polyesterfasem ohne die genaue Bezeichnung der jeweiligen Type anzugeben. Aus diesem Grunde sol1 fur die Polyesterfasem lediglich herausgestellt werden, dal3 sie vielseitig einsetzbar sind, weil sie relativ leicht an den Einsatzzweck angepal3t werden konnen und - dabei ihre guten Gebrauchseigenschaften praktisch behalten - dazu gehoren insbesondere ihre Formstabilitat sowie die hohe Licht- und Wetterbestandigkeit
-
-
Tabelle 1-8 enthalt zu diesen pauschalen, aber charakteristischen Angaben einige Eigenschaftswerte fur die wichtigsten Polyesterfasern. Tabelle 1-8. Polyesterfasern
-
wichtige vliesstoffrelevante Eigenschaften der Grundtypen
Eigensc haft
dtexlmm
Feinfaser unfixiert I.7140
Hochstzugkraft Hochstzugkraftdehnung NaBfestigkeit rel. Kochschrumpf HT-Schrurnpf HeiBluftschrumpf Scheuertouren
cNltex
55-60 24-30 I00 4-7 6-9 16-18 4000-6000
8 %
8 8 %
Fe i n faser fixiert I.7140
5540 22-28 100 1-4 2-5 5-7 30004000
Wolltype normal 3,3160
Wolltype pillarm 3,3160
45-55 40-50 I00 1-3 2-5 9-12 35 004500
36-42 3545 I00 2-3 3-5 10-12 2000-2500
Durch den StreckprozeB werden die Molekule parallelisiert. Dadurch werden die Fasem einer inneren Spannung ausgesetzt, die z.B. dazu fuhren kann, dal3 sie in der Hitze - wenn sie nicht auf beiden Seiten festgehalten werden - wieder schrumpfen. Deshalb werden die verstreckten, nicht stabilisierten Fasern als ,,unfixiert" bezeichnet. Gibt man den parallelisierten Molekulen die Moglichkeit, durch Hitzebehandlung ,,ihre Lage zu optimieren", so schrumpfen sie bei der spateren Weiterverarbeitung so gut wie nicht mehr. Solche Fasem werden als ,,stabilisiert" oder ,,fixiert" bezeichnet. Abb. 1-23 zeigt, daB durch das spannungslose Fixieren auch das KD-Verhalten der Fasem beeinflufit wird. Dies kann jedoch verhindert werden, wenn der Fixierprozefi unter Spannung erfolgt. Das KD-Diagramm fur die fixierte Type in Abb. 1-23 wurde an den urspriinglich unfixierten Fasern nach einer Hitzebehandlung, bei der die unfixierten Fasem praktisch frei schrumpfen konnten, aufgenommen. Unfixierte Fasem weisen Kochschrumpfwerte bis 10% auf, fixierte liegen je nach Fixiergrad (Temperatur, Zeit und Spannung) unter 6 bis ca. 2%. Im Vliesstoffbereich ist der Einsatz von unfixierten Fasern oft von Interesse, weil sie bei den in der Praxis fast immer stattfindenden Veredlungsprozessen noch etwas schrumpfen und dadurch die Artikel angemessen verdichten. Nach einem solchen Prozefi besitzen die dann ausgeschrumpften Fasem auch die angestrebte Formstabilitat.
40
I Fu.wni
00
unfixiert
/'
/
/'
t
fixiert
E
Y
Dehnung
-
Abb. 1-23. KD-Diagrammc von unlixierten und tixierten PET-Fasern
50 L
a
E
2
c 0
physikalisch (klassisch) (linear)
cn
50
100 Tempera t u r
-
150
OC
1bO
Abb. 1-24. Schrurnpleigenschaften von verschiedenen PET-HS-Fasern
Das Schrumpfverhalten der Polyesterfasern 1aBt sich durch Variation in den physikalischen (Gestaltung der Verstreckungsdetails) oder chemischen (Einsatz von Copolyestern) Herstellungsbedingungen gezielt beeinflussen. Solche Polyesterfasern werden dann Polyesterhochschrumpffasern (HS) genannt. Abb. 1-24 zeigt ihre Eigenschaften. Die beiden HS-Typen besitzen ein deutlich voneinander abweichendes Schrumpfverhalten in Abhangigkeit von der Temperatur. Die physikalisch modifizierten Fasern beginnen schon bei 50-60' C zu schrumpfen und erreichen bei 100°C ihren Endwert. AuBerdem zeigt die gestrichelte Linie zwischen den Punkten A und B, daB bei einer Unterbrechung der Erwiirmung und erneutem Aufheizen der Restschrumpf blockiert ist, d. h. bei einer Temperatursteigerung auf z. B. 100°C kein weiterer Schrumpf als A ausgelost werden kann. - Bei den chemisch modifizierten Fasern liegen die Verhaltnisse ganzlich anders. Die dem Polyester zugesetzten Copolymere blockieren zunachst
I . 2 Chemi
41
Tabelle 1-9. Schrurnpfeigenschaften verschiedener Diolen-Spinnfasertypen dtexlrnm
HeiRluft 3‘ 190 C
Kochen 10’
Schrumpf
Schrumpf
7r
Diolen Diolen Diolen Diolen Diolen
12 II 21 31 33
1,1140
5
1,1140
12 6
3,3160 3,3160 3,3160
50 50
Schrurnpfkraft cNldtex
%
2
-
8
-
2 45 6
-
-
0,025 0,045 0,055
Schrurnptkraft cNldtex
0,065 0,060
bis ca. 100°C den Faserschrumpf, dann allerdings unterstutzen sie ihn sogar und sorgen auch dafur, dal3 er nicht etwa blockiert wird. Dies wird mit der gestrichelten Linie A’-B’ angedeutet. Dieser Fasertyp gestattet also mit einer bestimmten Temperatur den dazu gehorigen Schrumpf einzustellen. In der textilen Praxis kommt es nicht nur auf das mel3bare Einzelfaserschrumpfvermogen im spannungsfreien Zustand an, sondern noch mehr auf die dazu zur Verfugung stehende Schrumpfkraft. Sie ist dafur entscheidend, dal3 der Verformungswiderstand der zugemischten nicht oder weniger schrumpfenden Fasern uberwunden wird und diese unter Krauselung das angestrebte Volumen des Garnes oder Flachengebildes gestalten. Tabelle 1-9 gibt neben dem Schrumpf auch noch den Wert fur die Schrumpfkraft fur die verschiedenen Typen an. Fur die Konstruktion von Vliesstoffen sind beide Angaben besonders wichtig. Relativ einfach lal3t sich bei der Herstellung von schmelzegesponnenen Fasern durch Auswahl von Dusen mit entsprechend geformten Lochern der Faserquerschnitt variieren. Normalerweise wird aus runden Dusenlochern gesponnen. Dabei werden, wie Abb. 1-25 zeigt, nahezu runde Fasern erhalten. Die Aufnahme der leicht gebogenen Faser deutet aber auch noch auf zwei, fur den Vliesstoffbereich wichtige Tatsachen hin. Die Oberflachenglatte erleichtert die Haftung von dunnen Binderfilmen sicher nicht und die Substanzverwerfungen auf der Innenseite der verbogenen Faser werden einen schlecht haftenden Binder auch noch schnell lockern.
Abb. 1-25. Rasterelektronenrnikroskopische Aufnahrne einer PET-Faser
Ahh. 1-26. Einige Querschnittsformen von PET-Fasern
Abb. 1-26 zeigt einige bei schmelzegesponnenen Fasern anzutreffende Querschnittsformen: dreieckige, runde und hohle. Daneben sind noch andere Formen durchaus gangig: vier-, funf-, sechs- und achteckige sowie bandchenformige. Die Vollfasem mit verschiedenen Querschnitten erfullen zwei interessante Anforderungen, die vom Endartikel her an die Fasem gestellt werden. Zum einen werden sie gewahlt, um einen bestimmten optischen Eindruck einzustellen. Gerade Aufienflachen und die mehr oder minder ausgepragte Transparenz der Fasersubstanz bestimmen die Lichtreflexion und -absorption und damit das optische Erscheinungsbild der aus diesen Fasern hergestellten Textilien. AuBerdem hangt die Fasersteifigkeit von der Querschnittsform ab, was sich im Griff und Volumen sowie der Fasereinbindung in das textile Flachengebilde auBert. Diese Eigenschaften werden auch im Nadelvliesbodenbelag genutzt, wo durch Einsatz profilierter Fasem ein dezenter ,,Luster" und ein angenehmes ,,Trittgefuhl" erzeugt werden. Hohlfasem geben Volumen und erhohte Steifigkeit und gestatten deshalb etwas leichtgewichtiger zu konstruieren. Je nach GroBe des Hohlraums ergibt sich eine von der Substanzdichte ( 1,38 gkm') abweichende niedrigere Faserdichte. Der Hohlraum ist durchgehend, wie das LBngsbild der Abb. 1-27 zeigt. Die HohlraumgriiBe in der Faser 1aBt sich einstellen. Sie kann bis zu ca. 20% des Faserquerschni tt s betragen. Die Hohlraume sind herstellungsbedingt nur selten exakt rund. - Die Hohlfasern erscheinen bei gleicher Farbstoffaufnahme etwas dunkler als runde Vollfasem. Eine weitere, auch fur den Vliesstoffbereich nicht unbedeutende Variation der Polyesterfasern stellen die pillingresistenten - oder richtiger gesagt - die pillingarmeren Typen dar. Pilling von textilen Flachengebilden bedeutet, daB einzelne in den Verband relativ gut eingebundene Fasem durch auBere Einwirkungen - wie z. B. hautiges Biegen, Scheuem, Zugbeanspruchung u. a. herausgeschoben werden und dann mit ihrem Mittelteil eine Schlinge bilden. Diese Schlinge ist dann bei weiteren Bewegungen in der Lage, benachbarte Faserenden einzufangen und dann
1.2 Chemiefasern
43
Abb. 1-27. PET-Hohlfasern. a) Querschnitte, b) Engsschnitte
d
e
Abb. 1-28. Schernatiwhe Darstellung der Entstehung von Pills
mit ihnen den Pill (Knotchen) zu bilden (siehe Abb. 1-28). Nachdem gerade im Vliesstoff die einzelnen Fasern nicht wie beim Garn durch Drehung fester eingebunden werden konnen, sollte durch richtige Faserwahl bzw. gute Bindung in den relativ wenigen Fallen, wo Pilling im Vliesstoff stort, das Problem gelost werden. Tabelle 1 - 10 zeigt eindrucksvoll am Beispiel verschiedener Polyesterfasern, welche Moglichkeiten zur Beeinflussung der Pillbildung die Chemiefaserindustrie bietet. Bei der Zusammenstellung der Tabelle wurde bewuljt zwischen dem Ausgangszustand und dem Zustand unterschieden, in dem die Fasern im gebrauchsfertigen Textil vorliegen. Dabei sollen mit der bei der Priifung durchgefuhrten 4stundigen HT-Farbung alle moglichen Veredlungsprozesse - auch die der chemischen Bindung von Vliesstoffen - erfaf3t werden. Es zeigt sich deutlich, dalj die mechanisch-technologischen Eigenschaften durch Modifikation des Querschnitts
I Fmern
44
Tabelle 1-10. Charakteristische Priifwerte von vier verschiedenen PET-Fasern Fasertypen mit rundem Querschnitt
Fasereigenschaften Ausgangszustand Feinheit dtex Hiichstiugkralt cN/tex 9% Dehnung rel. Schlingenfestigkeit c/r Biegefestigkeit Touren Nach 4 Stunden HT-Farbung Feinheit dtex Hiichstzugkraft cNltex Dehnung % rel. Schlingenfestigkeit '7r Biegefestigkeit Touren
normal
hohl
pillingresi s ten t
superpillingresistent
3.3 50 35
3.3 40 45
I 50 000
3,3 45 40 90 150OOO
3.0 30-33 32-37 80 900- I 300
3.6 45 35 85 70 000
3,6 40 40 80 120000
3.6 35 40 80
95
90
50 000
20 000
3.0 22 25 70 I000
und den Zusatz von Copolymeren (superpilling resistent) verandert werden. Wichtig fur die Reduzierung der Pillbildung ist dabei insbesondere die Verringerung der Biegefestigkeit der Fasern. Wunschenswert ist, dal3 eine herausgeschobene bzw. herausgezogene Faser bei der Pillbildung abbricht. Dafur sind Hochstzugkraft und Dehnungsverhalten der Faser mit von Bedeutung. - Es hat sich als zweckmal3ig erwiesen, dal3 sogenannte superpillingresistente Fasern im gebrauchsfertigen Textil eine feinheitsbezogene Hiichstzugkraft von 30 cN/tex und eine Dehnung von 35% haben. Die tatsachlich einstellbaren Effekte in gleichartig konstruierten leinwandbindigen Geweben aus jeweils 100% der angegebenen Fasern gibt Abb. 1-29 wieder.
120-1
-_-. '.,
I
t lool "c L
I
,."
norrnales PES
'.
'.
/'
0
\.
'. \
'. Hohlfaser aus norrnalen PES
'\
m
'.
-._
\ \ \
\.. resistentes PES 1000
5000
-- pillingresistentes PES
-
10000
Scheuertouren
I
15000
Abb. 1-29. Pillingkurven von normalen und modifizierten PET-Fasern
1.2 Cherniefasern
45
Die Kurven zeigen, dalj sich beim Scheuem von textilen Flachengebilden zunachst einmal Pills bilden. Dies trifft z.B. auch fur die Wolle zu. Die Zahl der sich bildenden Pills pro Flacheneinheit ist jedoch je nach eingesetzter Fasertype sehr verschieden. Bei der Fortsetzung der Scheuerpriifung uber das Maximum an Pills pro Flacheneinheit brechen die Pills ab, wodurch sich trotz Neubildung von Pills ihre Zahl vermindert. Beim Einsatz von normalen Polyesterfasem bleiben jedoch noch viele Pills auf dem Flachengebilde sichtbar, wahrend sie bei den anderen 3 Fasertypen fast oder sogar ganzlich abbrechen. Schlieljlich sind noch die Polyesterfasem zu envahnen, deren fiirberisches Verhalten vom Normalen abweicht. Dazu wird die Zuganglichkeit der Fasem fur Farbstoffe verbessert. Solche Fasertypen farben meist schneller und tiefer an als die normalen. Daneben sind auch Typen, die mit basischen Farbstoffen - analog den Polyacrylnitrilfasem - anfarbbar sind, von Bedeutung. Dazu werden saure Gruppen in die Fasersubstanz eingebaut. Die ubrige Polyestersubstanz der gleichen Faser ist aber auch noch mit Dispersionsfarbstoffen - wie bei normalem Polyester - anfarbbar. Dadurch kann beim Einsatz von Mischungen aus normal und basisch anfarbenden Polyesterfasem kein echtes ,,differential dyeing" erfolgen. Eine spezielle Art Polyesterfasem sind die Polycarbonatfasem. Polycarbonat ist der Polyester der Kohlensaure. Er wird aus Biphenol A und Phosgen hergestellt. Die Fasem werden trocken oder na13 ersponnen. Ihre Dichte liegt um 1,2 g/cm3. Polycarbonat ist sehr gut hitzebestandig und nicht entflammbar, was ihm auch z.B. einige Einsatzgebiete im Bereich der Luft- und Gasfiltration erschlossen hat. Hervorzuheben sind aul3erdem noch das sehr gute elektrische Isoliervermogen und die geringe Wasseraufnahme.
Polyolefinfasern Olefine sind im Gegensatz zu den Paraffinen ungesattigte Kohlenwasserstoffe. Dadurch lassen sich Molekule relativ leicht kettenformig aneinander lagem. Wenn es auch sehr viele Olefine gibt, so denkt der Faserfachmann, falls er von Polyolefinen spricht, doch nur an Fasem aus Polyethylen bzw. Polypropylen. Beide Produkte sind gut bekannt als Rohstoffe, aus denen Folien fur Verpackungszwecke sowie GefaBe und Formteile hergestellt werden. Die Ausgangssubstanzen sind Ethylen bzw. Propylen, die bei der Erdoldestillation oder bei speziellen Crack-Prozessen anfallen. Die Polymerisation erfolgt im Hoch- oder Niederdruckverfahren mit speziellen Katalysatoren und die Erspinnung und Aufbereitung zu Spinnfasem nach dem Schmelzespinnverfahren wie bei der Herstellung von Polyamid- und Polyesterfasem. AuBerdem werden Polyolefinfasem aus Folien hergestellt, die ebenfalls nach dem Schmelzeverfahren produziert werden. Deshalb wird immer wieder daran gearbeitet, die gegossenen oder geblasenen Folien in kontinuierlichen Prozessen in Faserform zu iiberfuhren, definierte Breitenanteile der entstandenen Folienfasem zu einem Garn zusammenzufassen und dann unmittelbar aufzuwinden. Die erste Stufe dieser Produktionstechnologie kann auch zur Vliesherstellung eingesetzt werden. Die fur dieses Verfahren am haufigsten eingesetzten Rohstoffe sind heute Niederdruckpolyethylen und Polypropylen. Zunehmend werden auch Polymere verarbeitet, die mit Hilfe von ,,Metallocen"-Katalysatoren polymerisiert wurden. Sie zeichnen sich durch eine groBere Uniformitat der Makro-
molekule aus, was die Verarbeitung erleichtert. Der jeweilige Rohstoff wird im Extruder aufgeschmolzen und durch -
Schlitzdusen (s. Abb. 1-30) oder Ringdusen (Abb. 1-3 I )
gepreBt, die glatte oder durch Verwendung von profilierten Dusenlippen bzw. Dusenringen entsprechend geformte Folien erzeugen. Je nach Dusenform entstehen -
Flachfolien oder Blasfolien in Schlauchform, die im Verlauf der Produktion aufgeschnitten werden
Anschlieljend konnen verschiedene Verfdhrensschritte folgen, die bei der Folienherstellung oft schon vorgezeichnet werden: Schneiden der Folien in schmale Bandchen (Flachfaden) SpleilJen, unkontrolliert oder kontrolliert von gereckten Folien - Spalten von bei der Herstellung profilierten Folien bzw. - Fibrillieren von Mehrkomponentenfolien
-
-
Zur Herstellung von geschnittenen Flachfaden konnen die Folien -
direkt geschnitten und dann die dadurch entstandenen Flachfiden monoaxial verstreckt - oder zunachst die Folien unter Wahrung ihrer Breite verstreckt und dann geschnitten werden Schlitzduse
Extruder
Luftmesser
Abb. 1-30. Flachfolienextrusion mit Kuhlwalzen
Folienballon
Aufwicklung
P3
0
Ringduse
Ahkuhlung durch Kuhlwalze
Schneidevorrichtung
Aufwicklung
Abb. 1-31. Blasfolien-Extrusion
1.2 Cherniefasern
47
Das SpleiBen von verstreckten Folien kann -
-
-
mechanisch, bei hochverstreckten Folien aus Polypropylen mit hohem Schmelzindex durch Bursten, Nitscheln, Luftdusen und Ultraschall erfolgen und fuhrt zu einer hohen, unkontrollierbaren und praktisch nicht reproduzierbaren Zerteilung in Folienlaufrichtung mechanisch kontrollierbar durch eine mit feinen Nadeln besetzte in Laufrichtung der Folie rotierende Walze vorgenommen werden und unkontrolliert chemisch-mechanisch erfolgen. Hierzu sind solche Prozesse zu zahlen, bei denen in den Folienrohstoff ein Zusatz gegeben wird, der in der Folie statistisch verteilt Inhomogenitaten erzeugt, die die spatere mechanische SpleiSung begunstigen
Das Spalten von profilierten Folien fuhrt zu regelmaBigen netzartigen ,,Flachengebilden", die als solche eingesetzt bzw. zu ,,Filamentgarnen" zusammengefaBt oder auch zu Vliesen weiterverarbeitet werden konnen. Als Mehrkomponentenfolien werden Folien bezeichnet, zu deren Herstellung meist zwei oder mehr Polymere -
gemischt extrudiert werden oder schichtweise aufeinandergelegt sind
Beim Fibrillieren dieser Mehrkomponenten-Folien hangt das Ergebnis selbstverstandlich vom Aufbau in der Folie ab. Bei den Mischpolymerfolien bestimmt die Fibrillierneigung die Art der beiden Polymere, das Mischungsverhaltnis und ihre Verteilung. Es lohnt sich, die Fibrillierneigung der einzelnen Folien zu testen. Dies kann zweckmafiigenveise mit einer kleinen Nadelwalze erfolgen, uber die die Folien mit konstanter Spannung gefuhrt werden. So laBt sich ein Splitfaktor ermitteln. Je hoher er ist, um so leichter ist die Folie zum Fibrillieren zu bringen. Abb. 1-32 zeigt ein grundsatzliches Beispiel der Abhangigkeit von der Polymermi schung .
.------------------.
04
r
. .
I
I
I
I
,
. .
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% B 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % A
0
Massenanteil
-
Abb. 1-32. Abhangigkeit der Fibrillierneigung von der Polymermischung
48
1 Fusrrri 20% Polyester Hostalen PPU 1280
I 20%
A 20% Polystrol 165 H
*
80% PA 6
,
80% PA 6
- 80% PA 6
-A
I
3,O
I
3,5
I
I
-
4,O 4,5 Streckverhaltnis 1 . x
I
5.0
Abb. 1-33. Abhiingigkeit der Fihrillierneigung vom Zweitpolyrner und dem StreckverhBltnis
Die Art der Abhangigkeit der Fibrillierneigung von der Art der Polymermischung wird noch uberlagert von dem Streckverhaltnis der Folien. Diese Zusammenhange sind an drei konkreten Beispielen in Abb. 1-33 wiedergegeben. Bei der Fibrillierung von Zwei- oder Mehrschichtfolien mul3 davon ausgegangen werden, dal3 die Einzelkomponenten ein unterschiedliches Schrumpfverhalten besitzen, das sich sowohl bei der Verarbeitung, besonders aber in der Krauselung der faserartigen Gebilde auBert. - Bei der Lamellar-Extrusion - auch ,,Rasmussen-
Rohstoffe feststehender Tell
angetriebener Tell
, angetrie bener Tell
Abb. 1-34. Dusenkonstruktion lur das Rasmussen-PrinLip zur Herstellung von Mehrkomponentenli)lien
49
1.2 Chvmiefasern
A
F -
C
1
Nylon
1
Klebernittel
Polypropylen
D 5mm #'
E
Abb. 1-35. Beispiele fur die Polymeranordnung beim Rasmussenprinzip. A-E) Zweikomponenten, F) Dreikornponenten
Prinzip" genannt - werden durch die in Abb. 1-34 gezeigten Spezialduse zwei unvertragliche Polymere extrudiert. Nach dem Schneiden konnen dann Bander mit feinem Schichtaufbau, die beim Verstrecken aufspalten, erhalten werden. Abb. 1-35 zeigt die moglichen Anordnungen der Komponenten, wobei durch Zusatz einer dritten Komponente als Bindemittel Sandwiches erzeugt werden, die durch ihren Mehrschichtenaufbau auch selbstkrauselnd sind. Praktisch entstehen bei der Verarbeitung von Folien zu Fasem - auBer beim Einsatz bestimmter Schneidwerkzeuge - Faser-Netzwerke, wie z. B. in Abb. 1-36 dargestellt. Ihre Struktur liefert gunstige Voraussetzungen fur den Einsatz als lockeres Vlies. Die Moglichkeiten, die das Extrudieren bietet, sind in Tabelle 1-11 noch einmal zusammengestellt. Zur Zeit sind sie mehr theoretischer Art, weil die Verfahren zur Herstellung von Vliesen aus Folien bisher im technischen MaBstab noch wenig eingesetzt werden. Die feinen Netzwerke werden aber doch schon - da wo die physikalischen Eigenschaften ausreichen - weiterverarbeitet. Bevorzugt wird diese Technologie heute noch mehr fur eine vereinfachte (abgekurzte) Gamherstellung.
50
1 Fiiseni
Tabelle 1-11. Vcrfahrensvarianten beiin Extrudieren von Folien zur Vliesherstellung Pol ynier-Art
ProreBparameter
Polymer-Art
Gestaltungsmiiglichkeiten
physikalisch chemische Eigenschaften
Vlie\bildung
Extrusion Faserfeinheit Kriuselung Faserquerschnitt
We\verfe\tigung
Vlie\\toflveredlung
Ablage Geometrie der Vliesbildung
thermisch chenii sc h mechanisch
Fhrben Drucken Ausrusten
Volumen Griff Optik
Grift Optik mechanische Eigenschaften
Volumen Grill' Optik speLielle Eigen\chaftcn
Tabelle 1-12. Charakteristische Eigenschaften der wichtigsten Polyolefinfasem
Hochstmgkraft trocken relative NalJtestigkeit Dehnung Schruinpf (95 C. H 2 0 ) Schnielqxmkt Dichte
CN/tex 9
5% r/r C g/c m
'
Polyethylen
Polypropylen
50-72 95- 100 35-20 5-10 I 00- 1 20 0.9 2-0.96
40-94 100 22-15 0-5 164- I70 0,90-0,9 I
Dabei werden in der Praxis Einzelfaserfeinheiten von 6 bis 10 dtex erreicht. Es lassen sich auch feinere Einzelfasern, z.B. von 2 bis 3 dtex erzeugen. Dies ist aber gegenuber der klassischen Chemiefaserherstellung unwirtschaftlich, weil die Leistungen der Anlagen bei der Produktion solch feiner Fasern stark zuriickgehen. In Tabelle 1- 12 sind die charakteristischen Eigenschaften der wichtigsten Polyolefinfasern zusammengestellt. Sie gelten auch fur die skizzierten Folienfasern. Von den Angaben in Tabelle 1 - 12 sind besonders die niedrigen Schmelzpunkte und die Werte fur die Dichte von Interesse. In diesem Zusammenhang mu13 noch angemerkt werden, da13 dem Schmelzen ein Schmmpf vorausgeht, der auftritt, wenn bei Temperaturen nahe dem bereits niedrigen Schmelzpunkt der Polyolefinfasern gearbeitet wird. Fur den Vliesstoffsektor ist aufierdem noch von Bedeutung, daR -
-
sich die herkommlichen Polyolefinfasern nicht nach dem ublichen Verfahren farben lassen. Sie werden deshalb - wenn notig - in der Spinnmasse gefarbt. Es werden auch chemisch modifizierte Fasern angeboten, die zwar farbbar, aber auch teuer sind bei den herkommlichen Polyolefinfasern die Lichtbestandigkeit zu wunschen ubrig I&. Diese Eigenschaft kann jedoch relativ leicht verbessert werden, was sich nur geringfugig in den Herstellungskosten auswirkt. Meist sind die spinngefarbten Fasern ausreichend lichtgeschutzt fur die in Frage kommenden Einsatzzwecke
1.2 Chemiefusern
51
die Fasem bereits im kalten Zustand bei Beanspmchung auf Dehnung und bei Druck irreversibel ,,flieBen" und demzufolge - ihr Wiedererholungsvermogen fur viele Einsatzzwecke nicht befriedigt. Diesem Umstand kann manchmal mit der Konstruktion des textilen Flachengebildes Rechnung getragen werden - z. B. durch eine angemessen hohe Rohdichte bei Nadelvliesbodenbelagen - die Fasem keine Feuchtigkeit aufnehmen, was ihren Einsatz z.B. im Freien und auf dem Wasser begunstigt -
An den Polyolefinfasem kann der Vliesstoffhersteller allein schon wegen des im Vergleich zu anderen synthetischen Fasem relativ niedrigen Preises nicht vorbeigehen. AuBerdem haben sich spezielle Einsatzgebiete herauskristallisiert, bei denen die aufgefuhrten Fasereigenschaften nicht storen bzw. sogar nutzlich eingesetzt werden konnen. Auch ist immer die Frage zu priifen, ob Polyolefinfasern anderen Fasem zugemischt bzw. in Zwischenlagen verarbeitet werden kBnnen. Polyolefinfasem jedoch einfach zur Substitution von anderen Fasern - ohne Beriicksichtigung ihrer speziellen Eigenschaften - einzusetzen, kann zu Schwierigkeiten fiihren.
Polyacrylnitrilfasern (PAC) Der Rohstoff Polyacrylnitril wird durch Polymerisation des Acrylnitrils (auch Vinylcyanid genannt) hergestellt. In Abweichung von den bisher beschriebenen synthetischen Chemiefasem, die nach dem Schmelzespinnverfahren erzeugt werden, wird PAC nach dem N a b , haufiger aber nach dem Trockenspinnverfahren zu Fasem versponnen. Dies ist notwendig, weil sich PAC nicht ohne Zersetzung aufschmelzen lafit. Wie in Abb. 1-37 schematisch dargestellt, wird beim NaBspinnverfahren das in Dimethylformamid (DMF) oder ahnlichen Losungsmitteln geloste weifie Polyacrylnitrilpulver in einem nur wenige Zusatze enthaltenen wal3rigen Bad ausgesponnen.
Luft
a)
I Spinnbad
Wu-
Abb. 1-37.a) N a b und b) Trockenspinnverfahren zur Herstellung von PAC-Fasern
52
I
Fmrm
Abb. 1-38. Querschnitte von PAC-Fasern: a) nafigesponnen, b) trockengesponnen
Beim Trockenspinnverfahren wird die Spinnlosung durch die Dusenlocher in einen senkrechten, 5-6 m langen Schacht gepreBt, in dem den sich bildenden Filamenten heiBe Luft entgegenstromt, die den Hauptanteil des Losungsmittels verdampft. Die meisten naB- bzw. trocken hergestellten PAC-Filamente werden dann zu Spinnfasem verarbeitet (Abb. 1-38). Reines PAC ist nach den herkommlichen Methoden nicht farbbar. Deshalb werden in das zu verspinnende PAC ca. 10% im adersten Fall sind 15% erlaubt, wenn die Bezeichnung PAC-Fasem noch benutzt werden sol1 - einer fadenbildenden Chemikalie (Copolymer) einpolymerisiert, die die leichte und gute Anfarbung mit basischen Farbstoffen gewahrleistet. Dieser Zusatz kann - entsprechend den Ausfuhrungen im Abschnitt Bikomponentenfasem - auch als Ursache fur die gute Krauselung der PAC-Fasern angesehen werden. PAC-Fasern werden nahezu ausschliefllich als Spinnfasern verarbeitet und geben Garnen und Flachengebilden ein beachtenswertes Volumen. Die charakteristischen Eigenschaften der PAC-Fasern sind in Tabelle 1 - 13 zusammengestellt, wobei kein den Vliesstoffpraktiker interessierender Unterschied zwischen naB- und trockengesponnenen Fasem gemacht zu werden braucht. Uber die in Tabelle 1-1 3 angegebenen Eigenschaften hinausgehend konnen fur den Vliesstofthersteller von Interesse sein: Tabelle 1-13. Charakteristische Eigenschaften von PAC-Fasern Htichstzugkraft trocken relative NalJIestigkeit Dehnung Schrumpf (95 C. HzO) Schinelzpunkt
CN/tex
Dichte
&/em
*I
% %
74 C
ausgenornmen Hochschrumpffasern
28-56 80-95 40- I5 0-5 * I nicht zu ermitteln zersetzt sich I . 12-1.19
1.2 Chemiefusern
53
- die geringe Feuchtigkeitsaufnahme bei Normalklima von weniger als 2% -
die Licht- und Wetterbestandigkeit des reinen Polyacrylnitrils - und die gute Chemikalienbestandigkeit
Es mu13 aber auch angemerkt werden, darS die ublichen PAC-Fasern -
bei Temperaturen uber 140‘C anfangen zu vergilben und
- in lockerer Vliesstofform relativ leicht zu entflammen sind
- etwa wie Baumwolle oder Viskose -, weshalb fur bestimmte Einsatzgebiete Modacrylfasern angeboten werden. Modacrylfasern enthalten in der Regel 50% Polyvinylchlorid (PVC). Der Definition nach mussen sie mindestens 35% PAC-Substanz enthalten. Durch das meist zugesetzte PVC werden die Fasereigenschaften in Abhangigkeit von seinem Anteil deutlich verandert. So erhoht sich die Dichte auf 1,30-1,42 g/cm’. Wunschenswert aber ist dabei der flammhemmende Effekt. Der LOI-Wert (LO1 = Limiting Oxygen Index; der LOI-Wert gibt den Mindestsauerstoffgehalt der Luft an, der notwendig ist, damit die brennende Substanz gerade noch weiterbrennt) steigt bei 50/50% Modacrylfasern gegenuber PACFasern von 18 auf 27%. Modacrylfasern lassen sich auch gut in Mischung einsetzen. - Es muB aber angemerkt werden, daB sich bei der thermischen Zersetzung von Modacrylfasern Salzsaure bildet, die giftig ist und Metallkorrosion hervormft.
Polyvinylalkoholfasern (PVAL) (G. Ji) Wenn von PVAL-Fasern gesprochen wird, meint man in der Regel mit Formaldehyd nachbehandelte PVAL-Fasern, welche in Japan VINYLON genannt werden. Der groBte Teil besteht aus Spinnfasern. Zu Beginn des Jahres 1924 stellten W.O. Herrmann und W. Haehnel PVA durch Alkoholyse von Polyvinylacetat (PVCA) her und verspannen es trocken zu Fasern. 1930 erzeugte die Fa. Wacker (Deutschland) nach diesem Prozelj Fasern mit dern Markennamen SYNTHOFIL hauptsachlich fur medizinische Nahfaden. 1939 gelang es Sakurada, durch Aldolisation PVAL-Fasern wasserunloslich zu machen. Das Verfahren wurde 1950 in die Produktion uberfuhrt und fand schnell wachsendes Interesse, bis ihm von den Synthesefasern der auch heute noch eingenommene Nischenplatz zugewiesen wurde. Die Produktionslander sind heute hauptsachlich Japan, China und Korea. Wegen der schlechten Farbeeigenschaften und der geringen Elastizitat werden PVAL-Fasern kaum noch in der Bekleidung eingesetzt, dafur aber fur Technische Textilien, Agrotextilien, die Fischerei und die Medizin. Die Weltproduktion an PVAL-Fasern ubertrifft 100000 jato (allein 40000jato in Japan und 600OOjato in China).
1 Fusern
54
Herstellung von PVAL Vinylalkohol (VA) ist als solcher nicht bestandig, er wandelt sich in Aldehyd urn: CH?=CH+H3C-C
I
I
=O
H OH Deshalb kann PVA nicht direkt aus Ethylen gewonnen werden. Ublicherweise wird Vinylacetat zu Polyvinylacetat polymerisiert und dann durch Alkoholyse oder Hydrolyse PVA erzeugt.
Synthese von Vinylacetat Hierfur gibt es zwei Wege: den Acethylen- sowie den Ethylen-ProzeB.
I . Acethylen-Proxp Acethylen und Essigsaure werden in der Gasphase bei ca. 200 C, Normaldruck und Zinkacetat auf Kohlenstoff als Katalysator umgesetzt: HC
G
CH
+ CH3COOH + CH2 = CH OCOCH3
Diese Umsetzung wird sowohl mit Acethylen aus Karbid als auch aus Naturgas durchgefuhrt : ( N ) Kcrrhid-Acerhylen-Methode: Als Ausgangsstoff dient Calciumcarbid. Es reagiert mit Wasser zu Acethylen. Dieser ProzeB ist energieintensiv und fuhrt zu vie1 ,,Carbidschlamm".
( h ) Nururgas-Acefhq.len-Mefh[~d~: Ausgangsstoff ist Methan (CH4). Es wird bei I300 bis 1500"C mit unzureichenden Sauerstoffmengen ,,verbrannt", wobei sich Acethylen bildet. Dieser Weg wird in der Praxis bevorzugt.
2. Ethylen - Prozejj Ethylen und Essigsaure werden bei Temperaturen > 100 C in Gegenwart von Pd/Au-Katalysatoren und NaCH3CO0 als Zusatzkatalysator zum monomeren Vinylacetat umgesetzt: CH? = CH2
+ CHjCOOH + '/2 0 2
+ H2C
= CH
+ HzO
OCOHC3
Polymerisation von Vinylacetat Polyvinylacetat zur Herstellung von PVAL-Fasern wird in der Regel durch Polymerisation in Methylalkohol als Losungsmittel hergestellt:
n H?C = CH?
I
-
[-CH?
OCOCH3
-
CH
I
-1, + 89.2 KJ/mol
OCOCH3
1.2 Chemiefasern
55
Alkoholyse des Polyvinylacetats Das Polyvinylacetat wird mit Methylalkohol in Gegenwart von Natronlauge zu Polyvinylalkohol umgesetzt und kann dann zur Herstellung von Fasern verwendet werden.
Eigenschaften von Polyvinylalkohol Physikalische Eigenschafren (Tabelle I-14) Tabelle 1-14. Physikalische Eigenschaften von PVAL Aussehen/Zustand
Klebrige Teilchen, Flocken oder Pulver
-
Scheinbare Dichte g/cm3 niedrig Alkali-ProzeB - hoch Alkali-ProzeU
0.45 0.27
Glastemperatur C
I5
Thermische Bestindigkeit
ab 100 C leichte Farbveranderung ab 150 C schnelle Farbverandemng >200 C Zersetzung
- 85
Schmelzverhalten C (nicht plaslifiziert) - vollstandig alkoholisiert - teilweise alkoholisiert
230
Lichtstabilitiit
gut
Brennverhalten
wie Papier
180
-
190
Chemische Eigenschafren Die PVAL-Molekule enthalten eine groBe Zahl Hydroxylgruppen, wodurch sie in ihren chemischen Eigenschaften der Cellulose ahneln. (a) Veresterung: PVA kann mit vielen Sauren, Saureanhydriden, Acylchloriden die entsprechenden Ester bilden. Mit verschiedenen Metallsalzen kann es zu intra- und intermolekularen Verbindungen umgesetzt werden. So werden z. B. mit Ti(SO& folgene Strukturen ausgebildet: -CH? - CH - CH;?- CH
I
-
CH? -
0-Ti-0
II
0 (b) Ether von PVA senken die Festigkeit, das spezifische Gewicht, den Erweichungspunkt und die hydrophilen Eigenschaften. (c) PVA kann in Gegenwart saurer Katalysatoren acetalisiert werden. Qualitiitseigenschaften PVA fur die Faserherstellung muB eine ganze Reihe von Anforderungen erfullen: Polymerisationsgrad, Acetatgehalt, Quellwert, Reinheit, Dichte u. a.
Vorbereitung der Spinnlosung Die Vorbereitung der spinnfiihigen Liisung erfolgt in mehreren Schritten: Trennung von Wasser mit Begleitstoffen und Dehydratisierung fuhren zum Ausgangsstoff PVA, der dann mit 14-18% in Wasser eingetragen, gemischt, gelost, filtriert und entschiiumt wird.
Verspinnung der PVA-Losung In der Praxis werden PVAL-Fasern sowohl nalJ als auch trocken ersponnen. Dabei werden Spinnfasern in der Regel nach dem NalJverfahren und Filamente fur speziellen Einsatz nach dem Trockenverfahren hergestellt. Beim NaBspinnen konnen verschiedene Salzbiider zur Koagulation eingesetzt werden. Natriumsulfatlosungen von 400 bis 420g/l mit 45 - C werden dabei bevorzugt. Mit dem Trockenverfahren werden Filamente grol3er Einheitlichkeit, hoher Festigkeit, niedriger Dehnung, hohem Modul, gutem Farbeverhalten und seidenahnlichem Charakter hergestellt. Die PVA-Konzentration der Losung liegt zwischen 30 und 40%, der Energieverbrauch ist hoch und die Spinngeschwindigkeit relativ niedrig. Nachbehandlung der PVAL-Fasern Durch die Verstreckung der ersponnenen Fasem werden die Molekule mehr oder minder orientiert und kristallisiert und damit die endgultigen Fasereigenschaften eingestellt. Die Verstreckung erfolgt an verschiedenen Stellen bei der Faserherstellung. Die thermische Nachbehandlung zur Steigerung der Dimensionsstabilitat, der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der HeiBwasserbestiindigkeit ist notwendig, damit die Fasem die folgende Acetalisierung uberstehen. Die Acetalisierung dient der Blockade der Hydroxylgruppen des PVA. In der Produktion erfolgt sie ublicherweise durch Formaldehyd: -CH?
-
CH
I
-
CH?-
+ HCHO
OH
i
-CHz - CH
I
-
CH? - CH
0 -CH,-O
I
-
CH?
+ H?
Acetalisierte PVAL-Fasern haben eine gute Hitzebestandigkeit. Ihre Erweichung in Wasser erfolgt erst bei 110 his 115 C. Die Acetalisierung erfolgt bevorzugt an den Hydroxylgruppen, die nicht in Kristalle eingebunden sind. Mit ihrer Erh6hung steigt auch die Hitzebestandigkeit der Fasem. Der Grad der Acetalisierung betriigt zwischen 20 und 30%. Sie erfolgt bei Temperaturen von ca. 70 C in 10 bis 30 Minuten.
Verhalten von PVAL-Fasern Die Hygroskopizitat ist unter den synthetischen Chemiefasem die beste. Baumwolle/ PVAL-Mischgarne SO/SO% sind ca. 60% fester als reine Baumwollgarne, und ihre Scheuerfestigkeit ubertrifft reine Baurnwollgarne um das Sfache (Tabelle 1 - IS).
1.2 Chemiefasern
57
Tabelle 1-15. PVAL-, Faserfestigkeit und -dehnung im Vergleich zu anderen Fasem Hochstzugkraft in cN/tex
----
PVAL-Fasem PA-Fasem PES-Fasem CV-Fasem Baumwolle Seide ~
Hochstzugkraftdehnung in % ’
---
65 48 47 28 40 50
-21 27 23 20 - 8 13
~
Tabelle 1-16. Wetterbestandigkeit von PVAL-Fasem im Vergleich mit anderen Fasem Restfestigkeit nach 1 -jahriger Sonnenbestrahlung in % ~
~
PVAL-Filamente (trocken Proz.) PVAL-Fasern (normal) PES-Fdsem PA 6-Fasem PP-Fasem Baumwolle
70 34 37 1.5 11 (bereits nach 0,5 Jahren) 30
Tabelle 1-17. Chemikalienbestandigkeit von PVAL-Fdsem im Vergleich mit anderen Fasem
10% HzS04 20’C, 10 h 10% NaOH 20’C. 10 h
PVAL
PA 6
Polyester
Baumwolle
Viscose
100
54
100
55
5.5
100
80
95
69
19
Die Hitzebestandigkeit der PVAL-Fasern ist gut (siehe Abschnitt 6.3). Die Wetterbestandigkeit von PVAL-Fasern ist im Vergleich zu anderen Fasern gut bis sehr gut (Tabelle 1- 16). Die Chemikalienbestandigkeit von PVAL-Fasern ist vergleichsweise gut bis sehr gut (Tabelle 1- 17).
Prufledingungen
-
Resrfestigkeit der verschiedenen Fasern in %
Als beachtenswerte Besonderheiten beim Einsatz von PVAL-Fasem sind folgende Eigenschaften zu beriicksichtigen: unbefriedigendes Farbeverhalten, geringe Elastizitat, geringe Knitterbestandigkeit und ihre geringe Heifiwasserbestandigkeit sowie die geringe Formbestandigkeit speziell bei hoheren Temperaturen und im nassen Zustand. Die wichtigsten Eigenschaften der PVA-Grundtypen enthalt Tabelle 1-1 8.
Tabelle 1-18. Die wichtigsten Eigcnwhaften von PVAL-Fasern Eigenwhaften
Hdchxtzugkraft trocken (cN/tex) naB Hiichstzugkralt- trocken dehnung in 'k naB Schlingenfestigkeit (cN/tex) Knotenfestigkeit (cN/tex) Wiedererholung nach 3% Dehnung in % Dichte in g/cm3 Thermisches Verhalten Sonnenlichthextandigkeit Siurehestfndigkeit Alkalibestandigkeit Liisungsmittelbestindigkeit Scheuerbestindigkeit Insekten- und Pilhestindigkeit Firbeverhalten
Spinnfasern
Filamente
normal
hochfest
normal
hochfest
4, I 4 , 4 2.84.6 12-26
6,O-8.8 4.1-7,s
2.6-32 1.9-2.8 17-22 17-25 4,0-5,3 1.9-2.7 70-90
5.3-8.4 4.4-7.5 8-22 8-26 6.2-1 1.5 2.24.4 70-90
13-27 2,643 2.1-3.5 70-85
9-17 10-18 44-5.1
4.04.6 72-85
I ,28-1,30 Erweichung bei trockener Hitie: 215 bis 220 C gut Wird nicht angegriffen von 10% HCI. quillt und zerfillt in konz. HCI. H2SOj. HNOj Keine Verinderung in 50% NaOH + konz. NH40H. In den meisten Liisungsrnitteln gut. Quellbar oder Iiislich in heiBem Pyridin, Phenol, Kresol und Formaldehyd Gut Gut Farbbar mit Direkt-, Schwefel. Azo-, Kiipcn-. Sfure- und anderen Farbstoffen. Die Farstoffaufnahme ist vergleichsweise niedrig. der Farhausfall nicht g h 7 e n d
Hochleistungs- und wasserlosliche PVAL-Fasern NuJg espon ti ene Hochm odu I- P VAL-Fase rn
Ende der 60er Jahre entwickelte Kuraray eine PVAL-Faser, die sie FWB-Faser nannten. Sie wird nal3 unter Bor-Zusatz gesponnen. Fur die Herstellung von Hochmodul-PVAL-Fasem ist es notwendig, den Kristallisations- und Orientierungsgrad zu erhohen. Die resultierenden Eigenschaften im Vergleich mit anderen Fasem enthalt Tabelle 1 - 19. FWB-Fasern werden bevorzugt in Cord und als Asbest-Ersatz in Zement eingesetzt. Die Festigkeit dieser Fasem betragt bis zu 2,65GPa und ihr Modul liegt urn 50 GPa. Gelspinnen zur Herstellung von PVAL-Fusern tnit hoher Festigkeit und hohem Modul Die PVA-Losung mit 2-15% wird nach entsprechender Vorbereitung in Gas oder Flussigkeit extrudiert, abgekuhlt, das Losungsmittel wie ublich entfernt und das Gel anschliel3end unter speziellen Bedingungen verstreckt. Den EinfluB von Konzentration und Verstreckung auf die Fasereigenschaften zeigt Tabelle 1-20. Die iiblichen Losungsmittel zur Herstellung der Spinnlosung sind Ethylenglycol oder Propanol. Als Extraktionsmittel werden eingesetzt: Methylalkohol, Athylalkohol, Athylether u. a. Die Verstreckung erfolgt zwischen 200 und 250 'C.
59
1.2 Chemiefasern Tabelle 1-19. Eigenschaften von (PVAL)-FWB-Fasern im Vergleich zu anderen Fasem Priifbedingungen
Eigenschaften
PVAL FWB
Standard
Festigkeit (cNltex) Dehnung(%) Anfangsmodul (cNltex) Festigkeit (cNltex) Dehnung (%) Anfangsmodul (cN/tex)
93
bei hoher Temperatur ( 120°C)
-
PES-Faser
PA 6,6-Fasem
75
75
15.7 95
20,6 41
83
50
49
50
6.9 120
18.5
41
22.5 I1
9 84
5,7 224
HAT-CV. Filament 60
II 101
Tabelle 1-20. Auswirkung der PVA-Konzentration und der Verstreckung auf die Eigenwhaften von Gel-gesponnenen Fasem Konzentration
Verstreckung
(%)
13 10
4.5 22 4.5 22
Festigkeit (cN/tex)
Anfangsmodul (cN/tex)
79.6 86,s
19.5 83, I 30,6 98.9
14.8
112
Dehnung (%)
219 I5,8 91.5 9.6
Wasserliisliche PVAL-Fasern Wasserlosliche PVAL-Fasem sind die einzigen Chemiefasern, die in Wasser auflosbar sind. Sie konnen sowohl nach dem Trocken- als auch nach dem NaBverfahren hergestellt werden. Das Trockenverfahren ist vergleichsweise einfach, speziell fur Fasem, die unter Normaltemperatur gelost werden sollen. Fur Fasem, die bei anderen Temperaturen gelost werden sollen, werden folgende Herstellungsverfahren angewandt: ( 1) Spezielle Bedingungen bei der Faserbildung, -verstreckung und thermischen
Nachbehandlung. (2) Reduzierung des Polymerisationsgrades (DP 1000) und Alkoholyse des PVA. ( 3 ) Veranderung der Kettenstruktur des PVA durch Pfropfung, z. B. mit Copolymeren mit Propanol oder durch oxidativen Abbau.
-
Einsatz von PVAL-Fasern Seit den 80er Jahren werden PVAL-Fasem seltener in der Bekleidungsindustrie, dafur aber haufiger zu Technischen Textilien verarbeitet, z. B. zur Verstarkung von Baustoffen, Herstellung von Planen, technischen Nahfaden, Schlauchen, Reifencord, Transmissionsriemen, Textilien fur die Landwirtschaft u. a.
Wasserlosliche PVAL-Fasem finden Venvendung in der Textilindustrie als Bindefasem zur Erhohung der Festigkeit und Flexibilitat in der Papierindustrie, in der Stickerei als Stickgrund, in der Medizin als chirurgisches Nahtmaterial u. a.
Polytetrafluorethylenfasern(PTF) PTF-Fasern sind extrem widerstandsfahig gegen Warme und Chemikalien, haben den niedrigsten bekannten Reibungskoeffizienten, sind schwer brennbar und bestandig gegen UV-Strahlung und Bewittemng. AuBerdem behalten sie ihre Geschmeidigkeit auch bei extrem tiefen Temperaturen. Die Vielfalt so ungewohnlicher Eigenschaften laBt sich nur aus der Struktur des Makromolekuls erklaren. PTF-Fasem bestehen aus einer linearen, unverzweigten und unvemetzten Kette von Kohlenstoffatomen, wobei jedes Kohlenstoffatom 2 Fluoratome tragt. PTF wird uberwiegend im technischen Sektor eingesetzt. Der wachsartige Griff, die nicht mogliche Anfarbung und der hohe Rohstoffpreis verhindem den Einsatz im textilen Bereich. Das bedeutendste Einsatzgebiet sind verflochtene Schnure fur Dichtungspakkungen in Stopfbuchsen von Pumpen, Rohrkesseln und Ventilen. Ein weiteres sehr wichtiges Einsatzgebiet fur PTF ist die Filtration von aggressiven Gasen und Flussigkeiten. Dazu werden Krempelvliese aus PTF-Spinnfasem auf ein Gewebe aus PTF-Filamentgamen genadelt. Verstarkte Nadelvliesstoffe dieser Art ermoglichen auch die LBsung anderer Filtrationsprobleme, bei denen die Bestandigkeit des Filtermediums gegen Chemikalien und Hitzeeinwirkungen von ausschlaggebender Bedeutung ist. Neben langen Standzeiten im Dauerbetrieb, besteht der Vorteil, dalj sich der Filterkuchen leicht von der Filterflache ablosen lafit.
Synthetische Spezialfasern - Bindefasern (siehe auch Abschnitt 3.3) Fur die Chemiefaserindustrie lag es nahe, die Entwicklung der Vliesstoffe durch systematisch konstruierte Bindefasem zu fordem. Unter Bindefasem werden Fasern verstanden, die wegen ihres abweichenden Lose- und Schmelzverhaltens in der Lage sind, andere Fasem fest an sich oder miteinander zu binden. Hierfur bieten sich spezielle, in sich einheitliche Fasern, aber auch Bikomponentenfasern an. Die Bindefasern lassen sich in drei Gruppen einteilen: -
-
die Ifislichen, das sind Polyvinylalkoholfasem und Alginatfasem die schmelzenden, das sind Copolyamidfasem, Bikomponentenfasem, Mischpolymerisatfasern und thermoplastische Fasem mit gegenuber den zu bindenden Fasem niedrigeren Schmelztemperdturen sowie die verklebenden Fasem, wie unverstreckte Polyesterfasern
Liisliche Bindqfasern
Die Polyvinylalkoholfasern (PVAL) sind wahrscheinlich die idtesten Bindefasem. Ihr Verhalten in Wasser mit unterschiedlicher Temperatur wird in Abb. 1-39 wiedergegeben. Die urspriingliche, gut zum Vlies aufzubereitende Faser quillt in heiljem Wasser und geht bei hoheren Temperaturen uber einen Gelzustand nach und nach in
1.2 Chernicfasern
25°C
60°C
80°C
61
90°C
Abb. 1-39. Polyvinylalkoholfasem nach Behandlung in Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen
Losung. Durch richtige Temperaturwahl kann dadurch ein wirkungsvoller Bindeeffekt mit und zwischen anderen Fasem eingestellt werden. Polyvinylalkohol kann leicht mehr oder minder stark modifiziert werden. So werden z.B. 3 Typen angeboten, die sich bei 60, 70 oder 80°C Iosen (siehe auch Abschnitt PVAL-Fasem). Schmelzende Bindefasern Bekannt sind zur Zeit verschiedene Copolyamidfasem. Abb. 1-40 zeigt das Verhalten von COPAK 115 in Wasser von 25 und 100cC. Die Copolyamidfaser COPA K 140 verhalt sich wie Abb. 1-41 wiedergibt. Die Fasem schrumpfen vor dem Erweichen bzw. Anschmelzen, das bereits wenig uber 70 "C beginnt, mit nur unbedeutender Schrumptkraft. Dafur stellt sich aber ihr Bindeeffekt gegenuber COPA K 115 schon bei deutlich niedrigeren Tem-
25°C
100°C
Abb. 1-40. Copolyamidfasern CoPA K 1 IS nach Behandlung in Wasser mit unterschiedlicher Temperatur
25°C
60°C
70°C
70°C
80°C
90°C
Abb. 1-41. Copolyamidfasern CoPA K 140 nach Behandlung in Wasser von unterschiedlicher Temperatur
geschrnolzen
geschrnolzen
geschrnolzen
0
verschmolzen
L verklebt
10 j
K
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Wasser
HeiRluft
Temperatur
C
-
Abb. 1-42. Verhalten voii Copolyamidfasern CoPA K I15 und CoPA K 140 in nassem und trockenem Medium in Ahhiingigkeit von der Temperatur Schockschruinpl=schnell in heil3es Wasser eingetragen (10' Verweilzeit) langsam hochgeheirt = kult in Wasser eingehen. langsarn hochheiien ( I h Verweilieit) HeiBluft = 3' Verweilieit (je MeDpunkt wurde neues Material genomrnen)
peraturen ein, was noch durch die Schmelzpunktemiedrigung im System Wasser/ Copolyamid unterstutzt wird. Vor Erreichen der Bindetemperatur schrumpfen Copolyamidfasem um 45 bis 50% (Abb. 1 4 2 ) . Dies fuhrt dazu, da13 ein Vlies mit nur 50% COPA K I15 je nach Masse und Konstruktion einen Flachenschrumpf von bis zu 35% haben kann. In den Diagrammen der Abb. 1-42 ist das Verhalten der beiden Bindefasern beschrieben. Der darin angegebene Schrumpf sagt jedoch nichts aus uber die dabei wirkende Schrumpfkraft. Deshalb mu13 darauf hingewiesen werden, da13 die
1.2 Chrmiefusern
63
Schrumpfkraft bei der Type COPA K 140 praktisch ohne Bedeutung ist, wahrend sie fur die Type COPA K 1 15 ein hervorstechendes Charakteristikum darstellt. Ferner ist aus Abb. 1-42 das differenzierte Verhalten der Copolyamidfasern im bintiren System FaserNasser bei schockartiger Temperatureinwirkung gegenuber einer langsamen Temperatursteigerung zu entnehmen. AuBerdem enthalt sie Angaben uber die Einstellung des Bindeeffektes rnit HeiBluft. Das unterschiedliche Verhalten der beiden Fasern unter den angegebenen drei Bedingungen macht verstandlich, daB es zwingend erforderlich ist, den gewunschten Bindeeffekt mit Experimenten zu ermitteln. Die Herstellung von Schnittfasern wird bei beiden Typen durch die niedrigen Schmelzpunkte erschwert. Es kann dabei zu Verschmelzungen an den Faserenden kommen, die sich aber mit entsprechend eingestellten Auflosungsaggregaten wieder auseinanderziehen lassen. Bikomponentenfasern ManteVKern-Fasern aus 2 Polymeren, von denen das Mantelpolymere bei niedrigerer Temperatur schmilzt als das Kempolymer, sind als Bindefasem gut geeignet. Es sind verschiedene Fasertypen am Markt: - Heterofilfasern mit einem Mantel aus Polyamid 6 und einem Kern aus Polyamid 6.6. Damit konnen durch ganzflachige und punktformige bzw. kleinflachige Erhitzung auf Temperaturen deutlich uber dem Erweichungspunkt des Polyamid 6 unter voller Erhaltung des Polyamid 6.6-Kerns einwandfreie Bindungen eingestellt werden. Analoge Eigenschaften - vielleicht noch ausgepragter - besitzen Fasern rnit einem PP-Mantel und einem PET-Kern. Mischpolymerisa fahsern
In diese Untergruppe gehoren: Die schon seit Jahren angebotenen MP-Fasern. Sie bestehen aus 85% PVC und 15% Polyvinylacetat. Sie werden zwischen 70 und 80°C weich. Ihr Schmelzpunkt liegt bei 159°C. Wegen der Griffverhartung, zu der die Faser im gebundenen Vliesstoff fuhrt, ist ihr Einsatz begrenzt. - Efpakal L90 aus Japan. Sie besteht aus 50% PVC und 50% Polyvinylalkohol. Der Polyvinylalkohol-Anteil der Faser lost sich bei 90 "C in Wasser, wahrend der PVC-Anteil dabei erweicht. Das Losungs-Erweichungsverhalten dieser Faser ist dadurch recht interessant. -
Verklebende Fasern Hierzu sind unverstreckte PET-Fasern zu zahlen. Beim erstmaligen Erwarmen solcher Fasern auf den Glasumwandlungspunkt, der trocken bei 80 "C und feucht deutlich niedriger ist, wird die Faser fur die Dauer der Umwandlung weich und klebrig. Abb. 1-43 zeigt die Veranderung der Faseroberflache nach einer Behandlung in Wasser und 100°C. - Beriihren nun solche klebrig gewordenen Fasern andere Fasern oder werden sie in diesem Zustand z.B. durch Kalandern an andere Fasem angepreBt, so entsteht eine feste, irreversible Bindung. Auch erneute Warmezufuhr lost die Bindung nicht wieder. Bemerkenswert ist noch, daB die Bindestellen fast punktformig sind, was Griff und Flexibilitat des Vliesstoffs positiv beeinflufit.
Abb. 1-43. PET-Fasern unventreckt nach Behandlung in Wasscr mit untcrqchiedlichen Tempernturen 25°C
100°C
Bei der Herstellung und dem Einsatz solcher unverstreckten PET-Fasern mu13 allerdings darauf geachtet werden, daB sie unverstreckt bleiben, da bereits eine geringfugige Verstreckung den gewunschten Effekt stark herabsetzt. Die Bindekraft im Vliesstoff nimmt mit zunehmender Kristallisation und Orientierung der Polyestermolekule in der Faser schnell ab. Die wenigen Beispiele von handelsublichen Bindefasern lassen erkennen, welcher Methoden sich die Chemiefaserhersteller zu ihrer Erzeugung bedienen. Sie machen aber auch sichtbar, daB es moglich ist, fur interessante Einsatzgebiete spezielle Fasern maflzuschneidern. Fragwurdig sind lediglich die Herstellungskosten bei dem relativ niedrigen Bedarf. Einkristallfasern (Whiskers) Whiskers sind aul3erst feine, monokristalline Fasern, die unter sorgfaltig uberwachten Herstellungsbedingungen produziert werden. Ihr Durchmesser ist meist klein (zwischen 1 und 30pm). Man hat aber inzwischen gelernt, auch dickere Fasern zu erzeugen. Diese Entwicklung wirkt sich auch auf die LYnge der Fasern aus. So ist es heute moglich, Whiskers herzustellen, die langer sind als 20 mm. Die Zugfestigkeit dieser Einkristallfasern ist unvorstellbar hoch. Sie erreicht Werte, die an die theoretischen Werte von Atombindungen grenzen. In Verbundwerkstoffen ergeben Whiskers bereits Festigkeitserhiihungen bei einem Fasergehalt von -5%. Des weiteren kiinnen sie sogar wegen ihrer hohen Zugfestigkeit und ihres hohen Moduls zur Verstarkung von Metallen eingesetzt werden. - Der hohe Preis fur Whiskers schliel3t eine breitere Anwendung aus. Die zur Verfugung stehenden Whiskers-Typen sind u. a.: -
Aluniiniumoxid (Saphir) (A1203),Graphit (C), Siliciumcarbid (SIC), Siliciumnitrid (Si3NJ). Bei ihrer Herstellung - besonders aber bei ihrer Verarbeitung sind die Schutzvorschriften am Arbeitsplatz gewissenhaft zu beachten.
Pol~curboncitfii.serti- Polyester der Kohlrtisaure
Die Herstellung der Fasern erfolgt aus Bisphenol A und Phosgen. Sie werden naB oder trocken ersponnen. Sie haben folgende Eigenschaften:
1.2 Chemiefasern -
65
Dichte 1,2 g/cm3 hitzebestandig bis 300 "C nicht entflammbar sehr gutes elektrisches Isoliervermogen geringe Wasseraufnahme (siehe auch im Abschnitt PET-Fasern)
Melaminfasern Fur die Herstellung von hitze- und flammfesten Textilien sind Melaminfasern besonders geeignet. BASOFIL der BASF mit seiner Netzwerkstruktur besitzt die charakteristischen Eigenschaften solcher Kondensationsharze wie Harte, chemische Bestandigkeit i n d eben die herausragende Schwerentflammbarkeit. Ihre Kenndaten sind: Faserfeinheit dtex 22 Dichte g/cm3 194 2-4 cN/dtex Fest igkei t 15-25 ReiBdehnung % 32 LO1 farbbar Farbeverhalten Schrumpf bei 200°C % 2 Dauertemperaturca. 200 bestandigkeit "C kein Abtropfen Abtropfverhalten kein Schmelzpunkt Schmelzpunkt Die Melaminfaser BASOFIL kann nach den ublichen Verfahren zu Textilien verarbeitet werden. Bei der Herstellung feinerer Game und Anwendungen mit hoheren Festigkeitsanspriichen haben sich Zumischungen von Fasern mit hoherer Festigkeit, wie z. B. PES, Aramide, hochfestes Polyethylen oder andere bewahrt. Dabei ist das jeweils geforderte Temperatur-hzw. Brennverhalten zu berucksichtigen. Auch in Vliesstoffen fur den Hochtemperaturbereich und Feuersperren hat sich BASOFIL rein und in angepaBten Mischungen bewahrt. Die Hauptanwendungsgebiete sind: Schutztextilien, bei denen die besonderen Eigenschaften benotigt werden - Isolierwerkstoffe gegen Hitze und Larm - Vliesstoffe fur entsprechende Filter - Textilien fur Feuersperren -
Als weitere Spezialfaserarten mussen synthetische Chemiefasern angesehen werden, die nach nichtkonventionellen Herstellungsverfahren erzeugt werden. Dazu ist auch das ,,Ziehen" von Faserkollektiven zu zahlen. Dabei werden Grundmaterialien der verschiedensten Art mit thermoplastischen Polymeren ,,bedeckt" und dann das erwarmte Polymer faserartig abgezogen. Je nach Beschaffenheit des Polymers und der Produktionsbedingungen entsteht auf der Oberflache ein Flor aus mehr oder minder feinen und langen Fasern, die von ihrer Polymerbasis festgehalten werden. Die Fasereigenschaften werden vom Polymer und den Verarbeitungsbedingungen gepragt. Polymerseitig werden Produkte mit niedrigem Schmelzpunkt und gutem Schmelzverhalten, d. h. Polyolefine bevorzugt.
I Frrsrni
66
3
+
4
Abb. 1-44. Faserspruhen von Polymer(1Gsungen) und Vlieshildung im elektrostatischen Feld I Dusen, 2 Lufizufuhrung. 3 Trocknungskammer, 4 Lieferband, 5 Gegenelektrode
Ein weiteres Verfahren ist das ,,Faserspriihen" aus Polymerlosungen oder SchmelZen, wie in Abb. 1-44 wiedergegeben. Das skizzierte elektrische Feld kann den Vorgang unterstutzen. Die Eigenschaften der entstehenden Fasern streuen relativ stark, was aber fur bestimmte Einsatzgebiete, z. B. Filter, nicht nachteilig sein muB. In Abb. 1-44 ist zu erkennen, daB die verspriihten Polymerteilchen durch den Verspriihungsvorgang Faserform annehmen und durch das elektrische Feld ausgerichtet werden. Die Sammlung und Ablage der Fasern kann auf einem Sieb oder einem fur den Einsatz notwendigen Grundmaterial erfolgen. Abb. 1-45 zeigt eine weitere unkonventionelle Verfahrensmoglichkeit. Bei ihr wird das Polymere - meist Polypropylen oder Polyethylen - von Extrudern aufgeschmolzen und anschliefiend durch eine Vielzahl kleiner, in einer Linie angeordnete Offnungen geprel3t. Die Polymerschmelze wird am Dusenaustritt oder unmittelbar darunter von HeiBluft erfaBt, die die austretenden Filamente auf einen Durchmesser von 0,5-3,0 pm verstreckt. Bedingt durch die Kraft des HeiBluftstromes und die Feinheit der Filamente, zerreiljen diese sehr haufig, so daB mehr oder weniger lange, sehr feine Filamentabschnitte unmittelbar zu einem Vlies auf ein Transportband abgelegt werden. SchlieBlich seien noch Gedanken erwahnt, die durch Presseveroffentlichungen bekannt geworden, aber noch nicht zur Produktionsreife entwickelt sind. Es wird uberlegt, z. B. Monomere, die hochmolekulare Verbindungen bilden konnen, zusammen mit Katalysatoren und Fullstoffen auf ein Transportband zu gieBen, sie dort zu polymerisieren und dann - soweit als notig - die Hilfssubstanzen wieder zu entfernen. Solche Verfahren sind denkbar und durften sich auch auf bestimmte Eigenschaften hinsteuern lassen.
I
Abb. 1-45. Schema des Melt-Blown-
1.2 Chrmiefasern
67
Spinnvliesstoffe aus Cellulose-Filamenten Die verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Chemiefasern werden nach entsprechender maschineller Anpassung auch zur unmittelbaren Erzeugung von Vliesstoffen eingesetzt. Sie werden mit dem Begriff ,,Spinnvliesstoffe" zusammengefaBt. Wahrend im allgemeinen Sprachgebrauch darunter Vliesstoffe verstanden werden, die nach dem Schmelzespinnverfahren hergestellt werden, produziert Asahi Chemical Industry Co., Ltd. in Japan auch einen Spinnvliesstoff aus 100% Cellulose-Filamenten nach dem ,,Kupferverfahren", einem NaBspinnprozeB. Er ist unter dem Markennamen ,,Bemliese" im Handel. Zur Herstellung von Bemliese werden - wie beim ,,Kupferverfahren" ublich - gereinigte Baumwolle-Linters in Cuprammonium gelost, die Losungen entluftet, filtriert und versponnen (Abb. 1-46).
t3=
!Rm.i
................
4 ................
Abb. 1-46. Herstellung von Bemliese. I Spinnen, 2 Raffinieren, 3 Wasserstrahlbehandlung. 4 Trocknung, 5 Aufwicklung
Der SpinnprozeB zeichnet sich durch eine milde Koagulation und eine hohe Verstreckung der sich bildenden Filamente aus. Sie werden zum Vlies auf einem vibrierenden Siebband abgelegt, anschlieBend gewaschen und in einer weiteren Behandlungsstufe mit Wasserstrahlen verfestigt, dann getrocknet und als Vliesstoff aufgewunden. Das Kupferverfahren ermoglicht es, den KoagulationsprozeB sehr genau zu kontrollieren. Dadurch ist es moglich, eine angemessene ,,naturliche Verfestigung" zwischen den einzelnen, sehr feinen Filamenten aus Cellulose einzustellen, was dem Vliesstoff besondere Eigenschaften verleiht (Abb. 1 -47), die durch die Wasserstrahlverfestigung nur noch unterstutzt werden.
Abb. 1-47. Vliesstruktur von Bemliese (VergroBerung ca. 1000fach)
68
I Fmrm
Die Herstellungsbedingungen und die charakteristischen Eigenschaften solcher Vliesstoffe lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Herstellung gereinigte Baumwolle-Linters Kupfersulfat-/Ammoniak-Losung keine 1. Wasser 2. verdiinnte Schwefelsaure Wasser gesteuerte Aufschwemmung der Filamente, dabei Einstellung punktformiger Bindungen, Wasserstrahlverfestigung kontinuierlich
Rohstoff Losungsmittel Hilfsmittel Regenerierungsbad Waschbader Vliesbildung Prozeljfuhrung
Vliesstoffeigenschaften Faserfei n hei t Faserlange Avivagen Binder
zwischen 0,9 und 1,7 dtex einstellbar, sehr gleichmlljig ,,endlos" - Filamente keine keine
Daraus ergeben sich folgende Gebrauchseigenschaften: praktisch reine Cellulose - fusselfrei - nicht toxisch - hohe und schnelle Feuchtigkeitsaufnahme - hohes Feuchtigkeitsriickhaltevermogen - antistatisch - einheitlich in Dichte und Dicke - voluminos und weich - biologisch abbaubar -
Aufgrund der vorstehend skizzierten Eigenschaften wird Bemliese in folgenden Bereichen eingesetzt: Verbrauchsgiiter: Medizintextilien: Industrietextilien:
Wischtiicher, Kosmetiktupfer, Teebeutel u. a. Tupfer, Gaze, Handtucher, Haftbandagen u. a. Reinraumwischtucher, Wischtiicher fur Hightech-Produkte
Die beschriebenen Vliesstoffe werden einsatzgerecht in verschiedenen Typen angeboten (Filamentfeinheit, Flachenmasse, Festigkeit, Reinheit, Verstarkungsfasem u. a.). Damit erhalt der Markt ein interessantes Vliesstoff-Sortiment aus CelluloseFasern.
1.2.3 Modifikation von Chemiefasern Die bereits gemachten Ausfiihrungen uber die fur die Herstellung von Vliesstoffen geeigneten Chemiefasem zeigen, dalj es sowohl moglich ist, herkommliche
1.2 Chrmiefusern
69
Tabelle 1-21. Moditikationen von Chemiefasern Additive Substanzen
Effekt
MaBnahmen bei der Herstellung
Effekt
Mattierungsmittel
Anfarbung, Glanz, Luster
Polymermenge pro Diisenloch
Faserfeinheit
Lichtschutzmittel
Lichtbestandigkeit
Dusenlochquerschnitt
Faserquerschnitt
Bariumsulfat
Rantgenkontrastwirkung
Verstreckungshahe
Festigkeits-. Dehnungsverhalten
Farbstoffe
Farbe, Echtheiten
Temperaturfuhrung Schrunipf u. a. bei der Verstreckung
Aufheller
WeiBgrad, Fluoreszenz
SchnittlPnge
Flammschutzmittel
Flammschutz
Modifier
physikalische und chemische Eigenschaften
Zweite Komponente
Bikomponentenwirkung Kriuselung, physikalische und chemische Eigenschaften
spezielle Farbstoffkuppler
Farbe. optische Gewebeeffekte
Antistatikum
antistatische Eigenschaften
Faserllnge
Spinnfasern und Filamente einzusetzen, als auch spezielle Fasern fur besondere Einsatzzwecke zu konstruieren. Dabei werden meist unabhangig vom Rohstoff bei der Chemiefaserherstellung bestimmte Techniken angewandt, bzw. Wege beschritten. Sie sind in Tabelle 1-21 zusammengefal3t. Zunachst ist das Mattierungsmittel zu nennen. Meist ist es Titandioxid, das in unterschiedlichen Mengen von 0,04 bis 4% in Fasern eingesponnen wird. Titandioxid steht in 2 Modifikationen zur Verfugung: Anatas und Rutil. Anatas ,,mattiert" nicht ganz so gut wie Rutil, wird aber doch in uberwiegendem MaBe eingesetzt, weil es nicht so ,,hart" ist wie Rutil und demzufolge Maschinen und Fuhrungselemente bei der Faserherstellung und -verarbeitung weit weniger ,,anschmirgelt". Auch das Angebot von Rutil mit sogenannten ,,runden Ecken" stellt noch keine befriedigende Losung dar. - Bariumsulfat und Silikate konnten theoretisch auch als Mattierungsmittel eingesetzt werden. Ihr Mattierungseffekt ist nicht schlecht. Sie beeinflussen jedoch den Faserrohton durch Verschiebung von WeiS ins Gelbliche, was aber nicht gewunscht wird. Als Lichtschutzmittel eignen sich zweiwertige Manganverbindungen und Phosphate. Sie werden auf der Oberflache von Titandioxid niedergeschlagen, wodurch sowohl die negative Wirkung des Titandioxids selbst ausgeschaltet als auch die Fasersubstanz geschutzt wird. Titandioxid kann in feuchter Atmosphiire bei UVEinstrahlung u. U. abbauend wirken. Die Lichtschutzmittel konnen aber auch bei der Herstellung den zur Verspinnung kommenden eigentlichen Faserrohstoffen zu-
I Fmern
70
gesetzt werden. Die Wirkung der Lichtschutzmittel wird haufig als ganzlich unabhangig von Temperaturstabilisierungshilfsmitteln angesehen. Dies ist sicher nicht berechtigt, da letztlich Licht nur eine Energieform ist. Es kann wellenlangenmal3ig naturlich anders zusammengesetzt sein als andere Energieformen. - Oft wird beobachtet, dal3 der Lichtschutzeffekt mit der Zeit zuruckgeht. Dies kann darauf zuriickzufuhren sein, dal3 die meist kleinen Mengen von 100 his 500 ppm Lichtschutzmittel ausgewaschen werden. Deshalb lohnt es sich, in den entsprechenden Fallen, Fasern aus Substanzen einzusetzen, die vom Rohstoff her lichtbestandig sind. Fur die herkommlichen Synthesefasern gilt die Reihenfolge (nach mehr Lichtbestandigkeit) Polyamid + 'Polyester -+ reines Polyacrylnitril. - AuSerdem empfiehlt es sich in Fallen, in denen es auf die Lichtbestandigkeit ankommt, glanzende Spinnfasern einzusetzen. Bnriumsulfut in Konzentrationen von -40% an aufwarts in Fasern liefert beim Rontgen, z . B. von Menschen, wenn die entsprechende ortliche Rontgendichte gegeben ist, auch an knochenreichen Korperstellen einwandfreie Kontraste. Deshalb werden solche Fasern in der Medizin verwendet. Dabei enthalten die entsprechenden Textilien meist ins textile Flachengebilde eingearbeitete Garne. Fnrhstofle in Konzentrationen von weniger 1% bis zu 15% werden zur Herstellung von sogenannten ,,spinngefarbten" oder ,,in der Masse gefarbten" Fasern eingesetzt. Im allgemeinen kommen hier anorganische und organische Pigmentfarbstoffe in Frage. Solche Farbstoffe mussen sich bei der Faserherstellung nach dem NaBspinnprozelJ, z.B. in der Viskose dispergieren lassen und durfen sich bei der Regenerierung der Cellulose nicht verlndern sowie das Fallbad nicht verschmutZen. - Bei der Erzeugung von synthetischen schmelze- oder trockengesponnenen Fasern mussen sie die meist recht beachtlichen Temperaturen von -200 bis uber 300 C uberstehen und nach der Verstreckung noch zu einem farblich einwandfreien Ausfall fuhren. - Spinngefarbte Fasern besitzen meist ausgezeichnete Echtheiten, so daR sie sich besonders im Dekorationsstoffbereich bewahrt haben (z. B. auch fur Nadelvliesbodenbelage). Aufieller konnen fur die Praxis als Farbstoffe angesehen werden. Sie lassen sich wie Farbstoffe in Badern - z.B. mit der Avivage - von aul3en auf die Fasern autbringen oder - was vie1 haufiger geschieht - bei der Faserherstellung der Spinnmasse zusetzen. Sie sind ,,Lichtwandler". Sie setzen kurzwellige, energiereiche Strahlung teilweise in Iangerwellige sichtbare um. Die sich ergebende Fluoreszenz beeintlul3t auch den Roh- und Farbton der Fasern sowie den optischen Ausfall der daraus hergestellten Flachengebilde. Textilien fur den medizinischen Sektor durfen nach den geltenden Bestimmungen keine optischen Aufheller auf oder in der Faser enthalten. - In diesem Zusammenhang ist es fur den Vliesstoffbereich wichtig zu berucksichtigen, dal3 in der Bundesrepublik Deutschland zwischen Watte fur den medizinischen Bereich und fur kosmetische Zwecke unterschieden wird. So ist es moglich, fur kosmetische Watten auch optisch aufgehellte Faserposten einzusetzen. Analog den bisher besprochenen Hilfsmitteln lassen sich auf der Faseroberflache auch Flrmmschutzmittel aufbringen. Dazu werden spezielle Produkte, die Phosphor, manchmal auch Stickstoff und meist Halogen enthalten, nach herkommlichen bzw. verbesserten Ausriistungstechnologien eingesetzt. Solche Produkte lassen sich auch bei entsprechender Verfahrensfuhrung auf die Grundfaser aufpfropfen, wodurch eine ~
1.2 Chemiefusern
71
hohe Bestandigkeit gewahrleistet wird. AuBerdem lassen sich Chemikalien ahnlicher Zusammensetzung in die Fasern einspinnen. In diesem Fall ist der Effekt wesentlich bestandiger als bei einer Applikation auf der Faseroberflache. Es werden jedoch meist etwas hohere Konzentrationen benotigt, die die Faserkosten betrachtlich erhohen und die physikalischen Fasereigenschaften negativ beeinflussen. AuBerdem wird die Herstellung der Fasern - gleich um welche Type es sich handelt - erschwert. Prinzipiell lassen sich auf diesem Wege schwer entflammbare Chemiefasern herstellen. Daneben konnen aber auch spezielle Faserrohstoffe eingesetzt werden, z. B. aromatische Polyamide (Aramide), metallhaltige Chelate, PVC-Mischpolymerisate, wie PVAPVC, Modacryl und auch anorganische Stoffe wie Kohlenstoff. Alle diese Fasern werfen jedoch mehr oder minder groBe Probleme auf, einerseits im Preis, aber auch im Erweichungspunkt, im farberischen Verhalten, in der Eigenfarbe oder den textilphysikalischen Eigenschaften. Bei der Erhitzung solcher Fasern konnen unter Umstanden korrosive oder sogar giftige Case und eine verstiirkte Rauchentwicklung auftreten. Deshalb ist die Faserauswahl den Einsatzanforderungen gewissenhaft anzupassen. Dazu ist es erforderlich, ein Anforderungsprofil fur das jeweilige textile Endprodukt zu erarbeiten und mit den Leistungsprofilen der verschiedenen Fasern zu vergleichen. Dabei gilt es auch, das Schmelzverhalten von synthetischen Chemiefasern zu beriicksichtigen. Die Schmelze kann einerseits eine Gefahr darstellen, andererseits entzieht sie dem Brandherd grol3e Energiebetrage, was einen Beitrag zur Schwerentflammbarkeit solcher Textilien darstellt. Ebenso zweischneidig ist es, wenn Textilien - z. B. ein mit Polyester-Fill gefutterter Damenmorgenmantel - am Korper entflammen. Sicher wird die Schmelze ortlich schwere Verbrennungen des Korpers verursachen. Ware der Mantel aber aus leicht entflammbaren Fasern, wie Baumwolle oder Viskose, so ist mit grol3er Wahrscheinlichkeit anzunehmen, daB er groBflachig abbrennt, was eine wesentlich grol3ere Gefahr fur die Tragerin darstellt. Diese Skizze zum Schmelzen von synthetischen Chemiefasern macht darauf aufmerksam, wie wichtig es ist, Konsequenzen der jeweiligen Eigenschaften bei der Aufstellung von Anforderungsprofilen fur textile Flachengebilde angemessen zu beriicksichtigen. Modi$er sind Zusatze zum chemischen Faserrohstoff in relativ kleinen Mengen - einige wenige Prozent bis herab zu unter einem Prozent - mit jedoch relativ groBer Wirkung. Sie konnen z. B. die physikalischen Eigenschaften von Viskosefasern in hohem MaBe beeinflussen, ohne dal3 die Modifier in den fertigen Fasern in nennenswerter Menge nachweisbar sind. Sie haben fur den FaserherstellungsprozeB neue Moglichkeiten erschlossen, deren Anwendung zu qualitativen Verbesserungen und neuen Einsatzgebieten gefuhrt hat. Ohne hier auf die Wirkungsweise der Modifier naher eingehen zu wollen, sol1 nur angedeutet werden, daB sie beim Viskoseverfahren z. B. die Regenerierung der Zellulose aus der Viskose durch das Fallbad (auch oft als Spinnbad bezeichnet) verzogem. Hierdurch wird es moglich, die Verstreckung so zu fuhren, dal3 die Makromolekule in einen ,,besseren Ordnungszustand" gebracht werden. Dies wiederum ist die Ursache dafur, daB die an sich schon langeren Makromolekule (deren Durchschnittspolymerisationsgrad der zur Verarbeitung kommenden Zellulose wird von rund 300 im Normalfall auf 400 bis 500 angehoben), die in solchen Fallen verarbeitet werden, auch zu besseren physikalischen Fasereigenschaften fuhren konnen. Sie auBern sich in deutlich gesteigerten Trocken-, Nan- und Querfestigkeiten.
72
I Frrsrni
Als 2. Komponente lassen sich - aul3er den schon genannten - viele in die Spinnlosungen oder Schmelzen einbringen. Meist verbleiben sie quasi als ,,Fremdkorper" in der eigentlichen Fasersubstanz und verandern dabei die physikalischen und chemischen Fasereigenschaften mehr oder minder deutlich (Schmelzpunkt, Krauselung, Schrumpf, Farbeverhalten, Festigkeit u. a.). So lassen sich - wie auch schon im Abschnitt ,,Polyamid-Faser" beschrieben - z. B. steigende Mengen Polyamid 6.6-Kondensat zu Polyamid 6-Polymerisat zusetzen. Wird diese Mischung aufgeschmolzen, durch Dusen geprel3t und dann - wie bei der Synthesefaserherstellung - abgezogen und gleichzeitig schnell abgekuhlt, so wird zuerst das Polyamid 6.6-Kondensat erstarren und die Ausbildung der bekannten Orientierung des Polyamid 6-Polymerisates auch beim anschliefienden Streckvorgang behindern. So mussen Fasern entstehen, die eine hohe Krauselung besitzen, bei bestimmten Temperaturen stark schrumpfen und auch einen herabgesetzten Schmelzpunkt haben (Abb. 1-41). Eine 2. Komponente kann aber auch aus ganz anderen Griinden eingesetzt werden. So lassen sich Fasern herstellen, bei denen die 2. Komponente die Molekule der Grundsubstanz bei Einstellung bestimmter Produktionsbedingungen seitlich untereinander verknupft. Diese Vernetzung erhoht die Formstabilitat des Molekulverbandes und verandert selbstverstandlich auch die ubrigen physikalischen und chemischen Fasereigenschaften (Erweichungs- und Schmelzverhalten, Festigkeit, Dehnung, Schrumpf, Anfarbung u. a,). Die 2. Komponente kann unter Umstanden auch nur eine Tragerfunktion haben, wie dies in Abb. 1-2 1 wiedergegeben ist. Aus einer Bikomponentenfaser mit sehr feinen durchgehenden Fibrillen von 0,1 bis 0,Ol dtex wird die sie umschlieRende Matrix ganz oder teilweise herausgelost. Die so freigelegten Fibrillenbundel, die auf einem anderen Weg nicht hergestellt werden konnen, ahneln den Fibrillenverbanden des Naturleders. Deshalb lassen sie sich erfolgreich zu einem poromerischen Syntheseleder mit sehr ansprechenden Eigenschaften verarbeiten. - Dieser interessante Weg zur Herstellung sehr feiner Fasern kann auch fur andere Zwecke eingesetzt werden. Fur ihn gilt jedoch, dafi er mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Spezielle Farhstofiuppler konnen selbstverstandlich ,,2. Komponente" sein. Es konnen aber auch Modifikationen an den Grundmolekiilen - wie bereits skizziert - z.B. am Polyamid vorgenommen werden. So lafit sich die Zahl der AminoGruppen pro Substanzmenge variieren. Diese Modifikation wirkt sich auf die Farbung mit sauren Farbstoffen aus und kann so weit ausgebaut werden, daR sie auch fur spezielle Ausriistungen bedeutungsvoll wird. - Insgesamt gesehen, kann also auf diesem Wege die Reaktionsfahigkeit der gesamten Fasersubstanz positiv oder negativ beeinflufit bzw. in spezielle Richtungen gelenkt werden. Die Antistatikn, die speziell in Polyamid-Fasern eingesponnen werden, sind meist organische Additive, die den Fasern und damit auch den daraus hergestellten textilen Flachengebilden (z. B. Nadelvliesbodenbelagen) permanent antistatische Eigenschaften verleihen. Durch sie wird die Personenaufladung auf 2-3 kV bei 25-30% rel. Luftfeuchte gesenkt und damit die sogenannte ,,Schlaggrenze" unterschritten. Das bedeutet, daB die manchmal beanstandeten ,,Schlage" beim Beriihren von elektrisch leitenden Gegenstanden nach dem Begehen von textilen Bodenbelagen nicht mehr vorkommen - oder richtiger gesagt - nicht mehr empfunden werden. Diese Antistatika haben die Nachbehandlung von Bodenbelagen er-
1.2 Chemiefusern
73
setzt. Im Wettbewerb mit solchen antistatischen Polyamidfasern stehen Stahlfasern, die auch in Bodenbelage eingearbeitet werden konnen. Deshalb erscheint es wichtig, die notwendigen Anforderungen der herzustellenden Vliesstoffe genau festzulegen und mit dem Faserangebot in Einklang zu bringen. Nach der skizzenartigen Besprechung der Chemiefaserherstellung und den Modifikationsmoglichkeiten der Chemiefasern sol1 hier nur noch eine spezielle Art des Aufschneidens der Kabel zu Spinnfasern envahnt werden. Friiher war und heute ist es auch noch ublich, zur Herstellung von Spinnfasern Schneidkopfe einzusetzen, bei denen umlaufende Messer das zugefuhrte Chemiefaserkabel auf die gewunschte Lange schneiden. Zur Erzeugung von Kurzschnitt fur die Nahlieslegemaschinen - z.B. rnit 3 bis 15 mm - wurden oft Schneidmaschinen eingesetzt, die nach dem Prinzip der Guillotine arbeiten. Beide Prinzipien werden nun durch die in Abb. 1-48 wiedergegebene Kabelschneidtechnik ersetzt. Sie liefert auf jeden Fall fur die Kurzschnittverarbeitung realisierbare Qualitatsvorteile, weil bei ihrem Einsatz praktisch keine Fasern rnit Uberlangen anfallen. Die etwas groflere Schnittlangenvariation um die Nennlange stort nicht. Wie aus Abb. 1-48 ersichtlich, wird das Chemiefaserkabel rnit der jeweiligen Produktionsgeschwindigkeit um ein Schneidrad gewunden, das rnit Messern im gewunschten Abstand besetzt ist. Durch die Andrucksrolle wird das Kabel gegen die Messer gepreBt, wodurch es zum Schnitt kommt. Die geschnittenen Fasern werden durch das Innere des Schneidrades abgefuhrt. Alle in Tabelle 1-21 zusammengefarjten Moglichkeiten zur Herstellung von modifizierten Fasern ,,nach Mafi" sind gerade fur den Vliesstoffbereich besonders interessant, weil sie die Konstruktionsaufgaben losen helfen, die rnit Vliesstoffen angegangen werden. So werden Vliesstoffe zu Zweckstoffen rnit vorteilhaft angepaBten Eigenschaften. Fur sie gilt, dal3 das hergestellt werden kann, was gewunscht wird, wahrend fur die konventionellen textilen Flachengebilde gilt, daB nur das gewollt werden darf, was gekonnt wird.
einstellbare Kabelfuhrung
Abb. 1-48. Schernatische Darstellung der Kabelschneidtechnik
74
I Frrserrl
1.3 Andere industriell hergestellte Fasern 1.3.1 Glasfasern Das fur die Herstellung von Glasfasern und Glasfaser-Vliesstoffen eingesetzte Rohmaterial Glas wird entsprechend seinem Verwendungszweck klassifiziert. Es wird unterschieden zwischen -
-
A-Glas, das in seiner Zusammensetzung Fensterglas nahekommt und in der Bundesrepublik Deutschland vonviegend im Apparatebau eingesetzt wird, C-Glas mit besserer Chemikalienbestandigkeit und E-Glas, das die Eigenschaften von C-Glas mit sehr guten elektroisolierenden Eigenschaften verbindet.
Glas besteht im wesentlichen aus Quarzsand, Soda, Natriumsulfat, Pottasche, Feldspat und weiteren Lauter- und Farbezusatzen. Die Eigenschaften und somit die Klassifizierung der herzustellenden Glasfasern werden von - der Kombination der Rohstoffe und - ihren prozentualen Anteilen bestimmt. Die Textilglasfasern haben meist einen runden Querschnitt und einen Faserdurchmesser von hochstens 18 pm. In der Praxis werden in der Regel Fasern von 8I2 pm verarbeitet, das entspricht 1,2-2,8 dtex. Fur Spezialfilter werden auch Fasern von 1-3 pm eingesetzt. Abb. 1-49 zeigt die Herstellung der Glasschmelze. Dabei kann die anschlieBende Weiterverarbeitung zu Glasfasern nach einem Direktschmelzverfahren erfolgen. Meistens werden jedoch zunachst Glasstabe oder Glaskugeln hergestellt, die sich dann nach verschiedenen Verfahren weiterverarbeiten lassen. Diisen:iehverjizhren. Wie aus Abb. 1-50 hervorgeht, wird das vorgelegte Glas in einer elektrisch beheizten Schmelzwanne bei 1250-1 400 C aufgeschmolzen, tritt durch am Boden der Schmelzwanne befindliche Dusenlocher von 1-25 mm Durchmesser aus. wird abgezogen und dabei verstreckt. Die erstarrten Filamente
-
Gernenge I
Arbeitswanne
Abb. 1-49. Her\tellung v o n Gla\Echmelte
1.3 Andere industriell hergestellte Fasern
Dusen-Ziehverfahren
Stab-Ziehverfahren Glasstabe
Dusen-Blasverfahren Glaszufuhrung Wanne rntt Glasschrnelze
Wanne rnit Glas
Vorschubwalze Elementarfaden
75
PreBluft
9F
elektr. Ziehbrenner
Schurze
Filamente
Kurzere Glasfasern
'I
1
d-
i
1
1
1
1
Abb. 1-50. Vertahren zur Herstellung von Glasfasern
werden mit einer Schlichte versehen, aufgespult und kommen als ,,Glasseide" in verschiedenen Aufmachungen in den Handel. Zur Vliesbildung werden die Filamente auf die gewunschte Lange - meist zwischen 6 und 25 mm - geschnitten. Diisenblasverjiahren (Abb. 1-50, rechts): Wie beim Dusenziehverfahren werden beim Dusenblasverfahren auch Glaskugeln in der Wanne aufgeschmolzen. Die aus den Dusenlochem austretende Schmelze wird dann von einem PreBluftstrom erfafit, der das fliissige Glas zu Fasem von 6-10pm Durchmesser verzieht. Durch die Flattenvirkung, die der Blasstrom erzeugt, werden Fasem von 50 bis 300 mm Lange gebildet, die - nach Aufbringung einer Schmelze - auf einer unter leichtem Unterdruck stehenden Siebtrommel abgelegt werden. Den Zusammenhalt des Trockenvlieses gewahrleisten dabei die langen Fasem, wahrend die kurzen als Fullmaterial dazwischen liegen. Zur Kurzschnittherstellung wird das abgelegte Fasermaterial zu einem Glasfaserverband zusammengefaBt und geschnitten. Stabziehverjiuhren (Abb. 1-50, Mitte): Glasstabbundel werden im Bereich eines Brenners an ihrem unteren Ende aufgeschmolzen. Dabei werden Tropfen gebildet, die beim Abfallen ein Filament nach sich ziehen. Die Filamente werden in einer rotierenden Trommel angelegt und mitgezogen. Von einem Rake1 werden diese dann auf einem Siebband abgelegt. Man erhalt so ein Trockenvlies, das auch zu einem Glasfaserband aufgespult werden kann. - Da die Leistung derartiger Maschinen durch die Anzahl der vorgelegten Glasstabe begrenzt ist, wird auch die Trommelablage mit dem Dusenziehverfahren zum Trommelziehverfahren kombiniert. Die Kapazitat der Maschinen wurde auf diese Weise vervielfacht. Das auch hierbei auf ein Siebband abgelegte Trockenvlies wird anschlieljend verfestigt oder nach Zusammenfassung zu einem Faserband fur die Verarbeitung auf NaBvliesmaschinen geschnitten. Die Verarbeitung und der Einsatz von Glasfasem wirft Probleme auf. So konnen feine Faserbruchstucke bei ungenugender Gestaltung des Arbeitsplatzes ,,storen". - Beim Einsatz der Vliese - speziell in glasfaserverstarkten Kunststoffen - ist darauf zu achten, dal3 die Kunststoffoberflache einwandfrei geschlossen ist. Herausragende Faserenden konnten durch Belastungen (Temperatur, Case, Flussigkeiten) von auBen verandert (herausgezogen, angelost) werden, was zu einer Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften fuhren kann. Es empfiehlt
76
I Fmrm
sich deshalb in manchen Fiillen, solche Glasfaserschichten mit Vliesen aus geeigneten Chemiefasern abzudecken.
1.3.2 Silikatfasern Kieselsiiurefasern und Quarzfasern bestehen aus Siliciumdioxid. Die Kieselsiiurefasern erhiilt man durch Auswaschen von E-Glas, bis nur noch das Siliciumdioxid-Skelett ubrig bleibt. Obgleich die Festigkeitswerte solcher Fasern niedrig sind, ist ihre Temperaturbestandigkeit aul3erst hoch. Quarzfasern werden durch Verspinnen von Quarzglasschmelzen hergestellt. Ihre wichtigsten Eigenschaften sind die ausgezeichnete Temperaturbestandigkeit, hervorragende Chemikalienbestiindigkeit und die erstaunliche Zugfestigkeit sowie der hohe Modul. ' )
1.3.3 Kohlenstoffasern Kohlenstoffasern haben inzwischen vielfaltige Aufmerksamkeit gefunden. Sie werden durch thermische Zersetzung (Pyrolyse) von Viskose- oder Polyacrylnitrilfasern bei Temperaturen bis zu 1000°C oder sogar 1500°C hergestellt. Der Kohlenstoffgehalt dieser Fasern liegt zwischen 95 und 98%. Eine zusatzliche Hitzebehandlung der pyrolisierten Polyacrylnitrilfasern bei Temperaturen zwischen 2000 und 3000' C fuhrt dann zu einer Umwandlung in Graphit mit einer sehr gut ausgebildeten Gitterstruktur bei einem Kohlenstoffgehalt von 99%. Der hohe Modul der Kohlenstoffasern liefert hervorragende Voraussetzungen fur Verbundwerkstoffe, die fur Einsatzzwecke mit sehr hohen Anforderungen gebraucht werden, z. B. fur Flugzeug- und Raketenteile. Die ausgezeichnete Hitzebestandigkeit dieser Fasern gestattet auch die Herstellung von Heizelementen sowie den Einsatz in Schutzmanteln fur Raumschiffe. - Ein Problem, das der Absatzsteigerung dieser interessanten Faserart entgegensteht, ist ihr herstellungsbedingter hoher Preis. Das Faserangebot ist den verschiedenen Einsatzzwecken hinsichtlich Modul, Festigkeit und Dehnung angepal3t.
-
1.3.4 Borfasern
-
Borfasern werden meist durch Kondensation von Bordampf an Wolframdrahten hergestellt, deren Faserdurchmesser 12 pm betragt. Die nach dem Absetzen des Bors erhaltenen Fasern haben Durchmesser von 100 pm. Als Ersatztragerstoffe werden auch Glas, Graphit, Aluminium und Molybdan eingesetzt. Die Borfasern
-
' I Ausgezeichnete Temperaturhest~ndigkeitenbesitzen auch Gesteins- und Keramikfasem. Sie werden teilweise riiit Glasfasern LU Matten verarbeitet, die gute thermische und akustische IsoliereiEenschafteii besitLen (siehe auch Abschnitt 15.1 1.
1.4 Reiyfasern
77
werden bevorzugt fur vorimpragnierte Bander verwendet, die 65-70% Fasern und 30-35% Epoxidharz oder ein Phenolharz bzw. ein Polyimidharz enthalten.
1.3.5 Metallfasern
-
Stahlfasern rnit Durchmesser von 75-250 pm sind heute marktublich. Fasern rnit geringerem Durchmesser - d.h. bis zu 25 pm - werden rnit Langen hergestellt, die bei Spinnfasern ublich sind. Die hohe Dichte der Stahlfasern setzt das Verhaltnis Festigkeit zu Masse bei entsprechenden Verbundstoffen herab. Fasern aus rostfreiem Stahl rnit einem Durchmesser zwischen 5 und 25 pm stehen heute auch zur Verfiigung. Sie werden als Filamentgarne, Rovings, Matten und Gewebe angeboten. Neben Stahl werden weitere Metalldrahte aus Aluminium, Magnesium, Molybdan und Wolfram IabormaBig hergestellt und in Einzelfallen fur ganz spezielle Zwecke eingesetzt.
1.4 Reififasern (B. Gulich) Reififasern sind textile Faserstoffe im mindestens zweiten Verarbeitungszyklus, deren Herstellung aus Alttextilien und Produktionsabfallen erfolgt. Textile Faserstoffe rnit ihren speziellen Eigenschaften und der ihnen innewohnenden Funktionalitat sind pradestiniert fur einen mehrmaligen Gebrauch. Die Erfassung von Alttextilien und deren Weiterverwendung als gebrauchte Textilien, aber auch die Wiederverwendung der textilen Rohstoffe in anderen Erzeugnissen, wird seit vielen Jahrhunderten realisiert. Bis zum 17. Jahrhundert wurden Lumpen ausschlieBlich in der Papierherstellung verwertet.
1.4.1 Grundlagen fur die ReiBfaserherstellung Mit der Entwicklung von Verfahren zum ,,ZerreiBen" der Alttextilien wurde es moglich, langere Fasern zuriickzugewinnen und wieder zu Garnen zu verspinnen. Die hohen Rohstoffkosten und die begrenzte Verfugbarkeit textiler Rohstoffe bildeten zu dieser Zeit den Hauptgrund eines gut funktionierenden textilen Kreislaufsystems, dessen Kern die Herstellung von ReiBfasern darstellt. Mit dem Einzug der Synthesefaserstoffe stehen der Textilindustrie Primarfaserstoffe in ausreichenden Mengen zur Verfiigung. So ubenviegen in der heutigen Zeit okologische Aspekte, die den traditionsreichen Industriezweig Textilrecycling fortbestehen lassen. Die sinnvolle Wiedervenvertung vorzugsweise in textilen, aber auch in nichttextilen Anwendungen, tragt neben der langfristigen Schonung der Rohstoffquellen auch zur Entlastung der Umwelt bei. Recycling durch Reiljen sollte aber nur dort zur Anwendung kommen, wo die Funktionalitat der textilen Faser erhalten bleibt und mit vertretbaren Aufwendungen nochmals genutzt werden kann. Alttextilien in Form gebrauchter Bekleidungsstucke und Lumpen stellen
78
1 Frisrni
Tabelle 1-22. A u k o m m e n an Textilabfillen in Deutschland 1995 (nach [3I ] erginit) Ahfallart
Menge in Tonnen
ProduktionsabFille der Textilindustrie Produktionsabfialle der Bekleidungsindustrie Produktionsabf3lle der Chemiefaserindustrie Alttextilien industrielle Alttextilien
65 000 3s 000 70 000 960 000 2s0000
die klassische Rohstoffquelle fur die Herstellung von Reififasern dar. Sie kommen heute neben den Bereichen HaushaldKonsum auch aus der Industrie. Enthaltene Fremdteile, Schmutz und Sortenvielfalt in Material und Struktur erschwerten lange Zeit eine wirtschaftliche Aufbereitung. In jungster Zeit wurden effektive maschinentechnische und technologische Losungen fur die Fremdteilentfemung gefunden und in die Praxis umgesetzt. In Deutschland sind bereits wieder mehrere Komplettanlagen installiert, welche die wirtschaftliche Reififaserherstellung aus Alttextilien gestatten. Die bislang bedeutendste Rohstoffbasis der deutschen ReiBfaserindustrie stellen die Produktionsabfalle der Textil- und Bekleidungsindustrie dar. Tabelle 1-22 weist neben einem stiindig steigenden Aufkommen an Alttextilien auch fur diese Rohstoffbasis ein gewaltiges Potential nach [3 I]. Produktionsabfalle konnen mit vertretbarem Aufwand sortenrein erfaSt werden und sind damit in ihrer Struktur und Zusammensetzung weitestgehend definierbar (Abb. 1-51). r
I
Produktion
Textilverbrauch Deutschland
r I
Haushalt
L-
I
Produktionsabfalle -~
+ dcfiniert + \duber + Vcrwcrtung licgt im Verursachcrinteresse + vielc Recyclinglosungen
I
Industrie, technische Gebrauchsguter
Institutionen
I
- 1
Alttextilien, Altstoffe
undcfiniert vcrschmutzt vcr\chlissen - wenig Interesse der Verursacher wcnig Recyclinglosungen + Erfdssungs- und Entsorgungsindustrie in Entwicklung + Erkenntnisubertrag dus andercn Industrien, z B Kunstoffabfallvenverttung
~
~
~
~
Abb. 1-51. Herkuntt und Charakteri\tik v o n Textildblallen
1
1.4 ReiJfasern
79
Verarbeitungstechnische Probleme konnen bei Abfallen aus dem Bereich der technischen Textilien durch Verbunde rnit nichttextilen Materialien (Membranen, Beschichtungen usw.) auftreten.
1.4.2 Aufbereitung textiler Abfalle 1.4.2.1 Vorbehandlung Die Durchfuhrung des ReiBprozesses erfordert eine Reihe von Materialvorbehandlungsstufen. Das Schneiden der Textilabfalle gehort zu den wichtigsten Vorbereitungen des eigentlichen ReiBens und ubt dadurch auch einen nicht unwesentlichen EinfluB auf das Reiljergebnis aus. Der Materialvorschnitt ist Voraussetzung und erstes Glied eines kontinuierlichen Prozefiablaufes vom Abfallballen bis zur ReiBfaser. Schneidmaschinen fur Textilabfalle arbeiten nach den Prinzipien Rotationsschnitt und Fallmesserschnitt. Wegen der exakteren Schnittfuhrung und der geringen Neigung zur Wickelbildung bevorzugen zahlreiche Verarbeiter nach dem Fallmesserprinzip arbeitende Maschinen. Zum Erreichen gleichmaBiger StuckgroBen ist die Materialfuhrung durch zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Schneidmaschinen ublich. Besonders wirtschaftlich arbeiten halbautomatische Schneidanlagen, denen die Textilabfalle direkt vom Ballen zugefuhrt werden. Die Kantenlangen der Schnittstucke werden in Abhangigkeit vom Material und von der Gestaltung des Materialeinzuges an der ReiBmaschine zwischen 40 und 150 mm gewahlt. Zur Gewahrleistung gleichmaBiger Produktqualitaten und aus logistischen Griinden wird die Anlagenkopplung rnit Mischkammem zur Zwischenlagerung des geschnittenen Materials empfohlen. Eine Materialbefeuchtung rnit Wasser oder Schmalzmitteln als Zusatzbehandlung wirkt sich positiv auf den ReiBprozeB und gegebenenfalls auch auf nachfolgende Verarbeitungsstufen aus.
1.4.2.2 Erzeugung von Reififasern Das ReiBen ist die HauptprozeBstufe des Textilrecyclings bei weitestgehendem Erhalt der Faserstruktur. Die Art und Weise der Zerfaserung der Textilstrukturen ist der Schlussel zu mehr oder weniger hochwertigen Fasem fur neue Produkte in textilen oder nichttextilen Bereichen. Das Wirkungsprinzip der ReiBmaschine (Abb. 1-52) besteht darin, daB grob vorzerkleinerte Materialien durch ein transportierend und gleichzeitig klemmend wirkendes Einzugssystem einer rnit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotierenden Trommel, dem Reiljtambour, zugefuhrt werden. Das Einzugssystem kann aus zwei rotierenden Walzen oder aus der Kombination einer rotierenden Walze rnit einer starren Mulde bestehen. Bei dem heute haufiger verwendeten Muldensystem kann durch die Form der Mulde auf die Eigenschaften des vorgelegten Materials reagiert werden. Auf der Mantelflache des ReiBtambours sind schwertformige oder runde Stahlstifte in grol3er Anzahl angeordnet. Sie bewirken in Verbindung mit der Materialklemmung die Auflosung der textilen Struktur. Als besondere Bauweisen sind ReiBtamboure rnit Hakenzahnen (Picker) fur die Altkleideraufbereitung und ReiBtamboure rnit Sagezahngamituren fur die Aufbereitung von Faden und Vliesstoffen anzutreffen. Aus der Flugbahn
Siebtrommel Reifitamhour
I Fasern m r Vorlage an der nachsten ReiReinheit
Frcindkorperi Pitzen
Abb. 1-52. Prinzipieller Aufhau einer Reifieinheit (Tambourdrehmhl nT >> Siebtrommeldrehzahl ns)
des ReiBgutes um den Tambour konnen unaufgeloste Materialbestandteile, die sogenannten Pitzen, aufgrund ihrer hoheren Masse ausgesondert werden. Das aufgeloste Material selbst wird von einer Siebtrommel angesaugt und dabei entstaubt. AnschlieBend erfolgt die Vorlage in Form des an der Siebtrommel gebildeten Pelzes an der nachsten ReiBeinheit. An der letzten Tambourpassage ist eine Direktabsaugung zur Ballenpresse ublich. In Abhangigkeit von der Art und Struktur des textilen Abfalles konnen his zum Vorliegen von Einzelfasern mehrere ReiBpassagen notwendig sein. Zum ReiBen von Produktionsabfallen sind sowohl eintambourige ReiBmaschinen als auch Anlagen mit 3 his 6 ReiBtambouren ublich. Innerhalb mehrtambouriger ReiBanlagen muB mit zunehmender Materialauflosung die Bestiftung der ReiBtamboure bezuglich ihrer Feinheit und Anzahl zunehmen. Diese Abstufung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Tambouren darf nicht zu groB sein, um die Materialschadigung und die Maschinenbelastung auf niedrigem Niveau zu halten. Die Arbeitsbreiten mehrtambouriger Reilkinlagen liegen in der Regel zwischen 1000 und 2000 mm. In Abhangigkeit vom Material werden von den Herstellem Durchsatzleistungen his zu 1000 kg/Std. je Meter Arbeitsbreite angegeben. Ein- und zweitambourige Maschinen sind vorwiegend zur Aufbereitung eines eng begrenzten Sortimentes mit konstanten Produkteigenschaften und geringem mengenmaBigen Aufkommen geeignet. Derartige Maschinen sind als Bestandteil innerbetrieblicher Kreislaufsysteme vor allem in vliesstoffherstellenden Betrieben anzutreffen. Arbeitsbreiten zwischen 500 und 1000 mm gestatten Durchsatzleistungen von ca. 100 his 450 kg/Std. Die wirtschaftliche ReiBfaserherstellung aus Alttextilien erfordert einen vergleichsweise hohen maschinentechnischen und technologischen Aufwand. Ein his zwei GrobreiBerpassagen (Picker) vor dem eigentlichen ReiBprozeB und die mehrfache Materialfiihrung uber verschiedene Separiereinrichtungen zur maschinellen Abtrennung von Fremdteilen sind kennzeichnend fur solche Anlagen.
1.4 Reij’fasern
1.4.2.3
81
Nachbehandlung
Die Nachbehandlung der Reififasern erfolgt stets unter der Zielstellung, das beim ReiBen erreichte Qualitatsniveau weiter zu verbessern und der ReiBfaser damit verbesserte Einsatzchancen gegenuber Primarfaserstoffen zu eroffnen. Unter okonomisch effektiven Bedingungen ausgefuhrte ProzeBschritte, wie Entstauben, Mischen - z. B. einsatzspezifisch mit Primadasern - und Kurzfaserentfernung, bewirken beim Reiljfaseranwender geringeren Materialvorbereitungsaufwand, hoheren Wirkungsgrad (z. B. durch veranderte Putzzyklen) und verbesserte ProzeBsicherheit (weniger materialbedingte Stillstande). ReiBfasern werden zum Transport in Ballenform aufgemacht. Bekannt ist ebenso die direkte Kopplung von ReiBfaserherstellung und Verarbeitungslinien.
1.4.3 Eigenschaften von Reififasern ReiBfasern haben gegenuber Primarfasern ein stark verandertes Eigenschaftsbild. Ihre bei der Herstellung erfahrene Schadigung wird charakterisiert durch ein breites Faserlangenspektrum mit hohem Anteil kurzer Fasem sowie einem Anteil nichtaufgeloster Faden- und Flachenstucke. EinfluBfaktoren auf das Eigenschaftsbild der ReiBfaser ergeben sich aus dem Textilabfall, dessen Vorbehandlung und der Durchfuhrung des ReiBprozesses selbst. ReiBfasern liegen in den meisten Fallen als Mischung vor. Ihre exakte Zusammensetzung hinsichtlich der enthaltenen Polymerarten kann nur selten angegeben werden, meist beziehen sich die Angaben auf das ubenviegend in der Mischung vorkommende Polymer [ 3 2 ] . Fur die Verarbeitung zu Vliesstoffen sind moglichst hohe Anteile an aufgelosten Fasern mit einer fur das entsprechende Vliesbildungsverfahren ausreichenden Lange erforderlich. Noch enthaltene Cam- und Fadenstucke tragen in dieser Form direkt zur Matrixbildung bei oder werden wahrend des Kardierprozesses weiter zu Fasern aufgelost. Kurzfasem und Staube storen ebenso wie Flachenreste die Durchfuhrung von Verarbeitungsprozessen und sollten in ihrem Anteil durch eine optimale materialbezogene ReiBtechnologie so gering wie moglich gehalten werden. Im Erzeugnis Reiflfaser liegt der Anteil von nach textilen Technologien weiterverarbeitbaren Fasern rnit mindestens 10 mm Faserlange derzeit bei 55-25 70.Eine Ausnahme bildet die Aufbereitung solcher leicht zu ReiBfasern auflosbaren textilen Konstruktionen, wie z. B. wenig gedrehte Garne und mechanisch leicht his mittel verfestigte Vliesstoffe. ReiBfasern liegen auf dem Markt im unteren Preissegment, welches derzeit durch den rapiden Preisverfall fur Primiirfaserstoffe naturlicher und synthetischer Art weiter eingeengt wird.
Charakterisierung der Reififasern Die Qualitat von ReiBfasern lafit sich rnit herkommlichen textil-physikalischen Verfahren und im Vergleich zu Primarfaserstoffen nur sehr schwer charakterisieren. Als Ursachen fur die eingeschrankte Anwendbarkeit bestehender MeBverfahren und vorhandener Gerate zur Charakterisierung der ReiBfaserqualitat gelten die Inhomogenitat der ReiBfasermischung, der hohe Kurzfaseranteil und die in der
Mischung noch enthaltenen nichtfaserformigen Textilreste (Pitzen, Fadenstucke, Flachen). Deshalb sind Abweichungen von den in den DIN-Normen fur die Pnmarfaserpriifung festgelegten Prufbedingungen und ein teilweise erheblich erhohter Priifaufwand erforderlich [33]. Unter den heutigen Einsatzbedingungen fur Reififasern gilt das Hauptaugenmerk der Qualitatsbestimmung den Parametern Materialauflosungsgrad und Faserlange bzw. Faserlangenverteilung. Der Materialauflosungsgrad stellt das im Ergebnis des Reifiprozesses vorliegende Materialspektium dar und wird wie folgt ermittelt: -
-
Quantitative Bestimmung des in einer Probe von 3 g bzw. 10 g Reififasermischung enthaltenen Anteils an Fasern, Faden, Pitzen und Flachenresten durch manuelle Trennung Angabe der Masseanteile in Prozent
Faser- und Fadenanteile konnen zusammengefafit betrachtet werden, wenn die Weiterverarbeitung des Materials durch Krempeln (zu Vliesstoffen) vorgesehen ist. Maschinelle Methoden zur Separierung der Materialbestandteile (z. B. Trashtester/Zellweger Uster) konnen durch weitere Materialauflosung teilweise zu verfalschten Ergebnissen fuhren [33, 341. Die Faserlange und deren Verteilung ist neben der Materialauflosung der wichtigste Qualitatsparameter fur Reififasern und von besonderer Bedeutung fur die Technologieauswahl. Die Erfassung kann durch manuelle EinzelfasermeBverfahren (Johannsen/Zweigle), durch halbautomatische MeBsysteme (AFIS-L-Modul, Almeter, HVI) oder durch derzeit in der Entwicklung befindliche Methoden der Bildverarbeitung erfolgen [3S].Im Ergebnis liegt die mittlere Faserlange als statistischer Mittelwert vor. Die Verteilung der Faserlangen wird als Histogramm (absolute Haufigkeit) und als Kurve (Summenhaufigkeit) dargestellt. Die in Reififasermischungen in unterschiedlichen Verteilungen enthaltenen Faserfeinheiten sind abhangig vom Ausgangsmaterial und werden innerhalb des Aufbereitungsprozesses nicht oder unwesentlich beeinflufit. Die Bestimmung der Faserfeinheiten kann fur Reififasern und unter Annahme kreisrunder Querschnitte mittels des AFIS-D-Moduls erfolgen und ist vor allem fur ausgewahlte Einsatzgebiete (wie Geotextilien oder akustisch wirksame Vliesstoffe) von Bedeutung. Aus der Verteilung der Faserfeinheiten sind ebenso Ruckschlusse auf die in der ReiBfasermischung enthaltenen Hauptkomponenten moglich. Hochstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung sind an Reififasern nach DIN EN IS0 SO79 bestimmbar, haben aber als Gutekriterium fur Reififasern kaum Bedeutung. Fur Reififaserhersteller und -verarbeiter gleichermafien relevant sind Kenntnisse zur rohstofflichen Zusammensetzung der Reififasermischung. Dazu wird gegenwiirtig an Erfassungssystemen gearbeitet, die mittels NIR-Spektroskopie die Materialzusammensetzung in ausreichender Genauigkeit wiedergeben sollen.
Technologischer EinfluB auf ReiBfasereigenschaften Die Technologie des Zerreifiens von Textilabfallen hat sich seit langer Zeit nur unwesentlich verandert. Dagegen erfordert die heute vorhandene Vielfalt an Faserstoffen und Materialstrukturen mehr und mehr die produktbezogene Fuhrung des Reifiprozesses. Auf das Ausgangsmaterial abgestimmte technisch/technologische
1.4 ReiJIfusern Tabelle 1-23. Durch optimierte Tambourdrehzahl erreichbare EtTekte und Optimalvanante an1 Beispiel Kammgam-Mischgewebe Variante
Standard Optimal
Passage Tambourdrehzahl [Uhin]
Mittlere Faserliinge [mml
I
2
3
1000 1250
1000 1000
1000 750
8.4 11.9
-
83
Vergleich zwischen Standard-
Materialauflosungsgrad
[%I
Leistungsaufnahme lkWl
95.6 97.7
45,o 42,9
MaBnahmen konnen die Verbesserung der fur das Endprodukt relevanten Materialparameter Faserlange und Materialauflosung bewirken. Eine neuartige und in die Praxis uberfuhrte Methode ist der von der Abfallstruktur abhangige Energieeintrag beim ReiBen durch die Anwendung unterschiedlicher Tambourdrehzahlen 1361. Neben verbesserten Qualitatsmerkmalen kann der ReiBprozeB auch durch Energieeinsparung wirtschaftlicher gefuhrt werden. Tabelle 1-23 sol1 am Beispiel der ReiBfaserherstellung aus einem Kammgarnmischgewebe die durch variierte Tambourdrehzahlen erreichbaren Effekte verdeutlichen. Weitere Moglichkeiten zur Verbesserung der ReiBfaserqualitat sind in einer neuartigen faserschonenden Material- und Verfahrensfuhrung zu sehen. Grundgedanke ist der Schutz von bereits aus dem textilen Verbund herausgelosten Einzelfasern vor weiterer Schadigung an nachfolgenden Arbeitsstellen innerhalb mehrtambouriger ReiBanlagen [ 371. Fur diese sogenannte Gutfaserseparierung sollen die aus dem unterschiedlichen Partikelgewicht resultierenden Flugbahnverlaufe am ReiBtamboururnfang ausgenutzt werden. Zur Zeit werden mehrere Wege untersucht, um diese Materialanteile aus dem ProzeB herauszufiltern.
1.4.4 Einsatz von Reififasern Der Einsatz von Reififasern in Garnen kann unter Beachtung wirtschaftlicher Rahmenbedingungen heute mit den modernen, auf den Reififasereinsatz zugeschnittenen Spinnverfahren wie dem Rotorspinnverfahren, dem Umwindespinnverfahren PARAFIL und dem Friktionsspinnverfahren DREF erfolgen. Weitaus bedeutender ist der bereits als traditionell zu bezeichnende Einsatz von ReiBfasern in Vliesstoffen 1381. Die verschiedenen Vliesbildungsverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die ReiBfaserqualitat (Tabelle 1-24). Beispiele fur Vliesstoffe aus bzw. mit Reififasern sind Mobiltextilien und Bautextilien mit den Hauptfunktionen Isolation und Abdeckung, Agrartextilien und Geotextilien (Erosionsschutz). Weitere Beispiele stellen die vielfaltigen Varianten von Vliesstoffen fur die Polster- und Matratzenindustrie sowie textile Zweitriicken fur Bodenbelage dar 1381. Der Einsatzgedanke fur Reififasern fufit bei vielen Anwendungen auf einem fur die Anwendung ausreichenden Leistungsprofil und einem interessanten Preisniveau.
Tabelle 1-24. Mindestanforderungen an die Reiflfaserqualitat in Abhiingigkeit v o m Vliesbildungsverfiihren 1391 Vliesbildungspriwip
Mittlere Faserliinge Iinm]
5 his 30
aerody namisch niechanisch hydrody namisch
IS his SO
his 5
ReiBfaserqualitiit Kurzfaseranteil
Autliisung
niedrig bis mittel niedrig hoch
mittel hoch hoch
Tabelle 1-25. Beispiele zu Anforderungsprofilen fur Reiljfasern in Technischen Textilien EinsatilProdukt
Hauptanforderung an ReiBfasereigenwhaft -
Armierungsfaser Umwindegarn fur Technische Textilien Erosionsschutzvlies Geovliesstoff
-
Polymer
Feinheit
X X
X
X X
X
~~
Festigkeit
Lange
Farbe
X
X X
X X
X
X
Beim Herstellen von Funktionstextilien fur technische Zwecke bieten sich sogar Moglichkeiten, preiswertere Sekundarfasern einzusetzen, wenn Primarfasern aus Kostengriinden gar nicht einsetzbar sind. ReiBfasern aus Wolle in Kaschiervliesstoffen, Aramidfasern in Schnittschutztextilien oder Mikrofasern als Isolations- oder Poliervliesstoff sind bekannte Beispiele dafur. Erzeugnisabhangige Reiflfasereigenschaften sind durch gezielte Materialauswahl und produktbezogene ReiBtechnologien realisierbar. Ausgewahlte Beispiele hierfur enthalt Tabelle 1 -25. Daneben wird es wie bisher ein groBes Produktfeld geben, wo aufgrund der zu garantierenden Funktionseigenschaften nur Primarfaserstoffe einsetzbar sind 1391.
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2 Andere Rohstoffe
2.1 Zellstoff (Fluff') (W Alhrecht) Dieser wichtigste Rohstoff fur die Papierherstellung hat, wie aus 5 . hervorgeht, im Laufe der vergangenen Jahrzehnte auch im Vliesstoffsektor zunehmend an Bedeutung gewonnen. Er wird vielfaltig - besonders gem im Hygienebereich und dann meist mit Superabsorbentien (SAP) - eingesetzt. Deshalb werden an ihn auch eine Reihe von Endartikel-orientierten Spezialanforderungen gestellt: wie Feuchtigkeitsaufnahme, -transport und -haltevermogen sowie Staubarmut. Buckeye, ein bedeutender Lieferant, gibt folgende Spezifikationen an:
- Wassergehalt in % - Flachenmasse in gkm' -
-
-
Dichte in gkm' WeiBgrad (ISO) in 9% Viskositat (0,5%, CED) CP Methylenchloridextrakt 9% Faserlangen-Klassifizierung 8-Mesch 14-Mesch 30-Mesch 1 OO-Mesch Faserlange (Kajaani FS-200)
6 709 037 86 22 0,02 kumulativ in % 4,O 43,4 68,6 96,7 2,7-2,8
In Anbetracht, daB diese Zellstoff-Qualitaten meist im hautnahen Hygienebereich Einsatz finden, kommt es auf die konsequente Sicherstellung des Anforderungsprofils auch uber die Zeit an. 1997 wurden weltweit ca. 3,2 Millionen Tonnen verarbeitet. Fur die Zukunft ist mit steigenden Mengen zu rechnen. Zellstoff wird durch chemische AufschluB- und Bleichprozesse in der Regel aus Holz gewonnen. Denkbar ist auch seine Erzeugung aus Einjahrespflanzen. Die Grundsubstanz der kurzen Faserchen ist Cellulose. Wie aus der vorstehenden Spezifikation hervorgeht, ist diese Art Zellstoff praktisch frei von Begleitsubstanzen. Abb. 2-1 liefert einen Eindruck von einem solchen Zellstoff.
Abb. 2-1. Nadelholzzellstoll
2.2 Granulate (R. Gutnirinn) Neben dem Einsatz kurzer Fasem naturlichen Ursprungs werden heute fur die Herstellung von Vliesen zunehmend mehr synthetische Fasermaterialien eingesetzt. Als Ausgangsprodukte fur die industrielle Fertigung der wichtigsten synthetischen Stapelfaser- und Filamentgame, mit dem Einsatzziel der Vliesherstellung, werden dabei prinzipiell all jene thermoplastischen Polymere verwendet, die auch fur die Herstellung anderer textiler Fliichengebilde (Gestricke, Gewebe, Gewirke) genutzt werden. Als mengenmaBig bedeutendste Rohstoffe stehen hier Polyolefine, Polyester und Polyamide an erster Stelle. Die wirtschaftliche Bedeutung der einzelnen Produkte spiegelt sich dabei in ihren jeweiligen produzierten Tonnagen wider. Diese liegen weltweit, den neuesten Angaben zufolge, fur alle verwendeten Polymere, die zur Vliesherstellung zum Einsatz kommen, bei einem Anteil von etwa zwei Millionen Jahrestonnen, 60% hiervon werden allein in Westeuropa und Nordamerika verbraucht [ 1 1. Die Anteile, die dabei den verschiedenen Polymeren zukommen, sind den Angaben der CIRFS entnommen und in der Tabelle 2-1 neben den jeweiligen Einzelmengen ausgewiesen.
Tabelle 2-1. Endverhrauch an unge\ponnenen Fa\ern im Jahr I995
Poly propy len Polyester Cellulosics H a u m w 01le Pol yarnid Acrylics Wolle
%
I000 t
34,s 32,s 17.5
425 400 215 75 60 40 15
6 S
3.S I
2.2 Granulate
89
Mit diesen Produkten werden die verschiedensten Industriezweige bedient, in denen Vliesstoffe eine Anwendung finden, wobei Hygieneartikel und technische Erzeugnisse, Bekleidungs-, Haus- und Heimtextilien sowie Teppich- und Autoartikel den wesentlichen Anteil ausmachen. Welcher Rohstoff dabei zu welchem Endprodukt verarbeitet wird, hangt einerseits von den Polymer- und Verarbeitungseigenschaften und andererseits vom vorgesehenen Einsatzzweck ab. Die vonviegende Verarbeitungsform der zur Faser- oder Vliesstofferzeugung eingesetzten Polymere ist in der Regel ein Granulat. Dieses wird oft auch mit den Begriffen Chips, Schnitzel oder Flakes belegt. Welche Geometrie diese Teilchen besitZen, hangt im jeweiligen Einzelfall von der Art der Herstellung ab, wobei meist strangformige Granulate mit rundem oder rechteckigem Querschnitt, linsen- oder kugelformige Granulate, in selteneren Fallen auch unregelmaBig ausgebildet Granulate im Handel sind. Hinsichtlich der Abmessungen der Produkte findet man eine ahnliche Variationsbreite, die fur die Kantenlange bzw. den Durchmesser aber vorwiegend Werte zwischen 1-2 mm und 6-7 mm erreicht. Wahrend die Polykondensate, wie Polyester oder Polyamid, nach der Synthese strangformig aus dem Reaktor ausgetragen und anschlienend in einem Zerhacker auf die notige Lange geschnitten werden, besitzen vor allem die neueren olefinischen Polymerisate, wie Polypropylen oder Polyethylen, eine kugelformige Geometrie, die bei der katalytischen Synthese direkt anfallt [2, 31. Als Beispiel fur unregelmaBig geformte Ausgangsmaterialien, konnen Recyclate aus unterschiedlichen Polymeren in Erscheinung treten. Sie werden aus Gebrauchsguterabfallen hergestellt, indem diese Abfalle entweder uber eine entsprechende Muhle, bzw. vorher uber einen sogenannten Shredder, laufen und zu willkurlich geformten Teilchen zerschlagen werden. Eine andere Moglichkeit besteht darin, daB geeigneten Abfallen durch Kompaktieren und AgglomerieredGranulieren eine entsprechende Form gegeben wird [4],ohne daB dabei eine Schmelzphase durchschritten wird. Die Form der auf dem Markt befindlichen Granulate ist somit eine eher zufallige GroBe, die im wesentlichen durch die Gegebenheiten beim Hersteller festgelegt ist. Sie hat daher auch nur fur die Verarbeitung auf kleineren Extrusionsanlagen Bedeutung, deren Extruderschnecke eine niedrige Gangtiefe besitzen, wodurch sich bei groljen Granulaten u. U. Einzugsprobleme ergeben konnten. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Rohstoffe sind hingegen eine Funktion der chemischen Bestandteile, aus denen das Polymer aufgebaut ist sowie der beim Syntheseverfahren eingehaltenen Randbedingungen. Aus dem Wechselspiel zwischen chemischen und physikalischen PolymergroBen resultieren aber auch die fur die technisch-industrielle Verarbeitung wichtigen Parameter, wie die notwendige Verarbeitungstemperatur, die thermische Belastbarkeit im schmelzflussigen Zustand oder das Flieljverhalten der Schmelze. Auf der Basis dieser Groljen erfolgt die Planung und Auslegung der Extrusionsanlagen bzw. die Hohe der maximal erreichbaren Produktivitat.
2.2.1 Allgemeine Betrachtung der physikalischen Eigenschaften [5] Erstes und wichtigstes Charakteristikum aller thermoplastischen Polymere, wie sie fast ausschlieljlich zur Erzeugung faserformiger Strukturen eingesetzt werden, ist das Vorhandensein eines Schmelzpunktes. Darin unterscheiden sich diese bei-
'rabelle 2-2. Physikalische Eigenschaften der wichtigsten syntheti5chen Polymeren (eninommen aus Denkendorler Foaertnbelle) Glaapunkt C Viskoae PET PA6 PA6.6 PAC Modacryl PP PE
Schmelzpunkt C ( 175-205)
80- I I0 80-85 90-95 30-75 85-95 -10
-3 5
250-260 7 15-220 255-260 >250 130- I70 160- I75 175-135
Feuchteaufnnahme
Speiilische Wirnie
%
j f - l ~~1
9-1 I 0,2-0.5 3.54.5 3.54.5 1-2 0.54 0 0
1.3-1.5 I . 1-1.4
I52.0 1.2-1.5 unbekannt I .6-2.0 I .4-1.0
spielsweise gegenuber den duroplastischen Polymeren. Der Schmelzpunkt besitzt fur jeden polymeren Rohstoff einen charakteristischen Wert, der neben anderen Kriterien auch zu einer ersten Einordnung eines unbekannten Materials dienen kann. Fur die bedeutendsten Ausgangsmaterialien in der Synthesefaserherstellung sind in Tabelle 2-2 die entsprechenden Werte zusammen mit anderen wichtigen thermisch-physikalischen Daren zusammengestellt. Das Auftreten eines Schmelzpunktes ist ursachlich an eine kristalline Struktur gebunden, die fur den Schmelzvorgang, d. h. den Phasenubergang von fest nach flussig, die Zufuhr einer definierten, vom Polymer abhangigen Energiemenge, der Schmelzwarme, benotigt. Beim umgekehrten Ubergang vom flussigen in den festen Aggregatzustand wird die entsprechende Wiirmemenge als Kristallisationswarme wieder frei. Dieser Vorgang findet bei der Faserherstellung statt, und aus der tlussigen Schmelze heraus entstehen beim Abkuhlen im sich verfestigenden Material kristalline Struktureinheiten. Diese Schmelz- und Kristallisationsvorgange konnen im Prinzip beliebig oft durchlaufen werden, was derartige polymere Werkstoffe - vergleichbar den metallischen Werkstoffen - im Hinblick auf ihre Wiederverwendung interessant macht. Auf den bei der Fadenbildung entstehenden Anteil an kristallinen Strukturen, deren GroBe und die Kristallisationsgeschwindigkeit uben zwei Faktoren entscheidenden EinfluB aus: die chemische Struktur und die physikalischen Bedingungen bei der Verarbeitung der Schmelze. Auch die Anordnung und die Morphologie der kristallinen Bereiche, die als Kristallite oder im Falle griiljerer Einheiten als Sphirolithe in Erscheinung treten, werden von diesen beiden Faktoren bestimmt. Den kristallinen Einheiten gegenuber steht eine Matrix, die eine weniger geordnete Struktur besitzt und die oft nur als amorphe Phase bezeichnet wird. In ihr liegen die Polymerketten in willkurlicher Anordnung zueinander vor, ohne daB sich gr6Bere Bereich mit hoherer Ordnung finden. Alle physikalischen Eigenschaften des Polymers und insbesondere die mechanischen Eigenschaften der spater daraus hergestellten Faden haben ihre Ursache in dieser sogenannten Zwei-Phasen-Struktur, die man sich demnach als ein Netzwerk, aufgebaut aus diesen beiden Struktureinheiten, vorstellen kann [6]. Wahrend die kristallinen Bereiche die Knotenpunkte dieses Netzwerkes ausmachen, stellen die dazwischen liegenden weniger orientierten Bereiche die ,,Maschen" dar, deren molekulare Be-
2.2 Grunulute
91
weglichkeit fur das plastische Verhalten und die Dehnbarkeit dieser Materialien verantwortlich ist. Betrachtet man die kristallinen Strukturen beispielsweise mit Hilfe der Rontgenbeugung, so zeichnen sich diese naturgemaB durch ihre hohe molekulare Ordnung aus: das sogenannte Kristallgitter [7]. Darin besitzen die Polymerketten eine definierte Anordnung mit einem festen, unveranderlichen Abstand zueinander. Was den jeweiligen Abstand der Polymerketten angeht, so hangt dieser von deren Geometrie ab, welche ihrerseits durch die chemische Struktur bestimmt wird. Uber ihre funktionellen Gruppen sind die Kettenmolekule namlich in der Lage, miteinander in eine mehr oder weniger starke Wechselwirkung zu treten, welche letztendlich fur die meBbaren makroskopischen Eigenschaften der Polymere verantwortlich ist und woraus u. a. auch der beobachtete, charakteristische Schmelzpunkt resultiert. Die GroBe der Kristallite liegt in der Regel unter einem zehntausendstel Millimeter und ist das Resultat einer Wechselbeziehung zwischen Kristallisationsgeschwindigkeit auf der einen Seite und Abkuhlgeschwindigkeit bzw. Einfriertemperatur auf der anderen Seite. Die Einfrier- oder Glasumwandlungstemperatur (vgl. Tabelle 2-2) ist diejenige Temperatur, bei der definitionsgema13 die Kettensegmentbeweglichkeit der Polymerketten in den wenig geordneten Bereichen unterbunden wird. Das bedeutet, daB oberhalb dieser Temperatur die Teile eines Kettenmolekuls, die nicht innerhalb eines Kristallites fixiert sind, aufgrund der ihnen innewohnenden thermischen Energie in die Lage versetzt sind, molekulare Bewegungen ganzer Kettenbereiche auszufuhren. Durch diese Art der Beweglichkeit, die auch zu ZusammenstolJen mit anderen Ketten und Kettenbereichen fuhrt, kommt es zu einer Neuorganisation in den betrachteten, nicht kristallinen Bereichen. Dabei konnen sich die verschiedenen Kettenabschnitte wiederum so nahe kommen, daB sie in der Lage sind, einen neuen Kristallitkeim zu bilden bzw. auf einen vorhandenen Knstallit aufzuwachsen. Im Gegensatz zu diesen rein thermisch bedingten Kristallisationsvorgangen, wird die Kristallisation aber auch durch eine zusatzliche mechanische Ausrichtung der Polymerketten gefordert. Diese erfolgt beispielsweise wahrend der Fadenbildung im SpinnprozeB unter der Wirkung der beim Aufwickeln der Garne angreifenden Zugkrafte. Man spricht in diesem Fall von einer spinn-induzierten Kristallisation [8]. Welche Bedeutung Kristallinitat und Kristallisationsverhalten fur die Verarbeitung von Polymermaterialien haben, macht besonders das Beispiel des Polyesters deutlich. Dieses Polymer mu13 vor der Trocknung und der anschlieflenden Extrusion des Granulates zunachst langsam knstallisiert werden [9]. Dadurch wird vermieden, daB die zur Trocknung notwendige Temperatureinwirkung zu einer zu raschen Kristallisation und im Zuge damit zu einer ebenso schnellen Freisetzung der zugehorigen Kristallisationswarme fiihrt, wodurch das Granulat zusammenbacken und dessen Forderung aus dem Trockner heraus und hin zum Extrudereinzug gestort werden kann. Wie hoch die bei dieser Nachkristaliisation abgegebene W m e m e n g e ist, wird zum einen durch die molare Schmelz- bzw. Kristallisationswarme und zum anderen durch den erreichbaren Zuwachs an Kristallinitat bestimmt. Neben der makroskopischen Form und den mikroskopischen Strukturen mu13 als weitere physikalisch relevante GroBe die Kettenlange der Polymermolekule betrachtet werden. Wie bereits angedeutet, hat die MolekulgroBe - im chemischen Sprachgebrauch wird diese im allgemeinen als Molekulargewicht angegeben einen erheblichen EinfluB auf die Eigenschaften und das Verarbeitungsverhalten,
besonders das FlieBverhalten, der verschiedenen Polymeren. Die Viskositiit stellt ein MaB dar, aus dem Flieflverhalten das Molekulargewicht eines Polymers zu bestimmen. Dazu bedient man sich zweier Verfahren, die entweder die Viskositat der reinen Polymerschmelze oder einer Losung des Polymers in einem geeigneten Losungsmittel erfassen. Daneben existieren eine Reihe weiterer Verfahren, wie z. B. Lichtstreuung, Osmometrie, Gelpermeationschromatographie, Ultrazentrifugation u.a., die ebenfalls geeignet sind, die MolekulgroBe zu beschreiben [ l o ] . Im praktischen Einsatz, wie beispielsweise bei der Spezifikation eines Polymers mittels seiner wichtigsten Kenngroflen auf einem Produktdatenblatt, werden in Abhangigkeit vom jeweiligen Hersteller meist unterschiedliche losungsviskosimetrische GroBen oder, im Falle von olefinischen Polymeren, die sogenannte SchmelztluBrate (MFR= melt flow rate) verwendet. Letztere gibt die unter definierten Bedingungen pro Zeiteinheit aus einer Duse auslaufende Schmelzemenge an. Je hoher der MFR-Wert, desto dunner die Schrnelze und desto niedriger das Molekulargewicht des Polymers. Sind die Schmelzfluljraten fur verschiedene Granulate unterschiedlicher Hersteller, bei Einstellung gleicher Randbedingungen fur Temperatur und Priifgewicht, durch Auswiegen der ausgeflossenen Polymermenge direkt miteinander vergleichbar, so ist im Falle der verschiedenen, gebrauchlichen Losungsviskositaten ein Vergleich zwischen den jeweiligen Herstellerangaben in der Regel nur dann moglich, wenn aul3er den gleichen Meflbedingungen auch die gleichen Losemittel und Losebedingungen angewendet wurden. Durch Extrapolation auf unendliche Verdunnung kann daraus die sog. Grenzviskositatszahl (intrinsische Viskositiit) ermittelt werden, die einen Vergleich zwischen den Granulaten unterschiedlicher Hersteller erlaubt. Die Bestimmung der intrinsischen Viskositat (I.V.) ist allerdings recht aufwendig. Im folgenden sol1 nun auf die Eigenschaften der wichtigsten Polymere, beginnend mit den Polyoletinen, etwas naher eingegangen werden.
2.2.2 Polyolefine [ 1 I - 141 Wie erwiihnt, ist die Wechselwirkung zwischen den Kettenmolekulen der verschiedenen Polymere fur deren physikalisches Verhalten verantwortlich. Je nach Hohe der dabei auftretenden Wechselwirkungskrafte resultieren daraus deren physikalische Kennwerte sowie die entsprechenden Unterschiede fur deren Verarbeitung. So weisen die Polyolefine mit ihren auf den schwachen Van-der-Waals-Kriiften beruhenden Wechselwirkungen beispielsweise sehr niedrige Schmelzpunkte auf. Um dennoch eine ausreichende Festigkeit der faserformigen Produkte zu erhalten, mussen besonders lange Polymerketten verarbeitet werden, die uber die Quantitat und nicht die Qualitat der Wechselwirkungsstellen zwischen den Kettenmolekulen die notigen Wechselwirkungskrafte aufbauen. Besonders wechselwirkungsarm ist in diesem Sinne das Polyethylen, welches daher fur einen moglichen Einsatz in der Textilherstellung eines der hochsten Molekulargewichte aufweisen mufl. Etwas gunstiger verhalten sich in dieser Hinsicht die Polyolefine, die eine sich regelmaflig wiederholende Seitengruppe am linearen Polymergerust tragen. Dies gilt bereits fur das isotaktische Polypropylen, das Polyisopren, Polystyrol oder polymere
2.2 Granulate
93
bicyclische Olefine. Die langen Polymerketten werden durch die mehr oder weniger spemgen Seitengruppen schwerer beweglich, d. h. sie erfordem bei FlieBoder Schervorgangen im schmelzflussigen Zustand einen hoheren Kraftaufwand bzw. bauen einen hoheren Druck auf. Bei der Verarbeitung in der Praxis wirkt man dem dann wiederum teilweise entgegen, indem man die Schmelzetemperatur etwas weiter uber den Schmelzpunkt anhebt, als dies vergleichsweise bei der Verarbeitung von Polyestem oder Polyamiden iiblich ist. Die Folge dieser in Relation zum Schmelzpunkt hoher liegenden Verarbeitungstemperatur ist jedoch ein starkerer thermischer Abbau des Polymers, dem aber in der Praxis - verbunden mit den envahnten Nachteilen - durch die Venvendung eines hoheren Molekulargewichtes im Ausgangsgranulat Rechnung getragen wird oder der durch Zusatz geeigneter Stabilisatoren zuriickgedrangt werden kann. Da neben der thermischen Stabilitat die Polyolefine auch eine geringe Lichtbestandigkeit besitzen, wurden im Laufe der Jahre von den Hilfsmittelherstellem immer effektivere Stabilisatorsysteme entwickelt, die den Polymerrohstoffen im Extrusionsprozelj beispielsweise in Form von Masterbatchgranulaten oder Pulvem zugesetzt werden. Im Hinblick auf eine optimale Wirkung der einzelnen Stabilisatoren mussen diese in ihrer Chemie aufeinander abgestimmt sein. Haufig eingesetzte Verbindungen sind dabei z. B. alkylierte Phenole, organische Schwefelverbindungen, aromatische Phosphonsaurederivate oder organische Nickelsalze, Benzotriazole und sterisch gehinderte Aminoverbindungen (HALS-Typen) [ 151. Letztere werden speziell zur Verbesserung der Lichtbestandigkeit verwendet. Etwas vorteilhafter bezuglich Bestandigkeit und Verarbeitbarkeit verhalten sich in dieser Hinsicht die neuerdings auf dem Markt befindlichen Polyolefine mit enger Molekulargewichtsverteilung [ 16, 171. Da mit den ublichen Ziegler-NattaKatalysatoren, die fur die Polykondensation der Olefine eingesetzt werden, in der Regel nur eine breite Molekulargewichtsverteilung erreicht wird, wirken sich die hochmolekularen Anteile besonders negativ auf die FlielJfahigkeit aus. Mit dem Einsatz der heute verfugbaren Metallocen-Katalysatoren, welche zu einem eng verteilten Molmassenspektrum fuhren, ist dagegen eine deutliche Verbesserung des FlieBverhaltens verbunden. Damit wird eine Verarbeitung bei etwas niedrigeren Temperaturen, hoheren Spinngeschwindigkeiten oder zu feineren Titem moglich. Die Charakterisierung der Polyolefine mittels ihres FlieBverhaltens ist daher auch eine praxisubliche Angabe, welche meist in Form des MFR-Wertes (melt flow rate, friiher MFI: melt flow index) nach DIN 53735 erfolgt, und deren Zahlenwert die im Zeitraum von zehn Minuten aus einer definierten Duse unter Anwendung einer vorgeschriebenen Temperatur (z. B.: 230 "C) und Belastung (z. B. einer Masse von 2,16 kg) ausflieBende Schmelzemenge in Gramm darstellt. Als gangiger Bereich fur die auf dem Markt befindlichen Produkte, welche hauptsachlich zu Fasern verarbeitet werden, kann ein MFR-Wert von 1 0 4 0 genannt werden, wobei jedoch auch spezielle CR-PP-Typen - CR steht dabei fur controlled rheology - mit MFR-Werten von einigen hundert angeboten werden.
2.2.3 Polyester [IS, 191 Zu den mengenmiil3ig wichtigsten Faserpolymeren zahlen hier das Polyethylenterephthalat (PET) und in deutlich geringerem MaBe das Polybutylenterephthalat (PBT). Chemisch unterscheiden sich diese beiden Produkte durch die Kettenlange der verwendeten Diolkomponente. Wahrend fur die PET-Herstellung Glykol mit Terephthalsaure bzw. deren Methylester eingesetzt wird, wird zur Synthese des PBT statt dessen I ,4-Butandiol mit der gleichen Saurekomponente, ebenfalls in einer mit Antimon- oder Titanverbindungen katalysierten Umsetzung, zur Reaktion gebracht. Vor allem im Bereich der in den letzten Jahren stark zunehmenden, sogenannten Funktionskleidung hat dabei das PET neben den bisherigen Anwendungen neue Einsatzgebiete als Mikrofaservlies gefunden. Entsprechend ihrer chemischen Struktur und den dadurch moglichen polaren Wechselwirkungen zwischen den Estergruppen resultieren im Unterschied zu den oletinischen Polymeren fur die Verarbeitung von Pol yestern zwei wesentliche Unterschiede. Zum einen mussen aufgrund des hoheren Polymerschmelzpunktes (s. Tabelle 2-2) auch hohere Verarbeitungstemperaturen - bis ca. 300 -'C - angewendet werden. Zum anderen konnen bzw. mussen wegen der ebenfalls starkeren Wechselwirkungskriifte im schmelzflussigen Zustand Polymere rnit vergleichsweise niedrigeren Viskositiiten, d. h. niedrigeren Molekulargewichten, eingesetzt werden. Diese liegen ublicherweise im Bereich von etwa 15-25000 g/mol und erreichen damit nur rund ein Zehntel der Molekulargewichte, die bei den Polyolefinen fur die Faserherstellung eingesetzt werden. Ein weiterer, wesentlicher Unterschied zwischen den Polykondensaten - also Polyestern und Polyamiden - und den Polyolefinen ist die bei ersteren vorliegende enge Molekulargewichtsverteilung. Diese wird durch die sogenannte molekulare Uneinheitlichkeit U beschrieben. Das ist das Verhiiltnis von Massenmittel zu Zahlenmittel des Molekulargewichtes vermindert um den Wert eins, wobei am Ende des Polymerherstellungsprozesses fur das Verhiiltnis der beiden genannten GroBen in der Regel ein Zahlenwert von ca. zwei erreicht wird. Neben der Viskositat und dem daraus ableitbaren Molekulargewicht werden zur weiteren Charakterisierung von Polyesterpolymeren die sogenannten Endgruppenzahlen verwendet. Meist beschrankt man sich dabei auf die Angabe des Carboxylendgruppengehaltes (CEG), der fur die handelsublichen Produkte Werte im Bereich von 1 0 4 0 pval/g besitzt. Zusammen mit dem Hydroxylendgruppengehalt (HEG). der vielfach Werte oberhalb von 40 pval/g erreicht, bieten diese beiden GriiBen uber den Kehrwert ihrer Summe wieder eine Moglichkeit zur Absch6tzung des Zahlenmittels des Molekulargewichtes. Als weitere charakteristische GroBen findet man auf den Produktdatenblattern der Polymerhersteller auch Angaben zum Diethylenglykolgehalt (DEG), der fur PET bei Werten knapp unter 1 % liegt, sowie zum Anteil der Oligomeren. Letzterer erreicht im Falle des PET etwa 1,5-2% und beim PBT ca. 2 3 % [20].
2.2 Granulate
95
2.2.4 Polyamide [21, 221 Betrachtet man die Anwendungsbreite, welche die wichtigsten Polyamide in der Faserherstellung bis heute gefunden haben, so findet man kaum etwas vergleichbares fur irgend eine andere Polymerklasse. Das Spektrum reicht dabei - neben ihrem Einsatz zur Vliesstoffherstellung - von der Herstellung von Feinstriimpfen, Ober- und Unterbekleidung bis hin zu Dekorations- und Mobelstoffen, Teppichen und technischen Geweben sowie Syntheseleder und Beflockungsfasern. Hinsichtlich der verarbeiteten Rohstoffe besitzen dabei innerhalb dieser Klasse das Perlon oder Polyamid 6 (PA6) und das Nylon oder Polyamid 6.6 (PA6.6) die groBte wirtschaftliche Bedeutung. Aufgrund ihrer jeweiligen chemischen Strukturen zahlt das PA6 zur Reihe der Poly-co-aminocarbonsauren, wahrend das PA6.6 in die Gruppe von Polyamiden eingeordnet werden muB, die aus a,o-Diaminen und a,o-Dicarbonsauren aufgebaut sind. Hieraus resultiert jedoch ein gewisser Unterschied in den physikalischen Eigenschaften, der am deutlichsten an ihrer Schmelzpunktsdifferenz (vgl. Tabelle 2-2) von ca. 40°C zu erkennen ist. Trotz der vergleichsweise nicht ganz optimalen physikalischen Eigenschaften des PA6, die u. a. auch darauf beruhen, dalj nach der Synthese ein relativ hoher Gleichgewichtsanteil an monomerer Ausgangsverbindung - rund 8% &-Caprolactam - im Polymer vorliegt, die einen zusatzlichen Auswaschschritt erfordert (23, 241, hat dieses Polymer innerhalb der Aminosaurereihe die groBte wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Das hangt ausschlieljlich damit zusammen, daB das c-Caprolactam technisch einfach und in der notigen, hohen Reinheit zuganglich ist. Was die Ausgangsverbindungen, 1,6Diaminohexan und Adipinsaure, fur die PA6.6-Synthese angeht, so sind diese ebenfalls grorjtechnisch in ausreichender Reinheit verfugbar. Nicht nur bei der Synthese, sondern auch bei der Extrusion der Polyamide gelten entsprechende Reinheitsanforderungen, die sich besonders auf den AusschluB von Sauerstoff und Feuchtigkeit beziehen. Wahrend Luftsauerstoff bereits ab 70 “C zu Polymerabbau in Form von irreversiblen Vergilbungen fuhrt, greift der Wassergehalt in die Lage des Polymerisationsgleichgewichtes ein [25]. Dies fuhrt bei Feuchtegehalten von mehr als 0,1% zu zunehmender Hydrolyse und Molekulargewichtsabbau, Bei deutlich darunter liegendem Wassergehalt setzt wahrend der Verarbeitung eine Nachkondensation ein, welche unter Molekulargewichtserhohung wieder den durch die Schmelzetemperatur vorgegebenen Gehalt an Gleichgewichtswasser herstellt. Da eine Molekulargewichtserhohung ihrerseits zu einem unerwunschten Anstieg der Schmelzeviskositat fuhrt, werden bei der PA6- bzw. PA6.6-Synthese den Ausgangsmonomeren sogenannte Kettenregler zugesetzt. Meist sind dies aliphatische Amine oder Diamine bzw. Monocarbon- oder Dicarbonsauren. Auf diese Weise werden Spinnmassen fur die Faserherstellung erzeugt, die Molekulargewichte im Bereich von etwa 25 000-45 000 g/mol besitzen. Zusatzliche Bedeutung besitzen die Kettenregler auch hinsichtlich der Gebrauchseigenschaften der Polyamide, da sie durch ihren Einsatz den Gehalt an Amino- und Carboxylendgruppen beeinflussen. Hieraus ergeben sich auch Veranderungen im Farbeverhalten dieser Polymeren, das in vielen Fallen gerade die Saure-Base-Wechselwirkung zwischen saurem Farbstoff und basischen Aminoendgruppen ausnutzt. Aus den vorangegangen Ausfuhrungen wird jedoch ebenfalls deutlich, daB die Endgruppengehalte
eine recht variable Gro13e darstellen. Mit Blick auf die fiirberischen Eigenschaften kann man aber festhalten, dalj nach der Extrusion zu faserformigen Produkten der Gehalt an Aminoendgruppen (AEG) nicht unter 40-50 pval/g liegen sollte.
2.3 Pulver
Neben den im Bereich der Vliesstoftherstellung verwendeten, rein synthetischen Rohstoffen in Granulatform, kommen auljerdem einige Produkte zum Einsatz, die aus einem pulverformigen Zustand heraus verarbeitet werden. Zu diesen Produkten gehoren sowohl faserbildende Polymerverbindungen, die direkt zu FYden verarbeitet werden konnen, als auch niedermolekulare, organische und anorganische Substanzen, welche als Additive den Faserpolymeren zugesetzt werden und beispielsweise eine Stabilisatoraufgabe ubernehmen oder aber im Hinblick auf die optische Erscheinung der aus den Polymeren hergestellten Fasem eine bestimmte Funktion iibernehmen. Im folgenden soll, beginnend mit den Polymerverbindungen, auf die wichtigsten hierzu zahlenden Produkte niiher eingegangen werden.
2.3.1 Polymerpulver 2.3.1.1
Polyacrylnitril 1261
Ausgehend von Acrylnitril wird das nicht schmelzbare, da sich vorher zersetzende Polymer, hauptsachlich durch eine Fiillungspolymerisation hergestellt, welche im waljrigen Medium ablauft und mit Redoxsystemen initiiert wird. Nach der Autbereitung und Trocknung erhalt man dabei ein pulverformiges Produkt, das - in einem Losemittel gelfist und nach einem Trocken- oder Naljspinnprozelj verarbeitet - zur Herstellung von Fasem eingesetzt wird. Die in grofitechnischen Polymerisationsanlagen ublicherweise aufgebauten Molmassen liegen im Bereich von 80000-1 80000 g. Im Hinblick auf einen bekleidungstextilen Einsatz ist die Verwendung von 100% reinem Polyacrylnitril kaum von Bedeutung. Derartige Polymere werden hauptsachlich in technischen Produkten eingesetzt. Die meisten Acrylnitrilpolymerisate sind aus zwei oder mehr Comonomeren aufgebaut, wobei der Acrylnitrilanteil mindestens 85% ausmacht. Daneben konnen in der Polymerkette Acrylsiiure-, Methacrylsaure- oder Vinylester sowie doppelbindungshaltige Sulfonate enthalten sein, um bestimmte physikalische Eigenschaften oder verbesserte Farbbarkeiten zu erreichen. Betragt der Anteil an Acrylnitril in den Polymeren nur zwischen 50% und 85%, so spricht man von sogenannten Modacryltypen, welche vorzugsweise mit halogenhaltigen Monomeren moditiziert sind und dadurch neben einer verringerten Brennbarkeit auch eine einfachere Verarbeitbarkeit besitzen. Polyacrylnitrilfasern werden meist aus Dimethylformamid-, Dimethylacetamid- oder Dimethylsulfoxidliisung versponnen, wiihrend die Verarbeitung
2.3 Pulvrr
97
von Modacrylpolymeren aus dem erheblich billigeren Losemittel Aceton heraus moglich ist. In beiden Fallen gilt, dalj zur Erzielung einer guten Spinnlosung der mittlere Teilchendurchmesser des Polymerpulvers zwischen 0,Ol mm und 0,l mm liegen sollte. Der Loseprozelj selbst erfordert zunachst eine sorgfaltige Dispergierung, die moglichst bei tiefer Temperatur erfolgt, dann erhoht man die Temperatur im Ruhrkessel auf bis zu 100°C wobei eine klare, leicht gelbliche Losung entsteht. Hohe Temperaturen und lange Ruhrzeiten fuhren zunehmend zu starkeren Verfarbungen, die im Hinblick auf ein stets einheitlich weiljes Fasermaterial unbedingt zu vermeiden sind und denen man deshalb durch Arbeiten unter Inertgasatmosphare, Zusatz von Komplexbildnern zur Maskierung von Eisenspuren sowie durch Zugabe von Reduktionsmitteln entgegenwirkt.
2.3.1.2 Andere Copolymere Ahnlich dem Polyacrylnitril findet auch das Polyvinychlorid [27] eine bescheidene Anwendung in Form eines Copolymeren, das nach einem Losungsspinnprozel3 zu einer Faser verarbeitet werden kann. Sein Einsatz im Vliesbereich als Copolymer, bestehend aus 85% Vinylchlorid und 15% Vinylacetat, hat deshalb eine gewisse Bedeutung erlangt, weil diese Faser aufgrund ihrer niedrigen Erweichungstemperatur von ca. 70 “C als Bindefaser bei der Vliesstoffverfestigung verwendet werden kann. Dieser Funktion als Bindefaser bei der Verfestigung von Vliesen verdanken auch eine Reihe von weiteren Copolymeren ihre anhaltende Nachfrage. Hierzu zahlen als wesentliche Vertreter niedrigschmelzende Copolyester und Copolyamide, die industriell sowohl als Pulver als auch in Granulatform produziert werden. Durch die Wahl der Monomerkomponenten ist es dabei moglich, Schmelz- und Erweichungspunkte uber einen sehr weiten Temperaturbereich einzustellen und somit fur unterschiedliche Anwendungen jeweils eine geeignete Binde- bzw. Schmelzklebefaser anzubieten.
2.3.2 Additive [28] Die Gruppe der niedermolekulare Verbindungen, die nicht allein fur die Vliesherstellung, sondern ganz allgemein fur die Herstellung aller faserformigen Produkte, Bedeutung besitzt, laljt sich aufgrund der Wirkungsweise ihrer Vertreter einerseits in Hilfsmittel mit Stabilisatorfunktion und andererseits in Pigmente unterteilen. Abgesehen von der Moglichkeit, geeignete, niedermolekulare Komponenten u. U. als Comonomere bei der Synthese direkt in eine Polymerkette einzubauen, werden die meisten derartigen Additive erst kurz vor der Herstellung der Granulate oder deren Verarbeitung zu faserformigen Produkten zugesetzt. Im ersten Fall wird die Dosierung bereits beim Granulathersteller festgelegt, wahrend im zweiten Fall die Zugabe erst bei der Verarbeitung der Granulate im Extruder erfolgt und somit deren Menge vom Anwender selbst bestimmt werden kann. Da die prozentuale Konzentration der Zusatze in der Regel recht niedrig ist, konnen sich beim Einarbeiten dieser Komponenten in die Polymermatrix Inhomogenitaten in der Verteilung
dieser Produkte ergeben, besonders wenn die Substanzen als reine, pulverformige Verbindungen eingesetzt werden und zudem n u r eine begrenzte Loslichkeit in der Polymerschmelze besitzen oder zur Bildung von Agglomeraten neigen [ 291. Fur die industrielle Verarbeitung derartiger Systeme existieren jedoch verschiedene, technische Losunpen, die alle zu guten Ergebnissen fuhren und auch produktionsmiil3ig eingesetzt werden. Die einfachste Losung besteht beispielsweise darin, das Polymergranulat rnit dem Additiv zu ,,bestiiuben". Dies erreicht man z.B. in rotierenden Trommeln, wobei jedes Granulatkorn einen Uberzug aus pulverformigem Additiv erhalt und in dieser Form dem Extrudereinzug zugefuhrt wird. Nachdem im Extruder der schmelzflussige Zustand erreicht wurde, kann eine zusatzliche Homogenisierung der Komponenten dadurch erreicht werden, dal3 eine Extruderschnecke rnit entsprechenden dynamischen Mischelementen eingesetzt wird oder der Schmelzestrom durch den Einbau von statischen Mischern in der Schmelzeleitung umgewiilzt wird. Im Falle des Einsatzes von Additiven, die eine gute Vertraglichkeit oder Loslichkeit im Polymer besitzen, kann so eine ausreichend feine Verteilung erreicht werden. Problematischer ist die Verarbeitung von unvertriiglichen Additiven oder Pigmenten. Hier ist der Einsatz eines Doppelschneckenextruders angebracht, der aufgrund seiner besonderen Scher- und Mischwirkung fur die notwendige, homogene Verteilung der Komponenten sorgt. Steht diese Moglichkeit nicht zur Verfugung, wiihlt man oft den Umweg uber ein sogenanntes Masterbatch. Dabei wird das Pulver zuniichst in sehr vie1 hoherer Konzentration in das geschmolzene Polymer eingearbeitet. Dazu wird ebenfalls ein entsprechender Extruder rnit Mischwerkzeugen eingesetzt. Diese Mischung wird zuniichst als Strang extrudiert und dann zu einem Masterbatchgranulat verarbeitet. Das so erzeugte Granulat wird dann dazu verwendet, um zusammen rnit einer nun entsprechend geringeren Menge des reinen Polymergranulats die urspriinglich angestrebte, prozentuale Konzentration einzustellen und diese Mischung zu Faden zu extrudieren, wobei durch die zweimalige Durchmischung im schmelztlussigen Zustand die Gefahr einer ungleichmal3igen Verteilung nahezu unterbunden werden kann. Andererseits mu6 aber auch darauf hingewiesen werden, da13 eine zweimalige thermische Belastung des Polymers im Extruder zu einem deutlichen Abbau fuhren kann, weshalb u. U. rnit einer Verschlechterung der mechanischen und optischen Eigenschaften der hergestellten Fiiden zu rechnen ist. Welche der aufgezeigten Methoden eine produktionstechnische Anwendung findet, hiingt dabei neben der Art der einzuarbeitenden Additive in erster Linie von den maschinellen Mi&lichkeiten des einzelnen Herstellers ah.
2.3.3 Stabilisatoren [ 151 Da alle thermoplastischen Polymere bei ihrer Verarbeitung uber ihren Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden mussen, ist ein rein thermischer sowie ein thermischoxidativer Abbau der Polymerkette nicht zu vermeiden. Besonders betroffen davon ist vor allem das Polypropylen, dessen Verarbeitungstemperatur rund 100' C uber seinem Schmelzpunkt liegt und das mit seiner Vielzahl an tertiiiren Kohlenstoffatomen innerhalb der Polymerkette fur einen entsprechenden radikalischen
2.3 Pulver
99
Abbau pradestiniert ist. Um derartige radikalisch initiierte Abbaureaktionen bzw. die sich daran anschliefiende oxidative Spaltung der Polymerkette zu unterbinden, werden beispielsweise sterisch gehinderte Phenole oder Fettsaurethioester zugesetzt, die in der Lage sind, durch Wasserstoffaustausch die Radikale zu ubernehmen und damit das Polymer zu schutzen. Im Hinblick auf den spateren Einsatz und den Gebrauch von Textilprodukten aus Synthesefasern spielt neben der thermisch-oxidativen Stabilisierung auch die Verbesserung des Flammschutzes [30, 3 I ] eine ganz wesentliche Rolle. Besonders vor dem Hintergrund, dal3 in verschiedenen Landern sehr restriktive Bestimmungen existieren, was das Brandverhalten von synthetischen Materialien beim Einsatz im hauslichen oder bekleidungstextilen Bereich angeht. Hiervon sind beinahe alle Polymermaterialien, mit Ausnahme der hoch halogenhaltigen Verbindungen, betroffen. Sie mussen daher durch Zusatz von Estern der verschiedenen Phosphorsauren, Antimon- oder Aluminiumoxiden und, wie bereits envahnt, durch Zusatz von stark halogenhaltigen, organischen und anorganischen Additiven stabilisiert werden. Die Wirkung der genannten Stabilisatoren beruht im wesentlichen darauf, dalj die Bildung brennbarer, gasformiger Abbauprodukte bei der Zersetzung des Polymers und damit deren Entflammbarkeit vermindert wird. Eine vergleichbare Bedeutung wie die Stabilisierung von Synthesefaserpolymeren gegenuber Warmeeinflussen bei der Verarbeitung und im Gebrauch oder im Hinblick auf die Entflammbarkeit, besitzt auch die Stabilisierung gegenuber dem schadigenden Einflufl von UV-Licht. Auch hier liegt dem Polymerabbaumechanismus eine radikalische Reaktion zugrunde, die durch die ultravioletten Anteile im Sonnenlicht ausgelost wird. Die Energie dieser kurzwelligen Strahlung, die im Bereich der Bindungsenergien organischer Verbindungen liegt, bewirkt eine homolytische Spaltung von Bindungen der Polymerkette, ahnlich wie dies auch fur die thermisch ausgelosten Reaktionen gilt. Um dem Abbau durch UV-Licht entgegenzuwirken, kann daher auch der bereits vorhandene thermische Stabilisator einen Beitrag leisten [ 3 2 ] . Speziell zur UV-Stabilisierung von Polymeren - und hier besonders beim Polypropylen [ 331 - werden Verbindungen aus der Benzophenonund Benzotriazolreihe, sterisch gehinderte Amine (HALS-Typen) oder Nickelchelatkomplexe eingesetzt. Besonders wirkungsvoll ist es dabei, die Einwirkung der UV-Strahlung auf das Polymer so friih wie moglich zu unterbinden. Dazu sind die sogenannten UV-Absorber, wie Benzophenone oder Benzotriazole, bestens geeignet. Sie absorbieren die schadigende UV-Strahlung und venvandeln sie in Warmeenergie. Dies kann auf noch wesentlich effektivere Weise auch durch eine RuBpigmentierung erreicht werden, sofern die damit verbundene Schwarzung keine Rolle spielt.
2.3.4 Pigmente [34] Der Zusatz von fein pulverisierten, organischen und anorganischen Pigmenten mit Partikeldurchmessern kleiner als 1 pm, ist bei der Verarbeitung von faserbildenden Polymeren eine der wichtigsten Methoden, um zu gefarbten Produkten zu gelangen, die sich sowohl durch ihre Farbintensitaten als auch durch ihre Farbechthei-
ten auszeichnen. Besonders fur die Gruppe der Polyolefine bietet die Pigmentierung bis heute die technisch bedeutendste Moglichkeit zu gefarbten Fasermaterialien mit hohen Farbechtheiten zu gelangen. Das entscheidende Kriterium fur den Einsatz eines Pigmentes ist aber zunachst dessen Thermostabilitit. Das heiBt, die Substanz darf unter dem EinfluB der Verarbeitungsbedingungen in der Polymerschmelze keinen Abbau erleiden - was naturlich fur den spateren Gebrauch unter den Einflussen von Licht, Umwelt, (Reinigungs)chemikalien etc. ebenfalls gelten mu6 - und darf seinerseits auch den Abbau des Polymers nicht katalysieren. In der Regel bieten hier die anorganischen Pigmente einen deutlichen Vorteil, da deren Zersetzungstemperaturen weit uber ihren Schmelzpunkten liegen, wobei letztere wiederum die Polymerschmelzpunkte erheblich ubertreffen. Betrachtet man zunachst die wichtigsten anorganischen Pigmente, so hat hier das Titandioxid, vor allem in Form seiner Rutilmodifikation, bei weitem die grol3te Bedeutung erlangt. Der Grund dafur ist der, da13 dieses Pigment allen Polymeren zugesetzt werden kann, wenn es gilt, den Glanz der Synthesefaserprodukte zu brechen. Das einfallende Licht kann dann das Polymer nicht mehr ungehindert passieren, sondem wird an den Pigmenten gestreut. Ein weiterer, positiver Effekt, der mit der Zugabe von Titandioxid zu den Faserpolymeren verbunden ist, ist eine Verstarkung der Farbintensitat im Vergleich zu einer entsprechenden Fiirbung auf Fasermaterialien ohne Titandioxidzusatz. Man spricht vom Titandioxid in diesem Zusammenhang nicht nur als einem WeiBpigment, sondem auch als einem Mattierungsmittel. Die gleiche Funktion wird zwar auch von anderen WeiBpigmenten, wie Bariumsulfat oder Zinksulfat und Zinkoxid, erfullt. Deren kommerzielle Bedeutung ist jedoch auBerst gering geblieben. Die Zahl der verfugbaren, farbgebenden anorganischen Pigmente ist relativ limitiert. Das hangt u.a. auch damit zusammen, da13 diese Pigmente aus Verbindungen von Schwermetallen wie: Blei, Cadmium, Quecksilber etc. aufgebaut sind, welche heute aus gesundheitlichen und okologischen Griinden immer weniger wunschenswert erscheinen. 1st jedoch eine hohe Lichtechtheit gefordert, stellen derartige Pigmente bis heute noch immer die beste Losung dar, wenn gelbliche (Vanadate, Molybdate, Chromate) oder rotliehe (Eisenoxide) Farbtone realisiert werden sollen. Graue und schwarze Farbtone werden, wie bereits erwahnt, durch Zusatz unterschiedlicher Mengen von RuBpigment erzeugt. Im Falle der Pigmentierung von Polyolefinen und besonders von Polypropylen wurde in der Vergangenheit ein weiteres System entwickelt, das bei hoher Lichtechtheit zu tief anfarbbaren Produkten fuhrt. Dabei werden der Polypropylenschmelze bei deren Verarbeitung Nickelsalze zugesetzt, die uber das Metallatom in der Lage sind, geeignete Dispersionsfarbstoffe in Form eines Chelatkomplexes zu binden. Hinsichtlich der Verwendung von Nickelverbindungen gelten jedoch die selben Vorbehalte wie bei den bereits zitierten Schwermetallen, weshalb die praktische Bedeutung dieser Variante weiter abnehmen durfte. Um dennoch, vorzugsweise die Polyolefine, in der Schmelze anfarben zu konnen, steht heute eine Palette von organischen Pigmenten zur Verfugung, die die oben genannten Kriterien hinsichtlich Stabilitat und Echtheit erfullen. Diese Pigmente werden einzeln oder in Mischung zugesetzt, wobei das gesamte Spektrum von Farbtiinen erzeugt werden kann. Perylenpigmente dienen so zur Erzeugung roter Tone, Azo- bzw. Diazopigmente werden zur Realisierung von Orange- und
2.4 Superabsorber
101
Gelbtonen zugesetzt. Mit der Klasse der Phthalocyaninpigmente konnen griine und blaue Farbungen erreicht werden. Zum SchluB dieses Abschnitts sol1 noch auf eine Eigenschaft vieler Pigmente hingewiesen werden, die unter Umstanden Anla8 zu ProzeB- bzw. Produktionsstorungen geben kann. Diese Eigenschaft ist ihre Knstallinitat, verbunden mit einer groBen Harte. Das gilt besonders fur die anorganischen Pigmente, die sich an der Faseroberflache befinden und aus dieser herausragen. Derartige Teilchen konnen eine hohe abrasive Wirkung auf Maschinen- und Werkzeugteile ausuben, mit denen sie bei ihrer Verarbeitung in Beriihrung kommen. Auch die Bildung von Pigmentagglomeraten, -ablagerungen und -zersetzungsprodukten, beispielsweise im Bereich der Diise, konnen zu Produktionstorungen fiihren.
2.4 Superabsorber (S. Martini) Superabsorber sind wasserunlosliche, vernetzte Polymere, die unter Quellung und Ausbildung von Hydrogelen grol3e Mengen an waBrigen Flussigkeiten aufnehmen und die absorbierte Fliissigkeitsmenge unter Druck zuriickhalten konnen. Durch ihre charakteristischen Absorptionseigenschaften finden diese Polymere weltweite Anwendung in der Hygieneindustrie (Kindenvindeln, Envachsenen- und Krankenhaushygiene, Damenbinden) [35]. Obwohl flussigkeitsspeichernde Polymere nicht direkt zu den Primarrohstoffen der Vliesstoffproduktion gehoren, sind sie durch eine Vielzahl technischer Innovationen im Hygienebereich untrennbar mit der Vliesstoffindustrie verbunden. Nach EDANA betragt 1998 der Hygieneanteil am europaischen Vliesstoffmarkt 288400 t (343%) [36].
2.4.1 Absorptionsmechanismus Im Gegensatz zu klassischen fliissigkeitsbindenden Rohmaterialien (Flachengefiige aus Zellulose-Fasern, Schaume u. a.) konnen vernetzte, teilneutralisierte Polyacrylate nicht nur hohe Flussigkeitsmengen aufnehmen, sondern diese selbst unter Druck dauerhaft speichern. Den Absorptionsmechanismus der Superabsorber (SAP - Super Absorbent Polymer) zeigt Abb. 2-2 [37, 381. Die im Polymer enthaltenen Carboxylatgruppen werden im Kontakt mit wassrigen Losungen stark solvatisiert. Langs der Polymerketten findet eine Ansammlung von gleichgeladenen Gruppen statt, die sich gegenseitig elektrostatisch abstoBen. Dadurch weiten sich die Polymerknauel, der Superabsorber geht in einen gelartigen Zustand (Hydrogel) iiber. Durch die Vernetzung bleiben die Polymerketten an einigen Stellen fest miteinander verbunden, so daB die Flussigkeitsaufnahme nur zur Quellung fuhrt. Das entstandene Hydrogel zerfliel3t auch dann nicht, wenn es zu 99% aus Wasser besteht [3941].
.
C ONa NaO - C
-
C ONa
0
0
I
NaO .C
C-OH
c -on C-ONa
I
a)
C)
Abb. 2-2. a) SAP in1 trockenen Zustand, b) SAP im Kontakr mit wiasrigen Flusaigkeiten, c ) SAP nach Flussigkeitsaufnohme und Quellung
2.4.2 Herstellungsverfahren Die Patentliteratur zeigt ein breites Spektrum an Variationsmoglichkeiten bei der Fertigung granulatformiger Superabsorber. Die ublichen KomgroBen liegen im Bereich von 150-800 pm. In der Praxis haben sich zwei Verfahren als geeignet erwiesen.
2.4.2.1 Suspensionspolymerisation Bei der inversen Suspensionspolymerisation wird eine waBrige, teilneutralisierte Acrylsaurelosung mit Hilfe von Schutzkolloiden oder Emulgatoren in einem hydrophoben, organischen Losungsmittel dispergiert. Durch Radikalinitiatoren wird die Polymerisation gestartet. Die Vernetzungsreaktion kann durch Copolymerisieren eines polyfunktionellen Vernetzers, der in der Monomerlosung enthalten ist, und/oder durch Reaktion geeigneter Vernetzungsmittel mit funktionellen Gruppen des Polymers erfolgen. Dabei entstehen porose Kugelchen. Diese werden nach Beendigung der Polymerisation getrocknet. Eine Ubersicht uber die technischen Details gibt [42].
2.4.2.2 Losungspolymerisation Der dominierende FertigungsprozeB zur Herstellung von Superabsorber-Granulaten ist die radikalische Losungspolymerisation, die aus folgenden Schritten besteht (Abb. 2-3). Bei dieser Methode wird monomere Acrylsaure vor der Polymerisation durch teilweise Neutralisation (55-75%) in Natriumacrylat umgewandelt. Die Zugabe eines Vernetzersystems bewirkt dann die Bildung eines dreidimensionalen Netzwerkes (Abb. 2-4). Wichtige ProzeBparameter sind hierbei Kuhlung der teilneutralisierten Monomerlosung, Entfernung des Sauerstoffes durch Begasung mit Stickstoff, definierte Zugabe der Initiatoren (Redox-Systeme, UV) sowie Polymerisations- und Temperaturkontrolle 1421.
2.4 Superabsorber
103
Monomerzubereitung
I Polvmerisation I Gelverarbeitung
F
l MahlunglSiebung
I Nachvernetzung I I Endverpackunn I Abb. 2-3. Losungspolymerisation
Rohstoffe
3-dimensionales Polymernetzwerk
Monomerlosung
0
Acrylsaure C H 2'CH I
c=o I
Polymerisation
OH
Vernetzer H
0
+NaOH
=O
CH T F H
c=o 0 Na+
Abb. 2-4. Polymerisation und Gelbildung [43]
Nach dem Polymerisationsschritt wird das mehr oder weniger zahe Gel (abhangig von der Vernetzerkonzentration und dem Neutralisationsgrad) verschiedenen Misch- und Knetprozessen untenvorfen. Temperatur- und geschwindigkeitsregulierte Bandtrockner mit groBvolumigen Abluftwaschern (NaBwaschern) trocknen die Granulate bei konstanter Schichtdicke auf die gewunschte Restfeuchte. Entsprechend dem Anforderungsprofil wird das trockene Gel auf Grob- und anschlieBend auf Feinmuhlen zerkleinert.
2.4.2.3 Nachvernetzung Bei der Nachvernetzung werden reaktive Substanzen auf das Basispolymer aufgebracht und bilden ein zusatzliches Netzwerk auf der Oberflache. Tsubakimoto [44] und Dahmen [45] gelangen damit wichtige qualitative SAPVerbesserungen. Dies war wesentliche Voraussetzung fur die Entwicklung volumenreduzierter Kindenvindeln mit weniger Zellstoffanteilen bei gleichzeitiger Erhohung des Superabsorberanteils (Abb. 2-5) [43].
i
b RetenbonNVindell =Absorbent
=Fluff
Polymer
Gesamtretentwn
1
-
400
M
40
4'
20
10
3.5
1991
1992193
1994
1995
1997
1998
Ahh. 2-5.Entwicklung des Saugkissens einer Kinderwindel (Grdie Maxi) 1431
2.4.2.4
-
1999
ab 1992193 Oberflachenvernetzung
In-situ Polymerisation
Experimentelle und theoretische Arbeiten von Houben, Herrmann und Dahmen [46] haben wichtige AnstoBe zur Entwicklung der ,,in-situ" Polymerisation von Superabsorbern gegeben. Kaltenecker [47] zeigt, daB dreidimensionale Netzwerke sowohl durch chemisch initiierte Copolymerisation als auch durch elektronenstrahlinduzierte Pfropfpolymerisation direkt auf Vliesstoffen (z. B. PP oder Viskose) hergestellt werden konnen. Ob diese innovativen Herstellungsverfahren sich groBtechnisch durchsetzen werden, bleibt abzuwarten.
2.4.3 Testmethoden Das Eigenschaftsprotil der Superabsorber wird mit Hilfe festgelegter MeBparameter bestimmt. Unterschieden werden dabei reine Produktkenndaten nach EDANA [48], praxisnahe Eigenschaften des Superabsorbers in einer vorgegebenen Matrix (Fluftkissen) sowie die qualitative Beurteilung eines fertigen Hygieneartikels (491. 2.4.3.1
Produktkenndaten
Das maximal mdgliche Flussigkeitsspeichervermiigen des Hydrogels wird mit der Zentrifugenretention CRC (Centrifuge Retention Capacity - Max. Retention) bestimmt. Fur eine moglichst praxisnahe Bewertung der verschiedenen Superabsorber wird physiologische Kochsalzlosung (0,9% NaCI) als Testflussigkeit verwendet. Die Absorption gegen Druck (Absorption Against Pressure - AAP) miBt die Quellung des Polymers bei 0,3, 0,7 bzw. 0,9 psi Belastung gravimetrisch. Dabei
2.4 Superabsorber
105
I Test Methoden I
9 Hygiene Artikel
Kombinationen Freie Absorption
Suction Power
Max. Retention Kombinationstest
Absorption Retention
Sektionstauchtest Verteilung des SAP
Flussigkeitsverteilung
gegen Druck
I FI. aufnahme vor Leakage
Rewet
Abb. 2-6. Ubersicht wichtiger Testmethoden
Tabelle 2-3. Wesentliche Kenndaten von Basispolymeren (A) im Vergleich zu nachvernetrten Superabsorbern (B) [SO]
Maximale Retention - CRC Absorption unter 20 g/cm’ Druck Absorption unter 50 glcm’ Druck
AAP 0.3 psi - AAP 0.7 psi -
A
B
32 !dg 10 glg 6S k
30 glg 29 g/g 23 glg
wird das Quellvermogen des Absorbers unter dem Eigengewicht des Tragers (z. B. Kleinkind) simuliert. Bei diesem Test zeigt sich deutlich der Unterschied zwischen Basispolymeren und nachvernetzten Superabsorbern (siehe Tabelle 2-3). Zu den physikalischen Eigenschaften der Superabsorber gehort auch die Rieselfahigkeit, das Schuttgewicht und die Kornverteilung [48, 501.
2.4.4
Anwendung
Graham [42], Rohe [51] und Consultant Unternehmen wie Chem Systems [52] veroffentlichen weltweite Marktzahlen uber Fertigungskapazitaten von Superabsorbern sowie Bedarfsschatzungen und Anwendungsgebiete. Die weltweite Fertigungskapazitat erreicht 1999 nahezu 1,2 Millionen Tonnen, die tatsachliche Vermarktung liegt bei ca. 80%. Weit uber 95% der produzierten Superabsorber wer-
Luftgemisch aus Zellstoff, Superabsorber und Bikomponenten
@t Tragermaterial: Ansaugsysteme
Transportband luftdurchlassig
Abb. 2-7. Airlaid Verfahren rur Herstellung therrnoverfestigter Saugki\sen 1561
Tabelle 2-4. Wesentliche Kcnndaten von SAP-Fa\ern irn Vergleich zu SAP-Grnnulot [SO] SAP Fawrn
1241
Oa\is") Typ 1 0 1
Facor'"' SXM 3750
31 g/g 33 g/g I0 g/g
26 g/g 14 glg ti glg
30 g/g 29 f / f 23 g/g
Camelot""
Maximale Retention CRC Absorption untcr 20 g/cm' Druck Absorption unter SO g/cm' Druck ~
AAP 0 . 3 psi - AAP 0.7 psi -
SAP Granulat
den in Hygieneartikeln verwendet. Wie die steigende Zahl von Veroffentlichungen und Patentschriften zeigt, ist die Bedeutung von volumenreduzierten Hygieneprodukten im letzten Jahrzehnt betrachtlich gewachsen. Die klassische Verwendung von Superabsorbern beschreiben Brandt [S3] und Kellenberger 1541. Moderne, vorgefertigte, thermoverfestigte Saugkissen bestehen im wesentlichen aus Zellstoff, P E P P Bikomponentenfasern und Superabsorbern. Diese flussigkeitsspeichemden 3-D Flachengefuge (AirlaidKomposite) beschreiben Knowlson [SS] und Herrmann [S6] (Abb. 2-7). Diese Flachengefuge werden zunehmend als Saugkorper fur hochwertige, dunne Hygieneprodukte eingesetzt. Eine andere Form des Einsatzes von Superabsorbern ist die direkte Fixierung auf Fasern. In Tabelle 2-4 ist ein Performance Vergleich dieser SAP-Fasern mit handelsublichen granulatformigen Superabsorbern aufgefuhrt [SO]. Allan [S7] beschreibt Details weiterer unterschiedlicher Faser-Typen und veriiffentlicht vergleichende Prufergebnisse.
2.5 Praparatiotien
107
2.4.5 Zusammenfassung Die innovativen Moglichkeiten des Rohstoffes Superabsorber sind noch langst nicht ausgeschopft. Sie bilden eine ideale Erganzung fur Vliesstoffe, deren praktische Einsatzmoglichkeiten durch maBgeschneiderte Kombinationen mit Superabsorbem erheblich enveitert werden konnen. Dariiber hinaus kann bei der dynamischen Entwicklung der SAP-Forschung und des SAP-Marktes mit weiteren Produktinnovationen und neuen Anwendungen gerechnet werden.
2.5 Praparationen (M!Dohrn)
2.5.1 Allgemeines 2.5.1.1 Definitionen Auf dem Gebiet der Chemiefasem hat der Fachausdruck Praparationen heute eine umfassende Bedeutung. Da es noch keine eindeutigen Definitionen gibt, sollen im folgenden einige Begriffe erlautert und damit die weiteren Ausfuhrungen verstandlich gemacht werden. Jede Chemiefaser erhalt kurz nach ihrer Erspinnung eine erste Praparation - die Spinn- oder Primiqraparation (engl. spin finish). Diese kann z. B. bei Filamenten oder auch bei Stapelfasem aus Kompaktanlagen schon das Produkt sein, mit dem die Faser an den Kunden ausgeliefert wird. Bei Stapelfasern ist sie eine Hilfe fur die weitere Verarbeitung in der FaserstraBe. In diesem Fall sol1 das Verstrecken oder auch die Krauselung erleichtert werden. Ihre Endpraparation - auch Avivage genannt - erhalt die Stapelfaser dann in oder am Ende der FaserstraBe, wie das in Abb. 2-8 gezeigt wird.
Kannen mit Spinngut
Erwarmungs-/
Verstreckungs- /
Dampfer
Fixierung
Relaxierung
Praparationsauftrag
Endprapa- Krauselung rierung
Abb. 2-8. Praparationsauftragsmoglichkeit in einer StapelfaserstraBe
Trocknung Schneidemaschinei Ballenpresse
Der Begriff Sekundarpraparation wird auch fur den Auftrag von Texturolen auf texturierte Filamente, ofters aber fur das Schmalzen bzw. Avivieren in der Stapelfasergam-Herstellung verwendet. Im Vliesstoffsektor sind eine Zahl von Begriffen zu finden, die eigentlich nur den Vorgang des Aufbringens eines Praparationsmittels vor einem Krempel- oder KardierprozeI.3 zum Inhalt haben. Dabei wird von Praparationen, Avivagen, Nachavivagen, Schmalzen, Nadelhilfen, Krempel- und Kardierhilfen oder -olen gesprochen. Es ist sicher sinnvoll, in der Chemiefaserherstellung nur eine Unterteilung in Filamentpraparation und Stapelfaserpraparation zu machen. In der ersten Verarbeitungsstufe sollten im Filamentbereich die exakten technologischen Zuordnungen wie Textur-, Spul- oder Scharol gebraucht werden, im Stapelfaserbereich dagegen sowohl fur die textile Spinnerei als auch im Vliesstoffsektor der Begriff Schmalze. Damit wird auch eine bessere Abgrenzung zum Begriff Avivage als letzte Stufe in der NaBveredlung erreicht.
2.5.1.2 Anforderungen an Praparationen Mit der Entwicklung der Technik und Technologie in der Herstellung von Chemiefasern und in deren Verarbeitung entstanden immer neue und hohere Forderungen an die Eigenschaften von Praparationen. In erster Linie entstanden diese Forderungen durch stark steigende Geschwindigkeiten der Verarbeitungsmaschinen und damit verbundene notwendige Anderungen im Friktions- und Abrasionsverhalten sowie im elektrostatischen Verhalten. Die Vermeidung von Abspritzen und Aerosolbildung wurde zur Notwendigkeit. In der Tabelle 2-5 sind diese Forderungen am Beispiel einer Stapelfaserpraparation dargestel It. Gegenwartig wird die notwendige Entwicklung technisch-technologischer Eigenschaften durch Forderungen an Praparationsmittel zum Umweltschutz auf eine neue Stufe gestellt. Diese Forderungen stellen hohe Anspriiche an den Hersteller von Praparationen, die sicher zu vollig neuen Produkten fuhren werden. In Tabelle 2-6 werden diese neuen Anspriiche, die sowohl fur Filamente als auch fur Stapelfasem Gultigkeit haben aufgelistet.
Tabelle 2-5. Forderungen an eine Stapelfaserpraparation a
a a
Optimale Gleit- und Reibungseigenschaften (FaserFaser. Faser/Metall, FasedKeramik) statisch und dynainisch hei Raum- und hiiheren Temperaturen (60 C), die hei der Verarheitung aulireten kdnnen Optimale Antistatikeigenschaften Positive Beeintlussung des Krauselungsverhaltens Hohe Stabilitiit des Praparationsfilmes Gutes Netzverhalten Keine Aerosolbildung Kein Vergilben Keine Schaumhildung Keine Neigung zum Verkleben Kein Abgasen Ausreichende Thermostabilitlt Lagerbestiindigkeit
2.5 Praparationen
109
Tabelle 2-6. Umwelttechnische Anforderungen an Spinnpraparationen Biologische Abbaubarkeit Geringe Emission Hautvertraglichkeit Keine orale Toxizitat Keine Fischtoxizitat Keine Algentoxizitat Keine Bakterientoxizitat Kein Schwermetall- und Halogengehalt Keine Kanzerogenitat Keine Mutagenitat Keine Neurotoxizitat
Moderne Praparationsmittel sollen grundsatzlich einen Film auf der Faseroberflache bilden, der stabil und elastisch gegen auBere Einflusse ist.
2.5.1.3 Zusammensetzungen von Praparationen Praparationen bestehen heute aus verschiedenen Komponenten, die ein System verschiedener Eigenschaften ergeben sollen. Dieses System enthalt dann folgende Bestandteile: Haftmittel, Gleitmittel, Antistatika, Emulgatoren, Antispritz- und Fadenschluflmittel, Bakterizide, Netz- und Feuchtehaltungsmittel, Korrosionsinhibitoren und andere. Im allgemeinen machen dabei Gleitmittel, Antistatika und Emulgatoren nahezu 90% des Systems aus [ 5 8 ] . Wahrend friiher Mineralole in verschiedenem Reinheitsgrad, naturliche Fette und Ole die Palette der Praparationen beherrschten, werden diese heute erganzt durch Silikone, Esterole, Phosphorsaureester und Polyalkylenglykolether mit ihren einfachsten Vertretem, den Ethylen- und Propylenoxyden (EOPO). Die Anforderungen des Umweltschutzes gemafl Tabelle 2-6 konnen diese Produkte jedoch nicht im vollen Umfang erfullen.
Tabelle 2-7. Oko- und humantoxikologische Eigenschaften von Kohlensiureestern am Beispiel eines Texturiils Eigenschaft
Ergebnis
Priifmethode
Biologische Abbaubarkeit Emission Wassergefahrdungsklasse Schwermetallgehalt Adsorbierende org. Halogene Akute Fischtoxizitat Akute Daphnientoxizitat Chronische Algentoxizitat Chronische Bakterientoxizitit Orientierende akute orale Toxizitat Akute Hautreizung Sensibilisierung der Haut Augen/Sc hleimhautreizung
uber 90% 20 g C k g PI-odukt I 0 0 nicht toxisch gering gering nicht toxisch nicht toxisch keine keine gering
OECD 302 B, 303 A kalkuliert Selbsteinstufung OECD 203 OECD 202 OECD 201 DIN L8 28412 OECD 401 OECD 404 OECD 406 OECD 405
Tabelle 2-8. Vergleich Thermostahilitiit von Texturiilen
Produkt
Kohlenstoffemission in g C k g Produkt
Mineraliil Esteriil Kohlensiurepol yester
350 I so 20
Priitbedingungen: 190
c, 90 s.
Dagegen bieten PolyetherEster-Verbindungen mit einer Carbonylgruppe als Bindeglied neue Moglichkeiten. In der Literatur und auch in der Praxis erscheinen diese Produkte unter dem Stichwort Kohlensaurepolyester [59]. Diese Produkte sind leichtwasserlosliche, selbstnetzende, thermostabile Erzeugnisse mit guter Schmiermittelwirkung. Tabelle 2-7 enthalt die sehr guten oko- und humantoxikologischen Eigenschaften dieser Erzeugnisse [60]. Tabelle 2-8 zeigt einen Vergleich der Thermostabilitat zu einem klassischen Mineralol und einem Esterol.
2.5.2 Aufbringung von Praparationen 2.5.2.1 Chemiefaserherstellung Priparationen werden rein (engl. neat-oil) oder aus waBrigem Medium aufgebracht. Selten werden Losungsmittel verwendet. Die Herstellung der entsprechenden Emulsionen erfordert hohen Aufwand wie mehrstundiges Ruhren und hiihere Temperaturen. Pasten m en vorher aufgeschmolzen werden. In grol3en Anlagen zur Herstellung von Chemiefasem bestehen eigene Ansatzstationen. Oft wird zuerst ein Stammansatz hergestellt, der dann auf die gewunschte Einsatzkonzentration verdunnt und in die Vorratsbehalter der Spinnmaschine gepumpt wird. Dort wird dann meistens im Kreislauf gefahren. Kohlensaureester gestatten auch hier durch ihre Wasserliislichkeit eine deutlich einfachere Handhabung. Fur den Auftrag der Praparation gibt es verschiedene technische Moglichkeiten. Walzen oder Scheiben fordem die Praparation aus einem Bad. Filamente oder Spinnkabel beruhren die Scheibe und ubernehmen die Losung oder Emulsion. Voraussetzung fur eine gute Praparierung ist eine gute Benetzung der Scheibe. Schwierigkeiten konnen auftreten bei einem Praparationswechsel zwischen unvertriiglichen Substanzen, da sich z. B. Scheiben aus Sinterkorund nicht einfach reinigen lassen. Variationsmiiglichkeiten bestehen bei diesem System in der Drehzahl und Drehrichtung der Scheibe. Zur Verbesserung der GleichmiiBigkeit ist es moglich, zwei Scheiben von einer oder zwei Seiten einzusetzen. Eine modernere Moglichkeit ist das Aufbringen exakter Mengen uber Dosierpumpen (Fingersystem). In der Stapelfaserherstellung wird das Kabel oft durch ein oder mehrere Bader gefuhrt. Dabei kann ein derartiges Bad gleichzeitig auch den Zweck einer Vorwarmung des Materials vor der Verstreckung erfullen.
Die Methode des Aufspriihens wird weniger angewendet, da mit ihr eine hohere UngleichmaBigkeit des Auftrages verbunden ist. In einigen Stapelfaseranlagen jedoch wird auf die Faser nach dem Trockner ein Antistatikum aufgespriiht.
2.5.2.2 Verarbeitung Textur-, Schar- und Streckschiirole werden fast ausschliefilich uber Walzen aufgetragen. Moderne Spul- und Zwirnmaschinen arbeiten mit verschiedenen Dosiereinrichtungen. Schmalzen werden sowohl in der Herstellung von Stapelfasergarnen als auch im Vliessektor fast ausschlieBlich uber Spriiheinrichtungen aufgebracht. Das Spriihen erfolgt dabei im pneumatischen Faserstrom, in Mischkammern oder auch auf Vorlagen oder Ausgaben von Faseroffnern. Durch das Spriihen wird ein zusatzlicher TrocknungsprozeB vermieden. Dabei kann auch hier mit unverdunnten Produkten oder aus waljrigem Medium gearbeitet werden. Im Interesse einer hoheren GleichmaBigkeit der Auflage des Praparationsmittels auf der Faser arbeiten einige Firmen mit einem NaBauftrag z.B. auf Kammzugen in einer Lisseuse, diese Arbeitsweise erfordert danach aber eine Trocknung des behandelten Materials.
2.5.3
Prufmethoden
2.5.3.1 Priifungen am Praparationsmittel Praparationen konnen und werden heute einer sehr grol3en Zahl verschiedenster Priifungen unterzogen. Diese reichen von einfacher visueller Begutachtung bis zu anspruchsvollen Analysemethoden [6 1, 621. An dieser Stelle sollen nur Methoden behandelt werden, die dem Hersteller von Vliesstoffen die Moglichkeit geben, ein Schmalzemittel auf seine Eignung und Qualitat und vor allem auf Typkonstanz zu priifen. In den meisten Fallen handelt es sich dabei um Parameter, die der Hersteller in seinen technischen Merkblattern angibt oder die in Qualitatsvereinbarungen niedergelegt wurden. Visuelle Beurteilungen geben dem Praktiker eine erste, in vielen Fallen ausreichende Aussage zur Typkonstanz des Produktes. Veranderungen der Farbe oder der Opazitat sowie auftretende Triibungen sollten AnlaB zu weiteren Untersuchungen, zu Nachfragen beim Hersteller oder zur Ursachensuche im eigenen Hause (z. B. Nichteinhaltung der Lagerbedingungen) sein. Die visuelle Beurteilung kann auch eine erste Bewertung der Vertraglichkeit von verschiedenen Produkten sein. Die Viskositat (Bestimmung nach ASTM-D 1824-66) ist wichtig fur die Hohe der Auflage und die Reibungseigenschaften der Faser. Hohere Viskositat heirjt Erhohung der Reibungskoeffizienten FaserEaser und FaserMetall [6 1 1. Der pHWert (Bestimmung nach DIN 19268) wird aus waBriger Losung bestimmt und gibt Hinweise fur die Einsatzbedingungen. Die Refraktion (Bestimmung nach DIN 53 49 1 ) bietet die Moglichkeiten der Unterscheidung und Definierung von Produkten aber auch deren Konzentrationsbestimmung im wal3rigen Ansatzbad. Der TO-Punkt (Bestimmung nach DIN 53 9 17 fur nichtionogene Tenside) gibt als Triibungszahl direkt eine Tempera-
turschranke an, deren Uberschreitung eine deutliche Eigenschaftsveranderung nach sich zieht. Die Jodfarbzahl (Bestimmung nach DIN 6162) ist gut fur die Bestimmung der Typkonstanz eines Produktes geeignet, da sie Veranderungen in den Herstellungsbedingungen anzeigt. Der Wassergehalt (nach Karl Fischer DIN 5 1777) ist wichtig fur das Ansetzen einer Rezeptur, da dadurch die wirksame Substanz eines Produktes bestimmt wird. Dichte (DIN 5 I 757), Saurezahl (DIN 53402), Phosphor-, Stickstoff- oder Aschegehalt sind weitere Parameter, die zur Definition von Eigenschaften einer Praparation genutzt werden konnen. Es ist aber sicher nie notig, alle diese Methoden gleichzeitig anzuwenden (z. B. in einer Qualitatsvereinbarung oder bei der Eingangskontrolle). Sie sollten vielmehr gezielt nach der jeweiligen Verarbeitungstechnik und dem Einsatzgebiet ausgewahlt werden. Prufungen zum Umweltverhalten werden wegen der Kompliziertheit und wegen des hohen geratetechnischen Aufwandes fast ausschlieljlich vom Hersteller der Praparationen oder von dazu geeigneten Instituten durchgefuhrt. Es ist festzustellen, dalj sich auf diesem Gebiet eine Vereinheitlichung der Methoden in Richtung OECD-Normen bemerkbar macht.
2.5.3.2 Prufungen am praparierten Fasermaterial Auch hier bieten sich eine Vielzahl von Prufungen an, die z.B. bei der Entwicklung einer neuen Praparation eine grol3e Rolle spielen konnen 1611. Dabei unterscheiden sich Methoden fur den Filamentbereich deutlich von Prufungen an Stapelfasem [58]. Fur beide von vorrangiger Bedeutung ist die Prufung der Auflage (engl. oil pick-up) des Produktes oder besser dessen Wirksubstanz auf der Faser. Der Faserhersteller ist dabei immer an Methoden interessiert, die schnell und zuverliissig nach Moglichkeit on-line - Ergebnisse bringen [62, 631. Moderne spektroskopische Messungen sind eine Basis dafur. Sie haben jedoch den Nachteil eines hohen Aufwandes fur Eichungen, und sie sind nur anwendbar, wenn die Zusammensetzung der Praparation genau bekannt ist. Deshalb haben die klassischen Methoden der Losungsmittelextraktion fur die Textilindustrie groljere Bedeutung. Voraussetzung fur die Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse ist dabei die Einhaltung exakter Versuchsbedingungen wie z. B. die Klimatisierung des Fasermaterials vor der Prufung oder die Auswahl des richtigen Losungsmittels. In der Tabelle 2-9 werden dazu entsprechende Empfehlungen gegeben. Diese Auswahl ist sehr wichtig, da ein nicht geeignetes Solvent erhebliche Fehler bringen kann. So werden z. B. durch polare Losungsmittel auch Oligomere aus PES-Fasern gelost mit der Folge eines zu hohen Auflagewertes [64]. Klassische Prufmethode fur eine Auflagebestimmung ist die Soxhlet-Extraktion nach DIN 12602. Eine Automatisierung dieser Priifung kann durch die Soxthermoder Soxtec-Gerate erfolgen [65]. Ebenfalls fur Filamente und Stapelfasern ist die Priifung des elektrostatischen Verhaltens der Faser von groljer Bedeutung. Auch hier existieren verschiedene
2.5 Prapurutionen
1 13
Tabelle 2-9. Empfehlungen fur Extraktionsmittel Faserart
Viskose
Polyester
Polyamid
Polyacryl
Polypropylen
Extraktionsmittel
Ethanol oder Methanol
Petroletherl i-Propanol (1 : 1) oder Methanol
Petrolether 40-60 "C
Methanol
Methanol mit Einschrinkung
Fur schwach verstreckte PP-Fasern ist die Extraktionsmethode nicht geeignet.
Priifmethoden und Prinzipien. Fur die Praxis ist jedoch die Priifung des elektrostatischen Verhaltens nach DIN 54 345 ausreichend. Speziell in der Stapelfaser-Verarbeitung ist die FaserRaser-Haftung von grol3tem Interesse. Sie ist wesentliche Voraussetzung fur die Qualitat eines Kardenvlieses und beeinflufit auch die Festigkeit eines Vliesstoffes. Einfachste Methode ist hierfur die Priifung der Bandhaftung mit einem dafur geeigneten Festigkeitspriifgerat [66]. Uber einen Zahlenwert oder uber die Aufnahme einer Haft-Gleitkurve ergeben sich Aussagen zum statischen Reibungsverhalten. Sehr gute Ergebnisse sind mit einer Priifung auf dem Rotoninggerat zu erreichen. Hier sind uber die Parameter Bandbreite und Aufloseleistung gute Resultate zur Kennzeichnung von dynamischer FaserRaser- und Faserhletall-Reibung zu ermitteln, die nach Sammlung entsprechender Erfahrung und Daten eine Einschatzung der Haftung und der Verarbeitbarkeit ermoglichen [67]. Fur beide Priifungen ist eine Probenvorbereitung uber eine Musterkrempel notig. Nicht zu unterschatzen sind auch die rein subjektiven Priifungen des Praktikers zu Bausch und Griff einer Faser [68], die jedoch groBe Erfahrungen voraussetzen.
2.5.4 Praparationen auf Vliesstoffen 2.5.4.1
Allgemeines
Vliesstoffe haben sich in den letzten Jahren einen wichtigen Platz in der textilen Welt erobert [69, 701. Das gilt nicht nur mengenmaflig, sondem auch fur die steigende Zahl und Art der Einsatzgebiete. Fur den Chemiefaserhersteller bedeutet das, dal3 er sowohl neue Fasern entwickeln als auch neue Praparationen fur dieses Gebiet einsetzen mul3. Dabei sind Trends zu beachten wie Faserverfeinerung, schneller laufende Verarbeitungsmaschinen, okologische und toxikologische Anforderungen und neue anspruchsvolle Einsatzgebiete. Spinnpraparationen und Schmalzen erhalten dadurch ebenfalls neue Bedeutung und mussen diesen Erfordemissen angepal3t werden. Sie haben nicht nur entscheidenden Anteil an der Herstellung von Vliesstoffen, sondern beeinflussen auch direkt die Eigenschaften des Endproduktes. Deutlich erkennbar ist auch ein Trend, der in die Richtung hohere Bedeutung der Spinnpraparation im Vergleich zu Schmalzen geht. Das heifit, die Spinnpraparation sol1 so gut geeignet fur Verarbeitung und Endeinsatz sein, dal3 ein SchmalZen nur noch im Ausnahmefall erforderlich ist.
Grundsatzlich sollten Praparationen aber nicht als ,,Wundermittel" betrachtet werden. Sie sind Bestandteil des Systems Faserherstellung - Verarbeitung - Einsatzgebiet. Ihre Wirksamkeit ist oft an Kompromisse gebunden und kann auch durch andere Einflusse uberdeckt werden.
2.5.4.2 Vliesstoffherstellung und Praparation Die verschiedenen Methoden der Vliesstoffherstellung stellen unterschiedliche Anforderungen an Praparationen. Bei der Vliesbildung durch einen Kardier- oder KrempelprozeB mit anschlieBender Verfestigung durch Nadeln sol1 die Praparation folgenden Hauptanforderungen genugen [71]: Schmierung der Faserobertlache, d. h. Erzielung eines optimalen Gleit/Rei bverhaltnisses - Ausreichende Kohasion im Faserverband - Schutz gegen elektrostatische Aufladung -
Diese drei Punkte mussen immer in einem Umfeld von Wirkungsbedingungen gesehen werden: -
-
-
-
Art und Zustand der Verarbeitungsmaschinen sowie deren Arbeitsgeschwindigkeiten Verarbeitungsklima (Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen andem das antistatische Verhalten einer Praparation deutlich) Fasereigenschaften wie Fasertyp, Durchmesser, Querschnitt, Krauselung, Schnittlange, Oberflachenveranderungen durch Mattierung oder Spinnfarbung Lagerbedingungen und Lagerzeit der Fasern vor der Verarbeitung (Gefahr der Verdunstung, Zersetzung oder Absorption der Praparation)
Aus Anforderungen und Wirkungsbedingungen ergibt sich eine sehr hohe Zahl von EinfluBfaktoren, die Herstellung und Eigenschaften eines Vliesstoffes gravierend beeinflussen. Wenn die Vliesbildung in einem KardierprozeB naher betrachtet wird, wird schnell deutlich, dal3 die Wirkungen einer Praparation immer einen KompromiB darstellen [ 7 1 1. Die Fasem mussen geniigend Gleitwirkung haben, urn dem Offnen und Vereinzeln nicht zu grol3en Widerstand entgegenzusetzen, d. h. die FaseriFaser-Reibung darf nicht zu hoch sein. Andererseits gibt eine zu geringe Faser/Faser-Reibung zu wenig Kohasion mit der Folge einer ungenugenden Vliesfestigkeit. Dabei mu13 jedoch beachtet werden, daB die Kohasionswirkung einer Praparation deutlich unter der der Faserkrauselung liegt. Die FaserA4etall-Reibung mu8 ausreichend fur die Bearbeitung auf der Karde sein, sol1 aber den Vemadelungsvorgang bei der Vliesverfestigung nicht negativ beeintrachtigen. Hieraus ergeben sich auch die Unterschiede zwischen einer Praparation fur Spinnfasergame und einer fur Vliesstoffe. Letztere sollte in der FasedMetall-Reibung niedriger und in der FaserFaser-Reibung hoher liegen. Dadurch konnen hohere Nadelstandszeiten und Vliesfestigkeiten erreicht werden.
2.5 Prapurutionen
1 15
Fur die aerodynamische Vliesbildung ist eine leichte Vereinzelung der Fasern, d. h. eine niedrige FaserRaser-Reibung und eine hohe antistatische Wirkung der Praparation anzustreben [72]. Fur die hydrotechnische Vliesbildung ist eine sehr gute Dispergierbarkeit der (vonviegend) Kurzfasern zu sichern. Dispergatoren werden oftmals extra zugesetzt. Praparationen fur Fasern normaler Langen (engl.: spunlace finish) sollen fur dieses Gebiet gut wasserloslich sein und nicht zur Schaumbildung neigen. Auch die thermische oder chemische Verfestigung von Vliesen setzt geeignete Praparationen voraus.
2.5.4.3 Endprodukt und Praparation Die Palette der Einsatzgebiete fur Vliesstoffe ist heute kaum noch zu uberschauen. Sie wird standig enveitert. Im Gegensatz zu Endprodukten aus Spinnfasergarnen und Filamenten werden Endprodukte auf der Basis von Vliesstoffen jedoch in einem starkeren MaBe durch Praparationen beeinflufit. Das hat folgende Ursachen: Im Vliesstoffsektor wird in einem sehr geringen Umfang gewaschen oder gespult. Auch textile Fiirbeprozesse sind seltener, dafur ist der Anteil spinngefarbter Faser hoher. Damit bleibt oftmals die Praparation his zum Enderzeugnis auf der Ware und beeinflufit Qualitat und Eigenschaften. Durch diese Tatsache ergibt sich naturlich auch die Moglichkeit, bestimmte Eigenschaften des Endproduktes gezielt durch die Praparation zu beeinflussen. Einige Beispiele sollen das Verhaltnis Endprodukt - Praparation dokumentieren: Im Einsatz fur Hygieneartikel und medizinische Zwecke sind nicht nur die toxikologischen Eigenschaften von Bedeutung, sondern auch direkte Gebrauchswerte wie Rucknassung und Feuchtedurchtritt. Die EDANA-Vorschriften geben hierzu sehr gute Informationen. Eine Windel benotigt sowohl hydrophob als auch hydrophil praparierte Fasern, um diesen Forderungen gerecht zu werden. Im Automobilbau - einem der gro13ten Abnehmer fur Vliesstoffe - mu13 eine Praparation zu einem niedrigen Foggingwert und einer geringen Geruchsbelastigung beitragen [73, 741. Bei der Herstellung von tiefgezogenen Formteilen ist eine hohe Thermobestandigkeit der Praparation von Vorteil, um Rauch und Geruch zu vermeiden. Fur Geo-Textilien sind okotoxikologische Eigenschaften, die keine Beeintrachtigung des Grundwassers zulassen, von vorrangiger Bedeutung. Thermo- und Chemikalienbestandigkeit sind wichtig im Filtersektor und fur die Qualitat von beschichteten oder besonders ausgeriisteten Vliesstoffen. Im Lebensmittelbereich wird die Eignung einer Praparation zusammen mit dem Substrat bewertet.
2.5.5
Ausblick
Der Vliesstoffsektor wird in Zukunft nicht nur mengenmaflig wachsen, sondern sich auch viele neue Einsatzgebiete erobern. Sicher werden auch neue Herstel-
116
2 Andrre Rohstoffe
lungsverfahren entstehen. Dazu kommen die bekannten Trends zur Erhohung der Produktionsgeschwindigkeiten, zur Faserverfeinerung und zur Mischverarbeitung [70, 751. Auch die Entwicklung von Spezialfasern wird vorangehen. Praparationen mussen diesen Tendenzen immer unter Beachtung des Komplexes Verarbeitbarkeit und Einsatzeignung folgen. Die richtigen Entwicklungen zu betreiben, ist nur in einer guten Zusammenarbeit zwischen allen Partnern, wie Faserherstellern, Praparationsherstellern und Vliesstoffproduzenten, moglich. Von Fall zu Fall wird sicher auch die Einbeziehung des Maschinenbaus erforderlich sein.
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3 Bindemittel (F! Ehrler)
3.1 Einleitung Bindemittel sind eine der wesentlichen Moglichkeiten, Vliese zu verfestigen, also Vliesstoffe herzustellen. Sie verbinden die Fasem eines Vlieses formschlussig miteinander, in der Regel adhasiv. Ein Vliesstoff erreicht seine maximale Festigkeit bei minimaler Biegesteifigkeit generell dann, wenn alle Faser-Kreuzungspunkte des Spinnfaser-Vlieses durch Bindemittel punktformig formschlussig verbunden sind. Ein zusatzlicher Bindemittel-Anteil, zwischen Kreuzungspunkten eingelagert, wirkt versteifend. Die formschlussige Verbindung schrankt zwar die relative Beweglichkeit der Fasem ein, stabilisiert aber bei offenen Vliesstrukturen die Faserposition. Damit beeinfluljt der FormschluB Basis-Eigenschaften und anwendungsspezifische Eigenschaften bindemittelverfestigter Vliesstoffe entscheidend: Im Vergleich zu kraftschlussig verfestigten Vliesen, beispielsweise zu Spunlace-Produkten, zeichnen sich formschliissig verfestigte Vliesstoffe tendenziell durch einen groljeren Anteil elastischer Verformbarkeit bei Biege-, Zug- und Kompressions(Bausch)-Beanspruchungen aus. Das ,,Wiedererholungsvermogen" des Vliesstoffs gegenuber solchen anwendungstypischen Beanspruchungen verbessert sich. Zudem vemngert sich die Aufrauhbarkeit, und die Bestandigkeit gegenuber WaschAXeinigungs-Beanspruchungen nimmt zu. Der Begriff Bindemittel faBt eine sehr breite Palette polymerer Produkte zusammen, die sich in zwei groBe Gruppen unterteilen lassen: -
Bindeflussigkeiten und Bindefasern
Die ,,Bindeflussigkeit" dient als Sammelbegriff fur die Synonyme Latex, Kleber, Dispersion, Kunststoffdispersion, Polymerdispersion, Emulsionspolymerisat. Mit diesem Begriff sol1 die anwendungstechnische Nahe zu Bindefasern unterstrichen werden. Denn beide Aufmachungsformen dienen dem gleichen Zweck: der Verfestigung von Vliesen. Bindefaser und Bindeflussigkeit lassen sich unter verschiedenen Aspekten miteinander vergleichen, wobei eine detaillierte Betrachtung betrachtliche Unterschiede offenbart: Eine ,,punktformige" Verbindung verknupft Weichheit mit Stabilitat und entspricht damit dem gegenwartig bestehenden Idealbild vom ,,weichen Vliesstoff hoher Gebrauchsbestandigkeit". Der mit Bindefasem erreichte FormschluB nahert sich diesem Idealbild, weil sich die bindewirksame Substanz wegen der hohen Schmelzviskositat zwangslaufig auf die Kreuzungspunkte konzentriert. Um eine Bindeflussigkeit ausschlieljlich in diese Kreuzungspunkte zu lenken, bedarf
es einer gesteuerten, von Bindeflussigkeit und Faserpraparation abhPngigen Oberflachenspannung. Trotzdem lassen sich in den Kreuzungspunkten ,,segelformige", versteifend wirkende Binderhhtchen kaum vermeiden. Die genannte Forderung: ,,maximale Festigkeit bei minimaler Steifigkeit" ist demnach mit Bindefasern einfacher als mit Flussigkeiten zu erreichen. Auch hinsichtlich des Beitrages der Adhasion zur Vliesstofffestigkeit unterscheiden sich Bindefaser und Bindetlussigkeit deutlich voneinander: Den Bindeigkeiten werden ublicherweise reaktive Gruppen zugesetzt, die die Adhasion zwischen dem erstarrtenhernetzten Binder-Tropfen und der Faser verbessern. Bindefaser-Entwicklungen zielen nicht auf einen hohen Adhasionsbeitrag ab, sondern auf eine optimierte Schmelzviskositat bei gegebener Schmelztemperatur. Trotz der Vernachlassigung des adhasiven Beitrags gibt es aber keine Hinweise darauf, dal3 Bindefasern zu einer geringeren Vliesstoff-Festigkeit fuhren als Bindeflussigkeiten. Bindefasern haben allerdings nicht allein wegen solcher Unterschiede zu Lasten der Bindeflussigkeiten Marktanteile gewonnen. Der seit den achtziger Jahren erkennbare Trend begriindet sich auch mit deutlichen Nachteilen der Bindeflussigkeiten bei der Verfahrenstechnik durch: -
geringe Prozeflgeschwindigkeit wegen der Trocknung und Vernetzung zusatzliche ProzeBschritte hohen Energiebedarf wegen der Trocknung ungunstigere Umweltvertraglichkeit insgesamt
Typische Bindemittel-Anteile an Vliesstoffen betragen 10 bis 40 Masse-Prozent, ein hoher Anteil angesichts des Wirkstoff-Charakters von Bindemitteln. Daraus resultiert auch die grol3e kommerzielle Bedeutung der Bindemittel. Bindeflussigkeiten sind kein vlies-spezifischer Wirkstoff. Sie werden mit gleicher oder gleichartiger Formulierung in unterschiedlichen Industriezweigen verwendet, also auch in der Textilveredlung, der Papierindustrie, der Drucktechnik und der Kunststofindustrie. Neben Bindefasern konnen auch Binde-Pulver fur die Vliesverfestigung eingesetzt werden, vorzugsweise aus Polyamid, Polyethylen oder Polyester bestehend I S ] (siehe auch 2.3).
3.2 Bindeflussigkeiten Aufgrund der rasch wachsenden Bedeutung der Bindefasern wurde zeitweilig das Ende der Bindeflussigkeiten prognostiziert. Diese Prognose hat sich nicht erfullt, vorrangig aus drei Griinden [ 1-51: -
Bindeflussigkeiten lassen sich als Formulierung maflschneidem und damit speLiellen Produktanforderungen anpassen dem relativ niedrigen Preisniveau vieler Bindeflussigkeiten und
3.2 Bindeflussigkeiten -
12 1
der Moglichkeit, aus dem gleichen Vlies nachtraglich unterschiedliche Vliesstoffe herstellen zu konnen, wodurch die Disposition erleichtert wird
Die Vielfalt der verfugbaren Bindeflussigkeits-Klassen ubertrifft inzwischen die Typenvielfalt der Vliesfasern. Einer schrumpfenden Faserpalette steht eine sich stetig erweiternde Palette von Bindeflussigkeits-KIassen und -Typen gegenuber; eine bei vielen Technischen Textilien zu beobachtende Entwicklung.
3.2.1 Chemischer Aufbau, Konstruktionsprinzip [ 1-61 3.2.1.1 Monomere Die Bindeflussigkeiten entstehen aus Monomeren durch Emulsionspolymerisation (Abb. 3-1). Die Fulle der dafur verwendeten Monomere und Co-Monomere wurde von Morris, Mlynar [ 5 ] ubersichtlich gegliedert, mit Vinyl-Monomer CH2=CH-R als Basis-Monomer und ,,R" als verschiedenartigen Co-Monomeren: Ethylen Styrol Vinylacetat Vin ylchlorid Acrylester: Ethylacrylat; Butylacrylat Acrylnitril Meth y lmetacry lat
I
i (T)
Abb. 3-1. Modellvorstellung zur Teilchenbildung bei der Emulsionspolymerisation (Polymer). ,,/" Monomer-Molekul ,,-o" Emulgator-Molekiil ( 1 ) Monomer-Tropfen (2) momomer-haltige Emulgator-Micelle (3) wasserliisliches Radikal (4) Oligomerradikale im Stadium der PrimirAgglomeration ( 5 ) . (6) Latexteilchen (7) polymerisierte Latexteilchen (8) Latexteilchen im Stadium der SekundarAgglomeration
I22
3 Bitidemittd
Ein vergleichbares Vorgehen findet sich bei Devry [2] beispielsweise bei der Kombination von Polyethylen mit Vinylacetat, Vinylchlorid, Styrol oder Acrylnitril. Die grorje Auswahl an Co-Monomeren ermoglicht ein regelrechtes Konstruieren der Polymerisate, woraus sich eine breite Palette von Bindeflussigkeits-Klassen (Tabelle 3- 1 ) ergibt. Ihr Preis wird im wesentlichen von den Monomer-Kosten bestimmt [4]. Die Co-Monomere beeinflussen marjgeblich die Eigenschaften des Emulsionspolymerisats (der Bindeflussigkeit), wobei wenige Basiseigenschaften als Wegweiser dienen: 0
0
Glastemperatur (Tabelle 3-2) Je tiefer die Glastemperatur liegt, desto weicher ist das resultierende Polymer. Diese Basiseigenschaft ist von besonders grorjer Bedeutung. Hydrophi I iemydrophobie Fur die Festlegung einer hohen Vliesstoff-Narjfestigkeit mussen Co-Monomere ausgepragter Hydrophobie verwendet werden, beispielsweise Styrol. Fur eine hohe Losemittelbestandigkeit kommen hydrophile Co-Monomere wie Acrylnitril in Betracht.
Tabelle. 3-1. Wesentliche Bindeilussigkeits-Klas~en Vinyl-Basis 15 I Acrylat Styrol-Acrylate Vinyl-Acetat Viny I- Aery lat Ethylen-Vinyl-Acetat Styrol-Butadien Polyvinylchlorid Ethylen-Vinyl-Chlorid Vinyl-Alkohol Butadien- Acrylat
Weitere Klassen Elastomere Pol yurethan Silikon-Elastomer Naturkautschuk Duroplaste (vernetrt) Phenolharz Melaminharz Hamstoffharz Formaldehydharz Epoxyharz Alkydharz Polyesterharr.
Tabelle 3-2. Conionomer/GIasteniperatur-Rangfolge Monomer
Glas-Temperatur
Ethylen Butadien Butyl-Acrylat Ethy I- Aery lat Vinyl-Acetat Vinyl-Chlorid Methyl-methacry la Styrol Aery I nitri I
-125 -78
-52 -22 +30 +80
+ 1 05
+ I05 +I30
3.2 0
Bindejussigkeiteti
123
Molekulargewicht Die elastische Dehnbarkeit des Binders hangt von der Glastemperatur und dem Molekulargewicht ah. Butadien beispielsweise begunstigt im Vergleich zu Vinylchlorid oder Methylmethacrylat das elastische Verhalten.
3.2.1.2 Funktionale Gruppen, Vernetzer Erganzend zu den Co-Monomeren werden funktionale Gruppen eingebaut. Auch sie beeinflussen die Eigenschaften des Polymerisats und damit des Vliesstoffs; beispielsweise die mechanischen Eigenschaften, die Losemittelbestandigkeit, die Adhasion und die Klebrigkeit. Bekannte funktionale Gruppen sind: Acrylsaure Methacrylsaure - Acrylamid - n-Methylolacrylamid
-
Letztgenannte Substanz, n-Methylolacrylamid, dient als Vernetzer, wobei es bei hoher Temperatur selbstvernetzend wirkt. In Kombination mit anderen Substanzen (beispielsweise Ammoniumnitrat, Melaminformaldehyd) laBt sich die Vernetzungstemperatur wesentlich reduzieren. Solche Vemetzer kamen bei der Formaldehyd-Diskussion in Kritik, so daB in den zuriickliegenden Jahren intensiv nach anderen Vernetzungssystemen gesucht wurde (vgl. Abschnitt 3.2.4). Fur Vliesstoffe mit hohen Anforderungen an die Wasser- und Losemittel-Bestandigkeit werden vernetzerhaltige Bindeflussigkeiten bevorzugt, weil der vernetzte Binder diese Bestandigkeiten fordert. Neben solchen vernetzten Polymerisaten kommen die auf gleicher chemischer Basis beruhenden vernetzerfreien thermoplastischen Polymerisate zur Anwendung.
3.2.2 Bindeflussigkeiten und ihre Verarbeitung Die entstandene Polymer-Emulsion, das Basisprodukt der Bindeflussigkeit, mu13 vor der Anwendung stabilisiert werden. Dazu dienen Tenside, deren Ionogenitat: anionisch oder nichtionisch, die Eigenschaften der entstehenden Bindeflussigkeit ebenfalls beeinflussen. Das Molekulargewicht und die Teilchengrolje sind weitere EinfluBgroBen. Insgesamt enthalt ein solches Basisprodukt etwa 5 Masse-Prozent an Hilfsmitteln. Aus der Polymer-Emulsion entsteht durch Zugabe verschiedenartiger Wirkstoffe (Tabelle 3-3) schlieBlich ,,die" Bindeflussigkeit. Als maBgeschneidertes anwendungsspezifisches Produkt wird es durch zahlreiche Merkmale spezifiziert; wesentliche sind in Tabelle 3-4 zusammengestellt. Die Moglichkeit zu maBgeschneiderten Formulierungen wird auch fur die Applizierungsbedingungen der Bindefliissigkeiten genutzt [ 1, 71. Beeinfluljt werden Koagulationstemperatur (,,Thermosensibilitat" der Bindeflussigkeit), Verschaum-
I24
3 Bindrtnittrl
Tabelle 3-3. Typische ergiinzende Wirkstoffe von Bindeflussigkeiten Verdicker, wie Polyvinylalkohol oder Celluloseether pH-Regulatoren Entschiiumer Netzmittel Bactericide Weich macher phobierend wirkende Substanzen: Pertluor-Polymere, Silikon-Elastomere Salze zur Flammfest-Ausrustung optische Aufheller
Tabelle 3-4. Kennxichnende Merkmale von Bindeflussigkeiten [ I . 2, 4. 11 1 Dispersion TeilchengroBe Viskositiit Feststoft'gehalt lonogenitiit pH-Wert Oberflichenspannung Kolloidstabilitiit Kompatibilitit mit oleophobierend wirkenden Substanzen Pigment-Zumischbarkeit Film Mindest-Filmbildeteniperatur Glastemperatur Koagulationspunkt Kondensationstemperatur (bei vernetzbaren Bindetlussigkeiten) Klebrigkeit des Films Biegesteifigkeit des Films Verarbeitbarkeit Schaumhiihe: hei unerwunschter Schaunineigung Riihrstnbilitiit Verschiiumbarheit Schaumstabilitiit (bei NutLschauni)
barkeit, Benetzbarkeit und Benetzungsgeschwindigkeit, Migrationsverhalten. Verspruhbarkeit, Bedruckbarkeit. Auch die fur die Auslosung der Bindung maflgebliche Vernetzungstemperatur 13flt sich einstellen: Dafur werden entweder unterschiedliche Vernetzer oder aber Vemetzer-Kombinationen angewendet [2]. Spezielle Formulierungen (LEC-Acrylate der Rohm and Haas) vernetzen bereits bei Zimmertemperatur. Stepanek [ 81 befal3t sich mit maflgeschneiderten Bindeflussigkeits-Formulierungen fur die Schaumapplikation, deren Vorteile betont werden: gleichmafligere Binderverteilung, speziell bei instabilem Schaum; hohere Binderkonzentration, geringerer Trocknungsaufwand; poriiser Binderfilm bei stabilisiertem Schaum und kleinere ,,Bindesegel".
3.2 Bitidefliissigkeitm
125
Die FasedBinder-Haftung, d. h. die Binder-Adhasivitat, hat ihren thematischen Vorrang verloren, weil leistungsfahigere Bindeflussigkeiten entwickelt und bindervertragliche Faserpraparationen formuliert wurden. Trotzdem ist bei VliesstoffProdukten mit Mehrweg-Anwendung, beispielsweise bei pflegbaren Einlagestoffen, die Haftungsverbesserung ein Dauerthema. Vor diesem Hintergrund berichtete Sigurdson [9] uber die Moglichkeit, durch eine Plasma-Vorbehandlung (Niederdruck, d. h. technisches Vakuum) die Haftung VliesstofffasemBinder zu verbessem.
3.2.3 Bindefliissigkeiten und Vliesstoffeigenschaften Die Bindeflussigkeits-Eigenschaften lassen sich in weiten Grenzen an die geforderten Vliesstoff-Eigenschaften anpassen, dem Prinzip der maBgeschneiderten Bindeflussigkeit folgend. Dabei beeinflussen nur wenige Vliesstoff-Basiseigenschaften (Bestandigkeiten, NaBfestigkeit, HydrophiliekIydrophobie) die Entscheidung, welche Bindeflussigkeits-Klasse fur eine spezielle Anwendung verwendet werden SOIL Allerdings sind zahlreiche komplexe Vliesstoff-Eigenschaften bei der Auswahl des Bindeflussigkeitstyps zu beriicksichtigen (Tabelle 3 - 3 , wobei zwischen Verarbeitungseigenschaften und den von der Anwendung abhangigen Eigenschaften (Tabelle 3-6) zu unterscheiden ist. Bindeflussigkeitskriterien, wie die Weichheit, das Festigkeitsniveau usw., spielen angesichts der vielen Modifizierungsmoglichkeiten nicht mehr die entscheidende Rolle fur die Auswahl. Tabelle 3-5.Konstruktiv bedeutsame binderabhangige Vliesstoff-Merkmale [ I , 2, 4, 1 I I Generelle Merkmale Adhiisivitit: zu definierten Festkiirperobertlachen Blokking-Neigung HeiBsiegelRhigkeit Ultraschall-VerschweiBbarkeit temperaturabhiingige Vergilbungsneigung ~~
Ausgewahlte anwendungsspezifische Merkmale Hydrophilie H ydrophobie Oleophobie Fliissigkeitstransport Wiedererholungsvermdgen nach Kompression Fogging-Neigung Alkali-Bestiindigkeit Waschbestiindigkeit Chemischreinigungs-Bestindigkeit thermische Bestindigkeit Sterilisations-Bestandigkeit Bestlndigkeit gegenuber oxidierend wirkenden Bedingungen
126
3 Biriclernittel
Tabelle 3-6. Chorakteristiache Anwendungen binderhaltiger Vliesstoffe Reinigungstucher Handtucher Dachbahnen Medizinprodukte Einlagestofle Filtermedien Windeln
Verpackung. weichmacherfrei 1291 Beschichtungstriger Automobilinnenausstattung Vlieaatofl'-Bodenbelag Be tt waren Mdbelstoffe Bekleidung
Basiseigenschaften und charakteristische Merkmale [ 1-3, 5-8, 10-1 3 , 15-24], 0
Acrylate [22, 241 universe11 einsetzbar - hohe Lichtbestandigkeit sowie thermische und Oxidations-Bestandigkeit, hohe WaschReinigungs-Bestandigkeit - hohe NaBfestigkeit und Bauschvolumen-Bestandigkeit - groBe Variationsbreite der Biegesteifigkeit, der Klebrigkeit und der Hydrophobie -
0
Vinylacetat [4. 61: Vergilbungsneigung; hydrophil - ausreichende Trockenfestigkeit - GroBe Variationsbreite bei der Eigenschafts-Modifikation, als Rein-Produkt keine ausreichende Weichheit - kostengunstige Bindeflussigkeit -
0
Vinylacrylat [ S ] hydrophober als Vinylacetat - nimmt hinsichtlich der Eigenschaften und dem Preis eine Position zwischen Acrylaten und Polyvinylacetaten ein -
0
Ethylenvinylacetat [ 3 , 5 , 251 hohe NaRfestigkeit, gunstige Flussigkeitssorption - weich bis mittelhart - kostengunstiger als Acrylate -
0
Acrylnitnl-Butadien (,,NBR") I I] begrenzte thermische und Licht-/UV-Bestandigkeit; begrenzte Liisemittelbestandigkeit - gunstige Weichheit und ,,Sprungelastizitat". Elastomer-Charakter. d. h. hohe Dehnbarkeit bei hohem elastischen Anteil, gunstige Abrasionsbestgndigkeit - Wegen geringer NBR-Thermoplastizitat haben Vliesstoffe eine sehr gunstige Spalt- und Schleifbarkeit
-
Styrolbutadien (,,SBR") [ I , 131 im vernetzten Zustand ausgepragte Hydrophobie, vulkanisierbar, begrenzte thermische und Licht-/UV-Bestiindigkeit
-
3.2 Bindejliissigkeiten
127
Styrol-Butadien-Verhaltnis beeinflufit wesentliche Eigenschaften, unter anderem die elastische Wiedererholung und Weichheit - kostengunstige Bindeflussigkeit -
0
Vinylchlorid [26] Reines Vinylchlorid ist fur die Vliesstoffverfestigung zu hart; Co-Monomere sind zur Eigenschaftsverbesserung notwendig - thermoplastische Eigenschaften; deshalb Anwendung als ,,heilJsiegelfAhiger" und HF-schweifibarer Binder - begrenzte flammhemmende Eigenschaften - Vergilbungsneigung
-
Ethylenvinylchlorid [3, 261 begrenzte flammhemmende Eigenschaften, Vergilbungsneigung - weicher als Vinylchlorid-Produkte - gunstige Adhasion zu Synthesefasern; gunstige Saurebestandigkeit -
0
Polyvinylalkohol [ I , 121 Eigenschaften hangen vom Molgewicht und vom Hydrolysegrad (Anteil an unverseiftem Vinylacetat) ab - bei alleiniger Anwendung: zu geringe Weichheit - weicher durch Polyethylenglycol; in Kombination mit Vinylacetat hohe Trokkenfestigkeit - einstellbare Wasserloslichkeit, hohe Bestandigkeit gegenuber OlFett und organischen Losemitteln - eingeschrankte biologische Abbaubarkeit
-
0
Polyurethan [ 1, 10, 251 Die gebrauchlichen wal3rigen Dispersionen basieren auf Polyesterpolyurethan; Polyurethan-Losungen sind weitgehend vom Markt verschwunden - Polyurethan zeichnet sich durch ein spezielles, positives Eigenschaftsbild aus: hohe Hydrolysebestandigkeit, gunstige Adhasion, und Lichtechtheit, einstellbare Weichheit und ,,Sprungelastizitat" - wegen der aktuellen Bemuhungen urn ,,elastische,, Vliesstoffe von besonderem Interesse -
3.2.4 Entwicklungsschwerpunkte [3, 5, 7, 14-21, 25-27] In den siebziger und teilweise noch in den achtziger Jahren zielten die Entwicklungen vorrangig darauf ab, Binder fur weichere Vliesstoffe mit hoherer Adhasion und besserer Waschbestandigkeit zu konzipieren [ 11 sowie den Feststoffgehalt der Bindeflussigkeiten zu maximieren, ohne die Dispersionsstabilitat und die Verarbeitbarkeit zu gefahrden. Diese Aufgaben sind im wesentlichen gelost. Die Entwicklungen des zuriickliegenden Jahrzehnts waren anderen Aufgaben gewidmet:
128 -
3 Biririeniitrc4
verbesserte Umweltvertriiglichkeit toxikologische Unbedenklichkeit hiihere Bestandigkeiten der Binder geringere Enttlammbarkeit
Einen markanten Schwerpunkt bildeten und bilden die Arbeiten zur verbesserten Umweltvertraglichkeit und zur toxikologischen Unbedenklichkeit. Die dafur notwendigen Modifikationen von Bindeflussigkeits-Formulierungen gleichen sich weitgehend, so da13 sie nachfolgend gemeinsain behandelt werden. Aktuelle Anforderungen: keine fluchtigen Rest-Monomere keine fluchtigen Additive - keine fogging-wirksamen Substanzen (tluchtige Additive im Auto-Innenraum) - keine Formaldehyd-Emission - Phenolfreiheit - keine Konservierungsmittel - kein Schwermetallgehalt - vollstandige biologische Abbaubarkeit im Wasser - kein AOX-Gehalt - verrottbar bei Deponierung -
-
Solche Aufgaben lassen sich nicht isoliert losen, also allein fur das jeweilige Polymersystem. Die diversen Additive einer Bindeflussigkeit (beispielsweise pH-Regulatoren, Flammschutzmittel und Fullstoffe) mussen in die Optimierung einbezogen werden. Toxikologisch unbedenkliche, selbstvernetzende Ethylenvinylacetat-Bindeflussigkeiten erliiutern Confalone u. a. [20]. Eine ganze Familie toxisch und okologisch unbedenklicher Acrylate prasentieren Schumacher u.a. [14, 281. Die Produkte eignen sich fur verrottbare ViskoseVliesstoffe sowie fur recycelbare Vliesstoffe und sind zudem fast formaldehydfrei ( 1 2 ppml. Die Reduzierung des freien Formaldehyds bildete einen Entwicklungsschwerpunkt, weil Bindetlussigkeiten zumindest drei Formaldehyd-Quellen enthalten: Vernetzer, Emulgatoren und Biocide (171. Walton [ 191 stellte Ethylenvinylacetat-Binder mit weniger als 15 ppm Formaldehyd vor. Einen reduzierten ,,Freien Formaldehydgehalt" bei Melaminformaldehydharz erreichte Kajander [ 161 durch eine von bekannten Relationen abweichende Einstellung des Fornialdehyd-Anteils und des Stickstoff-Anteils. Young (21 ] sieht in der Verwendung von Epoxidharz (auf Bisphenol A-Basis) die Chance, das Freie Formaldehyd verschiedener Bindeflussigkeits-Typen zu reduzieren. Schumacher u. a. ( I41 betonen die analytischen Probleme bei der Ermittlung geringer Konzentrationen Freien Formaldehyds: Erst durch eine in den Analysengang integrierte zusiitzliche HPLC-Trennstufe lassen sich Artefakte ausschalten.
3.3 Bindefusern
129
Die strengen Umweltanforderungen gelten auch fur Bindeflussigkeiten rnit flammhemmenden Eigenschaften [27], wobei Herstellung und Anwendung gleichermaljen betroffen sind. Beispielsweise durfen beim Verbrennen keine Dioxine freigesetzt werden. Auf die gunstigen flammhemmenden Eigenschaften von Vinylcopolymeren weist Koltisko [26] hin. Das grolje Aufkommen an Binden- und Windel-Mull (Baby- und InkontinenzWindeln) forderte Bemuhungen, Bindeflussigkeiten fur biologisch abbaubare Vliesstoffe zu entwickeln: Schumacher u.a. [14, 281 betonen zwar, dalj sich in absehbarer Zukunft keine wirklich vollstandig abbaubaren binderverfestigten Vliesstoffe erzielen lassen, weisen aber anhand formaldehydarmer Formulierungen eine weitgehende Kompostierbarkeit nach, bestatigt durch Eingrab-, Pilotkompostierbarkeits- und kontrollierte Kompostierbarkeits-Tests. Die Forderung nach erhohter Bestandigkeit betrifft verschiedenartige Merkmale. Donno [ 151 z. B. stellt Acrylat-Bindeflussigkeiten vor, deren Temperaturbestandigkeit uber die ubliche, bei ca. 160°C liegende Grenze deutlich hinausgeht. Die Vergilbungsneigung sol1 damit wesentlich reduziert werden.
3.3 Bindefasern (J. Spindler)
Eine der elegantesten Methoden, Vliesstoffe zu verfestigen, ist die ,,Verklebung" mit Bindefasern. Unter Bindefasern versteht man Fasern, mit denen aufgrund ihrer Lose- oder Schmelzeigenschaften Verklebungen untereinander undoder rnit anderen Fasern erzeugt werden konnen. Bindefasern konnen in folgende Gruppen unterteilt werden: 0
0
Losliche Fasern, das sind Fasern, die durch Einwirkung eines Losemittels klebrig werden, wie Polyvinylalkohol (PVA)- oder Alginatfasern. Schmelzbindefasern dabei handelt es sich um Schmelzklebstoffe oder allgemein Thermoplaste in Faserform, die sich durch eine im Vergleich zu den zu bindenden Fasern tiefere Erweichungstemperatur auszeichnen.
An dieser Stelle sei erwahnt, dalj die entsprechenden Polymere auch pulverformig in oder auf Vliesstoffe appliziert werden konnen. Als Beispiel sei hier das Powder Bonding genannt, bei dem Schmelzklebstoff-Pulver in ein Vlies eingestreut werden. Bei Verwendung von pulverformigen Bindern sind zusatzliche Applikationsaggregate notwendig, und die Verklebungen mussen sofort nach dem Applizieren ausgelost werden. Bindefasern sind durch Herstellung von entsprechenden Fasermischungen ohne zusatzliche Arbeitsschritte oder Anlagenkomponenten applizierbar. Voraussetzung dafur ist, dalj die Bindefasern sich gut mit anderen Fasern mischen und zu Vlie-
sen verarbeiten lassen. Bei Schmelzbindefasern muB deshalb sichergestellt sein, da13 sie eine gute Offnungswilligkeit besitzen.
3.3.1 Losliche Fasern PVA-Bindefasem durften die dtesten Bindefasem sein. Sie quellen zuniichst mit Wasser und gehen bei hoheren Temperaturen in Losung. Entscheidend fur eine effektive Bindung ist die typengerechte Temperaturwahl. Durch Modifizierung des Polymers kann die Losetemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs variiert werden. Eine typische Anwendung fur PVA-Fasem sind NaBvliesstoffe (siehe PVA-Fasern S. 54) [30].
3.3.2 Schmelzbindefasern Schmelzbindefasem lassen sich nach verschiedenen Gesichtspunkten unterteilen: einerseits hinsichtlich Aufmachungsform und chemischem Aufbau, andererseits hinsichtlich der Funktionsweise. Tabelle 3.7 liefert Beispiele fur handelsiibliche Schmelzbindefasern.
3.3.2.1 Aufmachungsformen Schmelzbindefasern sind entweder als Vollprofilfasern, die zu 100% aus Schmelzklebepolymer bestehen, oder als Bikomponentenfasern verfiigbar. Bei den Bikomponentenfasern besteht der Fasermantel aus einem im Vergleich zum Kern tieferschmelzenden Polymer (Abb. 3-2).
Abb. 3-2. Querschnitt einer Bikomponenten-Schmelzbindef~ser
Fullvliese, Formteile Filtration, Formteile
BIKO BIKO amorph BIKO amorph
C C C C C
c
125 T,70 T,78 T,78 160 T,RO 155
Polyamid 12 Copolyamid Copol yamid PA 6/Copolyamid Copolyester Copolyester PETPPE PETP/Copolyester Copolyester PETP/CopoIyester PETP/Copolyester PETP PETP/Copolyester PETP PBTPKopolyester
EMS-CHEMIE EMS-CHEMIE EMS-CHEMIE EMS-CHEMIE EMS-CHEMIE EMS-CHEMIE
FOSS FOSS FOSS FOSS FOSS FOSS
KoSa
Tergal Fibre
Teijin
TREVIRA TREVIRA TREVIRA
Grilamid HP 1200 Grilon KA 1 1 5 Grilon KA 140 Grilon BA 140 Grilene KE 150 Grilene KE 170
Fossfiber 565 Fossfiber 571 Fossfiber 4 I 0 Fossfiber 566 Fossfiber 531 Fossfiber KB
Cellbond J 58
Tergal T 190
ELK
Trevira 254 Trevira 255/256 Trevira 259
MELTY 4080 MELTY 7080
Wellbond I429 Wellbond 1440
c
Fullvliese Hygienevliese Filtration, Formteile Fullvliese Fullvliese, Formteile Fullvliese, Formteile Fullvliese
BIKO BlKO amorph BlKO BIKO BIKO BIKO
T,XO C T,70 C 160 C 170 C T,70 C
PETP/Copolyester PETP/Copolyester PETP/Copolyester PETP/Copolyester
Unitika Unitika
Wellman Wellman
12s
c
T,70 C
170 C
PETP/Copolyester PETPPE PETP
Fullvliese, Formteile Filtration, Formteile
Papiermaschinenbespannungen Papiermaschinenbespannungen Volumenvliese Volumenvliese
Fonnteile
Polstervliese
BIKO BIKO
BIKO
dampfaktivierbar
BIKO, elastomere Bindekomponente, helikale Krauselung
T,80 C
c
170 C
140 C 150 c
140 C
115
178 C
Hygienevliese Hygienevliese
BIKO BIKO. helikale Kfluselung
PPPE PPPE
Fibervisions Fibervisions
Vliese fur Schuhe
BlKO
ES-C ES-E
220
c 125 c 125 c
PA 66PA 6
Anwendungen
DUPONT
Besondere Eigenschaften
TYPE 3100
Schrnelzpunkt bzw. T,
Polymer-Basis
Hersteller
Bezeichnung
Tabelle 3-7.Auswahl handelsublicher Schmelzbindefasem
3.3.2.2 Chemischer Aufbau Grundsatzlich konnten alle thermoplastischen Polymere zur Herstellung von Schmelzbindefasern verwendet werden. Die Auswahl wird jedoch stark durch die thermischen Bestandigkeiten der zu bindenden Vliesstofffasern eingeschrankt. Schmelzbindefasern basieren deshalb hauptsachlich auf Polyoletinen, Polyestern und Polyamiden. Es ist aber auch die Verwendung von Fasern aus Polyvinylchlorid/Vinylacetat-Copolymerisatenbekannt.
Polyolefine Durch den tiefen Schmelzpunkt sind Polyethylen (PE)- und Polypropylen (PP)-Fasern grundsatzlich als Bindefasern geeignet. Der hohe Kristallinitatsgrad, die sehr hohe Schmelzviskositat und die relativ geringe Affinitat zu nicht olefinischen Fasern schranken deren Anwendungsmoglichkeiten aber ein. Genau genommen mufiten diese Fasern eher als Thermobondier-Fasern bezeichnet werden, da meist unter Druck verfestigt werden mufi. Durch Copolymerisation oder Additivmodifizierung konnen die Bindeeigenschaften allerdings verbessert werden. Wichtig sind olefinische Bindefasern fur die Anwendung in Hygienevliesen. Ublich sind dort beispielsweise Kern-Mantel-Bikomponentenfasern [31 1 auf Basis P P P E wie die ES Faser (Fiber Visions) oder Fasern auf Basis PETP/PE (Trevira 255).
Polyester Die Modifikation von PET und Polybutylenterephthalat (PBT) rnit Comonomeren, wie Isophthalsaure oder Adipinsaure, ermoglicht die Herstellung von Polyestern rnit niedrigen Erweichungstemperaturen, die sehr gut fur die Herstellung von Bindefasern geeignet sind. Beispiele fur Vollprofil-Schmelzbindefasernauf Copolyester-Basis sind die teilkristallinen Fasern Grilene KEIS0 und KE170 (EMS-CHEMIE). Es sind aber auch amorphe Fasern rnit Erweichungstemperaturen um 80 "C bekannt (Fossfiber PETG, Typ 410). Bikomponentenfasern, wie Wellbond 1440 (Wellman), MELTY 4080 (Unitika) und Trevira 254, besitzen einen PET-Kern und einen Mantel aus amorphem Copolyester mit einem Glasumwandlungspunkt von etwa 70 'C. Sie werden vor allem zur Verfestigung von Fiillvliesen verwendet. Bikomponentenfasern rnit teilkristallinem Klebemantel auf Copolyester-Basis, wie Wellbond 1429 oder Unitika 7080, sind aufgrund ihrer deutlich hoheren Warmestandfestigkeit fur die Verfestigung von Vliesen zur Herstellung von sortenreinen Automobil-Dachhimmeln oder als Schaumstoffersatz 1321 geeignet. Sehr interessante Eigenschaften besitzt die Bindefaser ELK der Firma Teijin, welche einen elastomeren Copolyetherester-Mantel rnit einem Schmelzpunkt von 170 C besitzt, der nicht konzentrisch um einen PBT-Kern angeordnet ist. Vliese, die unter Verwendung derartiger Fasern hergestellt werden, besitzen eine ausgezeichnete Wiedererholung [33]. In der Patentliteratur werden auch Bindefasern aus aliphatischen Polyestern mit Erweichungstemperaturen ab ca. 60 C beschrieben 1341.
3.3 Bindefuseni
133
Ein Sonderfall sind unverstreckte, amorphe PET-Fasem, wie Tergal T 190, Trevira 259 oder Fossfiber PET Type KB. Diese aus noch nicht kristallisiertem Homopolymer bestehenden PET-Fasern werden durch Erhitzen uber die Glasumwandlungstemperatur klebrig und konnen bis zum Einsetzen der Kristallisation durch Anwendung von Druck (zum Beispiel durch Kalandrieren) mit sich selbst oder mit anderen Fasem verbunden werden. Der ProzeB ist wegen der stattfindenden Kristallisation irreversibel. Die erzeugte Bindung ist anschlieflend auch oberhalb der Verklebetemperatur bestandig. Anwendung finden amorphe PET-Fasem beispielsweise bei der Herstellung von Filtem oder in Vliesen fur die Herstellung von Formteilen [35].
Polyamide Die Erweichungstemperatur von ublichen Polyamiden, wie Polyamid 6 (PA 6) oder Polyamid 66 (PA 66), kann ebenfalls relativ einfach durch Verwendung von Comonomeren, wie beispielsweise Laurinlactam, wesentlich gesenkt werden. Beispiele fur Copolyamid-Schmelzbindefasem sind Grilon KA 140 und KA 1 15 (EMS-CHEMIE) oder die Bikomponentenfaser Grilon BA 140 mit bei ca. 140°C schmelzendem Copolyamid-Mantel und PA 6-Kem. Spezialfalle von Bindefasem aus Homopolyamiden sind Kernmantel-Bikomponentenfasem, die aus einem PA 66-Kem und einem PA 6-Mantel bestehen oder Polyamid 12 Fasem, die beispielsweise als Bindefaser fur die Herstellung von Fahrzeuginnenverkleidungen in Kombination mit Flachs eingesetzt werden konnen. Copolyamid-Schmelzbindefasem zeichnen sich durch sehr hohe spezifische Haftwerte sowie gute Bestandigkeit gegen mechanische Belastungen und Losemittel aus. Aus diesem Grund werden sie unter anderem fur die Verbesserung der Fasereinbindung in Papiermaschinenbespannungen eingesetzt [ 361. Interessant ist die Moglichkeit, die Erweichungstemperatur von CopolyamidBindefasern durch Feuchtigkeit zusatzlich zu emiedrigen.
3.3.2.3 Funktionsweise Die Wirkungsweise von Bindefasem beruht darauf, daB es moglich ist, diese Fasem entweder durch ein Losemittel oder durch Wirme in einen ,,flieBfahigen" Zustand zu bringen. Die zu bindenden Fasern werden von dieser fliefifahigen Masse ganz oder teilweise umschlossen und so nach dem Abkuhlen mechanisch darin verankert. Entscheidend fur die Festigkeit der Bindung sind neben der Verteilung der Bindemasse, deren Viskositat, das Benetzungsverhalten und die mechanische Festigkeit des Bi nderpol y mers. Fur die Verarbeitbarkeit von Bindefasem ist ausserdem die offene Zeit wichtig, welche den Zeitraum angibt, in der die Bindemasse nach der Aktivierung klebrig bleibt. Je groBer die offene Zeit ist, desto Ianger dauert es nach der Verklebung, bis der Vliesstoff belastet werden kann. Die offene Zeit wird um so groBer sein, je hoher die Bindefaser fur die Verklebung uber ihren Glasumwandlungspunkt beziehungsweise ihren Schmelzpunkt erhitzt werden muB. 1st nach der Aktivierung der Bindefasem ein Verpressen des Vlieses zu einem Formteil notig, kann eine zu
134
3 Biridetriittrl
kurze offene Zeit sehr nachteilig sein. Bei teilkristallinen Polymeren wird die offene Zeit zusatzlich durch die Rekristallisationsgeschwindigkeit beeinflufit. Die Verteilung des Bindemittels kann durch Faserfeinheit und Schnittlange beeinflufit werden. Wichtiger ist aber, ob Vollprofil- oder Bikomponentenfasern verwendet werden. Bei Vollprofilbindefasern zieht sich das Polymer nach dem Aufschmelzen zu einem Tropfen zusammen und erzeugt so relativ grofie Bindepunkte, in die die zu verklebenden Fasern sehr gut eingebunden werden (Abb. 3-3). Bei Bikomponentenfasern verhindert der Kern, daB der Binder sich zu einem Tropfen zusammenziehen kann. Es bleibt eine wesentlich groBere Oberflache erhalten, wodurch mehr Bindepunkte moglich werden. Es besteht dabei aber die Gefahr, dafi die zu verbindenden Fasern nicht ganz vom Binderpolymer umflossen werden konnen, was die Festigkeit der Bindung beeinflufit. Bei geniigend hoher Konzentration an Bikomponenten-Schmelzbindefasern konnen diese mit sich selbst ein sehr stabiles dreidimensionales Netzwerk bilden (Abb. 3-4). Das Ausbleiben des starken Schrumpfeffekts bei Bikomponenten-Schmelzbindefasern ist dafiir verantwortlich, dafi es bei deren Einsatz zu Problemen mil ungewoll-
Abb. 3-3. Mit Vollprofilbindefasern verfestigtes Vlies (Bindefaseranteil 20%)
Abb. 3-4. Mil Bikomponentenfasern verfestigtes Vlies (Bindefaseranteil 20%)
Litemtur zu Kupitel .I
135
ten Verklebungen oder Bindemittelablagerungen an Maschinenteilen kommen kann, weil sich das Binderpolymer nicht von der Vliesoberflache zuriickzieht. Je nach Anwendung kann die Venvendung von Vollprofil- oder Bikomponentenfasern vorteilhaft sein [37]. Je niedriger die Schmelzviskositat der Schmelzbindemasse wahrend der Verklebung ist, desto besser kann diese die Fasern eines Vliesstoffes einbinden. Beeinflufit wird die Schmelzviskositat einerseits durch die Verarbeitungstemperatur und andererseits durch das Molekulargewicht und den chemischen Aufbau der Bindefaser. Auch Additive oder Feuchtigkeit konnen die Schmelzviskositat zum Teil wesentlich beeinflussen. Der Absenkung der Schmelzviskositat werden dadurch Grenzen gesetzt, dal3 noch Fasern aus dem Binderpolymer herstellbar sein mussen und die Bindemasse noch eine ausreichende Festigkeit besitzen mul3, um Kohasivbriiche zu vermeiden. Ein entscheidender Unterschied besteht zudem zwischen amorphen und teilkristallinen Schmelzbindefasem. Amorphe Schmelzbindemassen werden oberhalb der Glasumwandlungstemperatur zwar klebrig, besitzen aber eine sehr hohe Schmelzviskositat. Die Verarbeitungstemperaturen mussen deshalb oft 60 bis 80 "C oberhalb der Glasumwandlungstemperatur liegen. Teilkristalline Schmelzbindefasem konnen je nach venvendetem Polymer schon 5 bis 15°C oberhalb des Schmelzpunktes aktiviert werden.
3.3.2.4
Eigenschaften
Kommerziell verfugbare Schmelzbindefasern besitzen Verklebetemperaturen zwischen 110 und 230°C. Entscheidend fur die Auswahl eines bestimmten Fasertyps sind, neben anlagebedingten Moglichkeiten, Art und Materialien des zu verfestigenden Vlieses und die Anforderungen, welche an das Endprodukt gestellt werden. Bei der Herstellung von voluminosen Vliesstoffen konnen wegen der Isolationswirkung nur Produkte mit verhaltnismaflig tiefen Bindetemperaturen eingesetzt werden, da sonst die Gefahr besteht, dal3 die Bindefasem im Inneren des Vlieses nicht mehr aktiviert werden. Haufig geforderte Eigenschaften sind bei Anwendungen im Automobilinnenbereich Warmestandfestigkeit, Recyclingfahigkeit und geringe Fogging-Neigung. Bikomponentenfasern auf Polyesterbasis, deren teilkristalline Klebekomponenten zwischen 135 und 175 'C schmelzen, sind hier besonders geeignet. Fur Vliesstoffe, die im Bekleidungssektor eingesetzt werden, sind Wasch- und Reinigungsbestandigkeit, oft in Kombination mit niedrigen Aktivierungstemperaturen, entscheidend. Teilkristalline Polyester- und Polyamidbindefasern erfullen diese Anforderungen am besten.
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Teil I1 Herstellungsverfahren fur Vliesstoffe
Im Vergleich zum Herstellen von textilen Flachengebilden aus Faden erfolgt die Vliesstoffherstellung vonviegend im KontinueprozeB nach Trocken-, N a b oder Extrusionsverfahren. Alle Herstellungsverfahren haben die Hauptprozefistufen: Rohstoffaufbereitung
1
Vliesbildung
1
Vliesverfestigung
1
Vliesstoffveredlung Die Vliesstoffveredlung erfolgt in den meisten Fallen diskontinuierlich nach Fertigstellung der Vliesstoffrollenware. Die verfahrenstechnischen Unterschiede liegen in der Rohstoffaufbereitung und den Moglichkeiten der Vliesbildung. Bei den Faser- und Extrusionsvliesstoffen erfolgt die Rohstoffaufbereitung von Fasern oder Granulaten sowie die Vliesbildung im Trockenzustand. Bei den NaBverfahren werden die Rohstoffe Zellstoff undoder kurze Fasern zu einer Suspension aufbereitet, und die Vliesbildung erfolgt nach dem Aufschwemm-Prinzip, einem modifizierten Papierherstellungsverfahren. Die Systematik der moglichen Herstellungsverfahren (Abb. 4-1 ) beriicksichtigt die Grundprinzipien fur die Vliesstoffertigung. Die nachfolgenden Ausfuhrungen sind nach den venvendeten Rohstoffen Fasern, Filamenten oder Folien und technologiebetont nach den Vliesbildungsverfahren gegliedert.
I
Faserviesstoff
Faservliesstoff
I
Ausrusten, Farben, Drucken, Beschichten
I
Ausrusten, Farben, Drucken, Beschichten
I
Wirrvies
Mechanisch, Thermisch, Chemisch
Kreuzlagenvlies
Mechanisch, Thermisch, Chemrsch
Parallelvlies
I
kurze Fasern. Zellstoff
Natur-, Chemie-, anorganische Faser
Abb. 4-1.Systematik der Her\tellung\verfahren fur Vliewoffe
Erzeugnis
Vliesstoffveredlung
Vliesverfesttgung
Vorbereitung
Rohstoff
NaBverfahren
Trockenverfahren
Feinfaserspinnvltesstoff
Ausrusten, Drucken, Beschichten
I
Mechanisch, Thermisch, Chemisch
I
Legen u Abdeckung mit Leichtvlies
Feld
I
Filamentspinnvliesstoff
Ausrusten, Drucken, Beschichten
I
Mechanisch, Thermisch
Ablage auf Siebband
b pneumattsch
Extrusionsverfahren
Folienfaserr vliesstoff
Auskusten, Drucken, Beschichten
Mechanrsch. Thermisch
I
Ablage
I
Faser'-Reckung')
I
b Pragung
I
(Folienreckung)
4 Trockenverfahren
4.1 Faservliesstoffe 4.1.1 Faservorbereitung ( E Leifeld) Das Ziel der Vliesherstellung ist ein Endprodukt mit speziellen Eigenschaften. Gleichbleibend gute Qualitat, hohe Produktion und geringe Kosten sind Voraussetzungen fur den wirtschaftlichen Erfolg. Alle drei Faktoren werden beeinflufit durch den eingesetzten Faserstoff und die im Prozel3 eingesetzten Maschinen und Hilfsmittel. Fur die Faservorbereitung, die den Bereich vom Ballen bis zur Speisemaschine des Vliesbildners urnfafit, mussen die Maschinen und Anlagen schon in der Konzeptphase auf den zu verarbeitenden Faserstoff und auf das gewunschte Endprodukt angepal3t werden. Alles, was hier fur die Vliesbildung nach dem Kardierverfahren gesagt wird, gilt analog auch fur die aerodynamische Vliesbildung. Technologisch gesehen sind die wesentlichen Verfahrensschritte der Faservorbereitung: Ballen offnen Dosieren Vermischen - Fein offnen - Speisevlies bilden -
Diese Prozesse laufen teils hintereinander, teils gleichzeitig und vermischt in den einzelnen Maschinen ab. Einige Aufgaben konnen nur gut gelost werden, wenn Verfahrensschritte mehrfach wiederholt werden. Das trifft beispielsweise fur das Offnen zu. Dabei ist zu beachten, dal3 die sich wiederholenden Verfahrensschritte im Prozeljdurchgang intensiver werden. So wird beim Offnen zunachst grob und dann immer feiner aufgelost.
ijffnen Fur den Offnungsprozel3 kann diese Vorgehensweise durch Berechnung des theoretischen Flockengewichtes zahlenmal3ig demonstriert werden. Dabei wird zunachst davon ausgegangen, dal3 eine Offnungswalze, mit Stiften, Nadeln oder Sagezahnen belegt, das zu offnende Material aus dem Klemmspalt so ideal aufnimmt, dafi jeder Stift oder jede Nadel die gleiche Materialmenge besitzt. Dann
I40
4 Trockmverfnhrm
Auflosegrad
T
t heo r. FIoc ke n gew Ic ht
(g/Flocke)
- 10-6 -
10.~
-10-4 -
10-3
I
- 10-2 -10-1
-100 -10' -10'
Abb. 4-2. Verlauf des theoretischen Flockengewichtes
kann aus der zeitlich durchgesetzten Materialmenge, der Arbeitsbreite der Walze, der Drehzahl der Walze und der Zahl der Stifte pro Flacheneinheit der Walze einfach das theoretische Flockengewicht je Stift oder Zahn berechnet werden. Unter Einhaltung bestimmter, empirisch gefundener Regeln und durch gut gelungene Stufung der aufeinander folgenden Offnungswalzen kommt das theoretische Flokkengewicht dem praktischen Flockengewicht sehr nahe. In Abb. 4-2 ist ein beispielhaftes Ergebnis einer solchen Berechnung fur das Offnen dargestellt. Die Flockengewichte sind auf einer logarithmischen Skala aufgetragen. Die einzelnen Punkte entsprechen den hintereinander eingesetzten Offnungswalzen. Dabei ist der erste Punkt auf die Walzen im automatischen Ballenoffner BDT 020 bezogen und der letzte Punkt zeigt das Ergebnis auf der Trommel der Krempel.
Dosieren Unter Dosieren wird einerseits die Einhaltung eines mengenmaljig gleichmiiljigen Materialstromes verstanden und andererseits das gleichmaBige Zusammenbringen verschiedener Materialkomponenten zu einem gewichtsmaBig genau abgestimmten Gemisch, wie es beispielsweise durch Wiegeeinheiten praktiziert wird. Insbesondere fur die Steuerung des gesamten Materialstromes gilt auch hier die Regel der richtigen Stufung von grob nach fein in MaterialfluBrichtung, um hohe GleichmiiBigkeit im Endprodukt zu erhalten. Grobe Fehler zu Beginn des Prozesses lassen sich spater nicht korrigieren. Deshalb muB im Vorfeld bereits gut geregelt werden. Mit Hilfe von Zwischenspeichern kann die Aufgabe der genauen Anpassung der Materialstrome bei hintereinander geschalteten Maschinen gelost werden.
Mischen Einige unterschiedliche Verfahrensschritte bedingen sich gegenseitig. Das Vermischen der zunachst grob aufgelosten Fasem geschieht zu Beginn nur grob. Spiiter im FeinoffnungsprozeR werden die Fasem ohne Zusatzaufwand sehr fein unterein-
4. I Fasetvliesstoffe
14 1
ander vermischt. Fur alle Verfahrensschritte mussen die vorher envahnten Stufungsregeln eingehalten werden. Das fiihrt zu guten Ergebnissen bei Minimalaufwand und zu geringer Materialbeanspruchung. Fur das Beimischen von Abfallfasern oder Regeneratfasern mussen diese vorher uber Recyclinganlagen aufbereitet werden. Insbesondere fur Baumwollabfalle und Linters gibt es neue, leistungsstarke Anlagen mit hochster Faserausbeute, wie sie beispielsweise in [ 1-10] beschrieben werden. Dem Vermischen der Fasern kommt sowohl bei Einkomponenten - als auch bei Mehrkomponentenmischung eine grolje Bedeutung zu. Eine gute Vermischung ist eine unabdingbare Voraussetzung fur eine gleichmaljige Vliesqualitat bei Mehrkomponenten- und auch Einkomponentenmischungen. Die Vermischungskonstanz mu13 sowohl in Langzeit- als auch im Kurzzeitbereich eingehalten werden. Sie beeinfluljt im fertigen Vlies die Abweichungen in mehreren Kilometern, Metern und auch im Bereich von kleiner als Zentimetern.
Speisen Dem Speisevliesbildner kommt die Aufgabe zu, uber die Arbeitsbreite und uber die Zeit gesehen, die Massenverteilung der Fasern im Vlies zu garantieren. Hier ist die letzte und bedeutendste Moglichkeit, vor dem Vliesbildner EinfluB auf die lang- und kurzperiodischen Schwankungen im fertigen Vlies zu nehmen. Hier findet die Feinabstimmung statt. Spitzenqualitat ist nur erreichbar, wenn bereits die vorgeschalteten Aggregate einen zeitlich gleichmaljigen, kontinuierlichen Flockenstrom in der Zuspeisung des Speisevliesbildners garantieren. Im Zuge standig steigender Produktion und breiterer Maschinen werden auch an den Speisevliesbildner immer hoheren Anforderungen gestellt.
Maschinen Mit dem Ballenoffner BDT 020 (Abb. 4-3) steht eine moderne, vollautomatische Losung zur Verfiigung, bei der auch die Ballenzufuhr automatisiert werden kann. Da hier von vielen Ballen in der Vorlage abgearbeitet wird, wird die Mischung schon im Vorfeld optimal beeinfluljt, insbesondere hinsichtlich Langzeitkonstanz. Haufige Anwendungen in der Praxis finden allerdings noch die Kastenspeiser. Hier kann durch Ballenzufuhr uber Band teilautomatisiert werden. Danach folgen bei Einkomponentenanlagen Mischer und bei Mehrkomponentenanlagen pneumatisch beschickte Wiegespeiser oder Wiegekastenspeiser. Letztere konnen auch direkt von Hand uber ein Vorratsband mit Lagen oder Ballen beschickt werden. Dem Wiegespeiser folgen Mischer. Im Langstapelbereich sind Mischkammern mit grol3em Volumen sehr verbreitet. Hier wird auch noch die grofie Einzelpartie, die einer Kammerfullung entspricht, praktiziert. Der Trend zu kontinuierlich arbeitenden, automatischen Anlagen mit Mehrkammer-Durchlaufmischern nimmt zu, was insbesondere fur den Kurzstapelbereich zutrifft. Als Feinoffner konnen bei hohen Anforderungen an die Auflosung Mehrwalzenoffner zum Einsatz kommen. Es gibt die Varianten Ein-, Zwei-, Drei- und Vienvalzenoffner. Im Langstapelbereich werden in der Regel Einwalzenoffner im Prozelj nacheinander geschaltet.
142
4 Trockrriverfdiren
Abb. 4-3. Automatischer Ballenoffner BLENDOMAT BDT 020
Als Speisevliesbildner zur Beschickung der Krempel sind Kastenspeiser mit volumetrischer Dosierung fur das Speisevlies im Ruttelschacht im Einsatz. Mittels Waagen, teils als Bandwaage ausgebildet, wird versucht, die Genauigkeit im zeitlichen Verlauf zu verbessern. Fur hohe Produktionen und hohe Genauigkeiten jedoch hat sich der Krempelspeiser mit zwei hintereinander geschalteten, pneumatisch verdichteten Speiseschachten durchgesetzt. Die neueste Entwicklung eines solchen Speisers (Abb. 4-4) lost daruber hinaus das Problem der Regulierung des Vliesprofils uber die Arbeitsbreite und der genauen Ermittlung der eingespeisten Fasermasse uber die Breite und uber die Zeit. Aus einem Speicher vor dem Krempelspeiser wird uber den geregelten Dosieroffner ein kontinuierlicher Flockenstrom mit Luft genau dosiert in den Oberschacht des Speisers geliefert. Aus dem Oberschacht wird die geregelte Vliesvorlage abgezogen. Uber Mulde - Einzugswalze und Offnungswalze wird das Material in den Unterschacht in Form von Flocken abgeliefert und pneumatisch verdichtet transportiert. Uber Sektionsmulden, die die Dicke des Austragsvlieses uber die Breite in Zonen abtastet, werden RegelgroBen ermittelt, die Stellmotoren zuge-
Abb. 4-4. Flockenspciser Scanfeedcr TSC
I’
1’
/ ,/‘1,’
*’,
,
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_-. ’\ 1, I
Abb. 4-5. Vliesprofilregelung VPR
fuhrt werden (Abb. 4-5).Sie verandern die Schachttiefe in der Vliesbildezone im Unterschacht in den zugehorigen, verstellbaren Wandzonen. So kann regelnd Eingriff auf die Massenverteilung uber die Breite und uber die Zeit genommen werden. Die Dickenwerte konnen in Vliesgewichte umgerechnet werden. Die Austragswalze des Unterschachtes kann gleichzeitig die Speisewalze der Krempel sein. So werden Schwankungen und Fehler vermieden, die in der konventionellen Uberfuhrung auftreten konnen. Dariiber hinaus kann aus dem MeBwert der Gesamtmasse iiber die Arbeitsbreite die Einzugsgeschwindigkeit der Speisewalze uber Regler so variiert werden, daB nochmals der einlaufende Faserstrom vergleichmaljigt wird. Somit kann eine neue Dimension der Vliesgenauigkeit in MDund CD-Richtung erreicht werden. Dies bekommt mit den immer breiteren Maschinen bis 5 m und hoheren Leistungen bis 400 kg je 1 m Arbeitsbreite und Stunde eine immer groBere Bedeutung. Diese Losung erfullt die Forderung, daB die Regelungen, je naher sie in Materialfluljrichtung am Endprodukt zum Einsatz kommen, um so reaktionsschneller und genauer sein mussen.
Anlagen Die Wahl der Bearbeitungsmaschinen und deren Verknupfung zu Anlagen wird bestimmt vom zu bearbeitenden Rohstoff, vom gewunschten Endprodukt und von wirtschaftlichen Aspekten. Wegen der grol3en Vielfalt der unterschiedlichen Endprodukte gibt es auch eine groBe Vielfalt von Anlagenkonzepten, die hier im einzelnen nicht abgehandelt werden konnen. Abb. 4-6 veranschaulicht Auswahlkriterien fur die Konfiguration von Anlagen. Die fur die Maschinenauswahl bedeutendste Frage bezieht sich darauf, ob Kurz- oder Langstapelfasern bearbeitet werden sollen. Der Weg uber Kurz- oder Langstapelfasern fuhrt in der Maschinenauswahl zu zwei unterschiedlichen Maschinenprogrammen. Er fuhrt zu unterschiedlich konstruierten Maschinen. Langere Fasern erfordern groljere Klemmpunktabstande, groljere Offnungswalzen, groljere
Vlies-Vorbereitungsanlagen fur
Produktion
Produktion
Produktion
Produklion
Abb. 4-6. Entscheidungsbaum fur Gestaltung von Vliesvorbereitungsanlagen
Abstande der Stifte und Lingere Stifte sowie grd3ere Raume in Ablieferungszonen und Materialspeichem. In der Praxis haben sich im wesentlichen zwei unterschiedliche, auf die Faserlange abgestimmte Maschinentypen entwickelt. Die Maschinen fur Kurzstapelfasem bearbeiten Fasem im Bereich von 10 his 60 mm Lange. Langstapelmaschinen sind ausgelegt fur Fasem mit LBngen zwischen 50 und 130 mm. Langere Fasem erfordem Modifikationen in den Langstapelmaschinen. So ergibt sich fur die Kurz- und Langstapelanlage ein Entscheidungsbaum, der in seinen weiteren vier Ebenen berucksichtigt, ob eine oder mehrere Komponenten bearbeitet werden, ob eine hohe oder niedrige Produktion mit seltenen oder haufigen Wechseln angestrebt wird. SchlieRlich ist zwischen automatischer Material- oder Handzufuhr zu entscheiden. In den linken Asten findet man so die vollautomatisierten Anlagen mit hoher Produktion, in den rechten Asten die Kleinanlage mit Handbeschikkung. In den Abb. 4-7 und 4-8 sind beispielhafte Anlagenkonzepte dargestellt. Detaillierte Angaben uber den jeweiligen Stand der Technik, technologische Erkenntnisse sowie Maschinen- und Anlagenbeschreibungen sind in [ 1-10] zu finden. Die in den Abbildungen verwendeten Kurzzeichen haben folgende Bedeutung: BDT 019 TV MCM TFV MASTV BS FO FB K BOWA FM
Ballenabarbeitung Materialtransport Multimischer Offner Materialabscheider Beschichtungsschacht Universaliiffner Flockenspeise Scan feed Wiege-Ballenoffner Flockenmischer
4. I Faservliesstoffe
BDT 019
TV
MCM 4
TFV 1 TV
MAS TV BS FO
145
FBK
Abb. 4-7. Anlage fur eine Komponente
BDT 019
BOWA
BOWA
BOWA
FM
N
MCM 10
TFV4
N
MAS TV BS FO
FBK
Abb. 4-8. Anlage fur mehrere Komponenten
4.1.2 Faservliese nach dem Kardierverfahren (W Kittelmann, S. Bernhardt) Die Auflosung der Faserflocke bis zur Einzelfaser und die Bildung eines Faserflores erfolgt mittels Karde (lat. Carduus - Distel) oder Krempel (ahd. Krampe = Haken). Im wesentlichen werden fur die Herstellung von Faservliesen Krempeln eingesetzt. Die Ertindung einer ersten rotierenden Karde, die aus mit Kratzen bezogenen Zylindern bestand, geht zuriick auf Patente von 1748 und war die Basis fur die Kardiermaschine des Englanders Arkwrights. Dieses seit mehr als 250 Jahren bekannte textiltechnologische Verfahren zur Verarbeitung von Naturfasern zu einem Faserflor fur die Garnherstellung wird heute noch mit den Grundelementen des Kardierens - HaupttrommelDeckel (Karde) oder Haupttrommel/mit Arbeiterund Wendenvalzen (Krempel) - fur die Vliesbildung angewendet. Die Funktion der Krempel lafit sich wie folgt definieren: Die Krempel hat die Aufgabe, die aus der Faseroffnung sowie -speisung wirr vorliegende Fasermasse in eine geordnete und gewunschte Faserlage zu bringen. Dies sol1 bis zur Einzelfaser erfolgen, also ein Entwirren der Flocken und Faserbundel erzielen. Die Auflosung sol1 entweder so erfolgen, dal3 eine Parallellage der Fasern oder eine Wirrlage entsteht. Dies geschieht in der Regel in der zweidimensionalen Ebene langs (MD = Machine Direction) und quer (CD =Cross Direction) zur Maschinenlaufrichtung. AnschlieBend werden die Einzelfasern gleichmaBig zu einem zusammen-
hangenden Flor zusammengefugt, um diesen dann zum weiteren Verarbeitungsprozefi transportieren zu konnen. Die Verarbeitung von immer feineren Chemiefasern sowie organischen, anorganischen Fasem und Reififasem bei grofieren Arbeitsbreiten und hoheren Produktionsleistungen erforderte die wissenschaftliche Durchdringung des Kardier- und Vliesbildungsprozesses durch die Entwicklung neuer verfahrenstechnischer Losungen und Verfahrensmodifikationen. Die vier Aufgaben der Krempel sind: - konstante Vorlage der Faserflocke je Zeiteinheit uber Lange und Breite - Reinigen und Ausscheiden von Fremdteilen, wie z. B. Schmutz und Kurzfasem - Auflosen der Faserflocke bei minimaler Faserbeanspruchung bis zur Einzelfaser - Anordnen der Faser im Flor mit betonter Faserlage in Maschinenlaufrichtung als Parallelfaserflor oder mit unbetonter Faserlage als Wirrfaserflor Fur die Erfullung der Aufgaben besitzt eine Standardkrempel [ 1 I ] (Abb. 4-9) folgende Baugruppen: Flockenspeiseeinheit, bestehend aus Speiseschacht, Speisewalze, Einzugsband Mulden- oder Zylindereinzug, bestehend aus Einzugswalze, Einzugsmulde unten oder oben liegend und Vorwalze Haupttrommel rnit Arbeiter- und Wenderwalzen oder stationaren Kardiersegmenten Abnehmer mit Abzug als Walze oder Hacker 9
10
11
12
1920 1
1
2
3
13
21 22 1
14 15
23
24
25
26
27
28
1
16 1 7 18
29
30
Abb. 4-9. Prinzip einer Universal-Krempel der Spinnbau GmbH Bremen. 1 Einzugswalze; 2 Vorwalze; 3 VorreiBenvalze; 4 Dichtewalze: 5 Wender auf dem VorreiBer: 6 Arbeiter auf dem VorreilSer: 7 Wender auf den1 Vorreilkr; 8 Arbeiter auf dem VorreiBer: Y Wender auf den1 VorreilSer: 10 Arbeiter auf dem VorreiBer: 11 Arbeiter auf dem VorreiBer; 12 Wender auf dem VorreiDer; 13 Ubertragungswalze: 14 Hauptwalze; 15 Arbeiter auf der Hauptwalze: 16 Wender auf der Hauptwalze; 17 Wender auf der Hauptwalze: 18 Arbeiter auf der Hauptwalze: 19 Wender auf der Hauptwalze: 20 Arbeiter auf der Hauptwalle: 21 Wender auf der Hauptwalze: 22 Arbeiter auf der Hauptwalze: 23 Arbeiter auf der Hauptwalie: 24 Arbeiter auf der Hauptwalze: 25 Oberer Abnehmer; 26 erste obere Stauchwalze; 27 zweite obere Stauchwalze: 28 Obere Abzugswalze; 29 Untere Abnehmer; 30 Untere Abzugswalze
4. I Faservliesstojfe
147
4.1.2.1 Krempeltheorie Das wesentliche Qualitatsmerkmal eines Flores ist seine GleichmaBigkeit. Man kann davon ausgehen, daB eine Krempel bei optimaler Einstellung keine UnregelmaBigkeiten erzeugt. Dies bedeutet, daB eine gleichmaBige Vorlage der Faserflocke bei der Speisung die Voraussetzung fur einen gleichmafligen Faserflor ist.
Speisung Bei der Speisung (s. auch Abschnitt 4.1.1) wird zwischen dem diskontinuierlichen Verfahren, dem Waagespeiser und dem kontinuierlichen Verfahren der Volumenspeisung unterschieden. Der Waagespeiser fuhrt kontrolliert und definiert der Krempel unabhangig von Faserfeinheit, Faserart, Auflosungsgrad, Feuchtigkeit usw. eine gegebene Fasermenge zu. Die Vorlage weist durch die Waagespiele periodische Materialanhaufungen auf. Die Masseschwankung in Laufrichtung ist durch die Anzahl der Waagespiele je Zeiteinheit und durch die Einzugsgeschwindigkeit in d m i n bestimmt. Mit steigender Einzugsgeschwindigkeit vergroBert sich auch die Amplitude der Masseschwankung bei konstanter Anzahl von Waagespielen. Das aus der Krempel herauskommende Produkt ist auf Grund der Abwurfintervalle uber Lauflange und Breite ungleichmafiig. Der Volumenspeiser ist fur alle Materialien einsetzbar und bringt bei optimaler Rohstoffkomprimierung, die sowohl mechanisch als auch mit Luft erfolgen kann, eine bessere VorlagegleichmaBigkeit als der Waagespeiser. Die GleichmaBigkeit wird beim mechanischen, volumetrischen Speiser durch den Inhalt des Kastenspeisers, Nadellattentuchgeschwindigkeit, Geschwindigkeit der Ruckstreich- und Abschlagwalze und deren Abstandseinstellungen zueinander, der Hohe der Materialsaule, Riittelhubschachtbreite, Ruttelfrequenz und Einzugsgeschwindigkeit bestimmt. Einflusse, die durch unterschiedlichen Auflosungsgrad oder unterschiedliche Materialzusammensetzung auftreten, konnen durch Wageeinrichtungen so ausgeglichen werden, dafi die Einzugswalzen der Krempel so geregelt werden, daB die Produktion je Zeiteinheit konstant ist. 60 P = mvo. VE .~ 1000 P = Produktion (kgh) mvo = Vorlagemasse (g/m2 ) vE = Einzugsgeschwindigkeit ( d m i n ) Der volumetrische Ruttelschachtspeiser RS und die Bandwaage ME2 der Spinnbau GmbH gewahrleisten eine gleichmaBige Flockespeisung der Krempel in der Groflenordnung von CV = 1 ,O%. Die Kombination von gravimetrischer und volumetrischer Speisung mit dem Kombispeiser PMF ermoglicht eine Verbesserung des CV-Wertes auf 0,8% [ l I].
Einzug Dieser sorgt fur die Einspeisung des Fasermaterials zum Kardieren. Hier gibt es verschiedene Moglichkeiten, die Faser dem Krempelprozefi zuzufuhren. Entwik-
Abb. 4-10. Querschnitt des Uberkopfmuldeneinzuges der Spinnbau GmbH Bremen
kelt hat er sich aus der Verarbeitung langer Wollfasern als Sechs-, Vier- oder Zweizylinder-Walzeneinzug. Durch die paanveise angeordneten Einzugswalzen sol1 eine Ausrichtung der Faser in Langsrichtung geschehen, um ein einfaches Zufuhren zur Vorwalze sicherzustellen. Die Vorwalzen konnen entweder nach unten - was ideal fur die Schmutzausscheidung ist - oder auch nach oben laufen. Der Nachteil dieser Systeme ist, da13 bei einem Durchmesser einer Walze von z.B. 120 mm mittig der Klemmpunktabstand zur nachfolgenden Vorwalze 60 mm betragt und damit Fasem unter 6 0 m m Lange in dem Bereich der Zufuhrung schwimmen und somit der Vorwalze nicht kontrolliert zugefuhrt werden konnen, was zu ,,BatZen" bzw. Dickstellen fuhrt. Eine weitere Entwicklung sind die sogenannten Muldeneinzuge, die klassisch laufen konnen, d. h. bestehend aus einer Einzugswalze mit ca. 200 mm Durchmesser, darunterliegendem Muldentisch und der nachfolgenden Vonvalze. Die Abstandseinstellungen zwischen Muldenkante und Vonvalze liegen zwischen 2 und 8 mm und fiihren der Vorwalze gleichmal3ig dosiert kleinste Faserflocken zu. Der Nachteil besteht darin, da13 empfindliche Fasern starker beansprucht werden, weil sie uber den Muldenradius gezogen werden. Um dem entgegen zu wirken, kann dieser Muldeneinzug auch nach oben laufen; das erfordert dann allerdings eine zusatzliche Ubertragungswalze. Der Uberkopfmuldeneinzug ist der derzeitige Stand der Entwicklung. In Abb. 4- 10 ist der Uberkopfmuldeneinzug der Spinnbau GmbH dargestellt. Mit einem Einzugswalzendurchmesser von 4 I2 mm und einer dariiber liegenden sowohl in der Hohe als auch in der Anpassung an das Fasermaterial radial verstellbaren Mulde konnen sowohl kurze als auch Iangere Fasern schonend gespeist werden. Solche Muldeneinzuge sind auch fur grol3ere Arbeitsbreiten his zu 5000 mm geeignet. Die Hochleistungskrempel von OCTIR Nonwoven Machinery Division ist gleichfalls mit Uberkopfmuldeneinzug ausgestattet. Kardieren Das Kardieren wird heute uberwiegend mit Walzenkrempeln durchgefuhrt. Fruher waren die Walzen mit flexiblen Garnituren bezogen, bei denen die Drahthakchen auf einer Filz- oder Kautschukunterlage befestigt und bei Beanspruchung beweg-
ntiefe
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Telling
Brustwnkel
1
Rucken- ti
3
Spitzen- FuRhBhe
bfeirI 1
winkel
I
I
Garniturabmessungen in (mm)
FuRbreite (mm) oder Gangl"
I
FuRbreite (mm)
Abb. 4-11. Wichtige Gamiturabmessungen nach [ 121
lich sind. Heute kommen vorwiegend starre Ganzstahlbeschlage zur Anwendung. Mit der Entwicklung von Ganzstahlbeschlagen wurde der notwendige Reinigungsaufwand, das ,,PutZen" der flexiblen Beschlage entscheidend minimiert und eine Leistungssteigerung der Krempeln erreicht. Nach Damgaard [ 121 haben sich verkettete Sagezahndrahte mit geharteten Spitzen bewahrt. Abb. 4- 1 1 enthllt die wichtigsten Garniturabmessungen. Neben den Zahnabmessungen ist die Anzahl der Spitzen je Flacheneinheit (allgemein noch je Quadratzoll angegeben) beim Kardieren von Bedeutung. Ein optimales Kardierergebnis wird dann erreicht, wenn die Spitzenzahl mit zunehmendem Offnungsgrad der Faserflocke bis zur Einzelfaser steigt. Die Faserfeinheit beeinfluljt ebenfalls die Spitzenzahl. Feinere Fasern erfordern auch grolJere Spitzenzahlen. Neben der Auswahl der Walzengamituren sind fur das Kardieren von Bedeutung die Anzahl Kardierstellen - Arbeiter- und Wenderpaare auf der Haupttrommel, die auch als Tambour bezeichnet wird, die Geschwindigkeiten von Arbeiterund Haupttrommel, die Faserbelegung in g/m2 der Haupttrommel, die Walzendurchmesser von Arbeiter und Tambour. In Abb. 4- 12 sind die wichtigsten Kombinationen der Arbeitsorgane einer Krempel dargestellt. Das betrifft das Zusammenwirken von 0
0 0
Haupttrommel - Arbeiter und Wender (Abb. 4- 12 a) fur Auflosen, Parallelisieren und Mischen Haupttrommel - Abnehmer (Abb. 4-12b) fur Ubernahme Haupttrommel - Wirrwalze - Abnehmer - Stauchwalze (Abb. 4- I2 c) fur Ubernahme und Wirren sowie Stauchen des Faserflores
Der Kardiervorgang zwischen Haupttrommel und Arbeiter wird durch die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen beiden Walzen und den auf die Fasern im Faserbundel wirkenden Kraften bestimmt. 1st die Kardierkraft groBer als die Reibung zwischen den Fasern wird ein Teil der Fasern vom Arbeiter ubernommen und ein Teil verbleibt auf der Haupttrommel. Dieser Vorgang findet zwischen den Spitzen der Beschlage statt und erfordert eine genaue Einstellung der Beschlage zueinander. Der Wender ubernimmt die Fasern aus dem Arbeiter und fuhrt sie wieder der
1 SO
4 Trockmverjcihren I
Arbeiter
Tambour
-
gekammte Flocke
1 Hauptwalze
1 4 1 Stauchwalze
2
j
(Condenser) 5 2 Stauchwalre
.*‘
c)
’
*
,
***
Abb. 4-12. Arbeits\tellen der Krenipel Hdupttrommel - Arbeiter - Wender b) Haupttrommel - Abnehmer c) Hdupttromniel - Winwalie - Abnehmer - Stduchwdlre
)I.
Haupttrommel zu. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrfach und tragt zu einer guten Faserdurchmischung bei. Der Abnehmer ubernimmt die gerichteten Fasern aus der Haupttrommel. Wie Bild 4- 12c zeigt, kann bei gleichzeitiger Faseriibernahine die Faserlage im Flor geandert werden, wenn die Wirrwalze entgegengesetzte Drehrichtung zur Haupttrommel hat. Das Fasermaterial beim Ubergang auf die Haupttrommel betriigt m g/m’. Diese Menge wird um den Teil mw erganzt, der vom Wender an die Haupttrommel ubergeben wird. Bei stabilisierten Verhaltnissen wird dem Arbeiter von der Haupttrommel eine Fasermenge von (m+mw) g/m2 angeboten.
m=
Q AB . VT . t
Q = Masse der in t Sekunden bearbeiteten Fasern [g] AB = Trommelbreite [m] vT = Umfangsgeschwindigkeit der Haupttrommel [ d m i n ]
Die Masse mA des auf 1 m’ der Arbeiteroberflache kommenden Fasergutes ist davon abhiingig, welche Menge von m + mw der Arbeiter iibernimmt und von dem
4. I Faservliesstoffe
15 1
Verhaltnis der Geschwindigkeiten von Haupttrommel vT und Arbeiter vA. Es gilt die Beziehung mA = (m
+ mw) .-VT
(3)
VA
Aus Gleichung (3) wird deutlich, welchen EinfluB die Anderungen der Geschwindigkeiten von Trommel und Arbeiter auf die Fasermasse mA und die Kardierung haben. Eine steigende Geschwindigkeit der Haupttrommel ermoglicht auch eine Erhohung der Arbeitergeschwindigkeit und damit einen steigenden Faserdurchsatz bei guten Kardierergebnissen. Eine Reduzierung der Abstandseinstellung zwischen Arbeiter und Haupttrommel erhoht die Fasermenge mA auf dem Arbeiter. Die Faserbelegung der Haupttrommel sollte im Bereich von 2-4 g/m2 bei Fasern um 1,l dtex liegen. Fur den Ubertragungsfaktor zwischen Haupttromme1 und Arbeiter kann man mit etwa 15% rechnen. Von entscheidender Bedeutung fur das Kardier- und Ausgleichsvermogen der Krempel im Hinblick auf UngleichmaBigkeiten der Faservorlage sowie das Mischen der Fasern ist die mittlere Verweilzeit einer Faser zwischen dem Bereich der Fasereinspeisung auf die Haupttrommel sowie der Faserabnahme durch den Abnehmer. Die mittlere Verweilzeit TFm, in der angelsachsischen Literatur als ,,delay factor" bezeichnet, ist definiert als Quotient aus den einzelnen Faserbelegungen von Arbeiter, Wender und Haupttrommelgarnitur mit Ausnahme der Abnehmergamitur und der Produktion des Abnehmers.
TFm = mittlere Verweilzeit einer Faser in s mFa = gesamte Faserbelegung auf den Gamituren in g PA = Produktion des Abnehmers in gls Unter Beachtung der technologischen Angaben in Abb. 4- 13 lassen sich die Verweilzeiten (t) der Fasern auf den Arbeitsstellen und die dazugehorigen Fasermengen (m) berechnen. Dabei ist derjenige Anteil des mit Fasern belegten Bogens (c) der Walzen zu beriicksichtigen. Es gelten: Zeit auf dem Arbeiter rnit c A = 270"/360" = 0,75
t, = CA . 6 0 / ~ ,= 0 75 ' 6 0 = 0,918 s
Zeit auf dem Wender tw = cw . 6 0 / u w = 0,65 ' 60 = 0,074 s 530,5 mit cw = 234"/360" = 0,65 Zeit auf der Haupttrommel
Die Zeit fur den Faserumlauf um eine Arbeitsstelle (t(;) ergibt sich zu = tA
+ tw + tTr = 0,918 + 0,074 + 0,006 = 0,998
25
1 ,0 S
PA 1200 aimin
Arbeiter Wender
, ~i
vir 1000 mimin
iw
200 rnirnin 530 5 min
- -c VF
Abb. 4-13. Nonnalkrempel
riiit
60 rnirnin
technisch/technologischen Angaben
Die Fasermengen auf den Arbeitsorganen je m betragen: fur Arbeiter
mA = PA . dA . TI . CA
fur Wender
m,
= BA
= 30
, 0 2 6 . TI . 0.75 = 18,4g
. vw ~ . ~ W . T =I3 .0 .C - .200 40 0~, 1 2 . 3 , 1 4 . 0 , 6 5
fur Haupttrommel
= 3 0 . m40 .0,
11,47g
19=0,228g
Damit betragt die Fasermenge je Arbeitsstelle m
=
mA
+ mw + mTr = 18.4 + 1-47+ 0,228g = 208
Die gesamte Fasermenge auf der Haupttrommel MTr ergibt sich aus den Mengen vom Einzug bis Abnehmer und aTram ganzen Umfang
(1
+
MTr = dTr . TI ((1 CTr U T ~ )= 1,25 mit cTr = 270 /360 = 0,75 '
'
'
TI
'
(0,6 . 0,7S
+ 3,O) = I3,5 g
Die gesamte Fasermenge in der Krempel mK ist gleich der Fasermasse aller n Arbeitsstellen und der der Haupttrommel mK = (n . m)
+ MT,. = 5 . 20 + 13.5 = 1 13.5 g/m
Breite
Die Fasermenge, die jetzt vom Abnehmer abgenommen wird und die Fasermenge, die auf der Haupttrommel verbleibt, gibt dann den tatsachlichen Ubertragungsfaktor an. Damit kann man bestimmen, wie hoch die Faserbelastung auf der Haupttrommel tatsachlich ist: P
CT P
= Haupttrommelbelastung = Produktion in g/h
in g/m'
4. I Faservliesstoffe
153
AB = Arbeitsbreite in m vT = Haupttrommelgeschwindigkeit in d m i n Zum Beispiel ergibt sich mit P=60000g/h, A B = 2 m und v ~ = I O O O d m i n ein Wert fur CT von 0,5 g/m2. Bei einem Ubertragungsfaktor von 15% ist der tatsachliche Wert fur CT CT = 0,5 g/m 2 .
~
1
= 3 , 3 g/m3
0,15 Daraus IaBt sich erkennen, je groBer der Ubertragungsfaktor, um so hoher die Krempelleistung, gleichzeitig nimmt das Ausgleichsvermogen und damit die Florqualitat ab und umgekehrt. Die maximale Faserbelastung der Garnituren im Hinblick auf eine gute Faserfuhrung und Kardiergute - insbesondere hinsichtlich moglicher Noppenbildung und Fasereinkurzung - kann somit ermittelt werden. Bei einer Uberkardierung kann es zum Beispiel zur Faserschadigung kommen. Eine sehr kritische Zahl fur die Beurteilung der Kardierqualitat ist die Zahl der Noppen im Flor. Die Gefahr der Noppenbildung beim Kardieren ist um so hoher, je feiner und schlanker die Fasern sind. Versuche, mit Viskosefasern 1,7 dtex und 40 mm zeigen, da13 die Noppen ubenviegend auf den Arbeitern erzeugt werden und folglich von der Arbeiterbelegung abhangen. Die Anzahl Noppen erhoht sich mit steigender Produktion oder kleinem Ubertragungsfaktor in Folge der dadurch bedingten hoheren Haupttrommel- und Arbeiterbelegung. Die Ursache des zu geringen Ubertragungsfaktors kann eine zu kleine Haupttrommel- bzw. Abnehmergeschwindigkeit, eine ungeeignete Gamiturgeometrie des Abnehmers sowie ein zu grol3er Abstand zwischen Haupttrommel und Abnehmer sein. Die Zahl der Noppen nimmt auch mit zu grol3em Brustwinkel der Arbeitergarnitur zu, da die Faserbelegung dann zu hoch ist. Sie steigt auch bei zu weiter Arbeitereinstellung gegenuber der Haupttrommel trotz geringer Arbeiterbelegung. Die Anzahl der Kardierstellen auf der Haupttrommel ist von den geometrischen Verhaltnissen, die sich durch den Haupttrommeldurchmesser und die Anordnung der Ubertragungswalze und des Abnehmers ergeben, abhangig. Sie bestimmen die verbleibende Flache, die in die Zahl der ArbeiterNenderpaare mit den entsprechenden Abstanden zueinander aufgeteilt wird. Damit wird auch festgelegt, welche Faserlangen zweckmal3ig auf der Krempel bearbeitet werden konnen. Am Beispiel Basiskrempel (Abb. 4-9) sind neun Arbeitsstellen angeordnet. Diese Arbeitsstellen bringen ein Optimum hinsichtlich Durchsatzleistung und Qualitat bei der Verarbeitung von feinen Fasern im Bereich von 1,7 bis 6,7 dtex. Bei Zugrundelegung von nur funf Arbeitsstellen ergibt sich eine Qualitatsverschlechterung von ca. 40% und eine Produktionsminderung. Sind nur vier Arbeitsstellen vorhanden, ist eine Qualitatsminderung von bereits >50% zu envarten und damit auch die entsprechende Produktionsminderung. Je geringer die Anzahl der Arbeitsstellen ist, um so schlechter ist die Qualitat. Bei gleicher Florqualitat mu6 sich die Krempelleistung entsprechend andern. Die Abstandseinstellung zwischen Arbeiter und Haupttrommel verandert das Faseraufnahmevermogen des Arbeiters erheblich. Wird die optimale Einstellung von 0,15 mm auf eine Weiteneinstellung von 0,6 mm geandert, verandert sich die Materialaufnahme um ca. 50%. Das heifit, dal3 sich der Faserdurchsatz und die
Florqualitiit um 50% verschlechtern. Bei einem konstanten Faserdurchsatz sowie konstanter Abstandseinstellung zwischen Arbeiter und Haupttrommel veriindert sich mit der Geschwindigkeit der Arbeiter die darauf befindliche Fasermenge. Eine hohe Haupttrommelgeschwindigkeit und eine niedrige Arbeitergeschwindigkeit fuhrt zu einer starken Faserbeanspruchung. Eine hohe Arbeitergeschwindigkeit ergibt eine geringe Faserbeanspruchung. Der Vorteil der hoheren Arbeitergeschwindigkeit ist, dafi mehr Material pro Zeiteinheit aus der Haupttrommel abgenommen werden kann. Voraussetzung hierfur ist die Eignung des zur Verarbeitung kommenden Fasermaterials. Zusatzlich ergibt sich bei hoher Arbeitergeschwindigkeit eine wesentlich bessere Durchmischung des Fasermaterials, eine bessere Faserauflosung und damit auch eine schonendere Faserbehandlung, weil geringere Krafte auftreten.
Abnehmen Die Qualitats- und Produktionsanforderungen an Vliesstoffe bestimmen nicht nur die Faserauswahl, sondern auch die Anforderungen an die Vliese. Hierzu gehoren die Faserlage im Vlies, z. B. die Parallellage oder die Wirrlage der Fasern und unter Urnstanden eine Kombination aus beiden. Neben der Ausrichtung der Fasern im Faserflor kann die Leistung in kg/h durch den Abnehmer beeinflufit werden. Merkmale zur Auswahl eines Abnehmerdurchmessers kann z. B. die Beruhrungstlache sein. Sie ergibt sich aus den GroBen der Durchmesser von Haupttrommel und Abnehmer. Eine grofie Beriihrungsflache ist gunstig fur die Parallelisierung der Fasern. Die Strichbildung des Faserflores ist neben der Leistung ein weiteres Merkmal fur die Auswahl des Abnehmerdurchmessers. Sie wird beeinflufit durch die Keilform zwischen Haupttrommel und Abnehmer unterhalb des Beruhrungspunktes. Je schlanker der Keil, um so besser ist die Parallelisierung der Fasern. Neben dem Durchmesser ist die Auswahl der Abnehmergarnitur, insbesondere hinsichtlich des Brustwinkels im Verhaltnis zu dem der Haupttrommel sowie die Spitzenanzahl und die Abstandseinstellung zwischen Haupttrommel und Abnehmer entscheidend. Die Leistung der Krempel und die Florqualitat werden mitbestimmt durch das Verdichtungsverhaltnis VD als Quotient der Geschwindigkeiten von Haupttrommel vT und VAhn.
Bei der mechanischen Vliesbildung wird heute ein Verhaltnis von 5:l nicht mehr unterschritten. Ein Verhaltnis grofier als 5 : 1 bedeutet eine Qualitatsverbesserung des Faserflores. Dem Abnehmer nachgeschaltet sind Abzugseinrichtungen, die den Fasertransport vom Abnehmer zum Nachfolgeaggregat sicherstellen. Der Hacker wird uberwiegend dort eingesetzt, wo flexible Abnehmergarnituren heute noch Verwendung finden. Durch den Ausschlag des Hackerblattes, seine Schlagzahl pro Minute und die erforderliche materialabhangige Uberdeckung wird die maximal mogliche Abnehmergeschwindigkeit bestimmt. Konventionelle Hakker lassen Geschwindigkeiten zwischen S O und 60 m/min zu. Hochleistungshacker ermoglichen bis zu 80 m/min Abnehmergeschwindigkeit. Sehr wichtig ist dann al-
lerdings die Anbringung des Hackers am Abnehmer. Die gedachte Mittellinie zwischen Hacker und Abnehmer sollte nach Moglichkeit nicht uberschritten werden. Unterhalb der gedachten Mittellinie konnen hohere Geschwindigkeiten des Abnehmers erreicht werden.
Walzenabzug Dieser bietet den Vorteil der hohen Abzugsgeschwindigkeiten sowie geringe Verzugs- und Stauchmoglichkeiten. Die Walzenabzuge bestehen in der Regel aus einer garnierten Abnahmewalze und einer weiteren geriffelten, beschichteten oder glatten Walzeneinheit. Zusatzlich befindet sich auf der garnierten Walze eine Putzwalze, um den konstanten Dauerbetrieb sicherzustellen. Bei diesen Systemen sind sehr hohe Geschwindigkeiten von 300-400 d m i n problemlos erreichbar.
4.1.2.2 Anlagentechnik Die Entwicklung der Krempeltechnik ist gekennzeichnet durch Forderungen der Vliesstoffindustrie nach hoherer Krempelleistung bei verbesserter Florgleichmafiigkeit und niedrigen Flachenmassen des Faserflors. Damit verbunden ist die Verarbeitung immer feinerer Fasern mit Feinheiten I1 dtex, weil damit eine hohe Flachendeckung im Faserflor erreicht wird. Es mu13 auch gesichert werden, dal3 die Fasern gleichmafiig im Flor verteilt sind und die gewunschte Faserlage einnehmen. Nachgewiesen ist, dalj ein hoher Kardierfaktor auch zu einer guten Florgleichmaljigkeit fuhrt. Auf Grund jahrelanger praktischer Erfahrungen kann als Grenzwert folgender empirischer Zusammenhang zwischen der zu verarbeitenden Faserfeinheit und der minimal und maximal erreichbaren Flachenmasse des Faserflores angegeben werden. mFmin= 5 .
JTtF
mFmax = 3 ' mFmm mF = Flachenmasse des Faserflores in g/m2 TtF = Faserfeinheit in dtex Gegenwartig werden bei der Verarbeitung von PP-Fasern unter praktischen Verhaltnissen minimale Flormassen von 15 g/m2 erzielt. Die Grenzwerte fur die Florbildungsgeschwindigkeit liegen bei gleich und groljer 300 d m i n . AuBerdem werden Arbeitsbreiten bis 4 m gefordert. Die hohen Krempelleistungen bei groljen Arbeitsbreiten bedingen neue und moderne konstruktive Entwicklungen und prazise Fertigung der Krempelanlagen [ 171. Mulden und Abdeckungen werden an ihren Oberflachen geschliffen, um Abstandseinstellungen von einigen Zehntel Millimetern zwischen schnellaufender Walze und Mulde einstellen zu konnen. Die grol3en Arbeitsbreiten ergeben fur die Walzen, z. B. Arbeiter-, Wendenvalze, bei gleichem Rohrdurchmesser eine grol3e Durchbiegung, was zu nicht vertretbaren groljeren Abstandseinstellungen zwischen den Arbeitsorganen fuhrt. Eine Vergroljerung ihres Durchmessers wurde zu
4 Trockenverfiihren
156
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4.
Abb. 4-14, Univer~al-Hochlei~tung~krempel SUPER SERVO-CARD SSC 4-5
einer Reduzierung der Kardierstellen und damit des Kardierfaktors fuhren. Durch Einsatz von CFK-Werkstoffen kann im Vergleich zu Stahl fur gleiche Durchmesser die Durchbiegung wesentlich reduziert werden. Die durch hohe Kardierintensitat bei grol3en Anlagenleistungen entstehende Warme, insbesondere bei Verarbeitung synthetischer Fasern, erfordert den Einsatz von Direktklimatisierungseinrichtungen, um den Faserstrom in der Krempel bezuglich Temperatur und Feuchtigkeit konstant zu halten. Besonderes Augenmerk gilt der Florabnahme von der Krempel. Niedrige Flormassen und hohe Geschwindigkeiten erfordern mit der Walzenabnahme eigenstandige Losungen. Wichtig ist. dal3 keine zu grol3en Verzuge auftreten und damit eine VerungleichmaOigung des Flors eintritt. Eine Miiglichkeit fur den Flortransport bieten Saugbander, die den Flor auf dem Transportband fixieren. Abb. 4- 14 zeigt das Prinzip einer Universalhochleistungskrempel der Spinnbau GmbH fur Arbeitsbreiten his 3 m und Florgeschwindigkeiten his 150 d m i n . Automatisch einschwenkbare Stauchwalzen ermoglichen, bei schweren Faserfloren ein Festigkeitsverhaltnis MD:CD his zu 4: 1 zu realisieren. Mit der Hochleistungs-Wirrvlieskrempel HYPER-CARD HC 4-5 (s. Abb. 4- IS) konnen sehr leichte Flore in Breiten bis max. 4 m bei Geschwindigkeiten his 300 m/min gefertigt werden. Die Anlage ist mit Abzugsbandern ausgestattet, bei denen der Faserflor mittels Unterdruck auf dem Band gehalten und transportiert wird.
Abb. 4-15. Hochleistungs-Wirrvlieskrempel HYPER-CARD HC 4-5
4. I Faservliesstoffe
157
Abb. 4-16. INJECTION CARD MICROWEB der FOR [18]
Moderne Krempelanlagen sind heute integrierter Bestandteil kontinuierlich arbeitender Vliesbildungs- und -verfestigungsanlagen. Dabei bilden Faservorbereitung, Flor- und Vliesbildung eine Einheit. Tendenziell zeichnet sich ab, da13 die Auflosung der Faserflocke zur Einzelfaser und die VergleichmaBigung immer mehr in den Bereich der Faservorbereitung verlagert wird. Die Florbildung und die Anordnung der Fasern im Flor werden zur Hauptaufgabe fur die Hauptwalze mit ihren Arbeitsorganen. Mit der Krempel INJECTION CARD hat die Firma FOR, Biella/Italien [18] (s. Abb. 4-16) eine Krempel entwickelt, bei der die Kardierung auf der Hauptwalze nur in der Kontaktzone zwischen Arbeiter- und Hauptwalze erfolgt. Bei dieser Anlage werden die Wendenvalzen durch eine statische Einrichtung ersetzt, die die durch die Rotation der Haupttrommel entstehende Luftstromung nutzt. Durch diese Art des Kardierens nehmen die Arbeiter kaum noch Fasern von der Haupttrommel ab. Die Verarbeitung sehr feiner Fasern und die Vermeidung der Nissenbildung im Flor werden als Vorteile gegenuber den bekannten Kardierverfahren genannt. 4.1.2.3
Vliesbildung ( M . Schafler)
Bei der Vliesbildung werden auf Krempeln gebildete Faserflore in mehreren Lagen zu einem Vlies ubereinander geschichtet. Die Anforderungen an die Vliese sind die Einhaltung der Masse, der GleichmaBigkeit uber Breite und Lange, der Faserverteilung und -1age. Im allgemeinen sind die Fasern im Faserflor langsorientiert angeordnet. Bei Krempeln mit Wirrvlieseinrichtungen haben die Fasern im Flor eine unbetonte Lage, die bei idealen Verhaltnissen eine Wirrlage ist. Die wichtigsten Verfahren der Vliesbildung sind: Parallellagenvliese und Kreuzlagenvliese
-
4.1.2.3.1
Parallellagenvliese
Bei diesen Verfahren kommen bevorzugt kontinuierliche Verfahren zur Anwendung. Dies bedeutet, daB die von den hintereinander oder nebeneinander angeordneten Krempeln gelieferten Faserflore auf ein gemeinsames Transportband du-
bliert werden. Diese Vliese haben in den meisten Fallen eine Iangsorientierte Faserlage. Dies bedeutet, die Vliesfestigkeit ist in Langsrichtung wesentlich grolJer als in Querrichtung. Bei der Parallellagenvliesbildung ist die Vliesbreite gleich der Florbreite. Eine Verbreiterung ist nicht moglich. Die Geschwindigkeit der Florabnahme von der Krempel bestimmt die Vliesbildungsgeschwindigkeit. Die Bildung von Parallellagenvliesen ermoglicht das Dublieren von Faservliesen unterschiedlicher Massen und Faserarten, was einen Schichtautbau im Vlies ermoglicht. Dabei bestimmt die Lagenzahl im Vlies die notwendige Zahl von Krempeln.
4.1.2.3.2 Kreuzlagenvliese Prinzip des Vlieslegens Der Vliesleger (Kreuzleger) ist innerhalb einer Vliesanlage nach der Krempel angeordnet und nimmt den von der Krempel gebildeten Faserflor mit einer bestimmten Geschwindigkeit ah. Uber ein Transportbandsystem mit oszillierender Wagenbewegung wird dieser Flor auf einem Abzugsband mehrlagig abgelegt. Dieses Abzugsband bewegt sich rechtwinklig (90”) zur Wagenbewegung. Uber das Geschwindigkeitsverhdtnis der oszillierenden Wagenbewegung und des Abzugstisches I5Bt sich ein mehrlagiges Vlies bilden (Abb. 4-17). Flor Zufuhr Transportband
oberes Transportb unteres Transportband
I
-_ 3
Ahh. 4-17. Prinzip Krcuileger
Aufgaben des Vlieslegers Erhiihung der Vliesmasse Durch das mehrlagige Florlegen lafit sich die Vliesmasse um ein gerades Vielfaches der Flormasse zur gewunschten Produktendmasse erhohen. Die kleinste Einheit ist eine sogenannte Doppellage, also ein durch eine Hin- und Herbewegung des Ablegewagens gebildetes Vlies. Aus qualitativen Griinden wird in der Praxis jedoch in der Regel immer mit mindestens zwei Doppellagen gearbeitett. Vergroljerung der Vliesbreite Vliesleger konnen Vliesbreiten (Legebreiten) his zu 7 m produzieren. In Sonderausfuhrungen fur die Papiermaschinenbespannungen werden Legebreiten his zu I6 m erreicht. Der Vliesleger bestimmt somit die maximale Endproduktbreite. Es konnen uber den Vliesleger jedoch auch stufenlos geringere Legebreiten hergestellt werden.
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Bestimmung der Vliesfestigkeit in Langs- und Querrichtung Der Krempelflor kann je nach Ausfuhrung des Abnehmersystems verschiedene Faserorientierungen haben. In Verbindung mit einem Vliesleger wird bevorzugt ein Krempelflor mit weitgehend paralleler Faserlage angestrebt, d. h. ein GroBteil der Fasern im Flor liegt in Laufrichtung, ist also langsgerichtet. Uber die Legebreite und die Lagenzahl laBt sich ein Ablegewinkel des Flors und somit die Ausrichtung der Fasern auf dem Abzugsband bestimmen. Die Ausrichtung der Faserlage bestimmt das Langs-/Querfestigkeitsverhaltnis im Endprodukt. Verbesserung der Endproduktqualitat Verzuge bei der Vliesverfestigung (mechanisch, thermisch, chemisch) haben Vliesbreiteneinsprunge zur Folge, welche - uber die gesamte Breite gesehen nicht gleich sind, sondern sich im Randbereich starker konzentrieren. Die Folge ist, dal3 die Flachenmassen in den Randbereichen des Endproduktes hoher sind als im ubrigen Bereich. Dieses textiltechnologische Phanomen wird im Fachjargon auch als ,,Badewannen-" oder ,,Smile-Effekt" bezeichnet. Moderne Antriebs- und Steuerungselemente im Vliesleger ermoglichen eine gezielte ungleichmaBige Florablage (Profiling), um diesem Badewanneneffekt entgegenzuw irken.
Vlieslegerbauformen Die Vliesleger lassen sich in zwei Kategorien aufteilen: die Steilarmleger (Camelback) und die Horizontalleger (Flachtafler) (Abb. 4-1 8). Wahrend die Steilarmleger (Abb. 4- 19) in Ihrer Funktionalitat dreidimensional ausgelegt sind und somit die variable Legebreite in eine davon abhangige Bauhohe eingeht, arbeitet der Horizontalleger abstrakt betrachtet nur zweidimensional. Dabei bleibt die Maschinenhohe legebreitenunabhangig immer konstant. Wahrend beim Steilarmleger die Flordurchlaufgeschwindigkeit innerhalb der Maschine immer gleich grol3 ist, verandert sich diese beim Horizontalleger wahrend des Durchlaufs in Abhangigkeit der Wagenbewegungsrichtungen. Die Horizontalleger lassen sich wiederum unterteilen in die Kategorien GegenIaufer und Gleichlaufer (Abb. 4-18). I
Steilarmleger (Camelback)
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Horizontalleger (Flachtafler)
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Abb. 4-18. Legerbauformen
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Gleichlaufer
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Ahb. 4-19. Steilarrnleger
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Ahb. 4-20. Gegenliiufiger Doppelbandlegei
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Abb. 4-21. Gleichliiufiger Doppelbandleger
Jeder Horizontalleger besitzt einen sogenannten Oberwagen und einen Legewagen. Diese beiden Wdgen fuhren die oszillierende Bewegung und somit iiber die Transportbander die Florablage auf das Abzugsband aus. Bewegen sich Oberwagen und Legewagen in gegengesetzter Richtung zueinander, so spricht man von einem Gegenliiufer (Abb. 4-20). Analog hierzu handelt es sich urn einen Gleichlaufer (Abb. 4-2 1 ) bei gleichgerichteter Bewegung von Ober- und Legewagen. Bei einem gegenlaufigen Horizontalleger sind fur die Flordurchfiihrung zwei Florumlenkungen von jeweils 180' notwendig. Der Gleichlaufer kommt mit einer einzigen I 80"-Umlenkung am Oberwagen BUS. Wahrend der Gegenlaufer nur in der Version als Doppelbandleger bekannt ist, I i O t sich der Gleichliiufer nochmals aufteilen in die beiden Bereiche Wagenleger und Doppelbandleger.
4. I Faservliesstoffe
161
Abb. 4-22. Wagenleger
Der Wagenleger (Abb. 4-22) besitzt eine s t a t i o n ~ eFlorzufuhrung und hat einen Oberwagen und einen Legewagen mit jeweils in sich geschlossenen Transportbandern. Die Florfuhrung durch den Leger ist offen, ebenso die Florablage auf dem Abzugstisch. Beim Doppelbandleger (Abb. 4-20 und 4-21) werden Ober- und Legewagen mit den beiden Walzenstuhlen an der Krempel und an der Heckseite uber Endlostransportbander verbunden. Dadurch wird der Flor in seinem Durchlauf zwischen den Bandern gefiihrt (deswegen auch die Bezeichnung ,,Sandwich-Leger") und auf dem Abzugsband abgelegt. Daneben dienen diese Bander als Abdeckung fur das abgelegte Vlies und schutzen so vor Luftturbulenzen. Der gleichlaufige Doppelbandleger erlaubt hohe Legegeschwindigkeiten bei gleichzeitig hohen Vliesqualitaten und stellt den derzeitigen Stand der Technik dar.
Maschinen- und Steuerungstechnik Der Vliesleger ist innerhalb einer Vliesanlage die einzige Maschine, die keinen gleichformigen und gleichgerichteten Materialdurchlauf hat, wie z. B. Krempel, Nadelmaschine oder Trockner, sondern der Florablegevorgang erfolgt in zwei gegengesetzte Richtungen. Dies hat zur Folge, daf3 die hierbei bewegten Massen standig beschleunigt und abgebremst werden miissen. Unter diesem Aspekt ist auch die Maschinenkonstruktion und die Antriebs- und Steuerungstechnik zu sehen. Konnte der Kreuzleger in den Anfangen seiner Entwicklung noch als Zusatzaggregat zur Krempel betrachtet werden - in der Regel auch vom Hauptmotor der Krempel mit angetrieben - so hat er sich im Laufe der Jahrzehnte zur eigenstandigen leistungs- und qualitatsbestimmenden Anlagenkomponente innerhalb der Vliesanlage entwickelt. Wesentliche Bauelemente eines modernen Vlieslegers sind: Legebander Die Legebander in einem Sandwich-Leger haben neben dem Transport des Krempelflors auch die Aufgabe, alle bewegten Massen innerhalb des Legers zu beschleunigen und abzubremsen. Deshalb mussen sie bei geringer Flachenmasse eine hohe Langszugfestigkeit bei gleichzeitiger Quersteifigkeit haben.
Fur den Flortransport und die Florablage ist eine glatte Oberflache mit moglichst geringem Obertlachenreibwert notwendig. Chemische Resistenz der Obertlache gegenuber der Faseravivage ist ebenso gefordert wie antistatisches Verhalten gegenuber Chemie- und Naturfasern. Legerwalzen Aufgrund der translatorischen und rotatorischen Bewegungen mussen fur hohe Maschinengeschwindigkeiten die Massentragheiten moglichst gering gehalten werden. Dies ist in konventioneller Stahltechnik nur noch bedingt moglich. Hier werden alternative Materialien, wie Verbundfaserwerkstoffe (CFK), eingesetzt. Antriebe Fur eine prazise Florablage sind exakt arbeitende Motore notwendig. In einem gleichlaufigen Doppelbandleger wird fur jedes bewegte Element ein separater AC-Servomotor eingesetzt. Dies bedeutet, dal3 sowohl jedes Legeband wie auch jeder Wagen (Obenvagen und Legewagen) sowie das Abzugsband uber eine eigene Antriebsachse verfugen. Die linearen Wagenbewegungen werden dabei uber absolute Wegerfassungssysteme kontrolliert, um eine hohe Umschaltgenauigkeit zu erhalten. Wagenbewegung Die Reversiergenauigkeit der Antriebe wird auf die beiden Wagen uber dehnungsarme Zahnriemen ubertragen. Die Zahnriemen arbeiten gerauscharm, schmiermittel- und wartungsfrei. Abzugsband Die anfangs aus Holz gefertigten Lattenbiinder wurden ersetzt durch Kunststofflattenbander. Diese Latten bieten die Moglichkeit, die Oberflache so zu gestalten, dal3 ein Faserruckhalt beim Ablegevorgang gewahrleistet wird. Dies ist insbesondere bei hohen Ablegegeschwindigkeiten erforderlich. Steuerung Die in einem gleichliiutigen Doppelbandleger vorhandenen fiinf Antriebsachsen werden auf einer komplexen mathematischen Berechnungsgrundlage aul3erst exakt gesteuert. Diese Berechnungen werden uber Personal-Computer oder speicherprogrammierbare Steuerungen durchgefuhrt. Der Leger wird am Monitor visuell dargestellt. Dadurch konnen alle Einstellparameter an der Maschine auch ortlich zugeordnet werden, und die Einstellung des Legers erfolgt somit bedienergefuhrt. Technologische Aspekte und qualitatsbestimmende Merkmale: Der von der Krempel kommende Faserflor ist ein sehr sensibles und luftempfindliches Flachengebilde, welches uber den Vliesleger mit moglichst hoher Geschwindigkeit und Prazision abgelegt werden soll. Die erzielbaren Geschwindigkeiten sind modellabhangig, unterliegen aber auch einem erheblichen EinfluR nachfolgender Faktoren: -
Florcharakteristik (Faserorientierung) Faserart (synthetische Faser, Viskose-, Naturfaser usw.)
-
Faserdimension (Feinheit und Lange) Faserelastizitat (Krauselung) Flormasse Faseravivage und Raumklima (Temperatur und Feuchte)
Grundsatzlich gilt folgender Zusammenhang: je hoher die Faser/Faserreibung und je paralleler die Ausrichtung der Faser in Florlaufrichtung, um so hoher ist die Stabilitat des Flors und damit vorteilhaft fur die erzielbare Legergeschwindigkeit. Die Vliesmasse auf dem Abzugsband des Legers wird uber die Anzahl der Florlagen bestimmt, also uber das Geschwindigkeitsverhaltnis des einlaufenden Flors und des auslaufenden Abzugsbandes. Hierzu dient folgende Berechnungsgrundlage: Vliesmasse = Einfachlagenzahl x Flormasse (g/m2) Bei der Bestimmung der Vliesmasse am Ausgang des Legers ist zu beachten, daB dieses immer nur ein ganzes Vielfaches der Flormasse sein kann. Bei allen Massen- und Leistungsberechnungen ist zu beachten, daB immer die Einfachlagenzahl verwendet wird. Die am Legerabzug sichtbare Legekante (Schlaufe) stellt immer eine Doppellage, also zwei Einfachlagen, dar. Zahlenbeispiel fur Berechnung der Vliesmasse: Flormasse: 25 g/m2 Lagenzahl (einfach): 16 Vliesmasse = 25 x 16= 400 g/m2 Die Leistung eines Vlieslegers p errechnet sich uber die effektive Krempelflorbreite, die Flormasse sowie die Floreinlaufgeschwindigkeit am Leger nach Gleichung (9)
Beispiel: Effektive Florbreite ABeff 2,40 m bei Nennarbeitsbreite 2,5 m Flormasse mF: 40 g/m2 (gemessen am Legereinlauf) Floreinlaufgeschwindigkeit vF: 110 d m i n
2 , 4 0 . 4 0 . 110.60 = 633,6 kg/h 1000 Fur eine optimale Vliesqualitat ist es notwendig, den sogenannten LagenschluB optimal einzustellen. Darunter versteht man den bundigen AbschluB des Beginns der obersten Florlage mit dem Ende der untersten Florlage. Dieser LagenschluB wird uber die Lagenzahl durch die Floreinlaufgeschwindigkeit, die Legebreite sowie die Abzugsgeschwindigkeit definiert. effektiver Florbreite . Floreinlaufgeschwindigkeit Lagenzahl = effektive Legebreite . Vliesabzugsgeschwindigkeit Legerleistung
=
In der Praxis wird aufgrund der gewunschten Endmasse und der vorgegebenen Flormasse die Lagenzahl festgelegt und die sich daraus ergebende Abzugsgeschwindigkeit VAhzug berechnet.
Zahlenbeispiel: effektive Krempelflorbreite ABerc 2,4 m 1 10 d m i n Floreinlaufgeschwindigkeit vF: 3,8 m Legebreite effektiv LB,,c 16 Einfachlagenzahl Zeinfilch: 2 , 4 . 110 = 4.34 m/min VAhzug 3 , 8 . 16 Anwenderspezifisch wird je nach Lagenzahl und Verzug bei der nachfolgenden Verfestigung rnit einer gewissen Uberlappung im cm-Bereich gearbeitet, um somit im Endprodukt eine moglichst hohe Massegleichmal3igkeit in Laufrichtung zu erhalten. Vliesleger rnit modemen Steuerungssystemen haben diesen Rechenvorgang in der Regel integriert, d. h. der Bediener mul3 lediglich die gewunschte Lagenzahl eingeben, dadurch wird automatisch die entsprechende Abzugsgeschwindigkeit vorgegeben. Bei konventionellen Vlieslegern ergibt sich das Problem, dal3 der mit konstanter Geschwindigkeit von der Krempel kommende Flor auch wahrend der Umkehrung des Legewagens mit gleichbleibender Geschwindigkeit abgelegt wird, d. h. im Umkehrbereich des Legewagens wird mehr Flor abgelegt als im mittleren Bereich. Dadurch ergibt sich der sogenannte ,,Badewanneneffekt", d. h. ein Masseprotil des Vlieses mit deutlich schwereren Vliesrandem. In modemen Vlieslegem hingegen wird der Flor im Durchlauf wahrend der Legewagenumschaltung zwischengespeichert und danach wieder kontrolliert aufgelegt. Beispiel hierfur ist der in Abb. 4-23 dargestellte Vliesleger Topliner CL 4000 der AUTEFA Maschinenfabrik GmbH. Dadurch ist es moglich, den Flor einerseits rnit konstanter Geschwindigkeit von der Krempel abzunehmen, ihn andererseits wahrend der Umschaltung synchron rnit der sich in der Geschwindigkeit verandernden Legewagenbewegung abzulegen. Damit wird eine wesentlich gleichmPl3igere Masseverteilung des Vlieses uber die Legebreite erzielt. Trotz einer gleichmafiigen Vliesvorlage vom Leger wird in
Abb. 4-23. Vliesleger Topliner CL 4000
4. I Fmervliesstoffe
165
Verbesserung der Produktqualitat
Konventieller Vliesleger
Abb. 4-24. Mnglichkeiten der Qualitatsoptimierung durch die von AUTEFA patentierte Profilsteuerung ,,Profiling"
der Praxis in der Regel keine optimale Masseverteilung im Endprodukt erreicht. Hauptgrund hierfur sind die Verzuge wahrend des Verfestigungsprozesses, welche das Produkt in der Breite schrumpfen lassen, dadurch zu einer ungleichmaBigen Masseverteilung fuhren und so die Qualitat mindern. Da ein Vliesleger das Ausgangsprofil fur die weitere Vliesverfestigung bestimmt, kann die Masseverteilung auch bewuBt ungleichmaljig gestaltet werden mit dem Ziel, nach der Vliesverfestigung ein moglichst gleichmaBiges Profil zu erhalten. Ermoglicht wurde dieses patentierte Verfahren mit der Einfuhrung speicherprogrammierbarer Steuerungen und der Servo-Antriebstechnik. Mit dieser Profilsteuerung - auch ,,profiling" genannt - laBt sich die Florablage, wie es in Abb. 4-24 als Beispiel fur konstante Fasermischungen dargestellt ist, uber die gesamte Legebreite kontrollieren [ 191. Wie die ITMA'99 zeigte, hat sich das System Vliesleger mit Profilsteuerung durchgesetzt und wird von allen Marktfuhrem angeboten (Autefa automation (D), Thibeau/Asselin (F) Octir/HDB, Thatham, (GB)). Die Einlaufgeschwindigkeiten des Flores haben heute bereits die 150 d m i n uberschritten [20]. 4.1.2.4
Vliesstreckung (W Kittelmann, S. Bernhardt)
Das Vliesstrecken hat die Aufgabe, die Fasem im Vlies in Streckrichtung umzuorientieren und das gebildete Vlies zu verfeinern. Die auf Legeeinrichtungen gebildeten Kreuzlagenvliese besitzen in der Regel eine hohe Querfestigkeit und relativ geringe Langsfestigkeit. Bei vielen Anwendungsfallen der Vliesstoffe ist erwunscht, daB diese in beiden Richtungen ein ausgeglichenes Festigkeitsverhaltnis besitzen. Um dies zu erreichen, mussen die Fasem im Vlies in Maschinenlaufrichtung umorientiert werden. Dies verbessert das Festigkeitsverhaltnis MD:CD erheblich. Eine Leistungssteigerung einer Vliesstoffanlage ist auch dadurch gegeben, daB beim Florlegen Vliese mit grol3erer Flachenmasse gebildet werden, die beim Vlies-
strecken auf Grund der hoheren Geschwindigkeiten verfeinert werden und somit zu niedrigeren Flachenmassen der Vliese fuhren. Die hohere Auslaufgeschwindigkeit am Streckwerk fuhrt zu einer groljeren Flachenproduktion je Zeiteinheit. Das Vliesstrecken wird durch das Verhaltnis von Lange und Breite des gestreckten Vlieses zu seinen urspriinglichen Massen bestimmt. Dieses Verhaltnis bezeichnet man als Verzug. Fur den Verzug V gilt die Beziehung v = -V=A - mvE VE mvA VA = Vliesgeschwindigkeit am Auslauf vE = Vliesgeschwindigkeit am Einlauf mvE = Vliesmasse am Einlauf mvA = Vliesmasse am Auslauf Der Gesamtverzug beim Vliesstrecken ist gleich dem Produkt der Teilverzuge. Beim Vliesstrecken ist darauf zu achten, dalj der Breiteneinsprung des Vlieses wahrend des Verziehens weitestgehend vemieden wird. Das Verhaltnis der Flachenmasse des Vlieses von Einlauf zu Auslauf in der Vliesstrecke ist umgekehrt proportional zu den zugehorigen Geschwindigkeiten. Damit verandert sich auch die Faserzahl und ihre Lage im Vliesquerschnitt. Wichtig ist, dalj der Anteil der schwimmenden Fasern, d. h. derjenigen mit unkontrollierten Geschwindigkeiten, beim Strecken gering gehalten wird, um die Verungleichmaljigung zu minimieren. In der Regel besitzt die Vliesstrecke drei bis vier Verzugszonen, die mit Servo-Einzelantrieben ausgestattet und damit die Einzelverzuge stufenlos einstellbar sind. Die Walzentrios haben entsprechende Walzendurchmesser, damit die Durchbiegungen auch bei Arbeitsbreiten bis 7 m gering sind. Die einzelnen Walzen sind mit Sagezahngarnituren belegt, um den Vlieseinsprung zu vermeiden. Sie sind in der Hohe zueinander stufen10s einstellbar. Die Klemmpunktabstande sind - bedingt durch die Faserlange - so gering wie moglich zu halten und variabel zu gestalten. Abb. 4-25 zeigt den Querschnitt der Vliesstrecke VST 4 der Spinnbau GmbH.
Abb. 4-25. Querxhnitt der Vliesstrecke VST 4 der Spinnbau GtnbH
4.I Fasewliesstofle
167
Abb. 4-26. Mogliche Walzenanordnung fur die Verzugszonen
Festigkeitsverhaltnis
MD CD
und dern Vliesverzug
In Abb. 4-26 sind die moglichen Walzenanordnungen fur die Verzugszonen mit den Klemmpunktabstanden dargestellt. Abb. 4-27 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Festigkeitsverhaltnis MD:CD und dem Verzug auf Grund der Faserumorientierung. Das gunstige MD:CD-Verhaltnis ist besonders abhangig von den aul3eren Fasereigenschaften, dem Vliesaufbau und dem Verzug, der in der GroRenordnung von ein- bis vierfach liegen kann. Im Zusammenhang mit dem Vliesstrecken wird auf das von J.P. Dilo entwikkelte Streckwerk VE (s. Abschnitt 6.1.6) hingewiesen.
4.1.3
Faservliese nach dem aerodynamischen Verfahren (A. Paschen, E Leifell, B. Wulfiorst)
4.1.3.1
Aufgabe des Verfahrens
Die aerodynamische Vliesbildung ist ein trockenes Verfahren zur Bildung eines Faservlieses aus Fasern (Kurz- his Langfasem). Dazu werden die Fasern vor dem VliesbildeprozeB mehr oder weniger. intensiv geoffnet. Durch die Wahl der vorgeschalteten Offner oder Krempel wird der Auflosegrad der Fasem bestimmt. Diese Prinzipien werden in Abschnitt 4.1.1 ,,Faservorbereitung" beschrieben. Die gewunschten Eigenschaften des Vlieses, z. B. die GleichmaBigkeit und die Flockenmasse des Vlieses, werden in hohem MaBe von der Qualitat der Offnung beeinflufit. So erfordert ein dunnes, gleichmafliges Vlies eine hohere Auflosung der Fasem als ausgesprochen schwere Vliese. Die aerodynamische Vliesbildung ermoglicht die Herstellung eines Vlieses, das in Langs- und Querrichtung gleiche Eigenschaften bezuglich Faserorientierung, Elastizitat, Verformbarkeit und Festigkeit hat. Auch senkrecht zur Vliesoberflache ergeben sich vorteilhafte Eigenschaften, da auch in dieser Richtung eine gunstige Ausrichtung der Fasern erreicht wird. Das fuhrt zu voluminosen, druckelastischen Vliesen mit relativ geringem Volumengewicht. Aufgrund des einschichtigen Aufbaus besteht nicht die Gefahr der Florlagenspaltung, die bei Vliesen, die mit Legem hergestellt werden, oft gegeben ist. Neben den vliestechnologischen Aspekten bietet das Verfahren wirtschaftliche Vorteile, die sich aus dem Investitionsvolumen und den Betriebskosten fur die Produktionsanlagen ergeben. Das ermoglicht kostengunstige Verarbeitung verschiedenartiger Faserstoffe bei hoher Produktivitat.
4.1.3.2
Verfahrensbeschreibung
Die Idee, Vliese aerodynamisch zu bilden, orientiert sich an einem Idealbild. Danach sind in dem erzeugten Flachen- oder Volumengebilde die Fasern in alle Richtungen ausgerichtet. Die Verteilung der Richtungen und der Fasem ist dabei rein zufallig, aber in allen Zonen gleichartig und gleichmafiig. Sowohl in kleinen als auch in grol3en Kontrollflachen sind die Dichte, die Dicke und die Struktur gleich. Je idealer dies erreicht wird, desto grol3er sind die technologischen und wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens, da der Faserstoffeinsatz bei gunstiger Struktur minimiert werden kann. Die auf dem Markt befindlichen Verfahren zur aerodynamischen Vliesbildung unterscheiden sich voneinander und nahern sich mehr oder weniger den Idealanforderungen. Allen Verfahren ist gemeinsam, daf3 nach dem Offnungsprozelj das Material von der letzten Offnungswalze in einen Luftstrom ubergeben wird. Das Luft-Fasergemisch landet auf einer kontinuierlich bewegten Siebflache. Die Siebflache steht unter Saugzug, so daR sich die Fasem auf der Siebflache ablagem. Die Luft verdichtet beim Durchstromen der abgelagerten Fasem das so gebildete Vlies. Dieses Grundprinzip ist in Abb. 4-28 dargestellt 121, 221.
4. I Fa.sewlies.stofJe
169
Abb. 4-28. Grundpnnzip der derodynamischen Vliesbildung
Der Verdichtungsgrad Vd ist wahrend der Luftdurchstromung von der Luftgeschwindigkeit und der durchgesetzten Luftmasse abhangig. GemaB dem Impulssatz ist er proportional dem Produkt aus Luftgeschwindigkeit v und Luftmasse m: Vd = f(v x m) Die in der Praxis angewandten Verfahren und Anlagen unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daB verschiedene Offnungsgrade vor der Vliesbildung erreicht werden und verschiedene Luftgeschwindigkeiten und Luftmengen zur Durchstromung wahrend der Faserablage erzeugt werden. Die Luftgeschwindigkeiten und die besaugten Ablageflachen sind in der Regel so gepaart, daB bei den hohen Luftgeschwindigkeiten nur schmale Schlitze, im Extremfall durch Vakuumpumpen besaugt, die Vliesbildezone darstellen und daB bei niedrigen Geschwindigkeiten die Saugflachen, und somit auch die Vliesbildezonen, groBer werden. Als Grenzfall kann die nicht besaugte Vliesbildezone betrachtet werden. Dabei werden die Fasern aus der Offnungswalze herausgeschleudert und landen nach einer Wurfkurve schlieBlich im wesentlichen im freien Fall auf dem Ablageband. Hierbei beeinfluBt auch die von der Offnungswalze bewegte Luft im Ablageraum den Flug und die Formation der Fasern wahrend der Ablage. Als Siebflache werden Siebtrommeln oder Siebbander eingesetzt, wobei die Siebbander in der Praxis ubenviegen. Zur Erzeugung des Saugzuges an der Siebflache kommen grundsatzlich verschiedene Prinzipien in Frage. Dies sind Uberoder Unterdrucksysteme bzw. deren Kombinationen. In Abb. 4-29 sind die Systeme prinzipiell dargestellt [2 1, 221. Die Eigenschaften des erzeugten Vlieses konnen mit geometrischen, physikalischen, technologischen und statistischen Werten beschrieben werden. Skaliert man die Werte, so kann man danach die Qualitatskriterien ermitteln und festlegen. Damit kann der Erfullungsgrad der Anforderungen an das Vlies gemessen werden. Wegen der Vielzahl von Werten und deren unterschiedlicher Art ist das Problem der Qualitatsbeschreibung und Beurteilung sehr komplex, aufwendig und schwierig, insbesondere, wenn der Anspruch an Vollstandigkeit gestellt wird. Dies sollte bei den weiteren Ausfuhrungen beachtet werden. So wird versucht, einige wichtige EinfluBgroBen fur die Qualitat des Vlieses aufzuzahlen und in Beziehung zu setzen. Dies kann demnach nur grob und ohne Werte erfolgen. Die Eigenschaften des erzeugten Vlieses hangen vom eingesetzten Faserstoff und von der verwendeten Produktionsanlage ab (Abb. 4-30).
. L ~
d)
a) Freier Fall b) Uberdrucksystem c) Unterdrucksystem d) Geschlossener Luftkreislauf e) Uber-/ Unterdrucksystem
e)
Abb. 4-29. Prinzipien der aerodynarnischen Vliesbildung
Faserstoff-Eigenschaften
Anlage
Faserstoff-Zustand
Betriebsbedingungen
Abb. 4-30. EintlulJgriilJen auf die Vlieseigenschaften
Dabei ist zunachst der Faserstoff selbst mit seinen Eigenschaften im Anlieferungszustand zu betrachten und zu beurteilen. Danach wird durch die Vorbereitung sein Zustand, insbesondere die Anordnung der Fasern zueinander, verandert. Die gewahlte Anlage mit ihren speziellen Moglichkeiten legt zunachst das erreichbare Ergebnis fest. Daruber hinaus bestimmen die gewahlten Betriebsbedingungen innerhalb dieser Moglichkeiten schliel3lich das endgultige Ergebnis. Die wichtigsten EinfluUgroOen auf die Vliesqualitat sind:
Faserstoff-Eigenschaften: Feinheit, Faserquerschnittsform, Faserlange, Faserlangenverteilung, Krauselung, Oberflache (z. B. Rauhigkeit, Reibfaktor Faser-Faser, Reibfaktor Faser-Metall, Weichheit), statische Aufladungsfahigkeit, Festigkeit, Elastizitat, Biegesteifigkeit.
4. I Faservlirsstoffe
17 1
Faserstoff-Zustand: Auflosegrad, Feuchtigkeit, Verteilung im Raum, Ladezustand bezuglich statischer Elektrizitat, Mischungszustand, Verbindung der Fasern untereinander. Anlage: Wahl der Einzelaggregate, Anordnung der Aggregate zueinander, Zahl der Offnungswalzen, Ausstattung der Aggregate (z. B. Offnungsaggregat: Garnituren, Form und Spitzenzahl), Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen, Ablageraum, Flugweg, Band-Trommel, Geometrie der Siebflache, Ablagezone u. -groBe, erreichbare Luftgeschwindigkeiten, erreichbare Luftmengen, Neigung zu Turbulenzbildung. Betriebsbedingungen: Durchsatz, gewahlte Umfangsgeschwindigkeiten (Offnen), gewahlte Siebflachengeschwindigkeit, gewzihlte Luftgeschwindigkeiten, gewahlte Luftdurchsatze, gewahlte Vliesmasse, Einstellung von Leitelementen. Zur Erzielung der gewunschten Vliesqualitat mussen die Anlagen- und Betriebsparameter optimal auf den Faserstoff eingestellt werden. Sie beeinflussen die Zustandseigenschaften des Fasermaterials in der Transportluft sowie die Art und Intensitat der Luftbewegung. Aus diesen Einflussen resultiert der Landezustand der Faser auf der Siebflache bzw. auf dem sich bildenden Vlies. Dieser Landezustand sowie die mit der Luftstromung einhergehende Verdichtung des Materials bewirken die Verklammerung der Fasern untereinander und damit ihren Zusammenhalt. Dies wirkt sich entscheidend auf die mechanischen Eigenschaften des Faservlieses im Hinblick auf Festigkeit und Elastizitat aus. Trotz optimal aufeinander abgestimmter Verfahrensparameter konnen die rnit dem aerodynamischen Verfahren hergestellten Faservliese nicht die GleichmaBigkeitswerte mechanisch gelegter Vliese erreichen. Dieser Unterschied macht sich bei den leichteren Vliesen immer starker bemerkbar. In der Praxis ist hier die Grenze bei ca. 100 bis 200 g/m2 zu sehen, wobei dieser Wert stark mit der Faserfeinheit korreliert. Die Verarbeitung feiner Fasern, die sich fur die leichteren Vliese eignen, fuhrt bei den aerodynamischen Maschinen zu Schwierigkeiten durch Nissen- und Wickelbildung sowie Verstopfungen der Siebflachen. Hier ist die praktische Untergrenze der Faserfeinheit bei ca. 3 dtex anzusetzen [23]. Aus diesen Griinden liegt der traditionelle Einsatzbereich der aerodynamischen Faservliesbildung bei den schwereren Vliesmassen aus groberen Fasern bis zu 330 dtex, die nach den mechanischen Verfahren nicht mehr verarbeitbar sind. Hier sind die Vorteile in der hoheren Leistungsfahigkeit des Verfahrens und in der Moglichkeit der Verarbeitung breiter Materialspektren zu sehen, wahrend die Probleme mit der GleichmaBigkeit in den Hintergrund treten [23]. Im Hinblick auf die Verarbeitung von Fasermischungen aus Komponenten rnit stark differierenden physikalischen Eigenschaften (Faserfeinheit, -dichte und -1ange) kann es in der Luftstromung zwischen Faserauflosung und Siebflache zu Entmischungsvorgangen kommen. Aus unterschiedlichen aerodynamischen Eigenschaften resultieren unterschiedliche Flugbahnen und entsprechende Auftreffpunkte auf der Siebflache, wodurch Schichtstrukturen entstehen. Zur Vermeidung dieses Effektes konnen sogenannte Deflektorschilde venvendet werden, die die schwereren Fasern umlenken und so die Entmischung aufheben sollen. Ein solcher Schild wird in den folgenden Ausfuhrungen zu den Maschinen dargestellt [23].
4.1.3.3 Maschinen zur aerodynamischen Vliesbildung Die Prinzipien der aerodynamischen Vliesbildung werden von den am Markt befindlichen Maschinen in unterschiedlicher Art und Weise umgesetzt. Die entsprechenden Hersteller sind im Herstellerverzeichnis aufgefuhrt. Am Beispiel einiger am Markt etablierter Maschinen sol1 hier die Wirkungsweise des Verfahrens erkl5x-t werden.
Firma Dr. E. Fehrer: In Abb. 4-3 1 ist eine typische Anlagenkonfiguration, bestehend aus dem Vorvliesbildner V2 1/R und der Wirvlieskarde KI 2, dargestellt. Das Material wird uber einen Ruttelschachtspeiser mit Fullschacht ( 1 ) und ein Offneraggregat (2) direkt einem besaugten Siebband (3) zugefuhrt und von einer Andruckwalze (4) verdichtet. Dieses Vorvlies wird der Wirrvlieskarde K 12 ( 5 ) zugefuhrt. Sie ist in Abb. 4-32 detaillierter gezeigt. Das zugefuhrte Material wird uber eine EinlaBwalze (1) und einen Muldentisch (2) einer rotierenden Kardentrommel (3) zugefuhrt und somit vorgeoffnet. Durch zwei an der Trommel angeordnete Arbeiter-Nendenvalzenpaare (4) wird die Faseroffnung intensiviert und vergleichmarjigt. Die Ablosung der Fasern von der Trommel erfolgt mit Hilfe der Fliehkraft. Die Fasern werden von einem laminaren Luftstrom erfaljt und zu einem mit Unterdruck beaufschlagten Siebband ( 5 )
Abb. 4-31. Vliesanlage V211R
-
K12 der Fa. Dr. E. Fehrer
Abb. 4-32. Wirrvlieskarde K 12 der Fa. Dr. E. Fehrer
4. I Fuservliesstoffe
173
transportiert. Dort findet die eigentliche Vliesbildung statt. Das Vlies wird durch eine Vliesbildewalze verdichtet und uber das Siebband abgefuhrt. In der in Abb. 4-32 dargestellten Version ist diese Vliesbildewalze durch eine High-Loft-Walze (6) ersetzt. Dies ist eine Siebtrommel rnit Saugeinsatz. Durch horizontale und vertikale Verstellung der Saugtrommel sowie individuelle Regelung der Luftstrome kann die Vliesbildung im Hinblick auf die eingesetzte Faser sowie die gewunschte Vliesmasse bzw. die gewunschte Vlieshohe beeinflufit werden. Es entsteht eine Vliesbildezone mit Besaugung von zwei Seiten, wodurch eine vermehrt vertikale Anordnung der Fasern erzielt wird. Hiermit konnen laut Hersteller die Vliesdicken um bis zu 80% erhoht werden [24, 251. High-Loft-Vliese finden beispielsweise in der Bekleidungs- und Mobelindustrie Venvendung. Abb. 4-32 zeigt ebenfalls den zuvor genannten Deflektorschild (7). Die hier vorgestellte kompakte Anlagenbauweise ist bis zu einer Arbeitsbreite von 4,8 m moglich. Hohere Arbeitsbreiten lassen sich nur uber eine spezielle Breitenverteilungsvorrichtung realisieren. Die Anlage eignet sich zur Verarbeitung aller Arten von Synthetikfasern sowie von Baumwolle, Regenerat- und Recyclingfasern von 1,7 bis 200 dtex zu Einlagevliesen, Tragermaterial fur Beschichtungen und Kunstleder, Geotextilien, Filtermaterialien, Vliesdecken, Wand- und Bodenbelagen sowie technischen Vliesstoffen im feineren Vliesmassebereich (20 bis 2000 g/m2) [25, 261. Aktuelle Anwendungen liegen im Bereich der Automobilindustrie. So werden aus solchen Vliesstoffen beispielsweise Formteile aus Mischungen von Flachs oder Jute rnit Polypropylen im Flachenmassebereich bis zu 2000 g/m’ oder Isoliermatten aus Mischungen von ReiBwolle, Baumwolle, Polyester und Schaumstoffwurfeln hergestellt. Der Vorvliesbildner V2 l/R ist eine Weiterentwicklung der Vliesmaschine V 12/R, die immer noch angeboten wird. Sie kann fur den schwereren Vliesmassebereich von 400 bis 3000 g/m2 eingesetzt werden und eignet sich fur die Verarbeitung von Naturfasern und deren Abfallen zur Herstellung von Isolier- und Matratzenvliesstoffen, Fullvliesstoffen und Matratzenauflagen, Unterteppichen sowie Wattierungen fur die Polstermobel und Autoindustrie [25, 261. Sie wird auch in Arbeitsbreiten bis 4,8 m gebaut. Speziell fur die Anwendung im Bereich der leichteren Vliese (20 bis 130 g/m2) bietet Fehrer die Hochleistungswirrvlieskarde K2 1 an. Sie ist in Abb. 4-33 dargestellt. Die K2 1 kann einer Krempel oder einem KrempeVHorizontalleger-Verbund nachgeschaltet werden, wird vom Hersteller aber auch als Anlage zusammen rnit dem Vorvliesbildner V2 l/R angeboten. Charakteristisches Merkmal der K2 1 ist die Venvendung von vier hintereinandergeschalteten Kardentrommeln, die jeweils mit einem Arbeiter-Wender-Paar versehen sind. Ein Vorvlies wird uber einen Muldeneinzug (1) der ersten Kardentrommel (2) zugefuhrt. Diese wirft aufgrund der Zentrifugalkraft einen Teil der Fasermenge durch einen Faserleitkanal(3) auf das Saugsiebband (4) ab, der groBere Teil der Fasermenge wird an die zweite Kardentrommel(5) ubergeben. Dies erfolgt analog beim Ubergang auf die weiteren Kardentrommeln. Es entsteht ein vierlagiges Vlies, wobei die Lagen aufgrund der dreidimensionalen Ablage der Fasern untrennbar miteinander verbunden sind. Dem Verfahren wird eine gute Wirrlage der Fasern und ein in gewissen Bereichen einstellbares, recht ausgeglichenes Festigkeitsverhaltnis MD:CD bescheinigt [27-301.
I74
4 Trockenverfahren 5
2 1
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Abb. 4-33. Hochleistung~wirrvlie~k~rde K21 der Fa Dr E Fehrer
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Produktionsgeschwindigkeit [rn/rnin]
Abb. 4-34. Produktionsleistung von V2 IIR - K I2
Auf der K21 lassen sich Fasern von 1,7 bis 3,3 dtex zu Vliesen fur den Hygiene- und Sanitarbereich, fur Interlinings und Basismittel fur Wischtucher sowie fur Beschichtungstrager verarbeiten. In den Abb. 4-34 und 4-35 sind die auf 1 m Arbeitsbreite bezogenen Produktionsleistungen der vorgestellten Fehrer-Maschinen in Abhangigkeit von den moglichen Produktionsgeschwindigkeiten und Flachenmassen nach den Angaben des Herstellers dargestellt. Der tatsachlich zu wahlende Arbeitspunkt ist immer vom einzusetzenden Fasermaterial und der gewunschten Vliesqualitat abhangig.
4. I Fasetvliesstoffe
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1
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Produkttonsgeschwtndigkeit[m/mtn]
Abb. 4-35. Produktionsleistung von V12R und V21R - K21
Firma Dr. 0. Angleitner: Die Firma Dr. 0. Angleitner bietet verschiedene Vliesmaschinen nach dem aerodynamischen Verfahren an. Ihr Grundprinzip ist in Abb. 4-36 gezeigt. Ein Vorvlies wird von einer Speisewalzenanordnung (1) an eine Offnerwalze (2) weitergegeben. Das dort aufgeloste Fasergut wird uber einen Luftstrom auf ein von unten besaugtes Siebtrommelpaar (3) gefuhrt, wo sich das Faservlies bildet. In Abb. 4-37a ist die Maschine 1004 in ihrer einfachsten Form dargestellt. Das auf kontinuierlich arbeitenden Fasermischanlagen speziell vorbereitete Fasergut
2
3
I
Abb. 4-36. Prinzip der aerodynamischen Vliesbildung der Fa. Dr. Otto Angleitner
2
Ahh. 4-37. Vliesrnaschine 1004 und 1044 der Fa. Dr. Otto Angleitnet
wird uber einen Speiseschacht ( I ) zugefuhrt und bildet auf einem Transportband ( 2 ) das Vorvlies. Zur Verbesserung der Faserauflosung und Vliesgleichmafiigkeit kann eine zweitambourige Anordnung verwendet werden (Maschine 1044). Sie ist in Abb. 4-37 b dargestellt. Hier wird ein bereits aerodynamisch gebildetes Vlies einer weiteren Auflosewalze zugefuhrt, wieder vereinzelt und im Luftstrom einem zweiten Siebtrommelpaar zugefuhrt [3I]. Die Maschinen konnen mit verschieden grofien Siebtrommeln bestuckt werden. Daruber hinaus kann dem Fullschacht eine Kondenservorrichtung vorgeschaltet werden. Pulver- oder Schaumflockenstreuer konnen zwischen Fullschacht und Vliesbildezone erganzt werden und somit das Fasermaterial auf eine adhasive oder kohasive Verfestigung vorbereiten. Zur genauen Regulierung der Vliesmasse kiinnen kontinuierlich arbeitende Wiegeeinrichtungen dienen. Durch die Positionierung der oberen Siebtrommel sowie des Faserleitbereiches zwischen Offnenvalze und Vliesbildung kann der Sammelbereich der Fasern, und damit die Vliesstruktur, gezielt beeinflufit werden. Auf diese Weise sind auch ,,High-Loft"-Strukturen moglich [ 31 1.
Firma Laroche S. A.: Der Vliesbildner 008-0445 (Abb. 4-38) der franzosischen Firma Laroche kann Naturfasern oder Mischungen mit Chemiefasern sowie Glas-, Recycling- oder Abfallfasern zu Vliesen im schwereren Flachenmassebereich von 400 his 1500 g/m2 verarbeiten. Das vorbereitete Fasermaterial wird uber einen rotierenden Kondenser ( I ) einem Speiseschacht ( 2 ) zugefuhrt. Es gelangt uber ein mit Stiften versehenes Forderband (3) in einen volumetrisch arbeitenden Regulierschacht (4). Von dort aus wird das Material uber zwei Speisewalzenpaare ( 5 ) auf ein Forderband mit kontinuierlicher Wiegeeinrichtung (6) gegeben. Es wird einer Auflosewalze (7) zugefuhrt, die die Fasern schneeflockenartig auf ein Siebband (8) abwirft, wodurch das Vlies gebildet wird. Die Faservliese lassen sich - abhangig vom eingesetzten Faserstoff - zu Bettuberwurfen, Matten, Polsterungen und Isolierungen, Tragermaterialien fur Teppiche, Industrie- und Geotextilien sowie Einrichtungstextilien verarbeiten [ 3 2 ] . Firma Rando Machine Corporation: Der von der Firma Rando Machine Corporation angebotene Rando Webber stellt eines der altesten aerodynamischen Vlies-
4. I Fa.serv1iesstoffe
177
1
-7; 2 3
A
6
7
8
Abb. 4-38. Vliesbildner 008-0445 der Fa. Laroche S. A.
bildeverfahren dar, nach dem heute immer noch gearbeitet wird. Das Prinzip ist in Abb. 4-39 dargestellt. Ein nach verschiedenen Verfahren gebildetes Vorvlies gelangt uber einen Speisetisch (1) und eine Speisewalze (2) zu einem schnell rotierenden Tambour (3). Die Faserabnahme vom Tambour wird durch einen Blasluftstrom unterstutzt, wobei dessen Luftgeschwindigkeit durch eine exzentrisch gelagerte Walze (4) gesteuert werden kann. Auf diese Weise wird das Fasergut durch den venturidusenartigen Faserkanal(5) auf ein besaugtes Siebband (6) gefiihrt, auf dem sich das Vlies bildet [33]. Der Rando-Webber wird ublichenveise im Flachenmassebereich bis 2500 g/m2 eingesetzt und verarbeitet Mischungen von kurz oder langstapeligen Primar- oder Recyclingfaserstoffen zu Vliesstoffen unterschiedlichster Anwendungsbereiche [ 3 3 ] . 2
3
Abb. 4-39. Prinzip der aerodynamischen Vliesbildung der Fa. Rando Machine Corporation
Firma H. Schirp: Die Firma Schiy stellt Vliesbildemaschinen fur den Massebereich zwischen 100 und 3000 g/m her. Das Prinzip ist in Abb. 4-40 dargestellt. Ein Vorvlies gelangt uber ein Speisewalzenpaar (1) zu einem Tambour (2), von dem die vereinzelten Fasern durch einen Blasluftstrom abgelost werden. Das Fasermaterial gelangt im Luftstrom auf eine weitere Walzenpaaranordnung ( 3 ) , von denen eine von innen besaugt wird und so das Vlies bildet [34].
1
2
3
Abb. 4-40. Prinzip der aerodynamischen Vliesbildung der Fa. H. Schirp
Das Verfahren eignet sich hauptsachlich fur die Verarbeitung von Recyclingfaserstoffen zu Vliesstoffen fur den Matratzen- und Deckenbereich, Kfz-Formteile, Nadelvliesstoffe oder Teppich-Unterboden [34].
4.1.4 Faservliesstoffe mit senkrechter Faserlage nach dem STRUTO-ROTIS-Verfahren (R. Kri.mii)
Hochvoluminose Vliesstoffe mit senkrechter Faserlage haben sich als Full- und Warmeisolationsmaterialien den Markt erobert. Griinde hierfur sind: -
-
ein steigender Bedarf an Full- und Warmeisoliermaterialien auf Grund des steigenden Energiebedarfs und -preises neuere Erkenntnisse uber die Struktur von Vliesstoffen und uber den EinflulJ einzelner Strukturparameter auf deren Eigenschaften
Nach [35] betrug 1994 die Produktion an Full- und Warmeisolierungsmaterialien zwei Milliarden Tonnen, und der Bedarf steigt weiter. AuBer Vliesstoffen werden auch Materialien aus Glas- oder Keramikfasern und Schaumpolymere, insbesondere Polyurethanschaum, als Isolationsmaterialien verwendet. Bei Eignung konnen Vliesstoffe als Substitute fur Polyurethanschaume z. B. als Unterpolsterstoffe in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden. Bekannt ist nach [36], daB die physikalischen Vliesstoffeigenschaften sowohl bei kleinen als auch bei groRen Verformungen vor allem beeinfluljt werden durch: -
Fasereigenschaften und ihre Lage im Vlies Bindemitteleigenschaften, -anted und -verteilung
Bei angemessener Faserstoffauswahl und Beriicksichtigung der geometrischen Fasereigenschaften Dicke, Lange, Krauselung und Oberflachenglatte lassen sich Vliesstoffe als Isolationsstoffe einsetzen. Voluminose Faservliesstoffe werden bisher aus gelegten oder pneumatisch gebildeten Vliesen mit horizontaler Faserlage
4. I Faservliesstoffe
I79
hergestellt. Diese Vliesstoffe besitzen keine ausreichende Erholung nach wiederholten Belastungen, wie sie im praktischen Gebrauch auftreten. Die wichtigsten Eigenschaften der fur Warmeisolierung verwendeten voluminosen Vliesstoffe sind die Dicke und eine minimale Dickenminderung bei Belastung nach ein- oder mehrmaliger Beanspruchung und Langzeiteinwirkung. Sie haben aber auch Nachteile in ihren Eigenschaften wie Festigkeit, Dehnbarkeit, Relaxationsfahigkeit und Widerstand gegen dynamische Beanspruchung. Hinzu kommen die Anordnung der Fasern im Vlies und ihre Langenverteilung, Faseranhaufungen und -bundel, Wolkigkeit sowie Mischungen von verschiedenen Fasern. Aus diesen Erkenntnissen 1aBt sich sehr einfach ableiten, dal3 die Faseranordnung in senkrechter Vliesebene, also in Belastungsrichtung, gegen wiederholte Druckbelastung vorteilhaft ist. In der textilen Fertigungstechnik ist die Lamellenform bereits bekannt, z. B. bei BouclC- und Schlingenteppichen, bei denen das Garn oder Vlies durch eine Bindemittelschicht rnit dem Untergrund verbunden ist. Das wird auch durch praktische Erkenntnisse rnit den textilen Konstruktionen z. B. BouclC-, Schlingen- sowie auch von Samtteppichen einschliel3lich der NEKO-Klebeteppiche, die schon im Jahre 1958 in die Produktion eingefuhrt wurden [36], bestatigt. Es sind auch Verfahren und Anlagen zu senkrechter Schichtung eines Faserflores oder eines Iangsgefuhrten Fadensystems bekannt. Mit diesen Vorrichtungen wird eine Faserschicht von ziemlich hoher Dichte gebildet, die an einer oder an beiden Seiten unmittelbar auf dem Unterlagenstoff fixiert ist. Am Lehrstuhl fur Vliesstoffe der Technischen Universitat Liberec wurden zwei Technologien und zwei Funktionsmodelle zur senkrechten Vliesschichtung entwickelt. In Verbindung rnit den Aggregaten zur Warme- (STRUTO) oder mechanischen (ROTIS) Verfestigung im KontinueprozeB erfolgte die anlagentechnische Erprobung und ihre erfolgreiche Uberleitung in die Produktion.
4.1.4.1 Herstellungsverfahren fur hochvoluminose Vliesstoffe Die STRUTO-Technologie [37] beruht auf der Herstellung eines Faserflores aus einer Fasermischung mit einem Anteil thermoplastischer Bindefasern, der senkrechten Schichtung dieses Flors zu einem Vlies bestimmter Dicke und Dichte und auf der anschlieBenden Wiirrnebehandlung rnit Abkuhlung des Vlieses. Die Faservorbereitung einschlieBlich der Fasermischung erfolgt rnit bekannten Aufbereitungsanlagen. Der Flor wird nach dem Kardierverfahren gebildet. Er wird dem Senkrechtleger zugefuhrt. Der Senkrechtleger legt den Flor zwischen das Transportband der HeiBluftkammer und den Leitkamm. Beim Durchgang durch die Heiljluftkammer erfolgt die Verfestigung des senkrecht gelegten Vlieses. Nach der Abkuhlung und dem Kantenbeschnitt wird der Vliesstoff in Rollenform aufgewikkelt. Abb. 4-4 1 zeigt das Prinzip der STRUTO-Fertigungsanlage. Die ROTIS-Technologie [38] (Abb. 4-42) ist analog dem STRUTO-Verfahren. Sie basiert gleichfalls auf der senkrechten Vliesschichtung eines von der Krempel zugefuhrten Flores. Das geschichtete Vlies wird anschlieBend gemeinsam mit einem Armierungsnetzstoff in eine Maschine gefuhrt, die mit mehreren senkrecht angeordneten rotierenden Arbeitselementen ausgestattet ist. Durch die Rotationsbewegung bilden sich aus den Oberflachenfasern garnahnliche Strukturen, die gleichzeitig das senkrecht gelegte Vlies rnit dem Netzstoff zu einem armierten
180
4 Trockmvrtjkihren
1 2 3 4
5 6 7
Flockenspeisung Krempel Senkrechtleger STRUTO HeiBluftkammer Kuhlaggregat Schneidvorrichtung Aufwickelvorrichtung
Abb. 4-41. Prinzip der STRUTO-Fertigungsanlage
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1 2 3 4
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5
Flockenspeisung Krempel ROTIS-Aggregat Schneidvorrichtung Aufwickelvorrtchtung
Abb. 4-42. Prinzip der ROTIS-Fertigunfsanlage
Vliesstoff verbinden. Vliesstoffe mit einer Dicke bis SO mm konnen in einem Arbeitsgang mit ein- oder beidseitiger Oberflachenverfestigung hergestellt werden. Ein Vielfaches der Vliesstoffdicke wird durch mechanische Schichtung nach dem gleichen Prinzip mit der ROTIS-L-Laminiemaschine erzielt. Im folgenden werden anlagentechnische Losungen fur das Herstellen hochvoluminoser Vliesstoffe nach den STRUTO- und ROTIS-Technologien erlautert. Die Funktion des Vibrationssenkrechtlegers V-2 nach Abb. 4-43 beruht darauf, daf3 der Hacker 1 den zugefuhrten Faserflor 2 auf das Transportband 3 der HeiBluftkammer ablegt. Dabei wird durch die synchronisierte Horizontalbewegung der Stauchleiste 4 der Flor in die Spalte zwischen dem Transportband und den Drahten des Leitkammes 5 eingedriickt. Die Stauchleiste hat auch die Aufgabe, wahrend der Ruckbewegung des Leitkammes die senkrechte Florlage zu fixieren. Die Florfaltenhohe 6 und damit auch die Hohe des Vliesstoffes wird durch die Hakkerhublange und die Leitkammhohe uber dem Transportband bestimmt. Die Vliesstoffdichte ist abhangig von der Florzufuhrungsgeschwindigkeit und der Transportbandgeschwindigkeit. Der Vibrationsleger Frmoglicht die Verarbeitung von Floren mit einer Masse von 7 g/m' bis 250 g/m- zu einem Vliesstoff mit -
Dicken von 10-30 mm Dichten von 8-50 kg/m' und FlBchenmassen bis I SO0 g/m'
Die Leistung der Anlage betragt his 500 kg/Stunde mit Florzufuhrungsgeschwindigkeiten bis 70 m/min.
4. I Fa.sewliesstoffe
1
L
1 2 3
2
4
5 6
18 1
Hacker Faserflor HeiOluftkammertransportband Stauchleiste Leitkamm senkrecht geschichtetesVlies
Abb. 4-43. Vibrationssenkrechtleger v-2
1 2 3 4
5 6
zugefuhrter Flor Speisewalze Arbeitswalze mit Zahnscheiben Transportband der HeiOluftkammer Leitdrahtrost senkrecht geschichtetesVlies
6
Abb. 4-44. Rotations\enkrechtleger R-2
Das Funktionsprinzip des Rotationssenkrechtlegers R-2 nach Abb. 4-44 besteht darin, dal3 der Flor 1 uber ein Speisescheibensystem 2 zwischen die Scheibenzahne 3 der Arbeitswalze eingedriickt und in gewellter Form zwischen das Transportband 4 und die Leitkammdrahte 5 eingebracht wird. Die Schichthohe des senkrecht gelegten Vlieses 6 wird durch das Verhaltnis der Florzufuhrgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Arbeitswalze 3 und durch die Hohe des eingestellten Spaltes zwischen Transportband und Leitkamm bestimmt. Der Faserneigungswinkel im Vlies kann durch die Geschwindigkeit der Speisewalze und durch ihre Hohenstellung geregelt werden. Der Rotationssenkrechtleger R-2 ermoglicht: Verarbeitung von Flor und z.B. auch von genadelten Vliesstoffen im Flachenmassebereich 7-250 g/m2. Sie konnen in einer oder auch in mehreren Schichten gelegt werden Die Vliesstoffdichte liegt im Bereich von 0,008-0,050 g/cm3 Maximale Flachenmasse bis 1300 g/m2 Produktdicke 8-50 mm Florzufuhrungsgeschwindigkeit bis 100 d m i n Vorteile gegenuber dem Vibrationsleger sind: - groBere Produktdicken - einfachere Regulierbarkeit der Dicke - einfache Bedienung und - grol3ere Leistung
Nachteilig kann die leicht markierte Vliesstoffoberflache sein, da die Arbeitswalzenzahne sich in Form von Langsstreifen abdrucken. Zur Warmebehandlung des senkrecht gelegten Vlieses beim STRUTO-Verfahren sind TunnelheiBluftkammern einsetzbar. Anforderungen an deren Abmessungen und Leistungen sind durch die Menge der zur Bindung bestimmten zugefuhrten Vliesschicht und durch die zur Aktivierung des thermoplastischen Bindemittels notwendigen Temperaturen gegeben. Diese Anforderungen sind teilweise auch von der Dichte des mit den Senkrechtlegern V-2 oder R-2 gebildeten Faservlieses abhangig. Bei einer Breite der HeiBluftkammern von 2200 mm und einer Sektionslange von 1400 mm ergeben sich folgende Leistungen: Leistung 100 kg/S t 300 kg/St 600 kdSt
Sektionenanzahl 1 2 3
Erwarmungsbahnlange 1400 mm 2800 mm 5600 mm
In der Thermozone kommt es zur Dickenstabilisierung und zu einer bestimmten Krumpfung des senkrecht gelegten Vlieses. Durch anschlieflende Kuhlung wird die Vliesdicke fixiert und die Oberflache geglattet. Das ROTIS-Aggregat nach Abb. 4-45 ist in Verbindung mit dem Senkrechtleger die mechanische Verbindungseinrichtung des senkrecht gelegten Vlieses mit den zugefuhrten Netzstrukturen zu einem beidseitig verfestigten Vliesstoff. Beim ROTIS-Verfahren ergeben sich folgende Verfahrens- und Produktkennwerte: Flachenmasse Florzufuhrungsgeschwindigkeit Vliesdicke Vliesdichte
150-1 200 g/m2 10-1 20 m/min I0-50 mm
0,O 10-0,035 g/cm3
Sowohl fur das Herstellen von voluminBsen Vliesstoffen bis zu Dicken von 160 mm ist eine Laminiereinrichtung ROTIS-L, die mit gleichen Rotationsorganen
7 9 5 10 $3
It n
Abb. 4-45. Pnniip de\ ROTIS-L-Aggregate\
8
1 Krernpelflor 2 Rotationssenkrechtleger R-2 3 senkrecht gelegtes Vlies 4 Unterbandforderer 5 Oberbandforderer 6 Unternetzware 7 Obernetzware 8 untere Rotationselernentenreihe 9 obere Rotationselernentenreihe 10 beidseitig verfestigter Vliesstoff
4.I Fasendiesstojfe
1 83
arbeitet, als auch fur Dicken kleiner 8 mm, eine spezielle Horizontal-Schneideinrichtung SPLITTER-H einsetzbar. 4.1.4.2
Eigenschaften der voluminosen Vliesstoffe rnit senkrechter Vlieslage
Die Full- und Warmeisolationseigenschaften voluminoser Vliesstoffe sind von der Dicke abhangig. Das Warmeisolationsvermogen des auf Druck beanspruchten Erzeugnisses ist durch den Grad seines Widerstandes gegen den Warmedurchgang gegeben. Die zeitliche Warmeabfuhrung durch die Schicht erfolgt nach
Q -t
.A.AT d Q = uberfuhrte Warmemenge [J] t = Zeit [s] A = Warmeleitfahigkeitskoeffizient[W. m-'. K-'1 A = Vliesstofflache [m'] AT = Temperaturdifferenz zwischen den beiden Oberflachen [K] d = Vliesstoffdicke [mm] /"-
Der Flachenwiderstand gegen Warmeleitung R ist als Kehrwert der wahrend der Zeit durch die Flache bei dem Temperatureinheitsgradient passierten Warmemenge definiert
Es ist bewiesen, da13 der 2-Wert bei dem gegebenen Vliesstoff nicht vom Grad der Zusammendriickung abhangt und der Warmewiderstand R eine lineare Funktion der Dicke ist. Auf Grund hoherer Bauschigkeit ist der Gesamtflachenwiimewiderstand bei den Vliesstoffen rnit senkrechter Faserlage bis zu 60% hoher als bei denen rnit horizontaler Faseranordnung. Der Warmewiderstand R der Vliesstoffe rnit senkrechter Faserlage ist bei den gegebenen Flachenmassen und bei Belastungen von 200-1 200 Pa groBer als der fur Vliesstoffe rnit horizontaler Faserlage, der den praktischen Beanspruchungen des Vliesstoffes durch eine sitzende oder liegende Person entspricht. So haben nach dem STRUTO- oder ROTIS-Verfahren hergestellte Vliesstoffe bei ein- oder mehrmaliger Druckbelastung einen groBeren Widerstand als Vliesstoffe mit horizontaler oder Wirrfaserlage. Einen Vergleich der Dickenanderung voluminoser Vliesstoffe rnit Flachenmasse 1 SO g/m' zeigt Abb. 4-46. In Abb. 4-47 ist die prozentuale zeitabhangige Dickenanderung nach einer Zusammendriickung auf SO% der Vliesstoffdicke und nach 25 000 Zyklen dargestellt. Den FeinheitseinfluB der Polyesterfasem rnit 1,7 dtex und 17 dtex auf den Warmewiderstand nach Belastung voluminoser Vliesstoffe zeigt Abb. 4-48. In Abb. 4-49 ist das Deformations-Belastungsverhalten fur einen STRUTO-Vliesstoff dargestellt, bei welchem die senkrechte Faserlage von 90 'C bis 0 "C variiert wurde. Der Vliesstoff bestand aus gleicher Polyestermischung mit der Dichte 0,020 g/cm3, Dicke 20 mm und einer Bindungstemperatur von 160"C. Der Vliesstoff mit senkrechter Faseranordnung (a=90") besitzt den hochsten Langenanderungs-
184
4 Trockenvrrfuliren
15
E E Y a,
u
0
Abb. 4-46. Vliesstoffdicke in Abhiingigkeit von der Belastung. I STRUTO-Vliesstoff', 2 Vliesstoff mit Wirrfaserlage, 3 Vliesstoff mit Querfaserlage. 4 Thermovliesstolf mit Querfaserlage. 5 Nadelvliesstoff
5
0
0
300
600
1200
900
Belastung Pa
Abb. 4-47. Prozentuale Dickenanderung in Abhiingigkeit von der Erholungszeit nach 2500 Belastungszyklen. 1 Polyurethanschaum. 2 STRUTO-Vliesstoff, 3 Vliesstoff mit Wirrfaserlage
~-
0 OD
0
COO
1203
1000
2400
Belaslung Pa - A - S E l 7 -0-SE17 - b Q U l 7
- oOU17
o o Vliesstoff mil senkrechter Faserlage A A Vliesstoff mil horizontaler Faserlage
Abb. 4-48. Wirmeleitwiderstond in Abhiingigkeit von der Belastung der Vliesstoffe aus I .7 dtex- und I7 dtex-Fasem
4.2 E x t r u , ~ i ~ n . ~ v l i e . ~ ~ ~ t o1f85 fe STRUTO V
n=90 STRUTO R a=75 HORIZONT fl=O
Abb. 4-49. Deformations-Belastungsverhalten von STRUTO-Vliesstoffen rnit unterschiedlicher Faseranordnung 000
230
460
690
9M
11 50
Belastung kPa
widerstand bis der Bruch eingeleitet wird. Den kleinsten Langenanderungswiderstand hat der Vliesstoff mit der horizontalen Faserorientierung (a=O"). Nach einer Langzeitbelastung von 48 Stunden mit 2 kPa wird der Deformationsverlauf ausgeglichen. Fur das Herstellen voluminoser Vliesstoffe ist es wichtig, die Anforderungen an das Erzeugnis zu kennen. Sie sind die Grundlage fur die Auswahl der Legeverfahren zum Erzielen einer senkrechten Faserlage im Vliesstoff und die Wahl des thermischen oder mechanischen Verfestigungsverfahrens. Die nach diesen Verfahren hergestellten Erzeugnisse besitzen eine hohe Widerstandsfahigkeit gegen Druckbelastung bei gutem Warmeisolationsvermogen.
4.2 Extrusionsvliesstoffe ( W Kittelmann, D. Blechschmidt)
Das seit mehr als 50 Jahren bekannte Schmelzspinnen thermoplastischer Hochpolymere hat vom Rostspinnen zum Extruderspinnen mit seinen vielfaltigen polymer-, technik- und sortimentsspezifischen Produktionslinien gefuhrt. Nach dem Extruderspinnen werden Filament- oder Fasergame hergestellt, die zu textilen Flachengebilden verarbeitet werden. Die Verfahren zur Herstellung von Extrusionsvliesstoffen (siehe Abb. 4-1 ) ermoglichen die Umformung von extrudierten Polymerschmelzestromen zu textilen Flachen in kontinuierlichem Direktverfahren. Grundlage hierfur sind die Entwicklungen im Zeitraum 1950-1970 [44-481. Zu den Extrusionsvliesstoffen gehoren Filament- und Faserspinnvliesstoffe sowie die aus extrudierten Folien gefertigten Vliesstoffe mit einer faserartigen Stuktur. Besonders in den letzten 10 Jahren hat weltweit eine starke Entwicklung der Extrusionsvliesstoffe stattgefunden. Sie ist durch neue Verfahrens- und Sortimentsentwicklungen, insbesondere auf Basis Polypropylen im Bereich niednger Flachenmasse fur Hygiene-, Medizin-, Agrar- und Bautextilien charakterisiert. Tabelle 4- 1 enthalt die Produktionsentwicklung der letzten 10 Jahre nach Angaben der EDANA fur Vliesstoffe gesamt und fur die Extrusionsvliesstoffe (spunlaid nonwoven).
Tabelle 4-1. Vliesstotlproduktiori in Westeuropa in 1000 Tonnen nach EDANA-Statistik I989
1991
1993
I995
1997
I998
Vliesstoffc gesamt
4 14.0
480.6
554.5
646.4
7.50.5
836.0
Extrusions\,liesstoffe (Spunlnid)
143.6
107,3
227,3
261.9
3 18,O
3.56.2
Tabelle 4-2. Vliesstoffbegrilte Deutsch
Englisch
Extrusi~)nsvliesstoff Filomentspinnvliesstolf
extrusion nonwoven spunlaid nonwoven spunbond fabric meltblown nonwoven
F~serspinnvliesstoff schtnekgesponnener Mikrofaservliesstoff Verdanipfungsspinnvliesst(~f1'. verdainpfungsgesponnener Spinnvliesstoff Spinnvliesverhundstof~ Spinnvlies (S) Mikrofaser ( M ) Elektrostatikv lie\stoft Folienfaservliessto~f
.
Grundbaustein
Mono- oder Bikomponentfilament Mono- oder Bikomponenten-M i krofasem
flashspun nonwoven
Monokoinponentenlasern
\punbond compo5ite spunlaid (S) meltblown (M) electrostatic nonwoven film nonwoven
Filarnent-Faserverbund
Mi krofasem fibrillierte Folienlascrn
In dem genannten Zeitraum hat sich die Produktion verdoppelt, und die Extrusionsvliesstoffe sind auf das Zweieinhalbfache angewachsen. Fur die Produktion 1998 mit 356,2.10' t ergibt sich nachstehende Aufteilung nach Flachenmassebereichen: 125 g/m' >25-70 g/m' >70-150 g/m' > I SO g/m'
117,0.103 t 75,4. I O3 t 87,S.lO't 76,O.IO't
Rohstoffseitig ist Polypropylen die wichtigste Polymerbasis fur Extrusionsvliesstoffe. Dies hat seine Ursachen in den Rohstoffeigenschaften, der niedrigen Polymerdichte und den gunstigen Materialkosten im Vergleich zu anderen Polymeren. Haufig haben sich auch im deutschen Sprachgebrauch fur die verschiedenen Arten von Extrusionsvliesstoffen englische Begriffe eingeburgert. Tabelle 4-2 enthalt eine Zusammenstellung der deutschen und englischen Bezeichnungen fur die verschiedenen Vliesstoffarten.
4.2.1 Polymereinsatz Der Materialeinsatz ist bei Extrusionsvliesstoffen eng im Zusammenhang mit den Gebrauchsanforderungen an die Endprodukte zu sehen. AuBerdem bestehen Wechselwirkungen zwischen den ProzeBparametem der Extrusion, der Filamentbzw. Foliereckung und der Verfestigung. Die Ausfuhrungen im Abschnitt 2.2 werden fur Extrusionsvliesstoffe hier erganzt. Die Herstellung der Spinnvliesstoffe erfolgt bevorzugt aus den thermoplastischen Hochpolymeren Polypropylen (PP) und Polyester (PET). In geringerem Umfang werden weitere Polyolefine, wie z. B. Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und lineares Polyethylen niederer Dichte (LLDPE) sowie verschiedene Polyamide (PA), vorzugsweise PA 6 und PA 6.6 eingesetzt. Der mengenmaBig hohe Einsatz von PP ergibt sich wegen des niedrigen Preises und vorteilhafter Eigenschaften, wie z. B. hohe chemische Bestandigkeit, Hydrophobie und ausreichende bis gute Festigkeitseigenschaften. Als Rohstoffparameter sind zu nennen: 0
0
0
Schmelzindex MFI [49]
20-40 g/10 min fur Filamentvliesstoffe 100-1600 g/10 min fur Meltblown-Vliesstoffe
2
Polydispersitat 3,5-7 MaB fur Molekulargewichtsverteilung Mw Molekulargewicht Gewichtsmittel MN Molekulargewicht Rechnerisches Mittel Ataktischer Anteil 12,5%
In jungster Zeit sind neue PP-Rohstoffe bekannt geworden, die sich noch in der Entwicklung oder in der Markteinfuhrungsphase befinden. Sie basieren auf MetallocenKatalysatoren [50]. Metallocen-PP weisen gegenuber herkommlichem PP eine engere Molekulargewichtsverteilung, einen geringeren ataktischen Anteil und einen um 10- I5 "C niedrigeren Kristallitschmelzpunkt auf. Unter vergleichbaren ProzeBparametem bei der Verstreckung werden hohere Filamentgeschwindigkeitenund niedrigere Filamentfeinheiten erreicht. Die Filamentfestigkeiten steigen um 30-50% gegenuber konventionellem PP, wahrend die Hochstzugkraftdehnung in der gleichen Groljenordnung sinkt. Bei den Spinnvliesstoffen wurden im Flachenmassebereich von 10-1 30 g/m' ahnliche Festigkeitsverbesserungen nachgewiesen [51, 521. Filamentspinnvliesstoffe aus HDPE und LLDPE besitzen eine hohe Weichheit, was fur Hullvliesstoffe im Hygienebereich vorteilhaft ist [53]. Der Einsatz von sortenreinen, sauberen Regranulaten in Spinnvliesstoffen ist moglich, wenn der Abbaugrad des Molekulargewichtes bzw. der Anstieg des Schmelzindex MFI und der Verschmutzungsgrad in engen Grenzen gehalten werden. Bei vergleichbaren Verarbeitungsparametem sind mechanische Eigenschaften der Spinnvliesstoffe erreichbar, die mit denen aus Primargranulaten verglichen werden konnen [54]. Nach PP ist PET das zweitwichtigste Polymer bei der Herstellung von extrudierten Vliesstoffen. Fur verschiedene Anwendungen ist PET vor allem auf Grund seiner hoheren Temperaturbestandigkeit und Schrumpfarmut im Vergleich zu PP
188
4 Trockenverfiihrm
besonders geeignet. Einsatzgebiete sind z. B. bituminierte Dachbelage, Beschichtungsgrundware und Teppichrucken bzw. Tuftinggrund. Als Rohstoffparameter sind zu nennen: Intrinsic-Viskositat IV 20,64 geringer Anteil COOH-Gruppen hohe Kristallinitat Wassergehalt 10,004% Fur Filament- und Faserspinnvliesstoffe wird ausschlieBlich kristallines PET eingesetzt. Das gleiche gilt fur Folienfaservliesstoffe, fur die eine hohere IntrinsicViskositat im Bereich von 0,7-l ,O erforderlich ist. Die Kristallinitat hat EinfluB auf eine optimale Vortrocknung und die Extrudierbarkeit sowie die Orientierung bei der Filamentreckung, die eine Grundbedingung fur anforderungsgerechte Produkte mil guten Festigkeitseigenschaften ist. Die Vortrocknung ist erforderlich, da PET bei thermischer Beanspruchung wahrend der Extrusion sonst einem hydrolytischen Abbau unterliegt. AulJerdem werden durch einen geringen Wassergehalt Lufteinschlusse in der Schmelze vermieden, die zu Filamentrissen fuhren. Oftmals sind die Anforderungen an die Vliesstoffe nur zu erfullen, wenn die Polymere modifiziert werden. Neben den mechanischen Eigenschaften sind die UV-Bestandigkeit und die Flammenhemmung wichtige Qualitatsanforderungen bei technischen Anwendungen. Die UV-Stabilisierung kann sowohl durch Substanzen. die den Kettenabbau bremsen als auch durch Schwarzeinfarbung erfolgen. Solche Vliesstoffe finden z. B. als Agrartextilien Anwendung. Durch andere Ausriistungen mit lichtreflektierenden Partikeln und Pigmentfarbstoffen lassen sich Lichtfiltereffekte bei Anwendung im Agrarbereich erzielen [55]. Speziell im Bereich des Bauwesens und in der Fahrzeugindustrie bestehen besondere Anforderungen an die Vliesstoffe in bezug auf den Brandschutz. Wahrend bei PP fur die flammwidrige Ausriistung fast ausschliefilich Substanzen auf Halogenbasis zum Einsatz kommen, werden vor allem aus Umweltgriinden bei PET neben diesen Produkten auch halogenfreie Additive verwendet. Die Polyamide PA 6 und PA 6.6 sind gegenuber PP und PET von untergeordneter Bedeutung. Die Verarbeitung von PA erfolgte z.B. fruher in gr6Rerem Umfang fur Spinnvliesstoffe, die im Verpackungssektor eingesetzt wurden. Nach [56] kann auch Polyurethan (PUR) zu Spinnvliesstoffen verarbeitet werden. Einen breiteren Einsatz von PUR behindem vor allem die im Vergleich zu PP und PET ungenugenden mechanischen Eigenschaften und hohe Preise. Als mogliche Altemative zu PUR wird in der Literatur die Verwendung von elastomerem Polyethylen (PE) beschrieben 1571. Die Produkte befinden sich gegenwartig in der Entwicklung. Ein abweichendes Verfahren zur Extrusion ist die Verarbeitung von thermoplastischem PE nach dem Losungsmittelspinnverfahren von DuPont [ 581. Mit diesem Verfahren wird der Spinnvliesstoff ,,Tyvek", ein wasserabweisendes Produkt mit starker Barrierewirkung, hergestellt. PE wird hierbei unter hohem Druck in einem Losungsmittel gelost. Das Losungsmittel verdampft nach Austritt der Spinnlosung aus den Spinndusen. Die synthetischen Hochpolymere haben neben vielen bereits genannten Vorteilen den Nachteil, dalJ sie nicht biologisch abbaubar sind und bei Entsorgung eine
4.2 Extrusionsvliesst~~e
1 89
Umweltbelastung darstellen. Aus diesem Grund wird von verschiedenen Unternehmen daran gearbeitet, abbaubare Vliesstoffe bzw. Folien zu entwickeln. Dabei werden vorzugsweise folgende Rohstoffe venvendet [59-6 1 1: 0
0 0
,,thermoplastische Cellulose" Polylactid-Produkte PolylactidStarke-Blends ,,thermoplastische Starke"
Vor allem werden Polylactid-Produkten (PLA) auf Grund ihrer Verarbeitungseigenschaften kunftig Chancen eingeraumt. Der bisher relativ hohe Preis miil3te auf das Niveau von PET gesenkt werden. Auf der Basis von PLA wird bereits ein Spinnvliesstoff z. B. fur Agraranwendungen angeboten [62]. Beim Meltblown-Verfahren erfolgt nach der Extrusion im Vergleich zur Herstellung von Filamentvliesstoffen keine oder nur eine geringe Orientierung. Dies ermoglicht die Verwendung einer breiten Materialpalette. Es werden neben PP und PET z. B. folgende Polymere eingesetzt: 0 0
0
0 0
Polyethylen hoher Dichte (HDPE) Polyethylen niederer Dichte (LDPE, LLDPE) Polyamid (PA 6, PA 6.6, PA 10) Polystyrol (PS) Polytrifluorchlorethen Polycarbonat (PC) Polyurethan (PUR)
Charakteristisch fur Meltblown-Vliesstoffe sind sehr feine Fasem mit niedriger Festigkeit im Vergleich zu Filamentvliesstoffen. Durch die Kombination von Polymeren unterschiedlicher chemischer Basis undoder physikalischen Parametem sind Bindeeffekte, Krauselungen oder auch Splitwirkungen erreichbar. Fur Bindeeffekte werden meist niedriger schmelzende Copolymere, PUR oder Polyolefine in Verbindung mit den jeweils entsprechenden hoher schmelzenden Homopolymeren verarbeitet. Dies kann sowohl durch getrennte Extrusion der Filamente (Bifilamente) als auch durch Bikomponentenfilamente (Biko) erfolgen [63, 641. Die Biko-Filamente mussen dabei eine gute Haftfestigkeit der Einzelkomponenten aufweisen. Die umgekehrte Wirkung ist bei Spliteffekten erwunscht. Hierbei sol1 ein Zerfall in die Einzelfilamente erfolgen. Fur extrudierte Foliefaservliesstoffe werden in erster Linie PP und HDPE verwendet. Der Schmelzindex liegt je nach Verarbeitungsverfahren zwischen 2 und 10. Dadurch sind vom Polymer her hohere Substanzfestigkeiten als bei Spinnvliesstoffen zu envarten. Neben den Polyolefinen kommen bei der Herstellung von Foliefaservliesstoffen in geringerem Umfang PET und PA zum Einsatz. Diese Polymere weisen jedoch eine geringe materialspezifische Splitfahigkeit auf. Um die Splitfahigkeit von PET- bzw. PA-Folien zu erhohen, erfolgt die Beimischung unvertraglicher Komponenten, die zu einer Matrix-/Insel-Struktur fuhrt. Beispiele sind Polymermischungen aus PET und HDPE oder LLDPE [65].
4.2.2 Grundsatzliches zur Verfahrenstechnologie und -technik Fur die Herstellung von Extrusionsvliesstoffen sind am Beispiel Filamentvliesstoff die Verfahrensstufen mit den zugehorigen Baugruppen in allgemeiner Form in Abb. 4-50 zusammengestellt. Danach ergeben sich die HauptprozeBstufen Erspinnung - Verstreckung - Vliesbildung sowie Vliesverfestigung. Die Erspinnung entspricht weitestgehend der Herstellung von synthetischen Faserstoffen nach dem Schmelzspinnverfahren. Eine Besonderheit ergibt sich dadurch, daB es moglich ist, uber die gesamte Spinnbreite aus mehreren Lochreihen einen Fadenvorhang zu erspinnen. Neue verfahrenstechnische Losungen waren erforderlich, die Filamente kraftschlussig zu verstrecken und zu einem Vlies abzulegen. Die Vliesverfestigung ist grundsiitzlich mit den bekannten und in Kapitel 6 beschriebenen physikalischen und chemischen Verfahren moglich. Im Vergleich zur Verfestigung von Faservliesen ergibt sich die Besonderheit, daB die Filamente eine endlose Liinge besitzen, was bei Festlegung der ProzeBvariablen bei den Verfestigungsverfahren zu berucksichtigen ist. Bei Filamentvliesstoffen kommen bevorzugt fur niedrige Fliichenmassen die thermische Kalanderverfestigung, das Thermobondverfahren, und bei hiiheren Fliichenmassen die Vernadelungstechnik zur Anwendung. Die Entwicklung der Verstreck- und Vliesbildungstechnik konzentriert sich auf die mechanischen Verfahren der Filamentverstreckung mittels Luft und ihrer Ablage auf ein perforiertes Siebband, bei welchem die schlaufenformig gelegten Filamente mittels eines Saugstromes in ihrer Lage fixiert werden. Das Verstrecken der Filamente mittels Galetten, wie es in der Filamentspinnerei ublich ist, stoRt unter praktischen Bedingungen auf Schwierigkeiten, da Filamentrisse leicht zur Wickelbildung um die Walzen fuhren konnen.
. Verfahrensstufen
Baugruppen
Granulatzufuhr
Extruder
Plastifirieren
Siebwechsler
c
Erspinnung
+
Spinnpumpe
c c Spinndusen
Spinnbalken
Filarnentformung
Verstreckung
einrichtung
Vliesbildung
Vliestransport
Verfestigung
VerfestigungsVliesverfestigung
Aufroilung
Abb. 4-50. Scheniotische Darstellung der Verfahrensstufen und Baugruppen m r Herstellung von Filament~pinnvliesrtolf'en
a
b
C
d
Abb. 4-51. Verfahrensprinzipien fur die Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen
In Abb. 4-5 1 sind die Grundvarianten der Filamentvliesherstellung nach Gerking [66] und Hartmann [67] zusammengestellt. Bei der Variante a tritt die auf Schmelztemperatur erwarmte Luft dicht neben den Dusenbohrungen aus, erfaBt die Filamente und verstreckt sie. Der Luftfreistrahl vermischt sich gleichzeitig mit der Umgebungsluft. Bei allen Verfahrensvarianten wird das auf dem Siebband gebildete Vlies mittels Saugstrom gehalten und weiter transportiert. Bei Variante b wird die Freistrahlluft einschlieBlich Filamente in einen Schacht gefuhrt. Durch zusatzliches Drucklufteinblasen kann die Verstreckung der Filamente erhoht werden. Bei Verfahren c sind Kuhl- und Streckluft getrennt. Durch den Einsatz von Druckluft-Injektoren werden hohere Filamentgeschwindigkeiten realisiert. Dadurch erfolgt eine hohere Orientierung der Filamente mit hoheren Festigkeiten und niedrigeren Dehnungswerten. Variante d gleicht im wesentlichen der Variante c. Sie ist durch ein Galettenwerk erganzt, wodurch hohere Verstreckungswirkungen erzielt werden konnen. Auf Basis dieser Grundvarianten fur die Herstellung von Filamentvliesstoffen erfolgt einerseits die Entwicklung von verkaufsfahigen Spinnvliesanlagen, andererseits wurden seitens der Spinnvliesproduzenten spezielle anlagentechnische Losungen geschaffen, deren Know-how ausschlieBlich firmenspezifisch genutzt wird. Welche Moglichkeiten zur Herstellung von Filamentvliesstoffen nach dem Unterdruckverfahren bestehen, zeigt Abb. 4-52. Das Grundprinzip des Verfahrens besteht darin, daB bei Variante a die Fadenabzugskraft mittels Saugluft punktformig auf die Filamente ubertragen wird. Mit dieser Losung konnten nur Filamentgeschwindigkeiten von 800-1 000 d m i n realisiert werden. Eine Weiterentwicklung stellt die Variante b dar. Mittels eines verlangerten Reckkanals konnen bei seiner optimalen Einstellung Filamentgeschwindigkeiten von etwa 3000 d m i n realisiert werden [68]. Bei diesem Verfahren wird die Saugluft fur die Ubertragung der Luftreibungskrafte auf die Filamente genutzt. Bei gunstigem Ubertragungsfaktor Luftgeschwindigkeit zu Filamentgeschwindigkeit sind Filamentgeschwindigkeiten bis zu 5000 d m i n moglich.
.
.
Abb. 4-52. Verfahrens~rinzioien7ur
a
+---Hentellung von Fildrnent\pinnvlre\-*
f -
: . -b 2 ~
,
- -_
m i t e n nach dem Unterdruckverfahren
-I
Die Leistung der Spinnvliesanlagen je m Arbeitsbreite Psp in k g h m wird bestimmt durch die rohstoffabhangige Durchsatzmenge je Dusenbohrung und die Bohrungszahl je m Spinnbreite. PsP = m . n .0,06
(1)
m = Durchsatzmenge je Dusenbohrung g/min
n =Bohrungszahl je m Spinnbreite m-'
Die Durchsatzmenge je Dusenbohrung und der Bohrungsdurchmesser bestimmen die Austrittsgeschwindigkeit der Schmelze aus der Duse.
dA = Bohrungsdurchmesser mm vA = Austrittsgeschwindigkeit d m i n pp = Polymerdichte g/cm3 ri7 = di.vA.pp.0,785 m = V./)p.0,785 V = Volumenstrom cm3/min Die bekannten Polymerdichten fur Polypropylen und Polyester gelten fur die feste Polymerform zum Beispiel fur das Granulat. Die Werte fur die Schmelze sind niedriger. Tabelle 4-3 enthalt die Polymerdichte fur verschiedene Strukturen und deren Anteile. Der Bohrungsdurchmesser dA hat bei konstanter Durchsatzmenge einen quadratischen EinfluB auf die Austrittsgeschwindigkeit der Schmelze. Beide GroBen bestimmen bei konstanter Schmelzetemperatur die bei Dusenaustritt transportierte Warmemenge der Filamente. Fur die Filamentfeinheit gilt die Beziehung
Tt, = Filamentfeinheit dtex vF = Filamentgeschwindigkeit m/min
4.2 Extrusionsvliesstoffe
193
Tabelle 4-3. Polymerdichten fur verschiedene Strukturen und Anteile Dichte in g/cm3
Polyester
Pol ypropylen
Granulat Kristalliner Anteil Arnorpher Anteil Schrnelze
I ,38 1,455 1,336
0,9 I
1.18
0,94
0.85 0.75
1st die Filamentfeinheit bekannt - sie kann an den abgelegten Filamenten priiftechnisch bestimmt werden - 1aBt sich die Filamentgeschwindigkeit berechnen. Damit ist die Moglichkeit gegeben, festzustellen, mit welcher Geschwindigkeit die Filamente auf dem Siebband abgelegt werden. Fur die Flachenmasse des auf dem Ablageband gebildeten Vlieses gilt Gleichung (4):
PSP 16,67 mv = -.
(4)
VT
mv = Flachenmasse des Spinnvlieses in g/m2 Psp = kg/Std.m vT = Bandgeschwindigkeit d m i n Die aerodynamische Verstreckung der Filamente beim Spinnvliesprozelj ist nicht nur fur die Filamentverfeinerung zwischen ihrem Austritt aus der Dusenbohrung und ihrer Ablage auf dem Siebband verantwortlich, sondern die auf das Filament wirkenden Krafte fuhren zur Strukturausbildung und damit zu den Filamentfestigkeits- und -dehnungseigenschaften. Gerking hat an Hand eines mechanischen Modells fur das Filament-Spinnvliesverfahren c in Abb. 4-5 1 die aerodynamische Verstreckung berechnet und die auf das Filament wirkende Verformungsspannung bestimmt [69]. Zusammenfassend wurden von Gerking folgende Ergebnisse erhalten: Nach Abb. 4-53 greift am Filament durch die Luftstromung im Injektorkanal die Zugkraft FZ an, die durch den Unterschied zwischen Luftgeschwindigkeit vL und Filamentgeschwindigkeit vF durch Luftreibung auf das Filament ubertragen wird. Das Filament verformt sich nach dem Dusenaustritt starker, bis es nach Verlassen des Injektors seinen Enddurchmesser dF erreicht hat. Berechnet werden die Krafte, die bei verschiedenen Massedurchsatzen je Dusenbohrung am Faden angreifen. Je hoher die Verformungskrafte sind, um so hoher ist die molekulare Orientierung der Filamente. Nach Abb. 4-53 ist P(x) die aus den aul3eren Kraften resultierende Kraft an der Stelle x. Fur die auljeren Krafte gelten folgende Gleichungen: x=L”+L,
Zugkraft
J
Fz = ndF
w(x)dx
X’L”
tWZ = Schubspannung
im Kana1
t
P(x) resultierende Krafi F,
F, F,
Zugkrafi Bremskrait Tragheitskrafi Schwerkraft
L, L,
Kuhlzonenlange Kanallange
F,
Abb. 4-53. Krafte bei der Filamentreckung mittels lnjektor
1
x-Ln
Bremskraft
FB(x) = n
J
d(x)rw,(x)dx
X'O
rw I = Schubspannung in der Kuhlzone
Tragheitskraft
FT = m [ v ~ ( x ?) v~(x))] X'L"
Schwerkraft
Fs = -g 4
.
(7)
+ I-L pPd2(x)dx
X'LB
Fur den Fall vL>vF kann nachstehender Zusammenhang zwischen den Schubspannungen im Kana1 und der Kuhlzone angenommen werden.
Aus den Gleichungen ( 5 ) bis (8) ergibt sich die groljte auf das Filament wirkende Kraft P(x2)=FZ-FB ( ~ 2 ) . Tragheitskraft und Schwerkraft sind unbedeutend. Fur die Verformungsspannung uv folgt: 0, = uz
-
FZ - FB (x2) P(X2) nd; nd; __ 4 4
0-B = __ ~
Unter Beachten der berechneten Widerstandsbeiwerte kommt Gerking zu den Ergebnissen: LO.81 1 . 1 9 7 uz(.) = 5 , 2 4 . p L . [I (VL - VF) dl,h' (9)
1/y
(32]
3
In Gleichung (9) wird d = d F und fur die Fadengeschwindigkeit V F ( X ) = E VF gesetzt. Fur die Bremsspannung (10) wird ein mittlerer Durchmesser d = 2 d ~ angenommen. Danach ergibt sich unter den genannten Annahmen die groljte Verformungsspannung oV nach Gleichung ( 1 1):
pL=Dichte der Luft vL = Kinematische Zahigkeit der Luft
2
In Abb. 4-54 ist fur ein bestimmtes Verhaltnis von die Verformungsspannung in Abhangigkeit vom Filamentdurchmesser dargestellt. Bei Variation der Luftgeschwindigkeit und des Volumendurchsatzes pragt sich ein Maximum aus. Das Maximum bei bestimmten Spinnbedingungen ergibt den geringstmoglichen Filamentdurchmesser. Gerking [69] bezeichnet dieses Filament als Grenzfaden. Bei diesen Uberlegungen sollte vL dreimal so grolj wie vF sein. Ein Unterschreiten des minimalen Durchmessers fuhrt zu nicht optimalen Spinnverhaltnissen. Chen et al. [70] haben sich gleichfalls mit der Dynamik des Spinnvliesprozesses und der Filamentonentierung befaljt. Im Rahmen von Laborversuchen wurden fur die Druckluftverstreckung mit Injektor bei verschiedenen Driicken die Krafte bestimmt. Die an PP-Filamenten durchgefuhrten Strukturuntersuchungen bestatigen, dalj die Spinnspannung Einflulj auf die Doppelbrechung und die kristalline Orientierung hat. Hier ergeben sich Parallelen zur Verstreckung nach dem klassischen Spinnverfahren. Beyreuther [7 1 1 hat sich mit der beim Schmelzspinnen von Polyamid und Polyester erreichbaren Filamentfeinheit auseinandergesetzt und darauf hingewiesen,
4 Trockmverfahrm
196 r.c Y
qE 0.9
z II
b’
I
o.6 0.7
0.6
0.5
0.L
0.3
0.2
01
0
10 20 30 10 50 60 70 80 90 IW 1M 120 dFmn1
-
Abb. 4-54. Verforrnungsspannung in Abhangigkeit vorn Filarncntdurchrnesser bei Variation der Luftgeschwindigkeit
dal3 die unterschiedlichen Randbedingungen, wie sie beim formschlussigen Spinnverfahren oder beim kraftschlussigen Spinnvliesverfahren gelten, zu berucksichtigen sind. Diese sind auch fur die verschiedenen verfahrenstechnischen Losungen fur Spinnvliesstoffe (Filamentverstreckung mittels Druck- oder Saugluft) gegeben. Fur die in Abb. 4-52 dargestellte Verfahrenstechnik zur Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen nach dem Saugluftverfahren unter Laborbedingungen wurde von Beyreuther und Bruning [72] das Fadenbildungsmodell erweitert und fur verfahrenstechnologische Optimierungen bei Variation der ProzeBbedingungen genutzt. Das von ihnen genutzte Modell fuBt auf den Grundgleichungen fur die Abhangigkeit zwischen SchmelzefluB m und Filamentfeinheit Tt, siehe Gleichung ( 3 ) , fur die Filamentkraft F sowie die Anderung der Filamenttemperatur in Ahhiingigkeit von der Spinnlange nach Gleichung (1 2)
4.2 Extrusion.~vlie.~st[)ffe
197
Es bedeuten: TF = Filamenttemperatur x = Abstand von der Duse TL = Lufttemperatur Nu = Nusselt-Zahl llL = Wmeleitfahigkeit der Luft cp = Warmekapazitat des Polymers Die Nusselt-Zahl ist eine dimensionslose KenngroBe fur die Abhangigkeit der Warmeubergangszahl a zwischen Filament und Luft und der sie beeinflussenden Warmeleitfahigkeit llL sowie dem Filamentdurchmesser dF Q . dF NU = __
i L
Aus der Energiegleichung fur den WarmefluB am Filament folgt nach Gerking [73] auf Basis der Ergebnisse von Schone die Gleichung (1 3)
Ts = Schmelzetemperatur am Dusenaustritt X"
=
Cpm nXL N u '
Nach Gleichung Schone gilt fur die mittlere Nusselt-Zahl Nu
Es ergibt sich damit ein eindeutiger Zusammenhang uber dem Temperaturverlauf entlang der Filamentlange [73] (siehe Abb. 4-55). In Anniherung gelten folgende Werte fur: Cp in kJkg K
Polypropylen 2,7
Polyester 1,7
Mit Kenntnis der Abkuhlungsbedingungen und der auf das Filament wirkenden Krafte sind Optimierungslosungen fur die erreichbare Filamentfeinheit und die zu erzielenden Festigkeits-Dehnungseigenschaften moglich. Auf der Grundlage einer mathematischen Modellierung fur das Reicofil-Spinnvliesverfahren haben auch Misra und Spruiell [74] die Einflusse von Material- und Verfahrensparameter auf die Filament- und Spinnvliesstruktur analysiert. Bei sonst gleichen Spinnbedingungen wurde nachgewiesen, dalj mit steigender Extrusionstemperatur der Filamentdurchmesser geringfugig abnimmt. Gleichzeitig sinken die prozentuale Endkristallinitat und die Doppelbrechung. Die Anderung der Kuhllufttemperatur von 20 "C auf 150"C fuhrt zu einer Reduzierung des Filamentdurchmessers bei gleichzeitiger Abnahme der Kristallinitat (siehe Abb. 4-56a und b). Aus der Abbildung wird deutlich, daB mit steigender Temperatur die Durchmesserverfeinerung entlang der Spinnlinie verzogert wird und die Ausbildung der Kristallinitat erst nach einem grol3eren Abstand unterhalb der Spinnduse eintritt.
Autor Jahr Wilhelm 1966 0 Kase (Toyo) 1967 Hamana (Teijin) 1968 A Ishibashi (Toyobo) 1970 0 Conti(SnamProg) 1970 Kohler 1971 V Lin(Goodyear) 1974 A Vassilatos (DuPont) 1985 V Breuer(BASF) 1992 - Berechnung nach Schone x
I
I
I
03
1to
1,s
dxo
v [mlmin] Filament, 800 I 660 1 660 1 300/1200 1 300 1 800 1 150/775 >1 550/5900 1 4500/5500 7
I
I
2.0
25
Abb. 4-55. Verlauf der Filamenttemperaturen unterhalb der Duse (aus [ 7 3 ] )
SO0
400
1-
3
O."
__I
j
Kuhlluit Temp LO L Kuhlluit Temp 100 C u . Kuhlluft Temp 150 C
Kuhlluh Temp 2o'C Kuhlluh Temp 100°C Kuhlluh Temp 15ffC
0.50
c
0.10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 50 100 1so
a)
Abstand unterhalb der Spinnduse (crn)
-
0.00 0
b)
50
100
I50
Abstand unterhalb der Spinnduse (crn)
Abb. 4-56. EinfluD der Kuhlluftiinderung auf den Filamentdurchmesserverlauf (a) und die Kristallinitiitsbildung ( b )
Simulierungen anhand des Modells uber EinfluR der Polymer- und Verfahrensvariablen auf die Filamenteigenschaften ermoglichen die Wichtung der einzelnen GroBen. Materialseitig sind es die Dehnungsviskositat und die Kristallisationskinetik. Bei den Verfahrensparametern sind es die Kuhllufttemperatur sowie die Luftflufiraten und die Gestaltung der pneumatischen Verstreckeinrichtung. In der Vliesbildungszone treffen die Filamente mit hoher Geschwindigkeit von 1000-SO00 d m i n auf das Ablageband auf. Auf Grund der Filament-Luft-Strahlen
herrscht nach Austritt aus der Verstreckzone in diesem Bereich in den meisten Fallen eine Staupunktstromung, die neben der Anordnung der Filamente in der Verstreckzone mafigeblichen EinfluB auf deren Legung zu einem Vlies hat. Fur eine bestimmte Vlies-Flachenmasse ist entscheidend, mit welcher Bandgeschwindigkeit die Filamente gelegt und transportiert werden. Je nach der Flachenmasse kann das Verhaltnis von Band- zu Filamentgeschwindigkeit in weiten Grenzen variieren. Bei Flachenmassen I10 g/m2 sind bei modernen Anlagenkonstruktionen Bandgeschwindigkeiten bis zu 600 m/min moglich. Allgemein ist es wichtig, daB die Filamente nicht gebundelt zur Ablage gelangen. Rein theoretisch wird das Filament kontinuierlich spiralformig auf das Ablageband gelegt. Die auf Transportbandebene sich daraus ergebende projizierte Ellipsenform bestimmt mit ihren Durchmessem die Vliesfestigkeit in MD- und CD-Richtung. Filamentvliesstoffe haben bevorzugt eine hohere Festigkeit in MD-Richtung. Tritt bei der Ablage im Staubereich eine Querstromung auf, ergeben sich hohere Querfestigkeiten. Schwankungen in der Filamentfeinheit als Ursache von ungleichen Erspinn- und Verstreck- sowie unkontrollierten Ablagebedingungen sind die Griinde fur Schwankungen der Vliesflachenmasse und der Vlieswolkigkeit. Besonders bei niedrigen Vliesmassen sind diese optisch sichtbar. Allgemein erfolgt die Vliesbildung durch schichtformige Ablage der Filamente. Die optisch erscheinende ungeordnete Wirrlage gehorcht einer Exponentialfunktion, und damit ergibt sich fur die gleichgroaen Abstande gleichgerichteter Filamente eine Poisson-Verteilung [66]. Durch bestimmte Stellung oder Schwenken - zum Beispiel der Injektoren zur Vliesbildungsebene - kann die Filamentablage beeinflufit werden. Fur das zu bildende Vlies ist neben der gewunschten Flachenmasse entscheidend, wie fein die Filamente sind und wie grol3 die Gesamtfilamentlange je Flacheneinheit ist. Hierfur gelten folgende Gleichungen: dF
11,3.
1
p
PP
dF in pm TtF in dtex
Fur die spezifische Filamentoberflache SF in cm/cm2 gilt 40000 SF
=-
dF Haufig wird die spezifische Filamentoberflache SFOauch in cm2/g angegeben. 40000 SFO
=-
PP . dF Die Filamentlange je m2 Vlies LGebberechnet sich zu
mv = Vliesmasse in g/cm2 Fur die spezifische Vliesoberflache SmVgilt s,V
= s F O . mv
in cm2/m2
Fur die Filamente aus Polypropylen und Polyester folgt: Poly propy len:
Polyester:
dp = 1 1 . 8 5 f i
dF
mit pPp=0,91g/cm3
pPES= 1,38 g/cm-
= 9.62fi
3
In Abb. 4-57 ist die spezifische Faseroberflache in Abhangigkeit von der Filamentfeinheit dargestellt. Daraus folgt, dal3 sie umgekehrt proportional zur Filamentfeinheit ist. Unterschiede zwischen Polypropylen und Polyester sind durch deren Dichte gegeben. Die Entwicklung von Filamentvliesstoffen im Feinheitsbereich I 1 ,O dtex zeigt, da13 gerade in diesem Bereich die spezifische Oberflache stark ansteigt, und dies fuhrt bei niedrigen Flachenmassen zu einer geschlosseneren Flache. Feinere Filamente besitzen daruber hinaus eine niedrigere Biegesteifigkeit, die bei gleicher Verfestigungsintensitat zu weicheren Vliesstoffen fuhrt. Die Lichtreflektion der Filamente 1st analog der spezifischen Oberflache von der Feinheit abhangig. Dadurch erscheinen Vliesstoffe aus feinen Filamenten allgemein heller als solche aus groben Filamenten. Aus Abb. 4-58 ist bei Variation der Filamentfeinheit die Filamentlange je Quadratmeter Vliesstoffe dargestellt. Aus der Abbildung wird deutlich, da13 bei konstanter Filamentlange je Flacheneinheit mit der Filamentverfeinerung auch eine Reduzierung der Flachenmasse des Vliesstoffes erfolgen kann. Das ist mit materialokonomischen Vorteilen verbunden. Diese Tendenz ist gegenwartig eine Hauptentwicklungsrichtung fur leichte Filamentvliesstoffe.
--
0
0.5
1.0
1.5
2,O
2.5
Polypropylen Polyester
3.0
TtF dtex
Abb. 4-57. Spezitische Filamentobertliiche S,.o in Ahhiingigkcit von Filamentleinheit TI, fur Polypropylen und Polyester
2000km/m2
1500-
1000-
1 ,O dtex
Abb. 4-58. Filamentlange Lc,, je m2 Vlies in Abhangigkeit von der Vliesmasse bei Variation der Filamentfeinheit m, g/m2
500 10'
smVcm2/m2 400 10"
300 10"
L 100 gim?
200 100 10' 103-
0
0
--;;;;
0.5
1,0
1.5
2,O
2.5
Abb. 4-59. Spezifische Vliesoberflache S,," in Abhangigkeit von Filamentfeinheit bei Variation der Vliesmasse
3,O
Aus Abb. 4-59 laBt sich damit auch ableiten, wie die spezifische Vliesoberflache mit feiner werdenden Filamenten ansteigt. Die gegenwwige Entwicklungstendenz zur Herstellung von sehr leichten Filamentspinnvliesstoffen aus feinen Filamenten I1 dtex fuhrt zu Hochleistungsanlagen in Arbeitsbreiten bis zu 5 m. Mit verfahrenstechnischen Optimierungen und Einsatz der ProzeBsteuerung lassen sich Vliesstoffe in guter Qualitat produzieren.
4.2.3
Verfahren zur Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen und Verbundstoffen
Unter dem Begriff Filamentspinnvliesstoff werden im Sinne der Herstellung von Extrusionsvliesstoffen nachfolgend die verschiedenen Varianten in Verbindung mit den Eigenschaften der Vliesstoffe sowie deren Anwendungsgebiete erlautert. Die
Verfahrensvarianten weisen einerseits Gemeinsamkeiten auf und sind andererseits sehr differenziert, da sie durch unterschiedliche Anforderungen an die Produkte bestimmt werden. Diese sind z. B. charakterisiert durch Gegensatze wie hohe Bestandigkeitkhnelle Abbaubarkeit Flachenmassen von 5- 1000 g/m’ - WeichheiVSteifheit - hohe Durchlassigkeit/Sperrwirkung - hoher VerforrnungswiderstandAeichte Verformbarkeit -
Die Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen ist ein EinstufenprozeB vom Granulat zum Fertigprodukt. Damit ist eine hohe Wirtschaftlichkeit, d. h. Durchsatzbzw. Flachenleistung, verbunden. Parallel zur technischen Weiterentwicklung wurde die Effizienz des Verfahrens seit Produktionsbeginn in den 60er Jahren speziell durch eine Erhohung -
der Durchsatzleistung der Extruder der Arbeitsbreite auf >5 m der Arbeitsgeschwindigkeit, d. h. die Bandgeschwindigkeit bei der Vliesbildung
auf das 5- I Ofache verbessert. Die Arbeitsgeschwindigkeit ist flachenmasseabhiingig und kann bei niedrigen Flachenmassen gegenwartig his zu 600 m/min betragen [ 75 1. Nur in Ausnahmefallen sollte diskontinuierlich durch eine zusatzliche ProzeBstufe z. B. die Forderung nach besonders hoher Festigkeit oder Voluminositat realisiert werden. Dies schmalert allerdings die Wirtschaftlichkeit. Die kontinuierlich miteinander verbundenen TeilprozeBstufen sind in der nachfolgenden Tabelle 4-4 in verallgemeinerter Form dargestellt. Wie bereits erwahnt, sind Extrusion und Filamenterspinnung weitgehend an die Filamentgarn- und Synthesefaserspinnerei angelehnt. Dies trifft auch auf die Verfestigung von Filamentspinnvliesstoffen zu. Sie basiert wesentlich auf Erkenntnissen bei der Verfestigung von Faservliesstoffen. Hingegen sind die Filamentverstreckung und die Vliesbildung durch neue eigenstandige verfahrenstechnische Liisungen gekennzeichnet.
Extrusion und Filamentformung Die erste ProzeBstufe ist bei der Herstellung von Filamentvliesstoffen analog zum Meltblown-Verfahren und zu Foliefaservliesstoffen das Aufschmelzen der Polymergranulate oder -mischungen und die Homogenisierung sowie die Forderung der Schmelze zum Extrusionswerkzeug. Hierfiir werden im allgemeinen Einschnecken-Extruder mit Schneckendurchmessern D von 45-1 20 mm und Schnekkenlangen L von 28-35 D verwendet [76]. Nur leistungsstarke Spinnvliesanlagen verfiigen iiber Extruder mit 160 mm Schneckendurchmesser. Die Dimensionierung des Extruders hangt von der Arbeitsbreite der Spinnvliesanlage und dem Fliichenmassebereich des Vliesstoffes ah. Im Hinblick auf die Flexibilitiit der Anlage bei Polymerwechsel, z. B. zwischen Polypropylen und Polyester, kommen auch Doppelschneckenextruder mit unterschiedlichen Schneckenkonfigurationen zum Einsatz [ 771. Fur die konstante Schmelzedosierung haben sich Zahnradpumpen bewiihrt. Nach dem Austritt aus dem Extruder erfolgt ein Filtern der Schmelze
4.2 Extrusi~~nsvlie.~.~toffe203 Tabelle 4-4. ProzeRstufen der Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen ProzeDstufe
Charakteristik
Bemerkungen
Granulattrocknung, Aufschmelzen des Granulates, der Granulatmischung, Zugabe von Additived Master-batches, Losen des Polymers
mechanisch, thermisch
Aufheizen, Mischen, Homogenisieren, Einspritzen fur Einfarbung, UV-Stabilisierung, flammhemmende Ausriistung
Filamenterspinnung
mechanisch, thermisch, phy sikochemisch
Heizen, Homogenisieren, Filtrieren Ausformen, Losungsmittel verdampfen
Filamentkuhlung, Filamentheizung
aerody namisch
Anblasen, Anstrahlen
Filamentverstreckung
aerodynamisch, mechanisch
Druckluft, Saugluft, Galetten
Vliesbildung
aerodynamisch, elektrostatisch
Ablage auf Siebband oder Walze
Vliesverfestigung
thermisch mechanisch hydrody namisch
Kalandern, Themofusion Vemadeln, Vermaschen Verwirbeln durch Wasserstrahlen
Nachbehandlung
thennisch, mechanisch aero-/h y drody namisc h elektrostatisch
Thermofusion, Flachenrecken Bespriihen mit PrPparation. ZusPtze fur Flammwidrigkeit, Antistatik, Hydrophilierung. Hydrophobierung Vorbehandlung fur Bedrucken
Losungsmittel beimischen
durch kontinuierlich arbeitende Siebwechsler ohne Unterbrechung des Schmelzeflusses. Am bekanntesten sind die sogenannten Drehscheibenfilter KSF [78] und die Doppelkolben-Siebwechsler [79]. Bei beiden Prinzipien wird ein kontinuierlicher SchmelzeflulJ mit einem geringen Drucksprung garantiert. Eine griindliche Schmelzefiltration ist besonders beim Erspinnen von Feinfilamenten wichtig, um Filamentbriiche zu vermeiden, die die Qualitat der Vliesstoffe durch Fehlstellen bei der Vliesbildung mindern. Die Form der Schmelzeverteilung im Spinnbalken und zu den Spinndusen hangt davon ab, inwieweit die Filamente gebundelt, in Form von Teilvorhangen oder als Vorhang uber die gesamte Spinnbreite ersponnen werden. Das Erspinnen von Filamentbundeln oder Vorhangen erfolgt mittels Rund- oder Viereckdusen, zu denen die Schmelze zonenweise uber je eine Spinnpumpe gefordert wird. Wichtig ist, da13 die Schmelze unter konstanten Temperatur- und Druckbedingungen zu jeder Spinnstelle gelangt. Diese Variante kommt zur Anwendung, wenn Abzug und Verstrecken der Filamente durch Rundinjektoren oder sogenannte Schlitzinjektoren realisiert werden. Die Erspinnung von Filamentvorhangen uber die gesamte Spinnbreite erfolgt mittels Zeilendusen, die mehrfach aneinandergesetzt sind oder aus einem Stuck
bestehen. In diesem Fall werden die Filamente durch Kanale uber die gesamte Breite abgezogen und verstreckt (siehe Abb. 4-5 1 b). Die Querschnitte der einzelnen Dusenbohrungen sind uberwiegend rund, wobei die Bohrungsdurchmesser im allgemeinen im Bereich von 0,3 mm bis 0,s mm liegen. Fur den Feinfilamentbereich werden auch Bohrungsdurchmesser von 0, I5 mm bis 0,3 mm angewendet. Neben runden Querschnitten sind auch trilobale, gelappte oder beliebig gestaltete Bohrungsformen im Einsatz. Neben dem Bohrungsdurchmesser ist die Bohrungslange fur die Ausformung der Filamente wichtig. Sie betragt im allgemeinen das Zwei- bis Vierfache des Bohrungsdurchmessers. Fur eine schonende Filamenterspinnung bei hoher Durchsatzleistung wird eine kurze Bohrungslange empfohlen. Gegenwartig bestehen die Filamentvliesstoffe zum uberwiegenden Anteil aus Monotilamenten. Neben diesen gewinnen jedoch Mehrkomponenten-Filamente, speziell Bikomponenten-Filamente an Bedeutung. Mit diesen lassen sich - je nach Anforderung an die Vliesstoffe Binde-, Krausel- oder Spliteffekte erzielen. Beim Erspinnen von Mehrkomponenten-Filamenten sind zwei oder mehr Extruder erforderlich, die jeweils eine Polymerkomponente uber gesonderte Schmelzeleitungen einem MehrkomponentenSpinnbalken zufuhren. Die Vereinigung der Schmelzestrome erfolgt unmittelbar am Dusenkopf. Beide Komponenten sind an der Grenzflache adhasiv miteinander verbunden. Die wichtigsten Varianten der Filamentquerschnittsformen sind ,,side by side" (Seite an Seite) und ,,core and sheat" (KernMantel). Die Herstellung von Spinnvliesstoffen auf Basis von Bikomponenten-Filamenten ist in 180, 811 angefuhrt. Ein bekanntes Beispiel sind auch die sogenannten Colback-Vliesstoffe [ 821. Ein entscheidendes Kriterium fur die Wirtschaftlichkeit einer Filamentspinnvliesanlage ist die Durchsatzleistung je Stunde und m Spinnbreite (siehe Gleichung 1). Sie ist direkt proportional dem Durchsatz pro Dusenbohrung und der Anzahl Dusenbohrungen pro m. In Tabelle 4-5 sind die Durchsatzleistungen fur die gegenwartig am meisten eingesetzten Polymere PP und PET wiedergegeben. Seit mehr als 20 Jahren sind Spinnvliesanlagen mit Doppel- oder MehrfachSpinnbalken bekannt. Diese konnen von einem oder mehreren Extrudern gespeist werden (Abb. 4-60) Beim Lutravil-Verfahren verbessern schrag zu den Arbeitsrichtungen stehende Spinnbalken und/oder schwenkbare Verstreckeinheiten die GleichmaBigkeit der Filamentablage [ 861. Durch die Venvendung mehrerer Extruder und mehrerer, in Arbeitsrichtung hintereinander liegender, Spinnbalken ist eine spurbare Erhohung Tabelle 4-5. Durchsatzleistung fur Polypropylen und Polyester Polymer
PP PET 'I
ti7 [glmin, Bohrung]
m
0, I.5-I, 10 0.30-2.00
03-0.80 0.30-1.70 1841
Die inaximale Durchwtzlei\tung PSI,
vorzugsweise [g/min. Bohrung]
gilt fur eine Extrusionscinheit
I1
psp I11.IX [ k g h . m Spinnhreite]
I80 [ 831 300 [ 8.51
4.2 Extru~~i~n,~vlie.sst~ffe 205 Dusenreihe
4
-.
Dusenreihe b
)
-----
,
Auffangband
Abb. 4-60. Vomchtung zur Herstellung von Spinnvliesen mit Doppelspinnbalken nach DE 32 28002 A I , Erf. Hartmann L
der Durchsatzleistung moglich. Nach [83] betragt diese z. B. beim Reicofil 3-Verfahren 540 k g h , m Spinnbreite (3x180 k g h , m Spinnbreite). Durch den Einsatz unterschiedlich schmelzender Polymere besteht dabei gleichzeitig die Moglichkeit, mit Hilfe einer thermischen Verfestigung Bindeeffekte zu erreichen [87].
Verstreckung und Vliesbildung Die nach der Filamentextrusion folgenden ProzeBstufen -
Filamentkuhlung Filamenverstreckung Vliesbildung
beeinflussen die geometrischen und textilphysikalischen Eigenschaften der Filamente und der Spinnvliesstoffe entscheidend. Dies sind: Filamentfeinheit Festigkeits-Dehnungsverhalten der Filamente - Flachenmasse - VliesdickeNliesdichte - GleichmaBigkeit des Vlieses -
-
Die Filamentfeinheit hangt ab vom Durchsatz pro Dusenbohrung sowie von der Filamentgeschwindigkeit und beeinflufit wesentlich die Eigenschaften Weichheitl
Griff, Porenstruktur, innere Oberflache und Durchlassigkeit der Vliesstoffe. Je feiner die Filamente sind, desto hoher sind Weichheit und innere Oberflache der Vliesstoffe, wahrend die Porenoffnungsweite und die Durchlassigkeit bei geringerer Feinheit abnehmen. Die flachenmassebezogene Festigkeit erhoht sich bei feineren Filamenten [88]. Der Durchsatz pro Dusenbohrung kann gravimetrisch ermittelt werden. Die Bestimmung der Filamentfeinheit erfolgt im allgemeinen optisch oder nach der Schwingungsmethode (siehe Abschnitt 18.1.1). Aus dem Durchsatz pro Dusenbohrung und der Filamentfeinheit ergibt sich die Filamentgeschwindigkeit nach Gleichung ( 3 ) . Danach ist die Filamentgeschwindigkeit bei konstantem Durchsatz je Dusenbohrung umgekehrt proportional zur Filamentfeinheit. Die Filamentkuhlung erfolgt durch aktives Anblasen der Filamente oder Ansaugen von Umgebungs- bzw. Kuhlluft und bewirkt das Erstarren der Schmelze am Verfestigungspunkt in einem bestimmten Abstand unterhalb der Spinnduse. Der Abstand hangt wesentlich vom Durchsatz pro Dusenbohrung und der Kuhllufttemperatur ab. Die Intensitat und Schnelligkeit der Kuhlung beeinflussen die Ausbildung der kristallinen Struktur und im Zusammenhang mit dem VerstreckprozeB die Festigkeits-Dehnungseigenschaften der Filamente. Als MaB fur die Hohe der Verstrekkung ist das Verstreckverhaltnis wie folgt definiert:
VK = Verstreckverhaltnis Tt, =Filamentfeinheit an der Spinnduse [dtex] Tt, = Filamentfeinheit im Rohvlies [dtex]
Die Filamentverstreckung erfolgt kraftschlussig durch Luft und/oder formschlussig durch Reckwalzen bzw. Galetten. Gegenwartig dominiert die aerodynamische Verstreckung gegenuber der Galettenverstreckung. Die Ursache liegt u.a. in der Prozehicherheit durch Minimierung von Filamentbriichen begrundet. Theoretische Berechnungen und Modelle zur Filamentverstreckung wurden in Abschnitt 4.2.2 behandelt. Bei der aerodynamischen Verstreckung beeinflufit die wirksame Luftgeschwindigkeit in Abhangigkeit vom Verstreckprinzip die Filamentgeschwindigkeit. Ein Ma13 fur die Wirksamkeit des Luftangriffs an den Filamenten ist der Ubertragungseffekt, der sich aus dem Verhaltnis von Filament- zu Luftgeschwindigkeit ergibt: VI
U = Ubertragungseffekt vi: = Filamentgeschwindigkeit ( d m i n ] vL = Luftgeschwindigkeit [ d m i n ] Die Luftgeschwindigkeit kann meBtechnisch erfa13t werden [891. Bei einer Galettenverstreckung bestimmt die Umfangsgeschwindigkeit der Galetten das Verstreckverhaltnis und die Filamentgeschwindigkeit [90]. Hingegen er-
4.2 Extrusionsvliesstoffe
207
gibt sich in einem kombinierten Luftverstreck- und Galettensystem das Gesamtverstreckverhaltnis durch Multiplikation der Einzelverstreckverhaltnisse. Solche Systeme sind in [91] beschrieben. Eine Entwicklungstendenz in den letzten Jahren ist die Verfeinerung der Filamente. Dieser Trend steht im Zusammenhang rnit den Anforderungen an die Vliesstoffe nach einer hohen Weichheit, einer moglichst geringen Flachenmasse, z. B. im Bereich von 5-7 g/m2, und guten Bamerewirkungen gegenuber gasformigen und flussigen Medien. Um Spinnvliesstoffe aus Feinfasem und Feinfilamenten herzustellen, werden folgende Wege beschritten: Kombination von Meltblown-Vliesstoffen rnit Feinheiten <0,5 dtex und Filamentvliesstoffen rnit Feinheiten >1 dtex (siehe auch Abschnitt 4.2.4) - Herstellung von Mehrkomponenten-Filamenten rnit groberen Feinheiten und anschlieflendes Splitten in feine Einzelfilamente - Verfeinerung der Einzelfilamente rnit Feinheiten I 1 dtex durch Verringerung des Durchsatzes pro Diisenbohrung undoder Erhohung der Filamentgeschwindigkeit -
Die Bedeutung der Filamentverfeinerung 1aBt sich daran erkennen, daB sich der Anteil Vliesstoffe aus Feinfilamenten und mehrschichtigen Verbundspinnvliesstoffen (SM, SMS) standig erhoht hat und 1997 bereits 88% der gesamten Spinnvliesstoffproduktion betrug [92]. Die Herstellung von sehr leichten Spinnvliesstoffen erfolgte zuerst nach dem Meltblown-Verfahren und spater auf Basis Mehrkomponenten-, vorzugsweise Bikomponenten-Filamente. Meltblown-Vliesstoffe sind charakterisiert durch eine ultrafeine Struktur und einen weichen Griff, besitzen jedoch eine geringe Zugfestigkeit [93]. Nachteilig ist aul3erdem die hohe Energieintensitat gegeniiber dem Filamentspinnverfahren. Dieses wird nach [94] rnit 7 kWh/kg Polymer fur die Meltblown-Technologie gegenuber 2,5 kWh/kg Polymer fur das Filamentspinnverfahren angegeben. Bei einem neu entwickelten Saugluft-Verfahren betragt der spezifische Energieverbrauch nur 1 ,I-1,5 kWh/kg Polymer [84]. Auljerdem kann die Herstellung von feintitrigen Filamentvliesstoffen auf der Basis von Mehrkomponnten-Filamenten oder nach dem konventionellen Filamentspinnverfahren erfolgen [95]. Durch das Mehrkomponenten-Verfahren konnen auch segmented pie (Segmente) bzw. islands in a sea (Inseln im Meer)-Querschnitte ersponnen werden [96]. Die Feinheit der Elemente ist dann gleich der Filamentfeinheit geteilt durch die Anzahl Segmente. Diese Technologie erfordert eine komplizierte Anlagentechnik. Das Aufsplitten durch chemisches Herauslosen ist rnit einer intensiven Nachbehandlung verbunden [97]. Beim thermischen Verfahren wird eine Komponente herausgeschmolzen, wodurch ein Materialverlust von 20-30% entsteht [96]. Als mechanische Verfahren zum Aufsplitten eignen sich auch die hydrodynamische Behandlung mittels Wasserstrahlen oder das Vemadeln. Bei der Herstellung von Feinfilamenten nach den konventionellen Filamentspinnverfahrens nimmt die Spinnsicherheit bei Feinheiten <0,8 dtex ab, wodurch die Effektivitat des Spinnprozesses sinkt [98]. In [99] wird bereits eine Feinheit von 1,75 dtex als Grenze im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit genannt. Aus diesem Grund wird von Anlagenherstellern und Spinnvliesproduzenten an der Opti-
208
4 Trockerivrrfuhrrn
mierung des Filamentspinnvliesverfahrens gearbeitet. Entsprechende Losungen werden auch bereits von europaischen und japanischen Unternehmen angeboten [ 75, SS]. Gegenwartig stehen die feintitrigen Filamentvliesstoffe im Wettbewerb mit den SM-Verbundstoffen. Als Vorteil fur das SM-Verfahren wird in [SS] die hohe Arbeitsgeschwindigkeit angefuhrt, wahrend die geringe Flexibilitiit bezuglich Titerwechsels als Nachteil gegenuber feintitrigen Filamentvliesstoffen charakterisiert wird [ 1001. Die Art der Filamenterspinnung hat auch EinfluB auf Gestaltung und Festlegung der ProzeBparameter fur Filamentverstreckung und Vliesbildung. Fur diese Teilprozesse wurden zahlreiche konstruktive und verfahrenstechnische Losungen entwickelt. Bei den gegenwartig bekannten Anlagensystemen zur Herstellung von Filamentvliesstoffen erfolgen Filamentkuhlung und -verstreckung sowie Vliesbildung unter Produktionsbedingungen mittels aerodynamischer Verfahren. Die einzelnen Luftstrome werden als Primar-, Sekundar- und Tertiarluft oder auch ProzeBluft bezeichnet [ 10 I 1. Primar- und Sekundarluft werden zur Kuhlung und Verstreckung der Filamente verwendet, wahrend der Tertiarluftstrom zum Abzug der Filamente in gebundelter Form oder als Vorhang dient. Je nach Verfahrensprinzip werden die Luftstrome mit Uberdruck in die Systeme eingeblasen und/oder rnit Unterdruck durchgesaugt. Die Vonichtungen sind teilweise offen oder speziell bei reinen Druckluftsystemen hermetisch geschlossen. Im Interesse der Wirtschaftlichkeit wird oftmals mit Luftkreislaufen gearbeitet. Eine der ersten industriell genutzten Filamentspinnvlies-Technologienist das Lutravil-Verfahren. Bei diesem Verfahren werden die Filamente unterhalb der Spinndusen standig rnit konditionierter Luft gekuhlt. Durch die sich anschliefienden Blaskanale erfolgt ein Anblasen rnit geregelter Raumtemperatur. Die Filamente laufen dann
(
m4r
)
Extruder
--T+
m *Sp'nnkopf
- & +Abzugsduse
7 Fuhrungskanal I
ih -
4, c-
Absaugung
Abb. 4-61. Verfdhren zur Hentellung unterxhiedlicher Wirrvliese der Metallgesell\chdtt AG ndch DE 20 14240
4.2 Extrusion.svliesst[~e
209
durch einen Kanal, in dem sie durch tertiae Luft rnit hohem Druck verstreckt werden [ 1011. Im Unterschied dazu erfolgt beim ,,Docan"-Verfahren der Abzug der Filamentbundel rnit Abzugsdusen (siehe Abb. 4-61) [ 1011. Die Beaufschlagung der Filamente rnit Kuhlluft erfolgt analog zum Lutravil-Verfahren. In der Kuhlluftkammer erfolgt gleichzeitig das Verstrecken der Filamente. Zwischen der Kuhlluftkammer und den Abzugsdusen werden die Filamente durch Umgebungsluft gefuhrt. Auf dem Know-how des Docan-Verfahrens baut eine Version des gleichen Unternehmens auf, die unter der Bezeichnung ,,New Spunbond Technology" (NST) bekannt ist (siehe Abb. 4-62). Abb. 4-62 zeigt auch die Moglichkeit der Verfahrenskombination von FilamentFaser-Filament (SMS-Technologie). Da das Betreiben der Abzugsdusen bzw. Injektoren beim Druckluftverfahren relativ energieaufwendig ist, richten sich die Entwicklungen der Anlagenhersteller und Vliesstoffproduzenten auf die Senkung der erforderlichen Luftdriicke und des Energieverbrauchs. Ein sogenannter energiearmer Injektor wird in [ 1021 beschrieben. Zur Herstellung von ,,schrumpffreien" Filamentspinnvliesstoffen aus Polyester sind Filamentgeschwindigkeiten zwischen 5000 und 6000 d m i n erforderlich. Ein dafur geeignetes Verstreck- und Vliesbildungssystem zeigt Abb. 4-63. Bei diesem System werden die Filamente in einer hermetisch abgedichteten Uberdruckkammer als Vorhang verstreckt und abgelegt. Der Kanal ist dadurch gekennzeichnet, daB die Begrenzungsplatten zonenweise verstellbar sind, um eine feinfuhlige Verstellung der Druck- und Stromungsverhaltnisse zu ermoglichen. Ahnlich wie bei den bisher beschriebenen Verfahren arbeitet das Reicofil-Verfahren unterhalb der Spinndusen rnit konditionierter Luft, deren Temperatur auf das zu verarbeitende Polymer eingestellt wird. In einer zweiten Anblaszone erfolgt die Beaufschlagung der Filamente rnit Umgebungsluft. Die Filamente werden rnit der Mischluft durch den Abzugskanal in eine Kammer zur Ablage des Vlieses geSchrnelzblaseinheit
Verstreckluft
- - - - - _- _ _--- _- - G - - - -_ _ - -
Vliesbildungsrnaschine
Abb. 4-62. NST-System der Zimmer AG
2 10
4 Trockenverjkhrm
-
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Filamentvorhang Abkuhlzone Injektor Gasrnischkammer Verstreckschacht Parallelplatten Druckmesseinrichtung Schlauchleitung Stellvorrichtung Ablageeinrichtung
Abb. 4-63. Verfahren zur Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen der Hoechst AG nach EP 0674036A2
saugt. Die Verstreckung und Ablage des Filaments erfolgt uber die gesamte Breite. Die neueste Version dieses Verfahrens REICOFIL 3 zeigt Abb. 4-64. Mit diesem Verfahren ist es auch moglich, feintitrige Filamentvliesstoffe herzustellen (Anlagentyp MF) und neben Polypropylen auch Polyester zu verarbeiten (Anlagentyp PET). Bereits Ende der 60er Jahre wurde als Alternative zu den bis dahin bekannten Technologien ein Verfahren entwickelt, bei dem die Verstreckung und Vliesbildung eines Filamentvorhanges ausschliefilich auf Basis von Saugluft erfolgte [ 103I. Dieses Know-how bildete die technologische Grundlage fur das ,,REICOFIL I"-Verfahren. Das in [ 1031 vorgestellte Verfahren wurde bis 1990 kommerziell betrieben und zu diesem Zeitpunkt anlagen- und verfahrenstechnisch optimiert. Das Konzept fur diese Weiterentwicklung beinhaltet eine Veranderung der Kuhlzone sowie eine Verlangerung des Abzugskanals und des Diffusors. Das Verfahrensprinzip ist in der Laboranlage des Sachsischen Textilforschungsinstitut e.V. Chemnitz realisiert. Mit dem Verfahren konnte die Filamentgeschwindigkeit von ca. 1000 m/min auf zunachst 3000 d m i n und spater bis zu SO00 d m i n erhoht werden. Dadurch werden auch Filamentfeinheiten < 1 dtex erreicht. Forschungsarbeiten auf dieser Laboranlage beinhalten u.a. die Erprobung vollig neuer Rohstoffe [ S l ] die Verarbeitung von Recyclaten 1541 - Verfahrensoptimierungen auf der Basis neuer Rohstoffe - Verfahrenskombination mit mechanischen Verfestigungsverfahren [98] - die Herstellung neuartiger Faser-FilamentspinnvliesverbundstoffeI1041 -
4.2 Extru.~i[)n.~vlie.s.st~ffe 2 1 1
? c
q
; ; i
-,’
1 Materialbeschickung 2 Extruder 3 Siebwechsler 4 Spinnpumpe 5 Breitschlitzwerkeug 6 Kuhlung und Unterziehung 7 Siebbandmaschine 8 Kalander 9 Wickler
Abb. 4-64. REICOFIL 3
-
Spinnvliesanlage der Relfenhauser GmbH & Co
Beispielhaft sind in den Abb. 4-65 und 4-66 Ergebnisse aus Untersuchungen an Granulaten Hostalen (konventionelles PP) und Hostacen (Metallocen PP) wiedergegeben. Abb. 4-65 zeigt die erreichten Filamentgeschwindigkeiten in Abhangigkeit von den Luftgeschwindigkeiten. Damit erklart sich auch die Filamentverfeinerung bei Hostacen im Vergleich zu Hostalen. Aus Abb. 4-66 sind die hoheren FestigkeitsDehnungseigenschaften der Filamentvliesstoffe auf Basis Hostacen im Vergleich zu Hostalen bei vergleichbaren Flachenmassen ersichtlich. Ein neues Verfahrensprinzip auf der Basis von Saugluft, ermoglicht durch eine spezielle Gestaltung des Abzugskanals und des Diffusors hohe Filamentgeschwindigkeiten auch bei Polyester [ 1051. Das Ablageband lauft durch den Diffusor hindurch und ist in diesem Bereich luftdicht abgeschlossen, so dal3 keine Druckverluste auftreten. Abb. 4-67 zeigt das Verfahrensprinzip. In Abb. 4-68 sind die Filamentfestigkeiten in Abhangigkeit von der Filamentgeschwindigkeit fur zwei Polyestertypen wiedergegeben. Die beim Abzug von Filamentvorhangen durch Kanale zu beobachtende Randzonenveranderung tritt nicht auf. Ein Hauptproblem bei der Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen ist das Erreichen einer guten VliesgleichmaBigkeit. Sie ist neben der Wirtschaftlichkeit ein entscheidendes Kriterium im Wettbewerb mit anderen Vliesbildungstechnologien.
6000, C .-
Hostacen vF in mimin fur m 0 700 girnin Bohrung
E , .-
5000
LL
>
+ ..-
4000-
U .-C
s 6m
5
Hostalen vF in rnimin fur m 0,700 girnin Bohrung
0 0 0 -
3000-
0 C
a,
c--
I--
a,
.-
----
0 .
/ '
............
..................... ..............
............... .............
Hostacen vF in rnimin fur m 0 355 gimin Bohrung Hostalen vF in mimin fur m 0 355 gimin Bohrung
2000-
U
1000 !
3000
I
I
I
I
4000 5000 Luftgeschwindigkeit vL in m/min
I
6000
Abb. 4-65. Filarnentgeschwindigkeit in Abhangigkeit von der Luftgeschwindigkeit fur PP Hostalen und Hostacen
_---____--Hostacen 64 g/m2 quer /---
Dehnung I: in %
Abb. 4-66. Zugkraft-Dehnung\diagramme fur PP Hostalen und Ho\tacen
Eine unzureichende GleichmiiBigkeit zeigt sich speziell bei niedrigen Fliichenmassen durch ein ,,wolkiges" Vliesbild und hohe Variationskoeffizienten von Flachenmasse, mechanischen Eigenschaften und Durchlassigkeit. Die Ursachen fur UngleichmaBigkeiten von Filamentvliesstoffen liegen zumeist in der aerodynamischen Verstreckung der Filamente und Vliesbildung, wahrend die Verfestigung eine geringere Rolle spielt. Dies bedeutet, dalJ eine unzureichende GleichmaBigkeit des Rohvlieses nur sehr bedingt durch die Verfestigung ausgeglichen werden kann. Untergeordnete Bedeutung in Bezug auf GleichmaBigkeit haben die Extrusion und Erspinnung der Fi-
/Extruder
Kalander
\
YQ
Wickler
Abb. 4-67. Filamentspinnvliesanlage nach dem INVENTA-Fischer-Verfahren
2 1 3000
4000 5000 Filamentgeschwindigkeit (m/rnin)
6000
Abb. 4-68. Filamentfestigkeit in Abhiingigkeit von der Filamentgeschwindigkeit fur Polyester nach dem INVENTA-Fischer-Verfahren
lamente. Bei optimaler Wahl der ProzeBparameter (z. B. Temperaturprogramm, Schneckendrehzahl, Schmelzedruck) garantieren die verfugbaren Extruder, Schmelzepumpen, Spinnbalken und -diisen eine sehr konstante Schmelzeforderung. Folglich richteten sich die Entwicklungen der Anlagenhersteller und Produzenten von Filamentvliesstoffen hauptsachlich auf die Optimierung des Filamentabzugs und der Vliesablage. Eine Losungsvariante ist das Erspinnen mehrerer Fadenscharen, die auf dem Ablageband ubereinandergelegt werden [ 1061. Als weitere Moglichkeit sind Vonichtungen in Form beweglicher CoandawalZen bekannt, die durch Pendelbewegungen die Schlingenlage der Filamente auf dem Ablageband gunstig beeinflussen [ 1071. Beim bundelweisen Abzug von Filamenten kommt es darauf an, die Biindel nach dem Austritt aus dem Injektor so zu spreizen, daB keine Streifenbildung im Rohvlies auftritt. In Abb. 4-69 ist prinzipiell dargestellt, dal3 die Spreizung sowohl in Arbeitsrichtung als auch iiber die Vliesbreite erfolgt. Eine verfahrenstechnische Losung ist das elektrostatische Spreizen, wie es in [ 1081 beschrieben wurde. Eine andere Moglichkeit besteht darin, das Spreizen mittels sogenannter Prallbleche oder Strahlblenden vorzunehmen [ 109, 1lo].
1 2 3 4 5 6 7
Spinnduse Luftsauger Filarnentspreizung Ablageband Saugkasten Stromungslenkwande Druckluftleitung
Abb. 4-69. Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen der Toyobo Boseki K.K. Osaka (Japan)
Beim Abzug von Filamentvorhiingen durch Kanale uber die gesamte Vliesbreite wurden die Ablageraume stromungstechnisch spezifisch und tlexibel einstellbar gestaltet. Generell wichtig beim Erspinnen und Ablegen von Filamentvorhiingen ist ein ruhiger Fadenlauf (,,Fadenstand") im Hinblick auf einen storungsfreien VerstreckprozeB und eine moglichst gleichmaljige schlingenfiirmige Filamentlage zum Vlies. Ein wichtiger Qualitatsparameter der Filamentvliesstoffe ist die Fliichenmasse, die wesentlich durch den Anwendungszweck vorgegeben wird. Die Flachenmasse hangt von der Durchsatzleistung und der Geschwindigkeit des Ablagebandes ab, die um ein Vielfaches niedriger als die Filamentgeschwindigkeit ist. Die Flachenmasse errechnet sich nach Gleichung (4). Die Bohrungszahl sowie die Spinnbreite sind konstant, wahrend die Vliesbreite analog der Spinnbreite angenommen wird.
Vliesverfestigung Neben den Rohstoffparametem, den Filamenteigenschaften und der Vliesmasse bestimmen das Verfestigungsverfahren und deren ProzelJparameter die Qualitat der Filamentvliesstoffe. Der VerfestigungsprozeR wird im folgenden nur im Hinblick auf die Besonderheiten der Filamentvliesstoffe betrachtet. Weitergehende Ausfuhrungen sind in den Abschnitten 6.1 bis 6.5 enthalten. Bei mehreren moglichen Verfahren spielen auch wirtschaftliche Kriterien, wie z. B. Durchsatzleistungen, Arbeitsgeschwindigkeiten und Arbeitsbreiten, eine Rolle. In Tabelle 4-6 sind fur verschiedene Verfestigungsverfahren die gebrauchlichsten Flachenmassebereiche angegeben. Die am meisten bei Filamentvliesstoffen angewendete Verfestigungsart ist auf Grund des hohen Anteils an Produkten mit niedrigen Fliichenmassen die thermi-
4.2 Extrusionsvliesstffc
2 15
Tabelle 4-6. Fliichenmassebereiche fur verschiedene Verfestigungsverfahren Verfestigungsart
Flaclynmassebereich Iglm-I
Flachenmasse vorzugsweise 1g/m’1
Thermisch Mechanisch
Hydrodynamisch
Kalandern Thermofusion Vernadeln Nahwirken/ Vermaschen
5-120 60-500 60- 1000 80- 1000 20-400
5-80 80-400 1O M 0 0
100-400 30-200
sche Verfestigung mittels Kalanders. Dieses Verfahren eignet sich besonders auch zum Verfestigen und Verbinden mehrschichtiger SM-Vliesstoffe. Die Filamentvliesstoffe werden beim Kalandern mit Walzenkombinationen glatt/ graviert meist punktuell verfestigt, wobei der Anteil der Verfestigungsflachen 525% betragt. Diese Vliesstoffe sind im unteren Flachenmassebereich relativ weich, wahrend mit zunehmender Flachenmasse die Steifheit zunimmt. Bei Flachenmassen > 120 g/m2 besteht das Risiko der Schichtentrennung auf Grund ungenugender Durchdringung der Kalandergravur. Neuere Erkenntnisse besagen, daB solche Vliesstoffe mit tiefen Gravuren kalandert werden konnen, wenn die Geschwindigkeit niedrig gewahlt wird und/oder ein Vorheizen erfolgt [ 1 111. Die mittels Kalander verfestigten Filamentvliesstoffe sind durch folgende Eigenschaften charakterisiert: geringe DickeNoluminositat hohe Vliesdichte - mittlere Festigkeit - geringe Luftdurchlassigkeit - relativ geringe Saugfahigkeit - mittlere Wasser- und Wasserdampfdurchlassigkeit -
Auf Grund ihrer Eigenschaften werden diese Vliesstoffe - ubenviegend auf Polypropylen-Basis - im Hygienebereich und als Medizintextilien verwendet. Die Thermofusion wird bei hoheren Flachenmassen oftmals in Verbindung mit dem Vernadeln praktiziert [ 1 121. Das Vernadeln von Filamentvliesstoffen erfolgt bei hoheren Flachenmassen als das Kalandern. Vernadelte Filamentspinnvliesstoffe sind im Vergleich zu durch Kalander oder Thermofusion verfestigten Produkten weicher, voluminoser und saugfahiger. Neben der Auswahl des Vernadelungsverfahrens und der Nadelart beeinflussen die Prozeljparameter Einstichdichte und -tiefe signifikant das Festigkeits-Dehnungs-Verhalten. Untersuchungen zum Vernadeln von Filamentvliesstoffen zeigten, dalj im Flachenmassebereich von 1 SO-300 g/m2 die optimale Einstichdichte bei 200-300 Stich/cm2 liegt. Bei hoheren Einstichdichten besteht die Gefahr des Zernadelns der Filamente [88]. Das kontinuierliche Vernadeln von Filamentvliesstoffen im Geschwindigkeitsbereich von 1 0 4 0 m/min erfolgt mit mehreren in Reihe geschalteten Nadelmaschinen, um die notwendigen Einstichdichten zu erreichen. Vernadelte Filamentvliesstoffe, die zusatzlich durch Wbnebehandlung verfestigt sind, weisen hohe Stempeldurchdriickkrafte auf und sind speziell im Bau-
und Geotextilbereich einsetzbar [ I 121. Beispiele fur geeignete Produkte sind in [ I 131 aufgefuhrt. Durch Einsticqdichte und Einstichtiefe werden die Porenoffnungsweite sowie die horizontale bzw. vertikale Wasserdurchl igkeit und somit die Filtereigenschaften beeinflufit [88]. Das Vermaschen von Filamentvliesstoffen ist noch von untergeordneter Bedeutung, da es auf Grund der geringen Arbeitsgeschwindigkeiten der Nahwirkmaschine diskontinuierlich erfolgen mul3. Die Weiterentwicklung der hydrodynamischen Verfestigung von Vliesen mittels Hochdruck-Wasserstrahlen, die bisher fast ausschlieBlich bei Faservliesstoffen angewendet wird, ermoglicht eine Anpassung an den Filamentspinnvliesprozefl. Bei dieser Verfestigungsart erfolgt die' Verwirbelung der Filamente waagerecht und teilweise senkrecht im Vliesstoffquerschnitt. Die hydrodynamische Verfestigung von Filamentvliesstoffen ,und mehrschichtigen Verbundstrukturen ist in mehreren Patentschriften angefuhrt [ 114, 1151. Entsprechende Optionen werden von bekannten Herstellern von Wasserstrahlverfestigungsanlagen angeboten [ 1 161. Speziell von den Unternehmen, die als Anlagenhersteller oder Vliesstoffproduzenten uber beide 'Technologien verfugen, ist zu erwarten, daB die Produktionseinfuhrung fur ein kontinuierliches ,,Spunbond-spunlace"-System in nachster Zeit erfolgt [ 1 171. Voraussetzungen hierfur sind die Erhohung der Arbeitsgeschwindigkeit von Anlagen zur Wasserstrahlverfestigung bis auf 600 d m i n und der Arbeitsmitteldrucke bis auf 600 bar [ 1161. Neuere Untersuchungen haben ergeben, dal3 durch die hydrodynamische Verfestigung von Filamentspinnvliesstoffen aus Polypropylen im Flachenmassebereich V O 35 ~ bis 120 g/m' hohere Festigkeiten sowie Dehnungen und damit ein besseres berformungsvermogen gegenuber thermisch verfestigten und vernadelten Filamentvliesstoffen erreicht werden [98]. Im Bereich von 90 bis 200 g/m' wurde die Stempeldurchdruckkraft im Vergleich zu ' vernadelten Filamentvliesstoffen verbessert. Gleiches gilt fur die Weichheit. Bei hoheren'Flachenmassen ist nach dem gegenwiirtigen Erkenntnisstand der spezifische Energieeintrag noch 'nicht ausreichend. Im niedrigen Flachenmassebereich bestehen gegenwartig gute Aussichten fur(hydrodynamisch verfestigte Filamentspinnvliesstoffe auf Grund des erreichbaren Qualitatsniveaus. Die chemische/Verfestigung mit Bindemittelflotten ist fur Filamentspinnvliesstoffe von untergeordneter Bedeutung. Dort,i wo Filamentspinnvliesstoffe in Bekleidung zum Einsatz kommen, findet sie noch Anwendung. Kombinationen mechanischer bzw. thermischer und chemischer Verfestigungen von Filamentvliesstoffen ermoglichen, daB die an sie gestellten Eigenschaftsforderungen, z. B. hinsichtlich Festigkeit und Formstabilitat, erfullt werden. Beispiele hierfur sind im Bereich' Bautextilien Dachbahnen und Isolationen [118, 1191. In diesem Zusammenhang wird auf Ausfiihrungen in Abschnitt 15.3.2 verwiesen. , Durch ein biaxiales Flachenrecken der Filamentvliesstoffe in 'Verbindung mit einer thermischen Nachbehandlung lassen sich zielgerichtet die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften in MD/CD-Richtung so verandern, daB istotropes Festigkeitsverhalten erreicht wird [120]. Damit kann auch eine Verminderung der Flachenmasse 'eintreten, die gleichbedeutend mit einer Materialeinsparung ist. Bezuglich moglicher Veredlung und Ausrustung der Vliesstoffe wird auf Teil 111 verwiesen.
1
4.2 ExtrusionsvliesstofSe
2 17
Vliesstoffverbunde Die Herstellung von Extrusionsvliesstoffen ermoglicht auch, Vliesstoffverbunde nach kontinuierlichen Verfahren zu fertigen. Diese Entwicklung hat besonders in den letzten IS Jahren fur das Erschlieljen neuer Einsatzgebiete von Spinnvliesstoffen Bedeutung erlangt. Durch Kombination der Verfahrenstechnik sind Vliesstoffverbunde herstellbar, bei denen sich die Eigenschaften der einzelnen Schichten so erganzen, dafi die Qualitatsanforderungen erfullt werden. Neben den Einsatzgebieten Hygiene und Medizin sind es insbesondere solche technische Anwendungsgebiete wie Geotextilien, Filtration und Schutztextilien. Dies betrifft speziell Forderungen hinsichtlich Festigkeits- und Formanderungsverhalten, Porositat, Durchlassigkeit und Barrierewirkung. Bei den Verfahrenserlauterungen zur Herstellung von Filamentspinnvliesstoffen wurde bereits auf mogliche Kombinationen hingewiesen, wenn sie im Zusammenhang rnit der Filamenterspinnung, -verstreckung undoder Vliesbildung notwendig waren. Ausgehend von Filamentspinnvliesstoff als Grundkomponente sind nachfolgende Kombinationen mit anderen Stoffen bekannt: ein- oder mehrlagige Filamentvliesstoffe (SS, SSS) ein- oder mehrlagige Meltblown-Vliesstoffe (SM, SMS, SMMS) [ 12 1 ] - Folien (SF) [8S] - Meltblown-Vliesstoffe und Folien (SMF) [85] - Pulp rnit oder ohne Meltblown-Vliesstoffe - Faservliesstoffe -
-
Spinnvliesstoffe werden auch rnit Krallmatte, Kunststoffgitter, Fadengelege, Gewebe oder Gewirke zu Verbundstoffen verarbeitet. Als Beispiel fur die Kombination von Spinnvliesstoffen wird in Abb. 4-70 eine Anlage rnit zwei Spinnvlieseinheiten, die auf ein Ablageband arbeiten, nach dem Reicofil-Verfahren dargestellt. Abb. 4-62 zeigt ein Beispiel fur die Kombination SMS. Solche Produktionslinien sind auch unter dem Begriff Multidenier-Verfahren bekannt geworden [ 1221. Durch das Erspinnen von Filamenten oder Fasern rnit unterschiedlichen Feinheiten kann uber den Vliesstoffquerschnitt z. B. ein Porositatgradient oder eine abgestufte Barriere geschaffen werden, die die Anwendung solcher Vliesstoffverbunde als Tiefenfilter ermoglicht [ 1231. Eine neue verfahrenstechnische Losung stellt die Kombination Filamentspinnvliesstoff, Beschichtung und Recken des Verbundes dar. In Abb. 4-71 sind die Verfahrenselemente fur den VAPORWEB-Verbund dargestellt. Unmittelbar nach der thermischen Verfestigung des Spinnvliesstoffes erfolgt die Beschichtung mit anschlieljender biaxialer Reckung des Verbundes [ 1241. Durch Einlagerung von Calziumcarbonat in die Polymerschmelze zur Beschichtung erhalt der Vliesstoffverbund nach dem Reckprozefi eine mikroporose wasserdampfdurchlassige Struktur. Die Verbunde sind vorteilhaft als Hullvlies in Hygieneerzeugnissen einsetzbar (siehe Kapitel 10). Durch Kombination von Spinnvliesstoffen rnit Pulps kann die Saugfiihigkeit bewuljt beeinfluljt werden [ 1251. Die Kombinationen von Spinnvliesstoffen mit Krall-
Abb. 4-70. Doppel-REICOFIL-Spinnvliesanlage der Reifenhauw Ma\chinenfahrik GmhH & C o
Film-Vliesstofh/erbund
VAPORWEB Verbund
I
I
Vliesstoff
Spinnvlies
Kalander
Beschichtung
MD-Reckung
CD-Reckung
Abb. 4-71. Verfahrenselernente der VAPORWEB-Technologie
matten, Kunststoffgittem oder anderen Fadenstrukturen finden besonders im Bauund Geotextilbereich Anwendung. Analog zu den Verstarkungen bei Faservliesstoffen ubernehmen Flachengebilde aus Faden ebenfalls eine Stabilisierung der Verbunde mit Filamentvliesstoffen. Beispiele hiedur sind Anwendungen in den Bereichen bituminierte Dachbahnen und in der Fahrzeugindustrie. Leichte Filamentspinnvliesstoffe werden auch als Abdeckvliesstoffe bei CFK-Verbundstoffen eingesetzt. Bei den Rohstoffen (siehe Abschnitt 4.2.1 ) wurde bereits auf die Herstellung von Filamentvliesstoffen aus biologisch abbaubaren Polymeren hingewiesen. Die iikonomisch vertretbare Verarbeitung dieser Polymere zu abbaubaren Spinnvliesstoffen wird auch zu neuen Vliesstoffverbunden fuhren, von denen nur eine zeitlich begrenzte Funktionstuchtigkeit der Erzeugnisse gefordert wird. Hierzu gehoren bestimmte Filterstoffe [ 1261 sowie Agrar- und Geotextilien [62].
4.2.4
Verfahren zur Herstellung von Feinfaser-Spinnvliesstoffen
Die Extrusion von thermoplastischen Polymeren gestattet auch die Herstellung von Spinnvliesstoffen mit Faserstruktur. Eine klare Abgrenzung bezuglich der Feinheitsbezeichnungen Fein- und Feinstfaser existiert nicht. Nachfolgendes Beispiel zeigt, welche Filamentdurchmesser bei Polypropylen den Feinheiten zugeordnet werden mussen:
I ,O dtex E 1 1,9 pm 0,I dtex E 3,8 pm 0,Ol dtex E 1,2 pm 0,001 dtex" 0,4 pm Die Zielstellung, sehr feine Filamente rnit Feinheiten I 1 dtex herzustellen, ist aber fur Spinnvliesstoffe mit niedrigen Flachenmassen, z. B. fur Hygieneerzeugnisse, Agrartextilien und fur Filterstoffe, vorteilhaft. Filamentfeinheiten bis zu 0,5 dtex zu erspinnen - das entspricht bei Polypropylen einem Filamentdurchmesser von 8 pm - stellen sehr hohe Anforderungen an Verfahrenstechnik und ProzelJfuhrung. Hieraus wird deutlich, dafi die bekannte Verfahrenstechnik der Monokomponentenerspinnung aus Dusenbohrungen auf Grenzen stofit. Dies durfte auch der Grund dafur sein, dalJ zeitgleich mit der Entwicklung von Filamentspinnvliesstoffen auch Forschungsarbeiten durchgefuhrt wurden, neue Verfahren zu entwickeln, die das Herstellen von Fasem mit sehr hoher Feinheit und deren Verarbeitung zu einem Spinnvliesstoff ermoglichen. Hierzu gehoren: -
Schmelzblas-Spinnvliesverfahren Verdampfungs-Spinnvliesverfahren Elektrostatik-Spinnvliesverfahren
Die beiden erstgenannten Verfahren haben industrielle Bedeutung erlangt. 4.2.4.1
Schmelzblas-Spinnvliesverfahren
Mc Culloch gibt einen Uberblick uber die Verfahrensentwicklung zur Herstellung von Vliesstoffen aus thermoplastischen Feinstfasem nach dem Schmelzblasverfahren [127]. Die Entwicklung begann Ende der 60er Jahre bei Exxon und fuhrte zu einem Einstufenprozea. Lizenzvergaben erfolgten an Kimberly-Clark, Johnson & Johnson, James River, Web Dynamics, Ergon Nonwovens usw. Auch die Firma Reifenhauser nahm von Exxon eine Lizenz fur Entwicklung und Bau von Spinnvliesanlagen. Bei dem Schmelzblasverfahren werden Feinstfasem rnit einem Durchmesser von 1-5 pm aus einer Polymerschmelze hergestellt [49], indem direkt an der Dusenspitze die Schmelze durch HeilJluft angestromt wird. Dadurch entsteht ein FaserLuft-Gemisch. Die Faserstreckung erfolgt bei hohen Luftgeschwindigkeiten im Bereich von 6000 d m i n bis 30000 d m i n in Abhangigkeit von Schmelzebedingungen und Temperatur sowie der gewunschten Faserform. Die Lufttemperatur wird der Schmelzetemperatur angeglichen, urn das Polymer mit hoher Temperatur zu verstrecken. Unterhalb der Dusenspitze entsteht eine Luftturbulenz, die zu einer Faseraufteilung und damit zu einem Luft-Faser-Gemisch fuhrt. Die Luft vermischt sich rnit der Umgebungsluft und kuhlt die Fasem ab. Die sehr fein geformten Fasern wer-
den in Wirrlage auf ein Siebband abgelegt und die Luft abgesaugt. Das Herstellen sehr feiner Fasem erfordert, daB die Schmelze am Dusenaustritt eine sehr niedrige Viskositat hat. Je hoher die Schmelzetemperatur, urn so niedriger ist ihre Viskositiit. Dabei kann auch gleichzeitig die Luftblasgeschwindigkeit reduziert werden. Luftgeschwindigkeit und -temperatur bestimmen wesentlich die Fasereigenschaften und Vliesqualitat. Eine hohere Geschwindigkeit lost eine grorjere Verstreckwirkung an der Faser aus und vergrorjert die Faser-Luft-Turbulenz bei der Ablage. Unweit unterhalb der Duse ist der Faserformungsprozerj beendet. Aus diesem Grunde kann im Vergleich zum Filament-Spinnvliesverfahren der Abstand zwischen Blasduse und Ablage klein gehalten werden. Von besonderer Bedeutung fur das Schmelzblasverfahren ist die Gestaltung des Schmelzblaskopfes. In Abb. 4-72 ist das Prinzip in allgemeiner Form dargestellt [ 1281. Besonders wichtig ist die konstruktive Auslegung der Schmelze- und HeiRluftfuhrung direkt an der Dusenspitze des Blaskopfes. Allgemein werden die Dusenbohrungen reihenfiirmig angeordnet, und die HeiBluft tritt mit hoher Geschwindigkeit aus Luftschlitzen aus. Im Europapatent 067 4035 A2 der Kimberly Clark Corp. wird fur die Herstellung von Meltblown-Vliesstoffen aus Polyethylen das Verfahren und der Dusenkopf mit Schmelze- und Heirjluftfuhrung beschrieben [ 1291. Abb. 4-73 zeigt das Anlagenprinzip und Abb. 4-74 einen Querschnitt durch den Blaskopf. Beim Dusenkopf nach Kaun [ I301 sind die Blasluftdusenschlitze beidseitig der Polymerduse angeordnet. Die Dusenschlitze werden von jeweils einer BlasluftlipHeizer Polymer
I
HeiBluft
HeiBluft
Blaskopf
Austritt
Abb. 4-72. Schmelzblasdusenprinzip [ 128) HeiOluft
Schmelzblaskopf
4--
Abb. 4-73. Schmelzhla~-Spinnvlie\vertlhrenI I291
Abb. 4-74. Ouerschnitt der Schrnelzbla~duse
pe gebildet, die mit der Lippenkante gegenuber der keilformigen Polymerduse die Blasluftdusenschlitze ergibt. Gerking [ 13 1 ] schlagt eine Vomchtung vor, bei der jede Schmelzebohrung der Spinndiise mit einer ringformigen Blasduse umgeben wird. Die dabei wirkenden konzentrischen Gasstrome unterstutzen die Verstrekkung der Fasern oder Filamente. Fur die Moglichkeit der Verfahrenssteuerung undoder -regelung der Flachenmasse des Vlieses nutzt Frey [ 1321 als ProzeBvariable die Dusenplattentemperatur, die Austrittsspaltdicke der Blasluft-/Fasermischung und den Luftstromungswiderstand der Ablagevomchtung. Nach Balk [ 1331 ist das Schmelzblasverfahren auch geeignet, aus zwei oder mehreren Polymerkomponenten Feinstfasern und damit Vliese herzustellen. 1st die Haftung zwischen den einzelnen Komponenten gering, so lassen sich die Schmelzblasfasern in die einzelnen Komponenten aufspalten und zu einem Vlies ablegen. Dadurch ist eine hohe Variationsmoglichkeit fur den Vliesaufbau aus Feinstfasern und die Anpassungsmoglichkeit an geforderte Eigenschaften gegeben. Uber Versuchsergebnisse von Vliesstoffen aus Bikomponentenfasern, die auf einer neuen Reicofil-Bikomponentenanlage nach dem Schmelzblasverfahren hergestellt werden, berichten Wadsworth u.a. [ 1341. Die Reifenhauser Maschinenfabrik GmbH & Co. [ 1351 nutzt die Moglichkeit des Schmelzblasverfahrens auch zur Herstellung von Filament-Spinnvliesstoffen. Dabei werden die ProzeBbedingungen so gewahlt, daB Filamente mit einem Durchmesser unter 100 pm entstehen. Das thermobondierte Vlies kann anschliel3end auf Verstrecktemperatur envarmt und im Bereich von 100-400% biaxial verstreckt werden. Durch eine nachfolgende Thermofixierung wird der Filament-Spinnvliesstoff stabilisiert. 4.2.4.2
Verdampfungs-Spinnvliesverfahren
Das Verfahren ist eine Entwicklung von DuPont. Die nach dem Verfahren hergestellten Tyvek-Spinnvliesstoffe werden an zwei Produktionsstandorten ausschlieljlich von DuPont gefertigt. Die Jahreskapazitat 1997 betrug 55000 t. Mit dem Verfahren ist es moglich, sehr feine Fasern im Bereich von 0,5 pm bis zu 10,O pm zu erzeugen [ 1361. Nach diesem Verfahren wird Polyethylen hoher Dichte im Autoklaven zu einer siedenden Losung mit uber 200 "C erhitzt. Losemittel konnen Trichlorfluormethan
positive oder negative geerdet oder Gleich-
Ahh. 4-75. P r i n q de\ Verddmpfunp Spinnvlie\verfahren\ I I281
oder Freon sein. Das Losen erfolgt unter hohem Druck im Bereich von 4000 kPa his 7000 kPa [ 1281. Abb. 4-75 zeigt das Verfahrensprinzip. Bei diesem hohen Druck wird die Losung unter kontrollierten ProzeBbedingungen freigesetzt. Dabei verdampft das Liisungsmittel, und es bildet sich ein Netzwerk aus sehr feinen Fasern im genannten Durchmesserbereich. Das gebildete Feinfaservlies wird anschlieBend nachbehandelt. Je nach den gewiihlten Ausrustungsverfahren ist es moglich, sehr dichte feste oder weiche Vliesstoffe heriustellen. Die von DuPont fur bestimmte Einsatzgebiete durchgefuhrten Vliesstoffentwicklungen haben sich beispielsweise in den Bereichen Filterindustrie und Schutzbekleidungen (siehe Abschnitt 14.2) bewahrt.
4.2.4.3 Elektrostatik-Spinnvliesverfahren Das Verfahren des Elektrostatikspinnens besteht darin, eine Polymerlosung oder -schmelze in einem elektrischen Feld bei sehr hohen Spannungen zu sehr feinen Fasern aufzuteilen und daraus das Vlies zu formen. Abb. 4-76 zeigt das Verfahrensprinzip fur die Vliesherstellung. Auf ein Tragermaterial wird im elektrischen Feld zwischen Gegenelektrode und Spriihelektrode unter hoher Spannung aus der Schmelze oder Losung die Faser gespruht. Das gebildete Vlies wird mit einer Decklage abgedeckt 1137, 1381. Die unter hoher Spannung zwischen 5 kV und 20 kV hergestellten Fasem liegen im Durchmesserbereich von 500 nm und 40 nm, und haben somit ein grol3es Oberflachen-/Volumen-Verhaltnis.Diese interessante verfahrenstechnische Liisung hat im WeltmaBstab noch keine industrielle Bedeutung erlangt. Auf Grund der erreichten Vliesstruktur und der moglichen Ausrustungen der hergestellten Vliesstoffe zeichnet sich ein Einsatz im Bereich der Schutzbekleidung ah. Das Verfahrensprinzip gestattet auch, das Spruhen des Vliesstoffes auf dreidimensionale Formen und kann Grundlage fur die Fertigung geformter Erzeugnisse aus Spinnvliesstoffen im Direktverfahren sein.
4.2 Extru.si~n.svlie.s.st~ff~ 223
b
a
2
a b c d
Tragermaterial Gegenelektrode Abdecklage Spruhelektrode
d Abb. 4-76. Elektrostatik-Spinnvliesverfahren [ 1371
4.2.5
Verfahren zur Herstellung von Foliefaservliesstoffen
Unter Foliefaservliesstoffen werden Vliesstoffe verstanden, die auf der Extrusion von Folien beruhen und durch ein- oder mehrstufige Verfahren kontinuierlich hergestellt werden. Die Folien werden zu fasemetzartigen Flachen umgeformt, zu einem Vlies weiterverarbeitet und anschliel3end mechanisch zu Foliefaservliesstoffen verfestigt. Der Stand der Technik ist in Auswertung der Patent- und Fachliteratur durch eine Reihe von technischen Losungen gekennzeichnet. Die kommerzielle Umsetzung dieser Verfahren ist jedoch im Vergleich zur Produktion der Filament- und Faserspinnvliesstoffe noch unbedeutend. Die folgenden Darlegungen berichten uber technologische Losungen, die sich in der Entwicklung befinden bzw. gegenwartig im Produktionsmafistab genutzt werden. Ausgangspunkt der Herstellung von Filamentfaserstoffen ist die Extrusion von Flach- oder geblasenen Schlauchfolien. Das Aufschmelzen der Polymergranulate erfolgt dabei in ahnlicher Weise wie bei Filamentvliesstoffen durch einen oder mehrere Extruder mit Schneckendurchmessem D von 45 mm bis 160 mm. Anschliel3end wird die Polymerschmelze bzw. Schmelzemischung meist durch Spinnpumpen zu den Flach- oder Blasfoliendusen gefordert. Die Extrusion der Folien erfolgt durch flache oder runde Schlitze mit vorzugsweise 0,4-0,8 mm Spaltbreite. Diese Dusenspalten konnen glatt oder profiliert sein [ 1391. Seit langerem bekannt ist neben der Extrusion von einschichtigen Folien auch die Herstellung von mehrschichtigen Folien, bei denen die durch mehrere Extruder geforderten Schmelzestrome, analog dem Erspinnen von Filamenten, in den Dusenwerkzeugen zusammengefuhrt werden [140]. Der Aufbau der Folien entspricht dem ,,side by side"Prinzip wie bei Filamenten. Die zur Folieextrusion venvendeten Polymere weisen eine hohere Viskositat bzw. einen geringeren Schmelzeindex MFI auf als die Rohstofftypen fur die Filamentspinnerei (siehe Abschnitt 4.2.1). Die Herstellung von Foliefaservliesstoffen begann bereits Ende der 60er Jahre. Zu diesem Zeitpunkt wurden als Rohstoffe vorzugsweise Polypropylen und Polyethylen eingesetzt. Aber auch Polyamid und Polyester kommen zur Anwendung [139]. Diese Polymere wurden spater vor allem durch Polymermischungen erganzt, mit denen eine gezielte Beeinflussung der Verarbeitungseigenschaften der Folie erfolgte. Die Polymermischungen konnen in chemisch vertragliche und unvertragliche Systeme eingeteilt werden. Chemisch vertragliche Mischungen, z. B. von unterschiedlichen
Polyolefinen, dienen zur Verbesserung der Streckfihigkeit und Erhohung der Festigkeit. Chemisch unvertragliche Polymere fuhren zu einer Matrix-Insel-Struktur, die den SplitprozeR bei der Herstellung der Foliefaservliesstoffe unterstutzen. Sie bewirken eine materialspezifische, unkontrollierte Splitneigung. Beispiele hierfur sind in [ 1411 und [ 1421 angefuhrt. Als Hauptkomponenten wurden dabei Polypropylen, Polyamid 6, Polyamid 6.6 und Polyester verwendet. Es erfolgten Mischungen dieser Polymere untereinander und der Hauptkomponenten, wie z. B. Polystyrol mit weiteren Polymeren [141]. Dabei zeigte sich, dalj die Festigkeit bei mehr als 10% Zweitkomponenten absinkt. Dagegen ist die Splitneigung zwischen 20 und 80% Anteil an Zweitkomponenten am besten und erreicht bei Mischungen 50/50 den hochsten Wert. Speziell Polyesterpolyethylen-Mischungen sind spater kommerziell im Zusammenhang mit dem Splitten durch Nadelwalzen angewendet worden [ 1431, worauf im folgenden noch eingegangen wird. Hierbei kamen als Polyesterkomponente Recyclate zur Anwendung. Bei der Herstellung von Foliefaservliesstoffen aus Mehrkomponenten- (vorzugsweise Bikomponenten)Folien werden die gleichen Polymere bzw. Polymerkombinationen wie bei einschichtigen Folien venvendet. Ein geeignetes Verfahren hierfur ist das sogenannte ,,Baroflex"-Verfahren [ 1411. In 11441 wurde eine entsprechende Produktionsanlage zur Herstellung solcher Vliesstoffe angefuhrt, auf die spater noch eingegangen wird. Das Bikomponenten-Verfahren hat - ahnlich wie bei Bikomponenten-Filamenten - zum Ziel, dalj eine Verfeinerung der Einzelfasem und/oder eine Bindefasenvirkung bei thermischer Verfestigung bzw. ein Krauseleffekt erzielt w ird. Im Vordergrund steht bei Foliefaservliesstoffen z. B. der Krauseleffekt, der nach Splitten der Folien ausgelost wird [ 141, 1451. Dabei komnit es darauf an, dalj die Komponenten splitfahig sind, andererseits aber aneinander haften bleiben und durch unterschiedliches Schrumpfvermogen krauseln. Dies kann durch die Auswahl der Polymere gezielt beeinfluljt werden [ 1411. Nach dem Austritt der Folien aus der Duse erfolgen die Kuhlung und die Verstreckung der Folien. Die Foliendicke liegt in der Regel zwischen 0,05 mm und 0,2 mm, wahrend die Verstreckverhaltnisse ca. 1:4 his 1:12 betragen. Dabei finden ahnlich wie beim Filamentspinnen, Kristallisations- und Orientierungsvorgange statt. Gleichzeitig erhoht sich die Festigkeit gegenuber den extrudierten ungereckten Folien um ein Mehrfaches. Im Gegensatz zum Filamentspinnvliesverfahren erfolgt das Verstrecken fast ausschlieBlich durch Galetten oder Walzenrecksysteme. Die Verstreckung wird vorzugsweise in HeiRluftkanalen oder durch beheizte Walzen vorgenommen. Bei einem weiten Streckspalt ergibt sich ein Breiteneinsprung und eine Dickenabnahme nach den Beziehungen b
bU
\-dKJ --
bv = Breite der verstreckten Folie [mml bu = Breite der extrudierten Folie [mm] Vv = Verstreckverhaltnis
4.2 E x t r u . s i ~ n . ~ v l i e s . ~ t ~ ~ f 225 fe
dv = Dicke der verstreckten Folie [mm] dU = Dicke der unverstreckten Folie [mm] Bei einer Verstreckung im engen Streckspalt bleibt die Breite der Folie erhalten und das Verstreckverhaltnis geht voll in die Dickenabnahme ein. Auf weitere Zusammenhange sol1 an dieser Stelle nicht eingegangen werden. Hierzu erfolgten umfangreiche Abhandlungen z. B. in [ 1391 und [ 1461 zur Herstellung von Folienbandern. Nach dem gegenwiktigen Erkenntnisstand werden vorzugsweise folgende Verfahrensvarianten zur Herstellung von Foliefaservliesstoffen kommerziell genutzt: Splitten der Folien mittels Nadelwalzen [143, 144, 1471 Pragen der Folien und anschlieBendes AufreiBen durch mono- oder biaxiales Recken [ 148, 1491 Schaumen und AufreiBen der Folien nach der Extrusion, durch vorher eingearbeitete Additive hervorgerufen Das am meisten verbreitete Verfahren ist das Splitten, auch unter dem Begriff ,,Fibrillieren" bekannt, mittels Nadelwalzen, deren Umfangsgeschwindigkeit hoher ist als die Durchlaufgeschwindigkeit der Folie. Das Verhaltnis der beiden Geschwindigkeiten ist das Fibrillierverhaltnis VF entsprechend der Gleichung
VF = Fibrillierverhaltnis vNW = Umfangsgeschwindigkeit der Nadelwalze [ d m i n ] vF = Durchlaufgeschwindigkeit der Folie [ d m i n ] Das Fibrillierverhaltnis betragt in der Regel 1,3:l bis 8:l. Von [144] wird ein Fibrillierverhaltnis von 5: 1 bis 8: 1 genannt. Neben dem Fibrillierverhaltnis beeinflussen folgende Parameter den Spliteffekt: Duchmesser der Nadelwalze Nadeldichte pro cm Breite Anstellwinkel der Nadeln Kontaktstrecke der Folie Anzahl Nadelleisten uber den Umfang
-
Durch das Splitten entstehen Netzwerke mit unterschiedlichen Feinheiten der Stege und Schlitzlangen (Abb. 4-77). Oftmals werden die Stegfeinheiten auch Einzelfaserfeinheiten genannt, obwohl eigentlich endlose Netzwerke vorliegen. Der Querschnitt der Einzelfasern ist viereckig und breiter verteilt als beim aerodynamischen Verstrecken oder der Galettenverstreckung von Filamenten [ 145, 1461. Der Durchschnitt der Einzelfaserfeinheit liegt in der Regel bei 15 bis 70 dtex und damit hoher als bei Filamentvliesstoffen [ 15 I]. Bei Venvendung von Bikomponentenfolien mit unterschiedlichem Schrumpfvermogen der Komponenten kann nach dem Splitten durch Temperatureinwirkung ein Krauseleffekt ausgelost werden (Abb. 4-78).
Abb. 4-77. Folienetistruktur. Fibrillierverh~ltnis:bei (a) 1.4: 1 : bei (b) 1.6: 1
a
b Abb. 4-78. Foliefasernetz (a) glatt (h) gekriiuselt
Bei der Direktverarbeitung wird das gesplittete Folienetzwerk wie ein Rohvlies beim Filamentspinnverfahren auf einem Band abgelegt und zu einem Leger transportiert. Dieser tifelt das Rohvlies wie ein gekrempeltes Vlies quer und fuhrt es beispielsweise einer Nadelmaschine zur mechanischen Verfestigung zu. Abb. 4-79 zeigt schematisch das Verfahrensprinzip. Bei einem anderen neuen Verfahren wird die Folie wie bisher bekannt gereckt und gesplittet. Im Unterschied zur vorher beschriebenen Quertafelung erfolgt anschlieBend der direkte Abzug des Folienetzwerkes durch einen Luftkanal und die Ablage auf einem Transportband. Dabei wird das Rohvlies in einem Diffusor verwirbelt (Abb. 4-80). Bei dem in Abb. 4-80 dargestellten Verfahren wird das gespreizte netzartige Fasergebilde schlingenformig auf dem Transportband abgelegt, wobei die durch das Splitten der Folie entstandenen Querverbindungen erhalten bleiben. Dadurch ergibt sich ein giinstiges MD:CD-Verhiiltnis der Festigkeit. Das Verfahren ist zum Patent angemeldet I1521. Bei einer anderen verfahrenstechnischen Variante erfolgt das Aufsplitten der Folie direkt an einer Niihwirkmaschine mittels integrierter Nadelwalze [ 143, 1471. Diese Maschine nimmt nachfolgend inline die Verfestigung der Foliefaservliesstoffe vor, wobei ein Ubernahen erfolgt. Dadurch haben diese Vliesstoffe in der Regel eine hohere Langsfestigkeit. Seit Iangerem praktiziert wird von einigen Unternehmen in GroBbritannien und den USA die Herstellung von Foliefaservliesstoffen auf der Basis von gepragten
1
1 FolienbildunglSchmelzen, Extrudieren, Ziehen Kuhlen 2 Verstrecken 3 Aufsplitten 4 Bildung des Folienfaservliessfoffes
vv v
2
3
4
Abb. 4-79. Verfahrensschema zur Herstellung eines Foliefaservlieshtoffes
I
Abb. 4-80. Verfahrensschema
I
Lur
1 zugefuhrte Folie 2 Fibrillator 3 Spreizvorrichtung 4 Urnlenbalze 5 Luftkanal 6 Siebband 7 Verfestigungsaggregat 8 Foliefaservlies
Herstellung eines pneumatisch gelegten Foliefaservlieses
Folien [148, 1491. Das Pragen der Folien, die vorzugsweise HUS Polyethylen hoher Dichte bestehen, erfolgt nach der Extrusion und vor dem Verstrecken. Die Folien weisen abwechselnd dickere und dunnere Bereiche auf. Letztere bewirken als Sollbruchstellen ein AufreiBen bzw. Auffasern. Abb. 4-8 1 zeigt einen solchen gitterahnlichen Foliefaservliesstoff. Andere Verfahrensprinzipien zur Herstellung derartiger Vliesstoffe sind in [ 1531 angefuhrt. Diese Technologien beruhen auf Lamellar- bzw. Gitterextrusion. Die mittels Pragung hergestellten Foliefaservliesstoffe werden meist als Bondierungsschicht zwischen anderen Flachengebilden venvendet. Der niedrige Schmelzebereich dieser Vliesstoffe fuhrt dazu, daB bei Einwirkung von Temperatur und Druck die schwacheren Bereiche weggeschmolzen werden und die dickeren Stellen als Bindepunkte fungieren. Die Herstellung von Foliefaservliesstoffen kann auch durch das sogenannte Berstverfahren erfolgen [150]. Dabei wird der Polymerschmelze ein Schaummittel zugegeben, das bei der Extrusion ein Gas freisetzt. Nach dem Austritt aus einer Radialduse erfolgt das Abkuhlen der Folie durch Luft, wobei eine Schaumfolie entsteht. Der anschlieBende biaxiale Streckvorgang fiihrt zu einem rohrchenformigen Netzwerk. Eine ahnliche Struktur entsteht durch Extrusion einer Folie aus 70% Polyethylen und 30% Polyester mit einer Matrix-Fibrillen-Struktur. Durch eine aerodynamische Vliesbildungsanlage erfolgt ein Zerfasern der gekrauselten Folie [ 1541.
Abb. 4-81. Gepragte Folienetzstruktur
Eine zweistufige Extraktion mit Xylol bewirkt, dal3 das Polyethylen als Matrixkomponente a& dem Vlies herausielost wird. Das Auftragen einer Deckschicht ermoglicht die Verarbeitung zu ,,Syntheseleder". Anwendungsgebiete fur Foliefaservliesstoffe auf Polyethylen- bzw. Polypropylenbasis sind nach 1142, 144) z.B. -
Olabsorber Geotextilien wasserdurchlassige Membranen Textiltapeten
Bekannt ist auch der Einsatz solcher Vliesstoffe zur Betonarmierung. Die aus geprigten Folien hergestellten netzartigen Strukturen kommen meist als Hullvliesstoffe oder Bondkomponenten bei mehrschichtigen Verbundstoffen zum Einsatz. Bei den aus Polymermischungen mit einem Hauptanteil Polyester bestehenden Vliesstoffen wird speziell die gegenuber Polyolefinen hohere Temperaturbestandigkeit genutzt. Ihre Anwendung erfolgte bisher vorzugsweise fur Dachbahnen, Teppichgrundware und als Komponente fur beflockte Bodenbelage [ 1431.
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5 NaRverfahren ( H . Pill, K. Afflerbach)
Mit dem NaBverfahren lassen sich alle in Fliissigkeiten dispergierbaren Fasem zu einem Vlies ablegen. Charakteristisch fur das NaBverfahren sind [ 11: -
sehr gute Homogenitat der Produkte Vielseitigkeit in der Produktskala Hohe der Produktionsleistung
Die wichtigsten Produkte, die mit dem NaBverfahren hergestellt werden, sind in Tabelle 5.1 zusammengefafit: Tabelle 5-1.NaBgelegte Vliese [ 2 ] Spezialpapiere
Technische Vliesstoffe
Textilahnliche Vliesstoffe
Synthesefaserpapiere Luftfilterpapiere Flussigkeitsfilterpapiere Zigarettenumhullungspapiere Overlaypapiere Wurstumhullungspapiere Schablonenpapiere Staubsaugerpapiere Teebeutelpapiere
Vliesstoffe fur Bedachung Vliesstoffe fur Bodenbelage Filtervliesstoffe Separatorenvliesstoffe Reinstraumfilter Leiterplattenvliese Beschichtungstrager-Vliesstoffe
Operationswasche Bettwasche Servietten Handtucher Hygieneprodukle Textile Einlagen Dekorvliesstoffe
Der Einsatz von Papiermaschinen ahnlichen oder gleichen Maschinengruppen in Bereichen von der Stoffaufbereitung bis zur Aufrollung zeigt, dal3 diese NaBvliesprodukte wegen ihres engen Venvandtschaftsgrades in der Herstellung und des Endproduktes zur leichteren Erklarung, je nach auBerem Charakter und der Zusammensetzung, als Vliese oder ebenso als ,,Langfaserpapier"bezeichnet werden. In der Praxis wird haufig noch der Begriff ,,Filterpapier" verwendet.
5.1 Verfahrensprinzip Die Vliesstoffherstellung mit dem NaBverfahren ist von der Papierherstellung abgeleitet. Typisch sind folgende Verfahrensschritte:
-
-
Dispergierung von Fasern in Wasser Kontinuierliche Vliesbildung auf einem Siebband durch Filtration Verfestigung, Trocknung und Aufrollung der gebildeten Vliesbahn
Abbildung 5.1 zeigt die einzelnen Fertigungsabschnitte des Verfahrens. Stoffaufbereitung
Vliesbildung
Trockunung/lmpragnierung
Abb. 5-1. Fertigunguah\chnitte des NaBverfahrens
5.2 Entwicklung Die ersten Ideen, ein Vlies auf einem schrag laufenden Sieb herzustellen, sind in der US-Patentschrift No. BP 11394 aus dem Jahre 1848 festgehalten 131. In den DreiBiger Jahren versuchte man bei der Firma Dexter, USA, japanische handgeschopfte Papiere maschinell herzustellen. Nachdem man die fur das gewunschte Produkt erforderlichen Langfasern gefunden hatte, stellte man in Laborversuchen fest, daB eine sehr groBe Verdunnung benotigt wurde, um eine gleichmaBige Blattbildung dieser Fasern zu erhalten. Ein Versuch, mit einer so stark verdunnten Suspension ein Papier auf einer herkommlichen Langsiebpapiermaschine herzustellen, scheiterte. Mit einem schrag gestellten Sieb hatte man jedoch Erfolg. In den folgenden Jahren wurden einige Papiermaschinen bei Dexter und spater unter Lizenz bei Crompton in England zu Schragsiebmaschinen umgebaut. Viele verschiedene Langfaserpapiere wurden noch vor dem 2. Weltkrieg entwickelt [4]. Die Entwicklungen von Dexter waren Eigenentwicklungen, die nur wenigen anderen Firmen mit Lizenzvertragen zur Verfugung standen. In den sechziger Jahren dieses Jahrhunderts begannen verschiedene Papiermaschinenhersteller, das Verfahren zur maschinellen Herstellung von Papier und Vlies in grol3erem Umfang den technischen Anforderungen textiler Fasern anzupassen. Die Entwicklungen gingen auf den Wunsch der Papiermacher zuriick, neben den damals eingesetzten Faserstoffen auch naturliche Langfaserstoffe (Abaca, Sisal) und Synthesefasern (Polyester, Polyamid) zu verarbeiten. Die Verwendung von Langfasern erforderte in allen Herstellungsstufen besondere, von den herkommlichen Methoden abweichende MaBnahmen. Bei den verwendeten Chemiefasern handelt es sich vorzugsweise um glatte oder leicht gekrauselte Fasern mit Langen von 5 bis 30 mm. Fasern dieser Art, aber auch naturliche Rohstoffe, wie ungemahlene Zellstoffe, Baumwollinters oder Hanf-Zellstoffe benotigen zur Dispergierung im waBrigen Medium - sowohl in der Stoffaufberei-
5.3 Rohstoffe und Faservorbereitung
237
tung als auch zur Blattbildung - weitaus hohere Verdunnungen als bei der Herstellung konventioneller Papiere. Blattbildungsstoffdichten von 0,2 bis 0,s g/l sind erforderlich, um aus den Langfasern homogene Vliese herzustellen. Die relativ hohen Verdunnungen sind der Grund, weshalb zur Verarbeitung von langen Fasern Schragsiebmaschinen verwendet werden und keine herkommlichen Langsiebpapiermaschinen. Wollte man Papiermaschinen einsetzen, muljte man bei den Stoffauflaufen mit Lippenoffnungen von 100 bis 200mm arbeiten. Da bei so groljen Lippenoffnungen eine kontrollierte Blattbildung nicht mehr moglich ist, sind herkommliche Papiermaschinen fur die Verarbeitung von Langfasern nicht geeignet. Der Weg von den ersten offen angestromten Schragsiebmaschinen bis zu den hydraulisch geschlossenen Stoffauflaufen verlief uber verschiedene Entwicklungsstufen. Mit zunehmender Produktionsgeschwindigkeit muljte der Blattbildungsdruck erhoht werden, was dazu fuhrte, dalj der Stoffauflauf so verandert werden muljte, dalj ein der Produktionsgeschwindigkeit entsprechender Blattbildungsdruck aufgebaut werden konnte. Die Entwicklungsschritte waren wie folgt: Schragsieb horizontal mit Suspension angestromt Anbringen einer Prallwand am Ende der Blattbildungszone - Abdeckung der Blattbildungszone rnit einer Vordenvand und Schaffung eines Stauraumes zum Druckaufbau - Schlieljen des Schragsiebes und Druckerhohung mittels eines Luftpolsters - hydraulisches Schlieljen des Schragsiebes -
Bis heute wurden die meisten Schragsiebanlagen von J. M. Voith/Heidenheim bzw. Voith Sulzer Papiermaschinen, Duren, friiher Dorries, gebaut. Ihr Hydroformer kann ein- und zweilagig geliefert werden. Valmet Sandy Hill rnit dem Deltaformer sowie Bruderhaus rnit dem No-Wo-Former waren bis vor kurzem weitere namhafte Anbieter von Schragsiebanlagen. Von weiteren kleineren Maschinenfabriken werden vereinzelt ebenfalls Schragsiebmaschinen gebaut, u. a. PAMA Papiermaschinen Freiberg im Glasvliesbereich.
5.3 Rohstoffe und Faservorbereitung Aus langjahriger Erfahrung und sehr vielen Versuchsdurchfiihrungen mit einer Schragsieb-Laboranlage der Fa. PILL NASSVLIESTECHNIK rnit den unterschiedlichsten Fasermaterialien kann man sagen, dal3 sich fast alle Fasertypen und Materialien zu einem Vlies ablegen lassen. Wichtig fur das Produkt sind das Dispergierverhalten der Fasern und die Faserlange. Bisher wurden folgende Fasersorten in verschiedenen Langen, Dicken oder Aufbereitungszustanden und Mischungen, ein- und zweilagig, auf dieser Laboranlage verarbeitet: 0
Zellstoffe Chemiefasern
Materialien unterschiedlichster Art Viskose, PES, PA, PP, Polyacryl, Polyacrylat
0 0
0 0 0
Chem. Bindefasern High-Tech-Fasern Mineralfasem Metallfasern Naturfasern Abfall- und Recyclingfasern
PVA, Co-Polyester, Bikomponentenfaser Keramik, Aramide, Polyuron, PTFE, Kohlenstoff C+E-Glas, Microglas, Steinwolle Titan, Nirostahl, Stahl Flachs, Jute, Hanf, Kenaf, Bast, Torf, Baumwolle, Kokos, Ramie Textilien, Leder, Schersthube, Teppich
Spezielle Faserrohstoffaspekte Die Dispergierfahigkeit von Fasern in Flussigkeit ist fur das NaBverfahren sehr wichtig. Faserbundel, Faserstapel oder Zellstoffplatten der Rohstoffe sollten beim Dispergieren zu einer Suspension in der Aufbereitungseinrichtung homogen in Einzelfasern zerlegbar sein und beim Transport zur Faserablage (Vliesbildung) gleichmaBig verteilt bleiben. Manche Faserstoffe erfullen diese Voraussetzung nicht. Sie lassen sich nicht separieren oder sie verbindenherknoten sich in der Suspension miteinander zu Faserkollektiven (Verspinnungen). Das Ergebnis ist eine ungleichm3Bige Faserverteilung im Vlies mit sichtbaren Knoten und gestorter Blattstruktur. Das Dispergierverhalten eines Faserstoffes wird im wesentlichen von folgenden Faktoren beeinflufit: dem aus Faserliinge und Faserfeinheit errechneten Schlankheitsgrad der Steifigkeit der Faser in flussigem Medium (NaBmodul) - der Art der Krauselung - der Benetzbarkeit - der Schnittqualitat der Fasern -
-
Die Dispergier-Eigenschaften verschlechtern sich mit zunehmendem Schlankheitsgrad und abnehmender Steifigkeit der Fasern. Des weiteren sind Faserart und Faserabmessungen weitere Kriterien fur die Verarbeitung der Fasern. Normalenveise lassen sich Faserverbindungen mit glatten Fasersorten leichter zu einer homogenen Suspension aufbereiten als lange feine, fibrillierte oder gekriiuselte Fasern. Diese neigen vie1 mehr zum Verspinnen. Die hier angedeuteten Abhangigkeiten haben die Konsequenz, daB im NaBverfahren, mit wenigen Ausnahmen, nur Faserstoffe mit Langen unter 30 mm eingesetzt werden konnen. In der Textilindustrie gehoren die Spinnfasern dieser Langen zu den sogenannten Kurzschnitten. Die in ahnlichen Papierherstellungsverfahren verwendeten Fasern sind maximal 5 mm lang. Die Erfahrung der letzten Jahre hat gezeigt, dal3 normalerweise gut benetzbare Faserstoffe auch gute Dispergier-Eigenschaften besitzen und andere Fasertypen zur Flockenbildung neigen. Bei der Vielzahl von neuen Faserarten und verschiedenen veranderten Eigenschaften, kann man solche Aussagen nicht mehr pauschal vornehmen. Fur die Auflosung von Faserstoffen zur Suspension sind auch die Faseroberflache, die Fibrillierung der Fasern, die Viskositat der Flussigkeit und die Art der Autlosegeriite mit entscheidend. Das hat zur Folge, daB Synthesefasern fur das NaBverfahren von den Faserherstellem mit Avivagen (Spinndlen) versehen werden, welche die Benetzbarkeit verbessern. Deshalb werden auch Netzmittel
5.3 Rohstoffe und Faservorhereitung
239
oder andere Hilfsmittel der Faserstoffsuspension zugegeben. So ist es bei manchen ,,schweren" Faserstoffen, wie Glas-, Metall-, Mineralfasern und anderen ahnlichen Fasern erforderlich, die Flussigkeit einzudicken, damit sich die Fasern in der Suspension bis zur Vliesablage in gleichbleibendem Schwebezustand befinden. Typische Faserfehler sind fehlerhaft geschnittene Faserstoffe. Sie enthalten Fasern, deren Lange die eigentliche Schnittlange mehrfach ubersteigen kann. Durch stumpf gewordene Schneidwerkzeuge werden die Faserenden hakenformig und durch beidseitig freie Fasern zu einer ,,Doppelnoppe" geformt. Beim Strangschnitt werden viele Fasern eines Kabels einseitig durch eine Schnittquetschung verschweiljt und sehen dann pinselformig aus. Die Forderung nach einwandfreier Schnittqualitat resultiert aus der Feststellung, daB schon wenige solcher uberlangen Fasern die Ursache von Verspinnungen und Knoten in der Suspension sein konnen. Diese Fehler konnen durch optische Fehlererkennung auf einer Labor-Schragsiebanlage erkannt werden. Somit ist eine groBtenteils fehlerfreie Faserschnittqualitat lieferbar. Verklebungen von Filamenten sind meist chemisch losbar, Verschmelzungen nicht.
5.3.1 Faserstoffarten Durch neue Technologien sind in den letzten Jahren immer mehr High-Tech-Fasern entwickelt worden. Parallel dazu wurden wieder die Vorteile der Naturfasern erkannt und als nachwachsende Rohstoffe modern. In Teil I sind die Eigenschaften der zur Verfugung stehenden Faserstoffarten beschrieben. Nachfolgend wird nur kurz auf die im Naflverfahren verwendeten Arten eingegangen.
Pflanzliche Faserstoffe aus Einjahrespflanzen In den letzten Jahren wurde die Palette der im NaBverfahren verwendbaren Naturfasern, z. B. Baumwolle, Baumwoll-Linters, Flachs, Hanf, Abaca, durch die speziellen Sorten aus Maulbeerbast, Sisal, Ramie, Jute, Kokos, Kenaf, Zellstoffe aus Stroh und Esparto enveitert. Von diesen Rohstoffen haben Manila-Hanf und Baumwoll-Linters im NaBverfahren Bedeutung. Die beiden Faserstoffe kommen, durch einen alkalischen Kochprozel3 (Beuchen) und ein nachfolgendes Bleichverfahren veredelt, zur Anwendung. Ihre Dispergier-Eigenschaften sind als gut zu bezeichnen. Baumwolle spielt nur eine untergeordnete Rolle, da sie wegen ihrer Lange und zum Teil starken Krauselung nicht einwandfrei dispergierbar ist. Man findet sie gelegentlich in stark gekurzter Form in NaBvliesstoffen. Dabei werden die Fasern zu Volumenbildnern und geben dem Vliesstoff Elastizitat und eine weiche Oberflache, hohe Dichte, hohe Saugfahigkeit, gute Opazitat, gute Dimensionsstabilitat und Alterungsbestandigkeit. Sie sind gut geeignet fur Filter- und Loschpapiere. Flachs- und Hanf-Fasern kommen sowohl in der Papier- als auch in der NaBvliesherstellung zum Einsatz. Sie sind gut fibrillierbar und eignen sich zur Herstel-
240
5 NcJh~tjd~ren
lung von zahen und knitterfesten Vliesstoffen oder zu Verbundswerkstoffen fur Turenverkleidungen, Spoiler, Armaturenbrettem in Fahrzeugen. Abaca-Fasem oder Manilahanf sind hellgelb bis weil3, mit Seidenglanz und einfarbbar. Sie weisen sehr hohe Festigkeiten auf, sind leicht und besitzen groBe Widerstandsfahigkeit gegen Feuchtigkeit. Man erhalt durch Einsatz dieser Fasem feste zahe Vliesstoffe. Ihr Einsatz erfolgt bei feinen dunnen Vliesstoffen, z. B. fur Teebeutel-Vliese, Schmuckumhullungs- und Zundschnurpapiere. Maulbeerbast-Fasem (Broussonetia papyrifera - Papiermaulbeerbaum) sind sehr gut fibrillierbar. Die Fasem treten in 2 Formen auf - dicke Fasem mit spitzen Zellenden und bandartige, oft gedrehte, flache Typen. Man erhalt durch den Einsatz dieser Fasem feste und zahe Vliesstoffe mit textilahnlichem Griff, z.B. fur dekorative Japan-Papiere, Schmuckumhullungspapiere, Floristenpapiere und Teebeutel-Vliese. Ramie-Fasem bestehen aus nahezu reiner Cellulose (ca. 72%) und sind sehr gut fibrillierbar. Man erhalt durch den Einsatz dieser Fasem feste zahe Vliesstoffe mit geringen elektrostatischen Aufladungen. Jute-Fasem sind fibrillierbar, aber nicht fur hochwertige Vliespapiere geeignet. Sie haben eine hohe Dichte, lassen sich schlecht bleichen, ansonsten sind sie den Flachsfasem sehr ahnlich. Kenaf-Fasem sind Jute ahnliche Fasem mit hoherer Festigkeit und Glanz. Sie werden in Europa relativ selten eingesetzt. Stroh-Zellstoff wird meist nur bei Papieren wegen geschlossener Papieroberflache, guter Beschreibbarkeit und Radierfestigkeit venvendet. Strohfasem werden als Zugabe fur dekorative Effekte eingesetzt. Esparto-Zellstoff (Alfa-Gras) wird meist nur in sudeuropaischen Landern bei Papieren eingesetzt, um ein hohes Volumen, Weichheit und Saugfahigkeit zu erhalten. Kokos-Fasem haben eine glatte Oberflache und sind sehr widerstandsfahig gegen mechanische Abnutzung, Feuchtigkeit und Faulnis. Sie schwimmen wegen der hohen Lufteinschlusse im Wasser. Ihr Einsatz erfolgt fur sehr beanspruchbare, offenporige Vliesstoffe.
Tierische Fasern Schafwolle ist bestandig gegen Sauren, nicht aber gegen Laugen. Gefarbte Fasem werden als Melierfaser verwendet. Des weiteren finden sie Verwendung fur Loschpapier, Rohdachpappe, Kalanderwalzenpapier oder Wollfilzpappe. Lrderfusrm
Lederabfalle werden trocken in ca. 1 cm2 grol3e Stucke vorzerkleinert und dann nal3 bei ca. 5% Stoffdichte mit Scheibenrefinem (Asplundrefiner RPO) zerfasert. Dieser Rohstoff wird meisten mit max. 10% Fremdfasern vermischt. Mischungen mit den verschiedensten Faserstoffen sind moglich. Fur die Blattbildung und die Trocknung werden lange Verweilzeiten benotigt, weil die Fasem sehr schlecht entwassem. Bei der Trocknung ist zu beriicksichtigen, dal3 die Fasem nicht uber 70 C erhitzt werden, da dann die Zersetzung des Leders einsetzt und das Material
5.3 Roh.stoffe und Faservorhereitung
24 1
versprodet. Die Produkte werden bei der Herstellung von Schuhen und Taschnerwaren eingesetzt.
Pilanzenfasern aus Holzern Zellstoffe sind, wie alle Fasern pflanzlichen Ursprungs, ein Fasergemisch rnit nicht homogener Langenverteilung. Im Naljverfahren werden je nach Aufgabenstellung verschiedene Zellstofftypen verwendet. Die Grundsubstanz der Fasern ist Zellulose. Des weiteren enthalten Papierzellstoffe, je nach Pflanzensorte, verschiedene Anteile an Lignin, Hemizellulosen und Harzen. Edelzellstoffe sind nahezu frei von diesen Begleitstoffen. Die am Markt angebotenen Zellstoffe sind meistens Nadel- und Laubholzzellstoffe. Die beiden Arten unterscheiden sich in Form und Abmessungen der Fasern. Fasern von Nadelholzern sind ca. 2-4 mm lang und 0,02-0,07 mm dick. Laubholzer enthalten ca. I mm lange und 0,03 mm dicke Fasern. Beide Arten lassen sich problemlos dispergieren und als Suspension transportieren. Zellstoffe werden in der Regel als Mischkomponente mit anderen Faserstoffen zusammen verarbeitet. Der Zellstoff erfullt dabei recht unterschiedliche Aufgaben:
als billiges Fasermaterial als Trager von Bindemittelpartikeln, die an die Faseroberflache gebunden werden - als Bindefasem (Ausbildung von Wasserstoffbriicken) zur Erzielung einer Vorbindung, welche die NaBfestigkeit erhoht bzw. die trockene Vliesstoffbahn soweit abbindet, da13 sie gegebenenfalls auljerhalb der Maschine voll verfestigt werden kann - zur Verbesserung des Wasseraufnahmevermogens und der Opazitat von Vliesstoffen
-
Zellstoffe sind auch aus folgenden Pflanzen lieferbar und werden je nach geographischem Papier-Vliesherstellungsort eingesetzt: -
Langfaser-Nadelholz-Zellstoffaus Fichte, Tanne, Kiefer, Maulbeerbast Kurzfaser-Laubholz-Zellstoff aus Birke, Buche, Pappel, Eukalyptus, Abaca
Zellulosische Spinnfasern Viskose-Kurzschnitt ist einer der am haufigsten im NaBverfahren eingesetzten Faserstoffe. Hauptsachlich wird die gut dispergierbare, ungekrauselte Fasertype eingesetzt. Wegen ihrer guten Eigenschaften wird sie auch mit anderen Fasersorten gemischt. Cupro-Fasem sind der Viskosefaser ahnlich. Sie sind sehr fein, haben glatte Oberflachen mit rundlichem Querschnitt, gute Farbeeigenschaften, und hohe Saugfahigkeit.
Spinnfasern aus synthetischen Polymeren Von den zu dieser Gruppe gehorenden Faserarten werden in erster Linie Polyester- und Polyamidfasern zur Vliesbildung verwendet, wahrend Polypropylenund Mischpolymerisatfasern zur Erzielung heihiegelfahiger Eigenschaften und Polyvinylalkohol- sowie Copolymerisat- und Bikomponentenfasern der Vliesverfestigung dienen. Synthesefasern haben ein geringes Wasserruckhaltevermiigen und benotigen eine spezielle Ausrustung zur Verbesserung der Dispergiereigenschaften. Bei guter Faserpraparation sind diese etwa gleich gut oder wegen der etwas grol3eren Fasersteifigkeit besser als die von Viskosefasern. Polyester- und Polyamidfasern werden fur den nassen Weg auch in gekrauselter Form angeboten. Bewahrt haben sich Fasern mit zweidimensionaler Krauselung. Sie eignen sich besonders zur Herstellung voluminoser Vliesstoffe.
Synthetischer Zellstoff Bei diesem Rohstoff handelt es sich um einen Faserstoff aus Niederdruckpolyethylen. Er wird bereits bei der Polymerisation gewonnen, ist in seiner Form den Zellstoffasern ahnlich, jedoch thermoplastisch (Schmelzpunkt: 130- 135 C) und schlechter benetzbar. Synthetischer Zellstoff ist somit kein Ersatz fur naturlichen Zellstoff. Der Rohstoff ist im NaBverfahren in Mischung mit anderen Materialien jedoch gut verarbeitbar. Er erfullt hier einerseits die Funktion einer Bindefaser, andererseits wird er zur Erzeugung heikiegelfahiger Produkte benutzt.
Anorganische Faserstoffe Glas-Fasern stehen in der Produktpalette an vorderster Stelle. Sie werden u.a. zu bituminierten Dachbahnen, Dachschindeln, Separatoren verarbeitet oder dienen als Beschichtungstrager fur FuBbodenbelage; alles Produkte von denen Verrottungsbestandigkeit und Dimensionsstabilitat verlangt werden. Es kommen vorwiegend E- und C-Glastypen zur Verarbeitung. C-Glas ist ein Alkali-Glas (Alkali-/Calcium-/Borosilikat)mit erhohtem Bortrioxidgehalt und hoher chemischer Widerstandsfahigkeit. mit E-Glas ist ein Alumo-Borosilikatglas (Calcium-/Aluminium-/Borosilikat) einem Massenanteil von Alkali 1 %. Einsatz fur glasfaserverstarkte Kunststoffe und elektrotechnische Anwendung. Die schlechte Benetzbarkeit erfordert besondere MaBnahmen bei der Faserausriistung. Eine nicht praparierte Faser ist unbrauchbar. Die heute verfugbaren Fasern sind in der Regel so ausgeriistet, dalj die Faserpakete beim Dispergieren aufgehen. Die Praparation reicht jedoch in vielen Fallen nicht aus, um diesen Zustand uber die Zeit bis zur Blattbildung beizubehalten. Die Fasern akkumulieren wieder und bilden Flocken. Durch Zusatz von Netz- und Dispergierhilfsmitteln zu der Faserstoffsuspension la& sich dies verhindern. Letztere haben die Aufgabe, sich als Schutzkolloid an die Fasern zu lagern und so zu verhindern, dal3 diese sich im Laufe der Aufbereitungsphase wieder aneinander lagern. Als Hilfsmittel
5.3 Rohstoffe und Faservorhereitung
243
haben sich nichtionogene Tenside und Carboxymethylzellulose (CMC), Guarmehl und Hydroxyethylzellulose u. a. bewahrt. Mikroglas-Fasern zeichnen sich durch ihre relativ grol3e Steifigkeit einerseits und schlechte Benetzbarkeit andererseits aus. Erstere ist ausschlaggebend dafur, da13 die fur das NaBverfahren zulassigen Faserlangen und Schlankheitsgrade hier grol3er sind als bei den Chemiefasern. Die erzeugten Filtervliese werden fur hitzebestandige (bis 700 "C) und chemisch bestandige Feinstfilter, fur flussige Medien (Hydraulikole, Kraftstoff), HEPA-Papiere fur sterile Reinraumfilter, Separatorenpapiere, Analysenpapiere, Dichtelemente, thermische Isolierstoffe, Kondensatorpapiere eingesetzt. Die Dispergierung wird meistens in angesauertem Wasser (um pH 3) durchgefuhrt. Mikroglasfasern werden auch in Verbindung mit anderen Faserarten (Zellstoff, Keramik) eingesetzt, um Abscheideleistung und Geschwindigkeit zu verbessern. Bei der Verarbeitung von trockenem Material ist darauf zu achten, dal3 Hautreizungen moglich und die feinen Fasern lungengangig sind. Steinwoll-Fasern werden nach dem Schleuderverfahren aus flussigem Gestein hergestellt. Es entsteht ein Gemisch aus Fasern unterschiedlicher Lange und Dikke. Im allgemeinen sind die Abmessungen der Fasern jedoch in einem Bereich, der die Verarbeitung im NaBverfahren, ohne besondere Praparierung des Faserstoffes, zulal3t. Einsatzgebiete sind holier- und Dammstoffe. Kohlenstoff- Fasern
Die erzeugten Vliesstoffe werden fur hitzebestandige (bis 1500 ) und chemisch bestandige Produkte, z. B. Luft- und Flussigkeitsfilter, Schutzkleidung, Isolation fur elektrische Produkte, verwendet. Mischungen mit anderen Fasermaterialien sind moglich. Keramik-Fasern werden fur sehr hitzebestandige Vliesstoffe (bis ca. 1500 C), thermisch elektrische Isolierungen (sehr hoher elektrischer Widerstand) und in der Weltraumfahrt eingesetzt. Organische Bindemittel verbrennen beim ersten Einsatz. Bei der trockenen Verarbeitung ist darauf zu achten, da13 Hautreizungen moglich sind. Metall-Fasern werden fur Abschirmungen von elektromagnetischen Wellen und Radarstrahlen eingesetzt - insbesondere im Flugzeugbau und in der Raumfahrt [6]. Beispiele hierfur sind Inox-Stahl- und Titanfasern mit Langen von 3-50 mm.
5.3.2 Herstellung von Faserkurzschnitt Fur die Kurzschnittherstellung stehen spezielle Schneidemaschinen zur Verfugung. Man unterscheidet zwei Verfahren: das Guillotine- und das Rundschneideverfahren . Beim Guillotineschnitt wird im Schragschnitt oder durch Schragschliff ein sehr praziser Schnitt erzeugt. Je nach MaschinengroBe werden Kabelstrange aus glattem ,,Endlosmaterial" von ca. 2-20 Millionen dtex in einstellbare, beliebige Langen geschnitten. Die Schnittgeschwindigkeit ist variabel zwischen 50 und 400 SchnitteMinute. Aufgrund dieses Systems ist es nicht moglich, direkt ab Spinnmaschine zu schneiden. Die Geschwindigkeiten sind zu unterschiedlich.
Rundschneidemaschinen dagegen schneiden, wie schon der Name sagt, uber einen Messerkranz mit einem runden Messer mit hoher Geschwindigkeit direkt ab Spinnmaschine. Es konnen jedoch nur bestimmte Langen geschnitten werden, die in der Teilung des Kranzes aufgehen mussen und teilweise auch durch Konstruktionen selbst bedingt sind. Langen unter 6 mm sind unublich, in der Regel werden 6 mm, 12 mm und fortlaufend geschnitten. Der Vorteil dieser Maschinen ist eine sehr hohe Produktion und die Moglichkeit, auch gekrauseltes Material zu verarbeiten, was bei dem Guillotine-Verfahren nicht moglich ist.
5.3.3 Bindemittel Fur die Bindung der NaBvliese stehen Bindefasern und Kunststoffdispersionen zur Verfugung. Diese werden entweder als Vorbindung oder zur Vollverfestigung eingesetzt. Eine Vorbindung erfordert den Zusatz des Bindemittels in der Suspensionsaufbereitungsphase. Sie ist eine Teilverfestigung, die der Vliesbahn so vie1 Festigkeit verleiht, daB sie im trockenen Zustand weiteren Behandlungsschritten unterzogen werden kann. Eine Vollbindung erfolgt, wenn das Vlies schon fur seine weitere Verarbeitung die gesamte Festigkeit benotigt. Der Binder kann in diesem Falle in der Masse zugegeben undoder auf die vorverfestigte Vliesbahn aufgebracht werden.
Bindemittel fur die Vorbindung Zellstofl
Seine Effektivitat als Vorbinder erfordert einen Anteil am Gesamtfaserstoff in der GroSenordnung von 20-50%. Damit bleibt seine Anwendung auf Produkte beschrankt, in denen ein hoher Zellstoffanteil envunscht ist oder noch toleriert werden kann. Von Nachteil ist die geringe NaBfestigkeit des zellstoffgebundenen Vliesstoffes. Zellulosische Bindcfasern
Bandchen- und Hohlfasern sowie die ,,Dispersionsfasern" ergeben akzeptable Festigkeiten, wenn sie ohne weitere nichtbindende Komponenten verarbeitet werden. Poly~~inyl~~Ikoho~~isrrri
In Kombination mit zellulosischen und synthetischen Spinnfasern genugen bereits Zusiitze von 1-5%; bei Glasfaservliesen sind Anteile von ca. 10% notwendig. Der Faserstoff 1aBt sich problemlos aufbereiten. Fur die Trocknung scheiden Konvektionstrockner aus. Bewahrt haben sich Kontakttrockner, bei denen die Bahn wahrend des Trocknungsvorganges leicht angepreBt wird. Festigkeitseigenschaften und Drapierfihigkeit des Vliesstoffes werden einerseits durch die Bindefasermenge,
5.3 R h t o f f e und Fmervorbereitung
245
andererseits durch den Wassergehalt des Vlieses bei der Trocknung bestimmt. 1st das Vlies bei Erreichen der Losungstemperatur des Faserstoffes zu feucht (Trokkengehalte - unter 25% - nach DIN 6730, Verhaltnis der Masse einer nach festgelegten Versuchsbedingungen getrockneten Probe zur Masse vor Beginn der Trocknung) lost sich der Faserstoff ganz auf, und es kommt zur Filmbildung. Liegen die Trockengehalte hoher, so wird die Faser nur angelost und behalt ihre Form. Es kommt zu einer punktweisen Bindung. Der Vliesstoff wird unter diesen Bedingungen weniger fest, jedoch weicher. Wegen der Wasserloslichkeit der Bindefaser haben damit verfestigte Vliesstoffe geringe NaBfestigkeiten. Bei Verwendung von synthetischem Zellstoff ist mit ca. 10% Binderanteil eine zufriedenstellende Vorbindung erreichbar. Zu beachten ist der, je nach Typ, relativ niedrige Erweichungspunkt von ca. 60-135 "C.
Bindemittel-Dispersionen Die in der Faserstoffsuspension zugesetzten Kunststoff-Dispersionen sind meistens Acrylate oder Bindemittel auf der Basis von Butadien-Styrol-Acrylnitril. Es handelt sich um anionische Substanzen. Des weiteren werden Ethylen-Vinylacetat-Dispersionen verwendet. Fur den Zusatz der Dispersionen zum Faserstoff gibt es folgende Moglichkeiten: 0
0
0
Kombiniert mit Fallungsmitteln: bei dieser Methode wird der Faserstoffsuspension zunachst ein kationisches Fallungsmittel zugegeben. Dieses zieht auf den Faserstoff auf und bewirkt bei nachfolgendem Zusatz der Dispersion die Koagulation auf der Faseroberflache. Als Fallungsmittel eignen sich aus der Papierherstellung bekannte NaBfestmittel. Da diese vorzugsweise auf zellulosische Fasem aufziehen, findet die Koagulation grokenteils auf diesen Faserstoffen statt. Als vorkoagulierte Dispersion: die Koagulation wird in diesem Fall getrennt vom Faserstoff in einer speziellen Maschine durchgefiihrt. Fallungsrnittel sind Alaun oder Aluminiumsulfat. Die so erzeugten Koagulatteilchen haben faserige Form. Als Perisuspension: diese wird durch Peripolymerisation hergestellt. Die Bindersubstanz fallt hierbei in Form von kugeligen Tropfchen an und wird in dieser Form in waBrigem Medium vom Hersteller bereitgestellt.
Die Zugabe von Kunststoffdispersionen in der Stoffaufbereitung einer NaBvliesanlage ermoglicht eine gleichmaaige Verteilung des Bindemittels im Vlies. Diese bleibt im fertigen Vliesstoff erhalten, da auskoagulierter Binder wahrend des Trocknungsprozesses nicht wandert. Die erreichbaren Festigkeiten der Vliesstoffe sind bei gleichem Bindemittelanteil wesentlich geringer als bei Zugabe des Bindemittels auf die Vliesbahn. Die Oberflachenfestigkeit ist bei Binderzugabe auf die Vliesstoffbahn besser. Der Bindemittelanteil liegt zwischen 10 und 25%.
Bindemittel fur die Vollbindung Schmelzbindefasem sind Copolyamid-, Copolyester-, Bikomponenten-, Mischpolymerisat- und Polyvinylalkohol-Fasem.
AuBer Polyvinylalkoholfasern werden die Fasertypen ausschliefilich fur die Produktion spezieller Vliesstoffsorten verwendet. Sie erfullen die Funktion eines Bindemittels und geben dem Vlies auch besondere Eigenschaften. Bikomponentenfasern und Copolyamidfasern erzeugen wegen ihrer Schrumpfeigenschaften voluminose Produkte mit ausreichenden Festigkeiten. Kunststoffdispersionen und -1osungen werden in gleicher Weise auf die fertige Vliesbahn aufgebracht wie bei der Herstellung von Vliesstoffen auf trockenem Wege. Kunstharzlosungen auf der Basis von Harnstoffformaldehyd, Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat dienen bevorzugt der Verfestigung naBgelegter Glasfaservliese. Wichtig ist, dal3 diese Bindemittel hohe Festigkeiten, Temperaturbestandigkeit und zum Teil auch Wasserunloslichkeit garantieren. Um die erforderlichen Gebrauchswerte fur das Produkt zu erreichen, werden diese Bindemittel oft miteinander kombiniert. Der Bindemittelauftrag liegt in der GroBenordnung von 20%, bezogen auf den trockenen Faserstoff.
5.3.4 Faservorbereitung Wie schon bei den Faserrohstoffen beschrieben, mussen manche Fasersorten mechanisch oder chemisch vorbehandelt werden.
Mechanische Aufbereitungsverfahren Hierbei handelt es sich meist um die gleichen Verfahren wie bei der Papierherstellung. Die Fasern werden in teilweise geoffneten Faserbundeln angeliefert, Zellstoffe als geprel3te Platten oder in Ballen als Flockenzellstoff. Die Aufgabe der Stoffautbereitungselemente ist es, diese Faserstoffe in w2Brigem Medium in Einzelfasern ,,zu zerlegen", die einzelnen Rohstoffkomponenten miteinander zu vermischen und die fertige Suspension verspinnungs- und flockenfrei zum Stoffauflauf der NaBvlies-Schragsiebanlage zu transportieren. Zu hohe Turbulenzen in der Faserstoffsuspension oder Ablagerung von Fasern an rauhen Behalterwiinden und scharfkantigen Anlagenteilen konnen zu Verspinnungen fuhren. Zur Auswahl der Maschinenkomponenten werden bestimmte Kriterien beriicksichtigt. Bei Anlagen, die sowohl Zellstoff und Langfaser verarbeiten, wird die Stoffautbereitung in eine Zellstoff-Kurzfaserlinie, Synthetik-Langfaserlinie und eventuell auch noch in eine AusschuBlinie aufgeteilt, z. B. bei Filtervliesstoffen. Stoffloser oder Pulper genannt - werden zur Auflosung von harten Zellstoffplatten und -ballen bei Konsistenzen von 3-8%, sowie fur Faserarten und Mischungen, welche starke Turbulenzen benotigen, verwendet. Im Pulper werden die Faserbundel unter Wasserzusatz zu einer pumpfahigen zerfaserten Stoffsuspension aufgeschlagen. Pulper arbeiten periodisch oder kontinuierlich. Es sind grol3e Mischbehalter aus saurebestandigem Stahl. Als Aufschlagelement wird ein scharfer. oft schraubenformig kegeliger Rotor verwendet. Durch ein gelochtes Siebblech im Behalterboden wird der aufgeschlagene Faserstoff dem nachsten Aggre-
5.3 Rohstqfe und Fasrrvorbereitung
247
gat zugefuhrt. Die Auflosezeit betragt je nach Stoffart, Konsistenz und BehaltergroBe 10-30 Minuten. Gepulperter Faserstoff ist nie stippenfrei. Dickstoffreiniger und Cleaner gehoren zur Gruppe der Kegelschleudern oder Zentrifugalsortierer. Sie werden zur Entluftung und Reinigung des Zellstoffes oder zur Entfernung von Schotts bei Glasfasern benutzt. Dickstoffreiniger arbeiten optimal im Stoffdichtebereich von 3-6%, Dunnstoffreiniger unter 1% Stoffdichte. Entstipper werden zum Zerlegen der in der gepulperten Zellstoffmenge vorhandenen Stippen in Einzelfasern eingesetzt. Entstipper sind im Aufbau ahnlich einer Kreiselpumpe. Statt einem Laufrad werden Lochscheiben oder Zahnkranze mit eingestellten Spaltabstanden von 0,5-2 mm venvendet. Die Entstippung erfolgt durch sehr intensive Stoffturbulenzen ohne Faserschadigung und arbeitet bei Stoffdichten von 3-6%.
Mahlmaschinen Zellstoffe mussen fur manche Einsatzzwecke gemahlen werden. Die Mahlung ist eine Veredelung des Faserstoffes und hat die Aufgabe, den Faserstoff in einen fur das Vliesprodukt benotigten Zustand zu bringen. Um bei der Vliesstoffherstellung (Langfaserpapier) die verbindenden Faserlangen zu erhalten, wird der Zellstoff nur angemahlen: bis 30 SR 3 1"-50" SR uber 51 SR
roscher Stoff maRig gemahlener Stoff schmierig gemahlener Stoff
fur grobe offenporige Vliese fur feinporige Vliese ist ungeeignet fur Vliese
Der Mahlgrad (SR) ist nach Schopper-Riegler eine KenngroBe zur Charakterisierung des Entwasserungsverhaltens einer Faserstoffsuspension [7]. Refiner gibt es in folgenden Ausfuhrungen: Flach- und Steilkegel, Scheibenund DoppelscheibenrefineI: Die Kegelrefiner bestehen aus gul3eisernen konischen Gehausen (Stator) mit innen eingesetzter Messerbuchse. Der in diesem Gehause rotierende, bemesserte Rotor sitzt auf einer axial verschiebbaren Welle. Mit der Kegelverschiebung erfolgt die Spalteinstellung. Im Gegensatz zu den Hollandern ist bei den Refinern die gesamte Mahlflache voll ausgenutzt. Somit wird bei gleichem Arbeitsbedarf eine wesentlich hohere Wirkung erreicht. Die Scheibenrefiner gibt es als Ein- oder Doppelscheibenrefiner. Beim Einscheibenrefiner ist die Statorscheibe fest installiert und die Rotorscheibe axial verschiebbar. Beim Doppelscheibenrefiner ist eine Statorscheibe fest am Gehause befestigt und die zweite Scheibe axial verschiebbar. Die Rotorscheibe ist nicht auf der Welle fixiert und wird von der verschiebbaren Statorscheibe in Position geschoben. Der DurchfluB ist parallel. Fur MahlstraBen werden mehrere Refiner meist in Reihe oder parallel geschaltet. Hollander, die friiher in der Papierindustrie ublich waren, werden heute durch Refiner verdrangt. Hollander sind fur Naturfasern nach wie vor ideale Mahlgerate, da sie die Fasern mehr fibrillieren als kurzen. Ein Hollander besteht aus einem ovalen Beton- oder Stahltrog mit einem Messer, Basalt- oder Lavasteingrundwerk. Dariiber ist eine in der Hohe verstellbare, rotierende Messenvalze aufgesetzt (ahnlich einem Wasserrad). Die Messer sind aus Bronze oder saurefestem Stahl.
Behalter zur Auflosung, Zwischenlagerung und Mischung, sogenannte Buttenbehalter, werden BUS geschweiBtem Nirostahlblech oder Beton in verschiedenen BaugroBen und Formen gefertigt. Ein meistens horizontal in der Seitenwand eingebauter Buttenpropeller saugt die Fasersuspension an die Buttenwand und fordert sie umwalzend wieder zuriick. Die Propellerblatter konnen eingeschweiflt oder verstellbar sein. Die Form der Butte, Propellerdrehzahl und -form sind ausschlaggebend fur die Misch- oder Dispergienvirkung. Die Suspensionstoffdichten liegen je nach Faserdrt zwischen 0,5 und 4%. Gautschbruchbutten sind Behalter zum Auflosen der noch nassen Vliesbahn bei BahnabriB und fur abgespritzte Randbandel. Dieser Behalter befindet sich meist unter dem Ende der Schragsiebpartie. Als Umwalzgerat sind zwei oder mehrere Propeller auf einer beidseitig gelagerten Welle montiert. Siebwasserbehalter betinden sich bei offenen Systemen unter der Schragsiebmaschine. Aus ihnen wird das Zirkulationswasser zwischengespeichert. Die Mischpumpe pumpt daraus Verdunnungswasser in den Stoffauflauf. Das Ruckwasser aus den Entwasserungselementen wird dahin zuruckgefuhrt.
Pumpen E x x n trrschtieck~~npurliperi Zum Transport von langfaserigen Suspensionen werden wegen Verspinnungsgefahr bei Kreiselpumpen haufig Exzenterschneckenpumpen eingesetzt. Die nach dem rotierenden Verdrangerprinzip arbeitenden Pumpen haben einen pulsationsarmen gleichm5Bigen ForderfluB mit geringer Scherwirkung. Daher werden diese Pumpen auch zur Forderung und Dosierung von Chemikalien und Bindemitteln bevorzugt eingesetzt. Die Pumpen sind selbstansaugend bis zu 0,9 bar und konnen fur Drucke bis ca. 48 bar bei Fordermengen bis ca. 6 m'/min geliefert werden. Wirkungsweise und Forderprinzip: Die eingangige Exzenterschnecke bewegt sich drehend oszillierend innerhalb eines feststehenden Stators. Die Hohlraume, die sich bei der Drehbewegung des Rotors in ununterbrochener Folge wechselseitig iiffnen und schlieoen, transportieren das Fordergut kontinuierlich von der Saug- zur Druckseite. Bedingt durch die geometrische Ausbildung und die dauernde Beruhrung zwischen beiden Forderelementen ergeben sich Dichtlinien, die in jeder Stellung des Rotors fur einen AbschluB zwischen Saug- und Druckseite sorgen. Hierdurch erhalt die Pumpe ihre hohe Saugfahigkeit und ermoglicht hohen Druckaufbau, nahezu unabhangig von der Drehzahl. Kreiselpumpen sind die bekanntesten Pumpentypen in der Zellstoff- und Papierindustrie. Sie werden fur den Transport von wasserahnlichem Medium oder Zellstoffsuspension verwendet. Neue Laufradformen ermoglichen heute auch den Einsatz bei langfaserigen Fasersuspensionen. Begonnen wurde mit der Forderung von Glasfasersuspensionen. Heute werden immer mehr Fasersorten mit diesem Pumpentyp gefordert. Die Hauptelemente sind das spiralformige G e h h s e und das offene oder geschlossene Laufrad und der Antrieb. Die Forderhohe der Pumpe ist ahhiingig von der Pumpendrehzahl, dem Durchmesser und dem Laufradtyp.
5.4 Aujbau von NaJvliesanlagen
249
Membran- oder Schlauchpumpen werden fur eine schonende und zerstorungsfreie Forderung von Leimdispersionen, Sauren, Laugen und anderen empfindlichen Stoffen benutzt. Verspinnungsgefahr ist der Grund, warum im Hauptstrang moglichst keine Drossel- oder Sperrorgane verwendet werden. Schlecht dispergierbare Fasersorten konnen/mussen vor der Auflosung eine fur den Fasertyp ausreichende und geeignete Venveilzeit in einem Quellbad verbringen. Dabei kann auf die Fasem eine Schlichte aufgetragen, eine chemisch veranderte Oberflache erzeugt werden oder sie bekommen eine andere Ladung ,,aufgezogen". Manchmal reicht auch schon die Quellzeit zur Entluftung der Fasem, um ein besseres Dispergierverhalten einzustellen.
5.4 Aufbau von NaBvliesanlagen Auf ein und demselben Schragsieb konnen eine Vielzahl von Rohstoffen und Rohstoffkombinationen verarbeitet werden. Dabei mu13 aber beachtet werden, da13 einerseits das Schragsieb zwar das vielseitig einsetzbare Kemstuck einer NaBvliesoder Spezialpapiermaschine ist, andererseits bestimmt aber die Ausstattung der Stoffaufbereitung, welche Faserstoffe eingesetzt werden konnen und der Aufbau der Trockenpartie, welche Produkteigenschaften erzielbar sind. Anlagen fur verschiedene Einsatzfalle konnen also sehr unterschiedlich aufgebaut sein. Im folgenden werden die Produktionsanlagen fur die wichtigsten Einsatzgebiete dargestellt. Neben vielen anderen Anwendungen sind die folgenden die zur Zeit wichtigsten: -
Glasvliesanlagen Teebeutelpapiermaschinen Filterpapieranlagen
siehe Abb. 5-3 siehe Abb. 5-7 siehe Abb. 5-8
Anlage zur Herstellung von Glasfaservliesstoffen Die Glasvliesanlagen stellen gegenwktig den grol3ten Anteil der Naflvliesanlagen dar. Stoffaupereitung Glasvlies
Die Stoffaufbereitung einer solchen Glasvliesanlage ist vergleichsweise einfach aufgebaut (Abb. 5.2). Sie besteht in der Regel aus einem Stoffloser, in dem der Rohstoff moglichst schonend aufgeschlossen wird, so da13 die Fasem nicht gekurzt werden und einem System von nachfolgenden Butten zur Mischung und weiteren Dispergierung des Faserstoffes. Reinigungseinrichtungen, wie Cleaner und Sortierer, werden vereinzelt eingesetzt. Man unterscheidet das kontinuierlich arbeitende System, in dem der Rohstoff dem Stoffloser kontinuierlich zudosiert wird, und das diskontinuierliche System, in dem der Stoff chargenweise im Stoffloser aufgeschlagen wird.
Kontinuierliches System Krcislauhvasser
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Diskontinuierliches System Wasser Kreislaufwasser
Ahh. 5-2. Kontinuierliche und diskontinuierliche Stoffiuifbereitung von Glaslasern
Die Glasvliesmaschine (Abb. 5-3) besteht aus: dem Schragsieb - einer Einrichtung zur Impragnierung des Vlieses mit einem Bindemittel - einem Kanaltrockner zur Trocknung des Vlieses und Aushartung des Binders - einem Wendewickler zur Aufrollung des fertigen Vliesstoffs -
5.4 Aufhuu von NaJ3vliesunlagen
25 1
Abb. 5-3. Glasvliesmaschine (Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH)
Die Installation der Impragnierpartie direkt nach dem Schragsieb ist moglich, weil das Vlies bereits am Hydroformer auf einen Trockengehalt von ca. 50% otro entwlssert werden kann. Glasvliesanlagen mit einer Siebbreite von 2 bis 4,4 m arbeiten mit Produktionsgeschwindigkeiten von etwa 100 bis 400 d m i n . Die Kapazitaten von solchen Anlagen liegen zwischen 10 und 230 t/24 h.
Anlagen zur Herstellung von Teebeutelpapieren Teebeutelpapiere werden heute ein- oder zweilagig hergestellt. Zweilagige Teebeutelpapiere besitzen eine heihiegelfahige zweite Lage, die bei der Weiterverarbeitung der Papiere zum Kleben der Teebeutel aktiviert wird.
Stoffaufbereitung fur einlagige Produkte Die Stoffaufbereitung einer solchen Anlage besteht in der Regel aus einem Zellstoffstrang und einem Synthesefaserstrang (Abb. 5-4).Der Faserstoffeintrag erfolgt chargenweise. Der Zellstoffstrang enthalt die aus der Papierindustrie bekannten Maschinen und Aggregate wie Stoffloser, Entstipper, Refiner, Sortier- und Reinigungsmaschinen. Im Synthesefaserstrang entfallen die meisten dieser Maschinen. Hier geht es in erster Linie darum, den bereits fertig in Faserstapeln vorliegenden Rohstoff gleichmal3ig im ProzeBwasser zu dispergieren und in diesem Zustand zur Maschine zu transportieren. Um bei Verwendung von langen und dunnen Faserarten ein Verspinnen und Verknoten des Faserstoffes zu vermeiden, wird der Faserstoff nicht in einem herkommlichen Stoffloser mit hoher Turbulenz, sondern in einer Auflosebutte aufgeschlagen. Das Ruhnverk einer solchen Butte hat einen frequenzgesteuerten Antrieb, so da13 die Intensitat der Faserbehandlung entsprechend den Erfordernissen eingestellt werden kann. Aus den gleichen Griinden werden oft zur Forderung der Suspension volumetrische Pumpen anstelle von Zentrifugalpumpen eingesetzt. In Abb. 5-5 ist eine Stoffaufbereitung fur konventionelle Zellstoffe und sogenannte Langfaserstoffe, wie z. B. Manila- oder Hanf-Zellstoffe, dargestellt. Letztere
Abb. 5-4. Stoffautbereitung mit Zellstoffstrang und Synthesefaserstrang (Voith Sulrer Pupiermaschinen GrnbH)
IAi Abb. 5-5. Stoffautbereitung lur einlagige Produkte (Voith Sul7er Papiermawhinen GmhH)
bedurfen besonderer MaBnahmen beim MahlprozeB, da sie stark zur Bildung von Faserknoten neigen. Stoffiri~fhrreitiirig,fiir rnrhrlagigr Prodiikte
Abb. 5-6 zeigt die Stoffaufbereitung fur eine Maschine zur Herstellung zweilagiger Vliesstoffe.
253
5.4 Aujbau von N@diesanlugen
1 DeckschichtStrang
GrundschichtStrang
Abb. 5-6. Stoffaufbereitung fur mehrlagige Produkte (Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH)
Sie besteht aus jeweils einem Aufbereitungsstrang fur die Sieb- und fur die Deckschicht. Der Synthesefaseranteil wird jeweils direkt in die Mischbutte eingetragen. Zellstoff wird in einem separaten 3. Strang getrennt aufbereitet und entsprechend dem Bedarf dem Deckschicht- bzw. Siebschichtstoff zugemischt. Hochleistungsmaschine mit 2 Durchstriimtrocknern
Die in der Abb. 5-7 dargestellte Maschine besteht aus: Schragsieb fur die Herstellung zweilagiger Produkte mit offenem bzw. geschlossenem Stoffauflauf - Pick-up-Einrichtung zur Uberfuhrung leichter Vliese bzw. einem Transportsieb zur Uberfuhrung schwerer Produkte - Durchlufttrockner zur Vortrocknung - Leimpresse bzw. einer Impragniereinrichtung
-
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Abb. 5-7.Zweilagige Teebeutelpdpiermaschine mit 2 Durch\tromtrocknern (Voith Sulzer Pdpiermaschinen GmbH)
--
-
Nachtrockner zur Fertigtrocknung der Bahn und Kondensation des Bindemittels SchluBgruppe mit Befeuchtungseinrichtung, Kalander, MeBrahmen und Rollapparat
Maschinen mit diesem Aufbau decken einen GroBteil des Spektrums von Vliesstoffen und Spezialpapieren ab. Sie werden fur die Herstellung von ein- und mehrlagigen Filterpapieren (fur die verschiedensten Ei2satzzwecke) und von Vliesstoffen mit Flachenmassen zwischen 10-1 50 g/m- eingesetzt und mit Maschinengeschwindigkeiten bis zu 500 m/min betrieben. Als Beispiele seien Wurstumhullungspapiere, Overlaypapiere und Schablonenpapiere genannt.
Anlagen zur Herstellung von Filterpapieren Die in Abb. 5-8 gezeigte Maschine ist eine Spezialpapiermaschine zur Herstellung von niedrig und hochporosen Filterpapieren. Ihre wesentlichen Bestandteile sind: -
Schriigsieb Pressenpartie Vortrockenpartie mit Kontakttrocknung Leimpresse Nachtrockenpartie mit Kontakttrocknung SchluUgruppe
Filterpapiermaschinen sind vielfach mit Kontakttrocknung versehen, um bestimmte erforderliche Oberflachenqualitaten zu erzeugen. Es werden jedoch auch Trocknungskombinationen wie Durchstrom- und Zylindertrocknung sowie reine Durchstromtrocknersysteme eingesetzt. Die Porositat der Produkte wird durch die Rohstoffauswahl, die Rohstoffaufbereitung und die Verdichtung der Papierbahn beeinflufit. Niedrigporiise Papiere werden gepreBt, hochporose nicht.
Abb. 5-8. Filtcrpapierma~chine(Voith Sulier Papiermaschinen GmbH)
5.4.1 Vliesbildung Erste Entwicklungsschritte auf einer Nafivlies-Laboranlage Heute ist es nicht mehr notwendig, teure Entwicklungsversuche auf Produktionsanlagen durchzufiihren. Neue Produkte konnen mit wesentlich geringerem Aufwand auf einer Laboranlage entwickelt oder optimiert werden (Abb. 5-9). Derartige Anlagen benotigen sehr wenig Platz und Energie (ca. 25 m2, 14 kW). LaborSchragsiebanlagen haben folgende Vorteile: Auf diesen konnen neue Produkte mit geringem Aufwand entwickelt werden. Reproduzierbare Ergebnisse sind transparent sichtbar. Die Entwicklungsergebnisse sind oft direkt auf Produktionsanlagen iibertragbar. Es werden geringe Rohstoffmengen benotigt, da Versuche mit 200 g Fasern moglich sind. Sie erfordern nur einfache Bedienung sowie geringen Personal- und Platzbedad. Auf Grund des geschlossenen Systems werden nur 1,5 m3 Wasser und wenig Energie benotigt.
Abb. 5-9. NaIhlies-Labordnlage NVLA 22 (Pill NaBvliestechnik GmbH)
Weitere Schritte auf einer NaBvlies-Pilotanlage Auf Pilotanlagen, die in Geschwindigkeitsbereichen analog Produktionsanlagen betrieben werden, konnen wichtige Entwicklungen optimiert und Kleinproduktionen hergestellt werden. Das Schragsieb kann als Rundsieb mit unendlichem Radius aufgefal3t werden. Das Blattbildungsprinzip ist bei beiden Maschinentypen gleich. In einem Stoffauf-
lauf wird Faserstoffsuspension uber einem Sieb aufgestaut, welches uber einem Entwasserungskasten angeordnet ist. Auf dem Sieb wird der Faserstoff durch Filtration zu einem Vlies abgelegt, indem das Suspensionswasser (Siebwasser) durch die Entwasserungskasten abgesaugt wird. Beim Rundsieb sind der Blattbildungslange engere Grenzen gesetzt als beim Schragsieb. Wegen der hoheren Produktionsleistungen und groBeren Maschinenbreiten werden heute fur NaBvliesprozesse uberwiegend Schragsiebe eingesetzt. Die wesentlichen Elemente eines Schragsiebformers sind: der Stoffauflauf - der Entwasserungskasten - die Siebpartie und - die Siebe -
Aufgabe der Anlagenbauer ist es, den Weg zur optimalen Produktion eines gewunschten Produktes zu zeigen. Dabei ist die Kombination fertig entwickelter Anlagenteile aus unterschiedlicher Herstellung sehr wichtig. Am Beispiel einer angenommenen Filtervliesanlage, bei der drei Faserlinien vorhanden sind, wird nach den im vorherigen Kapitel erwahnten Auswahlkriterien eine Anlagenauslegung erlautert. Zrllstofllin i r
Zellstoffballen oder -platten des ausgewahlten Langfaserzellstoffes werden in den Pulper eingetragen, zu ca. 5% aufgelost und in eine Butte gepumpt; von dort mit einer Kreiselpumpe uber Dickstoffreiniger und Entstipper in die nlchste Butte gefordert. Diese Suspension wird nun mit Refinern oder Hollandern in den benotigten Zustand gemahlen, mit einer Kreiselpumpe in eine Vorratsbutte gepumpt, verdunnt und mit den benotigten Hilfsmitteln vermischt. Von dort wird die Fasersuspension uber Cleaner und Sortierer in die Ansaugleitung vor der Mischpumpe vor dem Stoffauflauf gepumpt. Somit findet eine zusatzliche Vermischung statt. Sytithrtiklinir
Da die Verweildauer his zur fertig geoffneten Fasersuspension manchmal etwas langer und die Maschinenbutte relativ klein ist, werden 2 Auflosebutten benotigt. Der Eintrag der Fasern und der benotigten Hilfsmittel erfblgt in die Wasservorlage der Auflosebiitten. Mit Propellern werden die Faserbiindel in der wasserigen Suspension geoffnet und danach mit Exzenterschneckenpumpen in die Vorratsbutte der Langfaserlinie gepumpt. Dort werden sie gleichbleibend umgewiilzt, damit sich die Fasern nicht wieder entmischen. Diese langfaserige Suspension wird dann mit einer Exzenterschneckenpumpe in die Stoffauflauf-Zufuhrleitung nach der Mischpumpe gepumpt. A u.s.sc~hi$liriir
Aus der Gautschbruchbutte werden die bei BahnabriB nicht verwendete Vliesbahn und die abgespritzten Randbander unter weiterer Verdunnung mit Propellern wieder aufgelost. Die Langfaser-Zellstoffmischung wird mit Exzenterschneckenpum-
5.4 Aujbau von NaJvliesanlagen
257
pen in eine Zwischenbutte gepumpt und auf eine bestimmte Stoffkonzentration verdunnt, bevor sie dem ProzeB wieder zugefuhrt wird. Bei manchen anderen Anlagen kann diese Linie wie eine Zellstoff- oder Synthetiklinie aufgebaut sein und rnit anderen Sekundar-Faserstoffen beschickt werden. Der Stoffuujauf dient der Zufuhrung der Fasersuspension zur Blattbildungszone. Um ein homogenes Vlies zu erhalten, mussen die Fasern gleichmaflig uber die Maschinenbreite verteilt werden. Dazu dienen Verteilersysteme. Rohrgitter und Querverteilerkasten werden seitlich angestromt, benotigen dadurch wenig Raum. Diese Einrichtungen konnen zur Reinigung abgeschwenkt werden. Ein Teil der Suspensionsmenge (5 bis 10%)wird uber eine druckgeregelte Rohrleitung rezirkuliert. - Beim Rohrverteilsystem wird die Suspension durch eine oder mehrere Reihen von Rohren uber die Maschinenbreite verteilt. - Querstromverteiler sind konisch zulaufend mit rechteckigem oder rundem Querschnitt. Zur VergleichmaBigung ist er rnit einem Turbulenzblock rnit stufenformigen Bohrungen verbunden. - Ein Rundverteiler ist ein zentral von unten angestromtes Rohr, das am oberen Ende in einer pilzformig enveiterten Kammer endet. Radial an diesem Umfang sind viele Rohrausgange angebracht, von denen gleich lange Schlauche in die Wirbelkammer des Stoffauflaufes fuhren. - Der Diffusor ist ein sich vom Rohrleitungsquerschnitt rnit einem Winkel von max. 15" bis auf die Maschinenbreite standig enveitemder Schacht, in dem die Faserstoffsuspension von unten nach oben stromt. Diffusoren sind zur Verarbeitung jeder Faserart geeignet. Sie benotigen aber relativ vie1 Raum und werden fur niedrige Geschwindigkeiten und schmale Maschinen eingesetzt. - Stoffauflaufe sind heute ubenviegend mit Querstrom- oder Rundverteilem ausgestattet. -
In Abb. 5- 10 ist der Aufbau eines modernen, hydraulisch geschlossenen Hydroformers dargestellt. Der Hydroformer besteht aus den Bauteilen: konisch parabolischer Querverteiler - Turbulenzblock - Stoffauflauftisch - Seitenwanden - Vorder- und Ruckwand -
Die Suspension wird im Querverteiler gleichmd3ig uber die Maschinenbreite verteilt. Mittels einer Rezirkulationsleitung lassen sich Druckunterschiede im Querverteiler, die eine gleichmaflige Verteilung verhindem, ausgleichen. Um eine Mikroturbulenz kurz vor der Vliesbildungszone zu erhalten, folgt dem Querverteiler ein Turbulenzbundel. Eingeschlossen von Ruckwand, Stoffauflauftisch und den Seitenwanden stromt die Suspension kanalmaBig auf das Sieb auf. Die Vliesbildungszone befindet sich im ansteigenden Teil des Siebes. Sie erstreckt sich uber die gesamte Lange des Entwasserungskastens. Im Bereich der Vliesbildungszone ist die Suspension von einer ebenen Vordenvand uberdeckt. Der verstellbare
Abb. 5-10. Hydraulisch geschlossener Hydroformero" (Voith Sulzer Papiermaschinen GnihH)
Winkel zwischen der Vorderwand und dem Sieb ist so eingestellt, daB die Fasersuspension in der gesamten Blattbildungszone etwa mit Siebgeschwindigkeit in Maschinenrichtung striimt. Durch eine Verstellmoglichkeit des Vorderwandwinkels laljt sich die Suspensionsgeschwindigkeit beeinflussen, was einen direkten EinfluB auf das Festigkeitsverhdtnis der Vliesstoffe hat. Der Blattbildungsdruck im Stoffauflauf wird beim hydraulisch geschlossenen Schragsieb mit der Stoffautlaufpumpe erzeugt. Der Einflulj des Siebsteigungswinkels wird von den verschiedenen Maschinenherstellern unterschiedlich bewertet. Der Hydroformer wurde lange Jahre mit < I 0'' Steigungswinkel gebaut. Bedingt durch immer hohere Siebgeschwindigkeiten und damit hohere Blattbildungdriicke wurde aus konstruktiven Griinden der Winkel auf <20 erhoht. Der Steigungswinkel des Deltaformers war verstellbar von
5.4 Aujbau von Nr(/3vliesunlagen
259
konnen. Bei abgehobenem Stoffauflauf kann so das endlose Sieb leicht uber alle Walzen in die Maschinen eingezogen werden. Spritzrohre zum Reinigen des Siebes und der Walzenschaber sind unabdingbare Bauteile der Siebpartie. Der Entwasserungskasten ist auf der Stuhlung der Siebpartie befestigt. Zweilugiger St&uuJZauf Mit dem zweilagigen Stoffauflauf ist man in der Lage, ein aus zwei Schichten bestehendes Vlies in einem Arbeitsgang herzustellen. Beide Schichten konnen aus verschiedenen Faserstoffen oder Faserstoffmischungen bestehen. Abb. 5- 1 1 zeigt das Schema eines solchen Schragsiebes. Bei diesen Maschinen sind beide Blattbildungszonen hintereinander angeordnet. Getrennt werden sie durch die Vordenvand der Grundschicht, die gleichzeitig Tisch fur die Deckschicht ist. Die Stoffzufuhrung der Grundschicht erfolgt wie bei einem einlagigen Stoffauflauf. Die Deckschichtsuspension gelangt uber ein separates Verteilsystem in den zweiten Blattbildungsraum. Die beiden Vliesstofflagen sind fest miteinander verbunden, da sich ein Teil der Deckschichtfasern mit den Grundschichtfasern zu einer Mischschicht verbindet. Zweilagige Schragsiebe haben sich hauptsachlich bei der Produktion von dunnen Vliesen, z. B. Teebeutelvliese, aus Natur- und Synthesefasern durchgesetzt.
Abb. 5-11. Zweilagiger Stoffauflauf (Voith Sulzer Papiermaschinen GmbH)
Wasserkreislaufsysteme Der Wasserkreislauf einer NaBvliesanlage besteht aus zwei geschlossenen KreisIaufen. Der innere Kreislauf (Siebwasserkreislauf) beinhaltet die Wasserfuhrung im direkten Zusammenhang mit der Vliesbildung. Wasser wird vom Siebwasserbehalter in den Stoffauflauf gepumpt. Durch das Sieb gelangt das Wasser in den darunter positionierten Entwasserungskasten, von dort durch die Entwasserungsleitungen zuriick in den Siebwasserbehalter.
Die aus der Stoffaufbereitung kommende Faserstoffsuspension (Dickstoff) gelangt vor oder nach der Stoffauflaufpumpe in den Siebwasserkreislauf und wird auf die erforderliche Blattbildungsstoffdichte verdunnt. Im iiufieren Kreislauf wird das anfallende Uberschufiwasser im Siebwasserbehalter zum gr6Oten Teil direkt in die Stoffaufbereitung zuriickgepumpt. Der andere Teil durchlauft Reinigungsaggregate und wird fur Spritzrohre und Sperrwasser verwendet. Ein sparsamer Wasserhaushalt wird durch die Wiedervenvendung von Betriebswasser ermoglicht. Theoretisch entspricht der Wasserbedarf der Anlage nur der Masse Wasser, die bei der Trocknung des Vlieses verdampft. Praktisch ist der Wasserbedarf aber hoher, da bei Sortenwechsel oder bei starker Anreicherung mit Hilfsstoffen das Betriebswasser erneuert werden mu13. NaBvliesanlagen konnen mit unterschiedlichen Siebwasserkreislaufen offener Siebwasserkreislauf geschlossener Siebwasserkreislauf ausgestattet werden.
-
Beim offenen Siebwasserkreislauf (Abb. 5- 12) erfolgt der Autbau des erforderlichen Vakuums zur Entwasserung durch Fallrohre, die in einen offenen Siebwasserbehalter munden, der unterhalb des Schragsiebes steht. Die Entwasserungskapazitat ist von der geodatischen Hohe der Fallrohre abhangig. Beim geschlossenen Siebwasserkreislauf (Abb. 5- 13) munden die Entwasserungsleitungen in einen geschlossenen Siebwasserbehalter. Die Stoffautlaufpumpe hat bei diesem System zwei Funktionen. Zum einen fordert sie das Siebwasser zum Schragsieb und zum andern wirkt sie als Absaugpumpe fur die Entwasserung. Der geschlossene Siebwasserbehalter steht unter Vakuum. Uberschufiwasser fliel3t in ein angebautes niveaugeregeltes Extraktionsfach.
Dickstoff
Ahh. 5-12. Oftener Siebwa\$erkreislaut
5.4 Aufbau von NuJhdiesatilagen
26 1
_Zur ufbei,eitung
1
I
Dickstoff
Abb. 5-13. Geschlossener Siebwasserkreislauf
Der geschlossene Siebwasserbehalter hat folgende Vorteile: Die Saugleistung ist nicht von der Hohendifferenz zwischen Siebwasserbehalterniveau und Entwasserungszone abhangig. Durch das Vakuum im Behalter erreicht man eine bessere Entluftung des Siebwassers. Auch konnen dichtere Vliesstoffe auf Grund des hoheren Vakuums hergestellt werden. Der Siebwasserbehalter mu13 nicht unter dem Schragsieb stehen. Schnelles Anfahren ist moglich, da beim Abstellen der Maschine die Rohrleitungen gefullt bleiben. Der Energiebedarf ist beim geschlossenen System hoher als beim offenen, da eine zusatzliche Vakuumpumpe fur den Siebwasserbehalter benotigt wird. Zweilagige Schragsiebe benotigen separate Siebwasserkreislaufe fur Grundund Deckschicht.
5.4.2
Verfestigen
5.4.2.1 Zugabe von Bindefasern Diese Faserstoffe werden in gleicher Weise wie die ubrigen Stoffe in der Mischbutte zugegeben. Besondere Einrichtungen sind also nicht erforderlich. Faserstoffe mit niedrigem Schmelzpunkt und kleiner Faserlange werden vor dem Zusatz in die Mischbutte im Stoffloser aufgeschlagen. Dies ist notwendig, da diese Faserstoffe vielfach an den Enden verschweike Stapel haben, die mit Hilfe der Buttenpropellerturbulenz nicht geoffnet werden konnen.
5.4.2.2 Zugabe von Bindemitteldispersionen in der Masse Koagulation in der Butte: Das Verfahren erfordert ebenfalls keine zusatzlichen Einrichtungen im Stoffaufbereitungsteil. Der Binder wird entweder der Misch-
oder der Zellstoffstapelbutte zugeteilt. Voraussetzung fur eine optimale Ausnutzung der Bindersubstanz ist, da13 die Dispersion zu Teilchen bestimmter GriiBe auskoaguliert und diese fest genug an der Faseroberfliiche haften. Da die Teilchen an zellulosischen Fasern am besten haften, wird das Verfahren vorzugsweise bei Vorhandensein solcher Faserstoffe im Stoffeintrag angewendet. Bei genugend hohem Zellstoffanteil empfiehlt sich die Auskoagulation in der Zellstoffstapelbutte. Die Teilchengro13e spielt eine Rolle, weil in der Praxis nicht alle Koagulatteilchen an die Fasem gebunden werden. AuBerdem wird auf dem Wege von der Mischbutte zum Vliesbildner ein Teil des gebundenen Koagulates von den Fasern abgeschlagen. 1st die GroBe dieser Teilchen zu klein, so gehen sie bei der Vliesbildung mit dem Wasser durch das Sieb hindurch in das Kreislaufsystem. Die Folge davon ist ein Vlies rnit geringerem Bindergehalt an der Siebseite. AuBerdem besteht die Gefahr, daB Binderteilchen im Kreislauf zusammenklumpen und diesen verschmutzen oder mit der Vliesbahn in die Trockenpartie gelangen. Haftung und TeilchengriiBe werden durch den Bindertyp, die Art des Fiillungsmittels und die Konzentration beider Komponenten in der Mischbutte beeinflufit. Die GroBe der Teilchen sollte 0,2-0,3 mm nicht unterschreiten. Zu beachten sind die speziellen Rezepturen der Bindemittelhersteller bei verschiedenen Einsatzfiillen. Vorkoagulation der Dispersion: Diese wird nach dem Ciago-Verfahren in einer Spezialmaschine, dem sogenannten Koagulator, durchgefuhrt. In diesem wird die Dispersion rnit dem Fallungsmittel gemischt und der auskoagulierte Binder anschlieljend starken Scherkraften ausgesetzt. Die Konzentration der beiden Rohstoffkomponenten und die Drehzahl des turbulenzerzeugenden Rotors der Maschine bestimmen die TeilchengroBe und ihre Form. Angestrebt werden eine faserige Form und Liingen zwischen 2 und 4 mm. Das vorkoagulierte Bindemittel wird entweder chargenweise der Mischbutte oder kontinuierlich dem Stoffstrom zum Vliesbildner zudosiert. Die Bindemittelteilchen bilden in der Suspension eine selbstiindige Rohstoffkomponente. Sie kiinnen mit jeder Faserart zusammen verarbeitet werden. Bei Einstellung der oben angegebenen Faserlangen sind hohe Retentionswerte zu erwarten.
5.4.2.3 Bindemittelzugabe auf die Vliesstoffbahn Binderauftragseinrichtungen fur das NaBverfahren mussen einen gleichmiiBigen Auftrag bei hohen Maschinengeschwindigkeiten gewiihrleisten, ohne daB die sehr wenig feste, nasse Bahn zu stark beansprucht wird. Aus der Reihe der konventionellen Verfahren erfullen Bespruh- und AufgieBsysteme, Rakeleinrichtungen fur den Zusatz aufgeschaumter Dispersionen, Druckverfahren und die Tauchbadimpragnierung zwischen 2 Sieben diese Voraussetzungen. Die Bindemittel werden in vielen Fallen der vorgetrockneten Bahn (ca. 60% Trockengehalt:k) zugegeben. Bei Anwendung des partiellen Binderaufdruckes sollte das Vlies fertig getrocknet sein. Der Binderzusatz auf das noch nasse Vlies vor der Trockenpartie ist die Ausnahme, wenn es sich um Vliese aus Zellstoff, Viskose- und/oder Synthesefasern handelt. Bei der Herstellung von Glasfaservliesstoffen ist dies jedoch ublich, da die Bahn bereits in der Saugzone des Schragsiebformers auf Trockengehalte von 40-60% ent w iissert w i rd.
5.4 Aujbau von NaJvliesanlagen
263
Bespruhverfahren: Vorteilhaft beim Bespriihen ist, dalj das Bindemittel auf die Vliesbahn gebracht wird, ohne dalj Teile der Anlage damit in Beriihrung kommen. Uberschussige Auftragsmengen werden nicht abgequetscht, sondern durch nachgeschaltete Saugeinrichtungen durch die Vliesbahn gesaugt. Bespriiheinrichtungen eignen sich besonders fur die Vollimpragnierung leichter Faservliesbahnen rnit flachenbezogenen Massen von ca. 10-60 g/m2. Die Bespriihung erfolgt abhangig vom Produkt ein- oder zweiseitig mit hintereinander geschalteten Spriihpistolen. Diese bewegen sich quer zur Warenbahn und arbeiten entweder mit Druckluft oder nach dem Airless-System. Anzahl, Anordnung und Changiergeschwindigkeit der Pistolen konnen den Gegebenheiten angepaljt werden. Bei der elektrostatischen Bespruhmethode werden die Bindertropfchen in einem elektrischen Feld aufgeladen und von der nassen, geerdeten Bahn angezogen. Die Zuhilfenahme der Elektrostatik ergibt in erster Linie eine Verringerung der Spriihverluste. AufgieBen der Binderdispersion: Bei diesem Verfahren gelangt die Bindemitteldispersion aus einem Auflaufkasten uber eine Uberlaufkante auf die darunter laufende Vliesbahn. Um die Beschadigung der Vliesoberflache durch zu grolje Mengen zu vermeiden, miissen Bahngeschwindigkeit und Flieljgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt werden. Das Bindemittel wird im Uberschulj zugegeben. Die uberschussige Menge geht uber ein Saugelement in einem geschlossenen Kreislaufsystem zuriick zum Auflauf. Schaumimpragnierung: Diese Methode ist ahnlich wie das Spriihverfahren einsetzbar. Das geschaumte Bindemittel gibt dem Vlies einen weichen Griff. Da der Schaum weniger Wasser enthalt als die aufgespruhte Dispersion, wird die nachfolgende Trocknung weniger belastet. Binderaufdruck: Zum Aufdrucken des Bindemittels haben sich Rotationsdruckverfahren bewahrt. Bei diesen lauft auf der Faservliesbahn eine perforierte walzenformige Schablone. Die eingedickte Dispersion wird als Druckpaste von innen durch den Mantel auf das darunter laufende Vlies gedriickt. Das Ergebnis ist eine partielle Verfestigung, vor allem der Vliesoberflache. Ein Durchdruck des Vlieses ist nur bei sehr dunnen Materialien moglich. Das Muster der Perforation entscheidet uber Weichheit, Flexibilitat und Luftdurchlassigkeit des Produktes. Tauchbadimpragnierung: Die Impragnierung im Tauchbad zwischen 2 Sieben ist in der Lage, auch schwere Produkte voll zu impragnieren. Sie wird bei langsam laufenden Maschinen praktiziert. Leimpresse: Fur Filterpapiere wird oft eine Leimpresse zwischen zwei Trockenpartien eingebaut. Dabei wird die vorgetrocknete Vliesbahn durch einen Walzenspalt gefuhrt. Die Walzen sind dabei horizontal oder schrag angeordnet. Beidseitig der einlaufenden Bahn wird in den Keil das flussige Bindemittel (z.B. Latexdispersion oder Schaum) zugefuhrt. Durch den Preljdruck wird das Bindemittel in die Bahn gepreljt. Manchmal werden die Walzen auch mit Dosienvalzen benetzt.
5.4.2.4 Pressen Anwendung von PreBeinrichtungen Aggregate dieser Art dienen dazu, die im Vakuumteil des Schragsiebformers begonnene Entwasserung der Bahn fortzusetzen. Gleichzeitig wird durch den PreBvorgang die Vliesstoffbahn verdichtet und damit auch verfestigt. Die Bahnentwasserung auf mechanischem Wege ist billiger als auf thermischem. Uber die Anwendung von Pressen entscheiden die Anforderungen an das jeweilige Produkt aber auch Miiglichkeiten, die fur die folgende Ausriistung des Vliesstoffes zur Verfugung stehen. Beispielsweise wird das in einer Anlage gefertigte dunne Vlies gepreflt, um fur den Durchlauf durch die Vortrockenpartie und die Impragnieranlage genugend Festigkeit zu erhalten. Der damit verbundene Verlust an Volumen bzw. Weichheit kann durch die nachgeschaltete Stauchung des Vliesstoffes ausgeglichen werden. Die verwendeten PreBeinrichtungen sind Doppelfilzpressen, in denen die Bahn zwischen dem Abnahmefilz und dem PreBfilz durch den Walzenspalt gefuhrt wird.
5.4.3
Vliestrocknung
Dieser Verfahrensschritt hat nicht nur die Aufgabe, der Vliesstoffbahn Wasser zu entziehen, sondern er ist ebenso zur Vliesbindung erforderlich. Es werden Kontakt-, Durchstrom- und Strahlungstrocknungs-Systeme angewendet. Stoffaufbereitungs- und Vliesbildungsteil einer NaBvliesanlage sind bei entsprechender Auslegung fur eine Vielzahl von Anwendungsfallen einsetzbar. Die Gestaltung des Bindemittelauftrages und Trockenteiles ist dagegen starker produktbezogen.
5.4.3.1 Kontakttrocknung Die Trocknung erfolgt durch Warmeleitung von der Oberfliiche dampf-, elektrisch- oder olbeheizter Zylinder auf die Vliesbahn. Diese wird entweder frei gefuhrt oder mittels eines mitlaufenden Filzes oder Siebes auf die Oberflache des Zylinders gedriickt. Die ubertragene Warmeenergie verdampft das im Vlies enthaltene Wasser. Der Wasserdampf wird von der Umgebungsluft aufgenommen. Um die Sattigung der Luft mit Wasserdampf zu vermeiden, werden vielfach zusatzliche Warmluftbeluftungssysteme zum Abtransport des Wasserdampfes eingesetzt. Die Verdampfungsleistung nimmt mit groBer werdender Vliesdicke und abnehmender Porositat ah, weil dann die Abgabe des Wasserdampfes behindert wird. Da die Verdampfung vorzugsweise an der Grenzschicht des Vlieses zur Zylinderoberflache erfolgt, wird die Bindermigration in dieser Richtung begunstigt. Durch den engen Kontakt der Vliesbahn mit der glatten Zylinderoberflache wird die dem Zylinder zugewandte Seite geglattet. Das Verfahren wird im NaBverfahren zur Vortrocknung des noch bindemittelfreien Vlieses angewendet; aul3erdem zur Fertigtrocknung von Vliesen mit Bindefasern, die zur Auslosung der Bindung wahrend der Trocknung geprelJt werden mussen. Wegen der Gefahr des Festkle-
5.4 Aufhuu von NuJvliesanlugen
265
bens der Bahn an der Zylinderoberflache wird diese oft mit einer ,,Teflonschicht" versehen. Aus dem gleichen Grunde wird angestrebt, die Bahn an einer einzigen Kontaktflache zu trocknen. Dementsprechend kommen oft sogenannte Yankeezylinder mit Durchmessern von 3-6 m zur Anwendung.
5.4.3.2 Durchstromtrockner Von diesen werden im NaBverfahren am haufigsten die nach dem Durchstromprinzip arbeitenden Siebtrommeltrockner eingesetzt. In besonderen Fallen kommen Flachbahntrockner zur Anwendung. Die Bahn wird uber einen perforierten Zylinder gefuhrt. Die HeiBluft stromt von auBen durch die Bahn in das Innere der Trommel. Die Trommeln sind entweder Lochwalzen- oder sogenannte Wabenkonstruktionen und haben heute eine bis zu 96% offene Flache. Es konnen mehrere Trornmeln nacheinander angeordnet werden. Die Durchlufttrocknung ist besonders intensiv, da beim Durchstromen der HeiBluft durch das Vlies praktisch die Oberflache aller Fasern mit dem Luftstrom in Beriihrung kommt. Voraussetzung hierfur ist allerdings, daB genugend Luft in kurzester Zeit das Vlies durchstromen kann. Fur die Anwendbarkeit dieser Trocknungsart spielt also die Luftdurchlassigkeit des Trocknungsgutes eine entscheidende Rolle. Je groBer die Luftdurchlassigkeit ist, um so leistungsfahiger wird die Trocknung sein. Fur das NaBverfahren folgt daraus, daB sich diese Trocknungsart besonders bei der Herstellung leichter Vliesstoffarten und dunner Papiere, also fur die Produktion bei hohen Maschinengeschwindigkeiten, eignet. Da beim Durchstromprinzip die Ware uber den ganzen Querschnitt gleichmaBig envarmt wird, ist die Gefahr der Bindermigration hier relativ gering. Um eine hohe spezifische Verdampfungsleistung zu erzielen, wird mit Lufttemperaturen zwischen 150 und 400°C gearbeitet. Dies ist ohne Schadigung des Vlieses moglich, da die Bahn, solange sie noch feucht ist, unter den im Trockner herrschenden Druckverhaltnissen nicht uber 100"C enviirmt werden kann.
5.4.3.3 Kanaltrockner Kanal- oder Bandtrockner haben sich bei der Herstellung von Vliesstoffen aus Glasfasern, Mineralfasern und Lederfasern bewahrt. Diese Materialien erfordern, wegen der Sprodigkeit des Faserstoffes, eine Bahnfuhrung rnoglichst ohne Umlenkungen. AuBerdem mussen, vor allem in der Anfangsphase der Trocknung groBe Unterdriicke vermieden werden, damit der Binder nicht aus dem Vlies gesaugt wird. Die eingesetzten Aggregate sind deshalb Einbandtrockner rnit kombiniertem Prall- und Durchlufttrocknungssystem.
5.4.3.4 Strahlungstrocknung Es handelt sich hierbei um eine beriihrungslose Trocknung, bei der von elektrisch- oder gasbeheizten Strahlungskorpern Warmestrahlen erzeugt und auf das Trockengut gerichtet werden.
Am meisten werden Infrarotstrahler benutzt. Die Wellenlangen der IR-Strahlen liegen uber 0,7 pm. Die erreichbaren Strahlungstemperaturen betragen 5001800 c. Moderne Trockner werden im Baukastensystem aus standardisierten Einzelelementen zusammengesetzt. Die Anwendung dieser Trocknungsmethode beschrankt sich im Naflverfahren auf Einzelfalle der Vortrocknung. Bekannt ist der Fall, in dem Strahler eingesetzt werden, um die Temperatur einer nassen Vliesbahn rnit einer Copolyamid-Faserkomponente zur Vorbindung und Schrumpfauslosung auf Temperaturen von ca. 80°C zu bringen. Die Bahn wird dabei zwischen zwei Strahlerreihen frei und miiglichst spannungslos hindurchgefuhrt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Koagulation von thermosensiblen Bindern in der impragnierten Bahn vor der eigentlichen Trocknung. In diesem Fall geht es darum, durch Koagulation des Bindemittels bei 40-80 C vor allem an den Obertlachen eine Vorbindung zu erreichen, die ein Kleben der Bahn an den nachfolgenden Trocknungselementen verhindern soll.
5.4.4
Aufrollung
Man unterscheidet Zentrumswickler und Tragtrommelroller. Beim Zentrumswickler wird die rnit einer Papphulse versehene Aufwickelwalze direkt angetrieben. Die Wickelgeschwindigkeit der Papierrolle mu13 exakt geregelt werden, um eine konstante Umfangsgeschwindigkeit und Zugspannung der Vliesstoffbahn zu gewahrleisten. Moderne Zentrumswickler arbeiten rnit elektrisch geregeltem Antrieb. Sie gestatten eine genaue Einstellung der Wickelspannung, abhangig vom Wickelgut. Von ihrer Konstruktion her eignen sie sich fur schmalere Maschinen und geringere Maschinengeschwindigkeiten. Beim Tragtrommelsystem wird die Bahn auf einem Stahltambour aufgerollt. Dieser Iauft auf einer Tragtrommel und wird von dieser durch Reibung angetrieben. Eine Regelung der Wickelgeschwindigkeit erubrigt sich hier. Der Tragtrommelroller ist von seiner Bauweise her fur hohe Maschinengeschwindigkeiten und breite Anlagen geeignet. Er liefert harte Rollen. Sein Arbeitsprinzip beschrankt seinen Einsatz jedoch auf Vliesstoffe rnit hohen Festigkeiten. Urn diesen Nachteil zu umgehen, werden heute Tragtrommelroller rnit Elektrowicklern angeboten. Diese sind zusatzlich rnit einem Axialantrieb fur den Aufrolltambour ausgeriistet, so dafl der Roller bei der Wicklung emptindlicher Vliesstoffe auch unabhangig von der Tragtrommel betrieben werden kann.
Literutur :u Kapitel 5
261
Literatur zu Kapitel 5 Albrecht W (1982) Vliesstoffe, Georg Thierne Verlag Stuttgart Scholz B (1 989) Naavliesherstellung auf dern Hydroformera, Spezialpapiersyrnposiurn Miinchen USA Patent No I 1394:I848 Fay H Osborne, The History of Dexter’s long fiber paper development Pill H (1998) Herstellung von Vliesstoffen nach dern NaRverfahren, Taschenbuch f d Textilind Schiele & Schon Berlin 161 Lennox-Kerr P (1997) Technical fibre products - the fibre manipulators, Techn. Text. lnternat 6, 9: 13-16 171 Bestirnrnung des Entwasserungsverhaltens einer Faserstoffsuspension rnit dern Schopper-RieglerMahlgradpriifer. Papiermacherschule Steyrermuhl 181 Hutten JM (1995) The concerns of forming wet lay nonwovens from long fibers, TAPPI Press Atlanta: 161-172
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Vliesverfestigung
Die Vliesverfestigung hat die Aufgabe, die Vliese so zu verfestigen, daB die hergestellten Vliesstoffe die an sie gestellten Anforderungen im praktischen Gebrauch erfiillen. Der erreichte Grad der Vliesverfestigung ist abhangig von den spezifischen Fasereigenschaften, wie Fasergeometrie, Festigkeit und Formanderung sowie Faserlage im Vlies, Vliesmasse und Verfestigungsverfahren. Die Umwandlung eines Vlieses in einen Vliesstoff geschieht mit physikalischen oder chemischen Verfahren. Dabei erfolgt die Bindung iiber die gesamte Vliesflache oder nur an bestimmten Stellen. Die Bindung zwischen den Fasern oder Filamenten wird durch die Verdichtung des Vlieses wahrend des Verfestigungsprozesses wesentlich unterstiitzt. Physikalische Bindungen zwischen den Fasern beruhen auf Reibungs-, Kohasions- oder Adhasionskraften [ 11. Die Bindungsvorgange zwischen den Fasern sind sehr komplexer Natur insbesondere dann, wenn Kunststoffdispersionen - auch als Bindemittel bezeichnet - zum Einsatz kommen. Chemische Bindungen zwischen den Fasern treten nur dann auf, wenn geloste Faseroberflachen oder faserpolymergleiche Bindemittel zum Einsatz kommen. Diese Bindungen an den Faseroberflachen lassen sich aus der chemischen Zusammensetzung der Monomereinheiten der Polymere ableiten. Im Gegensatz zu den physikochemischen Vorgangen bei der Faser-Faserbindung werden die technologischen Verfahren nach der Art der Verfestigung unterteilt (Abb. 6- I). Bei den mechanischen Vliesverfestigungsverfahren bilden sich unterchiedliche und je nach Verfahren typische Strukturelemente aus (Tabelle 6- 1). Die thermische Verfestigung erfordert den Einsatz von thermoplastischen Fasern oder Pulvern. Bei den chemischen Verfahren kommen Polymerdispersionen als Bindemittel zur Anwendung, so daB der so verfestigte Vliesstoff als ein Zwei-
Verfestigungsverfahren
/ \
Phvsikalische Verfahren
/ \
Mechanische Verfahren -
Vernadeln
- Vermaschen -
Verwtrbeln
ChemischeVerfahren
I
Thermische Verfahren
-
lmpragnierungen
- HeiBluft
-
Spruhen
-
Kalandern
- Bedrucken
-
SchweiBen
-
Schaumen
Abb. 6-1. Systematik der Verfe\tigungsverfahren nach ISO/DIS 11224 [ 2 ]
Tabelle 6-1. Strukturrnerkinale der Faseranordnung irn Vlies Mechanische Verfahren
Strukturmerkrnal
Faserlage im Vlies
Vliesvernadeln
Pfropfen
Vliesverniaschen
Masche
Vliesverwirbeln
Kniiuel
Partielle Faserbiindelung rnit Umorientierung in vertikale Vliesebene Faserbundelung und horizontale Urnthrniung Lur Masche Faserverdrsngung und -verwirbelung
komponenten-Verbundstoff zu betrachten ist, dessen Eigenschaften von beiden Polymeren bestimmt wird. Der Bindemittelanteil im Vliesstoff und die Auftragsart beeinflussen die Bindungsart und Bindemittelverteilung im Vliesstoff. Durch Kombination verschiedener Verfestigungsverfahren lassen sich oft besondere Verfestigungseffekte erzielen, die fur die jeweiligen Anwendungen der Vliesstoffe erforderlich sind.
6.1 Vernadelungsverfahren (M! Kittrlmunn, J . l? Dilo, V P Gupta, P Kunuth) Bei der mechanischen Verfestigung von Vliesen nach dem Vernadelungsverfahren werden Fasern oder Filamente in die Vliesvertikale so umorientiert, daB diese einen Pfropfen bzw. Einstichkanale bilden. Die im Vliespfropfen erreichte Verdichtung zwischen den Faserteilen fuhrt zu einem ReibschluB, der fur den Verfestigungsgrad des Vlieses bedeutend ist. Das Vernadelungsverfahren wurde vor mehr als 100 Jahren erfunden und spater durch die Anlagenentwicklungen der Firmen Bywater/GB und HunterNSA industriell fur die Verarbeitung von nicht filzfahigen Fasern genutzt. Waren es anfangs nur Natur- und Abfallfasern, so erfolgte mit der Chemiefaserentwicklung in den S0er Jahren und deren Einsatz in Vliesstoffen eine zielgerichtete Weiterentwicklung auf den Gebieten der Anlagen- und Verfahrenstechnik zum Vernadeln von Vliesen. Sie ist gekennzeichnet durch Weiterentwicklung der Nadeln, erhohte Nadelzahl je m Arbeitsbreite, wachsende Hubfrequenzen, Abzugsgeschwindigkeiten und Arbeitsbreiten, Optimierung der bekannten Vernadelungsprinzipien und die Entwicklung neuer Vernadelungsverfahren.
6.1.1
Funktionsprinzip des Vernadelns
Das Prinzip des Vernadelns beruht darauf, daB ein Teil der in horizontaler Lage im Vlies angeordneten Fasern oder Filamente beim Durchstechen von mit Kerben versehenen Nadeln in Form von Faserschlingen in die senkrechte Ebene umorientiert wird. Die Spitzen dieser Faserschlingen bleiben auch nach der Ruckwartsbe-
6. I Vemudelungsverjahren
-
-
~
27 1
Niederhalter (Abstreifplatte)
Vlies
tichplatte (Grundplatte)
Abb. 6-2. Prinzip des Vernadelns eines Faservlieses
wegung der Nadeln aul3erhalb des Vlieses und werden beim Weitertransport umgelegt und gleichzeitig durch emeuten Einstich eingebunden (verriegelt). Dadurch tritt eine Verdichtung der umorientierten Fasem zu einem Bundel ein und die Reibung zwischen den Fasem wird so erhoht, daB die Verfestigung durch den Formund ReibschluB erfolgt, wie in Abb. 6-2 dargestellt. Bei der Faserumorientierung in die vertikale Ebene tritt eine Faserbewegung im Vlies ein, bei der die von den Nadeln erfaBten Fasem aneinander vorbeigleiten und ihre Lage verandem. Die Mehrheit der Fasem oder Faserteile, die nicht im Pfropfen formschlussig eingebunden werden, bleiben in der horizontalen Lage. Durch die Faserbewegung im Vlies ergibt sich beim Vemadeln zum Vliesstoff eine Langen- und Breitenanderung, die von den Verfahrensbedingungen abhangig ist und sich auf die Flachenmasse des Vliesstoffes auswirkt. Beim Vemadeln von Filamentvliesen ist davon auszugehen, da13 die Filamente ellipsenformig ungeordnet in Schuppenform zu einem Vlies abgelegt werden und beim Durchstechen der Nadeln die Filamentschlaufen ihre Lage andem, bei der leicht ein FilamentriB erfolgen kann. Die beim Vernadeln von Vliesen auftretenden Krafte sind neben den Steifigkeitseigenschaften der Fasern, der Faserzahl im Pfropfen und Einstichtiefe auch von den Reibzahlen zwischen den Fasem und denen fur Faser zu Stahl abhangig. Durch Einsatz geeigneter Praparationen (Avivage) ist es moglich, die Reibung zwischen Faser und Stahl zu minimieren und die Reibung zwischen den Fasem zu verandem, was bedeutenden EinfluB auf die Minimierung der Vemadelungskrafte und Faserbeschadigung hat. Das Funktionsprinzip des Vernadelns ist in Abb. 6-3 dargestellt. Danach wird das Vlies uber ein Zufuhrungssystem der Nadelzone zugefuhrt. Die auf dem Nadelbalken im Nadelbrett angeordneten Verfestigungsnadeln durchstechen im Bereich der Nadelzone das Vlies und formen den Faserpfropfen (Einstichkanal). Auf Grund des exzentrischen Antriebes des Nadelbalkens fuhren die Nadeln eine senkrechte Ab- und Aufw3rtsbewegung aus. Niederhalter- und Grundplatte sind als Lochplatten ausgebildet. Mit einem Abzugswalzenpaar wird der Vliesstoff aus der Nadelzone heraustransportiert und gegebenenfalls kanten- und quergeschnitten sowie aufgewickelt. Die Einstichdichte, d. h. die Anzahl Eintiche je cm2 Vliesstoff errechnet sich in allgemeiner Form nach der Gleichung ( I )
/I\
4
\
' ) Ed = nH = ND = v,, =
1
'
,
Abb. 6-3. Schema der Vernadelungstechnik. ~ ~ ~ ~ h ~ ~ ~ ~ ~ ~ l f , S 3i cNadeld c l h a l t e r ,
Einstichdichte [emp2] Hubzahl [min-ll Nadelzahl je m Nadelbrett Imp'] Vliesabzugsgeschwindigkeit Im . min-I]
Das Verhiiltnis vv zu nH entspricht der Materialvorschublange Lv je Hub. Wiihrend fruher allgemein mit diskontinuierlichem Vorschub gearbeitet wurde, das heil3t, der Vliesabzug erfolgte nur, wenn die Verfestigungsnadeln aul3er Eingriff waren, arbeiten moderne Nadelmaschinen mit kontinuierlicher Abzugsgeschwindigkeit. Fur einen optimalen Vernadelungsvorgang sind die verfahrenstechnischen Losungen fur -
Vlieszufuhrung Vernadelungszone und Vliesabzug
von Wichtigkeit.
6.1.1.1
Vlieszufiihrung
Aufgabe der Vlieszufuhrung ist es, das unverfestigte voluminose Vlies mit gleichmiil3iger Zufuhrgeschwindigkeit unmittelbar bis an die erste Nadelreihe heranzufuhren und dabei moglichst schonend auf das spatere DurchgangsmaB dem Nadelzone zu komprimieren. Damit werden unkontrollierte Verziige beim Vliestransport minimiert. Jeder unkontrollierte Verzug beim Einzug in die Nadelmaschine hat Fasergleitbewegungen zur Folge, die zu solchen Langenzunahmen wiihrend des Vernadelns fuhren, die eine VerungleichmaBigung der Flachenmasse undhder der Dicke hervorrufen. Eine gute Vlieszufuhrung ist besonders beim ersten Vemadelungsvorgang eines Vlieses, auch als ,,Vorvernadelung" bezeichnet, sehr wichtig. Allgemein bestehen die Zufuhrsysteme aus Vlieszufuhrband, Vorverdichtungsband und Walzenpaar. Der Walzenspalt sol1 der Vliesdicke angepaljt werden. Abb. 6-4 zeigt das Zufuhrsystem ,,CBF-Transfer" der OSKAR DILO KG. Bei diesem System sorgen ,,Fingenvalzen" und ,,Finger" fur die Vlieszufuhr bis zur
6. I Vernadelungsve~ahren
111
273
Abb. 6-4. Vliesi-ufuhrung\system ,,CBF-Tran\fer" der 0 Dilo. Maschinenfabnk KG
ersten Nadelreihe, zusatzlich wird der Zwischenspalt zwischen den Bandern und dem Fingenvalzenpaar mit einer Zwischen- und Ubertragungswalze uberbriickt. Das FFS-Fehrer-Speisesystem ist iihnlich und minimiert ebenfalls den Verzug beim Transport voluminoser Vliese bis zur Nadelzone, allerdings ohne die oben genannten Transferwalzen. Alle Hersteller bieten Systeme mit Latten- oder geschlossenen Bandern an. Systeme ohne Fuhrungsfinger konnen das Vlies nicht unmittelbar bis zur Nadelzone fuhren. Eine andere technische Losung ist die Zylinder-Vorvernadelung der Fa. Asselin (Abb. 6-5). Das Vlies wird zwischen zwei angetriebenen perforierten Zylindern gefuhrt, in denen zwei Nadelzonen angeordnet sind. Bei dem Vornadeln werden der mogliche Quereinsprung und der Verzug minimiert. Es sind nur geringe Einstichtiefen moglich und durch die besondere Anordnung der Nadeln ist die Gefahr der Nadelmarkierung gegeben.
Abb. 6-5. Zylinder-Vorvernadelungsmaschine der Fa. Asselin
6.1.1.2 Vernadelungszone Die Vernadelungszone besteht nach Abb. 6-3 aus dem Nadelbalken mit dem mit Verfestigungsnadeln bestuckten Nadelbrett, dem Niederhalter und der Stich- oder Grundplatte. Der Nadelbalken wird uber eine Exzentenvelle von der Hauptwelle vertikal bewegt. Beim Vernadeln eines Vlieses mit der Nadelbewegung von oben
nach unten wird das Vlies gegen die mit Lochern oder Schlitzen versehene Grundplatte gedruckt. Beim Hochgang der Nadeln wird das Vlies durch die Niederhalterplatte in seiner Lage gehalten. Durch Hoher- oder Tieferstellen der Grundplatte wird die Einstichtiefe der Nadeln in das Vlies variiert. Der Abstand zwischen Niederhalter- und Gmndplatte ist von der zugefuhrten Vliesdicke abhangig. Von bedeutendem EinfluB auf das Aussehen und den Grad der Verfestigung eines Nadelvliesstoffes sind: Anordnung der Nadeln im Nadelbrett (Nadelbild) Art der Vemadelung (von oben, unten oder beidseitig) - Nadelparameter (Feinheit, Kerbenform, Kerbenanzahl) - Vernadelungsparameter (Einstichtiefe und Einstichdichte, Verzug) -
Wurden ftiiher die Nadeln in Brettem aus Edelholzem befestigt, so werden heute Nadelbretter oft in Sandwichbauweise, z. B. Aluminium und Polyamid (Firma OSKAR DILO KG) verwendet. Wichtig ist die horizontale und vertikale Anordnung der Nadeln im Brett (Nadelbild). Sie sollte so erfolgen, da13 kaum Markierung oder Faseransammlung im Nadelvliesstoff auf Grund des Vorschubs je Nadelhub und des moglichen Verzuges in Langsrichtung oder des Einsprungs in Quemchtung erfolgt. Aus den prozentualen MaBanderungen in Langs- und Querrichtung (AL und AQ) errechnet sich die Flachenanderung AA nach der Gleichung (2): AL . AQ 100 Damit ergibt sich auch eine Anderung der mittleren Flachenmasse des Nadelvliesstoffes entsprechend Gleichung (3): AA = AL + AQ +
mNv = mv
~
[%I
(T)
1 +AA
mNv = Flachenmasse des Nadelvliesstoffes g/m’ nach der Vemadelung mv = Flachenmasse des Vlieses g/m2 vor der Vernadelung Die effektive Nadelbrettflache Av ergibt sich nach Gleichung (4) zu Av = L N .Lg
(4)
LN = bestuckte Nadelbrettlange cm LB = bestuckte Nadelbrettbreite cm Die Anzahl Nadeln im Brett NZ sind nach Gleichung (5) NZ = N A .NR
(5)
NA = Nadelzahl je Reihe NR = Anzahl Nadelreihen Beim ersten Einstich des Nadelbrettes ergibt sich die Einstichdichte E nach Gleichung ( 6 ) zu E=f
N AV
6. I Vernudelungsvetjiuhren
275
Die gesamte Einstichdichte nach einer Vernadelungspassage ist aus Gleichung ( I ) ersichtlich. Aus Vergleichsgrunden werden in der Praxis allgemein die Anzahl Nadeln im Brett NZ auf 1 Meter Brettlange angegeben. Die Nadelbrettbreiten betragen zum Beispiel 200, 300 oder 350 mm. Seit vielen Jahren ist fur die Anordnung der Nadeln im Nadelbrett das ,,Fischgratmuster" bekannt. Bei diesem sind die Nadeln so angeordnet, da13 im projezierten Nadelbild jede Nadelposition sowohl in der Horizontalen als auch der Vertikalen von der benachbarten Nadel um einen bestimmten Betrag abweicht. Mittels Computerprogrammen werden heute Nadelbilder entworfen, die sowohl die Verfahrensparameter als auch das zu envartende auljere Erscheinungsbild des Nadelvliesstoffes beriicksichtigen [ 3 , 41. Die Anzahl Nadeln im Nadelbrett liegen in der Groljenordnung von IS00 bis SO00 Nadeln je Meter und je Nadelbrett Von der Firma Fehrer, Linz ist die Nadelteilung F9 bekannt geworden [S]. Diese ist weniger vom Vliesvorschub je Hub gegenuber bekannten Teilungen abhangig. Sie wird dadurch erreicht, dalj mehrere Nadeln je Schlitz in den Grundund Niederhalterplatten zugeordnet werden. Um das Verdrehen der Nadeln im Nadelbrett zu vermeiden, sind Klemmrillen in die elastische Polyamidschicht des Nadelbrettes gefrast. Schnellklemmsysteme ermoglichen einen raschen Aus- und Einbau der Nadelbretter am Nadelbalken. Das Flachnadeln von Vliesen, das heiljt, die Verfestigungsnadeln stechen senkrecht durch das Vlies, ist eine der haufigsten Verfestigungsarten. Abb. 6-6 zeigt die Moglichkeiten. Dabei wird zwischen Einbrett-, Zweibrett- oder Vierbrettmaschinen (Abb. 6-6 a, b, d) unterschieden. Weitere Moglichkeiten sind die Durchstichrichtungen von oben nach unten oder in entgegengesetzter Richtung (Abb. 6-6a, b) oder in Kombination (Abb. 6-6c, d). Dabei ist zu beachten, dalj bei der beidseitigen Vernadelung die Nadelbretter gegenuber oder versetzt angeordnet werden konnen. Diese Moglichkeiten fuhren zu unterschiedlichem Fasertransport und Venveildauer der Nadeln im Material und somit zu unterschiedlichen Verfestigungsverhaltnissen im Vlies. Bei der Anordnung der Nadelbretter ,,gegenuber" gibt es zwei Vernadelungsarten, ,,simultan" oder ,,alternierend". Bei Vernadelungsart ,,simultan" stechen beiden Bretter gleichzeitig in das Vlies ein. Deshalb niulj hier mit nur halber Nadelbestuckung pro Brett gearbeitet werden, damit sich keine Nadeln gegenuberstehen. Zum Erreichen einer bestimmten und erhohten Verdichtung
Richtung des Nadeldurchstiches durch das Vlies
Abb. 6-6. Varianten des Flachvemadelns von Vliesen
wird die erforderliche gesamte Einstichdichte auf mehrere Nadelmaschinen aufgeteilt. Die Nadelmaschinen werden hintereinander zu Nadelstraljen angeordnet. Verfahrensmodifikationen zur Vernadelungstechnik [6-81 haben das Ziel, die Fasern intensiver in das Vlies einzubinden und damit besser zu verdichten und zu verfestigen. Besonders in den USA wurde das von Chatham entwickelte ,,Fibrewoven"-Verfahren bekannt [9]. Bei diesem Verfahren kommt beidseitig altemierend ein schrager Nadeleinstich zur Anwendung (Abb. 6-7). Die schon fruher bei DILO in den Maschinentypen OR, RONTEX, DI-LOFT und SKR realisierten Moglichkeiten des Schragvernadelns wurden 1996 von der Fa. Dr. Emst Fehrer. Linz/Osterreich neuerdings fur Ein- und Zweibrettmaschinen aufgegriffen und in die Praxis ubergeleitet. Bei dem entwickelten Verfahren wird das Vlies beim Vernadeln in einer gewolbten Lochplatte gefuhrt, wodurch beim Vernadeln des Vlieses der Schrageinstich realisiert wird. Die Wolbungsform der Lochplatte bestimmt die Winkelanderung des Einstiches, der sich vom Vlieseinlauf bis Wolbmaximum verringert, um bis zum Auslauf wieder anzusteigen. In Abb. 6-8 sind die unterschiedlichen Grundprinzipien der Vernadelung nach konventionellen und nach der H 1 -Techdogie wiedergegeben. f L
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Ahb. 6-7. Chatham-Vertahren (Fibrewocen) nach [XI
Zum H 1 -Verfahren der Firma Fehrer werden folgende Unterschiede gegenuber dem klassischen Verfahren angegeben: Der Schriigeinstich realisiert eine groljere Stichtiefe im Vlies und damit eine schrage Pfropfenanordnung mit groljerem Verfestigungseffekt (Abb. 6-9). Unterschiedliche Einstichwinkel der Nadeln garantieren stets verlnderte Faserpfropfenlage uber dem Vliesquerschnitt, was zu einer hohen Vliesverdichtung bei tragt. Mit steigendem Einstichwinkel in Auslaufrichtung tritt zwangslaufig eine verzugsarme Umorientierung der Fasern aus der Querrichtung in Maschinenlaufrichtung ein. Sichere Vliesfuhrung zwischen den Lochplatten wahrend des Vernadelns. Dieses Vernadelungsprinzip wurde seitens der Firma Fehrer (Abb. 6- 10) sowohl fur das Vernadeln von oben oder unten als auch fur Vor- und Endnadelmaschinen erfolgreich realisiert. Die Firma OSKAR DILO Maschinenfabrik KG, Eberbach hat im Gegensatz zu der bisherigen einachsigen Bewegung der Nadeln eine elliptische Nadelbewegung unter Beibehaltung optimaler Nadelbilder realisiert.
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Abb. 6-8. H I-Technologie der Fa. Dr. Ernst Fehrer, LindOsterreich
Abb. 6-9. Vliesstrukrur des nach HI -Technologic verfestigten Vlieses (Foto der Fa. Dr. Emst Fehrer, LindOsterreich)
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Abb. 6- 10. Vornndel tiiiischi ne ltir die H 1-Technologic der Fa. Dr. Emsr Fehrer. Linz/&teneich (Werkbild)
Ausgehend von den bekannten technischen Losungen der bewiihrten DILOOM-Baureihe konnte DILO bereits 1995 eine Maschine vorstellen, die vor allem fur den Bereich der Spinnvliesvernadelung mit hoher Durchlaufgeschwindigkeit entwickelt wurde. Bei dieser Maschine vom Typ HSC Hyperpunch wird uber einen zusatzlichen Kurbelhub dem Nadelbalken eine Bewegung mit uberlagerter vertikaler und horizontaler Hubbewegung vermittelt (Abb. 6- I 1 ). Dadurch ergibt sich die MBglichkeit, bei hoher Maschinenhubzahl den materialtypischen Vorschub pro Hub zu vergrol3ern. Dies wurde dadurch erreicht, da13 die Nadeln vom Zeitpunkt des Einstechens bis zum Verlassen des Materials uber eine elliptische Bewegungsfunktion dem Materiallauf folgen konnen. Die technische Losung beriicksichtigt vor allem moglichst hohe Nadeldichten, hohe Materiallaufgeschwindigkeiten bei hochsten Maschinendrehzahlen und einem dem ProzeB einmalig angepal3ten fest installierten horizontalen Mitgang der Nadeln. Die inzwischen neu entwickelte und im Markt befindliche Maschine Typ HV ist vor allem fur den Bereich der Stapelfaserverarbeitung mit moglichst gering zu
6. I Vernudelungsverfclhren
279
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Abb. 6-11. Elliptische Nadelbewegung der Fa. 0. Dilo, Maschinenfabrik KG (Werkbild)
haltendem Verzug gedacht. Durch eine neue Losung ist hier die horizontale Hubkomponente stufenlos einstellbar. Mit computerentwickelten, bewahrten Nadelbildern in wirrer Anordnung findet der gesamte Bewegungsvorgang fur jede einzelne Nadel in den zugehorigen Bohrungen der Stichplatten statt. Dadurch ubernehmen die Nadeln wahrend der gesamten Venveilzeit zusatzlich zu ihrer eigentlichen Aufgabe der Verfestigung eine der Materiallaufgeschwindigkeit stufenlos anpafibare Transportfunktion, in deren Ergebnis bisher auftretende Verziige drastisch reduziert werden. Im VornadelungsprozeB bewirkt die elliptische Nadelbalkenkinematik einen aktiven Transport des Vlieses durch die Nadelzone. Hierdurch wird schadlicher Verzug nahezu vollstandig vermieden. Auch der durch den Verzug verursachte Seiteneinsprung wird dadurch minimiert. Die GleichmaBigkeit des Nadelstichbildes wird gesteigert, da die GleichmaBigkeit der Stichverteilung grundsatzlich mit steigenden Verzugswerten schlechter wird. Insbesondere kann die GleichmaBigkeit des Vlieses hinsichtlich der Flachenmasse durch den Horizontalvorschub wesentlich gesteigert werden, da der EinfluB des Verzuges nahezu ausgeschaltet ist. Im FinishvernadelungsprozeB liegt der Vorteil darin, daB die Nadeln dem MaterialfluB in der Nadelzone folgen und diesen nicht behindern bzw. beim Nadeleinstich ganzlich stoppen. Bei diesem Abbremsvorgang in konventionellen Nadelmaschinen wird das ohnehin auBerst empfindliche Vlies als ,,Knautschzone" fur den Abbremsvorgang des gesamten Vlieses herangezogen. Hieraus ergeben sich schuppenartige Verschiebungen des Vlieses auf dem Trager, die eine verschlechterte Oberflache und kurzwellige Dicken- bzw. Flachenmasseschwankungen hervormfen. Durch die intermittierende Vorschubbewegung in konvertionellen Nadelmaschinen werden alle Teile in der Nadelmaschine, insbesondere Materialtransport- und Spannwalzen zu schadlichen Schwingungen angeregt. Die zu erwartende Tragergewebeschadi-
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Rantex S 2000 Durchmesserbereich 10-200 m m
Durchmesserbereich 200-500 m m
Abb. 6-12. Rundvernadelungsprint.ip Rontex der Fa. 0. Dilo, Maschinentabrik KG (Werkbild). I Stichrohr. 2 DruckwalLen. 3 Schlauch, 4 Abzugspatrone, 5 Spannwalzc
gung liegt bei konventionellen Nadelmaschinen hoher, da die Nadel mit hoher Vorspannkraft an den Fasern scheuert bzw. sagt. Die Bildung von Langlochern wird beim Einsatz der Hyperpunch-Einrichtung vollig vermieden [8]. Neben dem Flachvernadeln hat die Fa. Oskar DILO Maschinenfabrik KG, Eberbach das Herstellen von schlauchformigen Nadelvliesstoffen realisiert [ 10, 1 I]. Das von der Firma DILO entwickelte Verfahren zum Herstellen von genadelten Schlauchen beruht darauf, dal3 ein leicht verfestigter Faser- oder Filamentvliesstoff um ein oder zwei zueinander verstellbare Walzen gewickelt und mit zwei Nadelaggregaten von oben und unten vernadelt wird. Auch hier wird die starke Verdichtung durch veriinderliche Einstichwinkel und sich kreuzende Stichkanale erreicht. Der Schlauch wird kontinuierlich von den Walzen abgezogen (Abb. 6- 12). Mit der neuesten Entwicklung der RONTEX S 2000 durch die Firma DILO zu einer hochproduktiven Verfahrenstechnik wurden die Voraussetzungen geschaffen, fur genadelte Schlauche neue technische Anwendungsgebiete zu erschlieRen [ 1 I]. Das Verfahren ermoglicht die Herstellung von Schlauchen mit -
lnnendurchmesser 10-500 mm Wandstarken 2-20 mm Iiingenbezogenem Schlauchgewicht 400-4800 g/m Variation der Dichte
6.1 Vernadelungsverfahren -
-
28 1
Dichtegradient uber die Schlauchwand Armierungen mehrschichtigem Wandaufbau durch Einsatz von Faservliesen aus unterschiedlichem Faserpolymer und unterschiedlicher Faserfeinheit
Die Vielzahl der Produktvariationen ermoglicht nicht nur den Einsatz von Nadelvliesstoffschlauchen fur Walzenbespannungen oder Filterschlauche, sondem sie lassen Anwendungsgebiete auch in Bereichen wie Kabelummantelungen, Rohrsanierungen, Rohrdranagen und High-Tech-Produkte envarten. Abb. 6- 13 zeigt, wie sich beim Rundvernadeln der Einstichwinkel andert, wenn der zugefuhrte Vliesstoff auf dem festen Stichrohr gefuhrt wird. Die Moglichkeiten fur den Aufbau eines schichtenweisen Rohrquerschnittes und damit eines Dichtegradienten sind in Abb. 6-14 dargestellt. Die Nadelanlage RONTEX S 2000 ermoglicht eine kontinuierliche Schlauchfertigung bei Hubfrequenzen bis max. 2500 min-' 2 Nadelbrettern und - bis zu 3000 NadelnA m Arbeitsbreite -
des Rundvernadeln.
grob
mittel
fein
Abb. 6-14. Aufbau eines schichtenweisen Rohrquerschnittes
Die Abzugsgeschwindigkeit des Schlauches ist abhiingig von der benotigten Steigung der sich auf den festen Dorn bildenden Vliesspirale, Vliesmasse und -breite und der geforderten Schlauchstiirke bei gegebener Zufuhrgeschwindigkeit. Eine automatische Ablangvorrichtung gewahrleistet die Fertigung reproduzierbar konstanter Schlauchlangen.
6.1.1.3 Vliesabzug Am Auslauf aus der Vernadelungszone wird der Nadelvliesstoff uber ein Klemmwalzenpaar gefuhrt. Friiher erfolgte bei den damals geringen Hubfrequenzen der Abzug des Vliesstoffes diskontinuierlich. Der Nadeleinstich fand in das nichtbewegte Vlies statt. Sobald die Nadeln auBer Eingriff waren, wurde der Vliesstoff abtransportiert. Bei den modernen Vernadelungsanlagen findet der Abzug kontinuierlich statt. Der AnpreBdruck des Abzugswalzenpaares und die Kontaktflache kiinnen an den Vliesstoff angepaBt werden. Allgemein wird der Nadelvliesstoff positiv und ohne Verformung gefuhrt. Der Antrieb der Abzugswalzen kann entweder synchron zur Einstichfrequenz des Nadelbalkens oder als Einzelsteuerung ausgefuhrt werden. Fur das Schneiden von abgepaflten Langen und Fliesen kiinnen nach dem Vliesabzug Warenspeicher, Langs- und Querschneider mit separatem Wickler oder Ablegevorrichtung gekoppelt sein.
6.1.2 Hochleistungsnadeltechnik In den letzten 20 Jahren erfolgte die anlagentechnische Entwicklung des Vernadelns von Vliesen zu einer Hochleistungstechnik. Mit der weiteren Entwicklung der Verfahrenstechnik fur z. B. das ein- und beidseitige Vemadeln der Vliese erfolgte gleichzeitig eine Steigerung der Leistungsfahigkeit der Maschinen. Sie ist charakterisiert einerseits durch Hubfrequenzen des Nadelbalkens his uber 3000 min-' und hohe Nadelanzahl pro Meter Arbeitsbreite. Das Hochgeschwindigkeitsvernadeln fuhrt gleichzeitig zu steigenden dynamischen Vernadelungskriiften je Zeiteinheit. Diese auftretenden Kriifte sind abhangig vom Vlieswiderstand beim Durchstechen der Nadeln durch das Vlies, der Nadelstarke und ihrer Beschaffenheit. Eine Analyse der Vernadelungskrafte ergab, daB die Hiichstdurchstich- und -herausziehkrafte sowie die dazu gehiirenden Energien funktionell vom Widerstand des Faservlieses abhiingig sind [ 121. Es ist wichtig, die auftretenden Reibungskrafte zwischen den Fasern und zwischen Fasern und Stahl durch Einsatz geeigneter Avivagen zu minimieren. Optimale Reibungsverhaltnisse erleichtern die Faserbewegung beim Formen des Faserpfropfens und wirken sich positiv auf das Warenbild aus [ 131. Die Hochleistungsnadeltechnik der fuhrenden Anlagenlieferanten, z. B. DILO (D), FEHRER (A) und ASSELIN (F) je nach Konstruktion ist gekennzeichnet durch -
Einsatz standardisierter Baugruppen und -elemente modular aufgebautem Hauptwellenstrang mit rotierendem und oszillierendem Masseausgleich, Pleuel und Walzhebelfuhrung (DILO) bzw. Getriebekasten mit ausleitender Stangenfuhrung (FEHRER, ASSELIN)
6. I Vernudelurzgsverfahren
283
Zentralschmiersysteme fur Haupt- und Exzenterlager mit automatischen Oldrucksystemen bzw. Minimalfettschmierung - Einsatz von kohlefaserverstarkten Werkstoffen und Leichtmetallen - pneumatische Schnellklemmsysteme fur die Nadelbretter
-
Entstaubungssysteme fur die Nadelzone der Firmen DILO und FEHRER sorgen fur saubere Stichplatten und verlangem die Reinigungsintervalle. Hohe Anlagenleistung bedingt gleichzeitig einen hohen Maschinenwirkungsgrad und damit einen minimalen Wartungsaufwand.
6.1.3 Oberflachenstrukturierung Nadelvliesstoffe besitzen im allgemeinen glatte Oberflachen. Durch das Einstechen der mit Widerhaken versehenen Nadeln in das Vlies werden die bevorzugt horizontal liegenden Fasern oder Faserteile pfropfenartig senkrecht im Vlies angeordnet. Je nach Einstichtiefe und -richtung der Nadeln verbleiben an der Ausstichseite des Vlieses Faserteile oder Faserschlaufen, die sich beim Herausziehen der Nadeln nicht zuruckbilden, jedoch beim Weitertransport des Vlieses umgelegt und durch nachfolgenden Einstich im Vlies eingebunden werden. Der Praktiker erkennt an Nadelvliesstoffen die Einstich- und Ausstichseite. Strukturierte Vliesstoffe, auch Polvliese genannt, sind dagegen dadurch gekennzeichnet, daB sie an ihrer Oberflache eine ausgepragte Polstruktur besitzen, die schlingen- oder samtartig ausgebildet ist. Bislang wurden derartige Erzeugnisse aus Faden nach der Web-, Wirk- und Tuftingtechnik hergestellt. Die strukturierten Nadelvliesstoffe sind kostengunstiger herstellbar und haben sich beispielsweise als FuBbodenbelage und als Formteile in der Automobilausstattung bewahrt. Die Strukturierung von vorgenadelten Faservliesen erfolgt dadurch, daB mittels Spezialnadeln, z. B. den Gabelnadeln, Faserbuschel (eine Art Schlingen) aus dem vorverfestigten Vlies herausgezogen werden und sornit die Nutzschicht Struktur in Form von Schlingen erhalt. Hierzu ist es erforderlich, daB die gebildeten Faserpolschlingen in ihrer senkrechten Lage verbleiben, das heifit nicht umgelegt werden, was durch Einsatz eines Lamellentisches im Austausch gegen die gelochte Grundplatte ermoglicht wird. Der Abstand zwischen den Lamellen bestimmt die Nadelteilung und damit die Anzahl Schlingenreihen je Arbeitsbreite. Aus Effektivitatsgriinden werden mehrere Nadeln hintereinander angeordnet. Abb. 6-15 zeigt die Bildung der Faserbuschel zwischen den Lamellen und die Nadelanordnung zur Ausbildung von Rippen- oder Veloursstrukturen. Diese Maschinen sind unter der Bezeichnung DI-LOOP (DILO), NL 1 I-SE (Fehrer) auf dem Markt. Die Faserbuschel mussen sehr dicht an der Oberflache angeordnet sein. Faserfeinheit und -Iiinge sowie die Nadelgeometrie bestimmen die Anzahl der Fasern je Schlinge. Die Schlingenhohe wird von der Einstichtiefe bestimmt. Allgemein wird mit Stichtiefen von 6 his 10 mm gearbeitet. Die Schlingendichte ist von den hintereinander in Reihe angeordneten Nadeln, der Teilung des Lamellentisches und dem Vorschub je Hub abhangig. Beim Bilden sehr dichter Strukturoberflachen mussen starke Faserbuschel geformt werden, was zu hohen Einstichkraften fuhrt.
284
6 Vlies\vt$e.stiRung
1
3 Vliesdurchlauf a
b
Ahh. 6-15. Formen der Faserbuschel zur Polstruktur und Gabelnadelstellung fur Rippenund Veloursstruktur. I Gabelnadel. 2 Abstreifplatte, 3 Lamellenplatte, 4 Faserbuschel. Positionierung der Gabelnadel: u Rippenxtruktur, h Veloursstruktur
Damit erhoht sich die Maschinenbelastung um ein Vielfaches. Moderne Nadelkonstruktionen, Faserliingen zwischen 60 his 75 mm und der Einsatz geeigneter Avivagen erleichtern die Schlingenbildung und minimieren die Faserbeschadigungen. Eine Musterung der Nadelvliesstoffoberfache ist dann moglich, wenn die Nadeln im Nadelbrett entsprechend mustermaRig angeordnet werden. Durch Hochund Tiefstellung des Lamellentisches werden die Faserbuschel mustermal3ig gebildet. Mit Variation der Einstich- und Transportzeit des Vlieses und Anzahl der Rapportwiederholungen wird bei konstanter Nadelanordnung die Musterungsvielfalt bezuglich Rapportlange erhiiht. Die Firma DILO liefert Maschinen zur Strukturierung und Musterung mit Hubzahlen his 2000 min-' und Geschwindigkeiten bis uber 20 m/min. Fur die Musterung erfolgt das Senken und Heben des Lamellentisches hydraulisch. Neben der hydraulischen Musterung ist auch eine Vorschubmusterung moglich. Der Einsatz einer schnellen Servohydraulik gestattet gleichzeitig, den Hub des Lamellentisches mehrstufig in Abhangigkeit vom Vorschub zu verandern. Dies fuhrt zu Reliefeffekten (Hoch-Tief-Effekt). Die Musterung von Nadelvliesstoffen hat die Dr. Ernst Fehrer AG bei der Maschine NL 1 I/SE dadurch gelost, dal3 die Musterung dynamisch digitalgesteuert erfolgt. Dabei wird der hochfrequenten Hubbewegung des Nadelbalkens die Bewegung zur Verstellung der Einstichtiefe uberlagert, wobei der Lamellentisch in fester Positionierung verbleibt [ 141. Das Transportsystem ist fest mit dem Maschinenrahmen verankert. Bei Anderung der Nadeleinstichtiefe bleibt es in seiner Position [ 151. Die bisher beschriebenen Verfahren, auch wenn man die von DILO entwickelte DI-LOFT-Maschine [ I61 einbezieht, ermoglichen die Schlingenbildung in Reihen. Die von LunenschloR und Gupta [17] durchgefuhrte Studie zeigt die Grenze der Poldichtensteigerung dieser Techniken.
6. I VernadelungsverfLlhren
285
Ein neues Verfahren, bei dem der Lamellentisch durch ein bewegliches Burstenband ersetzt wurde, ermoglichte die wirre Schlingenverteilung. Diese von DILO entwickelte sogenannte DI-LOUR-I1 Maschine fuhrte zu einem echten Velours rnit hoher Poldichte. Beim Tiefziehen der Polvliese, die bei der Verwendung von Automobilauskleidungen ublich ist, hat dieser Wirrvelour echte Vorteile. Das Vernadelungsprinzip ist in Abb. 6-16 dargestellt. Das Verfahren fuhrte auch zur Entwicklung neuer Nadeltypen, sogenannter Kronen-Nadel und feiner Gabelnadeln (s. Abb 6-23). Die gebildeten Faserbuschel sind sehr klein, dafur jedoch mehr in der Anzahl, und sie sind uber die gesamte Nutzschicht verteilt. Aus diesem Grund wird diese Maschine mit 2 Nadelbrettern und hoher Nadeanzahl gebaut. Die Faserbuschel werden im Burstenband gebildet und gleichzeitig weitertransportiert, bis das strukturierte Polvlies von dem Abzugswalzenpaar aus dem Burstenband herausgezogen wird. Schon kurze Zeit nach Einfuhrung dieser Technik befal3te man sich rnit weiterer Poldichtensteigerung und Musterung des Nadelvliesstoffvelours (auch Wirrvelour oder Randomvelour genannt). An zwei Beispielen sollen die maschinentechnischen Losungen der Firma Oskar Dilo Maschinenfabrik KG, Eberbach erlautert werden: Die Maschine DI-LOUR DS ist eine Strukturierungs- und Musterungsmaschine, die rnit zwei Vernadelungskopfen rnit einem Burstenband und gegebenenfalls zusatzlich mit einem Garnstepper ausgeriistet ist (s. Abb. 6-17). Folgende Produktionsvarianten sind moglich: 1 . Produktionsdurchlauf von links nach rechts
Eine glatte vorgenadelte Vliesrolle wird kontinuierlich vorstrukturiert. Vor dem zweiten Vernadelungskopf werden musterformig verschiedenartige Garne oder auch andere textile Flachenstucke mit dem Garnstepper auf dem Grundvlies aufgenadelt. Auf der Nutzseite erscheinen dann die Farbeffekte.
2. Produktionsdurchlauf von rechts nach links Die Veloursgrundschicht wird mit zwei Nadelbrettern bei hoher Stichdichte gebildet. Die Dublierung rnit einer zweiten Nadelvliesschicht fuhrt zur hohen Poldichte. Ferner konnen durch Heben und Senken des programmgesteuerten darunterliegenden Burstenbandes andersfarbige Polbuschel in den Grundvelours erzeugt werden. Hierzu mu13 man das Nadelbrett gemal3 zu erzeugendem Muster mit Nadeln bestucken. Die Nadelmaschine DI-LOUR IV (Abb. 6- 18) besitzt gleichfalls zwei Vernadelungseinheiten, jedoch rnit je zwei Nadelbrettern in normaler oder breiter Ausfuh-
Abb. 6-16. Vernadelungsprinzip der DI-LOUR-Maschine, 0. Dilo Maschinenfabrik KG
Ahh. 6-17. Priniip dcr Vernadeluiifsm,i\chine DI-LOUR DS. Sy\tein 0 Dilo, Ma\chinentdhrik KG
rung. Beide Einheiten arbeiten auf ein gemeinsaines Burstenband. Die erste Vliesschicht wird sehr intensiv in der ersten Nadeleinheit vernadelt. Das zu Faserbiischel geformte Vlies verbleibt in der Burste. Das zweite zugefuhrte Vlies erzeugt beiin Durchlauf durch die zweite Nadelzone die erforderliche Ruckenschicht und geht mit der ersten Schicht eine enge Bindung ein, wobei noch weitere Faserbuschel eingebunden werden. Damit konnen Velours mit hoher Poldichte und Stahilitat gefertigt werden. Der Velours hat eine geschlossene Oberflache, die nach anschliefiendem Scheren ein samtartiges Aussehen und einen optimalen Griff hat. Die Leistungsfahigkeit der Maschine wird charakterisiert durch uber 30000 Nadeln pro m Arbeitsbreite, Hubzahlen bis uber 2000 min-' und Produktionsgeschwindigkeiten his zu 15 m.min-'. Es ist auch moglich, nur mit einer Vliesschicht zu arbeiten und die beiden Vernadelungseinheiten zur Produktionserhohung zu nutzen.
6. I Vernudelungsverjtahren
287
6.1.4 Papiermaschinenbespannungen Die Herstellung von genadelten Papiermaschinenbespannungen hat zu neuen verfahrenstechnischen Entwicklungen gefuhrt, damit sie die an sie gestellten Forderungen erfullen. Endlose Nadelvliesstoffe als Pressen- oder Trockenbespannungen in 10-1 2 m Arbeitsbreite mussen eine gleichmafiige Druckverteilung uber die gesamte Arbeitsbreite, minimalen Stromungswiderstand fur grolje Entwasserungsleistung beim Auspressen des Papierstoffes, hohe Festigkeit - besonders in Langsrichtung - und gleichmaljige Oberflachenglatte besitzen. Sie werden mit Tragerbahnen aus Flach- oder Schlauchgeweben verst2rkt. Dabei ubernehmen die Kettfaden des Gewebes im Nadelvliesstoffschlauch die Verstarkungsfunktion in Langsrichtung. Die Fertigung der genadelten Papiermaschinenbespannungen erfolgt in den zwei Prozeljstufen Vornadeln, das heil3t Herstellen eines Nadelvliesstoffes, und Endnadeln auf ein endloses Tragergewebe. Allgemein wird fur das Vornadeln das Vlies auf einer Anlage aus Vorkrempel, Zwischenleger, Hauptkrempel und Horizontalleger in der erforderlichen Arbeitsbreite gebildet. Die Fasern im Vlies haben daher eine bevorzugte Querfaserlage. Wichtig beim Vernadeln ist, da13 ein kontrollierter Verzug zwischen Ein- und Auslauf minimal gehalten wird. Bei derartigen Vornadelmaschinen wird das vorgenadelte Vlies nach dem Abzugswalzenpaar uber eine Rutsche einem Umfangswickler zugefuhrt, der mit einer Gewichtsentlastung ausgeriistet sein kann. Auf Grund der geforderten hohen Festigkeiten in Maschinenlaufrichtung der Pressenbespannungen ist es oftmals auch vorteilhaft, wenn die Fasern im Nadelvliesstoff in Langsrichtung angeordnet sind. Dies setzt voraus, dalj die im Faserflor vorhandene Langsfaserorientierung im Nadelvliesstoff erhalten bleibt. Durch das Dublieren von Faserfloren in Langsrichtung wird das Vlies gebildet. Abb. 6-19 zeigt das Grundprinzip des BELTEX-Verfahrens der Firma DILO. Bei diesem wird der auf der Krempel gebildete Faserflor in vier Lagen aufgeteilt, durch Langsdublierung das Vlies gebildet und beidseitig mit zwei Nadelaggregaten vernadelt. Uber zwei
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Abb. 6-19. Anlagenpnniip 7um Vernddeh von Papiertndxhinenbe\pannungen nach dem BeltexVerfahren [ I61
auf Abstand eingestellte Walzen wird der Vliesstoff in Umfangsrichtung und mit Querversatz gewindeartig zu einem Vliesstoffschlauch verarbeitet. Hohe Prazision fur einen sicheren LagenschluB ohne Uberlappung sind Voraussetzung fur eine gleichmal3ige Masseverteilung uber Liinge und Breite. Durch laufende Zufuhrung des Vlieses und seine Einbindung in bereits genadelte Vliesschichten werden die Lagen miteinander verbunden und intensiv verfestigt. Diese Nadelvliesstoffschlauche besitzen hohe GleichmiiBigkeit und eine hohe Vliesdichte. Gleichzeitig ist eine Zufuhrung und Einbindung von Langsfaden moglich. Vorteilhaft auf Pressenbespannungen wirkt sich aus, daB sie keine Spleil3stellen besitzen. AuBerdem wird die Gewebeschadigung beim spateren Endvernadeln minimiert, da die Stichdichte reduziert werden kann . Das Endnadeln von bis zu 16 m breiten Papiermaschinenbespannungen erfordert spezielle anlagentechnische Losungen. Das Tragergewebe wird beidseitig, d. h. mit vorgenadelten Vliesstoffen belegt. Obere und untere Vliesschichtgruppe konnen entsprechend den von ihnen zu erfullenden Funktionen, wie Oberflachenglatte, Verschmutzungsabweisung, Wasserdurchlassigkeit, groBe MaBstabilitat und hohe Festigkeit, unterschiedlich aufgebaut sein. Die GroBnadelmaschinen konnen mit bis zu acht Vernadelungszonen (Nadelbrettern) ausgestattet sein, die jeweils einzeln oder paanveise in einer Vernadelungseinheit den Vlies-Gewebe-Verbund von A d e n und Innen beidseitig gleichzeitig oder nacheinander verfestigen Eine Vernadelungsanlage entsprechend Abb. 6-20 besteht aus der eigentlichen Nadelmaschine und einem verfahrbaren Spannwagen, der das Anspannen des Tragergewebes und den Vliestransport wahrend des Endvernadelns ermoglicht. Fur das Aufziehen des Tragergewebes (in Schlauchform) und fur die Entnahme des Nadelvliesstoffes mu13 eine Maschinenseite geoffnet werden. Hierzu bieten mehrere Maschinenhersteller unterschiedliche Losungen an. Auf jedem Fall mu8 der mittlere Teil der Nadelmaschine freiausragend gestellt werden konnen, wenn man den Schlauch entfernen und den neuen Trager aufziehen will. Das Gewicht dieses Maschinenteils kann je nach Arbeitsbreite > 100 t sein. Die Vernadelungseinheiten sind einzeln ein- und ausschaltbar und somit kann jeder Nadelbalken auOer Eingriff gebracht werden. Entsprechend dem Fertigungsprogramm werden derartige
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Abb. 6-20. Anlagenpriniip min Endvernadeln voii Papiermaschinenbeapannungen. I Nadelmaschine mit 8 Nadelbretterii. 2 verfahrbarer Spannwagen. 3 vorgenadeltea Vlies: (/ Aulknschicht. h lnncnschicht
6. I Vernadelungsve~ahren
289
Anlagen automatisch gesteuert. Eine notwendige intensive Vemadelung des VliesGewebe-Verbundes kann zur Schadigung des Tragergewebes und damit zu einem Festigkeitsverlust fuhren. LunenschloB und Gupta [ 181 haben den EinfluB der Vernadelungsbedingungen auf die Beschadigung des Tragergewebes untersucht. Verallgemeinemd 1aBt sich feststellen: Mit steigender Dichte des Gewebes steigt der Beschadigungsgrad. Feinere Fasem und grol3ere Flachenmassen minimieren die Tragergewebebeschadigung und erhohen seine Restfestigkeit. Bei einer hohen Verdichtung des Nadelvliesstoffes kann die ReiBfestigkeit des Gewebes so gering sein, daB die Festigkeit des Vliesstoffverbundes auch abnimmt. Die Beschadigung des Gewebes ist stark abhangig von der Nadelart, dem Angriffswinkel der Nadelwiderhaken an den Faden und der tatsachlichen Stichtiefe. Abhilfe schafft hier der Einsatz des von DILO entwikkelten HY PERPUNCH-Systems, bei dem die Nadeln dem Filztransport wahrend des Einstechens folgen konnen. Die Anforderungen an Papiermaschinenbespannungen sind von den Einsatzbedingungen in der Papiermaschine abhangig und konnen von Maschine zu Maschine unterschiedlich sein. Die vielfaltigen technisch-technologischen Moglichkeiten beim Endvemadeln der Nadelvliesstoffe ermoglichen, spezielle einsatzbezogene Forderungen zu erfullen.
6.1.5 Nadelcharakteristik Die Verfestigungsnadeln - im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Filznadeln bezeichnet - sind das Werkzeug zur Umorientierung und Bundelung von Fasem oder Filamenten der Vliese in die senkrechte Ebene. Dadurch wird die Vliesverdichtung und auf Grund der wirkenden Seilreibungskrafte die Verfestigung erreicht. Feinheit, Gestaltung und Ausfuhrung der Nadeln bestimmen den Verfestigungsgrad. Dieser ist wesentlich davon abhangig, wieviel Fasem ohne Schadigung bei jedem Einstich der Nadeln umorientiert werden und wieviel Einstiche je Flacheneinheit vorhanden sind. Abb. 6-2 1 zeigt das Prinzipbild der Nadeln. Wichtige Nadelelemente sind die Krucke mit Einspannschaft, der mogliche reduzierte Schaft sowie der Arbeitsschaft mit den Widerhaken und der Spitze. Die Kriickenstellung zum Arbeitsschaft betragt bei Standardnadeln Null Grad. Damit sind die Widerhaken unter den Winkeln 60", 180" und 300" auf dem Arbeitsschaft angeordnet. Anderungen der Kruckenstellung sind moglich. Noch heute werden die Nadeln nach einem alten Gauge-System bezeichnet und gehandelt. Das Gauge-System fuBt auf MaBzahlen, die willkurlich festgelegt wurden. Fur die Schaftstarke, die reduzierte Schaftstarke und den Arbeitsschaft gelten unterschiedliche MaBzahlen. Fur den letzteren bezieht sie sich auf den Durchmesser vor seiner Verformung zu einem Dreikant mit gleichen Seiten. Krucke und Einspannschaft dienen der Nadelbefestigung im Nadelbrett. Die Nadelstarke bestimmt gleichzeitig das Verhalten beim Einstechen in das Vlies. Der Schaft mit den Widerhaken ist der eigentliche Arbeitsteil. Die Nadelspitze ist dasjenige Element, welches zuerst in das Vlies einsticht, dabei die Nadel fuhrt und die Fasem so verdrangt, daB die Widerhaken die Fasem erfassen und mitnehmen konnen. Allge-
Einfach reduziert
Doppelt reduziert
Abb. 6-21. Beteichnungen an Verfestigungsnadeln. I Kriicke. 2 Schaft. .3 Redulierter Schaft. 4 Schultei; 5 Arbeitsschaft. 6 Widerhoken, 7 Spitre. X Nadellange
mein gilt, dafi fur die Verarbeitung feinerer Fasern auch feinere Nadeln zum Einsatz kommen. Die wichtigsten Nadelabmessungen sind in Tabelle 6-2 zusammengestellt. Die Entwicklung der Nadelvliesstofftechnik hat auch zu verschiedenen Nadelentwicklungen bei den Nadelproduzenten gefuhrt. Die Groz-Beckert Nadelfabriken, Albstadt, I I91 und die Singer Spezialnadelfabrik, Wurselen [ 201 empfehlen fur die verschiedensten Anwendungen die geeigneten Nadeln [ 2 I]. Die Widerhaken - auch Kerben genannt - werden auf den drei Kanten des dreieckigen Arbeitsschaftes angeordnet. Im allgemeinen sind es zwei his drei je Kante. Die Kerben kiinnen in den Arbeitsschaft gestochen oder gepragt oder gerundet sein. Die Fasermitnahme beim Durchdringen der Nadeln durch das Vlies wird durch die Kerbentiefe und den -Liberstand wesentlich beeinfluBt. Der Brustwinkel hat Einflul!, auf den Faserhalt in der Kerbe. Bei gepragten Nadeln sind die Kanten verrundet, was sich gunstiger auf die Verarbeitung von Synthesefasern auswirkt. Die Anordnung der Kerben auf den Kanten erfolgt so. dafi niemals zwei Kerben in einer Schnittebene liegen. Der Kerbenabstand zwischen den Kerben kann von grofi nach klein gewzhlt werden, so zum Beispiel 6,3 mm bei Regular Barb (RB) und 3.3 mm bei Close Barb (CB). Kerbenabstand und Anzahl der Kerhen je Kante bestimmen die Arbeitsschaftliinge, die wiederum auf die Nadelstabilit& Einflufi hat. Die Nadelspitze kann von spitz his gerundet ausgefuhrt sein. Die Gestaltung der Spitze beeinflufit wesentlich das Eindringverhalten des Arbeitsschaftes in das Vlies (s. Abb. 6-22).
6. I Vemadelutigsver,-fahren
29 1
Tabelle 6-2. Abmessungen der Widerhakennadeln Gauge gg
Schaft inch/mm
12 14
0.105/2,67 0,080/2,03 0.072/1,83 0,064/1,63
1s 16 18
Reduzierter Schaft inchlmm
Arbeitsschaft inch/mm
0,077/1,Y5 0.069/1.75 0,059/1,SO 0,047/1,20
0,077/1.Y5 0,069/1.75
O,OSY/l,so 0.047/1.20 0,037/0.Y5
20 22 25 30 32 34 36 38 40 42
~~~
Nadellange inchlmm
0,035/0,90 0.03 1/0.80 0,028/0.70 0,026/0.65 0,024/0.60 0,022/0,55 0.020/0,SO 0.01 8/0.45 0.0 16/0,40
4,0/103,4 * 3.5/90.7 * 3.0178.0 *
~
* Nadelllnge
in inch gilt fur Kriickeninnenkante bis Nadelspitze. Nadellange in m m wird von AuRenkante bis Spitze angegeben
Neben den Standardausfuhrungen der Nadeln gibt es eine Vielzahl von Variationsmoglichkeiten, die an die zu verarbeitenden Faserstoffe, die Vernadelungsbedingungen und das zu produzierende Erzeugnis angepal3t werden konnen. Hierzu werden nachfolgend einige Beispiele genannt:
Kerbenmafie Kerbentiefe und -uberstand sind im allgemeinen abhangig von der Nadelfeinheit. Bei gestochenen Nadeln ist eine Reduzierung des Kerbenuberstandes moglich, was das Gleitverhalten der Fasem begunstigt. Die gepragten oder verrundeten Kerben begunstigen den Fasertransport bei hoher Lebensdauer der Nadeln. Arbeitsschaft Bei Standardnadeln besitzt der Arbeitsschaft von der Schulter bis zur Spitze die Dreikantform. Damit ist der Widerstand gegen Auslenkung in alle Richtungen gleich. Stem-, Viereck- und Tropfenform des Arbeitsschaftes ermoglichen, die Art und Anordnung der Kerben zu verandern. Fur das Vemadeln von Papiermaschinenbespannungen oder Filterstoffen mit Tragergewebe haben sich Nadeln mit tropfenformigem Arbeitsschaft und Widerhaken nur auf einer Kante bewahrt. Dadurch wird die Beschadigung der Gewebefaden minimiert. Die Kerbenabstande und -tiefe konnen verkleinert werden, wobei die Kerben sehr dicht auf den Kanten angeordnet sind. Die Kerben konnen auch nur auf ein oder zwei Kanten angeordnet sein.
Kerbenbemessung
hat
p
---' -
c
a b c a
Kerbenuberstand Kerbentiefe Kerbenlange Kerbenbrustwinkel
-
Kerbenformen
Standardkerbe
gepragt (Fa. Singer) HL (Fa. Croz-Beckert) FormBarb (Fa. Forster)
Arbeitsschaftformen
Dreikant
Stern
Tropfen
Vierkant
Nadelspitzen
spitz
gerundet
Abb. 6-22. Kerben- und Arbeit\\chaftformen
Ein konisch verlaufender Arbeitsschaft mit Kerben, die zur Spitze feiner werden, reduziert die Nadeleinstichkraft und verleiht der Nadel mehr Stabilitat. Je tiefer die Nadel in das Vlies einsticht, um so mehr Fasem werden von der Kerbe erfaBt. Dadurch wird die Nadelbruchgefahr verringert. Diese Nadel fuhrt aber zur starken Markierung an der Warenoberflachen.
Spitze Im allgemeinen betragt der Abstand von der Nadelspitze his zum ersten Widerhaken 6,4 mm. Er kann aber auch geringer (3,2 mm) gewahlt werden. Die Spitze selbst kann spitz und scharf sein. Sie kann auch gerundet ausgefuhrt werden. Es gibt mittlerweile Hunderte von Nadeltypen bei jedem Nadelhersteller. Fur die Oberflachenverfestigung beim Strukturieren von Nadelvliesstoffen stehen im wesentlichen zwei verschiedene Nadelarten - die Gabel- und Kronennadel zur Verfugung. Erstere Art wird bevorzugt bei groberen Feinheiten venvendet. Die Spitze der Gabelnadel ist gabelformig ausgebildet (Abb. 6-23), wahrend bei Kronennadeln drei Widerhaken annahernd in gleicher Hiihe angebracht sind.
6. I VernudelunRsve~uirhren
A
B
293
Abb. 6-23. Strukturierungsnadeln. A Gabelnadel. B Kronennadel
Die Breite und Tiefe der Gabel bestimmen diejenige Fasermenge, die zur Schlinge umgeformt wird. Die Feinheiten werden auch nach dem Gauge-System bezeichnet. Die Stellung der Strukturierungselemente zur Nadelkriicke ist entscheidend fur die Ausbildung von Rippen- oder Veloursoberflachen bei den Nadelvliesstoffen (Abb. 6- IS).
6.1.6 EinfluB der Vernadelungsbedingungen auf Vliesstoffeigenschaften Die Eigenschaften der Nadelvliesstoffe sind abhangig von den verwendeten Faserstoffen, den technologischen Bedingungen der Vliesbildung und insbesondere der Verfestigung. Kenntnisse iiber bestehende Zusammenhange sind Grundlage fur anwendungsbezogene produkt- und verfahrenstechnische Optimierungen. Allgemein wichtige Eigenschaften von Nadelvliesstoffen sind der Grad der erreichten Vliesverdichtungen, das Festigkeits-Dehnungsverhalten und die Durchlassigkeitseigenschaften. Beim EinfluB der Faserstoffeigenschaften sind neben der Faserfestigkeit und Dehnung die geometrischen Abmessungen - Faserfeinheit, -llnge, -krauselung, Querschnittsform - und Oberflachenbeschaffenheit zu beriicksichtigen. Liinenschlol3 kommt in seinen Arbeiten [22-251 zu dem Ergebnis, dalj grol3ere Faserlangen eine hohere Festigkeit, eine groljere Vliesstoffdichte und eine niedrigere Luftdurchlassigkeit ergeben. Hearle und Sultan [26] erklken den Einflul3 der Faserlange auf die Festigkeit dadurch, dalj bei Einsatz langerer Fasern das Gleiten der Fasern beim Umformen in die vertikale Ebene minimiert wird. Nach Kosova und Krtma liegt fur Nadelvliesstoffe die optimale Faserlange im Bereich von S O 80 mm [27, 281. Feinere Fasern fuhren zu einer niedrigeren Vliesstoffdicke und zu geringerer Luftdurchlassigkeit [ 22-25]. Das Vernadeln feinerer Fasern erfordert
zwangslaufig auch die Verwendung feinerer Nadeln, um ausreichende Festigkeitseigenschaften zu erreichen. LunenschloB 1221 stellte auch fest, daB eine hiihere Faserkrauselung eine groBere ReiBfestigkeit und -dehnung und eine bessere Dimensionsstabilitat bei Nadelvliesstoffen bewirkt. Die Eigenschaften und Struktur der Nadelvliesstoffe sind auch von der Vliesstruktur und der Flachenmasse abhangig. Langsorientierte Vliese ergeben eine hohe Festigkeit in Langsrichtung, und vorwiegend querorientierte Vliese bewirken hohe Festigkeit in Querrichtung. Kosova [27J fand zwischen Vliesflachenmasse und Nadelvliesstoffestigkeit einen linearen Zusammenhang. Nach LunenschloB [ 231 hat die Vliesflachenmasse einen groBen EinfluB auf die Luftdurchlassigkeit. Die beim Vernadeln wirkenden ProzeBgroBen Nadelart, Stichdichte, Stichtiefe und Verzug beeinflussen die Vliesstoffeigenschaften. Nach Erreichen einer gewissen Vliesdichte kann die weitere Vemadelung zur Vlieszerstorung fuhren. hier spricht man von der Zernadelung. Biittcher [29] hat sich mit der Strukturausbildung beim Vemadeln von Vliesen beschaftigt, um SchluBfolgerungen auf die Durchlassigkeiten von Nadelvliesstoffen ableiten zu konnen, die fur technische Einsatzgebiete wesentlich sind. Danach besteht der Nadelvliesstoff aus Faservliesanteilen, bei denen die Fasern weitestgehend flichig parallel zur Faseroberflache angeordnet sind. Sie bilden die Poren. An den Stellen, wo die Nadeln durchstechen, werden Fasern oder Faserteile vertikal zu Faserpfropfen umorientiert. Die senkrecht parallel liegenden Fasern bilden mit den eingeschlossenen Hohlriiumen die Kanale. Wichtige EinfluBgrd3en auf die Ausbildung von Poren und Kanalen sind: Faserdurchmesser:
abgeleitete GroBe aus Faserstoffdichte und -feinheit
Faseranzahl je Fliiche:
ableitbare GroBe aus Vliesmasse, Faserlange und -feinheit
Nadeldurchmesser: bestimmt den fur den Fasertransport beniitigten Widerhakenraum. Er ist abhangig von der Faserfeinheit, d. h. grobere Fasem bedeuten griibere Nadeln (niedrigere Gaugezahl) und umgekehrt
S t ichti efe :
Durchdringtiefe der Nadelspitze aus der Vliesunterseite und die Anzahl der den Vliesquerschnitt durchdringenden Widerhaken
Einstichdichte:
wichtige Kennzahl fur Anzahl und GriiBe der Einstiche (Hohlraume) im Nadelvliesstoff
Mit theoretischen und experimentellen Untersuchungen wurde nachgewiesen, daB die Zahl der im Faserpfropfen angeordneten Faserabschnitte abhangig 1st von WiderhakengroBe, Widerhakenanzahl und Faserdurchmesser. Die uber die Faseraufnahmeflache eines Widerhakens theoretisch berechnete Anzahl ist doppelt so hoch wie die tatsachlich ermittelte. Zwischen den im Faserpfropfen angeordneten Faserteilen und der Anzahl durchstechender Widerhaken besteht kein h e a r e r Zusammenhang. Fur die praktische Abschatzung der je Nadeldurchstich in die vertikale Vliesstoffebene umorientierte Faseranzahl gibt Biittcher folgende Beziehung (Gleichung 7) an:
6. I Vernadelungsve~uhren
295
(7) aF.PF = AWH = AF = 0,67 = KWH =
Faserzahl im Faserpfropfen Faseraufnahmeflache des Widerhakens in mm2 Querschnittsflache einer Faser in mm2 Verhaltnisfaktor der Summe Kreisflache je Dreiecksflache Korrekturfaktor fur Faserzahl im Pfropfen in Abhangikeit von durchstechender Widerhakenanzahl
Bottcher [ 301 fand weiter aus mikroskopischen Untersuchungen, da13 der Flachenanteil der Faserpfropfen an der Nadelvliesstoffflache im Bereich von 2-1 2% liegt. Die im Faserpfropfen enthaltene Faserlange des Vliesstoffes betragt 6-20% und die Packungsdichte der Fasern ist im Faserpfropfen groBer als im Faservliesteil. Durch die beim Vernadeln auftretende Faserbewegung im Vlies tritt eine Flachenanderung ein, die Auswirkungen auf die Flachenmasse des Nadelvliesstoffes (siehe Gleichung ( 3 ) , Seite 274) hat. Sie ist abhangig von Vliesmasse, Stichdichte, Stichtiefe und Verzug. Im allgemeinen wird davon ausgegangen, daB der beim Vernadeln auftretende Verzug minimiert werden muB, da er zu einer unkontrollierbaren Dimensionsanderung im Vlies und damit zu einer Verungleichmafiigung fuhrt. Allgemein gilt: mNV= f(mvlEd. Et) mNV= mvl = Ed = Et =
Flachenmasse Nadelvliesstoff Vliesmasse Einstichdichte Einstichtiefe
Allgemein steigt mit der Vliesmasse auch die des Nadelvliesstoffs. Die Wirkungen von Einstichdichte und Einstichtiefe sind komplexer Art. Die Flachenmasse des Nadelvliesstoffes verringert sich wahrend des Vernadelns, da allgemein die Anderung in Langsrichtung vielfach groBer als in Querrichtung ist. Sie kann sich vergroBern, wenn die prozentuale MaBanderung in Querrichtung grol3er als in Langsrichtung ist. Fur die Flachenmassenanderung in Abhangigkeit von Stichdichte und Stichtiefe gilt nach Voigtlander [31] die Gleichung (8): AmNv = a1 . Ed'"Et
(8)
AmNv= Flachenmasseanderung a l , c I = Konstante Gleicher korrelativer Zusammenhang besteht auch zwischen der Vliesstoffdichte, der Einstichdichte und der -tiefe pv=
.
(9)
= Vliesstoffdichte a2, c2 = Konstante
pv
Weitere Parameter, wie das Vlieszufuhrsystem, Ausfuhrung der Niederhalter und Stichplatte, Anzahl der Nadeln, Verweilzeit der Nadeln im Vlies, Durchlaufge-
schwindigkeit, Faserlage im Vlies, Faserfeinheit und -Iange, Liinge der Nadelzone, einseitige oder beidseitige Vernadelung, beeinflussen ebenfalls den Verzug und sornit die Dimensionsanderung. Aus diesem Grund ist eine Vorhersage des Verzuges sehr schwierig. Die Nadelart, insbesondere die Gestaltung des Arbeitsschaftes hat einen grol3en EinfluB auf die Vliesverdichtung und die Vliesdichte [32]. Da mit steigender Einstichdichte die Vliesstoffdichte ansteigt, wird die Nadelvliesstoffdicke kleiner. Die durch das Vemadeln erreichte Vliesverdichtung des Vlieses bestimmt die erreichten Festigkeits- und Dehnungseigenschaften des Vliesstoffes. Bei einem kreuzgelegten Vliesstoff, d. h. die Fasem haben eine bevorzugte querorientierte Faserlage im Vliesstoff, wird die Querfestigkeit groBer als die in Liingsrichtung sein. Die beim Vemadeln auftretende Liingenznderung des Vliesstoffes bedeutet eine mehr oder weniger Faserumorientierung in L5ngsrichtung und damit auch eine Anderung des Festigkeitsverhiiltnisses von Langs- zu Querrichtung. Auch ohne oder bei geringer Faserumorientierung ist die Festigkeitszunahme in Liingsrichtung gr6Ber als in Querrichtung. Das Hochstzugkraftverhaltnis FL, ist der Quotient aus Hochstzugkraft Iiings FHL zu Hochstzugkraft FHQ. Eine Grorje gleich eins bedeutet, daB die Festigkeit in beiden Richtungen gleich ist. Die mittlere Hochstzugkraft Fbl ist der Mittelwert der Hochstzugkrafte aus Liings- und Querrichtung. Sie ist direkt proportional der Flachenmasse und der Dicke des Nadelvliesstoffes bei gleichen Vernadelungsbedingungen (Abb. 6-24 und 6-25). Gleiche tendenzielle Abhangigkeiten gelten auch fur Spinnvliesstoffe, bestehend aus endlosen Filamenten wie sie z. B. als Geovliesstoffe und Dachbahnen verwendet werden. Von vielen technischen Anwendungsbereichen wird ein ausgeglichenes Hochstzugkraftverhaltnis FL, gefordert. Es konnte nachgewiesen werden, daB steigende Einstichdichte, -tiefe und Verzug beim Herstellen des Nadelvliesstoffes das Verhaltnis reduzieren [ 331. 1st der funktionelle Zusammenhang bekannt, so konnen die ProzeRvariablen so gewiihlt werden, daB das Hochstzugkraftverhaltnis gleich 1 : 1 erreicht wird. Prinzipiell ist es moglich, das Vernadeln eines Vlieses mit einem bestimmten Verzug, d. h. zwischen Einlauf und Auslauf durchzufuhren. Dies bedeutet aber eine unkontrollierte Faserbewegung und damit eine VerungleichmaBigung des Nadelvliesstoffes. Hinzu kommt eine sehr hohe Nadelbeanspruchung. Dilo J.P. [34] hat sich mit dem Verzug am Beispiel Vernadeln von Vliesen fur technische Anwendungen befafit. Das Verfahren besteht aus den ProzeBstufen Vornadeln, Verstrecken zur Faserumorientierung und Endvernadeln. Beim Vornadeln werden durch Bildung der Faserpfropfen Gelenkpunkte fur die Faserdrehung aus der Querlage in Liingsrichtung beim anschlieBenden Verstrecken geschaffen. Hierfur wurde ein Streckwerk mit einstellbarem, kontrollierten Verzug entwickelt. Durch die Endvernadelung erhalt das verstreckte Vlies seine Festigkeit bei einem Hochstzugkraftverhaltnis in der Grofienordnung von eins. Das von J . P. Dilo entwickelte Streckwerk VE (s. Abb. 6-26) arbeitet als Vierzonen-Streckwerk nach dem Seilreibungsprinzip. Im Gegensatz zu den bekannten Vliesstreckwerken, bei denen die minimalen Streckzonenliingen durch die Walzendurchmesser bestimmt werden, kann hier die Streckzonenliinge bis Null eingestellt und an die Faserlange angepaBt werden. Der
6. I Vernudelungsverjiuhren
300
150
450
600
297
750 900 Flachenmasse in glm'
Abb. 6-24. Mittlere Hochstzugkraft FH in Abhangigkeit von der Flachenmasse mNV des Nadelvliesstoffes fur PP 7.0 dtex/90 mm
0
2100-
2.5
3,O
3.5
4,O
4,5
5.0
5,5
6.0 63 Dicke in mm
Abb. 6-25. Mittlere HGchstzugkraft FH in Abhangigkeit von der Dicke dv des Nadelvliesstoffes fur PP 7,0 dtex/90 mm
298
6 Vlir,svrrf~~.stiguti,~
1
I
Abb. 6-26. Strechwerk VE der Firma Dilo
Gesamtstreckfaktor S errechnet sich als Produkt der einzelnen Streckfaktoren s nach Gleichung (10)
s = SI ’ S 2 ‘ S i
’
SJ
v4 s = - . z .-.-= VI
V?
v3
v4
vo V I V? v3 vo vo = Vliesgeschwindigkeit am Einlauf v l-v3 = Vliesgeschwindigkeit der 1. bis 3. Walze vj = Vliesgeschwindigkeit am Auslauf
Von den 4 Streckzonenlangen sind jeweils zwei durch das vertikale Verf‘ahren der Zwischenwalzen (2. und 4. Walze) einstellbar. Dilo [34] weist nach, daB durch eine kontrollierte Faserumorientierung bei Sicherung hoher Vliesgleichmafiigkeit ein Angleichen der Festigkeiten zwischen Langs- und Querrichtung erreicht werden kann. Die in Tabelle 6-3 aufgefuhrten Ergebnisse bestatigen, daB unter gleichen Vemadelungsbedingungen fur einen Geovliesstoff mit dem Streckfaktor S 2S% die hochste Vliesdichte, ein ausgeglichenes Festigkeitsverhdtnis und die hochste Stempeldurchdruckkraft erreicht wurden [ 3 3 ] . Jede weitere Erhohung des Streckfaktors fuhrt zu einer Dicken- und Dichteminderung. Ein Hochstzugkraftverhaltnis grol3er eins bedeutet z. B. auch eine Reduzierung der Stempeldurchdriickkraft, die fur Geovliesstoffe eine wichtige Qualitatskenngrofie ist. Mil den Festigkeitseigenschaften tragerstoffverstarkter Nadelvliesstoffe hat sich Gupta 1351 beschiiftigt. Durch Einarbeiten von Tragerstrukturen wie z. B. Gewebe, Gewirke, kann die Fonnstabilitat von Nadelvliesstoffen wesentlich verbessert werden. Verstarkte Nadelvliesstoffe finden Verwendung als Papiermaschinenbespannungen und in der Trocken- und NaTJfiltration. Mit der Verstarkung werden Festigkeitseigenschaften verbessert und die Dehnung gemindert. Durch das Vernadeln kann
6. I VernadelurzKsverfahreri
299
Tabelle 6-3. Festigkeitseigenschaften in Abhangigkeit vorn Streckfaktor S fur PP-F 7.0 dtex/Y0 mm, Flachenrnasse 400 g/m2, Einstichdichte 400 E/crn2 S treckfaktor
Vliesdichte
s (%) 0 2s
so
4z
F
Y
160-
m
pV (g/crn3)
Hochstzugkraft langs FHL. (N)
Hochstzugkraft quer FHQ(N)
Sternpeldurchdriickkraft FD W )
0,126 0.137 0,126
1352 IS19 1373
ISSO
4,O I2
1425 1009
4,200
4
----
quer
1-1
4
:I
120-
80 -
; ; ; ;
II
I
I1 I
40 -
1 1
r; I I I I
I I I
I I I
I I 1
;
1
(I ( I 1 1 1
::
I
I \/
Abb. 6-27. Charakteristische Zugkraft-Dehnungsdiagramrne von zwei verstarkten Nadelvliesstoffen in Langs- und Quenichtung [34]: a) niedrige Tragerfestigkeit, b) hohe Tragerfestigkeit
I I
I I
I I 1 \
I
I
0-
3,200
0
50 % 100 Dehnung a
__c
b
aber auch das Tragermaterial geschadigt werden. Auswahl der Nadeln, Einstichtiefe und Stichdichte haben EinfluB auf den Schadigungsgrad der Gewebe. Die Abb. 6-27 zeigt zwei wichtige Kraft-Dehnungsverlaufe von verstiirkten Nadelvliesstoffen. Im Fall a ist die Tragerfestigkeit geringer als im Fall b. Im allgemeinen werden in dem Tragergewebe die Langsfaden starker als die Quefaden beschadigt. Dabei ist wichtig, welchen Angriffswinkel die Widerhaken der Nadel gegenuber den Faden haben (Abb. 6-28). Hieraus wird sichtbar, daB bei einer dreikantigen Nadel die Wahrscheinlichkeit der Fadenschadigung grol3er als bei einer einkantigen Nadel ist. Neben vielen anderen Faktoren ist die Schadigung der Tragergewebe davon abhangig, welche Fadendichten die Gewebe haben, wie hoch die Fadendrehungen sind und wie hoch die Spannung der Faden beim Vemadeln des Verbundes ist. Eine minimale Trlgergewebebeschadigung wird dann erreicht, wenn die Faden- und Gewebekonstruktion und die Vemadelungsbedingungen so aufeinander abgestimmt sind, dalj eine maximale Restfestigkeit der Gewebe - bezogen auf deren Ausgangsfestigkeit - erzielt wird.
300
1
c
3
m
Abb. 6-28. Wirksame Angriifswinkel einer cin-
Kettfaden
kantigen und einer dreikantigen (Standard-)Nadel fur verschiedene Nadelstellungen zur Laufrichtung; Stellung der 3. Kante 7ur Laufrichtung 1341. iL= in Laufrichtung. qL=quer zur Laufrichtung. gL=gegen Laufrichtung
Die Durchlassigkeitseigenschaften, wie z. B. die Luft- und Wasserdurchlassigkeit von Nadelvliesstoffen, sind wichtige KenngroBen fur die Beurteilung von Geotextilien, Pressenbespannungen fur Papiermaschinen und Filterstoffe. Voigtlander [36, 371 hat auf Basis eines einfachen Modells fur ein kreuzgelegtes Faservlies filtertechnische Kennwerte ermittelt und Vorschlage fur die Konstruktion genadelter Filterfaservliesstoffe unterbreitet. Wichtige KenngroBen sind der Porenradius und die Luftdurchlassigkeit. Der Porenradius fur eine ideale Vliesstruktur ist abhangig von Faserdichte, -feinheit und Vliesstoffdichte
rp,,,= idealer Porenradius in pm rF = Faserradius in pm /IF = Faserstoffdichte in gkm' /jV = Vliesstoffdichte in gkm' Die Luftdurchlassigkeit ist dem Porenradius und dem Differenzdruck direkt sowie dem Stromungsdruck indirekt proportional. Sowohl der Porenradius als auch die Luftdurchlassigkeit bei idealen und realen Verhaltnissen sind vom ,,filtertechnischen Vliesstoftkennwert" KF abhangig. Voigtlander definiert ihn wie folgt:
6.1 Vernadelimgsvetjiahretz
30 1
Bottcher [30] hat bei seinen Untersuchungen uber die Zusammenhange zwischen der Luft- und Wasserdurchlassigkeit in vertikaler und horizontaler Richtung durch Nadelvliesstoffe gefunden, dal3 der Faserdurchmesser, die Vliesstoffmasse und die Einstichdichte wichtige Einfluljgroljen auf das Durchlassigkeitsverhalten sind. Fasern mit groljerem Durchmesser bilden grol3ere Poren (s. Gleichung 1 I). Bei steigender Vliesmasse sind mehr Fasem je Flacheneinheit vorhanden, was Auswirkungen auf die Vliesstoffdichte bei gleicher -dicke hat. Bei zunehmender Einstichdichte entstehen mehr Faserpfropfen, was bei der horizontalen Durchstromung eines Nadelvliesstoffes zur abnehmenden Durchlassigkeit fuhren kann. Zwischen der Wasser- und Luftdurchlassigkeit bestehen folgende lineare Zusammenhange:
In vertikaler Richtung: ~ = 0 0 , 1 2 ' L d +0,177 ,v Y = Permitivitat s-' Ld,v = Luftdurchlassigkeit, vertikal m'/m2.min
(13)
In horizonataler Richtung: @ = 0,034 Ld,h '
+ 1,174
(14)
0 = Transmissivitat in cm2/s Ld,h = Luftdurchlassigkeit, horizontal m'/m2.min Abb. 6-29 zeigt den Zusammenhang fur den idealen Porenradius und der Vliesstoffdichte nach G1. (1 1) fur Polypropylenfasem [33]. 80 70 --
\.
60 --
'.
-5
50 --
\
'
40.-
'.
'.
'.
-.- . .. - . - . - . _
v
-0
7,O dtex, d=31,3 pm
h- 3 0 -
L
20 -2,2 dtex, d=17,6 pm
lo-OJ
0,000
I
0,050
0,100
0,150
0,200
pv [g/cm31 Abb. 6-29. Idealer Porenradius rPid in Abhangigkeit von der Vliesstoffdichte pv fur Polypropylenfasem unterschiedlicher Feinheit
2,2 dtex, d=17,6 pm
/. /. /
300
5
/'
/.
250.-
/'
.
J.35 dtex. d=21,7 pm
0
2 200.-
-6 150.N
al a
0" 100.01 1 0,000
--I
0,050
0,100
0,150
0,200
Pv [g/cm31 Abb. 6-30. Innere speiifische Obertllche des Vliesstoffes OF,pr, in Abhlngigkeit v o n der Vliesstolldichte pV fur Polypropylenfasern unterschiedlicher Feinheit
Mit grol3er werdender Vliesstoffdichte wird der Porenradius kleiner. Feinere Fasern ergeben einen kleineren Porenradius bei konstanter Vliesstoffdichte, auch bedingt durch die Verwendung feiner Nadeln. Wie Abb. 6-30 zeigt, ist die spezifische innere Oberflache eines Nadelvliesstoffes, das ist die gesamte Faseroberflache in einem cm3 Vliesstoff, von der Vliesstoffdichte linear abhangig. Der EinfluB der Faserfeinheit wird deutlich. Damit ist der EinfluB der spezifischen inneren Oberflache auf die Durchlassigkeitseigenschaften erklarbar. Aus filtertechnischer Sicht bedeutet dies, dal3 sich die Siebwirkung eines Nadelvliesstoffes erhoht, wenn feinere Fasem eingesetzt werden und die Vemadelungsparameter so gewahlt werden, daB eine hohe Vliesstoffdichte erzielt wird.
6.2 Maschenbildungsverfahren (J. Schrrihrr; A. Wegner; W Zah) Zur mechanischen Verfestigung von Vliesen durch Maschenbildung mittels Fiiden oder Fasern werden verschiedene Verfahren angewendet. Die Hauptgruppen sind nach [38] das Kettenwirken, das auf Basis Kettenwirken arbeitende Nahwirkverfahren und das Stricken (Abb. 6-31). Nahwirkverfahren, Anlagen und danach gefertigte Erzeugnisse haben die Markennamen MALIMO in Deutschland, ARACHNE in Tschechien und ATSCHW in Ru I31and.
6.2 Maschenbildungsverjiihren Kettenwirken
Stricken
Nahwirken
Kettenwtrken rnit
Faserbandstrtcken
mit Faden. Fasern
303
Abb. 6-31. Maschenbildungsprinzipien
Kettenwirken und Stricken sind zeitgeschichtlich wesentlich alter als das Nahwirken [39, 401. Erstere haben vorrangig zum Ziel, Faden mechanisch zu Flachengebilden zu formen und zu verfestigen. Beim Nahwirken werden Fadenscharen oder Vliese aus FasernElementarfaden durch Maschenbildung realisierten. Insbesondere bei der Herstellung von durch Maschenbildung verfestigten Vliesstoffen hat das Nahwirkverfahren in den letzten 40 Jahren industrielle Bedeutung erlangt. Das Grundprinzip des Kettenwirkens besteht im maschenformigen Miteinanderverschlingen von Faden eines oder mehrerer Fadensy steme unter Anwendung unterschiedlicher Bindungen zu einem Flachengebilde [41]. Die Faden verlaufen im Flachengebilde der Hauptrichtung nach in Langs- bzw. Kettrichtung. Daraus leitet sich die Bezeichnung Kettenwirken ab. Die Kettenwirkverfahren realisieren die Schritte zur Maschenbildung an jeder Nadel phasengleich [39]. Beim Stricken werden die Maschen an den Nadeln nacheinander gebildet [39]. Der Faden im Flachengebilde ist seiner Hauptrichtung nach in Querrichtung angeordnet [42]. Auf Nahwirkanlagen konnen textile Flachengebilde nach den Verfahren Nahwirken oder Vlieswirken hergestellt werden [43]. Bei ersterem werden Fadenmaschen, bei letzterem Fasermaschen gebildet. Das Nahwirken vereinigt zwei Verfahren in sich [38]. Zum einen das Nahen, d. h. Durchstechen und Verbinden von Flachen - z.B. Fadenscharen, Vliesen - und zum anderen das Wirken, das gleichzeitige Bilden von Maschen aus Faden bzw. Fasem. Bei den vliesverarbeitenden Verfahren unterscheidet man das Vlies-Nahwirken (Maliwatt), das Maschen-Vlieswirken (Malivlies) und das Pol-Vlieswirken (Voltex). Neuere Verfahrensentwicklungen des Vlieswirkens sind das Kunit-, das Multiknit und das Kunit-Schicht-Binde-Verfahren. Beim Vlies-Nahwirken wird das Faservlies durch Einbinden in ein Maschensystem aus Faden verfestigt. Beim Maschen-Vlieswirken und Pol-Vlieswirken werden die Fasern des Vlieses selbst zur Maschenbildung herangezogen. Die Bezeichnungen Vlies-Nahgewirke und Maschen-Vliesgewirke werden nach DIN 61 2 1 1 [43] als gleichwertige Begriffe venvendet. In Abb. 6-32 sind maschenbildende Elemente einer Faden- und einer Fasermasche dargestell t. Eine Masche ist durch vier Bindungsstellen gekennzeichnet. Bei der Maschenbildung mit Faden ist ein kontinuierlicher Fadenverlauf vom Maschenkopf uber den MaschenfuB weiter zur nachsten Masche nachweisbar. Bei der Maschenbildung aus Fasern besteht eine Besonderheit darin, daB zwischen benachbarten Maschen visuell kein kontinuierlicher Verlauf erkennbar ist.
Masche aus Faden
obere Bindungsstellen
Masche aus Fasern
untere Bindungss tellen
a) aus [42]
b) aus [44]
Abb. 6-32. Maschenfornien
6.2.1 Verfahrenssystematik In Abb. 6-33 sind die unter Verwendung von Vliesen arbeitenden Verfahrensvarianten systematisch dargestellt. Es wurde versucht, die im Sprachgebrauch benutzten Begriffe unter Beachten der Normen zu ordnen [43, 451. Die Maschenbildung kann auch fur die Herstellung von Vliesverbundstoffen genutzt werden (siehe auch Abschnitt 6.6). Die bei den einzelnen Verfahren bekannten Markenbezeichnungen haben sich auch fur Anlagen- und Produktbezeichnungen eingebiirgert.
6.2.1.1 Vlies-Nahwirkverfahren Beim Vlies-Nahwirkverfahren werden Faservliese oder Spinnvliese, vorzugsweise Querfaservliese, mit Hilfe von Faden verfestigt. Dabei werden die Fasern in die Maschen eingebunden, ohne an der Maschenbildung beteiligt zu sein. Die Grundbindungen sind die Franse- oder Trikotbindung (Abb. 6-34). Moglich ist auch die Anwendung von 2 Fadensystemen, so daB beide Bindungen gleichzeitig eingesetzt werden konnen. Weitere Bindungen sind Tuch, Samt, Atlas und SchuB. Das Prinzip der Maschenbildung mit Faden wird in Abb. 6-35 dargestellt. Die Vliesverfestigung mit den Hauptelementen Schiebernadel, SchlieBdraht, Schiebernadelhaken, Lochnadel und Halbmasche wird aus den Verfahrensschritten a his g erkennbar.
305
6.2 MuschenbildunKsve~uhren vliesverarbeitende Nahwirkverfahren
A
1 ) Maschenbildungselemente
2 ) Verfahrens-
bezeichnung unter Beachtung der DIN 6121 1
Faden
Faser
VliesNahwirkverfahren
MaschenVlieswirkverfahren
Pol-Vlieswirk verfahren mit Grundbahn
I
I
I
Pol-Vlieswirk Maschen verfahren ohne VlieswirkGrundbahn verfahren mit doppelter Vermaschung
I
I
Maschen Vlieswirk verfahren zur Verbindung zweier Flachengebilde
I
I
Vliesverbund-
Vliesstoff
Vliesstoff
Vliesstoff verbund
Malivlies
Voltex
Kunit
Multiknit
KSB
3 ) Erzeugnisbezeichnunq unter Beachtung der DIN 61210
Vliesverbund-
Vliesstoff
4 ) Markenname fur Anlage, Verfahren. Erzeugnis
Maliwatt
Abb. 6-33. Systematik der Maschenbildungsverfahren zur Vliesverfestigung
. . . . . . .1 . 0 . ~~~
Franse, geschlossen
Trikot, geschlossen
Abb. 6-34. Fransen- und Trikotbindung
In Abb. 6-36 ist als Prinzipbild das Anlagenschema zur Herstellung eines Vlies-Nahwirkstoffes Maliwatt dargestellt. Die Vliesbildungseinheit, bestehend aus Krempel und Quertafler, ist direkt mit der Nahwirkmaschine gekoppelt. Ein durch Maschenbildung mit Faden verfestigtes Vlies zeigt Abb. 6-37. Vorteile dieses Verfahrens bestehen in der Herstellung verschiedenartigster Vliesverbundstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen [46]. So konnen Vliesverbundstoffe von leicht bis schwer, von weich fliel3end bis kompakt in unterschiedlichsten Materialstarken und Festigkeitseigenschaften gefertigt werden. Das Vlies-Nahwirkverfahren kann kontinuierlich, aber bei Bedarf auch diskontinuierlich mit Vliesbildungsmaschinen betrieben werden [47, 481. Dartiber hinaus konnen zusatzlich verschiedene Materialien, z. B. vorgefertigte Flachengebilde, Granulate, zugefuhrt und in den Vliesverbundstoff eingebunden werden.
a) Abziehen der Masche
b) EinschlieOen der Halbrnasche
c) Einstreichen der Halbmaschen auf Schiebernadel
d) Uberlegen des Fadens
e) Fadenlegung in Schiebernadelhaken
1) Auftragen der Halbrnasche
g) Kulieren und Abschlagen der Halbmasche
Abb. 6-35. Arbeitsstelle und Maschenbildungszyklus der Vlies-Niihwirkmaschine. Typ Maliwatl. I Schiebemadel, 2 SchlicBdraht. 3 Abschlagplatine, 4 StutLschiene, 5 Lochnadel, 6 Gegenholtenadel. 7 Niihfaden. K Faservlies
6.2 Maschenhilduti~s~’e~uhrm 307
Abb. 6-36. Herstellung Vliesverbundstoff Maliwatt. I Maliwattmaschine. 2 Kettenablaufgestell, 3 WirkWden, 4 Vliestafler. 5 Vlies, 6 Vlies-Niihgewirke, 7 Wickler
Abb. 6-37. Vliesverbundstoff Maliwatt: a) Maschenseite. b) Stegseite
Weitere Verfahrensvarianten sind anlagentechnische Losungen [49] mit Textilglasverarbeitung rnit Anlage Typ MaliwatdG, Modell 14022 rnit einer Choppereinrichtung Erhohung der Querfestigkeit durch Parallelschuljeintrag mit Anlage Typ Maliwatt P4, Modell 14022 Verarbeitung von kurzstapeligen Fasermaterialien aus Sekundiirrohstoffen und Spinnereiabgangen mit Anlage Typ Maliwatt-Intor, Modell 14012 kundenspezifische Ausfiihrungen, z. B. zur Herstellung von Sandwichtextilien, mit Typ MaliwatdS-Anlage
Der Verfestigungsgrad der Vlies-Nahgewirke ist abhangig von der Anzahl Fadenmaschen je Flacheneinheit. Sie ist das Produkt aus Maschenstabchendichte (Anzahl Maschenstabchen je Llngeneinheit) und Maschenreihendichte (Anzahl Maschenreihen je Langeneinheit). Die Maschenstabchen verlaufen im Vliesverbundstoff in Maschinenarbeitsrichtung, die Maschenreihen quer dazu. Die Maschenstabchendichte wird durch die Maschinenfeinheit, d. h. die Anzahl Wirkelemente je 25 mm Arbeitsbreite, bestimmt. Beim Nihwirken konnen derzeit his max. 22 Maschenstabchen auf 25 mm Arbeitsbreite realisiert werden. Die entsprechenden Maschinenfeinheiten werden mit 7 F, 10 F, 14 F usw. angegeben. Die Maschenreihendichte wird durch die Stichlange bestimmt. Maschinentechnisch werden Stichlangen zwischen 0,s mm und 5 mm verwirklicht. Maschinenfeinheit und Stichlange sind erzeugnisabhangige ProzeBgroBen. Die Grundwirkwerkzeuge des Vlies-Nahwirkverfahrens sind Schiebemadel, SchlieRdraht und Abschlagplatine (Abb. 6-35). Die Schiebemadeln werden z. B. eingeteilt in grob, mittel, fein und sehr fein. Aus Stabilitatsgrunden sind auch Kombinationen zwischen zwei Nadelfeinheiten ublich, z. B. fein/sehr fein. Dabei entspricht die Hohe der Schiebemadel der niedrigeren und ihre Breite der hoheren Feinheit. Fur die verschiedenen Verfahrensvarianten existieren neben den Grundwirkwerkzeugen weitere verschiedenartige Wirkwerkzeugausfuhrungen [SO]. Beim Vlies-Nahwirkverfahren werden verfahrensbedingt auBer den Grundwirkelementen noch die Lochnadeln, die die Wirkfaden fuhren, eine Stutzschiene und Gegenhaltestifte, die zur ortlichen Fixierung des zu durchstechenden Faservlieses dienen, benotigt (s. Abb. 6-35 a). Die einzelnen Wirkwerkzeuge werden in Fassungen mit einer Breite von 25 mm entsprechend der jeweiligen Maschinenfeinheit eingegossen. Sie sind auf Wirkbarren befestigt. Schiebemadel- und SchlieBdrahtbarre sind uber Schubstangen mit den Antriebsexzentern verbunden, die Abschlagplatinenbarre ist stan- angeordnet. Bei Zerstorung eines Wirkelementes mussen die Fassungen ausgetauscht werden. Die nach diesen Verfahren zu verfestigenden Vliese besitzen vorzugsweise in Querrichtung orientierte Fasern. Prinzipiell konnen im zu verfestigenden Vlies alle Faserstoffe verarbeitet werden, die sich zu einem Faservlies formen lassen 1381. Bevorzugt werden aus verfahrenstechnischen und technologischen Grunden Fasern mit groBerer Faserlange, z. B. Fasem des Wolltyps, verwendet. Als Wirkfaden konnen Game, Zwime, glatte oder texturierte Filament- und Foliefaden verarbeitet werden. Nahwirkmaschinen des Typs Maliwatt sind mit ein oder zwei Legeschienen ausgerustet. Die Legung wird mit zwei Bewegungskomponenten, der Schwingund Versatzbewegung, realisiert. Wahrend die Schwingbewegung immer mittels Kreisexzenter und entsprechendem Kurbeltrieb erfolgt, kann bei der Versatzbewegung neben dem Einsatz von Kreisexzentern auch ein Kurvenscheibengetriebe zum Einsatz gelangen. Bei Einsatz von zwei Legeschienen ist es moglich, die eine fur Franse und die zweite fur Trikot zu nutzen. Bei Einsatz des Kurvenscheibengetriebes sind im Vliesverbundstoff Musterrapporte von vier oder acht Maschenreihen moglich. Neben den Grundbindungen Franse und Trikot sind dann auch Tuch-, Samt-, Atlas- und SchuBbindungen moglich. In Kombination mit speziellen Fadeneinzugen, z. B. Fileteinzugen, sind
6.2 MaschenhildunRsverfahren
309
a)
Abb. 6-38.Vlies-N~h~ewirkestrukluren: a ) Filetstruklur. h) Potshuktur. c) Polstniktur mit Prrigung
durchbrochene Muster (Abb. 6-38 a) herstellbar. Bei Einsatz von Polplatinen anstelle der Stiftfassungen (s. Abb. 6-35, Position 4) entstehen Vlies-Nahwirkstoffe mit Pol. Diese konnen fur Farb- (Abb. 6-38 b) bzw. Pragemusterungen (Abb. 6-38c) genutzt werden. Durch Variation der Bindung Variation der Ausgangsstellung der Kurvenscheiben zueinander (durch Drehen der Kurvenscheiben urn ihre Achse) - Variation der Drehrichtung der Kurvenscheiben zueinander (durch Wenden der Kurvenscheiben) - Variation der Ausgangsstellung der Legeschienen - Variation des Fadeneinzuges und - Verarbeitung bunt geschiirter Ketten sind vielfaltig gemusterte Vlies-Nahwirkstoffe herstellbar [S I,521. -
Durch die Maschenbildung tritt eine Einarbeitung E des Wirkfadens [S3] nach Gleichung (IS) ein
1,. = Ausgangsfadenlange I, = Fadenlange im Gewirke
Diese ist bei den Materialeinsatzberechnungen zu beachten. Sie ist von der GroBe des Versatzes der angewendeten Bindung, der Stichlange, der Flachenmasse, der Fadenspannung und der Hohe eventuell vorhandener Polplatinen abhangig. Bei einlegeschieniger Arbeitsweise liegen die Verhaltnisse einfach. Hier nimmt die Einarbeitung mit zunehmender Stichlange und Fadenspannung ab und mit zunehmender Flachenmasse und zunehmender Polplatinenhohe zu 1381. Die Bindung Trikot weist auf Grund des groBeren Fadenversatzes eine hohere Einarbeitung als die Fransebindung auf. Bei zweilegeschieniger Arbeitsweise liegen die Tendenzen gleich, jedoch mu13 hier noch das Verhaltnis der Fadenspannungen zwischen den einzelnen Legeschienen beachtet werden [54]. Die Einarbeitung des Vlieses unterliegt - wenn auch in wesentlich geringerem MaRe - ebenfalls den EinfluRfaktoren Stichlange, Flachenmasse und Fadenspannung. Einige technischen Daten der Nahwirkmaschine Malimo, Typ Maliwatt, sind in Tabelle 6-4 zusammengefafit. Beispiele typischer Einsatzfalle konnen Tabelle 6-5 entnommen werden. Umfangreiche Ergebnisse uber die Eigenschaften von Vlies-Nahgewirken liegen von Scholtis u.a. [54, 551 sowie Bottcher [56] vor. Die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften in Langsrichtung werden wesentlich durch die Eigenschaften der Wirkfaden bestimmt. In Querrichtung ist fur die Festigkeit die Einbindung der Fasern in die Wirkfadenmaschen entscheidend. Sie ist abhangig von z. B. Stichlange, Faserlange, Fasermaterialart. Bei Einsatz von zwei Wirkfadensystemen kann auch durch Anwendung spezieller Bindungen (groRen Versatz aufweisende Bindungen, z. B. Tuch, Samt, SchuB) die Festigkeit in Querrichtung entscheidend beeinflufit werden. Abb. 6-39 zeigt die FestigkeitsDehnungseigenschaften von Vlies-Nahgewirken in Abhangigkeit der Bindungen.
1
260
~
240-
220 .
3
5
a)
10
15
20
25 30 Dehnungn%
-
-
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Dehnungn%
35
b)
Abb. 6-39. Festigkeits-Dehnungs-Diagramm von Vlies-Nlhgewirken verschiedener Legungen. a) Lingsrichtung. b) Querrichtung. 1 Franse. geschlossen; 2 Franse. offen; 3 Atlas, offen; 4 Trikot. geschlossen: Stichlinge l ,O? m m ; Fliichenmasse I25 g/m'
max. Drehzahl (Ulmin)
Legung
Trikot, Franse
2500
2500
Stichlange (mm)
Trikot, Franse
0.5-5.0
0,5-5,0
Maschinenfeinheit F (NadelnI25 mm)
Flachenmasse des VliesNahgewirkes (glm’)
1
3,5/7/14/ 18/22
I
3,5/7/10/ 14118/22
Legeschienenanzahl
2800
I700
max. Arbeitsbreite (mm)
I4022a)
I4022a)
Modell-Nr.
I200
1600
Trikot, Franse, Atlas. Tuch, Samt, SchuR, Kombinationen
Zusatzeinrichtungen fur alle Modelle
Trikot, Franse, Atlas, Tuch, Samt, SchuR, Kombinationen
0.5-5.0 1400
2200
7/ I01 14/18
0.5-5,O
2
I
4100
14023~)
3.5/1/10/ I4118/22
4100
14023a)
Trikot, Franse
wie 14022~)
bis 2500 bei speziellen Materialien (Glas) - - -
0,s-5.0
0,5-5,0
_ _ _ 30-1500,
I
71101 14/18
71101 14/18
2800
14022b)-P
2
2800
14022~)
Tabelle 6-4. Technische Daten der Nahwirkmaschine Malimo, Typ Maliwatt [49]
Trikot, Franse
Trikot. Franse
2200
0,5-5.0
0,5-5,0 2200
1
wie N 3600a)
1
6100
14023a)
wie N 3600a)
5100
14023a)
5
2
Tahelle 6-5. Technische Daten typischer Einsatilille der Nihwirkmaschine Malimo. Typ Maliwatt Maschine Feinhcit Modell [F]
Stichllnge Nlhfdden Imml Itex]
Dekostoff Decke (Katastrophendecke ) Beschichttingstriger TeppichLweitriicken Glassteppwatte Verbandhtotl
14023 14023
14
7
2.5
1,6
PES/8,4 PESICV LI PESl25 CVlBw L2 P E W 5
150 280
2200 1200
I70 13s
14022
22
I ,o
PAl4.4
CV
I40
2000
96
14023
14
2.0
PESIIS
PP
200
2000
200
5.0
PES125
Glaslasern 1600
700
175
Vliesstoff CV PES
60
2500
400
II0
2500
I90
PP-Spinnvlies
60
2500
3x0
14022
3.5
I4022
14
3.5
Schuhinnen- 14022 furter Einlagestoff 14022
18
I .s
elast. Fadenmat. PES11.6
18
3.0
PES/7,6
Vliesmaterial
Drehiahl Leistung IUlmin] ell.ca.m/h
Artikel
Masse [glm’l
6.2.1.2 Maschen-Vlieswirkverfahren Im Gegensatz zum Vlies-Nahwirkverfahren Maliwatt werden fur die Maschenbildung keine Faden verwendet, sondem ausschliefllich Fasern eines Vlieses mit vorzugsweise querorientierter Faserlage. Der Schiebernadelhaken erfaljt hierbei Fasern aus dem den Einlegplatinen zugewandten Teil der Vliesschicht und zieht diese durch die den Abschlagplatinen zugewandte Seite der Vliesschicht (Abb. 6-40). Das bedeutet, dal3 ein Teil der Fasem vermascht wird, wahrend der andere Teil nur in die Maschen eingebunden ist. Dabei ist es moglich, dal3 dieselbe Faser einmal zur Maschenbildung herangezogen wird und in einer anderen Masche nur eingebunden ist. Die zum Auskulieren der Maschen benotigten Faserlangenreserven sind durch die Beweglichkeit der Fasem des unverfestigten Vlieses, ihrer Krauselung und dem aus der Vliesbildung resultierenden Legewinkel gegeben. Eine Verletzung des Kuliergesetzes tritt deshalb im allgemeinen nicht ein. Der Vergleich der Abb. 6-40 mit Abb. 6-35 zeigt, daB anstelle der Lochnadel die Einlegeplatine wirksam ist. Sie ist starr angeordnet und hat die Aufgabe, das Faservlies zu fixieren. Abb. 6-41 zeigt eine Nahwirkmaschine Malimo, Typ Malivlies, Modell 1402 I mit Arbeitsbreite 5600 mm einschlierjlich Krempel und Kreuzleger. In Analogie zum Vlies-Nahwirken werden die Maschinenfeinheit und die StichIange zur Steuerung der Verfestigungsintensitat genutzt. Zusatzlich kann der Grad der Verfestigung durch Veranderung der Spaltbreite, des Einlegeplatinenabstandes und der Position des SchlieBpunktes der Schiebemadel zur Abschlagplatine beeintluRt werden. Dadurch wird die Faserzahl, die an der Maschenbildung beteiligt ist. verandert.
Abb. 6-40. Arbeitsstelle der Maschen-Vlieswirkmaschine. I Schiebemadel. 2 SchlieBdraht, 3 Abschlagplatine, 4 Stutzschiene, 5 Einlegeplatine, 6 Faservlies
Abb. 6-41. Niihwirkmaschine Malimo. Typ Malivlies, Modell 14021, NB 5600 149)
Beim Maschen-Vlieswirkverfahren werden bevorzugt lange Fasern verarbeitet. Je Ianger die Fasern sind, desto mehr sind sie an der Maschenbildung beteiligt bzw. sind sie in Maschen eingebunden. Sprode Fasern, wie z.B. Glas und Carbon, sind auf Grund ihrer geringen Flexibilitat fur die Vermaschung weniger geeignet. Bestimmte Mustereffekte konnen nur durch Verarbeitung von Schichtvliesen, z. B. unterschiedlicher Farbigkeit, undoder durch Einsatz beweglicher Einlegeplatinen erzielt werden. Durch die Maschenbildung mit Fasern kommt es im Gegensatz zum Vlies-Nahwirkverfahren zu einer hoheren Einarbeitung des Vlieses. Sie ist abhangig vom Vermaschungsgrad. Eine hohe Einarbeitung kann zu einer Schichtentrennung im zugefuhrten Faservlies fuhren. Die Ursache ist die stkkere Einarbeitung des Teils der Vliesschicht, aus der Fasern zur Maschenbildung herangezogen werden. Die Tabellen 6-6 und 6-7 enthalten die technischen Maschinenangaben und Beispiele typischer Einsatzfalle. Bedingt durch die Vliesstoffstruktur besitzen Maschen-Vliesgewirke in der Regel eine hohere Festigkeit in Quemchtung als in Langsrichtung. Sie zeichnen sich durch hohe Voluminositat, Weichheit, gutes Saugvermogen, gunstiges druckelastisches Verhalten und gute Luftdurchlassigkeit aus. Umfangreiche Untersuchungen uber
Tabelle 6-6. Technische Daten der Malivlies-Maschine 1491 Modell-Nr.
14022
max. Arbeitshreite (mm) 1700 Stichlange ( m m ) 0.5-5.0 Maschinenfeinheit F (Nadeln/25 m m ) max. Drehzahl (U/min) 2500 Lei\tung 75-675 Fliichenmasse des Vlies- 120-1 200 nihgewirkes (g/m’)
I4022
I4023
I4023
I1023
2x00 0.5-5.0
4 I00 0.5-5.0 3.5 his 22
5 I00 0.5-5.0
6 I00 0.5-5.0
2500 75-675 120- I200
2200 40405 120- I200
2200 4040.5 120- I200
2200 40305 120- I 200
Maschinenfeinheit. Stichliinge, Drehrahl. Fliichenmasse und Vliesmaterinl stehen in Abhiingigkeit einander!
rti-
Tabelle 6-7. Technologische Daten typischer Einsatzfiille der Niihwirkniaschine. Typ Malivlies [49] Artikel
Maschine Modell
Feinheit [F]
Autohimmel Beschichtungstriiger Unrerpolster Poliertuch Pac kdecke Geotextil (Begrunungmalte) Kaschierrucken Einlagestoff
14023 14023
18 18 7
2.0 3.5
22
1.1
10
7 IX 18
I1033 14022 14022 I4023
14023 14022
Stichliinge Imml
Vliesmaterial
1 3
2.0 2.25
PEYCV PES ReilJfasern CF/PES ReilJfasern ReiBfusern
1 ,0 2.0
PES PAC
Masse [g/ni’]
180 I60
Drehzahl [ U/min]
Leistung eff.ca.m/h
2200 2200
I200
XOO
I40 260 300
2200 2000 XOO
210 235 I45 I30 215 92
I so
2200 2500
I IS 270
100
die Festigkeits-Dehnungseigenschaften in Abhangigkeit von den Faserstoffeigenschaften und Verfahrensbedingungen wurden von Scholtis, Ploch, Bottcher u. a. durchgefuhrt [ S S , 57-59]. Einen wesentlichen EinfluB auf die MasseungleichmalJigkeit hat bei MaschenVliesgewirken der Zeitpunkt des SchlieBens des Schiebernadelhakens durch den SchlieBdraht (SchlieBpunkt). In Abb. 6-42 wird deutlich, daB je nach Abstand des SchlieBpunktes von der Abschlagplatinenvorderkante unterschiedlich dicke Teilschichten des Vlieses zur Maschenbildung herangezogen werden. Es wurde festgestellt [ 571, daR die Masseungleichmafligkeit ein Minimum erreicht, wenn der SchlieBpunkt von der Abschlagplatinenvorderkante bei etwa 1/3 der Gesamtvliesdicke liegt. Es ist derjenige Punkt, bei den1 das Fassungsvermogen des Schiebernadelhakens fur die Faseraufnahme ausgesch6pft ist. Befindet sich der SchlieBpunkt weiter von der Abschlagplatinenvorderkante entfernt, fuhren die vorhandenen Dicken- und Masseschwankungen des Vlieses dazu, daB mehr oder weniger Fasem erfaBt werden. Daraus resultieren ortlich unterschiedlich starke Einarbeitungen des Vlieses, die die Masseschwankungen im Vliesstoff noch verstarken.
Abb. 6-42. SchlielJAtpunkt der Schiebernadel durch den Schlieadraht 157 1. a) SchlielJpunkt nahe der Abschlagplatine, b) SchlielJpunkt nahe der Einlegeplatine. I Schiebernadel. 2 Abschlagplatine. 3 SchlieBpunkt. 4 Vlies, 5 Einlegeplatine, 6 StutLschiene. 7 Vliesschicht. aus der Fasern fur die Vermaschung zur Verfugung stehen
Das Kuliergesetz fur die Maschenbildung mit fadenformigen Materialien [39] kann sinngemalj auch auf die Maschenbildung mit Fasern angewendet werden [60]. Entscheidend dafur, ob eine Faser durch den Schiebernadelhaken erfal3t werden kann, oder ob sie von mehreren Schiebernadelhaken gleichzeitig erfaljt wird oder ob sie gar nicht erfal3t werden kann, ist der Faserlagewinkel uF. Das ist der Winkel zwischen Schiebernadellinie und Faserrichtung. Unter Annahme idealisierter Bedingungen (durchgangig gestreckte Faserlage) kommt Magel [6 1 ] bei Anwendung einer Schiebernadel der Nadelfeinheit ,,fein" zu den Aussagen, dalj erst bei einem Faserlagewinkel aF>lO" damit gerechnet werden kann, daB keine Faserschadigungen durch Verletzung des Kuliergesetzes auftreten. Bei etwa aF=35 treten Einbindungen auf. die eine annahernd gleiche Langs- und Querfestigkeit des Vliesstoffes envarten lassen. Wird der Winkel uF groljer, wird die Vermaschung seltener, bis ab aF=69" uberhaupt keine Fasern mehr erfaljt werden konnen. Fur ideal gestreckte Fasern errechnet MIgel [61 ] hinsichtlich einer minimalen Faserschadigung beim Vermaschen einen optimalen Faserlagewinkel U~ zwischen 10" und 35". Er weist in diesem Zusammenhang darauf hin, daB in der Praxis jedoch vorrangig Fasenvinkel aF zwischen 0,5' und 12' auftreten. DaB es dabei nicht zu Faserschadigungen kommt, ist der Tatsache geschuldet, dalj die Fasern nicht ideal ausgerichtet sind, sie eine Krauselung besitzen, das Vlies ein voluminoses Gebilde ist und damit genugend Reserven fur das Kulieren der Halbmaschen zur Verfugung stehen. Zur Verbesserung der Eigenschaften von Maschen-Vliesgewirken, insbesondere der Festigkeits-Dehnungseigenschaften wurden detaillierte Untersuchungen durchgefuhrt. Scholtis [62] hat zur Charakterisierung der geometrischen Faseranordnung im Maschen-Vliesgewirke den Begriff Vermaschungsgrad q,,, eingefuhrt. Dieser kennzeichnet das Verhaltnis der maschenformig angeordneten Faserstrecken XI,,, zur Gesamtfaserlange Elt.
Die Bestimmung der maschenformig angeordneten Faserstrecken I,,, erfolgt unter Nutzung der Gleichung von Munden [63] und unter Hinzufiigen eines Korrekturwertes 113 D, durch den die Vliesdicke beriicksichtigt wird, gemal3 der Gleichung
K R S D
= = = =
Konstante Maschenreihendichte in I/mm Maschenstabchendichte in I/mm Vliesdicke
In Abb. 6-43 werden die geometrischen Verhiltnisse veranschaulicht. Zur Bildung der Summe der maschenformig eingebundenen Faserstrecken ist die Bestimmung der Faseranzahl pro Masche erforderlich. Mit Hilfe dieses Wertes errechnet sich die Summe der maschenformig angeordneten Faserstrecken, bezogen auf eine Masche, zu
__
FiMi ist der arithmetische Mittelwert der gemessenen FaseranzahVMasche. Die Gesamtfaserlange einer Vliesgewirkemasche errechnet sich nach Gleichung ( 19)
mA = Masse je Flgcheneinheit in g/m' TI = Faserfeinheit so did3 sich der Vermaschungsgrad nach Gleichung (16) ergibt zu: in(M ) Vlll
=
~
G(v'...) ~
IIiAi
IIi,t,i
. R - ' . S-'
Offermann, Magel, Ponnahannadige und Jenschke [64-661 haben im Rahmen von Untersuchungen zur Modellierung des Verfestigungsprozesses bei Maschen-Vliesgewirken ebenfalls die Maschenlange der Fasermasche unter Berucksichtigung der geometrischen Verhaltnisse an der Arbeitsstelle der Nahwirkmaschine bestimmt. Danach errechnet sich die Maschenlange 1, aus Gleichung (21) zu:
lApl = Abstand zwischen Abschlagplatinenvorderkante und hinterem Totpunkt der Schiebernadelspitze in mm = Lange des Schiebernadelhakens in mm IH BSN = Breite der Schiebernadel im Faserraum in mm BApI = Breite der Abschlagplatine in mm = Abstand zwischen Schiebernadel und Abschlagplatine in mm x t = ~X+BSN+BA~~
Durch die Kombination dieser GroBe rnit der Wirkungshohe hw des Schiebernadelhakens und dem Faserlagewinkel QF konnen die Einbindungsmoglichkeiten der Fasern im Vlies erfal3t werden. Die theoretischen Erkenntnisse uber das Vermaschen von Vliesen gestatten es, in Abhangigkeit von Faserstoff- und ProzeBvariablen die theoretischen Einbindungspunkte fur die Fasern im Maschen-Vliesgewirke zu ermitteln und SchluBfolgerungen fur das Verhaltnis der Llngs- zur Querfestigkeit abzuleiten. Beim Vermaschen eines Vlieses ergeben sich hohe mechanische Belastungen, die sowohl zu Faserstoff- als auch Wirkwerkzeugschadigungen fuhren konnen. Die mechanischen Belastungen resultieren aus den auftretenden Reibungskraften zum einen beim Durchstechen vorgelegter Materialien (Faservliesen oder Grundbahnen) und zum anderen beim Ausformen der Faden bzw. Fasern zu Henkel und Maschen. Untersuchungen zur Ermittlung der Durchstich- und Einbindekrafte wurden von Ploch [67-691, Zschunke [70] und Nedewa [71] durchgefuhrt. Schmalz 1721 hat die auftretenden Druck- und Zugkrafte in Abhangigkeit eines Maschenbildungszyklus (s. Abb. 6-44) fur eine bestimmte Vlieskonstruktion ermittelt. Neben den auftretenden Druck- und Zugkraften ist deren zeitlicher Verlauf im Vergleich zur Nadelbewegung aufschluBreich. Zum Teil wirken immense Krafte auf die Wirkelemente und die Faserstoffe ein. Im abgebildeten Beispiel kam die Maschinenfeinheit 7 F zum Einsatz, so daB die auf eine Schiebernadel wirkenden Druckkrafte 64,3 N und Zugkrafte 35,7 N betragen.
6.2.1.3 Pol-Vlieswirkverfahren mit Grundbahn Bei diesem Verfahren wird im Gegensatz zu den Vlies-Nahwirk- und MaschenVlieswirkverfahren ein Faservlies mit vorzugsweise in Verarbeitungsrichtung orientierten Fasern, z. B. ein Krempelflor, in eine Grundbahn eingearbeitet [73, 741. Das Verfahrensprinzip mit den Wirkwerkzeugen ist in Abb. 6-45 schematisch dargestellt. Ein Faserflor (8) (zwischen 10 g/m' und 80 g/m2) wird mit Hilfe eines Stopfelementes ( 5 ) - einer Burste - in den Schiebernadelhaken der Schiebernadel ( 1 ) einge-
mrn
2
"
" 5!
6
20 18 16 14
I
600 550
Flachenmasse: 1000 g/m2
N
500
5 250 6 200
450 400 350 3 300
12
6
150
4
100
50 0
-50 -8 -10
I -
v
- - Durchstich-IEinbindekraft - Qrn
I
Durchstich-IEinbindekrafl-Hm / t
-100 -150 -200 -250
GC
5
?
-300
- - Durchstich-IEinbindekraft - Qrn verchromt
Abb. 6-44. Druck- und Zugkrnfiverlauf fur cine Schiebernadelf~issungbeim Maschen Vlieswirkverfahren
8
5 2
A
Abb. 6-45. Arbeitsstelle fur Pol-Vlieswirk1
3
7'
verfahren mit Grundbahn. I Schiebernadel, 2 SchlieBdraht. 3 Abschlagplatine. 4 Stutzschiene, 5 Stopfelernent. Bunt,. 6 Polplatine. 7 Grundbahn. X Fasertlor
druckt. Die von diesem erfaBten Fasern werden durch die Grundbahn (7) hindurchgezogen und auf der den Abschlagplatinen ( 3 ) zugewandten Seite zu Maschen ausgeformt. Je nach Hohe der verwendeten Polplatinen (6) entstehen entsprechend hohe Polfalten. Die einstellbaren Geschwindigkeitsverhiltnisse von Vlieszufuhrung und Maschenbildung fuhren zu einer Verdichtung des Flores in einem Verhaltnis von 1.4 bis l : l O , so daB der Masseanteil der Polschicht im Bereich von 100 bis 800g/m2 liegen kann. Als Grundbahn konnen Gewebe, Gewirke, Vliesstoffe, Folien usw. zugefuhrt werden. Wichtig ist, daB diese von den Schiebernadeln durchstochen werden konnen, ohne daB eine grol3e Strukturschidigung erfolgt. Die Gesamtmasse des Pol-Vliesgewirkes Voltex ergibt sich somit als Summe aus den Massen der eingesetzten Grundbahn und der Polvliesschicht. Die Kontinueanlage besteht aus einer Krempel fur die Florbildung, der Floriiberleitung, einer Niihwirkmaschine Typ Voltex mit Zufuhreinrichtung fur die Grundbahn und einem Warenwickler (Abb. 6-46).
1
Abb. 6-46. Kontinueanlage zur Herstellung von Pol-Vliesgewirken mit Grundbahn. I Faservliesbildner, 2 Vliesuberleitung. 3 Grundware, 4 Nihwirkmaschine, 5 Pol-Vliesgewirke, 6 Warenwickelvorrichtung
Tabelle 6-8. Technische Daten der Nihwirkmaschine Malimo, Typ Voltex. Typ Kunit und Multiknit [75, 801
Technische Daten
Voltex
Kunit
Multiknit
Nennbreite (mm) max. Arbeitsbreite (mm)
1600. 2400 1700. 2500
1600. 2400
1600. 2400 1700, 2500
Maschinenfeinheit F (Nadelnl25 mm) PolhShe (mm)
10. 14
Maschinendrehzahl ( U h i n ) Stichliingenbereich (mm) Flachengewicht (g/m2)
234567911 (13 15 18 20 23 fur 10 F) 500 bis 2000* 0.7-5.0 300-800 *
1700, 2500 (2800 Sonderausfuhrung ) 3.5 7 10 12 14 18 22
3.5 7 10 12 14 18 22
1-17
bis 2000” 1 ,o-5,0 his 700
* In Abhangigkeit von Einsatzbedingungen, Artikelspezifikation
bis 2000 I ,o-5.0 120-800 einschichtige Erzeugnisse, 150-1 500 mehrschichtige Erzeugnisse
und Nennbreite
Die Burste fur die Florverdichtung wird mit einer konstanten HubgroBe betrieben. Sie hat auf die Polhohenausbildung keinen EinfluB. Die Polhohe wird nur durch die Polplatinenhohe bestimmt. Fur das Erreichen groBer Polhohen und einer guten Fasereinbindung ist der Einsatz langer Fasern erforderlich. Die Faserlange sollte groBer 60 mm sein. Die wichtigsten technischen Angaben fur die Nahwirkmaschine Malimo, Typ Voltex, sind in Tabelle 6-8 enthalten. Durch Verarbeitung von Fasermischungen unterschiedlicher Faserarten und Feinheiten ist die Polvliesstruktur von grob bis fein variierbar. Die Variation von Maschenreihen- und Maschenstabchendichte ist mit entscheidend fur die Poldichte. Sie beeinflufit wesentlich Voluminositat, Warmeriickhaltevermogen, Griff und Optik des Vliesstoffes. Seine Festigkeit und Dehnung sind
Abb. 6-47. Schlafdecke Molly
abhiingig von den Eigenschaften der Grundbahn 1761. Durch Veredlung des Rohvliesgewirkes, wie z. B. Rauhen, Scheren und Tumbeln, kann ein gleichmiifliger Rauhflor in Hohen zwischen 2 und 17 mm erzeugt werden. Derartige Pol-Vlieswirkstoffe mit Grundbahn sind geeignet fur die Herstellung von Schlafdecken (Abb. 6-47), Schuhinnenfutter. Spielzeugplusch und Innenfutterstoffen fur Winterbekleidung.
6.2.1.4 Maschen-Vlieswirkverfahren ohne Grundbahn Bei diesem neuentwickelten Vlieswirkverfahren (Kunit) [77] werden aus einem Faserflor mit bevorzugt Iiingsorientierten Fasern Vliesgewirke mit Polstruktur gebildet. Die den Pol bildenden Faseranteile nehmen im Vliesstoff bevorzugt eine senkrechte Lage ein. Abweichend zu den anderen Vlieswirkverfahren hat die Schiebernadel die Aufgabe, den vorgelegten Faserflor so in Falten zu legen, daB diese durch die Burste in den Schiebernadelhaken eingedruckt werden (Abb. 6-48). Die Schiebernadel besitzt keine Spitze, da das Durchstechen von Vlies oder Grundbahn nicht erforderlich und gewollt ist. Zudem konnen dadurch die zu bildenden Maschen kleiner auskuliert
Abb. 6-48. Arbeit\stelle fur Pol-Vlieswirkverfahren ohne Grundbahn. I Schiebernadel, 2 SchlielJdraht, 3 Abschlagplatine,
I
'
4 StutTschiene. S Stopfelernent. Burste. 6 Faserflor
6.2 Muschenbildungsverfuhr~n
32 1
Abb. 6-49. Aufbdu de\ Pol-Vliesgeu irkes chniit, b) Quer\chnitt bchen, 2 Poltdltenschicht, 4 Querverbindung von Ma\chenstdbchen
werden. Es entstehen feste Maschen, obgleich keine Ruckstellkrafte fur das Zuriicknehmen uberschussiger Maschenlange wirken [78]. Bei dem Kunitverfahren wird keine Polplatine benotigt, was eine Vereinfachung des Verfahrens und der Arbeitsstelle der Nahwirkmaschine bedeutet. Die Polhohe wird im Gegensatz zum Voltex-Verfahren uber den Schwinghub der Burste, der maschinentechnisch zwischen 8 mm und 69 mm betragen und kontinuierlich eingestellt werden kann, bestimmt [79]. Wie beim Voltex-Verfahren wird der Krempelflor im Verhaltnis 1 :4 bis 1: 10 verdichtet. Die Flachenmasse des Vliesstoffes Kunit liegt im Bereich zwischen 100g/m2 und 800g/m2. Zum Vliesverbundstoff Voltex ergibt sich fur den Vliesstoff Kunit ein Unterschied im strukturellen Aufbau, der sich auch optisch zeigt. Wahrend beim Voltex-Vliesstoff die Polhenkelreihen optisch in Langsrichtung orientiert sind, da die Polplatinen die Ausrichtung der Henkel vorgeben, liegen diese beim Kunit-Vliesstoff in Querrichtung. Der Kunit-Vliesstoff besitzt eine Faserpolschicht und auf der anderen Warenseite eine Maschenschicht (Abb. 6-49). In Analogie zur Herstellung von Pol-Vliesgewirken mit Grundbahn arbeitet die Nahwirkmaschine, Typ Kunit, kontinuierlich mit der Krempelanlage. Die Maschenstabchen- und die Maschenreihendichte bestimmen malJgeblich den Grad der Vliesverfestigung. Die Maschinenleistungen sind in Tabelle 6-8 enthalten. Durch Massereduzierung der am Burstenantrieb beteiligten Bauelemente und der Burste selbst konnte eine Erhohung der Drehzahlen auf 2000 U/min erreicht werden [79]. Die verfahrenstechnische Losung ermoglicht auf Grund der Vliesstoffstruktur eine Vielzahl von Produktentwicklungen z. B. in Richtung Unterpolsterstoffe fur Kaschierverbunde in der Fahrzeugindustrie und Mobelbranche, Isolations- und Filterstoffe sowie Verpackungsmaterialien.
6.2.1.5 Maschen-Vlieswirkverfahren mit doppelter Vermaschung Bei diesem Verfahren [8 11 werden die Polfasern von Vliesstoffen oder anderen textilen Flachengebilden mit Polhenkel oder Polbuscheln, z. B. Kunit-, VoltexVliesstoffe, Hochflorstrickwaren usw. vermascht. Das Verfahren (Abb. 6-50) ermoglicht die Herstellung von ein- oder mehrlagigen Vliesverbundstoffen.
6
1 A
Ahh. 6-50. Arheitsstelle der Niihwirkmaschine Malimo, Typ Multiknit. I Schiebernadel. 2 Schliefidroht. 3 Abschlagplatine. 4 Stutz\chiene. 5 Polplatine. 6 Kunit-Vliesstofl. 7 Kunit-Vliesstoff oder textile Bahn mil Polstruktur
Bei Realisierung der Grundvariante wird ein Fliichengebilde der Arbeitsstelle so zugefuhrt, daB die Schiebernadeln in die Polbuschel eindringen, die Fasern er-
fassen und zu einer Maschenschicht formen konnen. Das Multiknit-Verfahren fuhrt in seiner Grundvariante zu einem dreidimensionalen Maschen-Vlieswirkstoff mit beidseitig vermaschten Oberfliichen (Abb. 6-5 1 ). Dabei sind die Maschenschichten durch ein und dieselben Fasern miteinander verbunden. In einer weiteren Verfahrensvariante konnen zwei Polvliesstoffe zu einem Vliesstoffverbund (Abb. 6-52) vermascht werden. Durch das Einarbeiten von Vliesstoffen, anderen Fliichengebilden oder streuf3higen Medien lassen sich Vliesstoffverbunde mit verschiedensten Eigenschaften herstellen [78. 82. 831. Das Vermaschen der Polvliesschicht kann diskontinuierlich mittels Wickelvorlage auf der Vlieswirkmaschine erfolgen. Als Beispiel ist in Abb. 6-53 jedoch die kontinuierliche Fertigung eines Multiknit-Vliesstoffverbundes dargestellt. Die Entscheidung uber die diskontinuierliche oder kontinuierliche Fertigung von Multiknit-Vliesstoffen ist von den technisch okonomischen Bedingungen und der Vliesstoffverbundkonstruktion abhiingig.
Ahh. 6-51. Printip des beidseitig vermaschten Vliesstoftes Multiknit
Ahh. 6-52. Prinzip des Vermaschens t u einem Lweilagigen Vliesverbundstoff Multiknit
Vliesbildner Mulliknit
Abb. 6-53. Kontinueanlage zur Herstellung von Vliesverbundstoff Multiknit maschinen Kunit und Multiknit
-
Krempel, Vlieswirk-
Fur das Vermaschen der Polschichten werden aus Griinden der GleichmaBigkeit die gleiche Maschinenfeinheit und Stichlange angestrebt, die z. B. der Kunit-Vliesstoff besitzt. Zur Erzielung spezieller Effekt sind Abweichungen moglich. Die Anlagenleistung im KontinueprozeB wird durch die Kunitmaschine bestimmt (Tabelle 6-8). Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise und Realisierung einlagiger Multiknit-Erzeugnisse kann die Multiknitmaschine mit Drehzahlen bis 2000 U/min arbeiten. Bei der Fertigung mehrlagiger Multiknit-Erzeugnisse mussen die Drehzahlen den Durchstichkraften angepaBt werden. Nach dem Multiknit-Verfahren konnen Vliesstoffe als Unterpolsterstoffe zur Substitution von PUR-Schaum in der Fahrzeugindustrie und Mobelbranche, Filterstoffe, Hitze- und Schallschutzmaterialien, Einlagestoffe fur Bekleidung, Inkontinenzartikel, Antidekubitusunterlagen und Fullmaterialien fur kunstharzverstarkte Formteile hergestellt werden.
6.2.1.6 Maschen-Vlieswirkverfahren zur Verbindung zweier Flachengebilde Bei diesem Verfahren [ 841, dem Kunit-Schicht-Bindeverfahren - auch KSB-Verfahren genannt - werden zwei polschichtbesitzende Flachengebilde miteinander verbunden. Die Schiebernadeln erfassen die Polfasern beider Flachengebilde und formen diese in der Mitte zwischen den beiden Flachengebilden zu einer dritten Maschenschicht (Abb. 6-54).
c 5 6
Abb. 6-54. Arbeitsstelle fur das KSB-Verfahren. I Schiebernadel. 2 Schlielldraht. 3 Abschlagplatine, 4 Gegenhaltenadel, 5 Stutzschienen, 6 Kunit-Vliesstoff
Abb. 6-55. Vlie\\toffverhund nach dem KSB-Verfahren
Damit konnen unterschiedliche, vorgefertigte Vliesstoffe mit Polstruktur miteinander zu Verbundstoffen mit unterschiedlichsten Eigenschaftsprofilen zusammengefugt werden [78, 831. Besonderer Vorteil der KSB-Vliesstoffverbunde ist, daB die Ausgangsvolumina weitestgehend erhalten bleiben und keine Durchmischung der Vlieskomponenten erfolgt. Die Herstellung erfolgt mittels Wickelvorlage von zwei GroBdocken, so daB ein Quasi-Kontinue-Betrieb moglich ist. Die Intensitat der Verbindung der zwei Flachengebilde wird uber die Maschenstabchen- und Maschenreihendichte beeinflufit. Die zusatzlich zu den Grundwirkwerkzeugen notwendigen Wirkelemente sind zwei Stutzschienen und ein Gegenhalteelement. Die Abschlagplatine mu13 hier verfahrensbedingt nach unten offen gestaltet sein. Die zur Maschenbildung vorgesehenen Faserstoffe mussen die Umformung uber kleine Radien zulassen. Ein Kunit-Schicht-Binde-Vliesstoffbesitzt auf beiden Oberflachen eine Maschenschicht, die von den eingesetzten Vorlagematerialien stammen. Im Inneren des Vliesstoffquerschnittes wird durch das KSB-Verfahren eine dritte Maschenschicht gebildet, die die beiden Vliesstoffe verbindet (Abb. 6-55). Nach dem Kunit-Schicht-Binde-Verfahrenhergestellte Vliesstoffverbunde besitZen auf Grund ihrer Voluminositat gute Isolationseigenschaften und strukturell bedingt ein hohes druckelastisches Verhalten, das durch thermische Behandlung noch verbessert werden kann.
6.2.2 Kettenwirken Bei der Nutzung von Kettenwirkmaschinen fur die Verfestigung von Vliesen/ Vliesstoffen werden die Fasem in die Maschen der Wirkfadensysteme analog dem Vlies-Nahwirkverfahren (Maliwatt) eingebunden, ohne Maschen zu bilden. Zusatdich konnen neben den Faservliesen auch noch weitere Fadensy steme mit eingebunden werden [ 851: Verfestigung Verfestigung - Verfestigung - Verfestigung -
mit mit mit mit
Wirkf5den mittels einer oder mehrerer Legeschienen Wirkfaden und SchuBeintrag Wirkfaden, SchuBeintrag und Stehfaden Wirkfaden und Stehfaden und
-
Verfestigung mit Wirkfaden, SchuBeintrag, Stehfaden sowie Fadenvorlage in
+45" und -45" oder anderen Winkeln
Dadurch entsteht eine Vielfalt an Variationsmoglichkeiten. Diese werden zielgerichtet zur Sicherung unterschiedlichster Eigenschaftsprofile von Erzeugnissen genutzt. Die eingearbeiteten Fadengelege zielen auf die Erhohung der Festigkeit. Insbesondere ist es moglich, das Kraftaufnahmevermogen anforderungsgerecht durch Wahl der Fadenanordnung, -starke und -dichte richtungsorientiert zu beeinflussen und z. B. den Kraftlinienverlaufen in Bauteilen anzupassen. Kettenwirkautomaten und Raschelmaschinen [86, 871 zur Realisierung dieser Flachenbildungsvarianten stellen in Deutschland die in alphabetischer Reihenfolge genannten Unternehmen her: Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH, Obertshausen und Liba Maschinenfabrik GmbH, Naila Das angewandte Wirkprinzip ist bei allen Herstellern gleich. Lediglich die Wirkelemente und deren Anordnung in den Maschinen unterscheiden sich in geringem MaBe. Als Anschauungsbeispiel ist in Abb. 6-56 stellvertretend fur alle Maschinenhersteller die Arbeitsstelle einer Raschelmaschine schematisch dargestellt. Q
\
r-
i
\
Abb. 6-56. Arbeitsstelle einer Raschelmaschine RS 3 MSUS-V fur die Vliesstoffverstarkung und Pikto-
gramrn eines bi-axial verstarkten Vliesstoffes [86]
6.2.3 Stricken Bei der Nutzung von Rundstrickmaschinen [88] werden die Fasern in Form von Kardenbandern der Arbeitsstelle der Strickmaschine zugefuhrt, uber Minikarden vereinzelt und in die Haken der Zungennadeln eingekammt (Abb. 6-57). Die Faserenden der von den Zungennadeln ubernommenen Faserbuschel werden durch Blasdusen zum Zentrum des Nadelzylinders ausgerichtet. Ein mitverarbeiteter Grundfaden wird gemeinsam mit den Fasern zur Masche abgebunden.
Lunte
Zufuh paar rad
Einkammrad
I I
'Zungennadel
Abb. 6-57. Minikdrde zur Fd\erverein7elung und Zufuhrung der Fawrn in die Arbeitwelle einer Terrot MPKVMP? Hochflorrundstrickmd~chine[ 881
Der Antrieb neuerer Minikarden erfolgt uber Schrittmotoren, die wiederum uber Mikroprozessoren in Verbindung mit einer entsprechenden Software gesteuert werden. Im Zusammenhang mit einer elektronischen Nadelauswahl werden sowohl die aufgenommenen Fasermengen als auch Farben beeinfluh. Es werden Oberbekleidungs- und Futterplusche fur Jacken und Mantel, Spielzeugplusche, Polsterbezugsstoffe und Bodenbelage produziert. Durch die Kombination von Fasern unterschiedlicher Lange, Titer und Querschnitte sowie der Mustertechnik kannen unterschiedlichste Musterungen bis hin zu naturgetreuen Tietiellimitaten realisiert werden. Fur technische Belange stehen Filterstoffe und Malerrollen zur Vetiugung. Eine Neuentwicklung stellt die Loop-Technik dar. Hierbei werden die freien Enden der eingebundenen Fasern zur Nadel zuruckgeblasen und zusammen mit dem Grundfaden zur Masche abgebunden. Dadurch entstehen Polhenkel. woraus sich neue Musterungsmiiglichkeiten und Einsatzgebiete ergeben.
6.3 Verwirbelungsverfahren
Das mechanische Verfahren der Verwirbelung von Faser- und Spinnvliesen mit Wasserstrahlen hat seit etwa 30 Jahren industrielle Bedeutung erlangt. Seit den ersten Laborversuchen um 1960 und den Patenten aus jener Zeit 189-951 bis zu den neuesten Zahlen uber installierte Anlagenkapazitiiten und Erzeugnismengen 1998 (96, 971 ist eine dynamische Entwicklung zu verzeichnen. Besonders in den letzten 10-15 Jahren ist diese durch eine intensive Entwicklung von Verfahrenstechnik und -technologic sowie Produktinnovationen gekennzeichnet [98- 1261.
6.3 Vent.irbelun~sve~ahren
327
6.3.1 Verfahrensentwicklung Vliese aus Fasern, Filamenten oder aus Schichten unterschiedlicher Faserstrukturen werden durch die Einwirkung eines Systems von Fluidstrahlen oder -stromen mit einer erforderlichen Mindestenergie dadurch verfestigt, daB Fasern oder Faserteile durch die auftreffenden Strahlen bzw. Strome erfaBt, umorientiert und mit anderen Faserelementen verwirbelt, verschlungen oder sogar verknotet werden. Die Struktur und die textilphysikalischen Eigenschaften, wie Kraft-Dehnungs-Verhalten der Wirbelvliesstoffe, sind abhangig von Fasereigenschaften, Vliesaufbau, Faseranordnung im Vlies Art und Merkmalen der Fluidstrahlen oder -strome, ihrem Aggregatzustand flussig oder sogar gasformig, den Dusenlochformen, ihrer linearen oder flachenmaljigen Anordnung sowie EnergiegroBen - verfahrensbedingten technischen und technologischen Parametern, z. B. Struktur der Vliestrager fur den Vliestransport im Verwirbelungsbereich, Auftreffwinkel der Fluidstrahlen und der Vliesgeschwindigkeit -
Daraus leitet sich die Vielfalt und Komplexitat der moglichen und fur die Verfahrenstechnologie zu beachtenden Einfluljfaktoren ab. Die zeitliche Entwicklung kann durch vier Abschnitte charakterisiert werden, wie sie in Tabelle 6-9 wiedergegeben sind. Einen Uberblick uber die weltweite Produktion von Wirbelvliesstoffen und Anlagen vermittelt Tabelle 6- 10.
Physikalische Grundlagen Die Applizierung von Fluidstrahlen bzw. -stromen auf Vliese erfolgt nach dem gegenwartigen Stand der Venvirbelungstechnik ausnahmslos mittels Dusenkorpern, die an der Strahlaustrittsstelle eine zylindrische Offnung aufweisen und damit den Strahlen eine Saulen- bis Kegelstumpfform geben. Die in der Literatur genannte Anwendung von Schlitzdusen [93] wird hierbei nicht beachtet. Die vereinfachte Bernoulli-Gleichung fur stationare Stromung
liefert den Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit vw des Strahls an der Austrittsstelle, der Druckdifferenz Ap zwischen Dusenkorper und Umgebung sowie der Dichte p des Mediums (bei Wasser als bevorzugtes Arbeitsmittel 1000 kg/ m3). Die GroBe a berucksichtigt Reibung und weitere Faktoren, welche die Geschwindigkeit vw unter realen Bedingungen verringern. Die Strahlgeschwindigkeit ist relevant fur den Venvirbelungs- und damit auch Verfestigungseffekt. Sie hat auch einen Einflulj auf die benotigte Energie. Der spezifische Energieaufwand E, in kWh/kg zur Verfestigung von 1 kg trockenen Fasern in Vliesform kann nach Gleichung (23) wie folgt berechnet werden [ 1271:
Tabelle 6-Y. Vertahrensentwicklung der Wirhelvlies\toffe Zei t rail m
Technischc Informationen
his 1969
-
Musterung u. Nachbehandlung von Vliesstoffen (891 - Erste Vliesverfestigung 1941 Strahlenanordnung analog Nadelmaschine (Hydrolooniing) 1951 Begriff ,.Hochgeschwindigkeits\trlime" [ I281 - 1968 Verwirbeln v o n Filamenten zu Vliesstolfen Hochenergieprozesse 189. I121 rnit columnaren Wasserstrahlen -Grundpatente von Du Pont de Neniours (USA) [131-133] fur gemusterte u. ungemusterte Vliesstoffe Begrille .,spunlaced nonwovens" und ..hydroentanglement" 1973 Markteinfuhrung ..Sontara" (961 -
1969-1976
-
-
-
KennLeichnende Merhmale Wasser-, Dampf-, Lultstrahlen niedriger Energie fiir Mustcrung ( 1291 und Vliesverfestigung mit iusltrlichcr Binderverfestigung ( \pray-bonding) - Sprayauftragsdusen mi t kegelfiirrnigen Strahlen Entwicklung durch US-Firmen (Chicopee. Du Pont. Johnson und Johnson) Anwendung energiereicher Hochdruckwasserstrahlen Untersuchungen uber EinlluB c o n lmpuls und Energie bei unterschiedlichen Vlicsrnassen atif Verfestigtingseffekt EintluB v o n Dusendruck. querschnitt, Vliesgeschwindigkeit Erprobung vcrschiedener Fasertypen - Differenzierte Verfahrenswege hinsichtlich Wasserstrahldrucke und EnergiegriiBen auBer in Pntenten kaum Informotionen i u Verfa hren und An logentec hn i k - k i n e Anlagenangebote witens des Maschinenbau\ -
-
-
-
-
-
1976-I087
23.05.76 Freigabe von Du PontSchluswlpatenten. Beginn neuer Entwicklungsabschnitt [89. 10 I I Verfahrcnseinteilung (89, 1 121 Hochenergieverfahrcn 21.3 kWh/kg. 210 MPa Mittelenergieverfahren 0,4-0.8 kWh/kg, 5-9 MPa Niedrigencrgieverfahren -0.1 kWh/kg. 2-5 MPa - weltweit 2 0 Anlagen init Gesamtkapuitiit I987 45 000 t [ I 121 Hiichststand 1987 I891 3.6 111Arheitsbreite 90 m/min Vliesgeschwindigheit 9000 I Anlagenkapaiitiit bei 75 g/m' Vliess;tolt I987 Anlagenangehote I89, 96. I 121 durch Valniet Honeycomb und ICBT Perfojet ( F ) - l995/96 Angebote: Fleissner GnibH ( D ) und Courtaulds Engineering ( G B ) Im asiati\chen Raum 1961 Mitsubi\hi Engineering ( J ) . Taiwan Spunlnce Group -1 997 weltweit Erieugung von 150000 t Wirbelvliesstoffen. etwa 100 Anlagen -Wirbelvliesstoffe fiir technische Anwendungsbereiche Reinigungstucher, Mediiin u. Hygiene. EinlagestofSe. Schichttriiger fur Beschichtung, Haus halt -
-
-
-
nach I987
-
-
-
- Angehot
-
-
koinpletter Anlagen liir Wirhelk Iie\\tofte Verbeswrung des energctischen Wirkungsgrndes Leistung der Aquajet-Anlage der Firma Flei\wer ( 1999) Ilruck his 60 MPa Geschwindigkeit bis 300 idmin. bei NaB- u. Spinnvlies his 500 m/min Arbeitsbreite his 5.4 in Viiecniassen IS-600 g/m'
6.3 Vrru~irbelungsvr~uhren
329
Tabelle 6-10. Uberblick uber Untemehmen, Anlagen und Produktion von Wirbelvliesstoffen KontinenULand
Zahl 1998
Europa 1995 1997198 Asien (aul3er Japan) Japan USA Lateinameri ka
c "
Es
=
I
Unternehmen
Anlagen
IS 33 16 18 S
22 42 20 23
9 3
2
Produ ktionsmenge in t I997
40 000 I0 000 I 8 000
80 000
if ' p . 10-3
m, . v, . AB . 6 0
i f = Volumenstrom je Dusenbalken in m3/s P
= Uberdruck im Wasserbalken in N/m'
m, v, AB n
= Flachenmasse in kg/m2 = Vliesgeschwindigkeit in d m i n = Arbeitsbreite in m
= Anzahl Dusenbalken
Eine optimale ProzeBfuhrung und Verfestigungswirkung ist mit abhangig vom Volumenstrom und dem Produkt aus Flachenmasse und Geschwindigkeit des Vlieses bei Einwirkung der Wasserstrahlen. In der Patentschrift [ 1341 wird fur das Produkt aus Arbeit E des Wasserstrahls auf das Faservlies und der Aufprallkraft I in J.N/kg unter den konkreten Bedingungen folgende Gleichung (24) angegeben E . I = K . p'.' . dh . nD/m, . v,
(24) Dabei sind K eine verfahrensspezifische Konstante und dD der Dusendurchmesser, nD= Bohrungszahl je Langeneinheit, mv = Vliesmasse und vv = Vliesgeschwindigkeit. Fur die Verfestigung wird die benotigte applizierte Energie Es je Masseneinheit Vlies nach [ 1351 wie folgt beschrieben:
. v,
(251 C ist der sogenannte ,,Dusenentladungskoeffizient" und vom Druck p abhangig. Er betragt bei 2,1 MPa 0,77 und bei 12,6 MPa 0,62. Unter Beachtung der aus den Gleichungen (22) bis (25) gewonnenen Erkenntnisse ist der Entwicklungsstand durch folgende GroBen gekennzeichnet: Es = K . C . PI.'
. db . nD/m,
hohe Dusenzahl je m Arbeitsbreite mit Lochdurchmessern zwischen 0,08 mm und 0,15 mm - Druckerzeuger, die p bis 60 MPa in den Dusenkorpern realisieren - Vliesgeschwindigkeiten von mehr als 300 d m i n und Vliesmassen bis zu 400 g/m2, wie neuesten Anlagenangeboten [ 124- 127, 1361 zu entnehmen ist -
Die Wasserstrahlverfestigung ist damit an die Leistungsfahigkeit der Trocken- und NaBvliesbildungssysteme speziell in den niedrigen Massebereichen bis 100 g/m’ fur die kontinuierliche ProzelJfuhrung angepal3t [ 1371. Der energetische Aufwand fur die Verfestigung von 1 kg Faservlies hat sich innerhalb von sechs Jahren 1961 um die Halfte vermindert. Er sank von 1,10 kWh/kg auf 0,50 kWh/kg. Zusatzlich zur Bewertung der Verarbeitungsleistung kann ein spezitischer Energiekoeffizient EF unter Beachten des erzielbaren Festigkeitsniveaus von Wirbelvliesstoffen ermittelt werden 1381: EF = ES/FVL (26) Die GroBe FVList die auf die Flachenmasse bezogene Kraftaufnahme eines Wirbelvliesstoffes in N je g/m’ bei einer vorgegebenen Dehnungsbeanspruchung. Der Optimalbereich ist bei minimalem spezifischen Energiekoeffizienten EF erreicht [ 1.191. AuBerhalb dieses Bereiches ist eine Verringerung der Dehnungsemptindlichkeit oder eine Hiichstzugkraftsteigerung nur mit uberproportional steigendem Energieaufwand miiglich. Die Festigkeit von Wirbelvliesstoffen sinkt bei weiter erhohtem Energieaufwand auf Grund von Strukturschadigungen [ 140-1421. Die GriiBe EF macht auch Unterschiede im Grad der Verwirbelung verschiedener Fasertypen (Polymer, Feinheit, Lange, Krauselung) und Vliesarten deutlich.
Verwirbelungsvorgang Die unmittelbaren Vorgange beim Zusammentreffen energiereicher Wasserstrahlen mit den Fasern im Vlies sind schwer zu beobachten. Die Verweilzeit eines Vliesabschnittes in der direkten Wirkungszone eines Wasserstrahls aus einer Bohrung von 0,I mm liegt bei Vliesgeschwindigkeit vv von 100 m/min in der GroBenordnung von lo3 s. Die Strahlgeschwindigkeit vw betragt nach Gleichung (22) 10 bis 100 d s . Die Fasern haben eine Querschnittsflache im Bereich von 10 bis 500 pm’. Unter Beachtung der Erkenntnisse aus der Faserbewegungsanalyse beim OESpinnprozeB [ 1431 mit vergleichbaren zeitlich-raumlichen Verhaltnissen wurden mit der Kurzzeitkinematographie Untersuchungen durchgefuhrt. Bereits ab Dusendrucken von 2 MPa reiBen die Wasserstrahlen zwischen Dusenaustritt und Vlies Luft mit [ 1 1 I]. Zusammen mit der im Vlies befindlichen Luftmenge, die 95-98% des Vliesvolumens entspricht, werden mit den entstehenden Wassertriipfchen beim Aufprall der Strahlen auf das Vlies Aerosole gebildet. Die Beeinflussungszone bei der Vliespassage durch die Strahlenreihe urnfafit nach [ I 1 I , 1441 eine kurze Strekke. In vier Phasen werden -
-
-
Fasern parallelisiert und vorzugsweise in Langsrichtung umorientiert Fasern unter beginnender Vliesverdichtung bogenformig abwarts bewegt und zur Strahllinie hin gezogen bei Passieren der Strahlen die Vlieslagen auf das 10- bis 20fache der urspriinglichen Struktur verdichtet und horizontal umgelenkt die Vlieslagen erst nach der Strahlpassage von der Unterseite her durchtrankt, wobei die Vliesverdichtung etwas aufgehoben wird
6.3 VenvirbelunRsve~uhren
i
Wasserdruck rnax 600 bar
3
33 1
2
7 6
-b
Abb. 6-58. Prinzip der Vliesverwirbelung. I Wasserbalken. 2 Wasserstrahl. 3 unverfestigtes Vlies. 4 Siebunterlage, 5 Trommel. 6 Vliesstoff, 7 Luft- und Wasseniicklauf
Die Abbildung 6-58 verdeutlicht den Vorgang. Die beim Durchlauf des Vlieses unter dem Wasserstrahl auftretenden Prallkrafte konnen gemessen werden [ 1451. Entscheidend fur den Faservenvirbelungseffekt ist neben anderen Faktoren die GroBe der Vliesbewegung vv im Verhaltnis zu diesen Kraften: 1st bei Maschinenstillstand vv Null, findet eine Verdrangung von Fasern anstelle ihrer Verwirbelung mit der Folge einer Vliesperforation und einsetzender Faserzerstorung statt. Dies fuhrt zum bekannten Trennverfahren mit Wasserstrahlen [ 146, 1471. Hohe Prallkrafte in Verbindung mit niedriger Vliesgeschwindigkeit vv und Vliesmasse mv verursachen eine Faserumorientierung in vorzugsweise senkrechte Richtung. Unerwunscht ist dabei das Durchtreten von Fasern durch den Vliestrager und eine Verbindung mit ihm. Envunscht ist dieser Vorgang dann, wenn mehrere Vliese oder andere Schichten zu einem Verbundstoff vereinigt werden sollen [ 1481. Mit der Entwicklung leistungsfahiger Filtrationssysteme [ 105, 1061 ist die Wasserstrahlverfestigung von Naturfaservliesen moglich. Inzwischen wird die Splitfahigkeit moderner Chemiefasern wie Lyocell- und Bikomponenttypen fur die Entwicklung neuer Wirbelvliesstofftypen z. B. fur Filter gezielt genutzt [ 104, 116, 1271. Eine optimale Verfestigung des Vlieses auBert sich in einer Struktur des Wirbelvliesstoffs, die durch Anordnungen paralleler Bundel von Faserabschnitten, umwunden von venvirbelten Faseranteilen, gekennzeichnet ist [ 1491. Abb. 6-59 zeigt eine derartige Struktur. Wegen der zunehmenden Langsorientierung der Fasern im Vlies beim Passieren mehrerer Wasserstrahlreihen und gleichzeitiger Verringerung des Vliesquerschnittes gegenuber der Strahleinwirkung ist in der Regel eine Steigerung des angelegten Drucks in den aufeinanderfolgenden Dusenkorpern vorzunehmen. Die Struktur des vorgelegten Vlieses ist ebenfalls mal3gebend. Vliese mit Wirr- oder Querfaserlage begunstigen den ProzeB der Faservenvirbelung und die erzielbare Festigkeit. Fur einen optimalen Verfestigungseffekt muB ein Vlies eine grol3ere Anzahl aufeinanderfolgender Dusenreihen passieren. Schwerpunkte der Faservenvirbelung bilden zunachst die oberflachennahen Schichten beider Vliesseiten. Die Fasern der Seite, die den auftreffenden Strahlen zugewandt ist, werden dabei anders beeinflufit als die Faserschicht der Unterseite, die auf dem durchlassigen Vliestrager aufliegt. Der
Abb. 6-59. Struktur eines Wirbelvliesstoffes: a) Querschnitt. h ) Draufsicht
Abb. 6-60. Wirbelvliesstoffe mit unterschiedlichen Strukturen nach [ I 141
Wechsel der Bearbeitungsseite nach moglichst jeder Dusenreihe verbessert den Grad der Verfestigung [ 109, 1 14, 1 19, 136, 14 I , 1441 und fuhrt bei ansteigenden Drucken allm2hlich auch zur Verfestigung der inneren Schichten bei dicken Vliesen und damil zur Strukturvergleichmlligung. Es ist auch moglich, Wirbelvliesstoffe mit unterschiedlichen Strukturen (Abb. 6-60) oder zwei unterschiedlichen Oberfliichen und einem Dichtegradienten uber den Vliesquerschnitt herzustellen. Die Struktur des Vliesstoffes wird wesentlich durch die Struktur der Siebunterlage bestimmt. Damit konnen auch strukturierte Wirbelvliesstoffe gefertigt werden.
Wirbelvliesstoffe Die nach Verwirbelungsverfahren hergestellten Vliesstoffe zeichnen sich durch folgende Eigenschaften am: -
Sie sind in der Regel frei von Bindemitteln, storenden Verunreinigungen und sonstigen Fremdstoffen (mit Ausnahme gezielter Wirkstoffdotierungen fur definierte Anforderungen und Anwendungszwecke), daher besonders geeignet fur medizinische und sanitare Produkte mil hygienisch sensiblem Charakter.
6.3 VenuirhelunRsve~ahren -
333
Sie sind weich, drapier- und saugfahig, besitzen hohe Absorptions- und Retentionswerte (ausgedriickt in spezifischen GroBen wie % oder g/g Vliesstoff) und konnen flusenfrei und abriebfest sein, so daB Polier-, Putz- und Reinigungstiicher selbst fur Reinraumanforderungen ein weiteres grol3es Einsatzgebiet darstellen.
Sie umfassen nach dem aktuellen technischen Entwicklungsstand einen weiten Flachenmassebereich (20 bis >400 g/m2) und ein breites Spektrum in der Faserzusammensetzung hinsichtlich Polymer und Geometrie. Der Grad der Verfestigung ist nach Abb. 6-61 vom Druck abhangig. Aus Tabelle 6-1 I ist erkennbar, wie sich mit steigendem Druck die Vliesstoffestigkeiten in Langs- und Quemchtung andem und damit das MD:CD-Verhaltnis beeinflussen. Zielgerichtet kann das Kraft-Dehnungsverhalten im MD:CD-Verhaltnis durch thermische Nachbehandlungen des Vliesstoffes beeinfluljt und an die gestellten technischen Anforderungen der Vliesstoffe angepaBt werden.
Abb. 6-61. Vliesfestigkeit in Abhangigkeit vom Wasserstrahldruck fur verschiedene Flachenmassen
Tabelle 6-11. Abhingigkeit der H6chstzugkraft eines Polyester-Wirbelvliesstoffes ( 100 glm') vom Druck - Summe von 3 his 9 Dusenleisten [149] Druck (MPa)
Hochstzugkraft (N/S cm) lings
4 9 20 31 44 58
74
2,2 16.7 46,s 102,4 127.0
1so,1 145,3
Verhiltnis MDCD quer
I ,8 11,3
29.8 64.0 73.2 91.1 77,7
1,22 I ,48 1.56 1.69 I ,73 I .6S I ,87
334
6 Vlie.s~,erffr.stiRirriK
6.3.2 Faserstoff- und ProzeBeinfliisse Die Tabelle 6-12 aus [ I 1 I ] stellt eine Ubersicht der wesentlichen Faktoren beim Verwirbelungsverfahren dar. Tabelle 6-12. EinfluBfaktoren Verwirbelungsverfahren Faserstoffeinflusse
Prozefleinflusse
Polymer Dichte - Kraft-Dehnungs-Verhalten - Struktur, z. B. Fibrillierbarkeit - Steiligkeit, Biegeverhalten - Reibung - Fasermodifikation
Vliesstruktur Flachenmasse - Faseranordnung
~
Geonietrie Liinge - Feinheit - Textur (Kriiuselungsinerkmale) - Querschnittsform - Obertliichenbeschaffenheit -
Sonstige Priiparation, Netzbarkeit u. a.
-
Geschwindigkeit Vliestriiger (Unterlage) Struktur Bindungsart - Offnungsform und -griiBe - Drahtstiirke u. a. ~
-
Duse/Wasserstrahl Querschnittsform - Durchmesser - Anzahl - Anordnung, Verteilung - DrucWEnergie Einwirkungsmodua, z. B. Winkel, Bearbeiten von Vliesobertliichen ( I oder 2) -
~
Faserstoffeinflusse Obwohl prinzipiell alle natiirlichen und synthetischen Polymertypen verarbeitbar sind [ I IS, 1161, haben sich einige als besonders geeignet erwiesen: -
cellulosische Fasem (Baumwolle, Viskose, Lyocell) 193, 99, 106-109, 1131 Polyesterfasern I10 I , 109, 1 1 I , 138, 1441
Diese bilden den Hauptteil der bisher eingesetzten Fasern, oft als Mischungen. Zugunsten der cellulosischen Fasern wird deren Hydrophilie als Eignungskriterium betont [139]. Es ist aber auch die relativ hohe Polymerdichte im Vergleich zu PA6 oder PP zu nennen, da Aramide und Phenolfasem fur die Wasserstrahlverfestigung ebenfalls mit Erfolg Einsatz finden [89, ISO]. Hinsichtlich der Faserfeinheit gilt: Je feiner die Faser, um so besser ist der Verwirbelungseffekt unter gleichen Bedingungen [ IS 1 1. Als obere Grenze werden Fasern von 4 his 6dtex empfohlen [ 1151. Die zunehmende Steifheit und kleinere spezifixche Oberfliiche behindern dann die Verwirbelung [ 107, 113, 138, 1441, wahrend umgekehrt Fibrillierung und Aufsplittung von urspriinglich groberen Fasern den Verfestigungseffekt erhohen [89, 99, 104, 107, 1271. Bei der Faserliinge existiert eine Begrenzung nicht. Auch Kurzfasern, nach Na13verfahren oder mittels Luftlegeverfahren zu Vliesen verarbeitet und in der Regel mit
6.3 Venvirbelungsverfahren
335
Schichten aus Stapelfasem oder Filamenten kombiniert, finden verbreitet Anwendung [89, 96, 99, 101, 126, 1521. Wirbelvliesstoffe aus 50% Polyesterfasem und 50% Fluff mit Flachenmassen von 60 bis 80 g/m2 sind ein Beispiel dafur. Im normalen Faserlangenbereich zwischen 20 und 60 mm Faserlange wirken langere Fasem festigkeitserhohend [ 11 1, 113, 144, 1491, da die Strukturausbildung paralleler Faserbundel gefordert wird. Die Faserhersteller tragen diesen Forderungen durch Entwicklung spezieller Fasertypen zunehmend Rechnung [ 1 131. Hierzu gehoren auch geeignete Faserpraparationen und Krauselungsparameter. Werden Driicke von uber 20 MPa angewendet, konnen auch Spinnvliese erfolgreich durch Wasserstrahlen verfestigt werden [ 1531. Spinnvliesstoffe zeichnen sich durch ein nahezu lineares Spannungs-Dehnungsverhalten aus.
ProzeBeinflusse Die Art der Vliesbildung ist von doppelter Bedeutung: -
-
Die Vorzugsrichtung der Faserorientierung entscheidet mit uber den Verwirbelungseffekt Die Vliesgeschwindigkeit vv ist ein wichtiger Parameter fur Wirtschaftlichkeitsberechnungen bei Venvirbelungsverfahren [89, 96, 1 121
Bei der Wasserstrahlverfestigung von Filament-, NaB- und luftgelegten Vliesen ist der zweite Faktor nicht kritisch [ 1541. Die Verarbeitung von Stapelfasem erfordert dagegen eine auf Einsatzgebiet und Produktqualitat abgestimmte Vliesbildungstechnologie, wobei sowohl Win- als auch quergetafelte Vliese in der Praxis anzutreffen sind. Wegen der geringeren Leistungsdaten werden oft mehrere Vliesbildner - wie Krempeln - fur eine Verfestigungsanlage benotigt [89, 96, 1361. Neben der Faserdurchsatzmenge eines Vliesbildners ist die Masse je Flacheneinheit mv, die sich als Energiebeaufschlagung manifestierende Drucksumme und Wassermenge aller Strahlen sowie das konkrete Ziel der Vliesverfestigung fur die Hohe von vv maljgebend [93, 108, 109, 116, 136, 138, 1541. Fur die jeweils optimale ProzeBdurchfuhrung sind empirische Methoden noch dominierend. Die Gestaltung der Vliestrager bestimmt in starkem MaBe die Wirbelvliesstoffstruktur. Als Grundregel gilt: Fur gemusterte Vliesstoffe - meist in Form von regelmaBigen Offnungen - werden grobe Siebe oder Walzenkombinationen mit perforierten Trommeln verwendet, die oft profiliert, mit dicken Drahten und grol3en freien Flachen versehen sind. Fur Wirbelvliesstoffe rnit geschlossener Oberflache bestehen die Trager dagegen aus Feindraht-Sieben hoher mesh-Zahl. Die Patentliteratur bietet hierfur viele Hinweise [ 1581. Die Moglichkeit eines kurzdauemden Tragerwechsels bei Produktumstellung gehort zu den Grundforderungen an modeme Verfestigungsanlagen. Der Stand der Technik bei der Konstruktion von Dusenbalken, -streifen und bei der Gestaltung der Einzeldusen selbst (Querschnitt, Bohrungsqualitat) ist im letzten Jahrzehnt besonders fortgeschritten. Als Kemstuck des Verfestigungsprozesses ist dieser Teil fur die Verbesserung der Energiebilanz verantwortlich.
Verbreitet sind folgende Parameter 189, 109, 112, 124, 127, 1381: -
-
Zylindrische Dusenquerschnitte rnit bestimmten Verhiiltnissen von Liinge und Durchmesser, letztere liegen zwischen 0,08 und 0, 15 mm Anordnung der Dusen in parallelen, oft zueinander versetzten Reihen (90 zur Vlieslaufrichtung); Abstand der Dusenbohrungen voneinander kleiner 1 mm und der Austrittsoffnungen von der Vliesoberfliiche im cm-Bereich
Andere technische Losungen sind vor allem in der Patentliteratur erlautert worden, darunter Schlitzdusen [93], changierende Dusenbalken, trichterfiirmige Dusenquerschnitte [ 1591. Fur die Einhaltung konstanter Bedingungen bei Wasserstrahlerzeugung und -einwirkung auf vorgelegte Vliese sind die folgenden EinfluBgroBen wichtige Kriterien zur Charakterisierung des Standes der Technik: -
Leistung der Hochdruckpumpe(n) (Kolben- oder Zentrifugalpumpen) Entfernung des Wasser-Luft-Gemisches aus den Vliesen (Absaugsystem) Art des Filtersystems fur Frisch- und zirkulierendes Wasser Standzeit der Dusenelemente, Reinigungseinnchtungen, Auswechselbarkeit ohne Maschinenhalt
6.3.3 Verfestigungsanlagen Die anlagentechnischen Entwicklungen zur Wasserstrahlverfestigung werden seit I996 von drei Unternehmen angeboten: -
-
ICBT Perfojet, in Kooperation rnit Valmet-Honeycomb [96, 120, 125, 1361 und M & J Fibretech [ 15.51 fur Luftlegeverfahren Fleissner GmbH & Co., in Kooperation rnit Dan-Webforming A/S (Airlaid-Verfahren) [96, 124, 126, 127, 137, 141, 142, 1.52, 154-156] CEL International (vorher Courtaulds Engineering), zu AKZO Nobel gehiirig [96, 121, 1551
Nach [96] ist das Anlagenkonzept JETLACE 2000 von ICBT Perfojet bis 1998 rnit etwa 20 Produktionsanlagen weltweit vertreten. Die Modifizierung AIRlace 2000 kombiniert die Wasserstrahltechnologie rnit einem Luftlege-Verfahren [ 1361. Die Abb. 6-62 [ 1571 zeigt einen Ausschnitt einer JETLACE 2000. Die Maschinenkonfiguration umfaBt eine Reihe Trommeln fur wechselseitige Verfestigung der Vliesseiten. Zu jeder Verfestigungsstufe gehoren ein bis zwei Dusenbalken [136]. Bei einer Arbeitsbreite von 3,s m und einer Nutzbreite von 3,3 m werden Injektoren mit Drucken bis 40 MPa eingesetzt. Durch hydraulische Verschlufitechnik ist ein schneller Wechsel der Dusentrager moglich [ 155 1. Weitere technische Details sind: Individuelle Pumpe fur jeden Injektor, DruckPulsationsdiimpfer, spezielle Behandlung der Kolben zur Verhinderung von Vibrationen, vollautomatisches Filtersystem, computergesteuertes ProzeBleitsystem. Gegenuber dem technischen Stand von 1995 hat sich der Energiebedarf auf 25% verringert, und die Festigkeit von Wirbelvliesstoffen aus PES und CV ist bei vergleichbarer Vliesmasse um 40% erhoht worden.
Ahh. 6-62. Ausschnitt einer JETLACE 2000-Anlage der ICBT Perfojet
Die Tabelle 6- I3 enthalt Daten zur Charakterisierung der Anlagenleistung
[ 1361. Der Frischwasserbedarf betragt 3 bis 5 m'h.
Mit den1 AquaJet Spunlace System hat sich die Fleissner GmbH & Co. in den letzten Jahren zum Marktfuhrer mit bisher 16 installierten Anlagen [ 1551 entwikkelt (Abb. 6-63). Die Anwendung des Systems hat sich seit 1997 durch die Einbeziehung des Airlay-Verfahrens von Dan-Webforming enveitert [ 126, 1521. Tabelle 6-13. kncrgieheddrf E4 be] V l i e s g e ~ h w i n d i g h c i tc v fur Lerschiedene V l i e ~ i u ~ ~ n i n i e n s e l i u n gen f u r JETLACI- 7000 Faser
PES
cv
70%/PIIS 30%
mv in g/m'
35 60 60
Es in kWh/hg be] vv
idtiiin:
SO
250
0.20 0.29 0.22
0,18 0.23 0, I7
Das ,,AquaJet"-System zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: Arbeitsbrcitc bis 4,2 m; Driicke bis 60 MPa bei Vliesgeschwindigkeiten bis 300 d m i n jc nach Vliescharakteristik und Verfestigungsziel (konzipiert sind Dusenbalken mit Driicken bis 60MPa fur Vliese von 600g/m2 und hoher [126, 1371). - Ein- bis lunfstufiger VerfestigungsprozcB, Anlagenvarianten in Abhangigkeit von Einsarzzweck [ 124, 127, 1541, in der Regel mit beidseitiger Bearbeitung der Vliesc 1141, 1421. - Vorbehandlung einlaufender Vliese mit einem Kompaktierband, wodurch eine Verdichtung und Entluftung ohne Verschieben von Faserlagen crfolgt [ 124, -
Abb. 6-63. Flcissner AquaJet Spunlace-Anlnge dreistufif mit Fleissner-Tronimeltrocknerund automatischem Wickler
1541, anschlieljend Vorbefeuchten und Vorverfestigung mit Wasserstrahlen geringen Drucks als Option. - Kombination von Vorverfestigungstrommel und Dusenbalken als erste Verfestigungsstufe; leicht wechselbare Dusenstreifen mit je ein bis zwei Dusenreihen (Dusendurchmesser 0,lO bis 0,lS mm, -ahstand 0,6 mm), Selbstdichtungseffekt; Trommelschalen und darautliegendes Spunlace-Sieb sind ebenfalls leicht wechselbar, die Trommel wird durch den Absaugzylinder gestutzt, der das WasserLuft-Gemisch kontinuierlich entfernt [ 124, 126, 152, 1541. - Weitere Verfestigungsstufen enthalten Trommeln oder Bander und separate Hochdruckpumpen fur individuelle Druck- und Energiebeaufschlagung; die Trommel- und Tragersieboffnungen sind angepal3t an das konkrete Behandlungsziel (Verfestigen, Mustern). - Wasser-Luft-Separator, riickspulbare Filterelemente (Band, Patronen) oder Flotations-Sandfilter fur die Verarbeitung von Baumwolle und Fluff, eine SchluBentwasserung vor dem Trocknen, Hochleistungs-Durchstromtrockner mit bis 92% offener Flache und Veredlungseinrichtungen komplettieren die Anlage. In Abb. 6-64 sind Prinzipien der Aqudet-Anlagen dargestellt. Die einstutige Anlage (Abb. 6-64) wird fur die Verfestigung einer Vliesseite genutzt. Sie ist auch fur das Verbinden von zwei Komponenten zu einem Vliesstoffverbund geeignet. Bei der Zweistufenanlage erfolgt die Vliesverfestigung beidseitig. Ihre Anwendung wird fur leichte Vliese empfohlen. Mit der Anlage kann nach der beidseitigen Vliesverfestigung in der dritten Stufe ein Oberflachenfinish oder Perforieren erfolgen (Abb. 6-64). Fur schwere Vliese von 150 g/m’ his uber 600 g/m’ wurde der funfstufige Aqudet mit mehrfachem Wechsel der Behandlungsseite entwickelt (siehe Abb. 6-64). Die in jeder Anlage vorhandene Bandentwasserung minimiert den Gesamtenergiebedarf fur die Verfestigung und Trocknung des Vliesstoffes. Ein sehr wesentliches Element der Aqudet-Anlagen sind die Wasserbalken (siehe Abb. 6-65). Mit maximal 4,20 m Arbeitsbreite sind die von der Fleissner GmbH & Co. durch Patente geschutzten Balken im Einsatz. Der Energiebedarf Es betragt fur - ubliche Vliesverfestigung 0,2-0,4 kWhlkg - hochwertige Produkte wie Schichttrager bis 0,8 kWhlkg [ 124, 1541
6.3 VerwirbelunRs~ierhreri
I
a)
3 39
I
I
c)
t
,
Abb. 6-64. Prinzipien der Aqudet-Anlagentechnik der Fleissner GmbH & Co. a) Einstufen-Anlage. b) Dreistufen-Anlage, c ) Funfstufen-Anlage
Verschiedene Varianten des Fleissner Spunlace-Systems beinhalten:
Q p AquaJet: Wasserstrahlverfestigung von Vliesen von 10 bis 600 g/rn2 bis rnaxirnal 300 d m i n und max. 600 bar Druck fur geschlossene und strukturierte Vliesstoffe bei 5 m Arbeitsbreite.
Typ Aquasplit: Verarbeitung von Mikrosegment-Splitfasern [ 1271 mit hohen Impulskraften (Strahlgeschwindigkeit bis 300 m / s ) in drei oder fiinf Verfestigungsctiifm
iind hnhpn
Ahh. 6-65. AquaJet-Wasserbalken in 4.20 rn Arheitshreite der Firma Fleissner GmhH & Co
Typ AquaPulp: Herstellung von airlaidkarded Composites [ 1521 aus zwei (Fluff auf Faservlies) oder drei (Vlies-Fluff-Vlies) Schichten. Typ AquaSpun: Spinnvlies-Wasserstrahlverfestigungssystem fur max. 600 m/min und max. 5 m Arbeitsbreite. Typ AquaTex: Wasserstrahlbehandlungssystem fur Textilien mit der BBA-InterspunTM-Technologie zur Verbesserung der Textilien bezuglich Dichte. Abriebfestigkeit, Anfiirbbarkeit, textilen Griffs und Optik. Die ,,Hydrolace"-Anlage von Courtaulds Engineering ist nach einem Zwillingstrommel-Prinzip aufgebaut [ 1211. Die Variante H. 350 ist zur Verfestigung schwerer Vliese his >400 g/m' bestimmt. Eine zweite (H. 352) wird fur leichtere Wirbelvliesstoffe empfohlen [ 1551. Charakteristische Merkmale: Wenig Injektoren mit hoher Strahlenenergie, Strahlstabilitiit durch verbesserte Dusengeometrie, besonderes Dusenmaterial fur hohe Nutzungsdauer bei Druckmoglichkeiten his 60 MPa. Zur Ausstattung ziihlt ebenfalls ein Filtrationssystem und die automatische ProzeBsteuerung. Die beiden Verfestigungstrommeln sind vertikal angeordnet [ 1 161. Gem% einem Patent [I601 sind auch Konstruktionen mit sechs und mehr Verfestigungswalzen/Dusenbalken moglich.
6.4 Thermische Verfahren (A. WLrtd)
Zu den thermischen Verfestigungsverfahren nach ISO/DIS 1 1 224 (s. Abb. 6- 1 ) gehoren die HeiBluftbehandlung, das Kalandem und das SchweiBen von Vliesen. Bei der chemischen Verfestigung mittels Bindemitteldispersionen ist fur die Kondensation und die Vernetzung der Bindemittelmolekule sowie fur die Trocknung der impragnierten Vliese der Einsatz geeigneter Anlagentechnik erforderlich, die mit HeiBluft arbeitet. Deshalb ist es zweckmaBig, die Vliestrocknung an dieser Stelle mit zu behandeln.
6.4 Therrnische Vertdiren
34 1
6.4.1 Trocknung Unter Trocknung von impragnierten Vliesen oder Vliesstoffen wird die Entfernung von Feuchtigkeit und gegebenenfalls anderen fluchtigen Bestandteilen durch Anwendung thermischer Energie verstanden. Bei der chemischen Verfestigung von Vliesen mit Bindemittel-Dispersionen kann es erforderlich sein, dalj in Verbindung mit der Trocknung die Koagulation der Dispersion bei 40-70°C und die Vemetzung der Bindemittelmolekule bei Temperaturen von 130-1 60 ’C erfolgen mulj. Bei dem Trocknungsprozelj ist das im Vliesstoff vorhandene Wasser auf Verdampfungstemperatur aufzuheizen. Fur den Verdunstungsvorgang des Wassers liegt die Kuhlgrenztemperatur zwischen 70 “C und 80°C. Solange die Wasserverdampfung stattfindet, bleibt die Vliestemperatur kleiner als die zur Trocknung verwendete HeiBlufttemperatur. Mit steigender HeiBlufttemperatur wird die Temperaturdifferenz groljer, was zu einem erhohten Wiirmeubergang und hiiherer Trockengeschwindigkeit fuhrt. Mit der Trocknung kann es zu einer Bindemittelwanderung (Migration) kommen, indem Bindemittelteilchen mit dem Dampf an die Vliesoberflache mitgenommen werden. Dies bedeutet eine ungewollte ungleichmafiige Bindemittelverteilung uber den Vliesquerschnitt, was zu Delaminierungserscheinungen fuhren kann. Bei der Auswahl des geeigneten Trocknungsverfahrens ist zu beachten: Art des Bindemittels und seine Menge im Vliesstoff - Luftdurchlassigkeit des Vliesstoffes und - Produktionsgeschwindigkeit -
Mogliche Trocknungsarten sind: Konvektionstrocknung - Kontakttrocknung - Strahlungstrocknung -
6.4.1.1 Konvektionstrocknung Die Konvektionstrocknung [ 16 1 ] gehort zu den am meisten angewendeten Verfahren. Sie ist dann anwendbar, wenn Luft durch das Vlies hindurchstromen kann. In Abb. 6-66 sind die Luftdurchlassigkeitsbereiche fur verschiedene Vliesstoffproduktgruppen in Abhangigkeit von ihren Flachenmassen dargestellt. Fur die Charakterisierung der Konvektionstrocknung gelten die Gesetze des Warmeuberganges fur -
-
Ubertragung der Warme in den zu trocknenden Vliesstoff und den Stoffubergang fur die Bewegung von Flussigkeit und des Dampfes aus dem Inneren des Vliesstoffes an die Oberflache und an die Trocknungsluft
Damit kann der Trocknungsvorgang als ein Zweistufenprozeb betrachtet werden. In der ersten Stufe findet die Verdunstung des Wassers an der Oberfliiche des Vliesstoffes statt. Dabei wird die Warmeubertragung von der heiljen Luft durch
Abb. 6-66. Luftdurchl~ssigkeitsbereichefur Vliesstoffproduktgruppen init ihren Fllchenmassehcrrichen
die Grenzschicht an der Vliesstoffoberflache und durch den Transport des gebildeten Dampfes durch diese Grenzschicht an die Luft bewirkt. Dabei leistet nur diese Grenzschicht einen Widerstand
h l
t
/
/
/ to
/ Pw
._---_-Luftgrenzschicht
'
_--_-___. ------zu trocknendes Vlies
Warmestrom Q
=A
rr.
(tL
-
to)
1.
(i = h D
p=A CL
P tL
to "1.
PDO
h
= am Austausch beteiligte Flache = Warmeiibergangskoeffizient = Stoffiibergangskoeftizient = Trocknungslufttemperatur = Vliesstoffoberflachentemperatur = Luftgeschwindigkeit = Dampfpartialdruck an der Oberflache
7
mW/m'.K m/s C C dmin N/m2
6.4 Therrnische Verfahren
= Dampfpartialdruck der Trocknungsluft RD = Gaskonstante des Dampfes T = Temperatur der Grenzschicht jlL = Warmeleitfahigkeit in der Grenzschicht D = Diffusionskoeffizient PDL
343
N/m2 J k g "C "K W/mK m2/s
In diesem ProzeBabschnitt kann die Trocknungsgeschwindigkeit durch VergroBern der Temperatur- und Dampfpartialdruckdifferenz zwischen Vliesstoffoberflache und Luft erhoht werden. Die Warme- und Stoffubergangswerte vergroBern sich, wenn die Geschwindigkeit der Trocknungsluft ansteigt. Damit wird die Grenzschichtdicke und somit ihr Widerstand kleiner. Eine FIachenvergroBerung fuhrt auch zu einer Erhohung der Trocknungsgeschwindigkeit. Im zweiten ProzeBabschnitt wird der Verdunstungsort ins Innere des Vliesstoffes verlagert. Damit mussen sowohl der Warme- als auch der Stofftransport Iangere Wege durch bereits getrocknete Vliesstoffschichten zurucklegen. Hierfur gelten nachstehende Beziehungen:
L Pw Q
)-.----__._ _._. Luftstrom
m
------ Luftgrenzschicht ------Trockengrenze
Warmestrom Q = A . K . (tL - tt) Stoffstrom m =
A . CTD RD . T
~
( P D ~- PDL)
(33)
K t,
= Warmeubergangskoeffizient = Temperatur an Trockengrenze
W/m2.K
'C
= Dampfdruckdurchlassigkeitskoeffizient m/s pDt = Dampfpartialdruck an Trockengrenze N/m2 ul)
pD
= Diffusionswiderstandszahl
In diesem Abschnitt sind sowohl die auBeren Diffusionsbedingungen, die uber Temperatur und Luftgeschwindigkeit beeinflufit werden, als auch die Diffusionseigenschaften des Vliesstoffes von Bedeutung. Je weiter der Trocknungsort in den Vliesstoff verlagert wird, sinkt der EinfluB der Warme- und Stoffubergangszahlen und damit der der Luftgeschwindigkeit auf die Trocknungsgeschwindigkeit. Fur
die Endtrocknung von dicken Vliesstoffen mit hoher Dichte hat die Luftgeschwindigkeit nur noch einen geringen EinfluB. Die Trocknungszeit wird dann im wesentlichen von der Temperatur, die zur Dampfteildruckdifferenz gehort, bestimmt. Bei der Trocknung mit Warmezufuhr ist die Art der Luftfuhrung von Wichtigkeit. Bei der Mischlufttrocknung wird die Luft standig im Kreislauf uber den Vliesstoff gefuhrt. In geringem MaBe findet ein Austausch von Abluft gegen Frischluft statt. Damit kann die Stromungsgeschwindigkeit am Vliesstoff hoch gehalten werden. Dies bedeutet warmewirtschaftlich eine gunstige Steigerung der Wiirmeubergangszahlen und gleichmal3ige Trocknung uber die Trocknerlange. Bei dem Beluftungssystem ist zwischen Gleich-, Gegen- oder Kreuzstrom zu unterscheiden. Das Gegenstromprinzip besitzt gegenuber dem Gleichstrom den Vorteil, dalj die Trocknung his zu einer geringen Endfeuchte des Vliesstoffes durchgefuhrt werden kann, ohne ihn zu schadigen. Die Firma Fleissner liefert folgende Beluftungssysteme: Durchbeluftung: Siebtrommeltrockner, Bandtrockner Bedusung: Bandtrockner Parallelbeliiftung: Hotflue-Verweilstrecke Bei der Konvektionstrocknung kommt das Gegenstromprinzip zur Anwendung. Handelt es sich bei dem Trocknungsgut um Vliese, Papiere oder Tissue mit hoher Anfangsfeuchte, und sollen hohe Produktionsgeschwindigkeiten erreicht werden, so wird ein Hochleistungs-Durchstromtrockner mit Durchstromtrommel erforderlich. 1st die Trocknungstemperatur schon auf Maximum ausgelegt, so gibt es nur noch die Moglichkeit einer Erhohung der Luftumwalzung. Diese Trockner arbeiten mit schnellaufenden Spezialventilatoren, die hohe Unterdriicke in der Trommel erzeugen und damit ausreichend grol3e Luftmengen durch das Vlies zwingen. Mit stufen10s regelbaren Ventilatormotoren kann eine gute Anpassung an das jeweilige zu trocknende Produkt erreicht werden. Dafur mussen jedoch auch hohe Motorleistungen fur den Ventilator installiert werden. Je nach Vliesart, Temperatur, Wassergehalt sowie Luftmenge und Differenzdruck werden spezifische Trocknungsleistungen zwischen 15 und 300 kg Wasser/m’/h und mehr erreicht. Abb. 6-67 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Unterdruck und der gewunschten Stromungsgeschwindigkeit der Luft in Abhangigkeit von der Luftdurchliissigkeit des Vlieses. Im Schnittpunkt der Warenkennlinie mit den Ventilatorkennlinien bei verschiedenen Drehzahlen ergibt sich der jeweilige Arbeitspunkt. Die Abbildung zeigt die Moglichkeit der Leistungssteigerung in einem Hochleistungstrockner durch Veranderung der Ventilatordrehzahl. Mit zunehmender Ventilatordrehzahl und damit zunehmender Luftgeschwindigkeit steigt jedoch auch die ~ L I dem S Netz aufgenommene Ventilatorleistung. Die BaugroBe des Ventilators wird so ausgelegt, dab der Betriebspunkt im Bereich des besten Wirkungsgrades liegt. Da bei Eintrommelanlagen das Vlies alle Zustiinde von nal3 his trocken auf derselben Trommel durchlauft, stellen die Koordinaten des angegebenen Betriebspunktes bezuglich Ap und Luftgeschwindigkeit mittlere Werte dar. Fur sehr gut luftdurchlassige Vliesstoffe (trocken gelegte, na13 gelegte, Spinnvliese) kann der preisgunstige Siebtrommeltrockner bzw. der Steg-
6.4 Thermische Verfuhren
345
Abb. 6-67. Arbeitsdiagramm eines Durchstrfirntrockners
trommeltrockner (perforierter Mantel mit aufgesetzten axialen Stegen) venvendet werden. Die Stabilitat der perforierten Trommel ist dabei bei den ublichen Produktionsgeschwindigkeiten bis 300400 d m i n vollig ausreichend. Beim Siebtrommeltrockner ist der grolje Vorteil der direkten Kombination von Durchstromtrommel und Ventilator in einer Kammer mit den dabei gunstigen Stromungswirkungsgraden realisiert (Abb. 6-68). Bei Siebtrommeltrocknern betragt die freie offene Querschnittsflache 48% bis max. 76%, bei Stegtrommel bis 95%. Vorteile der Siebtrommelkonstruktion sind: geringe Stromungsverluste niedriger Warmeverbrauch - wirtschaftliche Beheizung (Direktgas-, Direktolsystem) - Ventilatorleistung stufenlos regelbar -
I
Abb. 6-68. Querschnitt einer Siebtromrnel
..
Abb. 6-6Y. Ausfiihrungsfimnen v o n Siebtroinmeltrocknem. a) Eintromineltrockner; Vliesfiihrung oherhalb Trockner. h ) Eintrommeltrockner; Vliesfuhrung auBerhalh Trockner. c ) Eintromineltrockner mil Verweilband fur Bindemittelvemet/ung. d ) Viettromrneltrockner mit wechselseitiger Vliesdurchstriimung. e ) Zweitronimeltrockner in Vertikalbauweise. f) Siebtrornmeltrockner in Omega-Design
Siebtrommeltrockner der Firma Fleissner konnen mit Durchmessern von 1400 mm, 1880 mm, 2600 mm und 3500 mm und Arbeitsbreiten zwischen 400 und 7000 mm geliefert werden. Sie konnen als Ein- oder Mehrtrommeltrockner mit Zusatzeinrichtungen fur die verschiedensten Vliesstoffqualitaten ausgestattet sein. Abb. 6-69 demonstriert hierfur Ausfuhrungsbeispiele. Fur Siebtrommeltrockner sind folgende Vorteile und Besonderheiten zu nennen: Durch die Anordnung des grofidimensionierten Radialventilators in der Trocknungskammer entstehen im System nur geringe Stromungsverluste. Dadurch wird der elektrische Energieverbrauch fur den Ventilatorantrieb reduziert. Mehrtrommeltrockner, System Fleissner, arbeiten mit wechselseitiger Vliesfuhrung von Trommel zu Trommel und wechselseitiger Luftdurchstromung; dadurch ist eine konstant gleichmal3ige Trocknung gewahrleistet. Bei der Vertikalbauweise ist jede Trommel 3/4 umschlungen. Wegen der kompakten Bauweise ist der Platzbedarf fur diesen Trockner auflerordentlich gering Standard-Perforationen sind 3 mm, 5 mm, 8 mm Durchmesser und quadratische Perforation mit unterschiedlicher freier offener Querschnittstliiche. Siebgewebe unterschiedlichster Feinheit auf den Trommeln, bzw. auf den Trommeln mit Stegen, verhindern Perforationsabdrucke auf empfindlichen Waren. Extrem leichte Vliese von 12 g/m2 bis schwerste luftdurchlassige Vliesstoffe und Filze von 3000 g/m’ und mehr werden getrocknet. Geschwindigkeiten von 300 m/min und mehr sind moglich. Eine Temperaturgenauigkeit von 2 1 ,5 “C selbst bei Temperaturen von 250 “C wird garantiert. Doppelmantelabdeckungen in der Trommel sorgen bei grofien Arbeitsbreiten fur eine VergleichmaBigung des Luftstromes uber die Trommelbreite. Die in der austretenden Warenbahn befindliche Warme wird durch die eingesaugte Frischluft wieder in den Trockner zuruckgefuhrt. Die Abkuhlung der Ware ist somit ein integraler Teil des Systems.
6.4 Therniisclie Vefahren -
347
Bei unterschiedlichen Warenbreiten wird eine innerhalb der Trommel installierte Arbeitsbreitenabdeckung vorgesehen, die Energieverluste vermeidet. Die Heizungsart wird durch die erforderlichen Trocknungstemperaturen beeinflufit. Die Beheizung der Siebtrommeltrockner kann mit Dampf, Warmetragerol, durch direkte Gasheizung, Heifiwasser oder durch Elektroenergie erfolgen. Durch die direkte Vermischung von Trocknungsluft und Verbrennungsgasen bei direkter Gasheizung wird ein Feuerungswirkungsgrad von 100% erreicht. Das bedeutet ca. 30% hohere Wirkungsgrade als bei den anderen Heizsystemen und damit ca. 30% Einsparung von Brennstoff.
Als Anwendungsbeispiele fur den Einsatz von Siebtrommeltrocknern bei der Vliesstofftrocknung sind zu nennen: Eintrommelanlagen fur impragnierte Hygienevliesstoffe und Interlinings Mehrtrommelanlagen fur impragnierte Nadelvliesstoffe fur FuRbodenbelage im Automobilsektor, Filter, Wischtucher, Bitumen-, Syntheseleder-Tragervliesstoffe (Abb. 6-70) - Hochleistungs-Siebtrommeltrockner fur nalj gelegte Vliesstoffe und Spinnvliesstoffe -
Fur erforderliche groRe Trocknungsleistungen bei hoher Geschwindigkeit ist der Einsatz von Hochleistungsdurchstromtrocknern gegeben (Abb. 6-7 1 und 6-72). Fur die Trommelkonstruktion kommt ein neuartiges Elementensystem mit geschraubtem Trommelmantel zur Anwendung.
Abb. 6-70. Siebtrommel-Dun:hsti rtirntrockner in Reihenanordnung
Abb. 6-71. Durchstrorntrockner rnit Hochleistungstrornmel. System Fleissner
Abb. 6-72. Hochleistungs-Siebti rotnmcltrockner fur leichte Vliesc
Der Trockner ist gekennzeichnet durch -
Trommeldurchmesser his 5400 mm und griiBer Arbeitsbreiten his 10000 mm groBe freie Querschnittsflachen von ca. 96% hohe Steifigkeit der Trommel und damit hohe Rundlaufgenauigkeit hohe Produktionsgeschwindigkeiten his 3000 d m i n
Dies ermoglicht: Durchstriimung grol3er Mengen Luft mit hohen Luftgeschwindigkeiten und minimalem Druckverlust sowie entsprechend hoher Energieubertragung - hohe spezifische Wasserverdampfungen his 550 kg/m'. h - hohes Vakuum in der Trommel his uber 1000 mmWS. Dadurch ist die Tromme1 gut geeignet zum Trocknen von dichteren Papierqualitiiten sowie Tissue und Vliesstoffen mit geringer Luftdurchliissigkeit - gleichmaBige Luftverteilung uber die Arbeitsbreite - TemperaturgleichmYl3igkeit his 1 :'C uber die Arbeitsbreite -
Dieses Durchstriimungsprinzip erschliel3t neue Anwendungsgebiete: -
-
Trocknung von wasserstrahlverfestigten Vliesstoffen Trocknung und Verfestigung von impriignierten Vliesstoffen Trocknung luftdurchlassiger Papiere, Filterpapiere, Tissue, Handtuch- und Toilettenpapiere, fur Industrial- und Consumer-Verwendung (Abb. 6-73) Verwendung als Vakuum-Entwasserungswalzen und UbergabeLJbernahmewalzen
Das Durchluftungssystem ist auch auf Bandtrocknungsanlagen anwendbar und zwar dam, wenn - bedingt durch die Art des Vliesstoffes - bei Unterdrucken grol3er 300 Pa eine Abstutzung des Vliesstoffes auf einem waagerecht gefuhrten Band erfolgen mull In Abb. 6-74 sind die Querschnitte von Bandtrocknern dargestellt, die sich hauptsiichlich durch die Ausfuhrung des Transportorganes und die Luftfuhrung unterscheiden. Der Vliesstoff liegt auf dem Band auf und wird durch die Trocknungsluft von oben nach unten durchstromt. Beim Siebbandtrockner wird die Luft uber einen Ventilator unter dem Band abgesaugt, uber Heizkorper
6.4 Therniische &.rfiihrc.ti
349
Abb. 6-73. High -Tech-Durchstriiintrockner
Abb. 6-74. Querschnitte von Bandtrocknern mit Durchbeluftung: a) Siebbandtrockner. b) Plattenbandtrockner)
gefuhrt, durch Dusenkasten gleichmal3ig uber die Breite verteilt und auf die Ware geleitet. Dasselbe geschieht beim Plattenbandtrockner, wobei ein Ventilator die uber die Heizkorper envarmte Luft in einen Stauraum blast, in dem sich ein gleichmal3iger Druck und somit eine gleichmal3ige Luftverteilung und eine uber die Breite gleichmal3ige Luftstromung durch die Ware ergibt. Der Vliesstoff wird uber das Transportorgang in den Trockner hineingefuhrt und aul3erhalb abgegeben. Eine Breitenkontrolle ist nicht moglich, bzw. nur in Form von Spannketten oder -kluppen in Form eines Spannrahmens. Beim Dusentrocknungssystem wird der Vliesstoff an seinen Oberflachen mit einem Prallstrahl beaufschlagt. Die senkrechte Stromungskomponente wird an der Oberflache zu Null und der Luftstrahl wird um 90' umgelenkt, so dal3 eine zur Oberflache parallele Stromung mit einer laminaren Grenzschicht entsteht. Im Vergleich zum Durchstromprinzip wird beim Bedusungssystem bei dicken Vliesstoffen das Innere von heiBer Luft nur gering durchstromt. Trotz hoher Luftgeschwin-
digkeiten ist die Trocknungsgeschwindigkeit beim Bedusungssystem um mehr als das Zehnfache kleiner als beim Siebtrommeltrockner. Die Wirmeubergangszahlen beider Systeme unterscheiden sich in der GroBenordnung: Durchstromung: Bediisung:
u 290470 W/m’K (1
175-190 W/m’K
Das Bedusungssystem kommt beispielsweise dann zur Anwendung, wenn die Vliesstoffe eine sehr geringe Luftdurchliissigkeit haben oder der Vliesstoff sehr schonend getrocknet werden mulj (Abb. 6-75). Der am meisten verbreitete Trockner mit Dusenbeluftung ist die Spannmaschine, wie in Abb. 6-7Sa dargestellt. Die Ware wird beidseitig an den Randern uber Nadeln oder Kluppen gehalten und durch den Trockner hindurchtransportiert. Dadurch ist eine Breitenkontrolle miiglich. Weitere Zusatzeinrichtungen erlauben die Einstellung einer Voreilung zum Erreichen geforderter Flachenmasse. Das Transportorgan fur die Ware besteht also aus einer Kette, die auljerhalb des Trocknungsraumes die Ware aufnimmt, zusammen mit der Ware den Trocknungsraum und das Kuhlfeld durchlauft und danach die Ware auBerhalb wieder abgibt. Die Luftfuhrung ist dadurch gekennzeichnet, dalj die Trocknungsluft mittels Radial- oder Axialventilatoren uber Dusenkasten mit Rund-, Oval- oder Schlitzdusen senkrecht von beiden Seiten auf die Ware auftrifft, nach der Seite umgelenkt und zu den Ventilatoren zuruckgefuhrt wird. Dabei wird sie uber Heizkorper neu aufgewsrmt. Der gesamte Trockner ist in mehrere Zonen aufgeteilt und pro Zone rnit einem Abluftschacht versehen, uber den jeweils ein Teil der wasserdampfbeladenen Umluft abgestoljen wird. Dieselbe Menge Frischluft mu6 dem Kreislauf zugefuhrt und erwarmt werden. Da die Luft, die mit Geschwindigkeiten bis zu 40 m/s aus den Dusen ausstromt, beim Auftreffen auf die Ware abgebremst und umgelenkt wird, liegt eine Mischung aus Bedusung und Parallelbeluftung vor. Aufgrund der Ausbildung des Transportorgans und der Art der Luftfuhrung ist dieser Trockner nicht fur loses Material, fur leichte, spannungsempfindliche Waren und fur Substrate geeignet, die eine geringe Festigkeit besitzen und noch der Verfestigung bedurfen. Eine weitere Maschine mit Bedusung ist der Dusenbandtrockner, der im Autbau der Spannmaschine sehr ahnlich ist (Abb. 6-75 b). Anstelle des Transportorganes
Abb. 6-75. Querschnitte von Bandtrocknern rnit Bedusunpssystem: a) Spannmaschine, h ) Dusenbandtrockner)
6.4 Tlierrnische Verfuhreri
35 1
Kette ist ein Tragband aus Stahl- oder Textilgewebe eingebaut, das den Warentransport ubernimmt. Auch hier verlal3t das Transportorgan fur die Aufnahme und Abgabe der Ware den Trocknungsraum. Durch getrennte Einstellung der Ober- und Unterluft lal3t sich die Ware auf dem Band halten, wobei jedoch keine definierte Breitenkontrolle moglich ist. Bezuglich der Art des Beluftungssystems besteht kaum ein Unterschied zur Spannmaschine. Das Bedusungssystem findet auch fur einseitige Bedusung, fur Etagentrockner und fur getrennte Luftfuhrung Anwendung. Andere Entwicklungen laufen darauf hinaus, durch entsprechende Ausbildung des Dusensystems und der Luftfuhrung einen Trageeffekt zu erzielen, um schadliche Spannungen von der Ware fernzuhalten. In der Regel mussen dabei die Luftgeschwindigkeiten und damit die spezifische Leistung reduziert werden. Derartige Maschinen werden als Schwebetrockner, Schwebedusenrahmen, Luftkissenrahmen, Tragdusentrockner etc. bezeichnet.
6.4.1.2 Kontakttrocknung Bei der Kontakttrocknung empfangt der zu trocknende Vliesstoff ausschliefilich die Warme durch den Kontakt mit den beheizten Walzen. Dabei diffundiert der Dampf von der warmeren Walzenoberflache durch das Vlies zur kalteren Seite. Durch Kapillarkrafte wird auf Grund des sich ausbildenden Flussigkeitsgradienten Feuchtigkeit in Richtung Walzenoberflache zuruckgesaugt. Die Trocknungsgeschwindigkeit bleibt solange konstant, wie Gleichgewicht zwischen Flussigkeitsverdampfung und Flussigkeitstransport zur warmen Kontaktwalze erfolgt. Die Trocknungsgeschwindigkeit nimmt dann ab, wenn die Trockengrenze von der Heizflache in Richtung Vliesstoffoberflache verlagert und der Warmetransportweg vergrol3ert wird. Eine Vliesstoffuberheizung wird in der Form vermieden, indem der Vliesstoff uber mehrere beheizte Kontaktzylinder gefuhrt wird und damit die Trocknung beidseitig erfolgt. Ein Vergleich der Trockenleistung zwischen Konvektions- und Kontakttrocknung ergibt bedeutende Unterschiede fur die Warmeubergangskoeffizienten a: UKonvektion
z 4 - 10
aKontakt
Die Kontakttrocknung (Abb. 6-76) kommt dann zur Anwendung, wenn bestimmte Glatt- oder Bugeleffekte erzielt werden sollen. Durch die Vliesfuhrung uber mehrere Walzen treten hohe Verarbeitungsspannungen auf.
Abb. 6-76.Zylindertrockner rnit vertikaler Walzenanordnung
Die Zylinder sind in Standern zu 6 his 12 Trommeln zusammengefaBt. Es sind Zylinderdurchmesser von 570 und 800 mm ublich. Entsprechend der Trocknungsleistung kiinnen mehrere Stander hintereinander aufgestellt werden. Die Zylinder sind in zwei Reihen versetzt zueinander angeordnet, senkrecht stehend oder liegend. Die Trockenzylinder kiinnen mit Sattdampf, HeiRwasser, einem Warmetragerd oder mit Gas beheizt werden. Die Intensitat der Verdampfung des Wassers im zu trocknenden Vliesstoff ist sehr von dessen Struktur und Dicke abhangig. Bei dunnen Vliesstoffen, bei denen die Oberflache im Verhaltnis zum Volumen groR ist, wird eine hiihere Trocknungsleistung erreicht. Mit zunehmender Dicke sinkt die Trocknungsgeschwindigkeit erheblich. Der Wasserdampf muR von der Oberflache abgefuhrt werden, um die Sattigung der Umgebungsluft und damit den Stillstand des Trocknungsvorganges zu vermeiden. Man kann deshalb die Trocknungsleistung bei der Kontakttrocknung durch Bediisen betrachtlich steigern. Der Kontakttrockner kann als Vortrockner in Kombination mit einem Siebtrommeltrockner verwendet werden. In dieser Kombination wird der harte Griff, der bei reiner Kontakttrocknung entsteht, weitgehend vermieden.
6.4.1.3 Strahlungstrocknung Bei der Strahlungstrocknung wird mit speziellen Heizelementen, den Strahlern, Energie ohne Zwischentriiger an den Vliesstoff ubertragen. Bei entsprechend hohen Strahlertemperaturen kiinnen hiihere Wiirmemengen als bei der Konvektionstrocknung ubertragen werden. Nach dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz ist die Warmemenge von der vierten Potenz der Strahlertemperatur abhangig. Der Warmetransport wird von der Wellenlange der Strahlung und von der Adsorption in der Materie beeinflufit. Wasser hat im Wellenlangenbereich von 1,8 bis 3,s prn ein ausgeprigtes Absorptionsmaximum (Abb. 6-77). Als geeignete Strahler verwendet man keramische IR-Dunkelstrahler, mittelwellige IR-Strahler nus Quarzglas-Rohr oder tlachige Metallfolienstrahler. Strahlungstrockner sollen bevorzugt nur in der ersten Trocknungsphase eingesetzt werden, da eine Gefahr der Vliesschadigung bei Temperaturen griiBer 95 C besteht. Sie kommen zur Vortrocknung von irnpragnierten Vliesen zum Einsatz, bzw. zur Koagulation von impragnierten Vliesen. IR-Strahlungsenergie zeichnet sich auRerdem durch hohe Betriebskosten aus.
T
7
5 60
100
80 60
C
2 P p n
.- LO .-In 20
LO
C 0
20
E
w
Welieniiinge I 10-6m
Ahh. 6-77. Strahlung
__+
Weiieniange I IO+ m
---+
6.4 Thermische Verfkihren
353
6.4.2 HeiBluftverfestigung Die HeiBluftverfestigung - auch Thermofusion genannt - ist eine Trockenverfestigung, die das Vorhandensein thermoplastischer Fasem voraussetzt. Mit der Entwicklung der synthetischen, thermoplastischen Fasem haben die Thermofusionsverfahren an Bedeutung gewonnen. Die Verfahrens- und anlagentechnische Entwicklung fuhrte dazu, daB diese Verfestigungsart fur die verschiedensten Vliesstoffe im Flachenmassebereich von 20 g/m2 bis 4000 g/m' und Dicken bis 200 mm anwendbar ist. Im Vergleich zu den chemischen Verfestigungsverfahren ergeben sich folgende Vorteile: weiche und textilartige Vliesstoffe, kein Bindemitteleinsatz und damit hohe Wirtschaftlichkeit bei geringem maschinellen Aufwand. Eine gleichmaBige Durchverfestigung dicker Vliese ist moglich. Bei Verwendung von thermoplastischen Fasem gleichen Polymers ist vollstandige Recyclingmoglichkeit gegeben. 6.4.2.1
Grundsatzliches
Fur die thermische Vliesverfestigung sind neben den textilmechanischen auch die thermischen Eigenschaften der synthetischen Fasem von Bedeutung. Polymerauswahl, Strukturaufbau und Herstellungsverfahren beeinflussen ihr thermisches Verhalten, insbesondere ihre Thermoplastizitat bei Erwarmung und Abkuhlung. Im Teil I, Abschnitte 1.2.2 und 3.3 sind Herstellungsverfahren und Eigenschaften der Synthesefasern auch als Bindefasern ausfuhrlich behandelt. Erganzend enthalt Tabelle 6-14 eine Auswahl thermischer KenngroBen von Fasem, die fur die Thermofusion von Bedeutung sind. Haufig wird, wie auch in den vorangegangenen Abschnitten, die Einfriertemperatur als Glastemperatur oder auch als Glaspunkt bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daB bei fallender Temperatur - der ,,Einfriertemperatur" - die Bewegung groBer Molekulsegmente in den nichtkristallinen Bereichen ,,einfriert". Oberhalb der ,,Glastemperatur" tritt auf Grund Mikrobrownscher Bewegung die Bewegung von Polymerkettenteilen ein, die zu einem kautschukelastischen Zustand der Faser fuhrt.
Tabelle 6-14. Auswahl thermischer KenngriiBen von Fasem (aus [ 1661) Faser
Viskose Polyamid 6 Polyamid 6.6 Aramid (Nomex) Polyester Polyethylen Polypropy len Pol y viny la1kohol Keramik E-Glas
Einfriertemperatur C
Schmelztemperatur C
40-60 45-65 = 260 70-80-( 100) -(70- 100) -(12-20) 75-90
2 15-220 255-260
850/960
250-260 124- I38 175
1815 1300-1 500
Zersetzungs- Enveichungs- Speziiische temperatur bereich Warme "C C jgI.~-l 175-205 3 10-380 3 10-380 2 370 283-306 328410 230-238
170-200 220-235
1,35- I ,5 1,5- I ,9 1,s-1,9
12 230-250 105-1 20 150-155 200 675-850
I , 1-1.4 I ,4- I ,9 I ,6-2.0 0,8-1,0
0,7-03
WirmeleitPihigkeit w . '.K-' ~ 0.3-0,6 0,29 0,25 0.13 0.2-0.3 0.35 0, I 4 , 3 3,56
Die fur die thermische Verfestigung von Vliesen benotigten Bindefasern kiinnen Mono- oder Bikompomentenfasem mit unterschiedlichem Querschnittsautbau sein. Hiiufig verwendete Querschnittsformen der Bikomponentenfasern sind Kern/ Mantel, Seite-an-Seite und Fasern mit lnselstruktur bzw. Orangenquerschnitt. Durch Polymermischungen oder Polymermodifikationen ist es miiglich, den Schmelzbereich zu senken und den Schrumpf zu minimieren. Bei solchen Fasem ist die Schmelzgeschwindigkeit hoch. Sie konnen im geschmolzenen Zustand ihre Faserform verlieren und sich an den Faserkreuzungen als Schmelzperlen ablagern. Die Bindung zwischen den Fasern bei der Thermofusion kann kohiisiv oder adhiisiv erfolgen. Eine kohiisive Bindung erfolgt dann, wenn intermolekulare Wechselwirkungen zwischen Fasern gleichen Polymers stattfinden. Als praktisches Beispiel ist die Bindung zwischen Bikomponentenfasern mit Polyestermantel und unverstreckten Polyesterfasem zu nennen. Die unverstreckte Faser erweicht oberflYchlich bei der Einfriertemperatur (Glasumwandlungspunkt), wird klebrig und bindungsfiihig. Der Vorgang ist irreversibel. Nach abgeschlossener Kristallisation ist die Bindung thermostabil. Die adhiisive Bindung an den Kreuzungspunkten zwischen Matrix- und Bindefaser erfolgt dann, wenn die Bindefaser bei bestimmter Temperatur plastisch geworden ist. Die Eigenschaften eines thermisch verfestigten Vliesstoffes sind davon abhiingig. wie groB der Bindefaseranteil im Vlies ist. Auswahl des Faserpolymers, Faserfeinheit sowie die Faseranordnung im Vlies bestimmen neben der Vliesstoffmasse auch die Dicke, die Voluminositiit und das Festigkeits-Formiinderungsverhalten. Die Thermofusion ermoglicht das Herstellen sehr voluminoser Vliesstoffe. sogenannter ,,Highloft"- oder Fiberfill"-Vliesstoffe, wie sie z. B. als Fasermatten zur Schaumstoffsubstitution in der Polstermobelindustrie, in Fahrzeugsitzen und der Filterindustrie beniitigt werden. Fur die Charakterisierung von Highloft-Vliesstoffen gibt es verschiedene Definitionen. Saindon [ I671 hat sinnvollerweise eine GroBe C abgeleitet, die die Anzahl Fasern bestinimt, welche durch einen mm2 einer senkrechten Vliesquerschnittsfliiche gehen:
(35) C = Faserflkhe Vliesdichte T,, = Faserfeinheit /it:= Faserdichte d,; = Faserdurchmesser /iV =
( I/mm') (g/cm3) (den) (g/cm3) (mm)
Die freie prozentuale FlYche im Querschnitt FF betrlgt )
FF = 1 - b L . 100% I.'F
6.4.2.2 Verfahrenstechnik Das Aufheizen des Vlieses auf die notwendige Schmelztemperatur und die folgende thermische Bindung zwischen den Fasern kann durch Anwenden des Durchstromprinzips oder des Bedusungsverfahrens mittels HeiBluft erfolgen. Die Firma
6.4 Therniische k r - d i r e n
355
1/1 Durchstromtrornrnel
w
Bandausfuhrung mit Bedusung Bandausfuhrung rnit Durchstromung
0
1000
2000 3000 Vliesrnasse [g/rnz]
4000
Abb. 6-78. Einsatzbereich von Durchstriimtrommel und Siebbandanlage zur HeiBlufiverfestigung
Fleissner liefert hierzu Anlagen mit Hightech-Trommeln, perforierte Siebtrommeln und Siebbandanlagen. Die Auswahl des Verfahrens ist von den geforderten Eigenschaften des Endproduktes, insbesondere seiner Vliesstoffmasse und -dichte abhangig (Abb. 6-78). Wichtig ist, dal3 das Vlies schnell auf die Schmelztemperatur der Schmelz-/ Bindefaser gebracht wird. Sobald die Temperatur erreicht ist, wird die Luftstromung gedrosselt, damit das Volumen des Vlieses erhalten bleibt. AnschlielJend erfolgt die Kuhlung, um eine mogliche Schrumpfung der Bindefasern und damit eine Dickenabnahme des Vlieses zu minimieren. Der Aukeiz- und Kuhlvorgang eines Vlieses erfolgt entsprechend Abb. 6-79. Fur den stationhen Vorgang gilt folgende Gleichung: dQ = cpm. m d6, = (1 . dF . ( ~ Y L
Q = Warmeenergie cpln= Spez. Warme
-
dw)
(37)
kcalk kcal/kg C
m = m.B.v.60
tYw =
= = F = dF = tYL
a
0 =
ksk! m Vliesma\se g/mB Vliesbreite m v Geschwindigkeit m/min Warentemperatur C Lufttemperatur C Warmeubergangszahl kcal/m'.h C Flache m2 B.v.60.dt Temperaturdifferenz = d~ - I Y w
Durch Losen der Differentialgleichung und Umstellung ergibt sich fur die Vliestemperatur
L
Kuhlen
Behandlungszeit t (s) War meu b e r t r ag ung an die Vlresbahn
'\
Abb. 6-79. Aufhei7- und Abkuhlvorgiinge beim Thermoverlestigen niit HeiBluft
Wahrend die spezifische Warme cpm eine faserstoffspezifische GroBe ist, wird die Warmeubergangszahl Y auch von den verfahrensspezifischen Bedingungen beeinflufit. Durch Autheizversuche kann die Warmeubergangszahl Q berechnet werden. 1st *sic fur die verfahrenstechnische Losung bekannt, 1aBt sich die Zeit t bestimmen, bei welcher das Vlies die gewunschte Temperatur erreicht hat. Abb. 6-80 Leigt den qualitativen Zusammenhang zwischen der Fasertemperatur und der Behandlungszeit fur verschiedene Verfahrenslosungen. Beim Autheizen des Vlieses auf die Schmelzetemperatur der Bindefasern erfolgt sowohl beim Durchstromverfahren als auch beim Bedusungsprinzip der Wiirmeubergang durch Kombination von Wiirmeleitung und Konvektion. Beim Durchstromprinzip stromt die HeiBluft durch das Vlies hindurch. Das Bedusungsverfahren ist sowohl fur leichte als auch fur schwere Vliesstoffe anwendbar. Das Vlies wird beidseitig mit HeiBluft bedust und damit ein konvektiver Warmeubergang erzielt. Wahrend ein Teil der Luftmenge durch das Vlies stromt und abgesaugt wird, prallt ein Teil der Luftmenge von der Vliesoberflache mruck. Je nach der Vliesstruktur stellt sich ein bestimmtes Verhaltnis von durchgesetztem zu zuriickgefuhrtem Luftvolumen ein.
1
i T 200 -
.5 Q
f
U
100 0
Abb. 6-80. Vergleich der Aulhcirreiten tur ver\chiedene Verfahrenstechnikcn. / DurchstromprinLip Fleissner, 2 Bedusungsprinzip, 3 Kontaktwarme
2
4
6 Zeit (s)
81012
6.4 Thrrtnische Verj+uhrrti
351
Der Unterschied beider Aufieizsysteme zeigt sich auch in den unterschiedlichen Warmeubergangszahlen. Allgemein gilt QDurchatriim
~ 3 : l aBeduhen Je grol3er Vliesmasse und -dichte des Vliesstoffes sind, um so geringer wird der Unterschied zwischen dem a-Wert. Eine Thermoverfestigung mittels Kontakterwarmung scheidet wegen zu grol3en Aufheizzeiten - insbesondere bei dicken voluminosen Vliesen - aus wirtschaftlichen Griinden aus. HeiBlufttemperatur und Luftgeschwindigkeit beeinflussen die mit der Thermoverfestigungsmethode erreichte Festigkeit des Vliesstoffes. Die notwendige HeiBlufttemperatur richtet sich nach der Schmelztemperatur der Bindefasem. Bei einer Temperaturerhohung kann die Behandlungsdauer reduziert und damit die Produktionsgeschwindigkeit bei gleichbleibender Festigkeit des Vlieses erhoht werden (Abb. 6-8 I). Zu lange Behandlungszeiten bei erhohter Temperatur konnen auf Grund eintretender Strukturanderungen der Fasem zu einem Festigkeitsabbau des Vliesstoffes fuhren. Bei hoherer HeiBluftgeschwindigkeit wird unter sonst gleichen Bedingungen eine Festigkeitssteigerung dann erreicht, wenn dies zu einer Erhohung der Bindepunkte fuhrt (Abb. 6-82). Eine Steigerung der Luftgeschwindigkeit ist nur soweit moglich, daB keine Reduzierung der Dicke und damit des Volumens des Vliesstoffes erfolgt.
t, ’tl
t-Temperotur
Abb. 6-81. Vliesfestigkeit in Abhangigkeit von Verweilzeit und Verlestigungstemperatur
Verweilzeit [sl
~
~~
V- Luftgeschwindigkeit
Abb. 6-82. Vliesfestigkeit in Abhangigkeit von VenveilLeit und Heioluftgeschwindigkeit
Verweilzeit [sl
Der Einsatz von AnpreBsieben fur die Vliesfuhrung bei der HeiBlufterwarmung ist dann ratsam, wenn das Vlies bei der thermischen Bindung an den Faserkreuzungen zur Schrumpfung neigt. Die Folge ist eine unruhige Vliesobertlache. Die Vliesfuhrung mu13 bis zum abgekuhlten Vliesstoff gewahrleistet sein. AuBerdem fuhrt ein AnpreBsieb zu einem erhdhten Energieverbrauch. Von besonderem Vorteil fur den VerfestigungsprozeB ist der Einsatz eines Kalibrierwerkes rnit definierter Spalteinstellung am Auslauf der Anlage. Durch Angleichen der Spalteinstellung an die Vliesstoffenddicke ist eine Beeinflussung des Verfestigungsgrades, des Volumens und der Vliesstoffdichte sowie der Vliesstoffoberflachenglatte moglich. Zur Verkurzung der Abkuhlzeit des verfestigten Vlieses hat sich der Einsatz einer Kuhltrommel mit Luftdurchstromung bewahrt. Damit wird ein mogliches Nachschrumpfen des Vlieses vermieden und seine Zugempfindlichkeit durch evtl. auftretende Geschwindigkeitsdifferenzen an Transportorganen reduziert. Die durch das Vlies angesaugte Kuhlluft wird in den Kreislauf zuruckgefuhrt. Gleichzeitig werden damit Dampfe von Avivagen und anderen fluchtigen Bestandteilen abgesaugt.
6.4.2.3 Anlagentechnik Bei den anlagentechnischen Liisungen fur die HeiBluftverfestigung rnit Durchstriim- oder Bedusungssystemen auf Trommel- oder Bandanlagen (Abb. 6-83) wird auf Abschnitt 6.4.1 hingewiesen. In diesem wurden Siebtrommel- und Bandtrockner fur die Vliestrocknung behandelt. Anlagentechnisch existieren viele Ubereinstimmungen. Anlagen rnit Durchstriimtrommeln sind sowohl zum Trocknen von impragniertem Vlies als auch zur Thermoverfestigung einsetzbar. Abb. 6-84 zeigt eine Thermoverfestigungsanlage mit umlaufenden AnpreBbandern. Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten oder hohen Temperatur- und StromungsgleichmaBigkeiten ist der Einsatz von Hightech-Durchstromtrommeln gegenuber Siebtrommeln vorteilhaft, wenn Vliesstoffe rnit geringer Durchlassigkeit zu verfestigen sind. Bandanlagen rnit Bedusung sind dann zweckmafiig, wenn ein hohes Vliesvolumen erhalten bleiben muB. Bedusen und Durchstrbmen konnen auch in einer Bandanlage kombiniert werden.
Abb. 6-83. '1hcmmoverfestiEtingsanlage mit Siehband
6.4 Thermische Vefohren
359
Abb. 6-84. Thermoverfe\tigung~dnlagemil umlaufenden Anpreabandem
Moglichkeiten fur Kuhlung und Kalibrierung von Vliesstoffen sind in Abb. 6-85 fur Siebtrommeln und Bandanlagen zusammengestellt. Mit der Weiterentwicklung der von der Firma Fleissner entwickelten Doppelbandanlage ROTOSWING (Abb. 6-86) steht fur die Heifiluftverfestigung eine Anlage zur Verfugung, bei welcher das Oberband zum Unterband verstellt werden kann. Durch die stufenlose Verstellung des Oberbandes und der Dusenhohe der oberen Duse ist eine optimale Kalibrierung hinsichtlich Dicke und Dichte des Vliesstoffes moglich.
I
'
'
1
Autornatische Kuhlung Anbau Kuhltrornrnel
Kuhlen und Glatten gleichzeitig
/! t
i
I
I
I
Separates Kuhlfeld rnit Luftdurchsaugung (auch rnit Bedusung rnoglich)
Abb. 6-85. Bcispiele fur Vliexkuhlung mittels Durchstriimung oder Bedusung
Abb. 6-86. Doppelbandanlage ROTOSWING
Mit dieser Anlage konnen z. B. Wattevliese im Bereich von 204000 g/m' bei Dikken von 1-200 mm und groBer verfestigt werden. Hohe Temperatur- und Striimungsgleichmal3igkeit uber die Breite sichem einen konstanten Verfestigungseffekt.
6.4.3 Thermofixierung Die Thermofixierung ist der ProzeB fur das Erreichen einer guten Formbestiindigkeit von Vliesstoffen aus oder mit thermoplastischen Fasern bei erhohten Temperaturen. Ursache hierfur ist die thermisch bedingte molekulare Beweglichkeit der Fasern. Die Formbestiindigkeit kann durch Form- und Schrumpffestigkeit des Vliesstoffes charakterisiert werden. Die Fasern befinden sich wahrend der Vliesherstellung und Verarbeitung unter Spannung und werden mehr oder weniger gedehnt. Fliichengebilde enthalten somit latente Spannungen, deren Losung nur dann miiglich wird, wenn der Warmeinhalt so groR ist, daB eine ausreichende molekulare Beweglichkeit eintritt. In diesem Fall ist mit dem Spannungsabbau ein Schrumpfen verbunden, wenn das Vlies frei auf einer Trommel oder auf einem Band fixiert wird, bzw. ein Schrumpfen wird vermieden, wenn die Ware in der Breite gehalten w i d Eine Thermofixierung kann mittels HeiBluft, Sattdampf oder Heiflwasser durchgefuhrt werden, Den Fasern wird soviel Wiirmeenergie zugefuhrt, da13 sich die infolge von Verformungen stark angespannten inter- und intramolekularen Wechselwirkungen losen und bei anschlieflender Abkuhlung neu formieren und dabei ein Energieminimum der Lage einnehmen. Der Fixiereffekt ist nicht nur von der Temperatur, sondem auch von der Verweildauer, der Spannung und der Abkuhlgeschwindigkeit abhiingig. Als maximale Fixiertemperaturen lassen sich im Falle der HeiBluftfixierung etwa folgende Werte fur die bekannten synthetischen Chemiefasem angeben: PP: PA6: PA 6.6: PAC: PES:
150 C 190°C 225'C 220 C 230"C
6.4 Thrrmischr Vc.rfLlhrc.rr
36 1
Diese Werte tangieren den Erweichungsbereich und liegen etwa 2 0 4 0 'C unter dem Schmelzpunkt. PES-Fasem werden am wirkungsvollsten in HeiBluft fixiert, bei PA ist eine Sattdampffixierung effektiver als eine HeilJluftfixierung. Der Fixierprozel3 hat auch EinfluB auf die Ordnung und die Orientierung der Makromolekule. Dies hangt mit der Umstukturierung der teilkristallinen Fasersubstanz zusammen, und zwar beobachtet man infolge der Fixierung eine Kristalinitatsgradzunahme und insbesondere bei Schrumpfung wahrend des Fixierens eine starke Auflockerung des ungeordneten Anteils. Als Thermofixierbedingungen konnen Temperatur und Zeit als ein MaB fur die Moglichkeit der freien Schrumpfentfaltung, z. B. Voreilung in Maschinenrichtung am Spannrahmen oder am Trommeleinlauf, definiert werden. Normalenveise ist bei den gut durchlassigen Vliesstoffen die Ware innerhalb von ein bis zwei Sekunden auf die Fixiertemperatur aufgeheizt (vgl. auch Abb. 6-80), so daB bei Verwendung von Durchstromtrommeln die Dauer der Thermofixierung ausreichend ist und keinen EinfluB auf die Hohe der Kontraktionskraft ausubt. Die strukturellen Veranderungen haben bereits nach kurzer Zeit ihren Gleichgewichtszustand erreicht. Bezuglich des Einflusses der Thermofixiertemperatur ist festzustellen: je hoher diese Fixiertemperatur ist, um so niedriger liegen die Kontraktionskrafte, d. h. um so niedriger liegt auch der Schrumpf bei wiederaufgeheizter Ware. Es ist bekannt, daB mit hoherer Temperatur der Kristallisationsgrad ansteigt, wobei seine Zunahme auf Kosten der weniger orientierten Bereiche geht. Diese weniger orientierten Zonen sind in einem betrachtlichen AusmaB fur die GroBe des Schrumpfes verantwortlich. Daher gilt, je niedriger ihr Anteil, um so groBer ist die Dimensionsstabilitat und umgekehrt. Im Verlauf der Thermofixierung schrumpft die Ware unter dem EinfluB der Warme so lange, bis die vorgegebene Voreilung in ihrer Lange ganz ausgeschrumpft ist. Von diesem Punkt an findet die nachfolgende Thermofixierung unter Spannung statt. Deshalb gilt, je hoher die Voreilung ist, um so niedriger sind die Spannungen. Die Thermofixierung von Vliesstoffen wird durchgefuhrt zur Faserfixierung zum Abbau von Spannungen im Vlies - zur Erzielen der Dimensionsstabilitat - zum Verhindem des Breitenschrumpfes bei nachfolgenden Ausrustungsvorgangen wie Beschichten usw. -
Durch das Fleissner-Durchstromprinzip wird eine sehr schnelle Aufheizung des Vlieses auf Fixiertemperatur erreicht; das bedeutet eine sehr kompakte Maschine mit allen Vorteilen des geringen Energieverbrauchs. Die erforderliche schockartige Kuhlung wird auf der nachfolgenden Kuhltrommel durchgefuhrt. Fur die Thermofixierung werden Ein- und Mehrtrommelanlagen eingesetzt (Abb. 6-87). Bei vielen Ausriistungsvorgangen von Vliesstoffen ist es erforderlich, wahrend der gesamten Behandlungsdauer die Breite zu kontrollieren und evtl. Schrumpf zu verhindem. Solche Anlagen werden z. B. benotigt zur Fixierung von PES-Vliesen fur Beschichtungstrager, zum Fixieren und Relaxieren von Spinnvliesen usw.
Abh. 6-87. Therniobondanlage mit Siehtronimel
Abb. 6-88. 7 111 hreite Thermofixiei~i~iI~i~e
Neben dem konventionellen Horizontalspannrahmen mit Bediisung wird dafiir hauptsiichlich der Fleissner-Rundspannrahmen und der Fleissner-Eintrommeltrockner mit Nadelleistenbandern eingesetzt (Abb. 6-88). Wahrend der Rundspannrahmen hauptsiichlich dort Verwendung findet, wo unterschiedliche Warenbreiten anfallen. und damit eine Veranderung der Spannbreite in weiten Grenzen notwendig ist, hat der Trockner mit Nadelleistenbandern dort groBe Vorteile, wo nur wenige Materialbreiten gefahren werden mussen. Eine weitere Moglichkeit fur eine Vliesfixierung bei gleichzeitiger Verhinderung des Flachenschrumpfes bietet die Fleissner-Eintrommelanlage mit umlaufendem AnpreBband (siehe auch Abb. 6-84). Das Vlies wird dabei zwischen Siebtrommel und einem um die Trommel umlaufenden Siebband gefuhrt. Das Siebband liegt dabei unter Vorspannung an der Trommel an, so daB ein Schrumpfen vermieden wird. Gleichzeitig erhalt man dabei eine Fasertixierung und eine Festigkeitssteigerung. Noch im gehaltenen Zustand wird das Vlies durch Durchsaugen von Frischluft abgekuhlt. Spinnvliese konnen in gleicher Weise wie Faservliese fixiert werden.
6.4 Thermische Vefahren
363
6.4.4 Thermische Kalanderverfestigung Bei der thermischen Kalanderverfestigung wird ein aus thermoplastischen Fasem oder Filamenten gebildetes Vlies im Walzenspalt eines Kalanders unter Einwirkung von Temperatur, Druck und Zeit gebunden. Dieses Verfahrensprinzip wird als Thermobondierverfahren bezeichnet und hat in den letzten Jahren - insbesondere bei der Verfestigung von leichten Vliesen aus Polypropylen - besondere Bedeutung erlangt. Bei Einsatz einer beheizten gravierten und einer glatten Walze erfolgt die kohasive Verfestigung an den positiven Gravurstellen im Vlies. Zwischen den Bindestellen sol1 die Faser- bzw. Filamentstruktur erhalten bleiben. An den Bindestellen werden die Fasem plastifiziert und miteinander verbunden. Die Festigkeit des Vliesstoffes wird wesentlich von den Fasereigenschaften, der Anzahl und Gestaltung der Bindestellen sowie den Prozerjbedingungen beim Thermobondverfahren beeinflufit. Das Verfahren besitzt Vorteile insbesondere bei der Verfestigung leichter Vliesstoffe hinsichtlich -
niedrigem Energieverbrauch hoher Produktionsgeschwindigkeiten und Erhalt der textilen Eigenschaften, wie z.B. Griff und Porositat zwischen den Bindestellen
6.4.4.1 Verfahrenstechnik Durch die Kopplung der Vliesbildung mit dem Thermobondverfahren wird das gebildete Vlies dem Kalander zugefuhrt, zwischen zwei angetriebenen beheizten Walzen im Walzenspalt verdichtet und in sehr kurzer Zeit an den Kontaktstellen angeschmolzen. Der so verfestigte Vliesstoff wird auf die geforderte Endbreite geschnitten und aufgewickelt. Auf den Grad der Vliesverfestigung haben EinfluB: die Fasereigenschaften, wie Feinheit, Lange, Krauselung, viskoelastisches Verhalten unter thermodynamischen Bedingungen und ihre Erweichungs- und Schmelztemperatur - Flachenmasse des zu verfestigenden Vlieses - Walzendurchmesser, Liniendruck im Walzenspalt - Temperatur - Vliesgeschwindigkeit - Gravurart und Gravuranteil an der Walzenoberflache -
Besonders die genannten sichtbaren Fasereigenschaften bestimmen bei konstanter Flachenmasse die Faserzahl im Vlies sowie seinen strukturellen Aufbau. Feinere Fasem ermoglichen, leichtere Vliese herzustellen. Die niedri sten Flachenmassen .. das Anschmelvon Vliesen liegen heute im Bereich zwischen 5 und 10 g/m . Fur zen der Fasem werden fur die verschiedenen Faserpolymere die in Tabelle 6- 15 genannten Walzentemperaturen angegeben [ 1681. Die Verfestigung eines Vlieses im Walzenspalt ist in Abb. 6-89 dargestellt. Das Vlies Iauft in den Kalander mit der Geschwindigkeit vVEein. Seine Vliesdicke dVEist von Flachenmasse und Vliesdichte abhangig. Bei Kontakt mit den
8
'lahelle 6-15. Wal/cnteinpcraturbereich fur ver\chiedene Faserstoffe nach [ 1681 Faseratoll
Temperaturbereich
Nicderdruch-Polyathylen Pol y propy len Polyamid 6 Polyamid 6.6 Polyester
I 26- I 35 140- I70 110-225 220-260 230-260
(
C)
Abh. 6-89. Geometriwhe Bedingungen beim ThermobondVerfahren R , , R2 Radius der Kalandei walze, dl Vliedicke helm Einlauf, d v ,Vliesdicke beim Au4aut. Vlt Vlie\ge\chwindigkeit beim Einlaut. VIA Vlic\geschwindigkeit beim A u h u t , 20 W,henabplattung
Vvt
beheizten Walzen tritt eine Vliesverdichtung bei gleichzeitiger Erwarmung ein. Die Warmeubertragung auf das Vlies in Form von Warmeleitung findet wahrend der Kontaktzeit t K zwischen den Walzen und dem Vlies statt. Durch die aufgebrachte Belastungskraft P ergibt sich eine Druckfliiche der Breite 2a und der Lange I. Die auftretende Walzenabplattung kann nach der Hertzschen Gleichung (39) berechnet werden [ 1691.
, 1 1 1 mlt - = - + R R I Rz Die Gleichung (39) gilt nur unter Annahme reiner elastischer Kiirper und daR die Abplattung im Verhaltnis zu den Korperabmessungen klein ist. Hierin bedeuten:
R P Es, L a
= = = = =
Walzenradius in mm Belastungskraft in kp Elastizitatsmodul fur Stahl in kp/mm2 Vliesbreite in mm Abplattung in mm
Die Kontaktzeit t K , d. h. die Verweilzeit des Vlieses im Walzenspalt, berechnet sich mit v v = Vliesgeschwindigkeit zu: 2a
tK = V"
v, in m/s
6.4 Therrnische Verfahren
365
Die Erwlrmung des Vlieses mu8 innerhalb der Kontaktzeit so erfolgen, dalj bei gleichzeitiger Druckeinwirkung die Ausbildung der Verfestigungspunkte stattfindet. Nach Verlassen des Walzenspaltes ist eine Dickenzunahme des Vlieses festzustellen. Abb. 6-90 1al3t erkennen, dal3 mit grol3er werdender Vliesgeschwindigkeit die Kontaktzeit kleiner wird. Sie kann mit groljer werdender Linienlast und/oder groljerem Walzendurchmesser erhoht werden. Daraus ergibt sich die Moglichkeit, bei konstanter Kontaktzeit durch Variation der Linienlast die Vliesgeschwindigkeit und damit die Anlagenleistung zu erhohen. Aus Untersuchungen von Bechter u.a. [I701 folgt, in Abhangigkeit von der Temperatur tritt ein Maximum fur die mittlere Hochstzugkraft bei verschiedenen Liniendriicken auf. Bei Uberschreiten der faserspezifischen Temperatur tritt ein Festigkeitsriickgang ein. Die Temperaturangaben beziehen sich immer auf die Temperatur der Walzenobefflache. Sie ist nur so hoch zu wahlen, dalj die Verbindung zwischen den Faserteilen zu optimaler Festigkeit fuhrt und die Faserstruktur im Bindebereich erhalten bleibt. Wei u.a. [I711 stellten fest, dalj die Dicke des Vlieses aus geringorientierten Fasern in einem breiten Temperaturbereich konstant bleibt. Vliese aus hochorientierten Fasern zeigen mit Temperaturanstieg eine Dikkenabnahme, deren Ursache eine Heiljfaserschrumpfung ist. Damit im Zusammenhang steht auch die Deformationswarme, die nach Warner [172] durch das Schmelzen des Polymers teilweise wieder verbraucht wird. Der Druck ist eine weitere wichtige Grolje. Eine Druckerhohung bewirkt eine Steigerung der Schmelztemperatur des Polymers. Aufgaben des Druckes sind: -
Verbesserung der Wbneubertragung von den Walzen auf das Vlies und Schaffen der Verbindung zwischen den oberflachlich angeschmolzenen Fasern
Der Druck zur thermischen Vliesverfestigung wird allgemein als Liniendruck angegeben. Richtigenveise ist er auf die Vliesbreite und nicht auf die Walzenbreite zu beziehen. Der Druckaufbau ist unter Beachten der Kontaktgeometrie und der thermodynamischen Verhaltnisse bei der Vliesverformung zu betrachten. Da im allgemeinen mit gravierten Walzen gearbeitet wird, uberlagern sich noch die elastischen und plastischen Verformungszustande des Vlieses im Bereich der Gravur-
-
1.o tk
mS
0.8
R l = R z = 300 mm, P:2200 N / 100 N/mm R i = R z = 1 8 0 m m , P . l 1 0 0 N / 50N/mm R l = R z = l8Omm, P ~ 2 2 0 0 N / l O O N / m m
Est:21000 kp/mm2 I: Vliesbreite 2200 mm
0.6
'\
0.2 ..
-. '. --. -_- - _ _ '
'\
0.4
--
T--
----
7---
-
~
--
Abb. 6-90. KontaktLeit irn Walzenspalt in Abhangigkeit von der Vliesgeschwindigkeit
stellen. Klocker-Stelter [ 1731 hat sich mit der ProzeBmodellierung iiber das Verhalten von Vliesen im Spalt bei der thermischen Kalanderverfestigung beschiiftigt und kommt dabei auf Grund theoretischer und experimenteller Untersuchungen zu folgenden Ergebnissen: Wahrend bei Annahme der Hertzschen Gleichung der maximale Spaltdruck im Spaltminimum liegt, tritt nach Abb. 6-91 das Druckmaximum vor dem Spaltminimum auf. Dabei ist zu beachten, daB der Spaltdruck bei einer gravierten Wake nur durch die Gravurreihe auf das Vlies iibertragen wird. Der auf den Gravurpunkt wirkende Druck ist somit von der Gravurteilung abhangig. Er ist im Vergleich zu einer glatten Walze um diesen Betrag zu vergrofiern. Die Spaltlast ist in Abhangigkeit der Gravurteilung, der Flachenmasse des Vlieses und der Kontaktstreckenlange zu erhiihen. Bei groBeren Vliesflachenmassen sollte die Walzentemperatur so erhoht werden, daB das Druckmaximum den gleichen Abstand vom Spaltminimum einnimmt. Das Druckmaximum sinkt um den Betrag der griiBer werdenden Kontaktstrecke. Eine gleiche Druckwirkung wird auch erreicht, wenn die Spaltlast erhoht wird. Nach Abb. 6-92 tritt eine Verschiebung des Druckmaximums in Richtung Spaltminimum ein, wenn die Geschwindigkeit vergroBert wird. Gute Festigkeitseigenschaften von thermobondierten Vliesstoffen werden bei kritischem Spaltdruck erreicht, wenn das Erweichen der Fasem ausgelost wird. Dabei muB die Erweichungstemperatur der Fasem vor dem Spaltminimum erreicht sein, damit der maximale Verfestigungsdruck vor dem engsten Spalt auf das Vlies wirken kann.
6.4.4.2 Anlagentechnik Die Vliesverfestigung mittels Kalander ist direkt mit der Vliesbildung aus Fasern oder Filamenten gekoppelt. Das unverfestigte Vlies wird auf Transportbandern dem Kalander zugefuhrt und nach der thermischen Bindung auf GroBdocken auf-
Spaltdruck IN/rnrn'l
Spaltrninimurn
8
-
mm
0.017
rllloh.n.nl.il
-
0
1
2
3
-
4
20
s
~~
5
Zeit Imsl
1 ms
T.15QC
0.833 m m 0
T-140°C
Abb. 6-91. Druck im Grdvurpunkt mil Teinperaturvariation fur Polypropylenvlies I 1731
6.4 Thermische Verfahren
367
Spaltdruck IN/mm?
0
1
2
-1
4
3
Kontaktweg Imml * v-40
rn/min so- 0,017 rnm
-+-
v - 5 0 m/rnin so- 0.018 mm
rn/rnin 0,019 mm
-+L v.70
a;
Abb. 6-92. Geschwindigkeitseinflufi auf Spaltdruck fur Polypropylenvlies [ 1731
gewickelt. Steigende Anlagenleistungen und Arbeitsbreiten uber 5 m bestimmen die Entwicklung der Anlagentechnik bezuglich Vliesfuhrung im Kalander Walzenkonstruktion rnit Gewahrleisten einer konstanten linearen Spaltlast uber die Arbeitsbreite - Walzentemperatur rnit Temperaturkonstanz bis +1 C uber die Breite - Auslegung der Walzengravur entsprechend den Anforderungen an den Vliesstoff -
O
Allgemein werden fur das Thermobondverfahren Zweiwalzen- oder Dreiwalzen-Kalander eingesetzt. Der Zweiwalzen-Kalander arbeitet beispielsweise rnit einer gravierten, beheizten Stahlwalze und einer glatten, beheizten schwimmenden Walze@ [ 1741. Dreiwalzen-Kalander ermoglichen Walzenkombinationen rnit einer oder zwei gravierten Walzen [ 175, 1761. Damit ergeben sich Moglichkeiten, die Vliesverfestigung rnit zwei unterschiedlichen Gravuren, unterschiedlichen Linienlasten undl oder rnit Vliesglattung durchzufuhren. Abb. 6-93 zeigt Moglichkeiten der Vliesfuhrung im Dreiwalzen-Kalander. Die erforderlichen Linienlasten konnen in einem Bereich von 15 bis 200 N/mm liegen und mussen uber die gesamte Breite konstant sein. Dies erfordert geeignete Maljnahmen zur Biegelinienkompensation eines Walzenpaares (s. auch Abschnitt 6.5.3.2). Hydraulisch regelbare Walzen [ 175, 1761 sind die fortschrittlichsten Losungen dafur. Einerseits lassen sich durch die Druckregelung die geforderten Linienlasten realisieren, andererseits kann rnit dem Druckmedium 0 1 gleichzeitig die Walze beheizt und die benotigte thermische Energie in den Walzenspalt mit hoher Konstanz eingebracht werden. Das Konstruktionsprinzip beruht darauf, dalj innerhalb einer hohlgebohrten Walze ein Oldruck aufgebaut wird, welcher der Linienlast direkt ent-
0
Abb. 6-93. Warenlaufiniiglichkeiten durch den Dreiwalien-Kalander
gegenwirkt. Nach diesen Prinzipien arbeiten die Paratherm-Walze von Kleinewefers mit Temperaturen bis 250 C und 600 m/min sowie die beheizten S-Walzen 170 und S-Walze 250 der Kusters Maschinenfabrik [ 1771. Die Kalanderverfestigung von Vliesen mit glatten, beheizten Walzen fuhrt zu einer durchgangigen thermischen Bindung und verleiht dem Vliesstoff einen Foliencharakter. Die Art der Walzengravur und die Zahl der Bindestellen beeinflufit nicht nur den Verfestigungseffekt, sondern auch die Weichheit des Vliesstoffes [ 1781. Als Gravuren kommen runde, quadratische, rechteckige, ovale und rhombenformige Erhebungen zur Anwendung. Um den textilen Charakter des Vliesstoffes zu erhalten, sollte der Anteil der verfestigten Fliiche an der gesamten Vliesstoffflache moglichst gering sein. Er sollte eine Grofie von 20-30% nicht uberschreiten. Die Fliichenmasse des Vlieses bestimmt die Gravurtiefe. Steile Seitenflachen der Gravur sind gunstig fur die Lokalisierung der Bindestelle und fur gute Weichheit und Flexibilitat des Vliesstoffes.
6.4.5
Ultraschall-Verfestigung
Mittels Ultraschall wurden bisher lokalisiert Vliesstoffe steppnahtartig verfestigt. Das Verfahren beruht darauf, daJ3 elektrische Energie in mechanische Vibrationsenergie gewandelt wird. Dabei gilt: E= A. t
eingebrachte elektrische Energie A = Arbeit t =Zeit
A=F.s F = Kraft s =Amplitude der Vibration Mit der Vibrationsamplitude von beispielsweise 100 pm wird das Verfestigungshorn beaufschlagt. An diesen Vibrationsstellen werden die Fasern an ihren Kreuzungsstellen im Vlies enveicht und miteinander verschweifit. Die Ultraschalltechnik fur die Vliesverfestigung mittels Kalander setzt voraus, dafi die Vibrationsamplitude uber die gesamte Vliesbreite konstant ist. Hohe Genauigkeit der Walzen und stabile Befestigung der Ultraschallkopfe ermoglichen
6.5 Chemische Vrtfiuhren
369
die Einhaltung eines konstanten Spaltes. Mit dem von Kusters Maschinenfabrik GmbH & Co. KG und der Herrmann Ultraschalltechnik GmbH entwickelten Ultraschallkalander werden diese Bedingungen bei Geschwindigkeiten von 100 m l min und Arbeitsbreiten gro13er 2000 mm erfullt [ 1771.
6.5
Chemische Verfahren ( P Ehrler; W Schilde)
6.5.1
Einleitung
In diesem Abschnitt werden Verfahren zur adhasiven und kohasiven Verfestigung von Vliesen beschrieben. Viele dieser Verfahren sind weder vliesspezifisch noch verfestigungsspezifisch, d. h. sie eignen sich auch fur andere textile Substrate, und sie werden nicht nur fur die eigentliche Verfestigung verwendet, sondern auch fur nachtragliche Ausrustungsbehandlungen, z. B. fur eine Beschichtung. Thematische Uberschneidungen mit den Kapiteln 7 und 8 sind deshalb unvermeidlich. Zudem ist zu beachten, dal3 die chemische Verfestigung nicht nur als alleinige Bindung eines Vliesstoffs dienen kann, sondem auch als zusatzliche Bindung in Verbindung rnit einer mechanischen (Vor-)Verfestigung. Die Vliesverfestigung auf chemischem Weg umfal3t in der Regel zumindest zwei Schritte: zunachst die Applizierung einer Substanz, dann die Ausldsung der Bindung mittels einer Thermobehandlung. Das vorliegende Kapitel beschaftigt sich mit den Applizierungsmethoden. Zu den Thermobehandlungsverfahren wird auf Abschnitt 6.4 venviesen. Adhasion und Kohasion Eine kohasive Bindung bildet sich ohne Bindemittel zwischen gleichartigen Vliesfasern aus. Der kohasiv verfestigte Vliesstoff ist demnach bindemittelfrei und besteht aus Fasem gleicher Eigenschaften. Ein adhasiv verfestigter Vliesstoff dagegen enthalt Bindemittel (vemetzte bzw. koagulierte Bindeflussigkeit oder erstarrte Bindefasertropfen), das die Matrixfasem miteinander verklebt; zudem kann er aus verschiedenartigen Fasern bestehen. In bindefaserhaltigen Vliesstoffen finden sich adhasive und kohasive Bindungen. Bis in die friihen achtziger Jahre war der wesentliche Anteil chemisch verfestigter Vliesstoffe adhasiv rnit Bindeflussigkeiten verfestigt. Ihre Bedeutung schrumpft seither zugunsten der Prinzipien, uber die nachfolgend berichtet wird. Die Bindungen bei adhasiver Verfestigung beruhen auf intermolekularen Kraften [179, 1801, die in der Grenzschicht zwischen Faser und Binderschicht herrschen. Die maximale Adhasion und zugleich die maximale elastische Dehnbarkeit erreicht dieses Zweikorper-System, wenn sich beide Komponenten in Grenzschicht-Dimensionen auf einen geringen Abstand genahert haben, sich aber - in molekularen Dimensionen betrachtet - noch nicht beriihren (Abb. 6-94). Bei der kohasiven Bindung polymereinheitlicher Vliesfasem existiert keine Grenzschicht.
370 Uo = A/2rg
i
fJ1 ~
I
c W
i
Abb. 6-94. Abstandsabhangiger Verlauf der interinolekularen Kraft F und des Energie-Niveaus U in der Grenzschicht zweier adhiisiv gebundener Molekiile nach [ 1791. A = Konstante. r = Abstand zwischen den Molekiilen, ro= Abstand im Gleichgewichtszustand
Grenzschicht einer adhasiven Bindung Eine ungestorte Grenzschicht lafit sich nur auf einer durch das Bindemittel vollstandig benetzten Faseroberflache erreichen. Luftblasenhaltige Bindestellen sind ein sicheres lndiz fur unzureichende Benetzung. Die Faser-Benetzbarkeit muR deshalb mit Hilfe der Faserpraparation und in Verbindung mit der Bindemittelviskositat so eingestellt werden, da13 sich der Binder in den Faserkreuzungs- und Kontakt-Punkten konzentriert (s. Kapitel 3 ) . Diese Aufgabe gilt, entgegen einer weitverbreiteten Meinung, nicht nur fur Bindeflussigkeiten, sondern ebenso fur die Schmelze von Bindefasern und Pulvern. Synthesefaser-Praparationen (s. Abschnitt 2.5) fordern in der Regel die Benetzbarkeit, weil es sich zumeist um hydrophil wirkende Systeme handelt. Stenemur [ 18 1 ] bestatigte durch Laboruntersuchungen praktische Erfahrungen. Wie groB der Einflufi der Praparation sein kann, offenbart sich in den grossen Vliesstofffestigkeits-Unterschieden, die beim Vergleich mehrerer Faserprovenienzen und damit mehrerer Praparationen typischerweise festzustellen sind. Wenn die fur die Adhasion verantwortliche Grenzschicht noch weitergehend optimiert werden soll, dann mussen die reaktionsfahigen Gruppen (Radikale) des Bindemittels und der Faser maximiert werden (s. Kapitel 3 ) . Morphologie und Anordnung der Bindestellen Die Morphologie der Bindestelle (s. Abb. 6-95) wird wesentlich von BindemittelEigenschaften (s. Kapitel 3 ) und von der Applizierungstechnik beeinflufit. Hierzu gehoren: -
Koagulat einer Bindeflussigkeit: punktformige bis flachige Verbindung Film einer Bindefliissigkeit: ausgepragte flachige Verbindung Schmelze von Pulvern: ausgepragte flachige Verbindungen Bindefasern. geschmolzen oder erweicht: vorwiegend punktformige Verbindungen
6.5 Chemische Ve$ahren
37 1
Abb. 6-95. Formen der Bindestelle bei adhasiver Bindung aus [229]. a) Flachige Einhullung mehrerer Faserkreuzungspunkte; b) kleinflachige und punktformige Umhullung von Faserkreuzungspunkten; c ) punktformige Umhullung von Faserkreuzungspunkten
Bei der raumlichen Verteilung der Bindestellen lassen sich unterscheiden: Vollbindung: eine homogene Bindestellen-Verteilung uber der Vliesstoffflache und -dicke: typisch fur die Bad-Applizierung und bei homogener BindefaserZumischung ObeifZuchliche Bindung: die Bindestellen, in der Flache homogen verteilt, konzentrieren sich auf einer Vliesstoffseite: typisch fur den Sprtih- und Rakelauftrag Partielle Bindung: die Vliesstoff-Oberflache ist, zumeist in Form regelmaBiger Muster, lokal verfestigt: typisch bei einseitigem Auftrag nach der print-bonding-Technik, bei der Pragekalandrierung Graduelle Bindung: die Bindestellen-Konzentration verandert sich kontinuierlich uber die Vliesstoffdicke hinweg: typisch fur migrierten Binder nach der Badapplizierung und beim Pflatschauftrag.
6.5.2 Verfahren zur kohasiven Bindung [ 1821 Die kohasive Bindung bietet die Moglichkeit, Vliesstoffe aus einheitlicher Fasersubstanz bindemittelfrei herzustellen, ein fur manche technische Anwendungen entscheidender konstruktiver Vorteil. Bei gefiirbten Vliesstoffen begunstigt die homogene Zusammensetzung die einheitliche Anfiirbung. Vollflachig kohasiv verfestigte Vliese zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit und Formbestandigkeit aus. Die Steifigkeit 1aBt sich zu Lasten der Formbestandigkeit verringern, wenn das Vlies nur lokal, in Form kleiner Flachen, verfestigt wird, wie z. B. bei pragekalandrierten Vliesstoffen.
6.5.2.1 Kohasive Bindung durch Thermoplastizitit Pragekalandrierung und Thermofusion sind gegenwiirtig die bekanntesten Verfahren einer die kohasive Bindung nutzenden Verfestigung. Ihre Anwendung basiert auf der Thermoplastizitat von Fasern, die sich im enveichten Zustand unter Druck miteinander verbinden lassen (s. Abschnitt 6.4).
372
6 Vliesverfestigung
Durch Thermofusion werden aber auch Vliese verfestigt, deren Fasern als Bindefasern fur die adhiisive Verfestigung verwendet werden. Deshalb sei an dieser Stelle darauf hingewiesen. Die verwendeten Spezialfasern sind seit etwa drei Jahrzehnten bekannt. Zum einen sind es klassische Bikomponentenfasern (Heterofil-Fasern), aus zwei Polymeren unterschiedlicher Schmelztemperatur bestehend (s. Abschnitt 1.2), und zum anderen unverstreckte Polyesterfasern (s. Kapitel 3). Bei den Kernmantel-Fasern befindet sich das niedrigschmelzende Polymer im Fasermantel, der bei der Thermobehandlung erweicht, wahrend der hochschmelzende Faserkern erhalten bleibt. Im Vliesstoff, der ausschlieBlich solche Fasern enthalt, finden sich kohasive und adhasive Bindungen. Bei der Verfestigung unverstreckter Polyesterfasern entstehen ausschliefilich kohasive Bindungen, wenn das aus solchen Fasern bestehende Vlies auf die Glasuniwandlungstemperatur kleiner 100"C erwarmt wird. Die Faseroberflache wird dabei klebrig, so daR sich unter Druck Fasern lokal miteinander verkleben lassen. Die Erweichung geht mit einer irreversiblen Kristallinitatsanderung einher, wodurch die entstandene Bindung auch bei hoherer Temperatur bestandig ist. Solche Vliesstoffe werden fur spezielle Elektroisolations-Aufgaben und fur Filtermedien verwendet.
6.5.2.2 Kohasive Bindung bei angeloster Faseroberflache Das klassische Beispiel fur diese Art kohasiver Bindung liefert Papier: Auf der Oberflache feuchter Zellstofffasern befinden sich reaktive Gruppen, die zwischen benachbarten Fasern nebenvalente Bindungen (Wasserstoffbriicken) ausbilden konnen. Fur kohasiv verfestigte Vliese spielen solche Wasserstoffbriicken keine Rolle; Zellstoff ist nur in adhasiv gebundenen Vliesstoffen (dry-laid) gebrauchlich. Fur Vliesstoffe hat das Losemittelverfahren eine gewisse Bedeutung erlangt: Die Faser wird dabei mit einem faserspezifischen Losemittel oberflachlich und temporar angelost; das Losemittel verbleibt aber nicht im Vliesstoff, sondern verdampft oder wird ausgewaschen. Im Prinzip kann damit jede Faserart verfestigt werden. Neben verfahrenstechnischen Problemen begrenzen aber inzwischen massive okologische Probleme die Anwendung. Drei Verfahrensvarianten haben praktische Bedeutung erlangt: Nach dem ,,Eisenhut-Verfahren" [ 1831 werden Viskosefasern bei Raumtemperatur durch 7%ige Natronlauge oberflachlich angelost. Beim nachfolgenden Abquetschen des Lauge-Uberschusses verbinden sich die Fasern an den Kontaktstellen. Dieses im Prinzip einfache Verfahren, fur die Herstellung von Furnier-Vliesstoffen verwendet, stellt hohe Anspruche an die Faserqualitat und an die ProzeRfuhrung. Auf cyclischeni Tetramethylensulfon, einem thermisch aktivierbaren organischen Losemittel, basierte das in den siebziger Jahren angewendete, verfahrenstechnisch kritische ,,Bondolane-Verfahren" [ 1841. Acryl-, Modacryl-, Diacetat-, Triacetat- und Chlorofasern wurden mit diesem Losemittel rnit Auftragsmengen von 10-1 5% vor dem Krempeln bespriiht. Das losemittelhaltige Vlies durchlief dann eine Thermobehandlung, wobei das verdampfende Losemittel die Fasern oberflachlich anloste. Unter Druck lieR sich das Vlies in diesem Zustand verfestigen. Solche Vliesstoffe zeichneten sich durch eine hohe Formbestandigkeit aus. Acetatfasern, die als kabelformiges Vlies vorliegen, werden rnit Aceton angelost. Bei der nachfolgenden thermischen Behandlung verdampft das Losemittel, und die
6.5 Chernische Verfahreri
373
Fasem verbinden sich lokal miteinander, einen stabilen Formkorper bildend. Solche Formkorper eignen sich fur Zigarrettenfilter und Faserschreiberspitzen.
6.5.3 Verfahren zur adhasiven Verfestigung [ 1851 Die Bindemittel (s. Kapitel 3) werden dem Vlies nach verschiedenartigen Auftragsverfahren zugefuhrt. Die Verfahrensauswahl orientiert sich an den gewunschten Vliesstoffeigenschaften sowie an Art und Konsistenz des Bindemittels: Applizierung der Bindeflussigkeit im Uberschul3 (Badapplizierung) Einseitiger, dosierter Auftrag der Bindeflussigkeit bzw. des Schaums: Sprtihen, ,,print-bonding", Streichwalzen, Rake1 - Mechanische Zufuhrung fester Bindemittel: Streuen thermoplastischer Pulver, Zumischen von Bindefasem -
Nach der Applizierung mu13 W m e , gegebenenfalls auch Druck, einwirken (s. Abschnitt 6.4), um die Verfestigung zu erreichen. Bei Bindeflussigkeiten (s. Abb. 6-96) dient sie zur Koagulation, zur Trocknung und, bei geeigneter Rezeptur, zur Vernetzung; bei festen Bindemitteln zum Schmelzen bzw. Erweichen.
RestAntrocknung
TT
+ lb -;
trocknung
I
-
Kondensreren
-
100
Wassergehalt C Qb I
t
Temperatur
t FK Fw
TF
-
Kapillardruck des wassers Widerstand des Polymeren gegen Verforrnung
Ausbildung der Faserbindung
4 4
b Verdampfen des Wassers
b
~~~~~~~~~~
Oelormation und Zusamrnen. sintern der Latexteilchen
Abb. 6-96. Thermische Behandlung von Vliesen nach der Applizierung von Bindefliissigkeiten [219]. Zeitlicher Verlauf der Vliestemperatur und des Wassergehaltes im Bindertropfen
Eine seit langem diskutierte Alternative zur thermischen Vernetzung beschreibt Clauss [186]: die Strahlenvernetzung. Dieser Weg ist vorrangig von der Verfugbarkeit strahlenvernetzender weicher Bindemittel abhangig.
6.5.3.1 Applizierung flussiger Bindemittel im Uberschuss Die sogenannte Badapplizierung umfaBt die beiden technologischen Schritte: Flotteneintrag in das Vlies und Abquetschen oder Absaugen uberschussiger Flotte.
Applizierung der Flotte Die Flotte befindet sich entweder in einem dem Foulard vorgeschalteten Trog oder direkt im Zwickel des Foulards. Am Walzenpaar des Foulards wird die uberschussige Flotte abgequetscht. Diese Foulardierung ist als Universalverfahren anzusehen und fur mittlere bis schwerere Vliese geeignet. Die Zwickel-Applizierung (siehe Abb. 6-97) zeichnet sich durch folgende Vorteile gegenuber der Trog-Applizierung aus: -
einfaches Verfahrensprinzip minimiertes Flottenvolumen keine separate Flottenruckfuhrung einfache Reinigung geringes Restflotten-Volumen
Die Zwickel-Applizierung stellt allerdings sehr hohe Anspruche an die Benetzbarkeit der Fasem, weil das Vlies in sehr kurzer Zeit - in der GroBenordnung von 0, I Sekunden - vollstandig von der Bindeflussigkeit durchtrlnkt werden muB. Die Benetzungsgeschwindigkeit begrenzt die verarbeitbare Vliesfllchenmasse. Die Trog-Applizierung zeichnet sich durch eine breitere Anwendbarkeit aus, insbesondere wegen der Moglichkeit, uber die Trogabmessungen und eine Zwischenabquetschung die Benetzungsbedingungen zu verbessem (s. Abb. 6-98). Zudem vergleichmassigt sie die Bindeflussigkeits-Verteilung und vergrosert die Flottenaufnahme. Der Nachteil grol3er Flottenvolumina: groBes Restflotten-Volumen
Abb. 6-97. Prinzip der Foulardzwickel-Applizierung[ 2 191: I Quetschwalzenpaar in Honzontalanordnung; 2 Bindefliissigkeitsflotte im Zwickel; 3 Leitwalzen; 4 Vlies
6.5 Chemische Verfahren
375
V
Abb. 6-98. Trog-Applizierung von Bindeflussigkeit [ 1851. Verbesserte Flottenaufnahrne durch Zwischenabquetschung irn Trog. F = Flotte, Q = Foulardwalzen, T=Trog, V= Vlies
und storende Anreicherung abgeloster Faserbegleitstoffe, lal3t sich mit Hilfe von Verdrangungskorpem entschirfen. Auf leichte sowie unverfestigte Vliese lassen sich Bindeflussigkeiten wegen der Gefahr von Fehlverzugen in der Regel nicht direkt applizieren. Das Vlies wird in solchen Fallen, soweit keine thermische Verfestigung moglich ist, mit Hilfe von Siebbandem durch das Bad bis zur Abquetscheinheit transportiert. Die Bander solcher ,,Saturatoren" bedurfen einer standigen Reinigung.
Additionsauftragstechnik (Nan- in Nan-Auftrag) Die sogenannte NaB-in-NaB-Auftragstechnik verkurzt mehrstufige Verfahren durch den Verzicht auf eine Zwischentrocknung; einer ersten NaBbehandlung mit der Applizierung eines ersten Wirkstoffes und einem Abquetschvorgang folgt direkt die zweite NaBbehandlung. Diese Fahnveise hilft, Energie zu sparen, steht aber in dem Ruf, maBig reproduzierbare Ergebnisse zu liefem, weil die Auflagemenge beim zweiten Auftragsschritt wesentlich vom Abquetscheffekt nach dem ersten Auftragsschritt abhangt. Zudem kann sich Restflotte des ersten Auftragsschrittes im Vorlagebehalter des zweiten Auftragsschrittes unkontrollierbar anreichem. Rieker, Braun [ 1871 sehen die Problemlosung in einer leistungsfahigen Online-Priiftechnik. Als spezielle Nass- in Nass-Verfahren sind die f flexnip"-Technik von Kusters und die ,,Optimax"-Technik von Menzel entwickelt worden. Ihr Anwendungsschwerpunkt liegt in der Textilveredlung, doch ist das Prinzip auch fur die Binderapplizierung geeignet: Als f flexnip"-Vorrichtung (siehe Abb. 6-99) wird ein kleiner Trog bezeichnet, den das zu behandelnde Substrat - von einem Hochleistungsquetschwerk kommend - fur den Additionsauftrag von oben nach unten durchlauft [ 1881. Der Trogablauf ist als zweites Quetschwerk ausgebildet. Die von einem Foulard kommende nasse Bahn durchlauft den kleinen Trog, wobei sie zusatzliche Flotte aufnimmt. Das untere Quetschwalzenpaar halt dann den uberschussigen Flottenanteil zuriick - Die ,,Optimax"-Vorrichtung besteht aus einem zweistufigen Quetschwerk, das das zu behandelnde Substrat von unten nach oben durchlauft. Als zweite Auftragsstufe dient der Zwickel dieses ersten Quetschwerks. Schlicht [ 1891 betont
-
9
Abb. 6-99. ,.Flexnip"-Verfahren lur die NaB-in-NaS-Applilicrune [ I881
die sehr rasche Flottenaufnahme des entwasserten und entlufteten Substrats in diesem Zwickel.
6.5.3.2 Entfernen iiberschiissiger Flotte Zwei verfahrenstechnische Grundoperationen haben sich fur diese Aufgabe etabliert: das Abquetschen und das Absaugen. Fur das Abquetschen eignet sich der in der gesamten Textilveredlung gebrauchliche Foulard, ausgestattet mit zwei oder drei Walzen. Der Begriff ,,Quetschen" beschreibt die Funktion dieses Gerates allerdings unzureichend: Der Abquetschvorgang beeinflufit nicht nur die vom Vlies aufgenommene Flottenmenge, sondern auch die Bindemittelverteilung im Vliesstoff und dessen Restvolumen. Ein hoherer Abquetschdruck vergleichmafiigt die Bindemittelverteilung uber der Vliesstoffdicke und senkt die Trocknungskosten, reduziert aber die Vliesstoff-Voluminositat. Eine Drei-Walzen-Anordnung fordert diese Effekte noch. Nikko Seisakkusho verwendet sogar ein Vier-Walzen-Quetschwerk, in dem nicht nur Quetschdruck, sondern mittels einer integrierten luftdichten Zone zusiitzlich pneumatischer Druck erzeugt wird [ 190) (Abb. 6-100). Durch seitliche Abdichtung der Walzenanordnung entsteht ein Zwischenraum, der unter pneumatischen Druck gesetzt werden kann und die mechanische Entwasserung unterstutzt.
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I
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S1 S t ROLL
\ RUBBER ROLL
Abb. 6-100. Vierwalzen-Vedahren (,,Suprajet") zurn rnechanischen und pneumatischen Abquetschen [ 1901
6.5 Chemischr Vrrfahren
317
Eine Absaugung (anstelle einer Abquetschung) der uberschussigen Flotte bietet sich an, wenn das Vlies aus quetschempfindlichen Fasern, z. B. Glasfasern, besteht oder wenn das Vliesvolumen nicht beeintrachtigt werden darf. Sie erfolgt am Schlitz eines Saugkastens, den das impragnierte Vlies passiert. Der Unterdruck am Schlitz sollte mindestens 0,5 bar betragen; er mu13 uber die gesamte Arbeitsbreite hinweg konstant sein. Das abgesaugte Bindemittel wird von der Luft getrennt und zur Applikationsvomchtung zuriickgefuhrt. Bei einer Absaugung ist generell mit einem Konzentrationsgradienten in der Bindemittelverteilung zu rechnen: Auf der dem Schlitz zugewandten Vliesseite ist die Bindemittelkonzentration hoher. Bei porosen vorverfestigten Vliesen kann uberschussige Flotte auch mittels Durchblasen entfernt werden. Damit lasst sich die Restporositat und damit die Luftdurchlassigkeit eines Vliesstoffs wesentlich erhohen.
Mafinahmen zur gleichmalligen Abquetschung Bei den hohen Quetschdriicken: typische Linienkrafte (KraftNalzenlange) liegen im Bereich von 1000 bis 2000 Nkm, biegen sich Quetschwalzen unvermeidlich durch. Damit variieren der lokale Druck und der Abquetscheffekt uber der Vliesbreite. Bei wesentlichen anwendungstechnischen Merkmalen: Festigkeit, Biegesteifigkeit, Porositat und Saugfahigkeit, erzeugt diese UngleichmaBigkeit ein storendes breitenabhangiges Profil. Der Druck langs des Walzenspaltes mu13 also vergleichmaljigt werden. Fur diese Aufgabe wurden verschiedenartige Losungen entwickelt. Bei konstanten Abquetschbedingungen wahrend der gesamten Nutzungsdauer der Anlage laBt sich die Aufgabe rnit einer ,,bornbierten" Walze tonnenformiger Geometrie losen. Die Durchmesservariation liegt dabei in der GroBenordnung von Millimetern, und infolge der Durchbiegung nimmt der Walzenspalt die geforderte geradlinige Form an. Bei variablen Abquetschbedingungen, dem in der Vliesverfestigung ublichen Fall, versagt die Wirkung einer Bombage. Deshalb komgieren entsprechende Vorrichtungen die Form zumindest einer der beiden Walzen: der Gegenwalze oder der druckbeaufschlagten Walze (typische Durchmesservariation: 0,1 bis 1 mm). Das Konstruktionsprinzip solcher Vomchtungen basiert auf dem Austausch der ublichen zylindrischen Walze durch ein aus steifem Walzenkern und elastisch verformbarem Walzenmantel bestehendes System. Damit lassen sich neben der tonnenformigen Walzenform, der parabelartigen Form der durchgebogenen Gegenwalze entsprechend, zumeist auch andere Walzengeometrien einstellen. Die verschiedenen Vorrichtungen unterscheiden sich vorrangig in der Art, wie die Walzenmantel-Verformung erzeugt wird: mechanisch oder hydraulisch bzw. pneumatisch [ 1911. Tendenziell wird die Konstruktion solcher Vomchtungen zunehmend komplizierter, weil die Anforderungen an die GleichmaBigkeit wachsen und Arbeitsbreite sowie Bahngeschwindigkeit groBer werden. Auf dem mechanischen Prinzip basieren beispielsweise der ,,Artos-Vanflex"-Foulard und die ,,schmiegsame PreBwalze" von Benninger sowie eine neuere Entwicklung von Suchy [ 1921. Als bekannte hydraulische Systeme sind die ,,schwimmende Walze" (S-Walze) von Kusters mit hydrostatischem Druck 11931 und die bevorzugt in Kalandern anzutreffende ,,Nipco-Walze" mit hydrodynamischem Druck zu nennen.
Pneuniatisch arbeitet die Bicoflex-Walze [ 1 9 4 (Abb. 6- 10 1 ). Weitergehcnde Entwicklungen sind LU erwarten. Auf d u n Walzenkern positionierte Pneuniatikkissen verformen zonenweise und einstellbar den elastischen Walzenmantel. Der Walzenspalt 1al3t sich dadurch gezielt beeinflussen.
6.5.3.3 Einseitige, dosierte Bindemittelapplizierung Die nachfolgend erlauterten Verfahren betreffen den dosierten Auftrag von Bindeflussigkeit.
Rakeln (Streichen) Mit einer Rakel lassen sich pastenformige und verschaumte Bindeflussigkeiten einseitig auf eine Vliesbahn applizieren. Als Rakel dient dabei ein Profil mit messerf6rmiger Kante oder eine Rakelwalze, die als Abstreifwalze kleinen Durchmessers am Umfang groBer Walzen positioniert ist. Auf der laufenden Vliesbahn verbleibt eine Bindeflussigkeitsschicht einstellbarer Dicke, den1 Abstand zwischen Kakelunterkante und Vliesbahnebene entsprechend. An der feststehenden Rakel staut sich uberschussige Bindeflussigkeit in Form cines charakteristischen. rotierenden ..Wulstes". Die Eindringtiefe der Bindeflussigkeit in die Vliesbahn I t sich entscheidend durch das ,,Gegenlager" beeinflussen, das die Vliesbahn gegenuber der Rakel abstutzt (s. Abb. 6-102):
Bei der Luftrakel wird die laufende Vliesbahn nicht gestutzt; die Rakel arbeitet gegen Luft. Die erreichbare minimale Schichtdicke ist grol3er als bei den nachfolgend genannten Anordnungen; die Eindringtiefe ist minimal.
6.5 Chemische Vegahren
379
GT
Abb. 6-102. Rakel-Funktion\weiw [ 1851 a) Luftrakel; b) Gummituchrakel, c) Tixhrakel; d) Walzenrakel GT Gummituch, umlautend. R Rakel; T Autlagetisch; V Vlies: W Wake
Bei der Gummituchrakel liegt die Vliesbahn auf einem umlaufenden Gummituch auf, das aufgrund seiner elastischen Nachgiebigkeit und seiner ,,schusselartigen" Geometrie als weiches Gegenlager betrachtet werden kann. Die Eindringtiefe ist groljer. - Bei der Tischrakel bildet ein ebener ,,hater" Tisch das Gegenlager, so dalj mit dieser Rakel-Position noch geringere Schichtdicken und noch groljere Eindringtiefen erzielt werden konnen. - Bei der Walzenrakel bildet eine Walze grossen Durchmessers das Gegenlager. Infolge der konvexen Walzenkriimmung ergibt sich die minimale Kontaktlange zwischen Rakel und Vliesbahn und der maximale Flachendruck. Dementsprechend zeichnet sich diese Anordnung durch die geringste erreichbare Schichtdicke und durch die maximale Eindringtiefe aus. -
Schichtdicke und Eindringtiefe der Bindeflussigkeit hangen von sehr vielen Einfluljgrossen ab [ 1951. Theoretische Aspekte dieser komplexen Zusammenhange beleuchten Jin u.a. [196]. Die Benetzbarkeit der Vliesbahn durch die pastose Bindeflussigkeit beeinfluljt die Qualitat der applizierten Schicht wesentlich. Bei maljiger Benetzbarkeit bilden sich Luftblasen, die an der Rakelkante in den rotierenden Wulst gelangen und sich irgendwann als storende Blasen in der aufgerakelten Schicht wiederfinden. Die Rakeltechnik ist pradestiniert fur die Nachverfestigung vorverfestigter Vliese. Die Vorverfestigung ist unerlaljlich, weil die Vliesbahn wahrend des Rakelprozesses unter Spannung gefuhrt werden mulj. Eine besondere Bedeutung hat dieses Verfahren fur die Schaumapplizierung und fur die Ruckenverfestigung von Substraten.
Vollflachiger Auftrag mittels Walzenoberflachen (Pflatschen) Beim Kontakt der laufenden Vliesbahn mit einer von Bindeflussigkeit bedeckten Oberflache einer umlaufenden Walze, der Pflatschwalze, 1213t sich Bindeflussigkeit vollfachig auf das Vlies ubertragen. Der Flussigkeitstransfer wird durch Benetzungseffekte kontrolliert. Die Pflatschwalze ubernimmt die Flotte entweder direkt im Flottenvorratsbehalter oder indirekt nach dem ,,Reverse-Roll-Coating"-Verfahren, uber eine in der Flotte rotierende Zwischenwalze. Sie arbeitet ohne Gegenwalze. Die Auftragsmenge wird uber den Umschlingungswinkel und die Warengeschwindigkeit gesteuert. Die Pflatsch-Applizierung wird hiufig fur eine Ruckenverfestigung schwerer Nadelvliesstoffe (FuRbodenbelage, Wandbespannung, Schuhe) eingesetzt, ferner fur Filter.
Kleinflachiger Auftrag mittels Gravurwalzen Bei dieser Verfahrensvariante transportiert eine Gravurwalze die Bindeflussigkeit punktformig auf die Vliesbahn (Rapport-Muster oder Wirrpunkt-Muster (Computerpunkt)). Weil fur den von der Benetzbarkeit kontrollierten Bindeflussigkeitstransfer auch ein gewisser Druck erforderlich ist, bedarf es einer Gegenwalze. Bei der Hochdruck-Gravurwalze ubertragen erhabene Bereiche die dickflussige Bindeflussigkeit auf das Vlies, bei der Tiefdruck-Walze die tiefliegenden Bereiche. Das Tiefdruck-Verfahren stellt hohe Anfordemngen an das Benetzungsverhalten der Vliesbahn, und die Bindeflussigkeit mu13 sich durch ein thixotropes Viskositatsverhalten auszeichnen, denn die kleinen Vertiefungen miissen bei jedem Umlauf vollstandig entleert werden. Bei ausreichender Benetzbarkeit des Vlieses lassen sich hohe Produktionsgeschwindigkeiten erreichen. Eine Vometzung des Vlieses vermindert die Gefahr, daR Fasern an der Walze hangenbleiben. Gravunvalzen eignen sich auch fur die Applizierung von Schmelzklebem, wenn die Gravurwalze und der Vorratsbehalter beheizt sind [ 1971 (Abb. 6-103). An die Thermostabilitat des Schmelzklebers werden bei diesem melt-print-verfahren hohe Anforderungen gestellt. Die kleinflachigen Bindermuster: 15% bis 80% der Vliesflache bedeckend, liefem Vliesstoffe geringer Biegesteifigkeit, weichen Griffs und hohen Wasseraufnahmevermogens. Die erreichbare Festigkeit ist gering, speziell beim Tiefdruck, so daR -
4
n -5
6
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Abb. 6-103. GravurwalLen-Auftragssystem rnit Tiefdruckwalze fur Schmelrkleber (,,melt-print") [ 1971. 1 Vliesbahn; 2 Gegenwalze; 3 Gravurwalze, beheizt; 4 Schmelzkleber, tlussig; 5 Vorratsbehalter. beheizt; 6 SUbStrdt; 7 AnpreBwalze
6.5 C h m i w h e htjfkhreri
38 1
dieses Verfahren haufig zur weitergehenden Verfestigung benutzt wird. Als typische Anwendungen nennt Welter [ 1971 Einlagestoffe, Verbundstoffe (fur Schuhe, Taschnerwaren, Auto-Innenausstattung), Dammstoffe, Filterlaminate und Verpackung.
Kleinflachiger Auftrag mittels Rundschablonen Bei diesem Verfahren wird fur die Applizierung kleinflachiger Muster anstelle der Gravurwalze eine im Siebdruck ubliche Rundschablone verwendet. Die pastenformige oder verschaumte Bindeflussigkeit gelangt uber eine Druckleitung ins Innere der rotierenden Schablone; von dort fordert sie eine Rake1 durch Perforierungen hindurch auf die Vliesbahn (Abb. 6-104). Die speziell rezeptierte Paste darf keine ,,Faden ziehen". Eine bekannte Ausfuhrungsform solcher Rundschablonen ist das ,,Zimmer-Magnet-Roll"-System [ 1981 mit magnetisch fixierter Rollrakel. Welter [ 1971 beschreibt ein als ,,hotmelt-screenprint" bezeichnetes Verfahren, mit dem Schmelzkleber mittels Rundschablonen appliziert werden kann. Bei Arbeitstemperaturen bis maximal 180"C sind die Schablone und die SchmelzkleberVersorgungseinrichtungen beheizt. Welter [ 1971 erwartet angesichts der erforderlichen geringen Druckkrafte viele Anwendungsmoglichkeiten. Endress [ 1991 empfiehlt stattdessen eine Hotmelt-Applizierung mit einer speziellen Breitschlitzduse, die in kleine einzeln angesteuerte Segmente unterteilt ist. Damit sollen sich selbst Auftragsmengen im Bereich von 1 g/m' erreichen lassen.
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RWS
Abb. 6-104. Rundsiebschablone fur die Applizierung pastenformiger Bindeflussigkeiten [ 1851. Links: Bahnfuhrung mit Gegenwalze: Rechts: Pastenverteilung mittels Streichrakel und Rollrakel. RR Rollrakel; RS Streichrakel; RW ,,Rastenvalze" in Form einer Rundsiebeschablone; RWS ,,Rasterwalze" in Form einer Rundsiebschablone; V Vlies; WG Gegenwalze
Multifunktionsanlagen Die Entwicklung der chemischen Verfestigung lehrt, dafi der Vliesstoffhersteller fur die verschiedenen Anwendungen immer mehr Verfestigungsverfahren anwenden mufi. Diese Tendenz widerspricht der Forderung nach kostengunstigen Fertigungsbedingungen. Welberg [200] empfiehlt als Problemlosung eine fur mehrere Applikationstechniken geeignete Multifunktionsanlage, die modular aufgebaut ist und neben einem Foulard verschiedene Rakel-Versionen und die RundschablonenTechnik in sich vereinigt.
Spruhen Die Bindeflussigkeit wird in Form kleiner Tropfen auf die Oberseite des Vlieses gespriiht, das auf einem Siebband aufliegt. Die Triipfchen dringen in gewissem AusmaB ins Vliesinnere ein. Eine Absaugung auf der Vliesunterseite unterstutzt diese Wanderung. Fallweise werden nacheinander beide Vliesseiten bespruht. Die Spruhapplizierung bietet sich speziell fur die Verfestigung aerodynamisch gelegter Vliese an, weil die luftgetragenen Einzelfasern auf dem Weg zur Siebtrommel mit den Bindemittel-Tropfchen in Kontakt gebracht werden konnen. Zudem fordert die dachziegelformige Faserlage die Bindemittel-Wanderung ins Vliesinnere. Im Vergleich zur Badapplizierung mu8 bei der Spriihverfestigung generell mit einer geringeren Festigkeit und mit einem uber die Vliesdicke veranderlichen Bindergehalt gerechnet werden. Die angespriihte Vliesstoffseite weist stets die hohere Konzentration auf. Der fur das Spruhen geeignete Flachenmasse-Bereich erstreckt sich von 15 g/m' his 1500 g/m' (2011, der Bindemittelgehalt zwischen 10 g/m' und 30 g/m'. Die Haupteinsatzgebiete fur spriihverfestigte Vliesstoffe sind Filter-, Full-, Polster- und Isolier-Vliesstoffe sowie SchweiBwatten. Die Spriihtechnik hat in den achtziger und neunziger Jahren zu Gunsten der Schaumtechnik erheblich an Bedeutung verloren; bedeutende Anwendungen sind unverandert feintitrige Fullvliese, SchmirgelTragersubstrate und dry-laid-Zellstoffvliesstoffe [202]. Die Tropfen liegen als Spruhstrahl begrenzter Breite vor (Vollkegel-Strahl; Flachstrahl). Deshalb miissen mehrere Zerstaubungsaggregate nebeneinander angeordnet werden. Vliesbreiten his 12 Meter sind erreichbar [ 20 l]. Um systematische streifenfiirmige Auftragsdifferenzen im Uberlappungsbereich benachbarter Dusen zu vermeiden, bewegen sie sich gegebenenfalls changierend. Bei hiiheren Bahngeschwindigkeiten wird die Changierbewegung durch eine elliptische Bahnfuhrung (,,Ovallaufer") ersetzt. Die Zerstaubungsaggregate sind in einer Spriihkabine angeordnet. Uberschussiger Spruhnebel muB daraus abgesaugt und mit geeigneten Verfahren (z. B. durch Prallabscheider, Bandfilter oder Luftwascher) umweltvertraglich entsorgt werden [ 201 1. Ein Bindemittel-Recycling wird dabei angestrebt. Die erhebliche Verschmutzung des umlaufenden Transportbands und der Zerstaubungsaggregate erfordert eine permanente intensive Reinigung. Spezielle weitmaschige Siebbander erleichtern die Reinigung. Die Tropfchen werden mit Zerstaubungsaggregaten erzeugt, Scherkrifte nutzend. Die mittlere TropfengroBe liegt im Bereich von 20pm his 200pm, abhangig vom Zerstaubungsverfahren. Ublich sind die klassische Luft-Zerstiiubung sowie ein Dekompressionsverfahren - bekannt als ,,Airless"-Zerstaubung: -
Fur die Luftzerstaubung werden Zweistoffdusen (Abb. 6- 105) verwendet, wobei die Luft die Flotte zerstaubt und die Tropfchen zur Vliesbahn transportiert. Die mittlere TropfengroBe liegt in der Regel bei mehr als 50 pm. Wegen der hohen Luftaustrittsge,schwindigkeit und der damit verbundenen Gefahr des ,,Verblasens" des Vlieses muB ein Abstand groBer 0,5 Meter zwischen Zweistoffduse und Vliesbahn eingehalten werden.
6.5 Chemische Verfahren
AuOenmischsystem External mixing system
-
-__-
---
-
_-
/./,-
383
-
Zerstauberluft Atomiser air Material
~
lnnenmischsystem Internal mixing system
Abb. 6-105. Priniip einer Zweistoffduse fur die Zerstiiubung von Fluasigkeiten mittels Luft 120.31
-
Bei der ,,Airless"-Zerstaubung sorgt Druck anstelle von Luft fur die Zersthbung: Die Flotte wird mittels einer Kolbenpumpe zunachst hoch verdichtet (30 bar bis 300 bar) [203]; bei der nachfolgenden Dekompression in einer Spezialduse zerfallt sie in kleine Tropfchen (mittlere GroBe: kleiner 50 pm), die die Duse als Aerosol fast drucklos verlassen. In einem elektrostatischen Feld konnen die kleinen Tropfchen gezielt und verlustfrei zur Vliesbahn transportiert werden, so dalJ eine besonders gleichmaBige Bindemittelverteilung erreicht wird. Allerdings mu6 die Bindeflussigkeit fur dieses Verfahren speziell rezeptiert werden.
Die Piezo-Technik stellt keine Alternative fur die beiden Zerstaubungsverfahren dar, weil sich nicht jede Bindeflussigkeit mit Ultraschall zerstauben lafit. Dagegen ist eine zweistufige Luftzerstaubungstechnik, wie sie in der Medizintechnik fur die Herstellung von Inhalations-Aerosolen verwendet wird, universe11 anwendbar [204]. Uber ein neues Verfahren zur Spriihverfestigung, die Hotmelt-Spray-Technik, berichtet Goossens [205].
6.5.3.4 Applizierung verschaumter Bindeflussigkeiten Schaumherstellung Der aus Bindeflussigkeiten entstehende Schaum ist aus physikochemischer Sicht ein komplexes Gebilde [206-2091. Bei fullstoffhaltigen Schaumen (z. B. Kreide) vergroflert sich der Aufwand noch [210]. Der Schaum entsteht auf mechanischem Weg im Schaummixer, der einem Hochgeschwindigkeitsriihrer gleicht und im wesentlichen aus einem Stator und einem Rotor besteht [202, 207, 208, 21 1-2151. Eine Alternative, die Erzeugung mittels statischem Mischer [202], hat sich bisher nicht durchgesetzt. Die Dispergierung der Flussigkeit und die Einmischung der Luft unter hoher Scherbeanspru-
chung ubernehmen Stifte oder Lochbleche. Im Mixer besteht ein Druck von 3 bar bis 6 bar, der aus dem FlieRwiderstand des Schaumes im Mixerauslauf resultiert. Als entscheidender ProzeBparameter wird er vorrangig von der Rotordrehzahl, dem Luftvolumen und dem Luftdruck beeinflufit, so daB eine Steuerung vorteilhaft ist [2 1 11. Fur die Vliesverfestigung mit Schaum werden im Prinzip die gleichen Bindeflussigkeiten verwendet wie fur die Verfestigung mit Bindeflussigkeits-Flotten. Ihre Verschaumbarkeit erhalten sie durch Schaummittel und Schaumstabilisatoren (206, 207, 2 13, 2 161. Dafur sind Konzentrationen im Bereich von 10 g/l notwendig. Schaum wird durch die Schaummasse und die Schaumstabilitat charakterisiert. Die Schaummasse liegt im Bereich von 30 bis 300 g/l. Die Schaumstabilitat charakterisiert die Zerfallsgeschwindigkeit der Schaumblaschen und damit das Verarbeitungsverhalten. Instabile Schaume fordern eine gleichmaBige Binderverteilung [2 161. Bei stabilisierten Schaumen bildet sich an der Vliesstoffoberflache ein schaumartig poroser, die Oberflache schutzender Film. Weitere KenngroBen diskutieren Reinert, Kothe [207], Fiebig [206] Kroezen u.a. [208, 2091 und Engelsen u.a. [210]. Isarin u.a. [217] beschreiben ein Verfahren, mit dem sich online die BlasengroBenverteilung erzeugter Schaume erfassen IaBt.
Schaumapplizierung Ursprunglich wurden fur die Schaumapplizierung die Foulard-, die Rakel- und die Rundschablonentechnik eingesetzt. Fur die Versorgung einer Rundschablone mit Schaum (als Alternative zu einer Rollrakel), aber auch als eigenstandiges Schaumauftragsgerat hat sich das ,,Variopress"-Gerat (Abb. 6- 106) etabliert [2 13, 2 1 8, 2 191. Schaum einer definierten FlieBfahigkeit wird von einem Riffelwalzenpaar entweder direkt auf die Vliesbahn oder ins Innere einer Rundschablone gefordert. Anfang der achtziger Jahre kamen dann spezielle Applizierungsverfahren hinzu 1207, 212-214, 216, 218, 2201: 0
Walzenauftragsverfahren (,,Kusters"-Walze) (s. Abb. 6- 107) Mittels einer Rakelwalze wird eine Schaumschicht auf eine Transportwalze ubertragen, die danach mit der Vliesbahn in Kontakt kommt. Zwei gleichartige Aggregate versorgen beide Vliesseiten mit Schaum.
6.5 Chemische bhrfahren 3
3
385
1
2
Abb. 6-107. Zweiseitiger Schaumauftrag mil dem Kusters-..Janus"-Aggregat 12 141. I Ware, 2 Rakeleinrichtung. 3 Kontaktund Transportwalze
Abb. 6-108. Schaumaufiragsaggregat ..Vaku-Foam" von Monforts. I Vliesbahn. 2 Dosierrakel. 3 luftundurchlissiger MitIlufer, 4 Vakuumsiebtrommel, .5 Schaum
0
,,Vaku-Foam" von Monforts (Gummituch) (s. Abb. 6-108) Schaum wird mit Hilfe eines luftundurchlassigen Gummituch-Mitlaufers auf die Vliesbahn appliziert. Der von einer Vakuum-Siebtrommel erzeugte Unterdruck fuhrt zu einer Zwangsbenetzung der Vliesbahn. Die bei diesem Verfahren entstehende Zwangsbenetzung fordert die Reproduzierbarkeit des Schaumauftrags. GielJverfahren von Gaston County Der Schaum, aus einer Duse dosiert appliziert, bleibt sich selbst uberlassen; abhangig von der Vliesbenetzbarkeit und diverser Schaumeigenschaften dringt er in das Vlies ein.
Charakteristika der Schaumverfestigung Verschaumte Bindeflussigkeiten enthalten weniger Wasser als entsprechende Bindeflussigkeitsflotten. Der Trockensubstanzgehalt betragt bei Schaum etwa 40% his 50%, bei Impragnierflotten etwa 15%. Daraus resultieren geringere Trocknungsund damit Energiekosten. Reinert, Kothe [207] hegten allerdings Zweifel, dalJ sich bei vollstandiger Bilanzierung, die Schaumherstellung beriicksichtigend, tatsachlich eine Energieersparnis ergibt. Davon unabhangig erlangte die Schaumtechnik in den achtziger Jahren zu Lasten der Impragniertechnik eine sehr grolje Bedeutung fur die Vliesverfestigung, weil zahlreiche weitere Vorteile gesehen wurden [202, 207, 212-2161: hohere Produktionsgeschwindigkeit breiter Bereich der Auflagemengen, bis hin zum Minimalauftrag - gleichmal3igere Binderverteilung in der Flache - geringere zu entsorgende Restmengen -
-
-
geringere Migrationsgefahr bei der Trocknung hiihere Festigkeit bei geringerer Biegesteifigkeit infolge punktfiirmiger Bindungen hBhere LuftdurchlaBigkeit und griifleres Volumen des Vliesstoffes verbesserter textiler Fall
Solche Vorteile waren allerdings seit langem bekannt; bereits in den dreifliger Jahren wurden Konfektions- und Polsterwatten mit verschaumtem ,,Darmstiidter Hautleim" verfestigt 12 161. Als wesentliche Nachteile sind zu nennen [ 2071: -
-
-
ungleichmiifiige Binderverteilung uber der Vliesdicke bei grol3eren Fliichen massen ausgepriigte Abhiingigkeit des Verarbeitungsverhaltens von der Vliesbenetzbarkeit Zusatzkosten fur Schaumerzeugung Reproduzierbarkeitsprobleme wegen schwankender Verschiiumbarkeit und Schaumstabilitiit
Inzwischen hat sich die Schaumtechnik als Standardverfahren der Vliesverfestigung etabliert. Sie eignet sich fur Vliese von 15 g/m2 bis 2000 g/m', bei Geschwindigkeiten bis zu 500 m/min und bei Arbeitsbreiten bis zu 6 Metern [202]. 6.5.3.5
Pulverapplizierung
Bindepulver (s. Abschnitt 2.3) werden zwar bevorzugt fur die Vliesstoffveredlung (vgl. Teil 111: ,,Ausrustung von Vliesstoffen") angewendet. Aber auch in der Vliesverfestigung haben sie sich als Alternative zu Bindeflussigkeiten oder Bindefasern inzwischen etabliert, obwohl sie urspriinglich als kostspieliges Bindemittel galten. Uberzeugend war dieses Kosten-Argument allerdings nie. denn mit PhenolharzPulver verfestigte Reil3baumwoll-Vliesstoffe werden bereits seit zwei Jahrzehnten fur tiefziehbare Vliesstoffe der Autoinnenausstattung eingesetzt [ 22 11. Bereits in den achtziger Jahren wurde das Verfahrensprinzip fur die Fertigung von Karosserieteilen des PKW Trabant in Ostdeutschland industriell genutzt. In den neunziger Jahren wuchs die Bedeutung von Pulvern fur die Vliesverfestigung wegen uberzeugender Vorteile stetig [ 1971: hohe Produktionsleistung, beruhrungsloser Auftrag, keine Reststoffe, geringer Energieaufwand. Typische Anwendungsbereiche sind inzwischen auch Einlagestoffe, Verbundstoffe fur Schuhe, Taschnerwaren und Bodenbelag, Recyclat-Vliesstoffe. So wird inzwischen neben Phenoplast-Pulvern, mit einer typischen Teilchengriifle im Bereich von 100 pm,eine breite Palette von Pulvertypen angeboten 12221: Polyethylen, Copolyamid, Copolyester. (Anmerkung: Phenolharz-Pulver als Duroplaste verhalten sich bei der Verarbeitung wie Thermoplaste, weil sie erweichen.) Das Pulver wird entweder dem Vlies schon bei der Herstellung beigemischt oder nachtraglich auf die Vliesoberflache aufgestreut. Auf aerodynamischen Vliesbildungsanlagen bewahrt sich die Beimischung vor der Siebtrommel, auf der sich das Vlies bildet. Damit Ial3t sich eine weitgehend homogene Verteilung des Pulvers uber der Vliesdicke erreichen. Fur Krempelvliese gibt es diese Moglichkeit
6.5 Chrmische Verfiiihreri
SB &----------------+
. c I
387
Abb. 6-109. Pulver-Streuaggregat [ 1 XS] BW Buntwalie; DW geriffelte Douerwalze, SB vibrierende\ Siebband. SO Spei\ebehalter mit Pulver. V Vlie\
nicht. Deshalb entwickelte Fleissner [225] ein fur schwere Polyamid-Krernpelvliese geeignetes Streunampf-Verfahren: Bevor das Vlies in den Siebtrommeltrockner gelangt, erhalt es zunachst die erforderliche Pulverauflage und wird dann gedampft. Erst dann erfolgt im Trockner die Verfestigung. Die Dampfbehandlung verhindert die storende Siebtrommelverschmutzung durch anklebende Fasern und Pulverteilchen 12231. Eine weitere Moglichkeit, vorab Fasern und Pulver zu mischen, erwahnt Schott [226]: Mit einem ,,Twin-Streuaggregat" lassen sich zwei unterschiedliche Materialien gemeinsam streuen, z. B. Kurzfasern mit Bindepulver. Fur die Pulverdosierung haben sich Streuaggregate durchgesetzt (s. Abb. 6- 109), obwohl sich auch die bei der Pulverbeschichtung ublichen elektrostatischen Dosieraggregate eignen (vgl. auch [22 I I). Die Streuaggregate bestehen im Prinzip 12241 aus einer mit axial verlaufenden Rillen ausgestatteten Dosierwalze und einer Burstwalze, die das Pulver aus den Rillen herausburstet und auf die Vliesobefflache schleudert. Dafur verwendete Pulver mussen eine hohe Rieselfahigkeit und eine gleichmaljige Schuttdichte aufweisen; die bei Transport oder Lagerung entstandenen Agglomerate [ 1971 miissen sich vollstandig desagglomerieren lassen. Bei der nachtraglichen Dosierung auf die Vliesoberflache erfordert die gleichmaljige Pulververteilung einen erheblichen Aufwand [ 2231. Unter anderem mulj die Vliesbahnspannung strikt kontrolliert werden, weil sie die Eindringtiefe der Pulverteilchen beeinfluljt. Eine Streuanlage, die Teilchen im GroBenbereich zwischen 50 pm und 20 mm in Mustern streuen kann, beschreibt Dominik [225]. Ein Dosieraggregat versorgt eine Rundschablone mit Teilchen; die eingespeisten Teilchen gelangen durch Unterdruck aus der Schablone auf die Warenbahn. In den neunziger Jahren wurde eine fur Einlagestoffe bereits seit langerem verwendete Technik bekannt: die ,,Doppelpunkt-Beschichtung". Sie verknupft die Pulvertechnik und die Rundschablonentechnik [226, 2271. In dieses Verfahren werden grolje Erwartungen gesetzt, weil es eine kontrollierte Verteilung von Pulverteilchen auf einer Substratoberflache ermoglicht: Mit einer Rundschablone wird zunachst vernetzbare Bindeflussigkeit in Form von Pastenpunkten auf die Substratoberflache aufgetragen, danach Pulver im Uberschulj gestreut. An den noch klebrigen Pastenpunkten bleiben Pulverteilchen haften, das restliche Pulver
wird abgesaugt. Bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung ,,sintern" die Pastenpunkte. Die bindefiihigen thermoplastischen Pulverteilchen verbleiben auf der Substratoberfliiche.
6.5.4 Umweltaspekte Bei der chemischen Verfestigung von Vliesstoffen sind sehr viele umweltrelevante Aspekte zu betrachten. Sie betreffen vorrangig den Umgang mit Abluft, mit Abfall sowie mit Abwasser, das beispielsweise bei der Reinigung verschmutzter Anlagenteile und bei der Restflottenentsorgung anfallt. Die fur die Vliesverfestigung nutzbare Verfahrenstechnik sowie die Auswahl an Wirksubstanzen und Hilfsmitteln werden von solchen Aspekten mafigeblich beeinflufit. Fischer [ 2281 fa& diese Aspekte. beschriinkt auf die Verarbeitung und Anwendung von Bindemitteln, in einem eindrucksvollen Katalog von Regelwerken (,,Urnweltpanorama") zusammen: -
-
-
-
7. Anderung der EU-Richtlinie zur ,,Einstufung, Verpackung, Kennzeichnung gefiihrl icher Stoffe" EU-Richtlinien Nr. 92/39/EWG und 128/90/EWG uber die lebensmittelrechtliche Zulassung von Monomeren und uber .,Materialien und Gegenstiinde aus Kunststoffen, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Beruhrung zu kommen" DIN EN 7 1 uber die Sicherheit von Spielzeug Anhang 38: Textilherstellung und Textilveredlung, zur 38. Abwasser-Verwaltungsvorschrift; 1984ff Klarschlammverordnung; I992 MAK-und TRK-Werte 4. Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz; Erweiterung von 199 1 TA Luft Kre i s 1au fw i rt sc haftsge setz Anfordemngen an die Rest- und Abfall-Verbrennung Anforderungen an die Verrottbarkeit Freisetzbarkeit von Formaldehyd Diverse Gutekennzeichen zur Charakterisierung der Umweltvertriiglichkeit von Text i I ien
6.6 Verbundstoffe ( P Biittcher) Mit der qualitativen und quantitativen Entwicklung der Technischen Textilien wiichst auch die Produkt- und Funktionsvielfalt der textilen Verbundstoffe. Dabei werden Textilien jeglicher Herstellungsart und Aufmachungsform miteinander und auch mit nichttextilen Materialien verbunden. Hauptziele dafur sind u. a. bessere Verarbeitbarkeit bei festigkeitstragenden Verbunden, Mehrfachfunktion, wie Fliis-
sigkeit transportieren und filtern bei Flachenverbunden sowie Speicherfunktionen bei Verbunden mit mittig eingelegten nichttextilen Funktionselementen.
6.6.1 Vliesverbundstoffe Vliesverbundstoffe sind textile Flachengebilde aus Vliesen bzw. verfestigten Vliesen, die mit anderen textilen Elementen kombiniert sind, wobei der Vliesstoffbzw. Filzcharakter bestimmend ist [230]. Nach [230] werden diese Vliesverbundstoffe nach der Herstellungsart in folgende Gruppen eingeteilt: 0
0
Aus Schichten aufgebaute Vliesverbundstoffe Dies sind Verbundstoffe, die in einem separaten Arbeitsvorgang aus mindestens einem vorgefertigten, gegebenenfalls vorverfestigten Vlies und mindestens einem vorgefertigten weiteren textilen Flachengebilde (z. B. Vlies, Vliesstoff, Gewebe, Gewirke, Gestrick, Netz, Fadengelege) hergestellt sind. Dabei kann die Schichtenstruktur erhalten bleiben. Die Verbindung der Schichten untereinander kann z. B. durch Nadeln, Nahwirken, HochfrequenzschweiBen, Ultrdschall oder Kaschieren erfolgen. Es kann auch die Schichtenstruktur aufgehoben werden. Gebrauchliche Bezeichnungen fur solche Verbundvliesstoffe sind z. B. fadenverstarkter Vliesstoff, gewebeverstarkter Vliesstoff, Papiermaschinenfilz. Durch Fadenschlingen verstarkte Vliesverbundstoffe Dies sind Vliesverbundstoffe, die in einem Arbeitsvorgang aus einem vorgefertigten Faserflor, Vlies, vorgefertigten verfestigten Vlies und einer Vielzahl von Faden bestehen, die die Flachengebilde durchdringen und einbinden. Hierzu gehoren z. B. die Pol-Vlieswirkstoffe. wie Voltex.
Dalj diese Festlegungen von der Technik uberholt sind, zeigen neue Vliesverfestigungsprinzipien, die sich auch fur die Herstellung von Vliesverbundstoffen eignen, wie das Venvirbeln, das Vermaschen in der Vliesebene, das Ubernahen, das Thermofusionieren und Thermokalandrieren. Unbedeutend erscheint aus heutiger Sicht, ob bei solchen Verbunden der Vliesstoffcharakter erhalten bleibt oder nicht. Wichtig sind vom Produkt aus betrachtet doch die beiden Voraussetzungen: der Vliesverbundstoff besteht in einer oder mehreren Komponenten aus einem Vliesstoff - der Verbund wird durch Wirkprinzipien der Vliesverfestigung hergestellt -
6.6.1.1 Verfahrensvarianten Die Verfahrensvielfalt der Verbundherstellung ist mit Mitteln der Vliesverfestigungsvarianten sehr grolj und in standiger Weiterentwicklung [23 I , 2321. Die Abb. 6-1 10 und 6-1 1 1 geben eine Ubersicht uber die mechanischen und chemischen Verbindungsmoglichkeiten mit Hinweisen auf vertiefende Fachinformationen.
Vernadeln
Prinzip
Verbindung
Beispiel
Vertiefende Fachliteratur
Verrnaschen
Verwirbeln
Vernahen
horizontal
vertikal
Faserpfropfen
Fasermasche
Fasermasche
Faserknauel
Fadennaht
Faservlies, aufgenadelt auf Gewebe
2-Kunit-Nahgewirke verbunden nach KSB-Verfahren
Vlies und offenes Gewebe, vermascht nach Malivliesverfahren
Faservlies und Metallgewebe mil Wasserstrahlen verbunden
Vliesstoff und Gewebe durch Nahen oder Nahwirken mit Bindefaden verbunden
238-241
233
235,238,239
233-237 4
b
-
Abb. 6-110. Mechanixhe Verhindungsmiiglichkeiten lur die Herstellung von Vliesverhundstoffen
Vetbindung
Beispiel
Bindefaser
Bindepulver
Bindevlies
Vliesstoff mit Vliesstoff und Gewebe rnit Gewebe auf durch Hike/ dessen einer dazwischenDruck verklebt Oberflache liegendem Bindepulver Klebevlies aufgestreut 1st durch Hitze und Druck durch Hitze verklebt und Druck verklebt
zwei Vliesstoffe
mil Bindefasern
Vertiefende Fachliteratur
243 4
Bindefolie
Bindernittel
Schaurnstoff
Vliesstoff und Gewebe mil dazwischengelegter Klebfolie durch Hitze und Druck verklebt
Vliesstoff rnit Vliesstoff und Bindemittel Schaumstoff bespruht mil durch oberGewebe durch flachliches Hitzei Druck Anschmelzen verklebt des Schaumstoffs verklebt
b 244-2504
b
Abb. 6-I I I . Chemi\che Verhintlungsmiiglichkeiten liir die Herstellung v o n Vliesverhundstofn
In Abb. 6- I I 0 sind die thermischen Verfestigungsverfahren den physikalischen Prinzipien und in Abb. 6- I 1 1 den chemischen Verbindungsmiiglichkeiten zugeordnet. In den meisten Fiillen beruht die chemische Bindung auf adhgsiven Wirkungen.
6.6.1.2 Verbinden durch Vernadeln Das Herstellen von Verbunden mittels Vernadelung ist eine effektive Verfahrenstechnik. Hinsichtlich Dicke der Verbundkomponenten, Anzahl und Art der Ver-
6.6 Verbundstofi
39 I
bundkomponenten gibt es wenige Beschrankungen. Auch das mittige Einlagem von nichttextilen Funktionsmitteln ist ublich [233, 2391. Produktionstechnisch bekannt sind dabei folgende Einlagerungsmaterialien: getrocknete Heilkrauter fur medizinische Anwendungen wasserspeichemde Materialien, wie Superabsorber, bei Inkontinenzprodukten, Windeln - Grassamen, Dungemittel bei Begriinungs- und Erosionsschutzmatten - hochquellende Bentonite bei Abdichtungsbahnen fur den Deponie-, Wasserbau - Sand, Kies oder andere mineralische Materialien fur beschwerende Abdeckoder Filtermatten im Wasserbau
-
-
Die Masse der Einlagerungen betragt 30 g/m’ bis 5000 g/m’ und erfordert in Abhangigkeit von der Funktion weiche his hochfeste Vliesstoffkomponenten. Die Einlagematerialien unterscheidet man 0
0
nach der Art der Aufmachung: - schuttfahig - auflegbar - stopfbar - abzugsfahig nach der auBeren Form: komig - faserformig - pulverformig - breitflachig - fadenformig -
0
nach den spezifischen Eigenschaftsmerkmalen: schmelzbar quellbar hochtemperaturbestandig verrottungsbestandig verrottbar teilverrottbar
-
Die genannten Einlagematerialien sind ebenso einsetzbar in Verbunden, die durch Nahwirken mittels Faser- oder Fadenmaschen hergestellt werden (s. Abschnitt 6.6.1.3). Beim Vemadeln sind die Verbundelemente Faserteile aus einer oder mehreren der zu verbindenden Schichten. Fur die Wahl der Vemadelungsparameter gibt es folgende Erfahrungen [25 I]: 0
Nadelfeinheit: Die Nadelfeinheit ist wie bei der Vliesverfestigung auf den Faserdurchmesser der durch die Widerhaken zu transportierenden Faserteile abzustimmen. Aus praktischen Erkenntnissen heraus empfiehlt sich allerdings eine etwas grobere Nadel (kleinere Gaugezahl) als die fur den Faserdurchmesser ubliche.
0
Stichtiefe: Die Stichtiefe ist so festzulegen. daB einerseits ein ausreichend tiefes Eintragen von Faserteilen der einen Verbundkomponente in den Querschnitt der anderen erfolgt. Andererseits ist zu beachten, daU aufgrund zu groBer Stichtiefe kein Austragen von Faserteilen aus der Oberflache der unteren Verbundkomponente eintritt. Dies kann zu storenden Oberflachen fuhren. Stichdichte: Die Stichdichte beeinflufit mehr als die Stichtiefe die Trennfestigkeit des Verbundes.
Eine interessante Variante der Verbundherstellung durch Anwenden des Vernadelns ist das ,,FasemShen", bei dem durch schmales reihenartiges Aussetzen von Widerhakennadeln im Nadelbrett eine nahtartige Verbindung entsteht. Die sich dabei einstellende Oberflachenstruktur als ,,Berg" fur den unvernadelten Teil und als ,,Tal" fur die vernadelte nahtartige Spur ermoglicht spezielle Funktionseffekte. So ergibt sich beim Verlegen als Boschungsschutz- und Begriinungsmatte eine Wasserspeicherfunktion und ein effektiver Halt fur eine oberfliichlich aufzubringende Humusbedekkung. Durch das ein- oder wechselseitige Eintragen von vertikal angeordneten Faserteilen in eine der Verbundschichten ergibt sich eine materialseitige Vermischung. Bezogen auf die theoretisch zur Verfugung stehende Gesamtfaserlange wird bei ublichen Vernadelungsbedingungen grob nur ein Anteil von 2-10% von der einen in die andere Verbundkomponente umorientiert. Dieser Effekt sollte aber bei Eigenschaftsdarstellung und Funktionsbewertung des Vliesverbundstoffes beachtet werden. Weiterhin ist beim Herstellen von Verbundvliesstoffen durch Vernadeln LU beachten, dafi dieser mechanische Verbindungsprozefi immer eine Verdichtung und eine Dickenminderung des Verbundes ergibt. Fur die Herstellung von Vliesverbundstoffen mit Nahwirkvliesstoffen wurden folgende Erkenntnisse gewonnen [252]: Beim Verbinden z. B. von zwei Nahwirkvliesstoffen durch Vernadeln werden die Faserpfropfen, gebildet aus Fasem, Faserteilen des zuerst durchstochenen Vliesstoffes, in den Querschnitt des zweiten Vliesstoffes verbindend eingetragen. Eine wichtige Voraussetzung ist somit das Vorhandensein miiglichst vieler beweglicher, horizontal angeordneter Fasern, Faserteile auf der Einstichseite der Widerhakennadeln. Tabelle 6- 16 zeigt dazu prinzipielle Eignungseinschatzungen verschiedener Nlhwirkvliesstoffe. Die dabei entstehenden vertikalen Faserpfropfen sollen zur Erhiihung des gesamten elastischen Verhaltens bei oberflachiger Druckbeanspruchung beitragen. Dabei sollen diese vertikalen Faserpfropfen in der Packungsdichte moglichst dicht und in der Lange miiglichst gleichmafiig sein. Diese Forderung ist hinsichtlich Nadelauswahl am besten mit sogenannten Kronchen- oder Kranznadeln zu realisieren. Dies sind Nadeln, die auf jeder Kante des Arbeitsschaftes nur einen Widerhaken haben, alle drei Widerhaken haben zur Nadelspitze den gleichen Abstand. Die Versuche zur Variation von Nadelfeinheit und Stichdichte ergaben: Der VerbindungsprozeB des Vemadelns fuhrt zu einer Dickenreduzierung und Dichteerhohung. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Nadelfeinheit ab und mit zunehmender Stichdichte zu.
Tabelle 6-16. Eignung verschiedener Nahwirkvliesstoffe fur ein Verbinden durch Nadeln Nihwirkvliesstoff
Vemadelungseignung
TYP
Lage zur Einstichseite
gut
schlecht
Maliwatt
gleich
sehr viele querliegende bewegliche Fasern
Zerstiirung des Fadens der Masche
Malivlies
Maschenseite
Maschenseite bleibt
Faserseite
viele querliegende, bewegliche Fasern
wenig querliegende. bewegliche Fasem Maschenseite verschwindet
Maschenseite
wenige bewegliche, querliegende Faserteile aus Fasermasche
Kunit
Faserseite
0
0
0
keine querliegenden Faserteile
Die thermische Zusatzverfestigung mit Bindefasern fuhrt zur Erhohung von Trennkraft und Druckelastizitat. Der fur die textilen Verbunde, z. B. fur PKW-Innenausstattungen, geltende Grenzwert der Trennkraft von mindestens 12 N/S cm wird nur von Varianten uber 1 SO Stichkm’ bzw. 75 Stichkm’ mit thermischer Zusatzverfestigung gesichert uberschritten. Faserpfropfen, die aus Maliwattvliesstoffen genadelt werden, ergeben hohere Trennkrafte als die aus Malivliesstoffen. Faserpfropfen aus genadelten Maliwattvliesstoffen ergeben leicht hohere Trennkrafte als vergleichbare aus Polwirkvliesstoffen Kunit.
6.6.1.3 Verbinden durch Nahwirken Die verfahrens- und produkttechnisch interessante Variante des horizontalen Verbindens von zwei Vliesstoffen undoder Geweben, Maschenstoffen mit einer vertikalen Faseroberflache durch Fasermaschen nach dem Schichtbindeverfahren wird in Abschnitt 6.2 ausfuhrlich beschrieben. Die Nahwirktechnik mit den Verfahrensvarianten Malivlies und Maliwatt (s. Abschnitt 6.2) ermoglicht die Einbindung von flachigen Verbundkomponenten, wie Gewebe, Spinnvliesstoff, Folie 0.a., direkt bei der Vliesverfestigung und auch als separaten ProzeB. Die Verbindungselemente sind dabei Fasermaschen (Malivlies) oder Fadenmaschen (Maliwatt). Abb. 6- 1 12 zeigt am Beispiel des Maliwattverfahrens die Kombinationsmoglichkeiten bei dieser Verbundtechnik.
6.6.1.4 Verbinden durch Verwirbeln Die innovative Vliesverfestigung mittels Hochdruckwasserstrahlen (s. Abschnitt 6.3) eignet sich auch fur die effektive Herstellung spezieller Vliesverbundstoffe [243]. Dabei handelt es sich um einen Verbund aus einem voluminosen Nah-
Bindefaden Kettfaden SchuOfaden Vlies
Vlies
Bindefaden Grundbahn Fullmedium Grundbahn
Abb. 6-112. Vliesverhundstotistrukturen nach dem Mnliwattverfahren [23X]
wirkvliesstoff und einem dunnen Faservlies, wobei letztes mittels Wasserstrahlen verfestigt, verdichtet und gleichzeitig mit dem Nahwirkvliesstoff verbunden wird. Zur Herstellung des Verbundmaterials wurden sechs Dusenbalken rnit ansteigendem Wasserstrahldruck eingesetzt. Zu beachten ist dabei, dal3 der Wasserstrahldruck des ersten Dusenbalkens 0,2-0,5 MPa nicht ubersteigen sollte. An die Wasserstrahlbehandlung schlieljt sich ein Trocknungs- und FixierprozeB an. Die nach diesem Verfahren hergestellten Wirkvlies-Spunlace-Verbunde (Abb. 6- 1 13) sind charakterisiert durch hohe Festigkeit und Voluminositat, eine feinporige Vliesschicht auf ein oder zwei Oberflachen und gute Verarbeitungseigenschaften aufgrund ihrer Gleitfahigkeit. Die Verbindung zwischen Vliesgewirke und wasserstrahlverfestigtem Vlies ist gleichmaBig fest. Durch ihr Eigenschaftsspektrum bilden die Wirkvlies-Spunlace-Verbunde interessante alternative Produkte u. a. fur folgende Anwendungen: -
Tiefenfilter zur NaB- und Trockenfiltration lsolationsmaterial Polstermaterial Saugkiirper fur technischen, medizinischen und hygienischen Einsatz
Wesentliche Vorteile der Wirkvlies-Spunlace-Verbunde sind ihre Festigkeit, Voluminositiit, gute Weiterverarbeitbarkeit durch verbesserte Gleitfahigkeit, Schnittkantenfestigkeit, die Moglichkeit der Kombination bestimmter Funktionen, z. B. Dammeffekt der Wirkvliesstoffe mit Schwerentflammbarkeit und Hitzebestandigkeit der Vliesschicht, hohes Speichervermogen mit Abscheidefahigkeit kleinster Partikel beim Einsatz als Filtermedium, auch verbunden mit Leitfahigkeit bzw. antistatischer Wirkung sowie hohe Feuchteaufnahmefahigkeit.
6.6 Verbundstoffe
395
vol,m noses F acnengeoi ae 2.6. Nahgewirke
Wirbelvliesstoff
Abb. 6-113. Wirkvlies-Wirbelvliesstoff-Verbund
6.6.1.5 Verbinden durch Verkleben Die Herstellung von Vliesverbundstoffen durch Kleben ist analog der von anderen textilen Flachenverbunden aus Geweben, Maschenstoffen o. a. einmal eine Verbundtechnik mit Tradition und zum zweiten eine wirtschaftliche und durchaus umweltvertragliche Variante, soweit man bei letzterem auf Losungsmittel, Emissionen, nichtverwendbare Reststoffe verzichtet. Thermoplastische Klebeflachen in Form der Klebevliese und -folien fur die wirtschaftlich und okologisch effektiv flachige Verbindung von Vliesstoffen untereinander oder mit anderen textilen oder nichttextilen Flachen sind bekannt. Solche Klebefliichen gibt es in allen Polymerarten in einem grof3en Flachenmassebereich ab 12 g/m2 bis 200 g/m2 und in vielen Varianten der Schmelztemperatur (Tabelle 6- 17). Ihre Vorteile sind: Wirtschaftlichkeit Umweltfreundlichkeit (sowohl bei der Verarbeitung als auch bei der Herstellung) - Sauberkeit - einfache Verarbeitung - ausgezeichnete Haftfestigkeiten - trockenes und losemittelfreies Verarbeiten - platzsparende und saubere Lagerung - weiche, durchlassige Verklebung bei Vliesen und geschlitzten Folien -
-
Tabelle 6-17. Schmelzbereiche thermoplastischer Klebeflachen Art
Polymer
Schmelzbereich [ C]
Klebevlies
Copolyamid Copolyester Pol yolefin Copol yamid Copolyester Polyurethan Polyethylen Polyprop yen
80-135 90- 135 110-170 75-190 65-135 65-155 60-130 135-150
Klebefolie
Tabelle 6-18. Vergleich verschiedener Klebsysteme (nach [2301 ergiinzt) Verf‘ahren
Pulvcrpunkt
Pastenpunkt
Klebvlies
Klebfolie
Flamn- Spriihen haschicrung
Brcitsch I i tzdti \e
Polymer
PA/PES
PAlPES
PA/PES/PO” PU/PES/PO”/PA PU
miniinales Aullagegewicht i n g/m?
5
10
13
IS
20
I
1
InIrarot\trahler
ja
Ia
la
ja
nein
nein
nein
Schmelivorrichtung
ja
la
la
ja
.la
nein
nein
Emission
wenig
wenig
nein
nein
ja
wenig
wenig
Anlngenreinigung
ja
la
nein
nein
la
Ia
ja
PA/PES/PU PAIPESIPU
Tabelle 6- 18 enthalt dazu noch einen allgemeinen Eigenschaftsvergleich der Klebetliichen zu anderen Klebsystemen, Tabelle 6- 19 als Beispiel eine Produktubersicht von Klebevliesen. ProzeBvariable bei der fliichigen Verklebung mit Klebeflachen sind vom Produkt her das Polymer und der Schmelzpunkt und von der Anlage her die Temperatur, der Druck und die Verweilzeit. AuBerdem gibt es vom Polymer her noch Variationsmiiglichkeiten hinsichtlich der Zeit der Auskristallisierung und der Schmelzviskositiit. Maschinentechnisch anwendbar sind alle hitze- und druckausubenden Systeme, wie Flachbettkaschieranlagen, Pressen, Kalander, Filzkalander u. a. Klebevliese geben hohe Verbundfestigkeiten zu allen textilen Konstruktionen, wie Gewebe, Maschenstoffe, Vliesstoffe und zu vielen nichttextilen Komponenten, wie Folien aus PU, PES, PE, PVC, PO, Leder, Holz, Papier, Metall, Glas, Weich- und Hartschaum aus Polyurethan, Pol yether, Stoffen aus Glas-, Keramik-, Aramid-, Kohlefasern. Neu ist die rationelle mechanische Kombination dieser Klebeflachen mit einem Vliesstoff. Dies ergibt ein durch Bindefaden verfestigtes Vlies, bei dessen Herstellung ein leichtes Klebevlies oberflachlich direkt mit angebunden wird. Das Aufbringen von Schmelzklebstoffen, z. B. in Pulverform auf eine Verbundkomponente. das Einwirken von Hitze zum Aufschmelzen des Klebers, das anschlieBende Zusammenfuhren mit der zweiten Komponente und das ganzflachige bis punktformige Verkleben ist eine Variante der Verbundherstellung mit langer Tradition. Dabei mussen die einzelnen Verbundkomponenten verfahrensabhiingige Anforderungen, wie bei allen anderen Verbundverfahren auch, erfullen. In diesem Falle sind dies: -
ausreichende Warmebestandigkeit, um die Verarbeitungstemperatur des Schmelzklebers auszuhalten
I’
Copolyamid Copolyamid Copolyamid Copolyamid Copolyamid Copolyester Copolyester Polyolefin Hochdruckpoly ethylen Polypropylen Terpolymer Elastomer
Polymer
Chemisch reinigungsbestandig Wasche
PP 5000 VI 6010 SL 700s
PA 1001 PA 1008 PA 1300 PA 1541 PA 1545 PE 2900 PE 2942 EV 3007 LD 4000
-
TY P
Tabelle 6-19. Spunfab-Klebevliese
109-1 70
105-1 15
165-1 70
97-1 10 I (& 1 I5 120-135 87-1 00 90-105 I 1 5-125 120-1 35 110-125 I I 0 - 1 25 130 110 140
100
90 80
100
90 90 I00 60 70
Schmelzbereich Warmestandin C festigkeit in C
nein ja ja
bedingt bedingt nein bedingt bedingt ja ja nein nein
Weichmacherbestandig
ja
nein ja
ja ja ja ja ja nein nein ja nein
CR’
nein
25 60 60
ja nein
ja ja ja ja ja nein nein nein nein
Dampfaktivierbar
40 40 60 60 60 30 60 30 30
WP” in C
ja ja
nein
ja ja ja ja ja ja ja nein nein
HF-schweiRbar
E
3-
IT
P m
-
-
eine ausreichend geschlossene Oberfliiche, damit das Schmelzkleberpulver nicht durchfallt oder sich in der Struktur verliert flache Oberflache, damit sich das Streupulver nach dem Bestreuen nicht auf dem Substrat verschiebt
Dabei kann das Aufbringen des pulverformigen Schmelzklebers z. B. durch eine Streueinrichtung oder uber ein Gravurwalzen-Auftragssystem erfolgen. Bei letzterem kann auch ein punktformiger Auftrag von bereits flussigem Schmelzkleber statttinden. Als Schmelzklebstoffe werden vor allem Copolyamide in Granulat-, Pulverund Folienform angeboten, aber auch Copolyester, Ethylenvinylacetatpolymere und Polyethylen. Mit ihnen lassen sich z. B. Themobondings mit Membranfolien zu Laminaten fur atmungsaktive Linersysteme, harzverfestigte Glasfasermatten mit Dekovliesen oder Thermobondings mit Polyurethanschaum zur Autoinnenauskleidung verbinden. Neben diesen Schmelzklebern finden auch Plastisole, Kontakt- und Haftklebstoffe sowie Losungsmittel- bzw. Dispersionsklebstoffe Anwendung.
6.6.2 Vliesstoffe fur Verbundwerkstoffe Die Entwicklung der Verbundwerkstoffe begann mit glasfaserverstarkten Verbundstoffen in Form von Vliesstoffen. Der Trend geht heute bei leistungsfahigen Endprodukten mehr zum Einsatz von Hochleistungsfaserstoffen, verarbeitet zu beanspruchungsdimensionierten Fadengelegen, Geweben, Maschenstoffen, Nahgewirken [231, 232, 234, 254-2561. Fur den Einsatz von Vliesstoffen gelten die nachstehenden Hinweise zu Aufmachung, Qualitat. Eine optisch einwandfreie und bestandige Oberflache ist eine wesentliche Voraussetzung fur die Gebrauchsfahigkeit von glasfaserverstarkten Verbundwerkstoffen, da die Oberflache vielfaltigen Belastungen durch Strahlung, Abrieb, Chemikalien, Steinschlag usw. ausgesetzt ist. Wird die Oberflache nicht vergutet, so drucken sich die Armierungstextilien teilweise bis an die Oberfllche durch. Es konnen Armierungsfaden teilweise freigelegt werden. Sie dienen dann als Docht fur den Medienangriff, der das gesamte Laminat in Mitleidenschaft zieht. Die wirtschaftlichste und sicherste Methode zur Oberflachenvergutung bietet sich mit dem Einsatz von Oberflachenvliesstoffen auf Basis Glasfasern und Chemiefasern an. Die Oberflachenvliesstoffe bestehen aus hydrophoben Fasern, welche mit der Kunststoffmatrix vertraglichen Bindemitteln gebunden sind. Damit die Obertlachenvliesstoffe ihre Funktion erfullen, mussen folgende Forderungen berucksichtigt werden: -
-
die tragende Verstiirkung mu8 vollkommen abgedeckt sein, darum gleichmiiljiges Vliesstoffbild die Vliesstoffabdeckung mul3 fein und dicht, aber saugfiihig sein. Dadurch wird die Schrumpfung herabgesetzt und der Harzgehalt vergleichmal3igt en ziih und fest sein, um Abrieb und Riljbildung zu verringern
Literatur zu Kupitel 6
399
die Fasem mussen vergilbungsfrei sein, damit keine Beeintrachtigung bei lichtdurchlassigen Bauteilen eintritt - die Oberflachenvliesstoffe mussen eine gute Haftung zur Kunststoffmatrix aufweisen -
Durch die geeignete Auswahl von Vliesbildungstechnologien, Fasem und Bindetechniken lassen sich Oberflachenvliesstoffe herstellen, die speziell den Anforderungen der verschiedenen Verarbeitungstechnologien sowie den an das Bauteil gestellten Medienresistenzen entsprechen.
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Literutur
ZLI
Kapitel 6
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406
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Teil I11 Ausrustung von Vliesstoffen
Wie Gewebe oder Gewirke sind Vliesstoffe textile Flachengebilde. Man mochte deshalb annehmen, sie lieBen sich genauso wie jene veredeln oder fur bestimmte Zwecke ausrusten, und man konnte dafur dieselben Vorrichtungen, Maschinen, Chemikalien und Arbeitsgange verwenden. Das trifft auch in vielen Fallen zu, aber es fehlt nicht an Beispielen, wo Vliesstoffe anders behandelt werden mussen als Web- oder Maschenwaren. Deshalb soll, wo es notwendig erscheint, im folgenden auf solche Unterschiede aufmerksam gemacht werden. Wie die Textilveredlung ist auch die Vliesstoffausriistung ein weites Feld. Deshalb wurde versucht, dieses Gebiet systematisch zu gliedern. Der urspriingliche Vorschlag, nach Trocken- und Naljverfahren zu unterscheiden, envies sich als nicht praktikabel. Viele Ausriistungsziele lassen sich sowohl auf nassem als auch auf trockenem Weg erreichen und hatten deshalb hier wie dort erwahnt werden mussen. Es schien daher zweckmaljiger, in mechanische und chemische Verfahren einzuteilen, wobei letztere naturlich ohne Mechanik, d. h. ohne Anwendung von Maschinen, kaum moglich sind. Vorab lal3t sich feststellen, daB man im Hinblick auf Okonomie und Okologie darauf bedacht ist, das angestrebte Ausriistungsergebnis, wo immer moglich, durch Trockenveredlung zu erreichen, sei es, um Energie zu sparen oder die Umwelt nicht unnotig zu belasten. Damit wird ein Gesichtspunkt angesprochen, der erst in den letzten 20 Jahren in den Vordergrund geriickt ist. Aus diesem Grund sollen Probleme der Okologie zum Abschlulj dieses Kapitels in einem besonderen Abschnitt gestreift werden.
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7
Mechanische Ausrustungen ( K .-H. Stukenbrock)
7.1
Schrumpfen
7.1.1
Entstehung und Beseitigung von Verzugen
Wie Gewebe und Gewirke, so sind auch Vliesstoffe wahrend ihrer Herstellung Zugbeanspruchungen, vomehmlich in Langsrichtung ausgesetzt, so dalj Verzuge nicht selten sind. Da bei nasser Verfestigung mit chemischen Bindemitteln (adhasive Verfestigung) in jedem Fall auch getrocknet werden mulj, ist es bei richtiger Trocknungsfuhrung und geeigneten Maschinen verhaltnismaljig einfach, vorher entstandene Verzuge durch Entspannen wieder zu beseitigen. Nach mechanischer Verfestigung, z. B. durch Nadeln von Vliesen, kann im Hinblick auf spatere Dimensionsstabilitat ein besonderer Schrumpfprozelj notwendig werden.
7.1.2 Gewolltes Schrumpfen Vielfach macht man sich aber auch die beim Schrumpfen zwangslaufig auftretende Verdichtung zunutze, um eine hohere Flachenmasse, hohere Dichte, hoheres Volumen, hohere Festigkeit oder bessere Spaltbarkeit (s. Abschnitt 7.5) zu erreichen. Dies ist vor allem bei der Herstellung des Basismaterials fur Syntheseleder iiblich. Der Schrumpfvorgang wird je nach verwendetem Fasermaterial trocken oder nalj durchgefuhrt. Die trockene Schrumpfung durch eine Warmebehandlung kommt ausschlieljlich fur Vliesstoffe aus 100% oder ubenviegend Synthesefasern in Frage und ist dann besonders wirkungsvoll, wenn in der Fasermischung Schrumpffasern enthalten sind. Man fuhrt sie auf Siebtrocknern, Siebtrommeltrocknern oder Kurzschleifentrocknern mit rotierenden Staben durch, indem man den Vliesstoff der Heizzone mit Voreilung, d. h. mit groljerer Liefergeschwindigkeit zu- als abfiihrt. Naljschrumpfung ist dann angezeigt, wenn der Vliesstoff z. B. nennenswerte Mengen Naturfasern enthalt. Man passiert den Vliesstoff durch ein heiljes Wasserbad, lost darin den Schrumpf aus und trocknet nach dem Abquetschen oder Absaugen ohne Spannung. Es gibt auch spezielle Synthesefasern, die auf Naljschrumpf genauso ansprechen wie auf trockenen Hitzeschrumpf.
Eine Variante des NaBschrumpfs, die Trocknungsenergie sparen hilft, ist das Schrumpfen in einer Dampfatmosphare. Durch Vernadelung schrumpfender und nicht schrumpfender Vliese miteinander lassen sich nach Auslosen des Schrumpfs dekorative, reliefartige Strukturen erzielen, die beispielsweise fur Wandtapeten oder strukturierte FuBbodenbelage geeignet sind [ 3 ] ’I.
7.2 Stauchen und Kreppen Manche Vliesstoffe entsprechen im Griff und Fall noch nicht den Wunschen des Herstellers und Verbrauchers. Sie wirken papierartig. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, diesen Papiercharakter zu beseitigen und dem Material mehr Fulle und Weichheit zu geben. Dies gelingt in einem beachtlichen Ma13 durch rein rnechanische Behandlungen, von denen z. B. Stauchen und Kreppen die wichtigsten und technisch am weitesten entwickelten sind. Die Durchfuhrung dieser Ausrustungen geschieht nach dem Clupak- bzw. Micrex-Mikrokrepp-Verfahren.
7.2.1 Stauchen - das Clupakverfahren Das CIupak-Ve$zhren des Amerikaners Sanford L. Cluett ahnelt dem seit langem in der Textilindustrie bekannten Sanforisierverfahren und wurde 1957 erstmals in der Papierindustrie angewendet und von dort auf NaBvliesstoffe ubertragen. Die Einrichtung (Abb. 7-1) besteht aus einem endlosen, ca. 25 mm dicken Gummiband mit Gewebeeinlage, das in der Arbeitszone an einem beheizten, verchromten und polierten Trockenzylinder anliegt und an der ersten Kontaktctelle mit dem Zylinder durch eine (im Gegensatz zum Sanforisieren) nicht rotierende AnpreBstange angedruckt wird. Hierdurch erfahrt das Gummituch eine einseitige Stauchung in Langsrichtung, die sich auf die zwischen ihm und dem Zylinder bewegende VlieFstoffbahn ubertragt, wodurch eine Verdichtung und Krauselung der Fasern in Langsrichtung erreicht wird. Diese Stauchung wird - der Vliesstoff wird in feuchtem, d. h. plastifizierten Zustand in den Spalt zwischen Tuch und Zylinder gefuhrt - durch die Trocknung fixiert, wobei das entstehende Dampfpolster die Relativbewegung zwischen Vliesstoff und Zylinder begunstigt. Die Wirkung des Clupak-Prozesses ist von verschiedenen Faktoren abhangig. Hydrophile Fasern, wie Zellstoff und Viskose, eignen sich berser als hydrophobe. Polyolefinfasem sind nicht nur wegen ihrer nicht vorhandenen Wasseraufnahme, sondem auch wegen ihrer Hitzeernpfindlichkeit weniger geeignet. Hinsichtlich der Faserorientierung geben Iangsorientierte Vliese einen deutlicheren Effekt als
”
Literatur zu Kapitel 7 siehe Seite 457.
7.2 Stauchen und Kreppen
Schleifvorrichtung Gummituch - -
41 1
..B
Nachtrockenzylinder
Abb. 7-1. Schernaskizze des Clupak-Verfahrens (nach [4])
kreuzgelegte oder Wirrvliese. Durch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt von 20% wird die Plastizitat der Fasern und damit die Stauchung begunstigt, ein hoher Binderanteil (>50%) macht sie praktisch illusorisch. Thermoplastische Binder begunstigen das Stauchen, aber andererseits auch das Kleben am heiljen Zylinder. Elastomere Binder kleben praktisch nicht, heben aber aufgrund ihrer hoheren Elastizitat den Staucheffekt zum Teil wieder auf.
7.2.2 Kreppen - das Micrex-Mikrokrepp-Verfahren Beim Micrex-Verfahren ist die Kompaktierung der Vliesstoffbahn so stark, dalj sie in einer sichtbaren Kreppung und gut meljbaren Erhohung der Dehnung und der Flachenmasse ihren Niederschlag findet. Die Oberflache pro Flacheneinheit wird vergroljert und die Flexibilitat noch starker verbessert als beim Clupak-ProzeB. Die Apparatur fur das Micrex-Verfahren besteht aus einer rotierenden Transportwalze, deren Oberflache mit schraubenformig angeordneten Riefen versehen ist, einem stamen und einem an dem Zylinder anliegenden elastischen, abgewinkelten Fuhrungsblech, zwischen denen die Vliesstoffbahn eingefuhrt wird, und einem schaberartigen Stauchkorper, der in spitzem Winkel zur Walzenoberflache geneigt ist. Das Vlies wird im ersten Arbeitsspalt gestaucht, kann sich in der Entspannungszone vom Zylinder abheben und wird vor dem Schaber ein zweites Ma1 gestaucht und vom Zylinder endgultig abgehoben. Je nach Arbeitsbedingungen laljt sich ein Fein- oder Grobkrepp erzeugen, was trotz Produktionsgeschwindigkeiten zwischen 150-250 m . min-' ohne wesentliche Reduzierung der Festigkeit moglich ist, da der Prozelj im Gegensatz zum ClupakVerfahren trocken und mit wesentlich geringerer Temperatur durchgefuhrt wird. Das Verfahren ist zur Kreppung von langsorientierten Krempelvliesstoffen, von nalj oder trocken hergestellten Wirrfaservliesstoffen, von Spinnvliesstoffen, Spunlaced-Produkten und Papieren mit Flachenmassen zwischen 10- 150 g/m2 geeignet. Der Grad der Kreppung laljt sich rein optisch durch die Kreppfalten, exakter aber durch die Messung der in jedem Fall stark erhohten Flachenmasse (Steigerungen um 50% sind moglich) und der Dehnung ermitteln.
4 12
7 Mechuriische Ausriistungeri
7.3 Glatten, Kalandern, Pressen Ahnlich wie in der Textilindustrie gibt es auch bei der Vliesstoffausrustung verschiedene Einsatzmoglichkeiten fur Kalander und Pressen. Ganz allgemein dienen sie der Oberflachenveredlung, wobei Glattung und Mustergebung die wichtigsten Merkmale sind. Die diskontinuierlich arbeitenden Pressen kommen in erster Linie als Formpressen fur abgelangte Vliese zum Einsatz. Beim kontinuierlichen Kalandern wird die Vlies- oder Vliesstoffbahn zwischen einem oder mehreren unter Druck stehenden Walzenpaaren durchgefuhrt, wobei Stahlwalzen meistens beheizt werden.
7.3.1 Glatt- oder Rollkalander [ 5 ] Zuweilen ist es schon durch die Vliesbildung und -bindung miiglich, dem Vliesstoff eine glatte Oberflache zu geben. Dies vor allem dann, wenn nach nasser Vliesverfestigung eine Kontakttrocknung auf polierten, oftmals teflonisierten Zylindertrocknungsmaschinen durchgefuhrt wird. Der von der Textilveredlung bekannte Effekt, eine Appretur zu brechen, hat in der Vliesstoffausrustung bisher wenig Bedeutung erlangt. Als Vorbehandlung fur eine spatere Beschichtung, z. B. fur Kunstleder, ist das Kalandern allerdings unabdingbar, und auch fur die VergleichmaBigung und Verkleinerung der Poren schwerer Filtervliesstoffe kann auf eine Kalanderbehandlung nicht verzichtet werden. Die Filterleistung und das Abreinigen von Stauben werden hierdurch entscheidend verbessert. ,,Kleckerstellen" in Spinnvliesstoffen lassen sich durch eine Kombination zweier Stahlwalzen im Kalander brechen.
7.3.2 Prage- oder Gaufrierkalander Prage- oder Gaufrierkalander finden vielfach Einsatz. Bedeutungsvoll ist beispielsweise die Verfestigung von Vliesen aus naturlichen und synthetischen Fasern, die sowohl als Bindung und als Ausriistung betrachtet werden kann. Vliese langsorientierter Faserlage z. B. aus Baumwoll- oder Viskosefasem mit einer Flachenmasse von ca. 10-30 g/m' lassen sich durch leichtes Anfeuchten und heil3es Gaufrieren soweit versteifen und verfestigen, daB sie als Milchfilter einwandfrei zu hantieren sind und durch ein Drahtsieb nicht hindurchgespult werden. Ahnliche Prlgungen spielen auch fur Papiervliesstoffe, die zu Hygienetuchem, Haushaltstiichern und Servietten verwendet werden, eine groBe Rolle. Interessant ist auch das Heiflpragen von Synthesefaservliesen, wodurch selbst bei ausschliefllicher Langsorientierung der Fasern durch Verschmelzung mit der Gravur entsprechenden Zonen eine beachtliche Festigkeit verliehen werden kann. Hierbei lassen sich Raster-, Steg- und Punkt-Dessins anwenden. Die Temperatur
7.3 Glutten. Kulundern, Presseti
4I 3
der Heizwalzen liegt ublichenveise 20-30 C oberhalb des Faserschmelzpunktes, und der Druck betragt 20-50 daN. cm-' je nach Volumen und Synthesefaseranteil des Vlieses. Diese Art der Verfestigung eignet sich besonders fur Vliese mit einer Flachenmasse bis 50 g/m'. Der Griff wird einerseits durch die Faserlage und zum anderen durch die Gravur bestimmt. Bei kreuzgelegten Vliesen geben bereits punktformige, bei Vliesen mit Langsfaserlage stegformige Pragungen und damit Anschmelzungen die hochste Festigkeit. Umgekehrt bleibt der Griff um so flieBender, je weniger Fasern ortlich miteinander verschmolzen werden. Optisch wirkungsvolle Effekte erreicht man durch Cirk-Pragung mit unterschiedlich hohen Gravuren, die nicht nur eine sehr plastische Oberflachenstruktur verleihen, sondern je nach Haschur auch Matt- oder Speckglanz erzeugen lassen. Derartige Ausriistungen spielen vor allem fur Wandtapeten und Dekorationsvliesstoffe eine wichtige Rolle. Der Prageeffekt wirkt noch plastischer, wenn er gleichzeitig mit einer Farbgebung der vertieften oder erhabenen Stellen verbunden wird. So wird bespielsweise beim Kunstleder oder Syntheseleder, sei es auf Polyvinylchlorid- oder Polyurethanbasis hergestellt, die ,,Narbung" durch Pragung erzeugt. Ob diese Narben durch Pragekalander direkt oder, wie beim Umkehrverfahren, durch Pragung des Release-Papieres, d. h. indirekt, erzeugt werden, hangt von der angewendeten Technologie oder aber auch der chemischen Zusammensetzung der Beschichtung ab. Die Vielzahl der Moglichkeiten setzt der Phantasie kaum GrenZen. Neben Ledernarbeneffekten, Gewebestrukturen, Mauerputz-, Pinselstrich-, Kordel- oder Geflechtmustern sind auch Fliesengravuren, wie beim CushionedVinyl-FuBbodenbelag, bekannt. Ein anderes wichtiges Einsatzgebiet beheizter Kalander ist die Herstellung von Laminaten oder Sandwich-Artikeln. Hierbei werden thermoplastische Fasern, Fadengelege oder Folien zwischen zwei nicht plastischen Vliesbahnen plaziert und durch Hitze und Druck zum Verkleben der aul3eren Vlieslagen benutzt. Derartige Laminate finden Anwendung als Tischdecken oder Polster- und Kissenabdeckungen in Eisenbahnwagen und Flugzeugen.
7.3.3 Filzkalander, Umdruckkalander Auch Filzkalander gehoren, zumindest dem Namen nach, zu den Kalandern. Ihr Einsatz wird im Abschnitt 8.3.4 ,,Transferdruck" beschrieben.
7.3.4 Muldenpressen Die alteste Art der Oberflachenveredlung von Vliesstoffen durch Pressen ist das Glatten von Wollfilzen, insbesondere Unterkragenfilzen auf Muldenpressen, wodurch nicht nur eine glatte Oberflache, sondern gleichzeitig auch verbesserte Festigkeit und hoherer Glanz erreicht werden.
7.3.5 Formpressen, Stanzen Ein wichtiger Veredlungsvorgang insbesondere fur Vliesstoffe im Automobilbereich (s. Abschnitt 15.7) sind PreB- und Verformungsarbeiten. So werden beispielsweise mit Phenolharzen (Novolac plus Harter) vorverfestigte Vliesstoffe aus Sekundarfasern, bevorzugt Baumwollabgangen, fur Autohimmel, Hutablagen, Armaturenbretter, Turinnenverkleidungen, Radkastenabdeckungen, Kofferraumauskleidungen und ganze Bodengruppen (s. Abschnitt 15.7) durch Pressen und Formen unter Druck und Hitze hergestellt. Dabei macht man sich die chemische Umwandlung (dreidimensionale Vernetzung) von Thermoplasten in Duroplaste zunutze. Wenn man gleichzeitig noch einen dekorativen Oberstoff (Himmeltuch, Hutablage) zukaschiert (s. Abschnitt 8.6) und die Formpresse zugleich zum Ausstanzen benutzt, dann wird der Vliesstoff in ein Laminat oder einen Verbundstoff umgewandelt. Anstelle der adhasiv vorgebundenen vegetabilen Sekundkvliesstoffe lassen sich auch solche aus thermoplastischen Fasern (z. B. Polypropylen, Polyester) verformen und kaschieren. Setzt man als Himmel eine Maschenware aus Polyestergarnen und als Kaschierkleber ein Copolyesterpulver ein, dann hat man als Komposit ein Material, das den Wunschen der Automobilhersteller entsprechend zu 100% recycelt werden kann [6].
7.4 Perforieren, Schlitzen, Brechen Trotz aller technischer Fortschritte in der Vliesbildungs- und Verfestigungstechnik haben manche Vliesstoffe, vor allem fur den Bekleidungssektor, manchmal einen noch zu steifen Griff. Das hangt damit zusammen, da13 sich die einzelnen Fasern gegenseitig nicht so frei bewegen konnen, wie die Faden eines Gewebes oder Gewirkes. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, den textilen Fall oder die Drapierfahigkeit von Vliesstoffen zu verbessern. In der Praxis durchgesetzt haben sich das Perforieren und Schlitzen.
7.4.1 Perforieren Bei einem von der Firma Artos entwickelten Verfahren wird ein mit Chemikalien gebundenes Vlies durch heil3e Nadeln perforiert. Dadurch werden nicht nur Locher erzeugt, sondern zusatzlich auch durch das Vernetzen und Kondensieren des Bindemittels die erzielten Offnungen fixiert. Eine ahnliche Methode benutzt die ungarische Firma Temaforg, urn Vliese aus aufbereiteten Synthesefasern und fein zerkleinerten Folienabfallen ortlich zu perforieren und gleichzeitig um die gestanzten Locher herum so zu verschmelzen, daB Vliesstoffe fur den Bau- und Isolationssektor mit guter Festigkeit und ausreichender Geschmeidigkeit entstehen.
7.5 Spalten, Schleifen, Velourieren, Scheren, Rauhen
4 15
7.4.2 Schlitzen GroBere Bedeutung hat das Schlitzen erlangt, das, urspriinglich fur Folien entwickelt, um deren Weichheit und Drapierfahigkeit zu verbessern, von der Firma Breveteam auf Einlagevliesstoffe und hierbei wiederum besonders auf fixierbare Klebeeinlagen ubertragen wurde. Durch systematische Untersuchungen lassen sich fur viele Einlagevliesstoffe optimale Einschnittlangen und Schlitzabstande erarbeiten, die maximale Weichheit und Drapierfahigkeit geben, ohne die Festigkeit zu sehr zu beeintrachtigen. Unterstutzen 1al3t sich der Schlitzeffekt, der seine groljte Biegsamkeit im rechten Winkel zur Schlitzrichtung hat, durch streifenformig unterbrochenen Auftrag der HeiBsiegelmassen. Wird zusatzlich zum Schlitzen, aber im rechten Winkel dazu, gereckt und - bei thermoplastischen Vliesstoffen - fixiert, dann ist es moglich, dreidimensionale Effekte, wie z. B. fur BH-Einlagen notwendig, zu erzielen. Geschlitzt wird durch eine mit kleinen Messern bestuckte Walze, die beispielsweise in einem Abstand von 1,7 mm gegeneinander versetzt angeordnet sind und eine Schlitzlange von maximal 6,5 mm ergeben. Anstelle kleiner Messerchen lassen sich auch mit Abstandhaltern auf einer Walze angeordnete Rundmesser verwenden, die eine unterbrochene Schneide aufweisen. Nach dem Xironet-Verfahren [7] und dem Smith-Nephew-Verfahren durch Schlitzen bzw. Pragen und Recken verformte Folien aus Polyethylen oder Polyamid lassen sich mit Vorteil als luftdurchlassige Binderschicht zum Kaschieren (s. Abschnitt 8.6.2) von Vliesstoffen verwenden.
7.4.3 Brechen Die alteste Methode, einem textilen Flachengebilde auf rein mechanischem Weg eine grol3ere Weichheit, Geschmeidigkeit und Drapierfahigkeit zu verleihen, ist das Brechen. Man fuhrt die zu behandelnde Vliesstoffbahn unter leichter Spannung uber Walzen- oder Knopfbrechmaschinen, wie sie auch in der Textilindustrie ublich sind.
7.5 Spalten, Schleifen, Velourieren, Scheren, Rauhen 7.5.1 Spalten In der Lederindustrie ist es ublich, dicke Haute, vor allem von Rindern, mehrfach parallel zur Narbenseite zu spalten, um auf diese Weise aus einer einzelnen Haut eine groBere, wenn auch dunnere Lederflache zu bekommen. Der Wert der Spalte vermindert sich von der Narben- zur Fleischseite hin. Neben der grol3eren Flache
und Ausbeute gelangt man auf diese Weise aber auch zu dunnen Ledem, die fur Taschnerwaren und als Futterleder in grol3en Mengen gebraucht werden und wegen ihrer GroBe und Preiswiirdigkeit dunneren Kleintierhauten (Skivers) vorgezogen werden. Da entsprechend vorbereitete Vliesstoffe vielfach anstelle von Leder eingesetzt werden, benutzt man auch hier das Spalten dicker, dichter und hochfester Synthesefasernadelvliesstoffe, um zu dunnen, geschmeidigen, lederahnlichen Flachengebilden zu gelangen, die als Schlupfriemen, Schuhinnenfutter und - als Substrat fur Beschichtungen - auch als Obermaterial fur Schuhe und Taschnerwaren verwendet werden. Man spaltet mit Hilfe von ,,Spaltmaschinen", bei denen ein endloses Bandmesser exakt zwischen dem Spalt zweier Transportwalzen gefuhrt wird, deren Abstand einerseits der Vliesstoffdicke und andererseits der gewunschten ,,Spalte" angepaBt wird. Fur das Spalten eignen sich mit Elastomeren gebundene Nadelvliesstoffe von 500-1 000 g/m2. Bei Arbeitsbreiten bis zu 2 m lassen sich Spalte bis herunter zu I50 g/m2 ,,schneiden", die sich als Rollenware mit definierten MaBen rationeller verarbeiten lassen als naturliche Spaltleder mit unterschiedlichen GroBen.
7.5.2 Schleifen und Velourieren Nach dem Spalten wird entweder rollkalandert (s. Abschnitt 7.3.1) oder gepragt (s. Abschnitt 7.3.2) oder zur Egalisierung der Oberflache zusatzlich geschmirgelt und geschliffen, wodurch es moglich ist, dem Vliesstoff einen Velours- oder Wildledercharakter zu verleihen, sog. Velourieren. Man benutzt in der Regel mehrere Maschinen oder Passagen hintereinander, um zunachst die Oberflache grob aufzuschmirgeln und sie dann immer feiner zu schleifen, wodurch fast ein Samtcharakter erreicht wird. Nach dem Schleifen wird geburstet, abgeklopft oder abgesaugt, um den Schleifstaub zu entfernen. Spitzenerzeugnisse des Schleifens und Velourierens zeichnen sich durch weichen Griff, eleganten Fall und samtige Oberflache (sog. Pfirsichgriff) aus.
7.5.3 Scheren. Rauhen Genadelte Vliesstoffe fur FuBbodenbelage hatten infolge mehrfachen Vemadelns meist eine glatte Nutzschicht. Durch die Einfuhrung von Strukturierungsnadeln und die Verwendung besonders grober Fasem lassen sich auch Vliesstoffoberflachen mit Schlingen- oder Velourstruktur erzeugen. Sie vermitteln einen edlen, teppichahnlichen Eindruck und werden als FuBbodenbelag in Automobilen verwendet. Rauhen und Scheren erhohen das Volumen und verbessem Optik und Haptik der Vliesstoffe [8, 601.
7.7 Ntihen, Steppen, SchweiJkn
417
7.6 Sengen Zu den mechanischen Ausriistungen mu13 man auch noch das Sengen rechnen, das zum Abflammen abstehender Fasem von Nadelvliesstoffen fur Filterzwecke angewendet wird. Es unterscheidet sich vom klassischen Sengen der Textilindustrie nicht und wird wie dort zum Beispiel auf sog. Gassengen durchgefuhrt, bei denen die zu behandelnde Warenbahn an einer offenen Gasflamme vorbeigefuhrt wird. Man erreicht dadurch eine glattere Oberflache des Vliesstoffs und erleichtert hiermit das ,,Abreinigen" von Staub- oder Trockenfiltern, z. B. in der Zementindustrie oder anderen Filtrationen mit staubigen Gutern.
7.7 Nahen, Steppen, SchweiBen Weiter oben war bereits darauf hingewiesen worden, darj Vliese oder Vliesstoffe oftmals zu Verbundstoffen vereinigt werden. Dafur gibt es verschiedene Moglichkeiten. Neben Nahen und Steppen als klassische Verbindungstechniken sind Schweirjverfahren, wie Warmeimpuls-, Ultraschall- und Hochfrequenzschweirjen, vertreten.
7.7.1
Ubernahen und Steppen
Diese Ausriistungen sind so bekannt, darj sich eine nahere Beschreibung erubrigt.
7.7.2 UltraschallschweiRen Fur das Ultraschallschweirjen eignen sich Vliese und Vliesstoffe aus thermoplastischen Fasern oder mit Thermoplasten adhasiv gebundene Vliesstoffe. Beim Ultraschallschweiflen wird elektrischer Wechselstrom von 50 Hz durch einen Oszillator auf eine Frequenz bis zu 20 kHz gebracht und diese Energie durch einen elektromechanischen Konverter in eine entsprechende mechanische Vibration umgewandelt. Sie wird auf einen Hammer (Sonotrode) ubertragen, der wiederum mit einem Hub von 50-100 pm auf den AmboB schlagt. Die zwischen Hammer und AmboB liegenden und zu verbindenden Fasem werden so stark erhitzt, darj sie zu schmelZen beginnen und miteinander verkleben. Wird die Arbeit der Sonotrode auf ein Rad ubertragen, dann lassen sich auch endlose ,,Nahte" herstellen oder den Verbundstoff langs der Schweirjstelle trennen (TrennschweiBen) [9]. Dieses Verfahren hat Bedeutung fur Teebeutel, Damenbinden, Slipeinlagen, Kinderwindeln und Inkontinenzartikel.
7.7.3 HochfrequenzschweiBen Wird beim Ultraschallschweil3en die Energie von aul3en rugefuhrt, erfolgt beim HochfrequenzschweiBen die Erwarmung sozusagen von innen heraus. In einem Hochfrequenzgenerator wird der Netzstrom von S O Hz auf 26,2 MHz transformiert. Die Molekule thermoplastischer Fasern oder thermoplastischer Kunststoffe, die einen ausgesprochenen Dipolcharakter mit einem hohen dielektrischen Verlustfaktor aufweisen, werden im Hochfrequenzfeld entsprechend der Frequenz so schnell umgepolt, daB sie sich aneinander reiben und der Thermoplast spontan zu schmelzen beginnt. Schaltet man das Feld ab, kuhlt sich eine unter Druck gebildete SchweiBnaht fast ebenso schnell wieder ab, wie sie aufgeheizt wurde. PVC-Fasern und Mischpolymerisatfasern aus 85% Vinylchlorid und 15% Vinylacetat (MP-Faser der Firma Wacker) sind fur diese Technik besonders geeignet. Man verwendet sie fur Teebeutel oder zum Verbinden von zwei Polyurethanschaumstoffolien mittels Vernadelungstechnik fur die Polsterung von Automobilsitzen. Diese werden mit dem Oberstoff durch HochfrequenzschweiBtechnik dauerhaft verbunden. Durch entsprechende Gestaltung der SchweiBelektroden lassen sich ornamentale Effekte erzielen. Im Gegensatz zum UltraschallschweilJen, das kontinuierlich durchgefuhrt werden kann, ist Hochfrequenzschweif3en n u r taktweise, d. h. diskontinuierlich miiglich. Beide SchweilJtechniken eignen sich auch fur nichtthermoplastische Fasergefuge, sofern diese mit einer ausreichenden Menge thermoplastischer Binder oder mit dipolaren Kunststoffen versehen wurden.
7.8 Sonstige mechanische Ausrustungsverfahren Nur der Vollstandigkeit halber sei noch kurz auf Schneiden, Stanren, Rollen, Aufmachen und Verpacken hingewiesen, da fur die Vliesstoffindustrie in vielen Fallen Spezialmaschinen entwickelt werden muken, die sich den besonderen Gegebenheiten dieses Materials anzupassen hatten. Dabei sind die unterschiedlichen Flachenniassen von IS g/m' his uber 2 000 g/m2 genauso zu berucksichtigen. wie die Dicke, die von Millimeter-Bruchteilen bis zu mehreren Zentimetern reichen kann. Fur das Aufrollen verwendet man z. B. Zentrumswickler, Steigdocken- und Tragt romme 1roller. Beim Schneiden sind verschiedene Variationen miiglich. Man kennt rotierende Schneidmesser fur den kontinuierlichen Rollenschnitt in LYngsrichtung und auch fur den diskontinuierlichen Schnitt in Querrichtung. Daneben gibt es Stanzen fur das Ablangen oder das Ausstanzen von Flachenformen, wie z . B . Fliesen fur FuBbodenbelage oder Automobilformteile. Auch die Lasertechnik wird oftmals zum Schneiden angewendet. Zum SchluB sei noch auf das Vakuumverpacken voluminoser Fullvliesstoffe hingewiesen, urn Transportraum zu sparen.
8 Chemische Ausrustungen (K.-H. Stukenbrock)
Der Begriff ,,Chemische Ausrustung" wurde gewahlt, weil in diesem Teil der Ausriistung von Vliesstoffen den Chemikalien oder Textilhilfsmitteln eine wesentliche Aufgabe bei der Veredlung zufallt.
8.1 Waschen Das Waschen hat den Zweck, unerwunschte Begleitstoffe aus dem Vliesstoff auf nassem Weg zu entfernen. Dazu benotigt man ein geeignetes Waschaggregat, in der Regel Wasser als Waschmedium und zuweilen ein dessen Wirkung verstarkendes Detergenz. Als Waschaggregate verwendet man ublicherweise solche, die eine glatte Warenfuhrung in voller Breite ermoglichen, da einmal entstandene Falten oder Bruche sich nur unter Aufwand wieder beseitigen lassen. Haspelkufen werden in der Regel nur fur das Waschen endloser Nadelvliesstoffe fur Papiermaschinen verwendet, die man dann auch noch auf derselben Maschine weiter ausriistet (Farben, Avivieren, Impragnieren), ehe sie getrocknet werden. Sonst verwendet man Rollenkufen und perforierte Trommelwascher mit Verdrangungskorpern, die teilweise als zusatzliche Rotoren ausgebildet sind (Abb. 8-1) [lo].
Abb. 8-1. Schema eines Vihrationstrommelwischers (nach [lo]). I Rotor und Verdrlngungskorper, 3 und 4 pertorierte Trommel innen und aufien, 5 Edelstahltriger, 7 Ware
420
8 Chmiische Ausriistungetz
Sie sorgen in Verbindung mit Spritzrohren fur eine Einsparung und zusatzliche Turbulenz des Wassers, wodurch das Abtragen und Ausschwemmen storender Verunreinigungen oder Chemikalien begunstigt wird. Hierzu zahlen Farbereihilfsmittel, Farbstoffverdicker aus Farberei und Druckerei, wasserlosliche, porenbildende Stoffe, wie z. B. Salze, Harnstoff und Quellkorper, die man zuweilen bei der Herstellung von Fensterlederimitaten, Wischtuchern und dergleichen einsetzt, Druckereikleber und Schaum- oder Netzmittel, die man bei Schaumbeschichtungen verwendet, die aber die Eigenschaften des fertigen Vliesstoffs beeintrachtigen wiirden. Der Zusatz besonderer Waschmittel ist dann angezeigt, wenn die Verunreinigungen in groRer Menge vorliegen. Dabei ist auf die Vertraglichkeit ionischer Ladungen genauso zu achten, wie auf gutes Schmutztragevermogen zur Verhinderung von Redepositionen, auf Schaumarmut und nicht zuletzt auf die vom Gesetzgeber vorgeschriebene biologische Abbaubarkeit (s. Abschnitt 8.9). Einige anionische Waschmittel geben haufig zusatzlich einen weichmachenden Effekt (Ruckfettung), nichtionische Hilfsmittel haben den Vorteil universeller Vertraglichkeit, ,,mergeln" den Vliesstoff aber mehr aus und sind in ihrem Wascheffekt aufgrund des ihnen eigenen Triibungspunktes in bestimmten Temperaturbereichen mehr, in anderen weniger wirksam. Wahrend des Waschens, wie uberhaupt bei allen NaR- und Trocknungsprozessen, sollte der Vliesstoff moglichst spannungsarm gefuhrt werden. Vor allem ist zu starker Zug in Langsrichtung unerwunscht. Nach oder gleichzeitig mit dem Waschen kann man avivieren oder andere gewunschte Hilfsmittel aufbringen. Es ist ublich, nach dem Waschen zu trocknen, wofur die fur das Trocknen der Binder ublichen Aggregate zur Verfugung stehen (s. Abschnitt 6.5. I ) .
8.2 Farben Es ist nicht einfach, den Anteil farbiger Vliesstoffe im Verhaltnis zu rohweiOen oder naturfarbenen abzuschatzen. Farbigkeit, sei es als Unifarbung oder Druck, ist immer da am Platz, wo der Vliesstoff dekorative Aufgaben hat, z.B. fur Wandund FuObodenbelage, als Tisch- oder Bettwasche, oder als Dekorationsstoff schlechthin. Auch Hemden- und Bluseneinlagevliesstoffe sind zu farben, um sie farblich dem Obermaterial anzupassen, das, vor allem bei Berufskleidung (Krankenhaus-, Operationssaal-, Reinraumbekleidung, Schutzanzuge usw.), vielfach aus Vliesstoffen hergestellt wird.
8.2.1 Flocke- und Spinnfarbung Abgesehen vom Transferdruck sind FBrben und Drucken NaRprozesse und damit zeit-, energie- und kostenintensiv. Wo immer moglich, wird man die Farbgebung der Vliesstoffe mit den fur die Verfestigung notwendigen NaRprozessen kombinie-
8.2 Furbeti
42 1
ren oder von farbigen Fasem und Filamenten ausgehen. GroRe Bedeutung haben die Flockefarbung von Fasem und die Spinnfarbung von Synthesefasem. Wenn jetzt auch schon durch Zuchtung (creme)farbige Baumwolle auf dem Markt erhaltlich ist, dann unterstreicht diese Tatsache einmal mehr den hohen Stellenwert der Farbgebung. In diesem Kapitel geht es jedoch um das nachtragliche Fiirben bereits gebildeter Vliese oder Vliesstoffe.
8.2.2 Farben und Binden Solange es sich um Vliese handelt, die noch chemisch gebunden werden mussen, gibt man den Farbstoff zweckmaBig in das Binderbad. Dabei ist man zu interessanten Feststellungen gekommen. Geht man von der Voraussetzung aus, daS die Binderflotte und damit auch der Binder samtliche Fasem des Vlieses gleichmaBig umhullt, dann ware es am zweckmafligsten, die Binderflotte im gewunschten Farbton einzufarben. Hierfur kamen z. B. feindispergierte Pigmentfarbstoffe in Frage. Sie wurden durch den Binder auf die Faseroberflache aufgeklebt und hatten die fur Pigmente im allgemeinen ausgezeichneten Lichtechtheiten, im ubrigen aber die Echtheiten, welche die Binder aufzuweisen haben, als da sind Na8- und Trockenreibechtheit, SchweiSechtheit oder Biigelechtheit, um nur einige zu nennen. Nun ist es aber nicht unbedingt envunscht, daR das Bindemittel alle Fasem eines Vlieses gleichmal3ig umhullt. Man mochte es lieber ausschliel3lich an den Kreuzungspunkten der einzelnen Fasem haben, um dadurch einen moglichst weichen Griff zu bekommen. Dies wurde im Fall einer gleichzeitig angestrebten Farbung zu Unegalitaten fuhren. Setzt man der Binderflotte aber faseraffine Farbstoffe zu, dann ist auch bei ungleichmafliger Binderverteilung mit einer egalen Farbung zu rechnen, deren Echtheiten mit denjenigen einer Thermosolfarbung vergleichbar sind [ I I]. Liegen ausreichend groBe Metragen vor und handelt es sich um Vliese mit nur einer Faserart, dann ist kontinuierliches Binden und Farben durchaus moglich und fast ohne Probleme. So lassen sich z.B. Baumwoll- und Viskosevliese mit substantiven Farbstoffen, Polyamidvliese mit Saure- und Polyestervliese mit Dispersionsfarbstoffen gleichmafiig und tief und mit den aus der klassischen Farberei gewohnten Echtheiten anfarben. Es ist lediglich darauf zu achten, daB Ionogenitat und pH-Wert des Bindemittels auch fur den Farbstoff zutraglich sind.
8.2.3 Nachtragliches Farben Schwieriger gestalten sich Farbung und gleichzeitige Bindung in einem Bad, wenn, wie es in der Praxis haufig vorkommt, Mischungen verschiedener Faserarten im Vlies vorliegen. In diesem, aber auch in vielen Fallen, wo es sich um einen einheitlichen Faserrohstoff handelt, wird man zu einer NachfArbung schreiten mussen. Man betrachtet dann den Vliesstoff praktisch wie ein gewebtes oder ge-
wirktes Substrat und fiirbt nach Verfahren und mit Farbstoffen der klassischen Farberei fur die einzelnen Faserarten oder deren Melangen.
8.2.4 Verschiedene Farbemethoden Es sind sowohl diskontinuierliche als auch kontinuierliche Farbungen gebriiuchlich und moglich. Normalerweise fiirbt man in breitem Zustand, doch wird in einzelnen Fiillen Vliesstoff mit Erfolg auf Haspelkufen oder sogar im Jet gefarbt, wenn Struktur, Festigkeit und vor allem die Fliichenmasse dies zulassen. Als Regel gilt, daB schwere und voluminose Vliesstoffe kontinuierlich gefarbt werden, weil ihre Masse, die man auf diskontinuierlich arbeitenden Aggregaten, wie Jiggem oder Farbebaumen, aufziehen kann, zu klein ist, um wirtschaftlich zu arbeiten. Ausnahnien sind auch hier die endlosen Nadelvliesstoffe fur Papiermaschinen, die. wie bereits in Abschnitt 8.1. erwahnt, auf Haspelkufen gefarbt werden. Leichtvliesstoffe lassen sich dagegen einwandfrei auf Baumfarbemaschinen fiirhen. Dabei ist allerdings das eventuell vorhandene Bindemittel zu berucksichtigen. Die hiiufig anzutreffenden thermisch vernetzten Binder auf Acrylsaureestergrundlage lassen sich mit den meisten Dispersions-, aber auch vielen Saurefarbstoffen genauso tief und echt anfarben wie Polyester- oder Polyamidfaserstoffe. Die Anfarbegeschwindigkeit liegt sogar hiiher, da die Makromolekule der Binder weniger orientiert sind als die der Fasem und dadurch die Farbstoffmolekule schneller aufnehmen. Vulkanisierte oder vulkanisierbare Elastomere, wie Polyisopren-, Butadien-Acrylnitril- und Butadien-Styrol-Latices wirken dagegen auf die meisten Farbstoffe reservierend und farben sich nur schwach an. Beim Fiirben auf dem Baum spielt die Thermoplastizitiit vor allem weicher Acrylatbinder eine Rolle. Im Hinblick auf Zeitersparnis wurde man z. B. leichte Vliesstoffe aus normalen Polyesterfasem gerne auf dem Baum unter HT-Bedingungen fiirben. Es hat sich aber herausgestellt, daR bei Temperaturen oberhalb I02 C bestimmte Binder bereits beginnen, die einzelnen Vlieslagen miteinander zu verkleben. so da13 ein einwandfreies Abwickeln der BBume nicht mehr gewiihrleistet ist. Hier durften carrierfrei-fiirbbare Polyesterfasern, die bei 90-1 00 C gefarbt werden konnen, von Vorteil sein. Vliesstoffe aus einheitlichen Fasern, die ohne Bindemittel, d. h. rein mechanisch gebunden sind, lassen sich dagegen wie die entsprechenden Gewebe oder Gewirke nach denselben Verfahren und auf denselben Maschinen fiirben wie diese.
8.2.5 Kaltverweilverfahren Eine interessante Variante ist das von den Furbcc9erkm Ho,rch.sr patentierte Verfahren zum Fiirben von verfestigten Faservliesen aus Polyamidfasern nach dem Verweilfahren. Nach dem Schmelzspinn- oder Krempel-Kreuzleger-Verfahren hergestellte und mit Acrylsiiureestem gebundene Dekorations- und Tischwaschevliesstoffe werden unter Zuhilfenahme von Siiuren als Wasserstoffdonatoren und Kalt-
8.3 Dnrckrri
423
netz- und Migrationshilfsmittel mit Saure- oder Metallkomplexfarbstoffen kalt geklotzt, aufgedockt und unter Abdeckung mit Polyethylenfolien und Rollieren 24 Stunden verweilt und danach warm gespult, geseift, gespult und fertiggestellt. Auf diese Weise ist es moglich, alle gangigen Modetone in ausreichender Echtheit zu farben [12].
8.2.6 Kontinuefarben Schwere Vliesstoffe werden, wie envahnt, kontinuierlich gefarbt, da ihre Handhabung wegen ihrer Masse diskontinuierlich kaum moglich ist. Bevorzugt werden Angieljverfahren (z. B. System Kusters) rnit anschliefiendem Dampfen zur Fixierung des Farbstoffs, wie es bei klassischen Pad-steam-Verfahren ublich ist. Bei Farbflottenauflagen von 400-500% von der Warenmasse besteht an abstehenden Fasern im Dampfer durch Kondensatbildung haufig die Gefahr des ,,FrostingEffekts", dem man durch starke Verdickung der AngieBflotte und Mitverwendung eines bei erhohten Temperaturen schaumenden Farbhilfsmittels zu begegnen sucht. Nach dem Dampfen wird wie ublich gespult und gewaschen.
8.3 Drucken Die Tatsache, daB Vliesstoffe vermehrt im Heimtextiliensektor anzutreffen sind, hat den Wunsch nach mehr Farbigkeit durch Farbung und damit auch durch Drukken erhiiht.
8.3.1 Drucken von Leichtvliesstoffen Soweit es sich um leichte Vliesstoffe von 50-55 g/m' aus bevorzugt einer Faserart wie z.B. bei Spinnvliesstoffen handelt, ist der Druck genauso sehr oder wenig problematisch, wie bei anderen textilen Flachengebilden auch. Schablonendruck (Siebdruck) und Rotationsfilmdruck sind die gangigsten Verfahren. Wie jedes andere textile Substrat wird der Vliesstoff auf das Drucktuch oder den Mitlaufer aufgeklebt, mit den fur die Fasern ublichen Farbstoffen bedruckt, vorgetrocknet, durch Dampfen fixiert, gewaschen (s. Abschnitt 8.1) und fertiggestellt. Besondere Bedeutung, vor allem bei Deckerdrucken, kommt hier dem Pigmentdruck zu, da sich durch den Pigmentbinder eine zusatzliche Verfestigung des Vliesstoffes, vor allem bei Spinnvliesstoffen, erzielen lafit. AuBerdem wird hierbei das Trocknen und Dampfen durch die Kondensation - die im Prinzip nichts anderes als eine besonders intensiv durchgefuhrte Trocknung ist - fur den Pigmentbinder ersetzt. Arbeitet man mit korperarmen Verdickungsmitteln, dann kann man unter Umstanden auf die Nachwasche verzichten. Dies gilt vor allem dann, wenn,
wie in der Praxis ublich, beim Drucken von Leichtvliesstoffen im Rotationsdruckverfahren auf das Kleben verzichtet wird, da sich die PaBgenauigkeit der einzelnen Rapporte uber die Spannungsregulierung zwischen Wareneinlauf und Abzug zur Trockenmansarde regulieren Iiil3t. Bei Flachdruckmaschinen darf allerdings unter keinen Umstiinden auf das Kleben verzichtet werden. um ein Abheben und Haften des Vliesstoffes unter der Schablone zu verhindern, wodurch die PaBgenauigkeit empfindlich gestort wurde. Pigmentfarbstoffe haben den Vorteil, daB sie weder auf Fasern noch auf Vliesbinder Rucksicht zu nehmen brauchen. Sie sind in gleicher Weise fur alle Leichtvliesstoffe moglich und schwanken je nach Substrat lediglich in ihren N a b . Wasch- und Trockenreibechtheiten in Abhangigkeit von der Adhiision, mit der sich der Pigmentbinder auf den Fasern verankert. Obgleich bedruckte Leichtvliesstoffe vielfach Saisonartikel sind, spielen die Echtheitsanforderungen an Drucke dieselbe Rolle wie bei Textilien, die im jahrelangen Gebrauch hiiufig gewaschen und/oder gereinigt werden mussen. Fur den Drucker ist beim Bedrucken von Vliesstoffen die Farbstoffkonzentration fur den Rezeptaufbau der Druckpaste von Bedeutung. Der Farbeffekt, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird, ist eine Funktion der pro Fliicheneinheit aufgebrachten Farbstoffmenge. N u n haben beispielsweise Leichtvliesstoffe fur Tischdecken eine Masse von etwa 60 g/m’, Nadelvliesstoffe fur FuBbodenbelage jedoch von 600-1 200 g/m’. Deshalb ist zur Erzielung eines bestimmten Farbtones gegebener Tiefe auf einem Leichtvliesstoff in Relation zur Fasermasse eine grd3ere Farbstoffmenge aufzubringen als auf einem schweren Nadelvliesstoff. Da aber ein Leichtvliesstoff wiederum weniger Druckpaste aufnehmen kann als ein schwerer Nadelvliesstoff, muB zwangslaufig bei letzterem die Farbstoffkonzentration der Druckpaste niedrig. beim ersteren dagegen hoch sein.
8.3.2 Drucken schwerer Vliesstoffe (Nadelvliesstoff-FuDbodenbelage) Eine weitcre Problematik beim schweren Nadelvliesstoff sind Dimensionsstabilitiit und Verzug. die den Druck erschweren. Wahrend es beim Leichtvliesstoff miiglich ist, ihn vor dem Drucken aufzukleben und damit die Dimensionsstabilitiit zu fixieren. ist dies beim schweren Nadelvliesstoff zwar technisch miiglich, wirtschaftlich aber nicht zu vertreten. Wegen der Unhandlichkeit schwerer Nadelvliesstoffrollen ist ein diskontinuierliches Verfahren, wie Drucken, Zwischentrocknen, Diimpfen (Fixieren), Auswaschen und Trocknen auf verschiedenen Aggregaten nicht ublich. Alle Operationen sind kontinuierlich auf einem kombinierten Aggregat in einem Zug hintereinander durchzufuhren. Dadurch kommt es zwangsliiufig zu Liingsspannungen, die bei mehrfarbigen Mustern, aber selbst auch einfarbigen Dessins mit regelmiiBigen geometrischen Figuren, z. B. Kreisen oder Quadraten, zu Ungenauigkeiten im Muster oder Rapport fuhren konnen [ 131. Um Verzuge zu vermeiden, ware es notwendig, Nadelvliesstoffe fur FuBbodenbeliige auf ein dimensionsstabiles Grundgewebe zu nadeln, was neben wirtschaftlichen auch technische Probleme aufwirft, oder aber vorzuverfestigen.
8.3 Dricckcw
425
Bereits im Kapitel uber Farberei war gesagt worden, da13 sich die Vliesbinder bezuglich ihrer Anfiirbbarkeit zum Teil wesentlich anders verhalten als die Fasern. Daraus folgt, dal3 zu bedruckende Nadelvliesstoffe nicht vollbadig, sondern nur riickseitig gebunden, d. h. gepflatscht werden durfen. Nun ist weiter bekannt, dal3 es beim Pflatschen nicht einfach ist, den Binder gleichmal3ig tief (oder weniger tie0 einzubringen. Es ist leicht einzusehen, dal3 zu tief eingedrungener oder sogar durchgeschlagener Binder zu einem unterschiedlichen Druckausfall fuhren mul3. Es kommt hinzu, dal3 eine fur den Rotationsdruck von schweren Nadelvliesstoffen vorgesehene Druckpaste ganz andere rheologische Eigenschaften haben mu13 als eine Paste fur Leichtvliesstoffe. Lassen sich diese mit Druckgeschwindigkeiten von mehr als 30 m.min-l drucken, so ist bei schweren Nadelvliesstoffen eine Geschwindigkeit zwischen 2-5 m.min-l ublich. Hierdurch ergeben sich verschiedenartige Scherkrafte und unterschiedliches Trennen der Druckpaste von der Schablone oder eine andere Haftung auf dem Substrat. SchlieBlich ist bei Auftragsmengen von zwei bis drei Kilogramm Druckpaste pro Quadratmeter mit relativ niedriger Farbstoffkonzentration der ,,Frosting-Effekt" ungleich grol3er als beim Druck eines Leichtvliesstoffs.
8.3.3 Spritzdruck Diese Schwierigkeiten haben zur Wiederentdeckung des Spritzdrucks gefuhrt, der nach dem Prinzip des Tintenstrahldrucks auf voll computergesteuerten Maschinen vorgenommen wird. In der Praxis haben sich das Millitron- und das Chromojrt-Verfirhren durchgesetzt. Bei beiden werden die Druckpasten (Tinten) durch feine Dusen mit einer Frequenz von 3-300 kHz auf das Substrat gespritzt, wobei das Millitron-Verfahren nach dem Continuous-Jet-System, das Chromojet-Verfahren nach dem Drop-onDemand-System arbeitet (Abb. 8-2).
DROP-ON-DEMAND
CONTINUOUS
I I H i SELEhTION
A
SELEKTION
BILDUNG
o
o
--•
Abb. 8-2. SpritLdrucksysterne (nach [ 141) Bildung getrennt von Selektion - Hohe Tropfenfrequenz (50-2500 kHz) - Rezirkulation notwendig -
-
Selektion wiihrend der Bildung Niedrige Tropfenfrequenz (3-20 kHI)
Die Dusen sind auf einem feststehenden oder traversierenden Druckbalken montiert, so dal3 etwa 16 pro Zoll in Langs- und Querrichtung angeordnet sind. (Beim Rotationsdruck sind es vergleichsweise I25 Druckpunkte pro Zoll). Der grol3e Vorteil des Spritzdrucks besteht darin, daB man das Druckdessin mit bis zu zwolf Farben (bei Millitron noch mehr) direkt auf die Anlage ubertragen und sich die Anfertigung der Druckschablonen ersparen kann. Der Nachteil besteht in der nicht so feinen Rasterung des Dessins. Nach dem Spritzen wird wie ublich zum Fixieren des Farbstoffs gedampft, durch Abspritzen uberschussiger Farbstoff ausgewaschen und getrocknet [ 141.
8.3.4 Transferdruck Ebenfalls von Bedeutung ist das Transfer- oder Thermoumdruckverfahren, bei dem sublimierende Farbstoffe unter der Einwirkung von Hitze und Druck von einem Release-Papier auf den Vliesstoff ubertragen werden. Besonders geeignet hierfur sind Vliesstoffe aus Polyesterfasem, da diese den Farbstoff sehr intensiv binden und gute Allgemeinechtheiten geben. Wahrend auf Leichtvliesstoffen der Umdruck vollig problemlos ist und auch die meisten Binder eine Temperatur von ungefahr 200 C wahrend 30-60 s ohne Vergilbung oder Kleben uberstehen, ergeben sich bei schweren Vliesstoffen wiederum einige Probleme. Hierzu gehoren eine ausreichende Diffusion der Farbstoffe in das Vliesstoffinnere und dabei auftretende Nuancenanderungen bei Mischfarbstoffen. Farbstoffe mit kleinem Molekul sublimieren bereits ab 145 'C und dringen deshalb leicht und tief in den Vliesstoff ein. groBe Farbstoffmolekule sublimieren erst bei hiiheren Temperaturen und damit spiiter und gelangen deshalb hauptsachlich auf die Obertlache, wodurch zwar keine Rapport-, wohl aber Nuancenverschiebungen eintreten kiinnen. Im allgemeinen wird der Thermoumdruck auf Transfer- oder Umdruckkalandem durchgefuhrt, die dem in Abschnitt 7.3.3 erwahnten Filzkalander nachempfunden wurden (Abb. 8-3). Transferpapier und zu bedruckendes Substrat werden zwischen einem beheizten Stahlzylinder und einem endlosen, umlaufenden Filz behandelt. Damit stellt der Transferdruck unter den genannten Drucktechniken das einzige Trockenverfahren dar und ist demnach, abgesehen von der Notwendigkeit der Entsorgung des abgedruckten Papiers, ein sehr umweltfreundlicher Vorgang [ IS].
Abb. 8-3. Schema eines Transfer- oder Umdruckkalanders (nach [IS]).I Vliesstoft; 2 Umdruck-
papier
8.4 Appretieren, Weichmachen, Spezialeffekte
427
8.4 Appretieren, Weichmachen, Spezialeffekte Soweit es sich um adhasiv verfestigte Vliesstoffe handelt, wird man versuchen, alle fur das Endprodukt gewunschten Eigenschaften durch die Bindemittelflotte zu erreichen. Dies ist aber nicht in allen Fallen moglich, vor allem dann, wenn aul3er der reinen Faserbindung auch noch andere zusatzliche Effekte gefordert werden. Eine Nachbehandlung wird meist dann unumganglich, wenn nur ein mechanisch verfestigter Vliesstoff vorliegt, dem durch eine Ausriistung besondere Eigenschaften verliehen werden sollen.
8.4.1 Maschinelle Gegebenheiten und Moglichkeiten Fur entsprechende Behandlungen benutzt man praktisch dieselben Maschinen und Methoden wie in der Stuckveredlung, wobei man allerdings den beriihrungslosen oder doch wenigstens den beriihrungsarmen den Vorzug gibt. Zunachst ist einmal das vollbadige Tauchen (Impragnieren) und Abquetschen am Foulard zu envahnen. Um eine gleichmal3ige Durchtrankung des Vliesstoffs mit der Appreturflotte sicherzustellen, benotigt man mehr oder weniger lange Tauchzeiten und damit Tauchwege. Umlenkrollen und Verdrangungskorper sorgen dafur, dal3 nicht zu grol3e Flottenmengen angesetzt, aufbewahrt oder entsorgt werden mussen. Doppelwandige heiz- und kuhlbare Chassis sichern in Verbindung mit ebensolchen Verdrangern eine gleichmaige Flottentemperatur. Nach dem Tauchen quetscht man so stark wie moglich ab, um Trocknungsenergie zu sparen. Oberflacheneffekte erreicht man vor allem durch Spriihen. Man unterscheidet das Spritzen mit Einstoff-(Airless) und Zweistoffdusen, deren Venvendung sich in erster Linie nach der aufzubringenden Menge und der mechanischen Stabilitat des aufzubringenden Mediums richtet. Zweistoffdusen setzt man fur empfindliche Flotten ein, die in verhaltnismafiig geringen Mengen aufgebracht werden sollen. Airless-Diisen benutzt man bei stabilen Appreturen, die auch in grol3en Mengen eingesetzt werden. Fur ganz geringe Auftragungsmengen benutzt man Rotorbefeuchtungsanlagen oder das einem Pflatschen ahnliche Minimalauftragsverfahren, bei dem ein- und beidseitiger Flottenauftrag moglich ist. Aufschaumen und Streichen oder das Drucken mit Hilfe feingelochter Rundschablonen sind ebenfalls ubliche Auftragungstechniken.
8.4.2 Steifappreturen Zu den zusatzlichen Ausriistungsgangen gehort beispielsweise ein Versteifen, das beim ersten Binden in einem Arbeitsgang nicht moglich war. Hier seien als Beispiel Sonnenschutzlamellen und Rollos erw&nt, die einer zusatzlichen Appretur bedurfen. Man verwendet hierfiir in erster Linie nichtvergilbende Polyvinylacetat-
428
8 Chemische Ausrusturigen
und Acrylsaureesterdispersionen. Wird gleichzeitig Flammfestigkeit verlangt, sind entsprechende Zusatzstoffe (s. Abschnitt 8.4.8) zuzufugen. Wie vielseitig Appretur- und Versteifungseffekte auch bei Viesstoffen sein konnen, sei an folgenden Beispielen erlautert.
8.4.2.1 Appretur von Vorder- und Hinterkappen von Schuhwerk Vorder- und Hinterkappen fur festes Schuhwerk wurden und werden zum Teil auch heute noch auf der Grundlage koperbindiger Gewebe hergestellt. Vliesstoffe haben gegenuber dem Gewebe den groBen Vorteil, sich besser in jeder Richtung dehnen und formen zu lassen und keinerlei Falten zu bilden. Kappenvliesstoffe werden in mehreren Arbeitsgangen mit warmehartbaren Vorkondensaten, Thermoplast- oder Elastomerendispersionen ausgerustet. Letztere dienen fur sog. sprungelastische Gummikappeneinlagen, bei denen man regelrecht von einem ,,Ping-Pong-Effekt" spricht. Thermoplastdispersionen, insbesondere hochstyrolhaltige SBR-Latices, werden fur thermisch verformbare und rnit Losungsmitteln reaktivierbare Kappen benutzt, und Vorkondensate verwendet man schlieljlich in Verbindung rnit Elastomerendispersionen fur sog. Vulkakappen, die heute allerdings mehr und mehr von den beiden anderen Typen verdrangt werden. Fur alle diese Ausriistungen gelten Appreturauflagen von bis zu 300% und mehr von der Vliesmasse, die naturlich nicht in einem Arbeitsgang aufgebracht werden konnen. Anstelle der elastischen Versteifung rnit wal3rigen Dispersionen und/oder Latices und Vorkondensaten 1aBt sich mit Vorteil eine Pulverbeschichtung durchfuhren. Eine Bestreuung rnit 200-250 g/m2 eines Ethylen-Vinylacetat-CopolymerisatPulvers, das unter Infrarotstrahlem angeschmolzen und anschlieBend zwischen einem gekuhlten Stahlwalzenpaar geglattet wird, bringt nicht nur die gewunschte Sprungelastizitat, sondern macht es dariiber hinaus moglich, diese Schuhkappe in den Schuh ,,einzubugeln" statt einzukleben (s. auch Abschnitt 8.5).
8.4.2.2 Ausrusten von Vliesstoffen fur Dachbahnen Mit ahnlich hohen Appreturauflagen arbeitet man bei der Ausriistung von Vliesstoffen fur Dachbahnen. Ein bereits vorverfestigtes Vlies wird durch eine Bitumenschmelze von 180-220 "C gefuhrt, zwischen einem beheizten, auf Spalt eingestellten Stahlwalzenpaar durchgezogen und rnit einer Bitumenauflage versehen, die mehrere hundert Prozent der Vliesmasse ausmacht. AnschlieBend wird rnit grobem oder feinem Sandkom bestreut und abgekuhlt. Bei einer derartigen Ausriistung sind hohe ReiBfestigkeiten auch bei 200 "C genauso wichtig, wie gute Planlage bei hoher Zugbeanspruchung und gleichzeitig eine ausreichende Hydrophobie, da im praktischen Gebrauch durch Kapillareinwirkung angezogenes Wasser bei seiner Verdampfung zu Blasenbildung und Sprengung der Bitumenschicht fuhren wurde.
8.4 Appretieren. Weichniucheri. Spe:iuleffeekte
429
8.4.2.3 Ausrusten von Glasfaservliesstoffen fur GFK-Komposits Durch Handauflegen von Glasfasern erstellte Polyesterfonnkorper, z. B. Bootsriimpfe, haben eine rauhe, zum Teil porose Oberflache. Zur Glattung deckt man sie mit einem ca. 30 g/m2 schweren Glasvliesstoff ab, der mit etwa 15% Trockenauflage einer wa13rigen Dispersion verstarkt wurde. Diese Ausriistung mu13 gegen das in Polyesterharzsystemen enthaltene monomere Styrol bestandig sein. Bestimmte PUR-Dispersionen erfullen diese Bedingung.
8.4.3 Weichmachen Weichmachen kann sich auf den Faser- undoder den Bindemittelanteil des Vliesstoffes beziehen. Zum nachtraglichen Plastifizieren von Bindem lassen sich Phthalsaure-, Phosphorsaure-, Adipinsaure- und Sebacinsaureester verwenden. Fur das Weichmachen der meisten Fasern, aber auch das Glatten, dienen u. a. kationische Aminofettsaurekondensate oder quartare Stickstoffverbindungen, die sich im Binderbad mit den meist anionisch emulgierten Dispersionen nicht kombinieren lassen, zu Ausfallungen fuhren oder doch zumindest in ihrer Wirksamkeit beeinflufit werden. Besonders effektiv ist das nachtragliche Weichmachen mit Silikonprodukten, die ihrer Glatte wegen fur den Oberflacheneffekt von Einlagevliesstoffen verwendet werden, weil sie die Vernahbarkeit erleichtern. Eine Mitverwendung im Binderbad ist zwar moglich, hat aber gewisse Nachteile. Einmal bringt man die relativ teuren Produkte dabei auch in das Innere des Vliesstoffes, wo sie wenig NutZen fur die Vernahbarkeit haben, und zum anderen hindem sie zum Teil die Binder, sich intensiv auf den Fasern zu verankern und reduzieren auf diese Weise die Vliesstoffestigkeit. Man unterscheidet verschiedene Silikonweichmacher. Neben einfachen, emulgierten Silikonolen, die zum Teil als Mikroemulsionen vorliegen und wieder auswaschbar sind, gibt es methyl- und aminomodifizierte Silikone, die nach der Trocknung vernetzen und dadurch einen permanenten Weichmachungs- und Glattungseffekt geben [ 161. Silikonkautschuke verleihen Polyesterfasern permanente Bauschigkeit und werden rnit Erfolg fur die Praparation von ,,Fiberfill"-Fasern fur Wattier- und Fullvliesstoffe eingesetzt. Die Vielseitigkeit der Silikonprodukte wird dadurch unterstrichen, da13 sich bestimmte Methylsiloxane auch fur wasserabweisende Ausriistungen (Hydrophobierungen) eignen (s. Abschnitt 8.4.6). Soweit wie moglich wird man Weichmacher venvenden, die biologisch abbaubar sind oder weder biologischen noch chemischen Sauerstoffbedarf haben und damit ohne Bedenken dem Abwasser zugeleitet werden konnen.
430
N Chetnische Ausriistungeri
8.4.4 Antistatische Ausriistung Antistatisch machende Ausrustungen haben eine groBe Bedeutung fur Heimtextilien [ 171, vor allem Bodenbelagsstoffe, Wandbespannungen, Tapeten sowie MObel- und Matratzenbezugsstoffe. Soweit moglich, gibt man geeignete Produkte, z.B. auf der Grundlage von Phosphorsaureestem oder polystyrolmalsaurem Natrium rnit zur Binderflotte oder spruht sie nachtraglich, wie z. B. bei Nadelvliesstoffen fur FuBbodenbelage, auf die rechte Warenseite auf. Die Antistatik macht man sich auch bei der Ausrustung staubbindender Vliestucher oder sog. Antistatiktucher zunutze. Das Antistatikum wird hierbei allerdings haufig durch hygroskopische Zusatze, wie Glycerin oder polierende Substanzen, z. B. Paraffinemulsionen, erganzt. Eine permanente Antistatik erreicht man durch eine Behandlung rnit Kombinationsprodukten aus Epichlorhydrin und EOPEO-Ketten oder durch Einlegen von Kupferdrahten z. B. bei der Kaschierung von Veloursteppichen rnit Nadelvliesstoffen fur FuBbodenbelage (EP003057). Auch feindisperser RUB gibt, der Binderflotte fur Ruckenappreturen beigemischt, einen permanenten antistatischen Effekt. Leichtvliesstoffe, die rnit mehr als drei Prozent Trockenauflage bezogen auf die Vliesstoffmasse an feinverteiltem RUB oder Kupferpartikeln impragniert, bespriiht oder beschichtet wurden, bilden als Wand-, Decken- und Turtapeten eingesetzt - zusammen mit einem leitfiihigen Vliesstoff-Fufibodenbelag eine Art Faraday'schen Kafig und schirmen vor Rontgenstrahlen ab oder schutzen vor dem ,,Abhoren" durch elektronische Gerate.
8.4.5 Schmutzabweisende Ausriistung Hier ist zwischen der ,,Soil-Release"- und der eigentlichen ,,Antisoil"-Schmutzabweisung zu unterscheiden. Als Soil-Release-Ausriistung wird eine Vliesstofibehandlung bezeichnet, welche die Entfernung des auf Textilien gelangten Schmutzes erleichtern soll. Dies betrifft vor allem als ,,Durables" bezeichnete Vliesstoffe, die wahrend ihres Gebrauchs mehrfach gewaschen werden. Fur den Soil-Release-Finish bringt man z. B. filmbildende, niedermolekulare und damit leicht quellende Polymere auf, die zunachst eine Art Schutzschicht gegen den Schmutz bilden, beim Waschen aber zusammen mit diesem leicht von den Fasem abgeschwemmt werden konnen. Einen Antisoil- oder Fleckschutz-Effekt geben die bekannten Fluorcarbonharzchemikalien, die meist auch noch eine 01- und wasserabweisende Wirkung haben. Eine Spezialitat stellen Polytetrafluorethylendispersionen dar, die man insbesondere auf hochtemperaturbestandigen Faservliesstoffen fur Filterzwecke aufbringt, um deren Abreinigung zu erleichtern. Ahnlich wirken feindisperse Silicium- und Aluminium-Hydrosole, die als ,,unsichtbarer Schmutz" den Vliesstoff vor weiterer Anschmutzung schutzen sollen.
8.4 Appretieren, Weichmcichen, Spezicdeffekte
43 1
8.4.6 Hydrophobieren, Oleophobieren Die fur die Hydrophobierung von Web- und Maschenwaren noch eingesetzten aluminium- und zirkonsalzhaltigen Paraffinemulsionen haben fur die Ausriistung von Vliesstoffen praktisch keine Bedeutung. Man venvendet Polysiloxanemulsionen, wenn neben dem wasserabweisenden Effekt gleichzeitig noch ein weicher und glatter Griff gewunscht wird (s. Abschnitt 8.4.3). Die bereits envahnten Fluorcarbonharzemulsionen geben einen eher trockenen und stumpfen Griff, bieten aber neben guter Hydrophobierung zusatzlich noch eine vorzugliche Olabweisung und einen guten Saureschutz. Beide Produktklassen werden haufig zusammen mit Vorkondensaten, sog. Extendem, verarbeitet und benotigen zur Entfaltung ihrer guten und permanenten Eigenschaften ausreichend hohe Trocknungstemperaturen. Eine neue Klasse von perfluorierten Alkyl-Triethyloxisilanen sol1 eine chemische Bindung zur Faseroberflache geben und bereits in Schichten von Nanometerdicke schmutz-, wasser- und fettabweisende Effekte liefem [ IS]. Es versteht sich von selbst, daW vor der Hydrophobierung eventuell vorhandene Praparations- und Netzmittelreste sorgfaltig zu entfemen sind, da vor allem Silikonprodukte durch Detergenzien sehr empfindlich in ihrer Wirkung gestort werden.
8.4.7 Hygieneausrustung Im Hygiene- und Krankenhausbereich sind antibakterielle, antimykotische oder fungizide Ausrustungen gefragt, bei deren Einsatz jedoch strikt darauf zu achten ist, dal3 sie keinen negativen EinfluB auf den menschlichen Korper (Hautreizung, Diffusionseffekt) ausuben [ 191. Hilfsmittel, welche die gewunschten Eigenschaften verleihen, lassen sich sowohl vor der Vliesherstellung auf und in den Fasem applizieren als auch nachtraglich auf den fertigen Vliesstoff aufbringen. Sie haben teils temporare, teils permanente Effekte. Haufig sind auch Ausriistungen von Vliesstoffen mit Kollagen (Naturin), Teebaumol, Hamamelis, Aloe Vera, Kamille oder Bienenwachs fur die Wundabdekkung und Hautregeneration teilweise in Laminaten mit Aluminiumfolie anzutreffen. Neben der Anwendung dieser Chemikalien und Heilmittel kennt man im Krankenhausbereich die Venvendung von Laminaten, bei denen mikroporose Membranfolien mit Vliesstoffen und anderen textilen Flachengebilden verklebt werden, urn einen dauerhaften Schutz gegen Keime, aber auch gegen Blut sicherzustellen (s. Abschnitt 8.6) [20].
8.4.8 Flammfestausriistung Obgleich flammhemmende Eigenschaften in erster Linie durch die verwendeten Fasern und Binder bestimmt werden, lassen sich zusatzliche Effekte auch haufig noch durch eine erganzende Appretur erreichen. Es gibt eine Reihe von Stickstoff-Phosphor-Verbindungen - einfachste ist z. B. Diammoniumhydrogenphosphat -, die Zellulosefasern gute Flammfestigkeit verleihen. Eine solche Appretur kann allerdings ,,ausbluhen" und wird deshalb zuweilen rnit hygroskopischen Hilfsmitteln kombiniert, die ihrerseits durch ihr Wasserbindevermiigen die Entflammbarkeit der Fasern herabsetzen. Auch andere wasserhaltige anorganische Substanzen wie Aluminiumtrihydrat zeigen oftmals gute Wirkung. Organische Brom- und Chlorderivate verringern die Entflammbarkeit von Synthesefasern. Sie haben aber vielfach den Nachteil, da13 die bei ihrer thermischen Zersetzung entstehenden Case fur den Menschen schadlicher sind als die offene Flamme. Da bei einzelnen. fruher im Handel befindlichen Produkten Hautreizungen moglich waren und Krebsgefahr bestand, ist sehr sorgfaltig abzuwagen, wo und ob rnit tlammhemmenden Appreturmitteln gearbeitet werden sol1 12 I , 221. Eine umweltfreundliche Alternative bieten intumeszierende Produkte wie Blahglimmer und der fur den Flammschutz von Textilien patentrechtlich geschiitzte B lahgraphi t (EP 0752 458).
8.4.9 Saugfahige und wasserbindende Ausriistung Wasserbindende Eigenschaften, die fur Handtucher, Hygieneartikel und medizinische Artikel eine Rolle spielen, werden in erster Linie durch die verwendeten Fasern und Binder bestimmt, lassen sich aber durch spezielle Zusatze oder Nachbehandlungen deutlich steigern. Die Mitverwendung von ,,Wiederbenetzern" - nicht rnit den eigentlichen Netzmitteln zu verwechseln - fordert die Saug- und damit Trocknungswirkung von Vliesstoffhandtuchern. Geeignete Produkte sind beispielsweise modifizierte Betaine oder quartiires Ols5uretriisopropanolamid, die zusatzlich zellulosischen Fasern weichmachende Eigenschaften verleihen. Wasserbindend wirkt auch die Kombination eines Vliesstoffs mit Zellstofffullung. Eine noch bessere Wirkung, d. h., das hundertund mehrfache Wasserbindevermogen ihrer Eigenmasse, haben Quellkorper von der Art teilvernetzter Polyacrylsaure- und Polyacrylamidderivate und moditizierte Zellulosederivate in Form von Fasern oder Pulvern, die zudem den Vorteil bieten, in Windelhoschen und Damenbinden weniger ,,aufzutragen" als Zellstoff [23 1. Es bedarf grol3er Erfahrung, diese Hilfsmittel - soweit sie als Pulver vorliegen - ausreichend fest in dem aus Fluff bestehenden Core einer Windel zu fixieren, da ihr Anteil 60-70% des Cores oder 15-20 g einer kompletten Windel von etwa 50 g Gesamtgewicht ausmacht 125,261. Auch bei der wasserbindenden Ausriistung ist wiederum auf gute Hautvertraglichkeit und physiologische Unbedenklichkeit zu achten. Was hier gesagt wurde, gilt naturlich auch fur die hydrophile Ausrustung von Vliesstoffen, soweit diese in Kontakt mit dem menschlichen Korper gelangen.
8.5 Beschichten
433
Weniger kritisch in dieser Beziehung ist der Einsatz von Superabsorbern in technischen Artikeln, wie z. B. fur Bewasserungsvliesstoffe in Gewachshausern oder als Wasserstopp fur Elektrokabel, die in Wasser oder im Erdreich verlegt werden [24]. Lebensmittelrechtliche Bestimmungen sind zu beachten, wenn ein rnit SAP behandelter Vliesstoff fur den Transport von Frischfisch in Eis oder fur die Verpackung von Geflugelfleisch venvendet wird, um austretendes Wasser oder Blut zu binden [28]. Agrarrechtliche Bestimmungen mussen berucksichtigt werden, wenn Vliesstoffe als Saatbander fur pillierte Saat in Kombination rnit Superabsorberpulver und Dungemitteln zur Verbesserung des Anwachsens verwendet werden.
8.4.10 Staubbindende Behandlung Staubbindende Ausriistungen spielen in erster Linie im technischen Vliesstoffbereich eine Rolle. Das hohe Staubbindevermogen von Vliesstoffen, insbesondere solcher aus Mikrofasern, wird in nahezu idealer Weise durch die Labyrinthstruktur der Fasern bewirkt. Sofern keine Abreinigung, wie z.B. bei den Staubfiltern in der Zementindustrie, erforderlich ist, sondern die Staubpartikelchen moglichst dauerhaft an den Vliesstoff gebunden werden sollen, empfiehlt sich die Applikation besonderer staubbindender Substanzen, die sowohl hydrophiler als auch hydrophober Natur sein konnen. Ein interessantes Einsatzgebiet fur solche Praparationen sind die Staubbindematten, die allenthalben in den Eingangen offentlicher Gebaude zu finden sind. Eine ,,olhaltige" Praparation dieser Matten bindet den an den Schuhsohlen haftenden Staub und halt ihn wie ein Magnet fest. Sind diese Matten ausreichend verschmutzt, werden sie gewaschen oder gereinigt und erneut mit dem ,,Schmutzfanger" prapariert und regenenert. Nach dem gleichen Prinzip werden auch Putzvliesstoffe als Staubtucher ausgeriistet. Durch eine kombinierte Vollbadimpragnierung mit Antistatika, Hygroskopika und Parafinemulsionen als Glanzgeber erreicht man Effekte, die denjenigen normal gerauhter Staubtucher bei weitem uberlegen sind. Filter fur den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen bestehen aus statisch aufgeladenen Vliesstoffen aus Mikrofasern. Sie schutzen vor Pollenflug und weitgehend vor Dieselabgasen. Integriert man in ihnen Beutel mit Aktivkohle, dann ist auch eine Geruchneutralisierung moglich.
8.5 Beschichten Eine wesentliche und aufierordentlich wichtige Ausriistung fur Vliesstoffe ist das Beschichten, das zu einer ein- oder zweiseitigen optischen, grifflichen oder technischen Veranderung des Substrates bzw. des Gesamtverbundstoffes fuhren soll. Die Durchfuhrung ist vom Substrat, der vorhandenen Beschichtungseinrichtung, dem Beschichtungsmittel und nicht zuletzt vom gewunschten Effekt abhangig.
Betrachtet man zunachst die beschichtete Oberflache, so lassen sich ganztlachige oder auch nur Teile der Oberflache des Vliesstoffs bedeckende Beschichtungen unterscheiden. Zur ersteren lassen sich z. B. Glattschaumbeschichtungen von FuBbodenbelagen oder Kunstlederbeschichtungen, zur zweiten die punktformig aufgebrachten HeiBsiegelbeschichtungen von Fixiereinlagen einordnen. Einen Ganzflachenauftrag erreicht man entweder durch direkte oder aber indirekte Verfahren. die mit direkter Beruhrung des Substrats arbeiten oder aber auch einen beriihrungslosen Auftrag zulassen.
8.5.1
Beschichtungsverfahren
8.5.1.1 Pflatschen
Eine der bekanntesten Direktauftragsmethoden ist das ,,Pflatschen". Man versteht darunter den Auftrag rnit Hilfe einer rotierenden Walze, die auf ihrer Oberflache mit dem aufzubringenden Produkt versehen ist. Diese Pflatschwalze wird entweder direkt mit der Beschichtungsflotte gespeist, indem sie unmittelbar in das Hilfsmittel eintaucht oder aber uber besondere Speisewalzen mit der Beschichtungstlotte prapariert wird (Abb. 8-4). Im ersten Fall spricht man von Direktauftrag, im letzteren von Reverse-Rollcoating. Die Pflatschwalze dreht sich entweder in der Laufrichtung des Substrats oder dieser entgegengesetzt. Bei gleichsinniger Drehrichtung ist es denkbar, daB die Umfangsgeschwindigkeit der Walze groljer als die Geschwindigkeit des zu beschichtenden Vliesstoffes ist oder aber gegenuber dieser zuruckbleibt. SchlieBlich ist auch noch eine synchrone Laufgeschwindigkeit moglich. In der Praxis ist es ublich, die Pflatschwalze in beide Richtungen wahlweise anzutreiben, da hierdurch - bei gleicher Flottenkonzentration - die Auftragsmenge und die Eindringtiefe in betrachtlichen Grenzen geandert werden konnen. Bei mitIaufiger Pflatschwalze gibt es in der Regel ein tieferes Eindringen der Flotte in das Substrat als bei gegenlaufiger. Die Auftragungsmenge ist von der Drehgeschwindigkeit abhangig. Ein weiterer Variationseffekt ergibt sich bei gleichem Feststoffgehalt der Flotte durch Veranderung ihrer Viskositat. Eine andere Variante ist im sog. Hohlauftrag durch Veranderung des Umschlingungswinkels, in dem der Vliesstoff die Pflatschwalze tangiert, moglich. Umlenkrolle
!
'
t Rake1
,,Pflatschwalze
Ahh. 8-4. Schema ciner Pllatxcheinrichtung (nach [ 11)
8.5 Beschichteri
435
Als Pflatschen der rechten Warenseite kann man das Auftragen von Beschichtungsmassen durch Druckwalzen verstehen. Es beschrankt sich beim Tiefdruckverfahren fast ausschlieBlich auf den Ubertrag sog. Deck- oder SchluBstriche, die zuweilen auch als Lackierung bezeichnet werden. Man fuhrt sie rnit niedrigviskosen Dispersionen oder Losungen durch. 8.5.1.2
Beschichten durch Tiefdruck
Im letzten Absatz wurde die Verwendung sog. Tausendpunktwalzen fur die vollflachige Auftragung einer Beschichtungsmasse beschrieben. Es ist aber auch moglich, rnit Tiefdruckwalzen musterartige Beschichtungen vorzunehmen. Dies geschieht sehr haufig rnit beheizten Walzen, die fur die Applikation von Hot-melts, d. h. aufgeschmolzenen, thermoplastischen Kunststoffen benutzt werden. In den meisten Fallen handelt es sich hierbei um Kleber, die den Verbund mit einer zweiten Warenbahn herstellen sollen. Wird diese sofort zugefuhrt, spricht man von einer Kaschierung (s. Abschnitt 8.6), und das Verbundmaterial wird als Laminat bezeichnet. Es ist aber auch moglich, den Hot-melt nach dem Abkuhlen als Beschichtung zu belassen und die Verklebung (Kaschierung) mit einer zweiten Warenbahn spater - nach Reaktivierung des Klebers - vorzunehmen. Eine interessante Variante dieser Art ist das Pulverpunktverfahren zur Beschichtung von Fixiereinlagen (s. Abschnitt 8.5.2.8).
8.5.1.3 Beschichten durch Rotationsdruck Fur die HeiBsiegelbeschichtung von Fixiereinlagevliesstoffen hat aber das sog. Pastenpunktverfahren auf Rotationsdruckmaschinen weitaus grorjere Bedeutung erlangt, da es groBere Arbeitsbreiten und hohere Produktionsgeschwindigkeiten zuIaBt als das Pulverpunktverfahren. Man arbeitet sowohl rnit Streichrakel- als auch rnit Magnetrollrakelsystemen. Im Rotationsdruck lassen sich sowohl wal3rige als auch wasserfreie Pasten (Plastisole) aufbringen. Unter bestimmten Voraussetzungen ist auch ein Pulverauftrag moglich, wenn die aufzubringenden Pulver ausreichend rieselfahig sind und ihre Korngrorje in einem angemessenen Verhaltnis zum Durchmesser der Offnungen der Lochschablone steht. Hierbei lassen sich moglichst kugelformige Pulver rnit einer KorngroBe von 80-200 p vorteilhaft verarbeiten. Die fur Pasten ubliche einfache Innenrakel wird bei Pulverapplikationen allerdings durch eine Doppelrakel ersetzt. Wie beim Walzendruckverfahren sind auch beim Rotationsdruck fur diesen Zweck Rasterungen zwischen 9-35 mesh oder sog. Computerpunktschablonen in Gebrauch. Neben diesen musterformigen Beschichtungen lassen sich naturlich auch vollflachige Ausriistungen rnit Rotationsdruckschablonen durchfuhren. Hierfur verwendet man besonders feinmaschige Schablonen rnit mehr als 60 Offnungen pro Zoll linear. Je nach Lochdurchmesser und Wandstarke der Schablone und Feststoffgehalt der Beschichtungsmassen lassen sich Auflagen von wenigen Gramm pro Quadratmeter (Minimalauftrag) bis uber 100 g/m2 erzielen.
436
8 Clzcwiischc~Ausriistungrn
8.5.1.4
Streichen oder Rakeln
Die klassische Beschichtungsart ist das Streichen mit Hilfe von Rakeleinrichtungen. Man unterscheidet Walzen-, Gummituch- und Luftrakelauftrag (Abb. 8-5). Es ist zu berucksichtigen, da13 beim Streichen oder Rakeln das zu beschichtende Substrat unter Liingsspannung gehalten werden mu13 und demzufolge n u r solche Vliesstoffe gestrichen werden konnen, die ausreichend dimensionsstabil sind. Hierzu gehoren schwere und dicht vernadelte Vliesstoffe, feste Leichtvliesstoffe, wie z. B. die Iiingsorientierten nach dem Eisenhut-Verfahren hergestellten Vliesstoffe, oder auch im Naljverfahren erzeugte Glasfaservliesstoffe. Gestrichen werden in der Regel hochviskose, waljrige Pasten, Losungen oder Plastisole, doch lassen sich auch pulverformige Beschichtungsmassen im Streichverfahren mit uberraschender Gleichmaljigkeit auftragen. Entscheidend ist dafur u. a. die Art des auszuwahlenden Rakelverfahrens, die Stellung des Rakelmessers zum Substrat und schlieljlich auch noch seine Form. Besonders beliebt ist das Rakeln aufgeschiiumter Beschichtungsmassen. weil hierdurch sowohl Leicht- als auch Schwerbeschichtungen bei geringster Zugbeanspruchung des Substrats moglich werden. Eine typische Schaumbeschichtung von Vliesstoffen laljt sich beispielsweise mit Natur- oder Syntheselatexdispersionen durchfuhren. Zusiitzlich eingearbeitete Schaumhilfsmittel, wie Ammoniumstearat, Kaliumoleat oder Sulfosuccinamat, ermiiglichen ein Aufschaumen der Mischung auf eine Dichte von 800-200 g.dm-3 entsprechend dem I ,2 bis Sfachen des ursprunglichen Volumens. Es wird kontinuierlich oder diskontinuierlich aufgeschiiumt. Letzteres geschieht mit Hilfe eines exzentrisch arbeitenden Schlagbesens. Besonders wirkungsvoll ist es, wenn dieser eine Planetenbewegung ausfuhrt. Beim kontinuierlichen Aufschiiumen wird die Latexmischung zusammen mit Luft durch spezielle Schaummixer zwischen mit Pyramidenstumpfen besetzten Scheiben, die als Stator und Rotor fungieren, aufgeschiiumt. Am Blender ist es moglich, Koagulantien oder Sensibilisierungsmittel oder auch Farbstofflosungen zuzudosieren. Der gebildete Schaum wird kontinuierlich mit einem Russel, der bei groljen Warenbreiten uber der Warenbahn changiert, auf das Substrat gefordert und durch das Rakelmesser verstrichen. Nach dem Glattstreichen wird der aufgebrachte Schaum koaguliert oder unter Infrarotstrahlern vorgetrocknet und anschlieljend vulkanisiert. Fur die Maschinenausstattung rechnet man im Infrarotfeld eine Verweilzeit von 30-120 s bei einer Strahlerleistung von 10 kW/m’ und fur die Vulkanisation 10- 1.5 min bei 140- I60 C [ 29 I.
a
b
Abb. 8-5. Scheniaakiuen von Rakeleinrichtungen (nnch [ I c i WalLenrakel
C
I). a ) Luftrakrl. b) Cunimituchrakel
8.5 Beschichteri
431
Die diskontinuierliche Herstellung von Latexschaumen rnit Hilfe von Treibmitteln (Hefe und Wasserstoffsuperoxid) hat heute keine technische Bedeutung mehr. Anders dagegen beim PVC-Schaum. Hier benutzt man den Treibschaum gleichrangig zu dem mechanisch aufgeschaumten. Treibmittelhaltige Polyvinylchloridpasten lassen sich durchweg leichter verarbeiten. Voraussetzung ist lediglich ein gutes Einarbeiten des Treibmittels. Da aber Polyvinylchloridpasten an sich schon uber Walzenstuhle abgerieben oder in Dissolvern hochtourig geriihrt werden, um die einzelnen Bestandteile der Mischung homogen zu verteilen, ist es im Prinzip kein Problem, bei dieser Gelegenheit auch noch das Treibmittel (meist Diazodicarbonamid) rnit einzumischen. Hinzu kommt, daB aul3erdem in der Paste enthaltene Stabilisatoren als ,,Kicker" fur das Treibmittel fungieren und dadurch den ganzen ProzeB noch einfacher und sicherer machen. Polyvinylchloridplastisole werden meist mit dem Walzenrakel gestrichen und anschliefiend - je nach Mischungsaufbau - bei 135-220 "C geliert. Hauptanwendungsgebiet fur Beschichtungen sind PVC-Kunstleder, FuBbodenbelage und Teppichriickenappreturen, auf die spater noch einmal zuriickgekommen wird. Eine interessante Schaumbeschichtungsvariante ist der sog. Crushed Foam. WaBrige Kunststoffdispersionen, bevorzugt auf der Grundlage von Polyacrylsaureestern und/oder ausreagierten, aliphatischen Polyurethanen werden rnit einem Schaumhilfsmittel und Ammoniumstearat als Stabilisator sowie einem Verdikkungsmittel zwecks Viskositatseinstellung verwendet. Nach dem Aufschaumen auf ein Schaumlitergewicht von 80-400 g.dmp3 werden sie in ublicher Weise auf das Substrat aufgerakelt und bei 100°C vorgetrocknet, ohne daB der Schaum dabei merklich an Volumen verliert. Diese erste Schaumbeschichtung wird dann kalandert (gecrushed) und kann danach rnit weiteren Schaumstrichen nach derselben Methode erganzt werden. Nach dem letzten Auftragen, Trocknen und Kalandern wird bei 140-160°C vernetzt. Begnugt man sich mit einem Strich, dann 1aBt sich durch dieses Verfahren die Porositat genadelter Papiermaschinenvliesstoffe vorteilhaft konigieren oder es laat sich auf diese Weise eine atmungsaktive Kleberschicht fur Beflockungen herstellen. Im Mehrstrichverfahren rnit z. B. schwarz eingefarbtem Mittelstrich sind Verdunkelungsvorhgnge (Black-out-curtain) zu erzeugen, die dann spater noch zur Dekoration bedruckt oder beflockt werden konnen. Die Beschichtung von Vliesstoffen rnit losungsmittelhaltigen Produkten ist relativ selten. Eine Ausnahme machen Polyurethane, die ublicherweise als Zweikomponentensysteme aus Isocyanaten und Diolen in Ethylacetat gelost oder als Einkomponentensystem in Dimethylformamid aufgebracht werden. Auch Lackierungen und SchluBstriche rnit Polyurethanlacken oder Acrylsaureesterpolymerisaten werden haufig als Losungen aufgebracht. 8.5.1.5
Extrudieren
Vollflachenbeschichtungen oder -kaschierungen (s. Abschnitt 8.6) werden in einzelnen Fallen auch rnit Thermoplasten nach dem Extruderverfahren rnit Hilfe von Breitschlitzdusen durchgefuhrt. Diese Art der Beschichtung spielt dann eine Rolle, wenn undurchlassige Barriereschichten verlangt werden, wie sie beispielsweise im
Krankenhausbereich (Inkontinenz, OP-Bezuge) und fur gasdichte oder aromadichte Verpackungen verlangt werden. Obgleich nur eine Beschichtung vorliegt. wird eine solche Ausrustung hiiufig als Laminat bezeichnet [ 271. 8.5.1.6
Beruhrungsloses Beschichten
Wiihrend bei der Direktbeschichtung an die mechanische Stabilitiit des Substrats beachtliche Anforderungen gestellt werden, lassen sich beruhrungslose Beschichtungsverfahren auch auf weniger stabilen und auf solchen Vliesstoffen durchfuhren, die eine nicht ganz glatte, unebene Oberflache aufweisen. Eine Art dieser Beschichtung ist das schon unter in Abschnitt 8.4.1 erwahnte Bespriihen, mit dem Unterschied, dal3 bei einer Beschichtung hiiherviskose und meist mit Farb- und/oder Fullstoff angereicherte Appreturen eingesetzt werden. Besonders wirtschaftlich ist die sog. Streubeschichtung, die zwar bevoriugt fur partielle Applikationen eingesetzt wird, jedoch in Verbindung mit einem Glattvorgang nach dem Ansintern durchaus auch fur Ganzfliichenbeschichtungen in Frage kommt. Mit besonders hohem Nutzeffekt lassen sich treibmittelhaltige Thermoplastpulver auf sehr leichten und voluminosen Vliesstoffen aufbringen. Durch eine anschliel3ende Glattung oder Prigung zwischen gekuhlten Kalanderwalzen sind interessante Oberfliicheneffekte moglich. Die dafur vorgesehenen Thermoplastpulver werden durch besondere Bestreuaggregate, elektromaFnetische Bestreurinnen oder Walzen-Burst-Aggregate in Mengen von 10-600 g/m- aufgebracht, unter Infrarotstrahlern angesintert und am Auslauf der Heizzone im thermoplastischen Zustand verformt, z. B. geglattet oder gepragt. Auch das Bedampfen mit zerstaubungsfiihigen Metallen iin Hochvakuum mu13 zu den beruhrungslosen Beschichtungen gerechnet werden. Durch kleinste Auftragungsmengen lassen sich optisch ansprechende und in den Eigenschaften beachtliche Beschichtungen erzielen, die zum Teil fur Dekorationen, zum griiBten Teil aber fur reflektierende Schutzanzuge verwendet werden.
8.5.1.7
Umkehrverfahren (Release-Coating)
Eine Mittelstellung zwischen direktem und beruhrungslosem Beschichten nehmen Uinkehrverfahren ein. Man versteht darunter die Beschichtung eines Triigermaterials mit Trenneigenschaften, von dem die Beschichtungsmassen, nachdem sie durch Antrocknen, Gelieren oder iihnliches soweit vorverfestigt sind, dal3 sie einen zusammenhiingenden Film bilden, auf das Substrat ubertragen werden konnen. Derartige Beschichtungen haben einen hohen Wirkungsgrad insofern. als sie bei geringstem Mengeneinsatz praktisch quantitativ an der Oberflache des Substrats bleiben, dort einen filmartigen Uberzug geben und den Griff n u r uninerklich beeinflussen (Abb. 8-6). Typisch fur diese Art der Beschichtung sind Selbstklebebeschichtungen (s. Abschnitt 8.5.2.3) und genarbte Kunstlederbeschichtungen (s. Abschnitt 7.3.2). Eine interessante Variante ist der Ubertrag von Metallbeschichtungen (s. Abschnitt 8.5.1.6) auf solche Vliesstoffe, die sich nicht fur die direkte Bedainpfung im Hochvakuum eignen. Man benutzt dazu eine ca. IS p dicke Polyesterfolie, die zunachst mit einem etwa 0,s p dicken Trennlack und gegebenenfalls zusiitzlich
8.5 Beschichten 1
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Abb. 8-6 Tandem-Transfer-Beschichtungsanlagenach [ 1] (Schema der Fa. Mohr) I Doppelabrollung 7 Kombinierte Streichmaschine 2 Warenspeicher 8 Kaschienverk 3 Zylinderstreichmaschine 9 Trockenkanal 4 Trockenkanal I 0 2-Waken-Kuhlstuhl 5 2-Walzen-Kuhlstuhl 1 I Doppelaufrollung-Ware 6 Spannungsregler I2 Doppelaufrollung Papier
rnit einem etwa 2 p dicken Farblack beschichtet ist. Die so vorbereitete Folie wird im Hochvakuum rnit einer etwa 40 nm dicken Aluminiumschicht bedampft, die wiederum rnit einem 0,5 p dicken Schutzlack abgedeckt wird (s. Abb. 8-7). Der zu metallisierende Vliesstoff wird rnit einem thermisch reaktivierbaren Kleber vollflachig beschichtet oder mustermahig bedruckt und zwischengetrocknet. Auf einem Umdruckkalander wird nun, dem Transferdruck vergleichbar, (s. Abschnitt 8.3.4) die Metallschicht von der Folie auf den Kleber ubertragen und damit wasch- und reinigungsbestandig auf dem Vliesstoff fixiert. Auch diese Ausriistung wird fur Dekorationszwecke und reflektierende Schutzanzuge verwendet. /
4
8.5.2
PES-FOLIE ca 12-19p
TRENNLACK ca 0 , 5 ~
Beschichtungseffekte
Es wurde schon mehrfach betont, dal3 ein und dasselbe Beschichtungsverfahren je nach verwendetem Beschichtungsmittel und abhangig vom beschichteten Substrat sehr wohl unterschiedliche Effekte liefern kann. Umgekehrt lassen sich aber auch dieselben technischen Effekte auf unterschiedliche Art herstellen. Deshalb sollen im folgenden einige typische Beschichtungseffekte erlautert werden, ohne daB die Auswahl Anspruch auf Vollstandigkeit erhebt.
8.5.2.1 Rutschfestausrustung Ein gutes Beispiel fur denselben Beschichtungseffekt bei unterschiedlichen Methoden ist die Rutschfestausriistung von FuBbodenbelagen aus Nadelvliesstoff oder Unterteppichen rnit Latexdispersionen. Man erhalt eine gute Wirkung beispielsweise durch Bespriihen eines leichten, genadelten Polyamidvliesstoffes mit einem Butadienstyrol- oder Butadienacrylnitrillatex. Die einzelnen Latextropfchen verankern sich an der Oberflache des Vliesstoffs auf und an den Fasern und geben so
eine Vielzahl stumpfer Bremspunkte. die als Unterlage das Gleiten eines Teppichs auf dem Boden verhindern. Die gleiche Wirkung erreicht man durch Pflatschen mit demselben Latex. mit dem Unterschied, daB man eine erheblich groRere Menge aufbringen mu13, weil ein Teil des rutschhemmenden Beschichtungsmittels ins Vliesinnere versackt und dadurch fur den Oberllacheneffekt verloren geht, selbst wenn, wie beim Pflatschen ublich, das Beschichtungsmittel zusiitzlich verdickt wird. Noch aufwendiger fur denselben Effekt ist das Streichen, da hierbei die Beschichtungsmasse von oben auf das Substrat aufgebracht wird und infolge der Schwerkraft noch tiefer im Substrat versackt als beim Pflatschen, das in der Regel eine Beschichtung von unten nach oben darstellt. Wirtschaftlicher dagegen ist wiederum ein lokales Bedrucken, weil man hierbei die verdickte Beschichtungsmasse sehr genau, z. B. in Form kleiner rutschhemmender Halbkugeln, auf der Ruckseite plazieren kann. ohne da13, wie beim Spruhen, ein Teil des Beschichtungsmittels nutzlos verspruht und abgesaugt wird (Spriihverluste).
8.5.2.2 Verformbare Beschichtung Ahnlich ist es mit der vedormbaren Ausrustung von Autoteppichen. Lange Zeit war es ublich, verformbare Nadelvliesstoffe fur FuBbodenbeliige in der klassischen Weise durch eine Vollbadimpriignierung zu verfestigen und durch Aufstreuen, Ansintern und Glatten von 400-600 g/m' Polyethylenpulver verformbar zu machen. Diese zwei Arbeitsgange lassen sich auf einen reduzieren, wenn man eine hochstyrolhaltige Butadienstyroldispersion durch Pflatschen in einer Menge von ca. 500-600 g/m' Trockenauflage auf den NadelvliesstoRrucken aufpflatscht und unterhalb der Filmbildungstemperatur trocknet. Beim Reaktivieren, das sowohl fur die Polyethylenbeschichtung als auch die jetzt erliiuterte Pflatschbeschichtung notwendig ist, werden die zunachst diskret nebeneinanderliegenden Partikel der Dispersion miteinander verschweifit und geben beim anschlieBenden kalten Fornien und Verpressen einen geschlossenen Film und damit praktisch die gleiche Formstabilitat wie die Polyethylenbeschichtung.
8.5.2.3 Selbstklebebeschichtung Auch eine Haftklebeausrustung ist nach mehreren Verfahren miiglich. Wird nur ein geringer Hafteffekt gewunscht, genugt hiiufig schon ein leichtes Anspruhen mit dem Haftkleber, der als Losung oder wd3rige Dispersion vorliegen kann. Eine Anwendungsmiiglichkeit sind Vliesstoffe als Auflage auf Servierbrettern. urn das Verrutschen des Geschirrs zu verhindern (Einsatz in Flugzeugen und anderen Verkehrsmitteln, in denen Speisen serviert werden). Eine weitere Miiglichkeit ist der Auftrag mittels GieBen, bei dem ein feiner Vorhang des anzuwendenden Produkts uber eine schiefe Ebene als geschlossener Film abliiuft und das darunter weggefuhrte Substrat gleichmarjig abdeckt. Auf diese Art lassen sich beispielsweise selbstklebende Nadelvliesstoff-FuBbodentliesen ausrusten. Eine Variante ist ein ,,ortlich begrenztes" GieBen, was fur denselben Zweck, niimlich selbsthaftende FuBbodentliesen, eingesetzt wird. Der Haftkleber, hier als Dispersion angewendet, wird durch die Offnungen eines waagerecht uber dein
8.5 Beschichten
44 1
daruntergefuhrten Nadelvliesstoff liegenden Rohres ausgepreBt und flieBt als feiner Strahl auf den Vliesstoff und gibt dadurch einen streifenformigen und im Vergleich zur Ganzflachenbeschichtung wesentlich preiswerteren Auftrag. Venvendet man bei diesen Verfahren waBrige Kleber, ist nach dem Auftrag zu trocknen, benutzt man als Kleber jedoch einen Hot-melt, wie z. B. beim Resimelt-Verfahren, dann wird die Trocknung durch eine Kuhlung ersetzt, die entweder als Luft- oder als Kontaktkuhlung uber gekuhlten Trommeln durchgefuhrt wird. Eine andere, ebenfalls in der Praxis anzutreffende Art des Streifenauftrages von Haftkleberdispersionen besteht darin, sie aufzurakeln, jedoch anstelle des glattgeschliffenen Rakelmessers eine Art Sagezahnrakel rnit Aussparungen zu verwenden. Besonders wirkungsvoll ist die Auftragung im Umkehrverfahren, die bei der Haftkleberbeschichtung zudem noch besonders wirtschaftlich gestaltet werden kann, wenn man den Kleber auf ein Trennpapier auftragt, das sowieso zum vorubergehenden Abdecken der Haftkleberschicht notwendig ist. Durch die glatte und vollig ebene Papieroberflache 1aBt sich der Kleber in definierter Schichtstiirke und ohne Versacken aufbringen. Am Auslauf der Trocknungszone wird das beschichtete Papier rnit dem Vliesstoff zusammenkalandert, wobei sich der Kleber fest mit diesem verbindet, so da13 beim spateren Gebrauch das Trennpapier leicht abgezogen werden kann. Auch beim Transferverfahren kann der Kleber sowohl als Losung, Dispersion oder auch als Schmelzkleber ausgebildet sein. Ein weiteres Anwendungsgebiet fur selbstklebende Vliesstoffe sind u. a. die sog. doppelseitigen Klebebander fur das Verlegen von TextilfuBboden, die aus einem beidseitig rnit Haftkleber beschichteten Vliesstoff bestehen, der zusammen rnit einem doppelseitig rnit Silikon beschichteten Papier aufgerollt und meist in Band- oder Rollenform unterschiedlicher Breite verkauft wird. Beim Doppelklebeband sind beachtliche Klebstoffmengen notwendig, so daB hier auch das Hot-melt-Verfahren, das von 100-prozentigen Haftklebern ausgeht, benutzt wird. Die Grundlage der Haftkleber besteht aus Polyisopren oder Polyisobutylen, durch auBere oder innere Weichmachung plastifizierte Polyvinylacetate oder aus Acrylsaureestern rnit hoheren (C8-)-Alkoholen. Auch nicht vulkanisierter Naturkautschuk, als Losung oder Dispersion eingesetzt, liefert einen vorzuglichen Haftklebereffekt, bei allerdings oftmals nicht ganz ausreichender Licht- und Alterungsstabilitat. Fur autoadhasive Schmelzkleber sind EVA-Harze rnit hohem Vinylacetatanteil sehr beliebt und zeigen stark klebende Wirkung, vor allem, wenn man sie rnit Tackifiern, das sind klebrig machende Harze, auf der Grundlage von 2.B. Kohlenwasserstoffharzen versetzt. Ein besonders wichtiges Einsatzgebiet fur Haftkleberausriistungen sind Heftund Wundpflaster. Fur ihre Beschichtung durfen naturlich nur solche Haftkleber eingesetzt werden, die hautvertraglich und physiologisch unbedenklich sind [ 3 2 ] .
8.5.2.4 Schaumbeschichtung Betrachten wir noch einmal die Schaumbeschichtung von Nadelvliesstoff-Ful3bodenbelagen, so sind fur die einzelnen Verfahren und Chemikalien gewisse Unterschiede zu machen, auf die besonders hinzuweisen ist.
Latexschaumbeschichtung Der kontinuierlich erzeugte Latexschaum 1aBt sich in verschiedener Art aufbringen. Bevorzugt wird der sog. gelierbare Schaum. Man versetzt die aufgeschaumte Natur- oder SBR-Latexmischung am Blender des Schaummixgerates mit einem latenten Slurespender, z. B. Natriumsilicofluorid oder Ammoniumacetat, und erreicht durch die schockartige Infrarotgelierung einen sehr kompakten, sprungelastischen und abriebfesten Schaum, der auch bei einer Dicke von mehreren Millimetern uber eine gleichmiiflige Porenstruktur verfugt. AuBerdem ist dieser Schaum nicht wassersuffig. Nachteilig fur den Gelschaum sind der relativ niedrige Fullungsgrad (maximal 75%), die Notwendigkeit des Sensibilisierens und die dadurch verursachte begrenzte Topfzeit. Der Non-Gel-Schaum kann auf ein zusatzliches Geliermittel verzichten, macht Fullungsgrade von 150-200% moglich, ist wegen des hohen Anteils an ,,Seife", aber auch im fertigen Schaum wassersuffig, benotigt deshalb ein zusiitzliches Hydrophobierungsmittel in Form einer Paraffinemulsion und zeigt zur Oberflache hin eine Art ,,Schwarte" mit sehr feiner Porenstruktur (Integralschaum). Eine Mittelstellung nimmt der harzvernetzte Schaum ein, bei dem ein carboxylierter SBR-Latex ohne den Zusatz von Vulkanisationshilfsmitteln, durch Mitverwendung von Melaminharzvorkondensaten, einen gleichmaflig strammen Schaumrucken mit ausgezeichneter Alterungsbestandigkeit liefert. Auch eine Schaumbeschichtung, allerdings mit ganz anderem Endeffekt, ist die Ausrustung von Fensterlederimitaten. Hierbei geht man von einem gekrempelten, kreuzgelegten und leicht vorgenadelten Vlies aus, das zu einem Teil aus hydrophilen Natur- oder Regeneratfasern, zum anderen aus hochnaBbestandigen Synthesefasern besteht. Die Flachenmasse liegt um 100 g/m2. Dieses Vlies wird vollbadig mit einer Schaummischung getriinkt und zwischen zwei Walzen, die auf Spalt eingestellt sind, so ,,abgequetscht", daB eine NaBauflage von mehreren hundert Prozent, bezogen auf die Vliesmasse. zustande kommt. Die Impragnierflotte enthalt Mischungen von Natur- und Butadienstyrollatex. In den Fallen, wo eine gewisse Olbestandigkeit verlangt wird, verwendet man einen Nitrillatex; dazu geeignete Vulkanisationshilfsund Alterungsschutzmittel, ein Schaumhilfsmittel, porenbildende Zusatze und vielfach auch noch Koagulantien, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur wahrend des Trocknens den Schaum in der aufgetragenen Hohe koagulieren. Diese Mischungen werden auf eine Dichte von ca. 300 g.dm-3 aufgeschgunit, vollbadig - oder im Streichverfahren beidseitig mit Zwischentrocknung - aufgetragen, koaguliert, getrocknet und vulkanisiert. Danach werden die Schaum- und Porenbildner, die Koagulantien und nicht umgesetzten Vulkanisationshilfsmittel ausgewaschen und anschliefjend nochmals getrocknet. SchlieRlich wird Iangs- und quergeschnitten, und es resultiert ein weichgriffiges, saugfiihiges, wasch- und kochfestes. nicht fusselndes, auswringbares Fensterleder. Vielfach wird auf das Nachwaschen verzichtet und dies dem Verbraucher auf der Verpackung als notwendige erste Behandlung vorgeschrieben. UnterlaBt man das Auswaschen, gibt es beim Trockenledern unerwunschte Streifen. Verwendet man anstelle der genannten Latices ausgewahlte Polyurethandispersionen, dann erreicht man dadurch einen noch lederahnlicheren Griff und wiihrend des Gebrauchs beim Abwischen das ledertypische ,,Quietschen".
8.5
Brschichtcw
443
Eine verstarkte Saugwirkung wird dadurch erreicht, dal3 man statt eines reinen Basisvlieses einen einige Millimeter dicken Polyurethanschaum beidseitig rnit Zellulosefasem benadelt und dann, wie beschrieben, vollbadig rnit der angegebenen Latexschaumflotte impragniert, abquetscht, trocknet und fertigstellt. Die mechanische Festigkeit eines solcher Art hergestellten Haushalttuches ist im Vergleich zu den erstbeschriebenen allerdings geringer.
Polyvinylchlorid-Schaumbeschichtung Ahnliche Varianten wie beim Latexschaum gibt es auch fur den Polyvinylchloridschaum. Sieht man einmal von den unterschiedlichen Herstellungsverfahren (Treib- oder Schlagschaum) ab, so ist er zunachst einmal deutlich schwerer als ein gleich stark gefullter Latexschaum. Bei gleicher Auftragsmenge ist er, weil wasserfrei, schneller zu trocknen (korrekter: gelieren) als dieser. Dies bedeutet hohere Produktionsgeschwindigkeit oder kurzere Trockner. Andererseits braucht Polyvinylchloridschaum auch meist hohere Temperaturen, die nicht allen Fasern zutraglich sind. Es lassen sich zwar auch Polypropylennadelvliesstoffe rnit Polyvinylchlorid beschichten, doch mu13 man hierfur leichter gelierbare Polyvinylchlorid-Mischpolymerisateverwenden. die allerdings teurer als Homopolymerisate sind. Mit PVC gestrichene Vliesstoffe werden gerne als Kunstleder fur Tischnerwaren, bevorzugt aber fur FuBbodenbelage anstelle von Linoleum eingesetzt. Im einfachsten Fall verwendete man dazu genadelte Jutevliese, die zunachst mit hitzebestandigen Elastomerdispersionen vollbadig verfestigt wurden. Auf diese trug man anschlieBend im Rakelverfahren einen ziemlich stark gefullten Polyvinylchlorid-Grundstrich auf und gelierte. Danach wurde kalandert und/oder gepragt und die Vertiefungen rnit einer andersfarbigen Polyvinylchloridpaste ausgefullt, scharf abgerakelt und wieder geliert. AbschlieBend wurde rnit einer farblosen, ungefullten Polyvinylchlorid-Laufschicht beschichtet und fertiggeliert. Eine Variante anstelle der Pragung sah das Bedrucken mit Polyvinylchloridfarbstoffen vor, wodurch bestimmte, im Rapport wiederkehrende Musterungen, wie z. B. das sehr beliebte Holzparkett, tauschend ahnlich imitiert wurden. Nach dem Drucken folgte dann wiederum die Abdeckung rnit einer besonders abriebfesten Polyvinylchlorid-Klarbeschichtung. Dieser auf Kontinueanlagen an sich leicht und sicher herstellbare FuBbodenbelag hatte wegen des Jute- (oder Leinenabfall-)Basisvliesstoffs aber den wesentlichen Nachteil einer gewissen Anfalligkeit gegen Mikroben und Pilze bei Verlegung auf nicht ganz trockenem Untergrund. An eine Verlegung in NaBraumen war nicht zu denken. Ein erheblicher Fortschritt kam dadurch zustande, dal3 anstelle der Jutevliesstoffe solche aus Asbestfasem verwendet wurden. Seitdem aber bekannt ist, dal3 bei der Verarbeitung von Asbestfasern die Gefahr von Lungenkrebs nicht ausgeschlossen werden kann, wurde an der Entwicklung geeigneter, thermisch unempfindlich gebundener Glasfaservliesstoffe gearbeitet, bis hierauf wieder eine neue Generation von Polyvinylchlorid-FuBbodenbelagenaufgebaut werden konnte [ 331. Eine interessante Variante sind die ,,CV-(Cushioned Vinyl-)Belage", bei denen es sich um Kombinationen aus einer festen Polyvinylchlorid-Unterschicht, einer
gepriigten oder durch Inhibierung verformten, bedruckten PolyvinylchloridSchaumschicht und einer transparenten Polyvinylchlorid-Deckschicht handelt. Das Glasfaservlies IaBt sich hierbei wahlweise als Trager fur den kompakten Grundstrich oder die Polyvinylchlorid-Schaummittelschichteinsetzen. Die Entscheidung, fur derartige Bodenbelage Glasfaservliesstoffe zu verwenden, ist auf eine Reihe beachtlicher Vorteile dieses Materials zuruckzufuhren, die allerdings auBerordentlich hohe Anforderungen an dessen Herstellung bedingen. Hierzu gehoren eine relativ niedrige Flachenmasse bei hoher Dichtigkeit und GleichmaBigkeit, bei der Masseschwankungen von n u r maximal +S% gegenuber einem vorgegebenen Mittel zulassig sind. Der Bindemittelanteil betragt ublicherweise 20% der Fasermasse. Er darf auch nur in engsten Grenzen schwanken, da sonst Einflusse auf Vliesfestigkeit und Polyvinylchlorid unvermeidlich sind. Ein grol3er Vorteil derart verfestigter Glasfaservliese ist nicht nur ihre hohe Temperaturbestandigkeit, die wegen der mehrmaligen hohen Temperaturbelastung bei der Gelierung der verschiedenen, meist drei Polyvinylchloridstriche unabdingbar ist und die nicht nur die Faser, sondern auch den Binder betrifft, sondern auch ihre hohe Dimensionsstabilitat, die sie gegenuber anderen Vliesstoffsubstraten auszeichnen. Es gehoren weiter dazu eine Hochstzugkraft von mindestens 50 N pro S cni Streifenbreite, eine exzellente Weichmacherbestindigkeit, ein unter Produktionsbedingungen von bis zu 230 "C so gering wie moglicher Anteil an fluchtigen Bestandteilen und selbstverstandlich eine gute Planlage, da Polyvinylchlorid-FuBbodenbeliige bis zu einer Breite von 4 m hergestellt werden. Wie wichtig die Einhaltung aller dieser Kriterien ist, mag daran erkenntlich werden, daB bei der Herstellung dieser Belage alle Arbeitsgiinge, d. h. mehrmaliges Beschichten, Drucken, Pragen usw., kontinuierlich auf einer einzigen Anlage durchgefuhrt werden, so daB man erst nach rund 300 m laufender Produktion am fertigen Stuck sehen kann, ob bereits im Einlaufteil der Anlage fehlerhaftes Basismaterial vorgelegen hat. Die bisher hergestellten Mengen an Polyvinylchlorid-FuBbodenbelagen und insbesondere CV-FuBboden sprechen dafur, da13 die gestellten Anforderungen in einem HochstmaB erfullt wurden.
Polyurethan-Schaumbeschichtung SchlieBlich darf auch Polyurethan-Glatt- oder -Priigeschaum nicht unerwahnt bleihen. der bei %war relativ hohen Chemikalienkosten ohne aufwendige Trockner, d. h. ohne grol3en Energieaufwand und ohne lange Trocknungskanale mit Hilfe einfacher Maschinen aufzubringen ist und beachtliche technische Effekte liefert. Wiihrend beim Bayer- und ICI-Verfahren die Polyurethankomponenten ,,in situ" aufgeschiiumt werden, wird beim Verfahren der Dow-Chemical die Mischung mechanisch vorgeschiiumt und wie ein Latexschaum auf den Vliesstoffrucken aufgetragen [34, 351. 8.5.2.5
Selbstliegebeschichtung
Eine weitere Beschichtungsart fur FuRbodenbelage ist die Selbstliegebeschichtung, die vor allem bei abgepaoten Bodenfliesen anzutreffen ist. Als Schwerbeschichtung geht sie von hochgefullten Appreturmassen aus. Bis zu 600% fullbar und
mit einem Feststoffgehalt zwischen 75-80% sind Latexmischungen (SBR-Latex) geeignet. Nicht ganz so hoch fullbar, dafur aber wasserfrei zu applizieren und spezifisch schwerer sind Polyvinylchloridbeschichtungen. Eine weitere Schwerbeschichtung sind Formulierungen auf der Grundlage von Bitumen und ataktischem Polypropylen, die neben groBer Preiswurdigkeit noch den Vorteil haben, daB sie, ohne einer Trocknung oder Gelierung zu bedurfen, als Schmelzmasse (Hot-melt) aufgegossen werden konnen und zu ihrer Fertigstellung nur Zeit oder ein geeignetes Aggregat zur Abkuhlung benotigen. Da die Aufbereitung der Beschichtungsmasse einen bestimmten Maschinenpark voraussetzt, wird dieses Verfahren nur von wenigen Herstellem ausgeubt [45].
8.5.2.6 Mikroporose Beschichtung Der Wunsch, ein leichtes Bekleidungsleder oder Schuhoberleder zu imitieren oder wo moglich - zu verbessern und es dem KonfektionB als gleichmBBige Rollenware statt unterschiedlich grol3er und unterschiedlich dicker Flachen anzubieten, hat zu zahlreichen Syntheseleder-Varianten gefuhrt. Es sol1 hier nicht aul das bekannte Fibrillieren von Kern-Mantelfasem eingegangen werden, weil es heute weitgehend durch die direkte Herstellung von Mikrofasern unter 1 dtex ersetzt worden ist. Hier sol1 nur die dem Leder in Griff und Porositat vergleichbare Ausrustung (Beschichtung) interessieren [36]. Es begann mit der Behandlung von Vliesstoffen rnit in Dimethylformamid gelostem Polyurethan. Nach dem Tauchen und Abquetschen wurde die impragnierte Vliesstoffbahn durch Passieren verschiedener Wasserbader sukzessive verdunnt, bis das mit Wasser in jedem Verhaltnis mischbare Dimethylformamid nicht mehr in der Lage war, das Polyurethan in Losung zu halten, so daB es ,,in situ" koagulierte und so einen Film mit einer Unzahl von Mikroporen bildete, die wasserdampfdurchlassig, aber zugleich wasserdicht waren. Nach dem Trocknen wurde der so behandelte Vliesstoff meist noch geschmirgelt oder velouriert. Da Dimethylformamid gesundheitsgefahrdend ist, mu6 der ganze AusriistungsprozeB in geschlossenen Apparaten durchgefuhrt und das DMF durch Destillation quantitativ aus dem Wasser zuriickgewonnen werden. Eine Variante des Verfahrens besteht darin, das geloste PUR in Wasser vorzuemulgieren. Die viskose Emulsion wird einseitig aufgerakelt. Beim Trocknen verdunstet zunacht das Losemittel, und es kommt, wie vorher beschrieben, zur Koagulation der aufgebrachten PUR-Schicht. Nach dem anschlieBenden Verdampfen des Wassers bleibt wiederum ein zahlreiche Mikroporen aufweisender PUR-Film auf dem Viesstoff zuriick. Auch bei diesem Verfahren ist das Losemittel durch Kondensation wiederzugewinnen oder durch Nachverbrennung zu eliminieren. Bei der Verwendung ionisch koagulierbarer PUR-Dispersionen kann man auf Losemittel verzichten und die Ausriistung auf klassischen Beschichtungsanlagen durchfuhren. Nach dem ImpAgnieren oder Beschichten koaguliert man die aufgebrachte Polyurethandispersion durch eine Saure oder eine Gegenionen enthaltende Losung, quetscht oder saugt das uberschussige Wasser ab, entsauert, spult und trocknet. Im Gegensatz zu den beiden erstgenannten Verfahren, bei denen die Koagulation rnit fortschreitender Verdunnung des Losemittels sehr langsam vor sich
-
geht, tritt sie bei der ionischen Koagulation spontan ein und liefert dadurch griibere Poren, die nach dem Trocknen durch Kalandern wieder teilweise geschlossen werden mussen 1371.
8.5.2.7
Drainagebeschichtung
Eine weitere Beschichtungsart ist die Drainagebeschichtung von Syntheserasen, die als Punktbeschichtung aufzufassen ist. Sie wird mit Hilfe dickwandiger, grol3lochiger Rotationsdruckschablonen durchgefuhrt. Als Beschichtungsmasse werden wahlweise Thermoplastpulver, Polyvinylchloridplastisole oder gefullte Dispersionen oder Latices verwendet. Die Ausrustung eignet sich besonders fur die Rukkenbeschichtung von Outdoor-Bodenfliesen, die zum Auslegen von Terrassen, Balkons und Schwimmbadrandem benutzt werden und ein schnelles Abtrocknen des Belags nach Durchnassung gewiihrleisten.
8.5.2.8
Heinsiegelbeschichtung
Ein beachtlicher Teil der nicht fur Wegwerfartikel konzipierten Vliesstoffe geht als Einlagematerial in die Konfektionsindustrie. Wahrend Einlagevliesstoffe ursprunglich im DOB-Sektor anzutreffen waren, sind heute ihre Eigenschaften derartig vielseitig und vervollkommnet worden, da13 sie auch in der HAKA-Branche gleichberechtigt neben die klassisch gewebten Einlagestoffe getreten sind [ 381.
Eigenschaften und Einsatzmoglichkeit Ein grol3er Teil der verarbeiteten Einlagevliesstoffe wird als Fixiereinlagen eingesetzt. Man versteht darunter Einlagen, die mit einer thermoplastischen Beschichtung versehen sind und durch Bugeln permanent mit dem Oberstoff verbunden werden. Diese direkte Verklebung mit dem Oberstoff hat die Konfektion revolutioniert, so daB auch in diesem Kapitel den Fixiereinlagen ein etwas ausfuhrlicherer Abschnitt gewidmet werden soil. Einlagestoffe, am bekanntesten sind Haareinlagen, wurden ursprunglich nur an den Randern und durch einzelne Pikierstiche in der Fliche niit dem Oberstoff verbunden. Sie waren verhaltnism2Big schwer und zudem steif ausgerustet und sorgten auf diese Weise fur die gute Form eines Kleidungsstucks. Durch das direkte Verkleben der Einlage mit dem Oberstoff entsteht ein Laminat, das ahnlich einer Mehrschichtenverleimung (wie bei Sperrholz) bei gleicher Dicke und gleicher Masse wesentlich elastischer und formstabiler ist als ein entsprechender Einschichten- oder nicht fest verbundener Mehrschichtenstoff. Auf diese Weise war es miiglich, auch leichte und leichteste Oberstoffe formstabil zu fixieren, weshalb man diese verklebbaren Einlagen als Fixiereinlagen bezeichnet. Die Idee, Einlagestoffe mit dem Oberstoff nicht mehr zu verniihen (pikieren), sondern zu verkleben, geht auf das zweite Jahrzehnt unseres Jahrhunderts zuruck. Es war ihr jedoch kein Erfolg beschieden, weil die zur Verfugung stehenden Kleher den Anforderungen der Konfektionare und Verbraucher nicht entsprachen. Das inderte sich erst ah Mitte des Jahrhunderts, als ausreichend bestandige Thermoplaste und fur ihre Applikation geeignete Maschinen auf den Markt kamen.
Beschichtungsmassen 139,431 Neben der eigentlichen Thermoplastizitat, die in einem fur alle gangigen Textilfasern zumutbaren Temperaturbereich liegen soll, envartet man von den Produkten fur die Beschichtung einen ausreichenden SchmelzfluB, d. h. eine hinlangliche FlieBstrecke, damit sie sich wahrend des nur Sekunden dauernden Fixiervorgangs ausreichend fest mit dem Einlage- und Obermaterial verkrallen konnen. Die Schmelzviskositat darf dabei aber nicht so niedrig sein, daB der Kleber durch den Oberstoff durch- oder den Einlagestoff zuriickschlagt. Man verlangt einen moglichst weichen Griff, gute Wasch-, Reinigungs- und Alterungsbestandigkeit und nicht zuletzt eine so hohe Adhasion, daB sie normalerweise die Spaltung des Einlagevliesstoffes bewirkt. Einer der ersten Thermoplaste fur diesen Zweck war Polyethylen, das bei guter Preiswurdigkeit eine Vielzahl der gestellten Forderungen erfullte. Durch bessere Produkte erganzt und fur bestimmte Zwecke ersetzt, tinder man es heute noch bevorzugt als Heiljsiegelbeschichtung in der Wascheindustrie und fur die Kleinteilfixierung. In der Oberbekleidung und vor allem fur die sog. volle Frontfixierung wurde es durch ternare Copolyamide [40] abgelost, die bei allerdings hoherem Preis bessere Adhasion, weicheren Grift' und praktisch unbegrenzte Reinigungsechtheit boten. Eine Mittelstellung nehmen Polyvinylchlorid-Mischpolymerisatein Plastisolform ein, die bei ausreichender Wasch- und Reinigungsbestandigkeit sich vor allem durch Adhasion gegenuber silikonisierten Oberstoffen auszeichnen, dafur aber ein nicht so breites Siegelplateau aufweisen wie Copolyamide und, wegen der im Vergleich zu diesen mehr als doppelt so hohen Einsatzmengen, vor allem bei Leichtvliesstoffen eine unverkennbare Ruckvernietung zeigen. Weitere wichtige Thermoplaste sind Copolyester, Polyurethane und schliefilich noch EVA-Copolymerisate und Polyvinylacetat, die sich wegen ihres niedrigen Schmelzpunktes und wegen des gunstigen Preises fur Verklebungen gegen temperaturempfindliche Obermaterialien, z. B. Leder in der Schuh- und Taschnerindustrie, anbieten.
Aufmachungsform und Anwendung Polyethylen, Copolyamide, Copolyester, Polyurethane, Polyvinylacetat und auch EVA-Harze lagen urspriinglich als Granulate vor und mufiten durch Mahlen, teils unter Zusatz von flussigem Stickstoff, in rieselfahige Pulver uberfuhrt werden. Diese in einer bevorzugten Kornung von 100400 p vorliegenden Thermoplaste wurden mit Hilfe von Bestreuvorrichtungen auf die Einlagevliesstoffe aufgebracht und durch Anschmelzen, meist in infrarotbeheizten Ofen, mit dem Substrat verbunden und zum Teil mit Hilfe eines gekuhlten Kalanderwalzenpaares unmittelbar am Auslauf der Sinterzone geglattet und dadurch zusatzlich auf dem Vliesstoff fixiert, um ein Abzuckern zu vermeiden. Die ublichen Auftragungsmengen lagen bei Polyethylen zwischen 15-30, bei Copolyamiden, Copolyestern und Polyurethanen bei 8-1 5 und bei EVA-Copolymeren zwischen 30-60 g/m', im Spezialfall (s. Abschnitt 8.4.2.1) bis 250 g/m'. Polyvinylchlorid-Mischpolymerisate lassen sich nur mit einer aquivalenten Menge Monomer- oder Polymerweichmacher angepastet verarbeiten und werden
als Plastisol mit 20-30 g/m' Autlage mit Hilfe von Rotationsdruckmaschinen durch Schablonen im 9-30-mesh-Raster oder durch Computerpunktschablonen aufgebracht und durch Vorgelieren auf dem Vliesstoff fixiert. Es stellte sich heraus, daB Monomerweichmacher Z u n i Teil in die Binder des Viesstoffes inigrierten, im aufgedruckten Punkt verarmten und dadurch mangelhafte Versiegelungen gaben. Deshalb werden heute ausschliel3lich nicht oder minimal migrierende Polymerweichinacher in Polyvinylchlorid-HeiBsiegelmassen verarbeitet. Die Miiglichkeit des im Vergleich zum Streuverfahren sehr vie1 regelmiiBigeren Punktauftrags bei Plastisolen lie13 nach Moglichkeiten suchen, auch die ubrigen Thernioplastpulver punktformig aufiubringen. Fur gewebte und vermaschte Einlagestoffe gelang dies mit Hilfe von als ,.Pulverkalander" bezeichnete Maschinen. Bei diesen wird das in einer bevorzugten Kiirnung von 50-200 p vorliegende Thermoplastpulver uber einen wie ein Rake1 ausgebildeten Trichter in die Vertiefungen einer temperierten Niipfchenwalze eingestrichen und unter Druck auf das deutlich uber den Schmelzpunkt der verwendeten Pulver vorgewhrmte Substrat ubertragen. Die endgultige Fixierung der so aufgebrachten Pulverhiiufchen geschieht durch eine weitere beheizte Walze oder unter eineni Infrarotfeld. Fur Vliesstoffe hat dieses Verfahren keine groBe Bedeutung erlangt, weil die hohe Walzentemperatur nur fur einen kleinen Teil entsprechend konstruierter Vliesstoffe zutriiglich war und die Produktionsgeschwindigkeit mit 25-35 m.1nin-I gegenuber den Druckgeschwindigkeiten der Rotationsdruckinaschinen deutlich zuruckblieb. Alle giingigen Thermoplaste lassen sich mit Rotationsschablonen drucken, wenn man sie als Feinstkorn in einer GriiBe his 80 p zu stabilen, wiiBrigen Pasten verarbeitet. Hierzu sind geeignete Dispergatoren, Schutzkolloide und Verdickungsmittel erforderlich. Seitdem korperarme, hochviskose Verdickungsmittel auf dem Markt erhiiltlich sind, lassen sich Pasten herstellen, die auf bis zu 4 m breiten Anlagen mit Produktionsgeschwindigkeiten von uber 60 m . min-' gedruckt werden kiinnen 1441. Dieses ,,Pastenpunktverfahren" bietet einen weiteren wesentlichen Vorteil gegenuber der Streu- und Pulverpunkttechnik. Man kann den Pasten spezielle Plastifizierungsmittel (Weichinacher) fur die als HeiUsiegelinassen besonders wichtigen Copolyainide und Copolyester beimischen und dadurch deren Schmelz- und FlieBverhalten in bestimmten Grenzen variieren und so die Fixiereinlagen den Oberstoffen und Anforderungen der Verarbeiter weitestgehend anpassen. Im .,Doppelpunktverfahren" lassen sich durch eine besondere Ausfuhrung im Zufuhrungssystem zur Schablone in einem Arbeitsgang und mit derselben Schablone Pasten unterschiedlicher Zusammensetzung ubereinander drucken (Abb. 8-8). Eine weitere Variante des Doppelpunktverfahrens besteht darin, init Hilfe einer Rotationsdruckschablone einen Sockel aus einem nicht thermoplastischen Kunststoff auf den Vliesstoff aufzudrucken. Unmittelbar danach wird ein Thermoplastpulver aufgestreut, das sich mit dem noch feuchten Sockel verbindet. Der nicht haftende Anteil des Pulvers wird abgesaugt und in den Kreislauf zuruckgefuhrt. Sockel und Pulver werden anschlieBend in ublicher Weise getrocknet und am Auslauf der Anlage noch leicht ankalandert (s. Abb. 8-9).
8.5
Brschichten
449
@* 4
PASTE 2
PASTE 1
Abb. 8-8. Prinzip der Doppelpunktbeschichtung im Rotationsdruckverfahren (nach I IS I )
Abb. 8-9. Schema einer Punkt-Riesel-Anlage (nach [38]) I 1 griftige Zugwalze mit lockerer Warenbahnweitergabe I Kaule mit unbeschichteter Einlage 2 Speicher 12 Saugeinrichtung 13 Blas- und Saugeinrichtung 3 Flusenabreinigung 4 Tinzerregler I4 Transportband IS Infrarotstrahler. Trocknereingang S Schablone. schwach zu 7 versetzt 6 AuRenrakel I6 Trockner I 7 Infrarotstrahler, Trocknerausgang 7 gummierte Untenvalze 8 Unterwalzenreinigung I 8 Kiihlwalzen 9 Pulverstreuer I9 Warenvorschau 20 Kaulenaufwicklung niit beschichteter Einlage I 0 Schligenvalze
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daB man einmal die Ruckvemietung oder den Durchschlag des Thermoplasten durch das Substrat beim spateren Versiegeln verhindern kann und zum anderen darin, daB man die Masse der meist teuren Thermoplaste auf diese Weise deutlich reduzieren kann, ohne ihre klebenden Eigenschaften zu verschlechtem, da sie nicht unnutz im Substrat versacken konnen, sondem wahrend der spateren Versiegelung sich besonders fest mit dem Oberstoff verbinden. Mit dieser Beschichtung ist die eigentliche Ausrustung der Fixiereinlagen abgeschlossen.
Verarbeitung fixierbarer Einlagevliesstoffe Die Beschichtung wird zur Trockenkaschierung (s. Abschnitt 8.6.2) in dem Augenblick, wo der Einlagevliesstoff beim Konfektionar durch Hitze und Druck mit dem Oherstoff verbugelt wird. Dies geschieht entweder auf diskontinuierlich arbeitenden Platten- oder kontinuierlich siegelnden Durchlaufpressen. Soweit die verwendeten Heihiegelmassen einen ausreichend hohen dielektrischen Verlustfaktor aufwiesen, liel3en sich Versiegelungen auch auf Hochfrequenzschweiflpressen durchfuhren, wobei man in einem Arbeitsgang bis zu zehn Lagen gleichzeitig verschweiBen konnte. Dieses Verfahren hat allerdings keine gror3ere Bedeutung gefunden. Es gibt nahezu kein Oberbekleidungsstuck, das nicht an irgendeiner Stelle ein eingesiegeltes Vliesstoffstuck enthalt. Neben der Frontfixierung findet man Fixiervliesstoffe zur Verstarkung von Knoptleisten, Revers, Schlitzen und Taschenpatten. Auch in der Schuh- und Taschnerindustrie werden betrachtliche Mengen von Einbugelvliesstoffen verarbeitet [ 4 1 1.
8.6 Kaschieren Unter dem Begriff Kaschieren versteht man das dauerhafte Zusammenfugen zweier oder mehrerer vorgefertigter Fliichengebilde. Sofern nicht eines dieser Gebilde unter gewissen Bedingungen adhasive Eigenschaften entwickelt, beniitigt man ein zusatzliches Medium. das den Verbund sicherstellt. Ganz allgemein Iaflt sich ein solches Medium als Kleber bezeichnen. In der Praxis unterscheidet man Kaschierungen auf nassern und auf trockenem Wege, wobei im ersten Fall das klebende Medium mit einer Begleitsubstanz vorubergehend kombiniert wurde, die als Vehikel fur den Kleber dient. Bei der Trockenkaschierung kann darauf verzichtet werden.
8.6.1 NaRkaschierung Klebstoffe, die nach dem nassen Verfahren eingesetzt werden, sind entweder in einem geeigneten Losemittel gelost oder dispergiert. Es gibt zahlreiche Kleber. die fur das Verbinden von Vliesstoffen mit anderen Fl3chengebilden geeignet sind. Sie alle aufruzahlen, kann nicht Aufgabe dieses Abschnitts sein. Deshalb sol1 nur auf einige Besonderheiten hingewiesen werden. Die einfachste Form der NaBkaschierung besteht darin, den Kleber durch geeignete Methoden und Vorrichtungen auf eine der zu vereinigenden Warenbahnen auf'zubringen. die zweite Warenbahn - ublicherweise unter gelindem oder stiirkerem Druck - zuzufugen und das Verbundmaterial zu trocknen, hiirten oder kondensieren. Bei in LBsungsmitteln geliisten Klebstoffen [46J- es handelt sich in der Regel um makromolekulare. naturliche oder synthetische Substanzen - hat man als wesent-
lichen Vorteil eine schnelle Trocknung des Losungsmittels und damit eine schnelle Haftung zwischen den zu vereinigenden Flachengebilden. Weiterhin gunstig ist in vielen Fallen die Vermeidung von Quellungs- und damit MaBanderungserscheinungen. Nachteilig ist der meist geringe Feststoffgehalt, der in erster Linie in einer gut zu verarbeitenden Viskositat seine Grenzen findet und die Tatsache, daB Losungsmittel wegen Umweltbelastung nicht nur verdampft, sondern auch zwecks Wiederverwendung oder Verbrennung (fur Heizzwecke von Trocknungseinrichtungen u n d oder Fabrikationsraumen) aufwendig zuriickgewonnen werden mussen. Bei wal3rigen Klebern hat man Wasser als Zweitmedium, das billig zur Verfugung steht und ohne Umweltbelastung eliminiert werden kann. WaBrige Kleber lassen sich auch mit relativ hohem Feststoffgehalt herstellen und durch geeignete Verdickungsmittel leicht auf die praktisch gewunschte Viskositat einstellen. Es ist namlich wichtig, daB der Kleber in der sog. Klebefuge stehen bleibt und nicht unnotig in die zu verbindenden Warenbahnen eindringt, wo er fur den Klebevorgang verloren geht und zu einer meist unenvunschten Versteifung fuhrt. Nachteilig fur waBrige Kleber sind die schwere Verdampfbarkeit des Wassers und die fur manche Dispersionskleber notwendigen hohen Kondensationstemperaturen zur Erzielung ausreichender Echtheiten. Losemittelhaltige und auch wal3rige Kleber lassen sich nur dort einsetzen, wo nach der Vereinigung der zu verklebenden Warenbahnen das Losemittel oder das Wasser durch mindestens eine Bahn abgedampft werden und entweichen konnen. Nasse Kleber lassen sich durch Spriihen, Pflatschen, Drucken oder Rakeln aufbringen. Die Vereinigung der Warenbahnen geschieht durch ein Quetsch- oder Kaschierwerk, das aus zwei unter Druck stehenden Walzen besteht. Getrocknet wird in HeiBlufttrocknern, zuweilen aber auch auf Zylindertrocknungsmaschinen.
8.6.2
Trockenkaschierung
Fur Trockenkaschierungen werden alle Arten von Thermoplasten benutzt, die als Pulver, Plastisole oder Schmelzkleber vorliegen und durch geeignete Aggregate auf eines der zu verbindenden Substrate aufgebracht werden. Sie haben gegenuber den NaBklebern den Vorteil, in 1OOprozentiger Form vorzuliegen, praktisch nicht im Substrat zu versacken und dadurch dem Laminat einen weichen Griff zu verleihen. Sie erfordern allerdings zu ihrer Applikation zum Teil Spezialmaschinen und sind nur fur solche Laminate geeignet, die eine ausreichende thermische Belastung vertragen. Fur Pulver verwendet man die bereits erwahnten Bestreumaschinen oder Pulverkalander, fur Plastisole Streich- oder Druckvorrichtungen und fur Schmelzkleber oder Granulate beheizte Spriih-, Giel3- oder Walzenauftragungsaggregate. Zuweilen werden auch, besonders fur thermoplastische Granulate, Extruder mit Breitschlitzdusen verwendet [45]. Die Vereinigung mit der zweiten Warenbahn mu13 erfolgen, solange der Kleber schmelzflussig, d. h. klebrig ist. Dies kann entweder unmittelbar nach dem Aufbringen und Fixieren (Ansintern) des Klebers auf die erste Warenbahn oder spater, nach Reaktivieren der zwischenzeitlich abgekuhlten und damit inaktiv geworde-
nen Schicht. durchgefuhrt werden. Die Vereinigung mit der zweiten Warenbahn geschieht unter Druck und meistens gleichzeitiger Kuhlung, um den Thermoplasten zu blocken. Eine Variante zwischen NaB- und Trockenkaschierung ist dann gegeben, wenn man den Kaschierkleber zunachst na13 auf eine der zu vereinigenden Warenbahnen (oder Formteile) autbringt, zwischentrocknet und dann mil dem zu vereinigenden Teil unter Hitze und Druck z. B. auf Formpressen vereinigt, wie dies beispielsweise fur besonders tief gezogene Autohimmel oder fur Seitenteile ublich ist. SchlieBlich mu13 noch die Flammkaschierung erwiihnt werden. Hierbei wird eine dunne Polyurethanschaumstoffolie durch Gasbrenner oberflhchlich angebrannt, schmelzklebrig und danach sofort mit der zu verbindenden Vliesstoffbahn unter Kuhlung zusammengeklebt. Auf diese Weise sind in einem Arbeitsgang bzw. auf einer Flammkaschieranlage ein- und zweiseitige Kaschierungen (Laminate) herzustellen. Wegen der Umweltbelastung durch dieses Verfahren ist auf Einkapselung der Anlage und sorgfiiltige Filtration der Brennruckstiinde aus der Abluft zu achten.
8.6.2.1 Anwendung von Klebevliesstoffen Eine Variante der Trockenkaschierung ist die Verwendung von Haftklebern und Klebevliesstoffen. Letztere werden aus bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Thermoplasten im Spinnvliesverfahren hergestellt. Man legt sie zwischen die zu laminierenden Warenbahnen und aktiviert sie unter Hitze und Druck und bringt sie damit zum Kleben. Diese Art der Kaschierung kann als besonders sauber und umweltfreundlich bezeichnet werden. So sind z. B. nach dem Codor-ktfahron zwei Vliesstoffbahnen oder andere Warenbahnen mit Hilfe von Klebevliesstoffen schnell und dauerhaft zu verbinden. Anstelle der Klebevliesstoffe lassen sich auch Klebefolien oder Klebenetze verarbeiten, um Vliesstoffe dauerhaft zu Laminaten zu verbinden.
8.6.3 Beispiele fur Kaschierungen Neben der guten Verklebung spielen auch die Echtheiten des Verbundes eine wichtige Rolle. Hier sind vor allen Dingen Wasch-, Reinigungs- und Alterungsbestiindigkeit zu nennen, obgleich es auch Kaschierungen gibt, die nur temporiiren Charakter aufzuweisen haben. Die geforderten Echtheiten lassen sich z. B. durch Polyurethan-Zweikomponentenkleberoder vernetzbare wiil3rige Dispersionen, zum Teil aber auch durch bestimmte Thermoplastpulver, z. B. Polyamide, Copolyester und andere Hot-melts, erzielen. Spiitter behaupten, kaschiert wurde alles, was sich nicht dagegen wehrt. Und obgleich Vliesstoffe nicht unbedingt fur Laminate konstruiert wurden, gibt es doch eine ganze Reihe davon. Eines der bedeutendsten Vliesstofflaminate sind Verbindungen zwischen Einlagevliesstoffen und Textilien fur Bekleidungszwecke. Es gibt praktisch kein Kleidungsstuck, das nicht an irgendeiner Stelle mil einem Vliesstoff fixiert wiire.
Von ahnlich grol3er Bedeutung sind auch Laminate aus Vliesstoffen und Membranfolien, die beispielsweise im Krankenhaus-, und da vor allem im OP-Bereich, einen hervorragenden Barriereeffekt gegen Infektionen und Blut gewahrleisten. Im Sportbekleidungs- und Freizeitsektor werden diese Laminate unter dem Oberstoff eingesetzt und geben Wind- und Wasserdichtigkeit bei gleichzeitig guter Atmungsaktivitat [47]. AuBerordentlich wichtig sind Vliesstofflaminate im Bauwesen. So werden beispielsweise Glasfaservliesstoffe in einem ersten Arbeitsgang niit einem hochgefullten Latexcompound beschichtet und so fur das anschlieBende Beschaumen rnit Polyurethanschaum vorbereitet (EP 015 95 14). Die Laminatbildung erfolgt in einem zweiten Arbeitsgang. Ein System aus einem Diisocyanat und einem zwei- oder mehrwertigen Alkohol und weiteren Komponenten wird mittels eines Mischkopfs auf die beschichtete Vliesstoffbahn aufgebracht und rnit einer zweiten Bahn des gleichen Vliesstoffs abgedeckt. Durch chemische Reaktion bildet sich zwischen diesen beiden ein Polyurethanhartschaum aus, dessen Dicke je nach aufgebrachter Masse zwischen zwei und mehreren Zentimetern betragen kann. Dieses Verbundmaterial bildet eine ausgezeichnete Leichtbaudammplatte gegen Hitze oder Kalte. Der Glasvliesstoff bildet eine glatte und dekorative AuBenseite, die zusatzlich noch durch Anstrich rnit Dispersionsfarben getont werden kann. Venvendet man als Sperrschicht eine Beschichtung aus Oxidations-, Elastomeroder Elastoplastbitumen, die noch zusatzlich besandet undloder talkumiert wird, dann erhalt man nach dem gleichen Verfahren Leichtbaudammplatten fur Flachdachkonstruktionen. Allgemein bekannt sind auch Topfreiniger, die aus einem Verbund von mit Schleifkorn versehenen Scheuervliesen mit Polyurethanschaumstoffen bestehen. Der in diesem Verbund benutzte Vliesstoff besteht aus einem gekrempelten und kreuzgelegten oder aerodynamisch gebildeten Wirrfaservlies, das durch Bespruhen verfestigt wird. Auf den noch nassen Spriihbinder streut man Korund oder ein anderes geeignetes Schleifkorn, trocknet erst dann und verfahrt genauso auf der Ruckseite. Danach passiert man das so vorbereitete Material noch einmal zusatzlich durch ein Impragnierbad, das den fur die Spruhbindung verwendeten Acrylatbinder enthalt, und erreicht dadurch eine zusatzliche und notwendige naBbestandige Einbindung des Schleifkorns. Gleichzeitig wird bei dieser Behandlung auch angefiirbt. MengenmaBig sehr bedeutend sind Vliesstoffbahnen als Zweitrucken fur besonders dimensionsstabile FuBbodenbelage (Tuftingteppiche und Webteppiche), denen sie zusatzlich bessere Trittelastizitat und Isolationswerte verleihen. Die Kaschierung wird hier naB rnit Latexklebern oder trocken rnit Hilfe von Thermoplastpulvern durchgefuhrt. Weiterhin zu envahnen sind Kombinationen von Vliesstoffen rnit Papier fur Wandtapeten und rnit Folien fur Dekorations- und Isolierzwecke. Nicht zu vergessen die vielen Laminate im Automobilbau, wie Autohimmel, Hutablagen, Turseitenteile, Verkleidungen fur A-, B- und C-Saulen und FuBbodengruppen, wovon letztere durch zusatzliche Bituminierung schall- und schwingungsdampfend ausgebildet werden. Auch hierbei verwendet man wiederum Bitumen in Abmischung rnit ataktischem Polypropylen oder SBS-Blockpolymeren zur Verbesserung der Elastizitat und zur Modifizierung des Schmelz- und Temperatur-
verhaltens. Ein grol3er Teil der Laminate im Automobilsektor wird aus Umweltgrunden nach der Trockenkaschier- oder HalbnaBkaschiermethode erstellt. Es ist darauf zu achten, daB alle in diesem Sektor verwendeten Vliesstoffe, Textilhilfsmittel und Binder foggingfrei und moglichst gerucharm sein sollen. Diese Aufzahlung mag beispielhaft die Vielseitigkeit von Kaschierungen andeuten, ohne sie im entferntesten erschopfend zu erfassen.
8.7 Beflocken Betlocken bietet die Moglichkeit, einem zweidimensionalen Flgchengebilde eine dritte Dimension hinzuzufugen. Das Beflocken von Vliesstoffen unterscheidet sich grundsatzlich nicht von dem Flocken anderer textiler Substrate und wird hier wie dort entweder mechanisch, vorwiegend aber auf elektrostatischem Wege durchgefuhrt 1481. Kurzfasern von weniger als 1 bis maximal 20 mm LLnge werden, sofern sie nicht von sich aus bereits eine ausreichende elektrische Leitfiihigkeit aufweisen. zunachst mit einer entsprechenden Praparation versehen. Hierfur eignen sich Zirkoniumsalze in Verbindung mit weichmachenden Antistatika oder Tannin, das durch dreiwertige Metallsalze auf der Faseroberflache fixiert wird. Auch in diesem Fall ist der Zusatz antistatischer Weichmacher vorteilhaft. Im Flockstrahler werden die Fasern aufgeladen und fliegen langs der Feldlinien eines starken elektrostatischen Feldes in Richtung auf das mit einem Kleber praparierte Substrat und bohren sich dort senkrecht in die Kleberschicht ein, wodurch sie diesem - je nach Faserlange und Faserfeinheit - eine plusch-, samt- oder velourartige Obertliiche verleihen. Anstelle von geschnittenen Kurzfasern l5Bt sich auch durch Mahlen hergestellter Faserstaub verwenden, welcher der Vliesobertlache, Yhnlich dem Schmirgeln, einen Pfirsichhauteffekt verleiht. Die Betlockung laBt sich, je nach Kleberauftrag, ganzfliichig oder ornamental durchfuhren. Als Kleber verwendet man ahnliche PrYparate wie beim Kaschieren, d. h. Polyvinylchloridplastisole, Polyurethan-Zweikomponentenkleberund alle Arten wiiBriger Dispersionskleber, von denen die thermoreaktiven oder uber Vorkondensate vernetzbaren die hdchsten Echtheiten geben. WaBrige Kleber haben den Vorteil, den Aufbau des elektrischen Feldes zu unterstutzen, relativ feststoffreich und in ihrer Viskositiit sehr variabel zu sein, so dal3 sie einerseits dem Flock beim Auftreffen keinen zu grol3en Widerstand entgegensetzen, andererseits aber so hochviskos sind, daB sie die eingedrungenen Fasern senkrecht festhalten und nicht umkippen lassen. Nachteilig fur waBrige Kleher sind die intensiven Trocknungsbedingungen. Grd3ere Bedeutung hat die Beflockung von Vliesstoffen erlangt, als man w5Rrige Dispersionen nicht mehr kompakt, sondern nach vorherigem Aufschiiumen als Flockkleber einsetzte. Hierdurch wurden groBere Weichheit, Flexibilitat und gute Atmungsaktivitiit erreicht. Tragt man den aufgeschaumten Flockkleber auf ein Release-Papier auf - flockt. trocknet. crushed und kondensiert - dann hatte man
8.8 Neue Verfuhren und Produkte
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nach der Trennung vom Release-Papier definitionsgemal3 einen adhasiv gebundenen Vliesstoff, den man auch wie einen solchen handhaben und fur viele Einsatzzwecke verwenden kann [49]. Vliesstoffe haben als Substrat fur Beflockungen gegenuber anderen textilen Flachengebilden den Vorteil, darj sie bei aufierordentlich niedriger Masse eine gleichmarjige und dichte Oberflache bilden. Hierdurch ergibt sich ein sparsamer Flockkleberauftrag und - verbunden mit der niedrigen Eigenmasse - eine beachtliche Flexibilitat.
8.8 Neue Verfahren und Produkte Durch Forschung und Entwicklung sind Ausriistungs- und Veredlungsverfahren einer standigen Entwicklung unterworfen. Diese Arbeiten werden vielfach mit dem Ziel durchgefuhrt, umweltfreundliche Verfahren und Produkte zu finden. Obgleich erste Anwendungen im Textilbereich bereits in den 60er Jahren und grofitechnisch zwischen 1975 und 1977 [50]durchgefuhrt wurden, erlebt die Forschung zur Behandlung textiler Substrate im Niederdruckplasma [ S 1-54] neue, starke Impulse. Je nach venvendetem Reaktionsgas wird eine Oberflachenaktivierung und -vergroBerung durch Atzung, eine Funktionalsierung durch Pfropfung oder eine Polymerisation auf der Faseroberflache moglich, beispielsweise eine Hydrophobierung und Oleophobierung durch die Venvendung von Methylfluorid. Auflagen im Nanometerbereich geben bereits sehr gute Effekte [56]. Statt vorgefertigte Polymere zu verarbeiten, werden bereits die entsprechenden Monomeren appliziert und durch Strahlenvemetzung auf dem Substrat fixiert. Erfolgversprechend scheint auch der Einsatz supramolekularer chemischer Komponenten. So lassen sich beispielsweise bestimmte Cyclodextrine [57,581 wie Reaktivfarbstoffe auf Fasern fixieren. Cyclodextrine weisen ringformige Strukturen rnit einem inneren molekularen ,,Hohlraum" auf, in dem sie aufgrund van der Waals'scher Krafte die verschiedenartigsten Substanzen (vorubergehend) binden konnen. So wurden z.B. Duftstoffe deponiert, die uber einen langen Zeitraum wirksam blieben, andererseits aber auch unangenehme ,,Geruche" wie Achselschweirj gebunden. Es lassen sich aber auch Biozide oder haut- und wundfreundliche Praparate speichem, die im medizinischen Bereich eingesetzt werden sollen. Cyclodextrine basieren auf naturlicher Grundlage und sind dementsprechend umweltvertraglich. Unter eben dieser Voraussetzung wurden auch Forschungsarbeiten an Chitin und Chitosan aufgenommen, deren filmbildende, wundheilende und komplexierende Eigenschaften bereits bekannt sind [59]. Dem gleichen Ziel dienten die vor einem Jahrzehnt begonnenen Versuche, Ausriistungen in superkritischem Kohlendioxid anstelle von Wasser vorzunehmen. Wie bekannt, wurden bereits erfolgreich Farbungen mit ausgewahlten Farbstoffen und auch Hydrophobierungen durchgefuhrt [6 1 1. Es bleibt eine Frage der Zeit, wann derartige Entwicklungen aus dem Laborbzw. Technikumsstadium in die GroBproduktion ubertragen werden konnen.
8.9 Okologie und Okonomie Im Verlauf der vorigen Ausfuhrungen wurde mehrfach auf Umweltbelastung und Umweltschutz hingewiesen. Als Mitte der 60er Jahre Schaumberge auf deutschen Flussen die Medien alarmierten, hat der Gesetzgeber eine Reihe von Verordnungen uber den Umgang mit gefiihrlichen Stoffen und zur Reinhaltung von Luft, Wasser und Boden erlassen. In der BRD ist das Bundesministerium fur Umwelt dafur federfuhrend. Von diesem Regelwerk sind alle im zweiten Teil dieses Kapitels behandelten Ausrustungen, Verfahren und Produkte betroffen. Problemstoffe sind danach die sog. CMR-Stoffe, die kanzerogen, mutagen und reproduktionstoxisch sind. Zu den Problemstoffen gehoren Inhaltsstoffe, die eine Gewiissertoxizitat aufweisen und nicht leicht biologisch abbaubar sind. Es sind dies niedermolekulare Halogenkohlenwasserstoffe, Arsen, Blei, Cadmium, Quecksilber und deren Verbindungen, Tri- und Tetraorganozinnverbindungen. APEO. EDTA und GTPA. Die umfassendste Information uber die einLelnen Textilhilfsmittel bietet dem Anwender und Verbraucher das Sicherheitsdatenblatt nach EGRichtlinie, das von den Herstellern dieser Produkte angefordert werden kann. Darin werden neben der Zusammensetzung mogliche Gefahren und Mafinahmen fur Erste Hilfe, Brandbekampfung und unbeabsichtigte Freisetzung bekanntgegeben und Hinweise zur Handhabung, Lagerung, Expositionsbegrenzung und Persiinliche Schutzausriistung vermittelt. Man erhalt Aufschlufi uber physikalische und chemische Eigenschaften, StabilitVt und Reaktivitiit und naturlich auch Angaben zur Toxikologie und Okologie, zur Entsorgung, zum Transport und auf weitere Vorschriften 1641. Daruber hinaus hat sich in der BRD der Verband der TEGEWA verpflichtet, alle Textilhilfsmittel freiwillig in die drei Klassen ,,Wenig abwasserrelevant", ..Abwasserrelevant" und .,Stark abwasserrelevant" einzuteilen [631. In dem MaBe, wie Vliesstoffhersteller und -ausruster zu Systemlieferanten werden oder bereits geworden sind, haben sie von den Verbrauchern, insbesondere ails der Automobilindustrie, die Auflage bekommen, nicht nur umweltschonend ZLI produzieren, sondem ihre Produkte auch so aufzubauen, daB sie recycelbar sind und einen geschlossenen Stoffkreislauf bilden. Grundlagen dafur bilden Okobilanzen und Uniweltmanagement 1621. Alles dies sollte dazu beitragen. dafi auch die Ausrustung der Vliesstoffe in der Zukunft weiterhin eine wichtige Rolle spielt.
Nachwort und Danksagung Trotz Inanspruchnahme vieler erfahrener Fachleute aus Forschung und Entwicklung, aus Lehre, Labor und Produktion, Marketing und Vertrieb ist dieses Kapitel zu einer subjektiven Darstellung geworden. Ohne Namen zu nennen, sei allen, die hierbei geholfen haben, an dieser Stelle ganz herzlich gedankt, denn ohne ihren Rat und ihre Hilfe hatte dieses Kapitel nicht geschrieben werden konnen.
Literatur zu Kripitel 7 und 8
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-
Teil IV Besonderheiten bei der Konfektion von Vliesstoffen
Aus technischen Gründen bleibt diese Seite leer
9
Konfektion von Fertigerzeugnissen ( H . Riidel)
9.1
Begriffe und Definitionen
Die textile Konfektion steht am Ende der textilen Produktionsprozesse. Die Produkte sind einerseits, wie beispielsweise Bekleidung, fur den Endverbraucher bestimmt oder konnen andererseits als Bestandteil komplexer Produkte, zum Beispiel textile Filter, ein Halbzeug fur weitere nichttextile Produktions- und Montageprozesse sein. Das gebrauchsfahige Produkt steht auch in Verbindung mit der sprachlichen Herkunft des Wortes Konfektion, welches sich aus dem Lateinischen mit der Bedeutung confectie - herstellen, fertigstellen ableitet [ 1, 21. Die Produkte werden aus Gewebe, Maschenwaren, Vliesstoffen undoder auch nichttextilen Flachen wie Folien oder Membranen in ihrer Form hergestellt. Bestimmte Zuriistteile wie Knopfe, ReiBverschlusse oder auch Klettband komplettieren die Produkte. Unter Konfektionstechnik sind alle Maschinen und Verfahren zu verstehen, die in der industriemaBigen Herstellung textiler Endprodukte zur Produktentwicklung, Produktionsvorbereitung und Produktion Anwendung finden. Die lsthetische Gestaltung der textilen Bekleidung, die in Verbindung mit dem Begriff Mode gebracht werden kann, ist Aufgabe eines Kunstlers oder Designers und nicht Gegenstand der Ingenieurarbeit.
9.2
Produktentwicklung
9.2.1
Produktentwicklung fur Bekleidungstextilien
Der Designer hat die Produktform in Skizzen festgelegt und die anzuwendenden Stoffe nach Dessin, Griff, Fall sowie Faserstoffzusammensetzung ausgewahlt. Technisch beschreibbare Parameter der Stoffe sind kaum in dieser Entscheidungsfindung beriicksichtigt. Die Produktform wird durch die Schnittkonstruktion erreicht. Die Schnittkonstruktion wird, ausgehend von produktrelevanten Korperma13en und Korperproportionen eines ,,durchschnittlichen" Menschen, in der Ebene durchgefuhrt [4-61. Die Konstruktionsmethoden, die zugrundeliegenden MaBtabellen und Proportionsrechnungen sind fur die einzelnen Lander traditionsgemaB festgelegt. Durch die Schnittkonstruktion entstehen flachige Schnitteile, die in der Summe der Abwicklung der im Entwurf vorgesehenen dreidimensionalen Produktoberflache entsprechen. Die Schnittkonstruktion mu13 fur die Stoffteile aus Ober-
462
9 Konfektioti voti Fertigerzeugnisseri
Konfektionsprozel3
Prozekstufen
Arbeitsschritte
Arbeitsverrichtungen
Produktentwicklung
Asthetischer Entwurf
Modezeichnung, kunstlerischer Entwurf
Technischer Entwurf
Schnittkonstruktion Schnittgradation Stoffauswahl Zu behorauswahl Produktmusterfertigung Produktdokumentation
technische Produktionsvorbereitung
Schnittbildgestaltung
organisatorische Produktionsvorbereitung
Beschaffung Kapazitatsplanung Auftragsreihenfolge
Zuschnittvorbereitung
Stoffstapellegen Stofffehlerbehandlung
Zuschnitt
Schneiden der Stoffteile Sortieren der Stoffteile
Verbinden Montage
Saumen der Stoffleile Nahen der Stoffteile Schweiken der Stoffleile Kleben der Stoffteile Fixieren der Stoffteile
Fertigstellen
Bugeln der Produkte Verpacken der Produkte
Versand
Lagetwirtschaft Transport
Produktionsvorbereitung
Produktion
L Fertigstellen und Versand
Abb. 9-1. KonfektionsprozelJ in ProzeBstufen und Arbeitsschritten
9.2 Produktentwicklung
463
Abb. 9-2. Monitorbild des CAD-Systems NovoCut, Programmbaustein Konstruktion fur Vliesstoffteile [7]
stoff, Einlagenmaterial und Futterstoff ausgefuhrt werden. Durch Zusammenfugen dieser biegeweichen Stoffteile mu13 die dreidimensionale Produktfonn moglich werden. Die zum Verbinden notwendigen Nahtzugaben werden in der Schnittkonstruktion erarbeitet. Zur Kontrolle der Schnittkonstruktion ist die Anfertigung eines Musterproduktes ublich. Die Schnittkonstruktion wird zunehmend mittels branchenspezifischer Software auf CAD-Anlagen ausgefuhrt. Abb. 9-2 zeigt das Monitorbild eines derartigen Arbeitsplatzes. Fur die Zukunft ist der Ubergang von den 2D-Schnittkonstruktionssystemen auf rechnergestutzte 3D-Schnittkonstruktion zu envarten. Fur korpernahe Kleidung im Sport- und Untenvaschebereich gelingt dies schon recht gut, wahrend fur den korperfernen Bereich die Berechnungsmethoden fur das Stoffverhalten bei kleinen Belastungen hinsichtlich Biegungs-, Scherungs- und KraftDehnungs-Verhalten noch nicht ausgereift sind [8-lo]. Durch die Schnittgradation werden die Schnitteile so vergrol3ert undoder verkleinert, daB das Produkt im gesamten GroBensortiment des Auftraggebers gefertigt werden kann, sofern es der Fertigungsauftrag so verlangt. Die genaue Kenntnis der international gebrauchlichen GroBensysteme ist dazu zwingend erforderlich. Fur die Schnittgradation steht leistungsfahige branchenspezifische CADTechnik bereit. Diese CAD-Technik enthalt weitere Programmbausteine, so daB
464
9 Korlfektioti
voti
Fertiger,-cJuKtiissen
Abb. Y-3. Monitorbild des CAD-Systems NovoCut. Progranimbaustein Schnittgradation 171
eine durchgehend rechnergestutzte Produktionsvorbereitung heute Stand der Technik ist. AuBerdem wird eine Produktdokumentation erstellt, die den Produktaufbau, die Produktzusammensetzung sowie die notwendigen Arbeitsschritte in der Produktion beschreibt. Auch hierfur eignen sich CAD-Systeme, deren Daten auch in SoftwareSystemen fur Produktionsplanung und Produktionssteuerung, Beschaffung und Vertrieb sowie Kalkulation und Kostenrechnung multivalent nutzbar sind. In der Mode-, Alltags-, Sport- und Freizeitbekleidung finden Vliesstoffe als Fixiereinlagen (siehe Abschnitt 14.1) Anwendung. Die Vliesstoffe werden fllchenformig mit dem Oberstoff verbunden. Beispielsweise werden dadurch Manschetten und Kragen verstiirkt, die Formstabilitat der Blazer- und Sakko-Vorderteile wird erhoht. Die Vliesstoffteile sind nach den in Schnittkonstruktion und Schnittgradation erarbeiteten Konturen aus der Meterware des Vliesstoffes produktspezifisch auszuschneiden. AuBerdem sind am Markt Vliesstoff-Fertigteile erhaltlich, die ohne Schnittkonstruktion und Schnittgradation fur den ProduktionsprozeO beschafft werden konnen. Die Kataloge der Vliesstoffhersteller enthalten ausreichende Hinweise I1 11. Voluminose Vliesstoffe konnen in der Winterbekleidung als Warmedammung zwischen Oberstoff und Futterstoff vorgesehen werden. Auch diese Stoffteilkontu-
9.2 Produktentwicklung
Kunde
I
465
Aummg
Abb. 9-4. Monitorbild des CAD-Systems NovoCut, Programmbaustetn Nahplan fur Vlie\stoffteile mit Verarbeitung5hinweisen [7]
ren sind in Schnittkonstruktion und Schnittgradation zu erarbeiten. Zur Lagefixierung dieses Dammvlieses werden haufig Steppniihte vorgesehen.
9.2.2 Produktentwicklung fur Wohn- und Heimtextilien Unter der Bezeichnung Wohn- und Heimtextilien werden Textilien zur Raumausstattung und auch Wasche, Handtiicher und andere textile Gebrauchsgiiter zusammengefal3t. Vliesstoffe werden hier insbesondere als Fiillmaterialien zur Warmedammung, zur elastischen Volumenfiillung und als partielle Verstarkungen an beanspruchten Stellen eingesetzt. Vliesstoffe werden auch zu geometrisch einfachen Reinigungs- oder Hygienetiichern verarbeitet. Weitere Produktbeispiele sind Steppdecken und Polstermobel.
Fur die Schnittkonstruktion ist neben den manuellen Verfahren insbesondere die CAD-Technik geeignet. Die zu erzeugenden Schnitteilkonturen sind von den Produktformen abhangig .
9.2.3 Produktentwicklung fur technische Textilien Die Gebrauchswertanforderungen an technische Textilien werden durch den vorgesehenen technischen Einsatzfall bestinimt und konnen vielfach ausreichend physikalisch definiert werden. Es konnen bestimmte Festigkeiten und Dehnungen bei statischer und dynamischer Belastung, Dichtigkeit gegenuber Feuchtigkeit, DurchIassigkeit von Wasserdampf, Transluzenz, Bestandigkeit gegenuber Chemikalien, biologischen Wirkungen, Licht, UV-Strahlung und/oder Klima, Brenn- und Entflammbarkeitsverhalten, Alterungsstabilitat, Wartungs-, Pflege- und Reinigungseigenschaften und nicht zuletzt auch die Recyclingfahigkeit des Produktes nach der Nutzungszeit gefordert sein [ 121. Vielfaltige nationale und internationale Normen und Vorschriften konnen bei der Definition der Produkteigenschaften zur Anwendung kommen. Insbesondere fur die im Bauwesen eingesetzten technischen Textilien sind die Zulassungsmodalitaten fur priifpflichtiges Baumaterial BuBerst aufwendig. Die geometrische Form technischer Textilien kann drei- oder zweidimensional sein. Kompliziertere Formen mit sogenannten Freiformflachen benotigen einen hoheren Aufwand in der Schnittkonstruktion. Die unmittelbare Beriicksichtigung der Stoffnutzbreite in der Produktentwicklung kann wirtschaftliche Effekte durch minimale Stoffverluste bewirken. Vliesstoffe sind in vielen technischen Textilien im Einsatz. Dazu zahlen beispielsweise konfektionierte Filter, Geotextilien, Dammstoffe, Arbeitsschutzmittel und Arbeitsschutzkleidung sowie Hygieneartikel. Die Vliesstoffe sind nach der gewunschten Funktion auszuwahlen. Bereits in der Produktentwicklung sind die Moglichkeiten der Verarbeitung im Zuschnitt und beim Verbinden sowie die Nahteigenschaften der Produkte zu bewerten.
9.3 Produktionsvorbereitung Zur Produktionsvorbereitung werden die in Verkaufsverhandlungen erzielten Ergebnisse in Form der Lieferauftrage nach Stiickzahl und Termin sowie die genauen Produktbeschreibungen aus der Produktentwicklung benotigt. Im Ergebnis der Produktionsvorbereitung entstehen Produktionsunterlagen. Die Beschaffung der textilen Flachen, der Zutaten (Knopfe, ReiBverschlusse, Gurte, Riemen, Spitzen, Osen, Haken, Etiketten u. a. m.) sowie der Nahfaden mu13 qualitats- und mengengerecht erfolgen. Aus der Produktentwicklung sind alle Stoffteilkonturen in allen ProduktgroBen und fur jede Stoffart des Produktes bekannt. Durch die Schnittbildgestaltung mu13
9.3 Produktiotisvorbereitun~
461
der notwendige Stoffbedarf fur jede fur das Produkt relevante Stoffart einzeln optimiert werden. Wurde traditionell mit Originalschablonen oder verkleinerten Schablonen ein Schnittbild erstellt, so wird heute vorzugsweise CAD-Technik mit interaktiven oder automatischen Schnittbildprogrammen eingesetzt. Bei interaktiver Arbeit ordnet eine Arbeitskraft die Schnitteile am Computerbildschirm. Die fur das Produkt in der betreffenden Stoffart notwendigen Stoffteile werden aus dem Speicher des Computers aufgerufen und durch Aktivieren mittels Maus oder Lichtstifts auf die maflstablich dargestellte Stofflache gefuhrt. Im voraus definierte Anordnungsprinzipien und deren Toleranzen sowie durch die Zuschnittechnik bedingte Mindestabstande der Stoffteile im Schnittbild werden dabei automatisch beriicksichtigt. Die Arbeitskraft ist laufend uber den aktuellen Auslastungsgrad und den Verlustanteil im Schnittbild informiert. Die automatischen Schnittbildprogramme erreichen in der Regel nicht ganz so gunstige Auslastungsgrade, reduzieren aber deutlich den Personaleinsatz. Die Verfahren und Methoden der Schnittbildgestaltung richten sich auf die Anordnungsprinzipien im Sinne von Vorzugsvarianten fur produkttypische Schnitteile (Schnittbildsystematik), auf die optimalen Stoffbreiten fur bestimmte Produkte oder ProduktgroBen, auf Vorkehrungen fur die notwendige Stoffehlerbehandlung, auf die Erfullung von Produktionsauftragen nach Stuckzahl je GroBe und Design
Abb. 9-5. Monitorbild des CAD-Systems NovoCut, Programmbaustein Schnittbild fur Vliesstoffteile 171
I
Abb. 9-6. Monitorbild des CAD-Systems NovoCut, Programmbaustein NovoPlot. Schnittkontur und Schnittweg fur Vliesstoffteile [ 7 ]
durch sogenannte GroBenkombinationen oder auch Modellkombinationen im Schnittbild und auch auf die Nutzung in der Stoffbreite schwankender Stoffe durch Breitensortierung nach Breitenklassen. Die schwankenden Ballenliingen konnen durch Ballenoptimierung so ausgeplant werden, daB nur minimale Reststucke anfallen. Diese theoretisch nutzbaren Optimierungsmoglichkeiten zur Stoffausnutzung mussen unter Produktionsbedingungen in akzeptabler Zeit mit geringem Personalaufwand realisiert werden. Dies setzt Grenzen in der Anwendung aller dieser Moglichkeiten in der Praxis. Fur in hoher Stuckzahl produzierte Produkte lohnen sich Anstrengungen zur optimalen Stoffausnutzung vie1 mehr als bei hochmodischer Produktion mit kleinsten LosgroBen. AuBerdem sind die Stoffiosten sowie eventuell auftretende Entsorgungskosten fur Zuschnittabfdle zu berucksichtigen. Die erfolgreiche Beschaffung aller Produktkomponenten und das Schnittbild bilden die Basis fur den Beginn der Produktion. Die Schnittbildinformation kann wiihrend der Produktion zur Steuerung des Lagenlegens, der Fehlerbehandlung sowie des Zuschnittes weiterverwendet werden. Die notwendige Schnittbildinformation wird durch geeignete Zeichentechnik im MaBstab I : ] auf Endlospapier in Stoffbreite aufgezeichnet, so daB der Zuschnitt mit manuell gefuhrter Zuschnitttechnik durchgefuhrt werden kann. Im Falle des Einsatzes CNC-gesteuerter Zuschnittautomaten bereitet spezielle Software die grafische Schnittbildinformation als Weginformation fur die Steuerung des Schneidmediums auf.
9.4
Produktion
9.4.1
Legen der StoMagen
Das Legen der Stoftlagen zu einem Stoffstapel ist als Hilfsprozel.3 zu betrachten, da die textiltypischen Schneidmedien in ihrer Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt, aber zum Schneiden mehrerer Stofflagen geeignet sind. In der betrieblichen Praxis
9.4 Pmduktion
469
ist der ProzeB der Stoffehlerbehandlung in den LagenlegeprozeB integriert. Die Art des Lagenlegens ist in erster Linie von der Stoffart abhangig. Richtungsunabhangige Vliesstoffe konnen nach dem produktiven Zickzack-Legeverfahren verarbeitet werden, das Legeverfahren Rechts auf Rechts im Strich gewahrleistet hingegen die Beriicksichtigung von Richtungsabhangigkeit und Dessinrapport. Zum Lagenlegen wird eine der GroBe des Schnittbildes entsprechende Tischflache benotigt. Stoffrollen konnen einfach abgerollt, manuell geglattet und ausgerichtet werden. Das manuelle oder maschinelle Abziehen der Stoffe von einer stationar gelagerten Stoffrolle kann insbesondere fur Vliesstoffe geringer Flachenstabilitat nicht empfohlen werden, da dadurch Verzuge und unerwunschte bleibende Dehnung verursacht werden konnen. Gunstig sind hingegen manuell bewegte Legewagen oder Legemaschinen, die die Ablage der Stoffe spannungsarm, faltenfrei, kantenausgerichtet, mit definierter Lange und mit hoher Produktivitat ermoglichen. Zugkrafte in dem zu legenden Stoff konnen durch eine Muldenlagerung der Stoffrolle auf der Legemaschine verhindert werden, da durch die umlaufenden Transportbander ein Umfangsantrieb erfolgt. Balleneinhebevorrichtungen in Verbindung mit moderner Stoffrollenlagertechnik ermoglichen einen minimalen Personaleinsatz auch bei grol3en Stoffrollenmassen. Fur die Stoffehlerbehandlung sind insbesondere das Herausschneiden der Fehler und das Nachschneiden fehlerhafter Teile geeignete Verfahren. Bei sehr geringen Stoffkosten ist auch die Mehrlagenmethode eine technologische Moglichkeit, indem durch eine geringfugig uber den Auftragswert liegende Lagenanzahl fur alle Stoffteile auf Vorrat einige Ersatzstoffteile geschnitten werden. Es kann jedoch dazu kommen, daB einige der Stoffteile infolge von Fehlern mehr nachgefragt sind als andere [ 3 ] . Werden Stoffehler durch ausreichend groBe Stoffstucke uberdeckt, so entstehen neben den fehlerbehafteten noch fehlerfreie Stoffteile. Die fehlerbehafteten Stoffteile sind vor dem Verbinden auszusondern.
Abb. 9-7. Lagenlegemaschine mit Mitfahreinrichtung fur dab Bedienungxperwnal [ 1.31
470
9 Konjektion von Frrtih.~rzeuXiiis.sen
Abb. 9-8. Bandrnuldenlagerung einer Lagenlegernaschine I 13 I
9.4.2 Zuschnitt Der Zuschnitt gliedert sich in: -
Grob- und Feinschnitt Markieren, Beschriften Abraumen
Die Schnittstelle zwischen Zuschnitt und Verbinden ist durch die schnitteilformund anzahlgerechte Bereitstellung aller Schnitteile eines Produktes in Form von Stapeln der einzelnen Schnitteile bestimmt. Die Zuschnittechnologie sol1 Schnittkantenverfestigungen vermeiden, damit die einzelnen Stoffteile leicht voneinander geliist werden konnen. Schnittkantenverfestigungen konnen durch Warmewirkung bei der Verarbeitung synthetischer Faserstoffe auftreten. Bei der Betrachtung des Zuschnittprozesses ist eine Unterteilung nach dem Schwierigkeitsgrad der Konfektionsaufgabe gunstig. Die einfachste Aufgabe ist das Querschneiden von Meterware mit anschliel3endem Saumen der Schnitt- oder auch aller Kanten der Decken und Tucher. Etwas komplizierter ist es, nach dem Querschneiden ein Falten des Zuschnitteiles vorzunehmen. Durch zwei Seitenn3hte oder eine Seiten- und eine Bodennaht entsteht dann das fertige Produkt Sack oder Beutel. Der nachste Grad der Zuschnittrealisierung ist beim Herstellen von Reinigungstuchern aller Art zu verzeichnen. Die mit grofien Breiten hochproduktiv hergestellten textilen Flachen werden sowohl langs als auch quer geschnitten. Ein Saumen der Schnittkanten wird nur bei Bedarf vorgenommen. Die fur diese einfachen Konfektionsaufgaben eingesetzten Verfahren und Maschinen sind unkompliziert. In der Regel werden mechanische Schneidwerkzeuge in Form von Rund- und Spiralmessern eingesetzt. Die Einstellung dieser Querund/oder Langsschneidemaschinen ist bezuglich der Abmessungen der Zuschnittteile variabel [ 141.
9.4 Produktion
471
Abb. 9-9. Prinzipdarstellung der Arbeitsweise des Quer- und Langsschneideautomaten QLA 2000 [ 141
Abb. 9-10. Prin~ipdarstellungder StanLtechnik der Fa. Bierrebi. ltalien [ 151
Eine Aufgabe, die im weiteren Sinn auch dem Zuschnitt zuzuordnen ist, besteht in der Herstellung randbeschnittener Stoffe moglichst konstanter Breite bereits in der Flachenherstellung oder der Textilveredlung. Als Schneidmedien sind Rundmesser oder Laserstrahl verwendbar, durch Laserschneiden wird bei thermoplastischen Faserstoffen gleichzeitig eine Schnittkantenverfestigung erreicht. Fur langfristig formkonstante Schnitteile wird auch die Stanztechnik angewandt [ 15, 161. Aus dem Vliesstoff werden mit Taktvorschub einzelne Produktteile ausgestanzt und gestapelt abgelegt. Die Produktivitat ist sehr hoch. Bei mehrlagigem Stanzen ist mit Schnittkantenverfestigungen thermoplastischer Faserstoffe zu rechnen, die eine problemlose Weiterverarbeitung der einzelnen Stoffteile behindern.
Konventionelle Zuschneidetechnik Die handgefuhrten Messermaschinen unterscheiden sich durch ihre Messerformen und die speziellen Messerbewegungen. Die zwischen Messermaschine und Stoff erforderliche Relativbewegung mu13 der Schnittkontur entsprechen. Aufgrund der biegeweichen textilen Stoffe wird meist die Messermaschine von der Arbeitskraft entsprechend der vorgesehenen Schnittkontur bewegt. Nur an der Bandmessermaschine mu13 der Stoffstapel prinzipbedingt bewegt werden.
Rundmessermaschinen sind mit einer rotierenden Messerscheibe ausgestattet und eignen sich besonders fur gerade Schnitte. Sie verfugen uber Schleifeinrichtungen und Fingerschutz.
Abb. 9-11. Rundrne\\erma\chine [ 131
Bandmessermaschinen sind mit einem kontinuierlich umlaufenden, endlosen bandfiirmigen Messer ausgestattet, das senkrecht zur Tischflache laufend die Arbeitsstelle bildet. Da die Arbeitsstelle des Bandmessers iirtlich fixiert ist, mu13 der Stoff entsprechend der Schnittkontur bewegt werden. Die Tischoberflachen kiinnen zur Reibungsreduzierung zusiitzlich durch ein Luftkissen ergiinzt werden. Hervorzuheben ist der saubere Schnitt.
Vertikalmessermaschinen sind durch ein vertikal angeordnetes gerades Messer gekennzeichnet, welches in vertikaler Richtung oszillierend bewegt wird. Das Messer wird durch den Steg gefuhrt. Es eignet sich fur beliebige Schnittkonturen. Durch die drehbare Lagerung der Vertikalmessermaschine an einem Schwenkarm kiinnen die Vorschubkriifte deutlich minimiert werden, wodurch die Schnittgenauigkeit zunehmen kann. Derartige Konstruktionen sind unter dem Synonym Servo-Cutter bekannt.
9.4 Produktion
473
Abb. 9-13. Vertikalmessermaschine 1141
Abb. 9-14. Vertikalmessermaschine mit hiingender Schneidkopflagerung in einem Schwenkarm [ 141
Automatische Zuschneideanlagen Die Zuschnittautomatisierung ist seit mehr als 30 Jahren gelost und in Verbindung mit der rechnergestutzten Produktionsvorbereitung in vielen Firmen als CAD/ CAM-System erfolgreich eingefuhrt [ 17, 181. Automatische Zuschneideanlagen fuhren das Schneidmedium maschinell unter Nutzung der rechnergestutzt erarbeiteten Schnittbildinfomationen. Sie sind bei hohem Schneidaufwand und komplizierten Konturen sehr gut geeignet. Neben- und Riistzeiten sollten minimal sein. Grundforderungen sind hohe Genauigkeit uber alle Stofflagen, geringe Schnitteilabstande und geringe Storanfalligkeit. Als mechanisches Schneidmedium ist das Stichmesser als Sonderform des Vertikalmessers universe11 geeignet. Durch die hangende Lagerung ist das Stichmesser mit
474
9 Konfektion von Fertigerzeugnissen
Abb. 9-15. Zuschnittautomat TexCut 2050 mit Stichmesser fur Stoffstapelzuschnitt [ 141
Abb. 9-16. Schneidkopf mit Stichmesser und tellerartigem Niederhalter in Messerwechselposition auBerhalb des Borstenfeldes [ 141
speziellem Querschnitt ausgefuhrt. Die Unterstutzung durch einen Steg ist nicht erforderlich. Das Stichmesser wird stets tangential zur Schnittkontur eingestellt. Es sticht an beliebiger Stelle in den Stoffstapel ein, so daR auch Innenoffnungen xhneidbar sind. Die GroBe der Innenoffnungen mu13 infolge der Messergeometrie ein MindestmaB uberschreiten. Die Oberflache des Tisches wird durch eine Borstenmatte gebildet, in die das Messer beim Schneiden eindringt. Die Reaktionskrafte beim Schneiden werden durch eine Vakuumfixierung in Kombination mit Folieabdeckung des Stoffstapels aufgenommen. Durch das Vakuum komprimierte Stoffstapel konnen bis zu 70mm Hohe aufweisen, so dal3 eine hohe Produktivitat erreicht werden kann. Da haufig in der Konfektionsindustrie diese Kapazitat infolge geringer LosgroBen nicht ausgelastet werden kann, sind auch sogenannte Niedrig- und Einzellagencutter am Markt. Automaten fur den Einzellagenzuschnitt verfugen neuerdings uber ein kleines, ebenfalls tangential zur Schnittkontur einstellbares Rundmesser als Schneidmedium und konnen auf die Folieabdeckung verzichten. In dem Schneidkopf werden neben dem Rundmesser weitere Werkzeuge wie Bohrnadel und Stanzwerkzeug fur Knipse maschinell zusammengefaflt.
9.4 Pmduktion
475
Laserstrahl ist fur sehr schnelle, prazise Schnitte und kleinste Innenoffnungen interessant [ 191. Die Schnittgeschwindigkeit des Laserstrahles kann 100d m i n betragen. Der Laserstrahl ubt eine thermische Wirkung aus, so daB Verschmelzungen der Schnittkante prinzipbedingt sind. Dampfe und Rauchgase mussen wirkungsvoll abgefuhrt werden. Fur den Einlagenzuschnitt spezieller Materialien und bei niedrigen Stuckzahlen ist der Laserzuschnitt okonomisch gunstig. Der beriihrungssicheren Fuhrung des Laserstrahles ist aus Arbeitsschutzgriinden hochste Ausmerksamkeit zu widmen. Der Plasmastrahl ist forschungsseitig untersucht, konnte sich im Textilschneiden aber nicht etablieren [3]. Der mit doppelter Schallgeschwindigkeit aus einer Diamantduse austretende komprimierte Wasserstrahl kann besonders zum Schneiden der Textilflachen eingesetzt werden, in denen die Beweglichkeit der Einzelfasem oder Filamente durch Beschichtung und Gummierung oder in Composites eingeschrankt ist. Flauschige Textilflachen, wie beispielsweise Volumenvliesstoffe, sind damit nicht sauber schneidbar, da die Fasem zum Teil dem Wasserstrahl ungeschnitten ausweichen konnen. Der Energiebedarf ist sehr hoch, die Tischkonstruktion mulj den Wasserdurchtritt ermoglichen. Geringe Stoffstapelhohen konnen geschnitten werden [20, 2 I ] . Ultraschall ist ein weiteres textilgeeignetes Schneidmedium. Besonders effektiv ist die Kombinationsmoglichkeit des Ultraschallschneidens mit der Ultraschallverfestigung der Schnittkante thermoplastischer Faserstoffe. Vorteilhaft ist der geringere Aufwand zur Erzeugung der Schneidenergie. Ultraschallschneiden vermeidet die bei Laserschneiden typischen angesengten oder verfarbten Schnittkanten 1221.
9.4.3 VerbindungsprozeB und Montage Zum Verbinden der zugeschnittenen Stoffteile eignen sich drei Verbindungsverfahren, die die Forderung nach der fur die Gebrauchsdauer zuverlassigen, festen, textiltypisch biegeweichen Verbindung unterschiedlich erfullen [ 3 ] : Nahen TextilschweiBen - Kleben -
Fur die Produktqualitat kann auch die Nahtdichtheit gegenuber diversen Medien bedeutend sein. Die Verbindungen konnen punktformig, linienformig oder flachenformig ausgefuhrt werden. Im Verbindungs- und MontageprozeB eines Produktes konnen mehrere Verbindungsverfahren zur Anwendung kommen. Das Nahen ist das bedeutendste textile Verbindungsverfahren. Jeder Stich der Nahnaht reprasentiert ein verbindendes und festigkeitsbestimmendes Element. Folglich steigt die Nahtfestigkeit mit steigender Stichdichte (StichanzahlLangeneinheit), sofem nicht durch die Stichdichte im Stoff ein Perforationseffekt eintritt. AuBerdem mu13 der Stoff eine ausreichende Schiebefestigkeit aufweisen, damit sich nicht der Stoffverbund bei Belastungen neben der festen Naht auflost. Die in der Nahtechnik gebrauchlichen Stichtypklassen sind international standardisiert. Die Stichtypklassen unterscheiden sich durch den Fadenverbrauch, die
416
9 Konfektion w n FertiKer~eugriisseri
Nahtfestigkeit und die Nahtelastizitat sowie die Automatisierungsfahigkeit. Der sehr feste, gering elastische Doppelsteppstich kann durch Zickzack-Anordnung elastischer ausgefuhrt werden, er ist aber technologisch durch den prinzipbedingt begrenzten Fadenvorrat des Unterfadens wenig automatisierungsfreundlich. Im Einfachkettenstich sind Elastizitat und Auftrennbarkeit kombiniert. Der Doppelkettenstich ist durch Elastizitat und ausreichende Festigkeit gekennzeichnet. Fur die Schnittkantenverfestigung eignet sich der Uberwendlichstich, da Faden um die Stoffkante gefuhrt werden. In Kombination mit dem Doppelkettenstich kann der Uberwendlichstich an der sogenannten Safety-Nahmaschine parallel ausgefuhrt werden, so daB zwei Nahte eine zusatzliche Sicherheitsreserve der Naht bedeuten. Der Uberdeckstich mit sehr hohem Fadenverbrauch hat seine Bedeutung insbesondere in der Trikotagenverarbeitung [3, 231. Mit dem Nahen konnen auBerdem Stoffkantenfixierungen durch Umstechen der Stoffteile mit Uberwendlichstich in der Vorfertigung realisiert werden. In der Vliesstoffverarbeitung ist das Nahen beispielsweise fur Steppdecken interessant, die in automatischen Nahanlagen hochproduktiv direkt von der Rolle aus erfolgen kann. Eine weitere Anwendung der Nahtechnik zur Vliesstoffverarbeitung ist das Pikieren, bei dem Oberstoff und Einlagevliesstoff durch Einfachkettenstich in der besonderen Form des Blindstiches durch mehrere, uber die FIache verteilte, auf der Produktoberflache nicht erkennbare Nahte miteinander verbunden werden [3, 231. Durch die geometrische Gestaltung der Nahtechnik kann wesentlich auf die Handhabung der Stoffe beim Nahen EinfluB genommen werden, so daB zwischen Flachbett-, Freiarm-, Saulen- und Armabwartsnahmaschinen sowie weiteren Konstruktionen nach der zu realisierenden Nahaufgabe auszuwahlen ist. Die international wirkenden Nahfadenhersteller und Nahnadelhersteller sind dem Konfektionar jederzeit beratend zur Seite. Dies betrifft sowohl das Verarbeitungsverhalten im NahprozeB als auch die Nahteigenschaften des Produktes. Durch Textilschweifien konnen thermoplastische Faserstoffe und thermoplastische Beschichtungen textiler Flachen verbunden werden [3, 24, 251. Wesentlich ist eine textilgerechte, weiche und flexible SchweiBnaht. Bisher haben sich Hochfrequenzschweifien, UltraschallschweiBen, HeiBluftschweiBen und HeizkeilschweiBen fur Textilien eingefuhrt. Hervorzuhebende Produktfelder sind Hygiene-, Arbeitsschutz-, Sport- und Freizeitbekleidung, auch mit integrierten Membranen, und Deponieabdichtungen. Unter SchweiBen wird allgemein das stoffschlussige Verbinden von zwei oder mehreren Teilen aus gleichen Materialien unter Anwendung von Warme und Druck verstanden. Eine SchweiBnaht entsteht ohne artfremde Zusatzstoffe. Der SchweiBprozeB wird durch drei teilweise zeitlich uberlagerte Einzelvorgange an der Wirkstelle realisiert: -
Erwarmen bis zum Anschmelzen Zusammendrucken Abkuhlen bis zur festen Verbindung
In der Gebrauchsphase geschweiBter Produkte ist der Ubergangsbereich zwischen den durch die Fasern und/oder Filamente gekennzeichneten textilen Strukturen und den in der SchweiBnaht nach dem FlieBen der thermoplastischen Polymersubstanz nicht mehr existenten textilen Strukturen besonders empfindlich gegenuber
9.4 Produktion
3,
heizen
477
abkuhlen sichere
Abb. 9-17. Temperaturverlaul in der Schweilhne als Funktion der Zeit tHelz
t Abkuhl
Zeit t
Wechselbelastungen aller Art. Schadensfalle sind vorwiegend als Flachendefekte in diesem Ubergangsbereich typisch, sofern die ProzeBparameter beim SchweiBen korrekt eingehalten wurden. Beim SchweiBen konnen partiell Schadstoffe freigesetzt werden, so daB eine Absaugung zur Arbeitsplatzausstattung gehoren sollte. GroBer Bedarf besteht aus Sicherheitserwagungen an zerstorungsfreien Prufverfahren fur Schweihahte in Textilien, die auch rlumlich tlexibel in Verbindung mit der Baustellenkonfektionierung im Deponiebau einsetzbar sind. Beim Hochfrequenzschweiljen werden die Stoffteile als Dielektrikum zwischen zwei Elektroden einem hochfrequenten elektrischen Wechselfeld beispielsweise mit der Industriefrequenz 27,2 MHz ausgesetzt [26]. SchweiBbar sind nur Faserstoffe, die einige Voraussetzungen erfullen: -
-
Vorhandensein polarisierbarer bzw. polarer Makromolekule mit relativ geringer Kettenlange gute Segmentbeweglichkeit der Molekule Auftreten induzierbarer Dipole
Sind diese Voraussetzungen gegeben, beginnen die induzierten Segmente beim Anlegen des hochfrequenten Wechselfeldes zu schwingen. Es tritt eine Erwarmung ein, Nebenvalenzkrafte lockem sich, und der Platzwechsel der Molekule wird moglich. Prozeljparameter sind Zeit, Druck und Hochfrequenz-Spannung. Das Hochfrequenzschweifien ist als Taktverfahren jeweils zum Anfertigen ganzer Nahte in einem SchweilJvorgang geeignet, wenn dies durch die verfugbare Elektrodenlange gewahrleistet werden kann. Durch geeignete Elektrodengestaltung kann der SchweiBvorgang zu verschiedenen Nahtbildern fuhren oder auch einen Randbeschnitt der Stoffteile enthalten. Beim UltraschallschweiBen [27, 281 wird die notwendige Warme durch mechanische Schwingungen von etwa 30kHz mit geringer Amplitude von ca.O,l mm erzeugt. Es ist eine innere Erwarmung, die durch die in einer Sonotrode erzeugten Ultraschallwellen hervorgerufen wird. Die Molekulsegmente werden zum Schwingen angeregt, dadurch entsteht Reibungswime im thermoplastischen Material. Durch die Gestaltung der Ultraschall-Schweifimaschine in Analogie zur NPhmaschine mit einer Sonotrode als ,,Nahnadel" ist ein kontinuierliches SchweiBen moglich [27]. ProzeBparameter sind Profil und Breite des Druckrades, Vorschubgeschwindigkeit sowie Druck zwischen Sonotrode und SchweiBunterlage.
F I
Abb. 9-18. Prinlip der A r b e i t ~ ~ t e l leiner e Ultidxhrlll-
S c h w e i l h i xhine
Das Heizkeil-SchweiBen nutzt als warmeubertragendes Element einen elektrisch beheizten Keil, der durch eine Temperaturregelung auf konstanter Temperatur gehalten wird [ 3 ] . Die Temperatur des Keiles liegt aus Grunden der effektiven Warmeubertragung wesentlich uber der Schmelztemperatur der zu schweiljenden Faserstoffe, so daB dieser Keil zum Vermeiden von Schadstellen bei Prozehnterbrechungen aus dem Arbeitsbereich geschwenkt werden muB. Die zu verbindenden Stoffteile werden auf je einer der Keiltlachen entlanggefuhrt, erwarmt und an der Keilspitze durch PreBwalzen zusammengedruckt. Analog funktioniert das HeiBluftschweiBen, welches HeiBluft aus einer Duse als Energietrager anwendet 131. SchweiBnahte finden haufig fur Einweg-Produkte im Hygiene- und Arbeitsschutzbereich Anwendung, die zu hohen Anteilen aus Vliesstoffen bzw. beschichteten Vliesstoffen bestehen und in grol3en Stuckzahlen hergestellt werden. AuBerdem sind mediendichte Nahte sehr haufig verschweifit. Kleben ist ein technologisches Verfahren der Stoffverbindung, welches besondere Bedeutung fur die Vliesstoffverarbeitung in der Bekleidungsfertigung hat. Durch Warmewirkung werden thermisch aktivierbare Klebstoffe geschmolzen, so dal3 nach dem Eindringen in die zu verbindenden Stoffteile flachenformige oder linienfiirmige, unlosbare Verbindungen erzeugt werden. Eine linienformige Naht mu13 eine notwendige Mindestbreite aufweisen. Die Aktivierung des Klebers erfolgt durch Einwirkung von Warme, Druck und Feuchtigkeit oder auch durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld in Analob'Tie zum Hochfrequenzschweilen. Die Klebetechnik hat sich als ein wirtschaftliches Verfahren besonders zum Verbinden von Ober- und Einlagestoff bei der Bekleidungsherstellung durchgesetzt. Diese vorzugsweise flachenformige Verbindung inittels Klebeinasse bzw. Klebetextilien wird auch als Klebe- und FixierprozeR bezeichnet. Die textilen Fixiereinlagen, die mehrheitlich Vliesstoffe sind, werden noch im HerstellungsprozeB mit Klebstoffen prapariert, die statistisch verteilt oder nach Druckrastern auf die Vliesstoffoberflache aufgebracht sind. Sroka u. a. [ 291 stellen im Handbuch der textilen Fixiereinlagen die fur die Praxis relevanten Fixiereinlagen, die technologischen Verfahren zum Klebstoffauftrag, die verschiedenen Klebstoffe. die Fixieranlagen fur die Konfektionsindustrie, die Moglichkeiten der ProzeBparametervariation sowie die Gebrauchsanforderungen und die einschlhgigen Prufverfahren vor.
9.4 Prothrkriori
479
Im Interesse der Produktqualitat ist es haufig erforderlich, neben den mit Vliesstoffen flachenformig fixierten Oberstoffteilen auch die anderen Oberstoffteile dieser Warmebehandlung auszusetzen, um durch die Warmeenergie verursachte MaBveranderungen an allen Stoffteilen gleichmal3ig auszulosen. Als Fixiertechnik sind stationare Pressen, Durchlaufpressen sowie Hochfrequenz-Apparate im intemationalen Angebot. Die Vliesstoffhersteller [ 1 I ] informieren den Anwender ihrer Einlagestoffe uber die Klebstoffsorte, die Klebstoffverteilung und auch uber die einzuhaltenden Prozefiparameter Druck, Temperatur und Verweilzeit. Kaiser [30] hebt den standigen Bedarf an fixiertechnischen Untersuchungen im Interesse einer hohen Produktqualitat hervor, denn neue Stoffe, neue Textilveredlungseffekte, steigende Qualitatsenvartungen und auch neuartige Textilptlegemethoden fuhren immer haufiger zu Problemen, die in der Regel erst mit zeitlichem Abstand zum Produktionszeitpunkt erkannt werden. Die Oberstoffe in der Bekleidungsfertigung werden feiner und leichter, damit aber auch temperatur- und druckempfindlicher. Dies unterstreicht abschlieflend die Forderung nach praziser Prozeljparametervorgabe und -einhaltung im Klebe- und FixierprozeB zur Sicherung der Produktqualitat im Verkauf und wahrend des Gebrauchs. Die linienformige Verklebung textiler Flachengebilde kommt vorwiegend im Bereich des Konfektionierens technischer Textilien zum Einsatz. Nachteilig ist der hohe Aufwand, da Klebstoffauftrag, Fugen und Zusammenpressen meist manuell erfolgen mussen. Die begrenzte Offenzeit des Klebers verhindert beispielsweise den Einsatz jeglicher Dosier- und Auftragstechnik. Fur die Haftung eines Klebstoffes auf einer Oberflache sind zwei grundlegende Wirkungsmechanismen maBgebend, die mechanische und die chemisch-physikalische (auch spezifische) Adhasion. Die atomaren bzw. molekularen Kraftekonstellationen, die fur den Zusammenhalt der Schichten in sich und untereinander maBgebend sind, bestimmen die Festigkeit der Klebeverbindung mit. Es konnen Krafte im Klebefilm und Krafte in der Grenzschicht (Haftkrafte) unterschieden werden. Formspezifische Haftkrafte sind abhangig von Form, GroBe, Anzahl und GleichmaBigkeit der in die Oberflachen durch geeignete Vorbehandlungsverfahren gezielt eingebrachten Kapillaren, in die sich der Klebstoff beim Verfestigen verklammern oder verankern kann. Fur textile Flachengebilde ist zumindest fur unbeschichtete Oberflachen von einer hohen Kapillarwirkung der aus Einzelfasem und/ oder Filamenten in Fadenstruktur vorliegenden Flachenbestandteile auszugehen. Stoffspezifische Haftkrafte entstehen durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen der Klebepartner. Die GroBe dieser Haftkrafte hangt von der Art der Faserstoffe und dem energetischen Oberflachenzustand, seiner Polaritat bzw. Polarisierbarkeit sowie von der Art des Klebstoffes und seinen stofflichen Eigenschaften ab. Diese Krafte sind unabhangig von der Oberflachengestalt der Stoffteile. Die Festigkeit einer Klebeverbindung hangt in entscheidendem Ma13 von der Form und den Abmessungen der Verbindung, dem deformationsmechanischen Verhalten der Stoffteile und von der Eigenfestigkeit sowie den Adhasions- und Verformungseigenschaften des Klebefilms ab. Diese Groljen bestimmen komplex den Spannungsverlauf in der Klebeverbindung.
Abb. 9- 19. Priniipdarslellun~en ausgewiihlter Bugeltechnik 1371
9.4.4
Bugeln
Bugeln ist das Gliitten und Formgeben der Stoffe und der Konfektionsprodukte fur Bekleidung vor, wiihrend und am Ende der Herstellung [3 11. Durch Einsatz von Druck, Wiirme und Feuchtigkeit sowie anschlieBende Abkuhlung und Trocknung kiinnen eine dreidimensionale Formung von Kleidung, eine bleibende Knikkung der Stoffe beispielsweise im Nahtbereich, bei Abniihern und Falten oder eine Gliittung und Beseitigung unerwunschter verarbeitungsbedingter Stoffveriinderungen erreicht werden. Thermisch geschaffene Verbindungen zwischen Oberstoff und Einlage durfen dabei nicht aufgelost werden, die Bugeltemperatur mu13 niedriger als die Fixiertemperatur sein. Vielfdtige Bugeltechnik mit unterschiedlichem manuellen Aufwand und unterschiedlicher Leistungsfiihigkeit steht auf dem internationalen Markt Lur Verfiigung: elektrisch beheizte Bugeleisen Damptbugeleisen Bugelpliitze mit produktspezifischer Tischform Bugelpressen mit produktspezifischer PreBwerkzeuggestaltung Bugelpuppen Hosentopper Tunneltinisher Besonderes Augenmerk ist auf die mengen- und parametergerechte Dampfversorgung der Bugeltechnik zu legen, damit die Qualitiit des Bugelprozesses nicht durch unzureichende Betriebsstoffzufuhr geschiidigt wird.
9.5 Verpacken Nach Zuschnitt, Verbinden und bei Bekleidung auch Bugeln ist das Konfektionsprodukt fertig. Es wird verpackt, versandt und auf dem Weg zum Verbraucher uber den Handel mehrfach zwischengelagert. Der Kunde erwartet das Produkt in
9.6 Mechunisierung und Automutisierung
48 1
perfektem Zustand. Als Schadensfalle sind nicht nur Produktbeschadigungen, sondern auch Schaden an der Verpackung selbst anzusehen [33]. Die optimale Verpackung mu13 den Verpackungsprozelj selbst rationell ermoglichen und gleichzeitig das Produkt im ZirkulationsprozeB schutzen. Menge, Form und Empfindlichkeit des Produktes sind zu berucksichtigen. Zwischen Verpakkung und Produkt durfen keine unerwunschten Wechselwirkungen, wie Eigengeruch der Verpackung oder Korrosion, auftreten. Heimtextilien, wie Bettbezuge, Koptlissenbezuge, Bettlaken, Handtucher, Windeln und Schlafdecken, werden gefaltet, in einen Folieschlauch aus Polypropylen oder Polyethylen eingeschoben und durch Lasche und Leim, Lasche und Etikett oder durch VerschweiBen verschlossen. Ein Etikett kann aufgeklebt werden. 400 bis 720 Verpackungsvorgange sind je Stunde moglich [34]. Die hangende Endaufmachung ist insbesondere fur bugelintensive Oberbekleidung die schonendste Art der Verpackung und des Transports vom Konfektionar zum Kunden. Zum Schutz vor Verunreinigungen wird das Bekleidungsstuck auf dem Bugel mit einem Folieschlauch uberzogen und eingeschweifit. Die Verpakkungsmaschinen fur hangende Endaufmachung sind sinnvollerweise in die H h g e transportanlagen der Versandlager des Konfektionars integriert [351. Raumtemperatur und relative Luftfeuchte stehen in unmittelbarem Zusammenhang und beeinflussen eine Vielzahl von Gebrauchseigenschaften der Textilien. Permanente Falten entstehen durch hohe Temperaturen und Feuchteeinflufl. Die Knitterneigung kann reduziert werden, wenn die Textilien vor hoher Luftfeuchtigkeit geschutzt werden. Insbesondere verschwinden die Falten schnell, die bei niedrigen Temperaturen und geringer Luftfeuchte entstanden sind.
9.6 Mechanisierung und Automatisierung Der KonfektionsprozeB ist traditionell ein ProzeB mit hohem Arbeitskraftebedarf. Die durchgehende CAD/CAM-Technologie der Produktionsvorbereitung und des CNC-Zuschnittes wird durch das bisher nur manuell realisierbare Abraumen der Stoffteilstapel vom Zuschnittisch und das Trennen der Zuschnittabfalle unterbrochen. Jeder Naharbeitsplatz bindet eine Arbeitskraft, so daB trotz aller Anstrengungen hinsichtlich der Arbeitsplatzgestaltung und optimaler Grifftechniken nur begrenzte Leistungsfortschritte moglich werden. Der NahprozeB findet nur zu einem kleinen Bruchteil der Produktionszeit statt, das Bereitlegen und Ablegen der Stoffteile, die geometrische Zuordnung der Stoffteile zueinander, das Beheben von Fadenbriichen, das Abschneiden der Nahfaden u. a. m. nehmen den wesentlich groBeren Teil der Arbeitszeit in Anspruch. Die umfassende Automatisierung des Konfektionsprozesses ist auBerst schwierig infolge der zu verarbeitenden biegeweichen textilen Flachengebilde und der zwingend notwendigen Flexibilitat der Produktionstechnik hinsichtlich der Produktformen und der ProduktmalJe [36]. Durchgangige Automatisiemngslosungen
existieren fur Bettwiische, Handtucher, Steppdecken iind iihnlich geometrisch einfache Produkte. Die verkauffahigen Stuckzahlen dieser Produkte mussen sehr hoch sein, da die Flexibilitat dieser komplexen Fertigungsanlagen stark eingeschrankt ist. Die erfolgreichen Losungen gehen von der Vorlage der Stoffe in Rollenform aus. Je nach Produktgeometrie werden geeignete Schneidmedien oder auch Stanztechnik zum Zuschnitt eingesetzt. Die beim Zuschnitt erreichte Ordnung der Stoffteile wird in der Weiterverarbeitung moglichst beibehalten, die Stoffteile werden produktspezifisch zueinander positioniert und mittels eines der Verbindungsverfahren verbunden. Nach der definierten Ablage kann das Verpacken des Produktes in diesen automatisierten ProzeB integriert sein. Bei allen ingenieurtechnischen Raffinessen dieser Konstruktionen sind derartige Liisungen n u r wirtschaftlich tragfahig, wenn der ProzeB auch in hochster ZuverIassigkeit abliiuft und Stillstande nur als seltene Ereignisse auftreten.
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Teil V Eigenschaften und Anwendung von Vliesstoffen
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10 Vliesstoffe fur Hygiene ( W Kittelmunn)
Die Entwicklung der Vliesstoffe fur Hygieneprodukte ist gekennzeichnet durch steigende Qualitatsanforderungen an die Erzeugnisse und ein erhohtes Mengenwachstum. Hauptgruppen der Hygieneerzeugnisse sind Windeln und Windelhoschen, Inkontinenzprodukte und Damenhygiene. Zu den Hygieneerzeugnissen gehoren auch Feuchttucher und Tupfer. Wahrend friiher die genannten Produkte als Mehnvegerzeugnisse, d. h. fur den mehrmaligen Gebrauch, insbesondere im Windelbereich aus Naturfasern gefertigt wurden, haben diese sich in den letzten Jahrzehnten zu Einwegerzeugnissen entwickelt. Zu den Einwegprodukten gehoren auch Erzeugnisse auf Vliesstoffbasis fur den Hospitalbereich. Wegen der Gefahr der Kreuzinfektionen wird beispielsweise OPBekleidung bevorzugt fur die einmalige Nutzung gefertigt. Neben den textilphysikalischen und chemischen Eigenschaften der Vliesstoffe fur Medizin- und Hygieneerzeugnisse sind bei hautnah genutzten Textilien deren thermophysiologischen und hautsensorischen Eigenschaften - u. U. auch ihre Barrierewirkung - wichtig. Die aus oder mit Vliesstoffen hergestellten Erzeugnisse mussen als ein Verbundsystem gewahrleisten, daB sie eine hohe Saugfahigkeit besitzen, eine schnelle Verteilung und raschen Abtransport der Flussigkeit - z. B. Urin - vom Korper gewahrleisten. Auch darf bei Belastung durch den Korper keine Ruckbefeuchtung der Haut eintreten. Von den Produkten wird verlangt, daB sie weich sind, sich den zu schutzenden Korperteilen gut anpassen und kein Driikken am Korper hervonufen. Dies bedeutet auch, bei der Herstellung und Auswahl der Vliesstoffe den von den genannten Hygieneerzeugnissen geforderten Benutzungs- und Pflegekomfort zu beachten. Das in den letzten 20 bis 30 Jahren erfolgte Wachstum an Hygieneerzeugnisse hat seine Ursachen im Bevolkerungszuwachs insbesondere der Lander mit hohem Lebensstandard, deren demographischer Entwicklung und den damit erhohten Anforderungen an Hygiene bei Minimierung der Gesundheitsrisiken. Die Entwicklung neuer Faserstoffe sowie von Hilfsstoffen, wie Absorber, Folien und Kleber, sowie hochproduktiver Verfahrenstechniken fur die Vliesstoflherstellung haben dazu gefuhrt, da13 Superabsorber- und Hull-Vliesstoffe einen hohen Anteil an der Vliesstoffproduktion haben.
Babywindeln Ende der 30er Jahre kamen Zellulosewindeln aus gekrepptem Tissupapier auf den Markt. Sie wurden erganzt durch Zweikomponenten-Windeln, bei denen als Umhiillung der Zelluloselage Hullvliesstoffe oder Folien venvendet wurden. Anfang der 80er Jahre erfolgte die Entwicklung der Windel vom Typ ,,All in One" mit
1 SchlieObander 2 Absorberkern
3 elastischer BeinverschluO 4 Verteiler- und Transportschicht 5 Schutzfolte 6 Vliesstoffoberlage 7 NaOgelegtes Tissue 8 Zellstoff 9 Auslaufsperre 10 Verteilerschicht 11 Superabsorber 12 gekorntes Polymer
7 8
Abb. 10-1. Windel v o m Typ ,.All in One" [ I I
superabsorbierenden Polymeren. Diese Windelart [ I ] (s. Abb. 10-1 ) besitzt eine Multikomponentenstruktur. Wichtige Teile dieser Einmalwindel sind der Hullvliesstoff, die ein- oder zweilagige Vliesschicht zur Aufnahme und Verteilung der Flussigkeit sowie ihre Ableitung in den Absorberkern und die Ruckschicht. Daruber hinaus sind Elastomermaterialien und Abdichtungen in die Windel eingearbeitet. Der Hullvliesstoff wird aus Polypropylen als thermisch verfestigter Faser- oder Filamentvliesstotf hergestellt. Bikomponentenvliesstoffe sind gleichfalls in Anwendung. Die Aufnahmeund Verteilerschicht kann aus Ein- oder Zweilagen-Vliesstoff mit Fluff bzw. Pulp und gegebenenfalls einem Anteil thermoplastischer Fasern fur die thermische Bindung bestehen. Die Absorberschicht hat die Aufgabe, FI igkeiten aufzunehmen und zu speichern. Diese Schicht unterliegt dem Wandel von trocken zu feucht his naB. Dabei speichert der Superabsorber nicht nur die Flussigkeiten, sondern entwassert den feucht bzw. auch noch nal3 gewordenen Fluff/Pulp. Dies setzt voraus, daB die Gelstabilitat des Superabsorbers erhalten bleibt. damit die Kapillaritiit der Kernmatrix wYhrend des Gebrauchs nicht verloren geht [ 2 1. Zu Herstellung und Wirkungsweise von Superabsorbem wird auf Abschnitt 2.4 verwiesen. Die Schutzfolie ist eine Mehrlagenstruktur auf Polyolefinbasis. Die Mikroporositat wird erreicht, indem Calciumcarbonat als Additiv eingearbeitet wird.
Inkontinenzerzeugnisse Zu den lnkontinenzerzeugnissen gehoren Slip, Einlagen, Saugkissen und Unterlagen. Es sind Erzeugnisse, die in medizinischen Einrichtungen eine groDe Bedeutung haben. Ihre Entwicklung begann vor etwa 20 Jahren. Ein groBer Anteil dieser Erzeugnisse, insbesondere gegen Urin- und Fakalieninkontinenz bei Erwachsenen, ist auch als Einwegtextil im Handel. Daruber hinaus werden Entwicklungen durchge-
10 Vliesstofe fiir Hygiene
489
fuhrt, die sich mit Inkontinenzprodukten, insbesondere Unterlagen, als Mehrwegerzeugnisse beschaftigen. Gunstige Entwicklungsrichtungen zeichnen sich durch Polmaschenstrukturen zum Inkontinenzschutz ab [3]. Erkenntnisse aus der Entwicklung von Babywindeln sind auf Inkontinenzprodukte ubertragbar. Entsprechend dem notwendigen Schutz wird zwischen leichter und schwerer Inkontinenz, wobei letztere insbesondere bei alteren Menschen auftritt, unterschieden. Von besonderer Wichtigkeit ist, daB diese Windelhosen eine hohe Absorberkapazitat besitzen. Die Feuchteriickhaltung von der Haut ist Voraussetzung fur den Tragekomfort.
Damenhygiene Derartige Erzeugnisse als Mehrfachprodukte sind seit dem Altertum bekannt. Bereits zur Jahrhundertwende erfolgte die Entwicklung von Binden aus Baumwolle mit Gaze- oder Netzschlauchumhullungen als Einwegerzeugnisse. Die Entwicklungen von thermisch gebundenen Hullvliesstoffen aus Polypropylen, der Absorber und Heikhmelzkleber, waren die Grundlage fur neuartige Verbunde, um diinne und weiche Binden herzustellen. Selbsthaftende Einlagen erhohen den Tragekomfort. Sehr diinne und saugfahige Damenbinden setzen voraus, dal3 sehr leichte Mikrofilament-Vliesstoffe zum Einsatz kommen. Die Absorberschicht mul3 auf kleiner Flache die Flussigkeit aufnehmen und speichern. Damenbinden sind in ihrem Aufbau und der Formgebung fur eine wirksame Plazierung am Korper angepal3t und mit Haltesystemen ausgestattet. Zur Damenhygiene gehoren auch Tampons, die aus saugfahigen kardierten Faservliesen hergestellt sind und in die entsprechende Form gebracht werden.
Quantitative und qualitative Vliesstoffentwicklung Wie die neuesten Angaben der EDANA fur 1998 [4]ausweisen (Tabelle 10-1 ) hat sich die Vliesstoffproduktion in Westeuropa fur Hygiene in den letzten Jahren besonders stark entwickelt. Danach ergibt sich, dal3 von der gesamten Vliesstoffproduktion in m2 55,3% fur Hygieneerzeugnisse hergestellt werden. Insgesamt wird in den USA, Westeuropa und Japan mit mehr als 85% der Bedarf gedeckt. Gegenwartig zeichnet sich in den 15 Landern Westeuropas ein Geburtenriickgang ab. Es wird damit gerechnet, dal3 besonders in Sudamerika und anderen Staaten mit steigendem Geburtenzuwachs in den kommenden Jahren der Bedarf wachst. Tabelle 10-2 gibt einen Uberblick uber die Hygiene-Vliesstoffproduktion fur die genannten Einsatzgebiete. Tabelle 10-1. Vliesstoffproduktion in Westeuropa fur Hygieneerzeugnisse [4] Produktion
I993 I998
Anteil an Gesamtproduktion
in IO’t
in 1Ohm’
in % der Masse
in % der Flache
179.8 286,9
8003.7
31,s
11788.1
34,7
52,s 553
Tabelle 10-2. Vliesstollprodtiktion nach Herstellurigsverf‘ahren fur Hygieneerzetigni\se 1998 in Westeuropa 141
Babywindeln InkontinenL Darnenhygiene Gesamt
Extrusionsvliesstoffe
Thermobondierte Faservliesstoife
in 10’1
in
73952 29217 8373 110x42
in r/r
10t in
661
92600
26.4 7.5
I0790 21 420
100
124810
Aerodynarnisch Gesaint gebildete Facervliesctolle
c/c
in 10’1
73.2 X,6 17.2
7504 I 110
100
42602
51216
in c/c 13.7 2.2 83.1 100
in 10’ t
in c/c
173356 41 117 72395
60.4 14.3 25.3 100
286x68
Zu den Extrusions-Vliesstoffen gehoren Filament- und Melt-Blown-Vliesstoffe, gesplittete oder gepragte Folien sowie Vliesverbundstoffe aus diesen Strukturen. Thermobondierte Faservliesstoffe werden analog den Extrusionsvliesstoffen aus Polypropylen gefertigt. Wie Tabelle 10-2 zeigt, werden etwa 60% dieser Vliesstoffe in Babywindeln eingesetzt. Dabei konzentriert sich in Westeuropa noch die Produktion auf thermisch gebundene Faservliesstoffe. Extrusionsvliesstoffe sind gleichermal3en fur Inkontinenzprodukte von Bedeutung. Fur Damenhygiene werden uberwiegend aerodynamisch gebildete Faservliesstoffe produziert. Die qualitative Entwicklung der Extrusionsvliesstoffe auf Basis Polypropylen ist dadurch gekennzeichnet, daB sie aus immer feineren Filamenten hergestellt werden bei gleichzeitiger Reduzierung der Flachenmassen. Durch die Reduzierung der Filamentfeinheit, z. B. von 2,0 dtex auf 1 ,O dtex bei Flachenmassen von 20 g/m’, erhoht sich die Faserlange je Quadratmeter von 100 km auf 200 km und der Vliesstoff wird weicher, was den Tragekomfort steigert. Bei einer Flachenmasse von 10 g/m’ halbieren sich die Faserlangen auf 50 und 100 km [ S ] . Dadurch wird ein sehr hoher Flachendeckungsgrad erreicht bei gleichzeitiger Reduzierung der Flachenmasse. Durch die Kombination der Verfahrens- und Anlagentechnik fur Spinnvlies (S) und Melt Blown (M) ist es moglich, Verbundstrukturen, z.B. SMS oder SMMS, im KontinueprozeB zu fertigen. Auf Grund der Faserdurchmesser von 2-3 pm der Melt-Blown-Fasern und 1 1 bis 15 pm der Filamente, werden sehr weiche und dichte Strukturen erzeugt [6]. Hochproduktive Anlagentechnik mit Geschwindigkeiten bis 500 d m i n ermoglichen die Herstellung von Vliesverbundstoffen mit guten Barriereeigenschaften. Neuere Entwicklungen konzentrieren sich auf das Herstellen von Bikomponenten-Spinnvliesstoffen mit weichem Griff. Nach dem VAPORWEB-Verfahren der Reifenhauser Maschinenfabrik GmbH u. Co. werden leichte porose SpinnvliesFilmstrukturen gefertigt. Nach der PP-Spinnvliesherstellung erfolgt eine Extrusionsbeschichtung bei hoher Geschwindigkeit. Die Porositat wird durch Einsatz von Calciumcarbonat als Additiv und folgende biaxiale Reckung des Verbundes erreicht. Der Vliesverbundstoff besitzt Eigenschaften, die ihn als Schutzhulle fur Hygieneerzeugnisse pradestinieren 171. Die Herstellung von Polypropylen-Faservliesstoffen mit anschlieBender thermischer Kalanderverfestigung erforderte die Weiterentwicklung der Vliesbildung, insbesondere des Kardierens und des Vlieslegens unter Beriicksichtigung der Feinfaserverarbeitung und reduzierter Vliesmassen (siehe auch Abschnitt 4. I .2).
Literutur i u Kupitrl 10
49 1
Literatur zu Kapitel 10 [ I ] White C (1999) Baby diapers and Training Pants, Market Overview Nonwovens Industry, I : 26-39 121 The Absorber 5 , Information der Chemischen Fabrik Stockhausen GmbH Krefeld (1994) 131 Herrmann U ( I 993) Nutzung der Adsorptions- und Absorptionseigenschaften von Faserstoffen in Polmaschenstoffen zum Inkontinenzschutz, Forschungsbericht AIF Nr. 2 I8 D der FlFT Chemnitz GmbH [4] European nonwoven statistics 1998 der EDANA Brussel (1999) [ S ] Ruzek E (1997) Baby Diapers - Continuous Challenge to the Nonwoven Industry, XXV Intern Nonwovens Colloquium Bmo/CZ [6] Kunze B (1997) Vliesstoffherstellung Feinfaservliese oder SMS?, XXV Intern Nonwovens Colloquium Bmo/CZ [7] Kunze B (1999) A New approach to breathable structures, VAPORWEB - lightweight breathable nonwoven/film product in line, Part B: The Process. INDEX’99, Session Hygiene 2 Gent7 Schweiz
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11 Vliesstoffe fur Medizin (J. Hoborn)
Die Moglichkeiten der Behandlung und Heilung auf dem Gebiet der Humanmedizin haben sich in den letzten 50 Jahren rasant entwickelt. Erkrankungen und Mangelerscheinungen, die man friiher kaum angehen konnte, sind nun erfolgreich behandlungsfahig. Beispiele hierfur waren Operationen am offenen Herzen, Huftund Knietotalendoprothesen, Nieren- und andere Organtransplantationen. Auch die Diagnostik hat grone Fortschritte gemacht, was gleichbedeutend mit mehr Wirksamkeit und Treffsicherheit in der Therapie ist. Die standige Weiterentwicklung bildgebender Verfahren und in der in vivo und in vitro Diagnostik ist grol3tenteils fur diesen Fortschritt verantwortlich. Mit Hilfe solcher neuen Methoden gelingt es auch, spezielle Erkrankungen und Gruppen von Patienten zu behandeln, deren Lebensqualitat mit Hilfe der obigen Instrumentarien sichtlich verbessert werden kann. Die oben beschriebenen Veranderungen auf dem gesamten Sektor Diagnose und Behandlung wurden erst durch intensive Forschung in der Medizin in der Folge des zweiten Weltkrieges ermoglicht. Ein breites Spektrum neuer Gerate und Ausrustungen wurde entwickelt, oft als Resultat der Zusammenarbeit zwischen Medizin und Industrie. Bis zu den vierziger Jahren dieses Jahrhunderts wurden diese Produkte hauptsachlich aus klassischen Rohmaterialien, wie Baumwolle, Glas, Naturgummi und Metall, hergestellt. Dabei gab es gewisse Einschrankungen sowohl beim Design als auch auf funktioneller Ebene. Als Ergebnis der Entwicklungen auf dem Gebiet der Polymertechnik kam es zu Verbesserungen von Material und Verfahren. Jedoch gab es mit diesen Neuerungen wiederum andere Probleme. Die klassischen Produkte konnten alle rnit gesattigtem Dampf bei 126 "C oder I34 "C sterilisiert werden. Kaum eines der neueren Materialien konnte diesen Temperaturen ohne Schadigung standhalten, und auch die Funktionstuchtigkeit war stark beeintrachtigt. Experimente mit biologischer Kriegsfiihrung wahrend des zweiten Weltkrieges hatten die Notwendigkeit der Dekontaminierung von Material und Geraten, nachdem sie biologischen Substanzen ausgesetzt waren, aufgezeigt. Eine ganze Reihe von bekannten Fumigantien wurden auf ihre antimikrobiellen Eigenschaften und ihre ,,sanfte" Einwirkung auf das verwendete Material gepriift. Ethylenoxid schien die beiden benotigten Eigenschaften in sich zu vereinen. Auf Grund dessen konnten nun auch Behandlungen bei etwa Zimmertemperatur durchgefuhrt werden, und Ethylenoxid wurde eine ideale Substanz fur die Sterilisierung der neuen Generation von medizinischen Ausriistungen, die aus hitzeempfindlichen Materialien hergestellt waren. Spater wurde auch ionisierende Strahlung fur den gleichen Zweck angewandt. In den funfziger Jahren wurde auch die Rontgenbestrahlung eingesetzt, gefolgt von p-Strahlen und Beschleunigungselektroden, alle ein Teil der Familie der ionisierenden Sterilisationsmethoden. Was p- und y-Strahlen gleichermanen betrifft, ist die Tatsache, dal3 selbst wenn die Behand-
lungstemperatur niedrig ist (Zimmertemperatur), die Strahlung oft betont negative Auswirkungen auf die in den Medizinprodukten enthaltenen Materialien zeigt. Ebenso konnte nicht selten ein Leistungsabfall und ein beil3ender Geruch festgestellt werden. Ethylenoxid wurde zur Sterilisierung in Krankenhausern, aber hauptsiichlich in der Industrie, eingesetzt. Ionisierende Strahlung als alleinige Methode kommt aber mehr und mehr in der Industrie zur Anwendung. Medizinische Forschung, neue Materialien und effizientere Methoden der Sterilisierung haben es der Industrie ermoglicht, ganz neue Arten von Medizinprodukten zu konzipieren, deren Bestand auf den oben envahnten Fortschritten basiert. Das intensive Befassen rnit Vliesstoffen wurde erst durch diese Entwicklung wirklich interessant. Es mu13 betont werden, dal3 das Spektrum jener Erkrankungen, die wir einer Heilung zufuhren konnen, standig im Wachsen begriffen ist. Es ist dies intensiver medizinischer Forschung zu verdanken, aber immer mehr spielt auch die Entwicklung neuer Medizinprodukte seitens der Industrie, oft in Zusammenarbeit mit Experten aus der Medizin, eine wesentliche Rolle. Die neuen Generationen und Modelle solcher Produkte sind so konstruiert, dal3 sie den modernen Behandlungsschemen entsprechen. Der Behandlungserfolg hangt daher von der verlaSlichen Leistung der Ausrustung und der Fachkenntnis der Mediziner, die mit ihnen arbeiten, ab. Es besteht kein Zweifel, dal3 die Verantwortung fur den Erfolg gemeinsam bei Industrie und Medizin liegt. In den achtziger Jahren hat die damalige Europaische Gemeinschaft erkannt, dal3 die nachvollziehbare Leistung von Medizinprodukten mit Hilfe einer harmonisierten Gesetzgebung im gesamten Raum von EG und EFTA reguliert werden muljte. Dieser ehrgeizige Plan zielte auf eine verhaltnismaBig homogene Gesundheitsfursorge in dieser Region ab. Es war eine Tatsache, daS die europaischen Lander bis zu 80% ihrer Medizinprodukte importierten. Obwohl also diese Produkte aus verschiedenen Firmen und Ursprungslandern kamen, war es unerliiBlich, dal3 Arzte, medizinisches Personal und Patienten sich verlassen konnten, dal3 diese Produkte bei Anwendung so funktionieren, dal3 die Leistung jederzeit nachvollziehbar und den Erwartungen zu entsprechen hatte. In jenen Fallen, in denen die Staaten der Europaischen Gemeinschaft sich uber ein spezifisches Problem einigen konnten, gemeinsame Sache zu machen, mul3te dies vertraglich genau definiert werden, allen Mitgliedsstaaten, deren Burgern und allen offiziellen Stellen zur Kenntnis gebracht werden. Nicht selten mundete dies in einer europaischen Richtlinie, die vom Ministerrat gebilligt und dann erlassen wurde. In letzteren Jahren wurden immer ofter solche Richtlinien als sogenannte ,,New Approach"-Dokumente veroffentlicht, in denen es nur um Fragen der Sicherheit und des Arbeitsumfeldes ging und die nur auf spezifische Produkte anwendbar waren. Technische Details wurden normalerweise hier nicht angefuhrt. Eine europaische Richtlinie muS, um wirksam zu werden, in die gesetzgebenden Korperschaften der einzelnen Mitgliedslander integriert werden. Eine parallel laufende Organisation fur Zusammenarbeit auf europaischer Ebene ist die europaische Normenorganisation ENO, eine Vertretung aller Normenorganisationen der Europaischen Union und der EFTA, wie auch der Reformlander, die auf Wunsch auch an einem europaischen Normenprojekt teilnehmen konnen. Letztere haben auch das Recht zu kommentieren und abzustimmen, wenn es um neue
I!
Wiesstoffe f u r Mrdizin
495
oder uberarbeitete Entwurfe zu europaischen Normen geht. Wird im Wahlverfahren ein neuer Text approbiert, wird dieser ohne Abanderungen an alle Lander ubermittelt, und alle anderen nationalen Normen zu diesem Thema mussen dann aus dem Verkehr gezogen werden. Solche europaische Normen werden auf diesem Wege zu einem wichtigen Instrument der technischen Harmonisierung, ahnlich den Richtlinien politische Fragen betreffend. Die europaische Kommission (EC) kann die E N 0 ersuchen, europaische Sicherheitsnormen fur eine ,,New Approach"-Richtlinie (Richtlinie neu) auszuarbeiten, um eine Harmonisierung durch Veroffentlichung im Amtsblatt zu erreichen. Dort werden auch alle anderen Richtlinien publiziert. Die Wirksamkeit der harmonisierten europaischen Normen kann auch durch direkte Einverleibung in eine Richtlinie erhoht werden. Die Befolgung einer solchen einschlagigen Norm gilt gleichzeitig als Akzeptanz der sogenannten ,,wesentlichen Erfordemisse" (Essential Requirements = ER's) eben dieser Richtlinie. Die harmonisierten europaischen Normen sind das Sprachrohr, mit dem Produzenten, Benutzer und offizielle Stellen miteinander kommunizieren konnen, um so festzustellen, ob ein Erzeugnis den Erfordemissen an Leistung und Sicherheit - wie in der europaischen Richtlinie vorgegeben - auch tatsachlich entspricht. Ein spezielles Etikett dient dem Benutzer als Garantie dafur, dalj der Hersteller tatsachlich die Sicherheitsvorschriften eingehalten hat. Kommunikation ist das wesentliche Element bei Sicherheit und Leistung, wie in der europaischen Gesetzgebung festgelegt. Der Hersteller mulj dem zukunftigen Benutzer alles uber Leistungsfahigkeit und zweckentsprechende Verwendung eines Produktes mitteilen. Der Benutzer hat dann festzustellen, inwieweit diese Informationen mit seinen eigenen Erfordernissen ubereinstimmen. 1st dies der Fall, kann das Produkt zur Anwendung gelangen. Sollte der Benutzer das Produkt nicht im Einklang mit den Instruktionen venvenden, liegt die allfallige Verantwortung beim Anwender. Im Lichte der festgelegten Erfordemisse fur gesicherte Medizinprodukte im europaischen Raum in Sachen Eigenschaften und Leistungsfahigkeit hat sich der europaische Rat (European Council) im Jahre 1993 darauf geeinigt, eine Richtlinie fur medizinisch-technische Produkte herauszugeben, deren Gultigkeit nach einer Ubergangsperiode von funf Jahren 1998 Gesetzeskraft erlangt hat. Es ist eine Richtlinie des Typs ,,New Approach" und erfordert daher, dal3 Erzeugnisse, die den essentiellen Erfordemissen (ER's) entsprechen und daher vermarktet werden konnen, mit einem sogenannten CE-Etikett versehen werden mussen. Die Richth i e uber Medizinpodukte (93/42/EEC) beschreibt die Konditionen wie folgt: 1. ein administratives System fur den Hersteller, 2. eine Zuordnung der Verantwortlichkeiten und, in diesem Zusammenhang vielleicht das Wichtigste, 3. die Einhaltung der essentiellen Erfordernisse (ER's), die fur alle medizinisch-technischen Produkte, die nach Juni 1998 auf den Markt gebracht wurden. Ein Medizinprodukt wird in der Richtlinie wie folgt definiert: ,,Medizinprodukte sind alle einzeln oder miteinander verbunden verwendete Instrumente, Apparate, Vorrichtungen, Stoffe und Zubereitungen aus Stoffen oder anderen Gegenstanden einschliel3lich der fur ein einwandfreies Funktionieren des Medizinproduktes eingesetzten Software, die vom Hersteller zur Anwendung fur
Erkennung, Verhutung, Uberwachung, Behandlung oder Linderung von Krankheiten - Erkennung, Uberwachung, Behandlung, Linderung oder Kompensierung von Verletzungen oder Behinderungen - Untersuchung, Ersatz oder Veranderung des anatomischen Aufbaus oder physiologischen Vorgangs oder - Empfangnisregelung -
zu dienen bestimmt sind und deren bestimmungsgemafie Hauptwirkung im oder am menschlichen Korper weder durch pharmakologisch oder immunologisch wirkende Mittel noch durch Metabolismus erreicht wird, deren Wirkungsweise aber durch solche Mittel unterstutzt werden kann. Dem neuen steht ein als neu aufbereitetes Medizinprodukt gleich.“ Diese Definition schliel3t offensichtlich ein weites Spektrum von Geriiten, Instrumenten, Apparaten und Materialien ein, vom Computer. dem CT bis zum Zungenspachtel. In diesem komplizierten Risikospektrum gibt es ebenso typische Vliesstoffe fur Abdecktucher und Bekleidungsstucke, die in OP’s Anwendung finden und fur eine Reihe von Produkten in der Wundbehandlung, wie z.B. Verbandzeug. Das admirzisrrati\v System mufi von allen jenen eingefuhrt werden, die Medizinprodukte auf den europiischen Markt bringen. 1st dies eine Premiere, mu6 der Vorgang von jemandem durchgefuhrt werden, der eine eigene Rechtsperson ist und nicht von einem Benutzer. Eine Firma, die Textilien fur den OP erzeugt, eine Mietwascherei oder ein Krankenhaus, das im eigenen Bereich Materialien wiederverarbeitet, wird im Sinne der in den meisten europiiischen Landern geltenden Bestimmungen als Hersteller betrachtet. Eine chirurgische Abteilung, die gewisse Geriite. Instrumente oder Vorrichtungen fur eigene Zwecke verandert, wird in den meisten Liindern nicht als Hersteller gefuhrt. Das administrative System beschreibt, was ein Erzeuger zu tun hat, um sicher zu gehen, da13 sein Produkt zu Recht ein CE-Etikett erhalt und daher auf dem europaischen Markt angeboten werden kann. Die Zuordriung lioii Vrmrinuortlichkeiterz, wie in der Richtlinie angefuhrt, ist klar verstandlich. Der Erzeuger hat sich an das administrative Verfahren - wie oben beschrieben - zu halten. Er mufi versichem/erklaren, dafi alle Sicherheitsmafinahmen und Risikoanalysen, die von ihm allein oder gemeinsam mit einem unabhiingigen Dritten (notified body - zu benachrichtigende Stelle) durchgefuhrt wurden, den ER’s (essentielle Erfordernisse) der Richtlinie entsprechen und daher zuerst mit einem CE-Etikett zu versehen sind, ehe sie auf dem europiiischen Markt gehandelt werden kiinnen. Die Vercintwortlic.hkeitrrz liegen gleichermafien bei den vier Teilnehmern in der Angebotskette: Erzeuger, zu benachrichtigende Stelle, zustandige Behorde und Benutzer. Wie schon enviihnt, isi der Erzeuger verpflichtet, Unterlagen uber die Leistung des Produktes voriulegen. Auf der Grundlage des komplexen Risikospektrums bei der Verwendung des Erzeugnisses werden die Produkte in vier Kategorien eingeteilt. Auf diese Weise werden Uberwachungsmethoden und Kosten optimiert. Die unterste Kategorie ist die eigene Zertifizierung. Dies betrifft z. B. Hersteller von einfacheren Produkten, die im OP zur Anwendung gelangen. Am oberen Ende der
11.1 Allgerneine Erj%rdernis.se
497
Skala findet man z.B. Implantate, bei denen Typenpriifung und Billigung durch eine zu benachrichtigende Stelle (notified body) erforderlich sind. Je komplexer das Risikospektrum, um so mehr benotigt man Konsultationen und die Einbindung der zu benachrichtigenden Stelle. Es kann dies eine unabhangige Beratungsfirma oder eine Priifstelle sein, die von staatlichen Stellen approbiert ist, um medizinische Produkte auf ihre Sicherheit zu priifen und zu zertifizieren. Die zustandigen Behorden in den Mitgliedsstaaten sind der Garant dafur, da13 das System einwandfrei funktioniert. Die zu benachrichtigende Stelle halt den Kontakt mit den Erzeugern in ihrem Bereich, mit den zustandigen Behorden in anderen Landern und mit der Europaischen Kommission. Wie bereits erwhnt, beziehen sich die essentiellen Erfordernisse auf jene Eigenschaften der Medizinprodukte, die die Firma berechtigen, diese auf dem europaischen Markt zu plazieren, bzw. sie dann in ganz Europa frei zu verkaufen. Der Benutzer kann an dem CE-Etikett erkennen, daB die Erfordernisse des von ihm erstandenen Erzeugnisses den Richtlinien uber Medizinprodukte entsprechen. Es ist wichtig zu betonen, da13 diese ER’s drei Gebiete umfassen: Sicherheit fur den Benutzer (d.h. fur das Personal im Krankenhaus), Sicherheit fur den Patienten und Produktleistung laut Beschreibung des Herstellers. Die verschiedenen Sicherheits- und Leistungsaspekte sind: Design und Losungen Leistung - chemische, physikalische und biologische Eigenschaften - keine Verunreinigungen durch Infektionen und Mikroorganismen - Meflgenauigkeit - Strahlenschutz - Energiequellen - Information vom Erzeuger bereitgestellt - VerlaBlichkeit der klinischen Daten -
Die obigen Erfordernisse konnen in drei Bereiche unterteilt werden: Allgemein, Design und Konstruktion, Information an den Benutzer.
11.1 Allgemeine Erfordernisse Jede Mafinahme zur Wiederherstellung der Gesundheit geht mit Risiken fur den Benutzer, den Patienten und manchmal auch fur Dritte einher. Es sind daher Risikoanalyse und Risikomanagement die Grundpfeiler der Richtlinie. Unnotiges Risiko mu13 vermieden werden und ein Restrisiko mu13 im Vergleich zum Erfolg der Therapie akzeptiert werden. Beweisanalyse von Risiken ist jener Vorgang, den der Hersteller durchlaufen muB, um mogliche Risikofaktoren fur die oben erwahnten Gruppen herauszufiltern. Einige der typischen Fragen in diesem Zusammenhang wurden sich wie folgt stellen: Konnte ein Aspekt des Designs ein mogliches Risiko darstellen, wenn das Produkt entweder generell oder nur fur bestimmte Patientengruppen zur Anwendung kame? Kann es im Laufe der Herstellung des Produk-
498
I I Vliesstoje f u r Medizin
tes gewisse Stadien geben, die ein Risiko fur den klinischen Betrieb und dessen Sicherheit darstellen? Eine Risikoanalyse beinhaltet auch eine Einschatzung des Risikos. Hier stellt sich die Frage, was geschieht, wenn ein dokumentiertes Risiko doch zu einer gesundheitlichen Schadigung fuhrt? Dokumentiertes Risikomanagement ist jenes Verfahren, mit dessen Hilfe versucht wird, Design, produktbezogene Materialien, Bestandteile oder Verfahren so abzuandem, da13 ein Risiko vermeidbar wird. Sollte dies nicht moglich sein, ist es die Pflicht des Herstellers, den Benutzer zu warnen, ihn zu informieren, daB ein gewisses Risiko bestehen bleibt und ihn zu beraten, wie dies trotzdem noch auf ein Minimum reduziert werden kann. Als Beispiel hierfur waren chirurgische Handschuhe aus Latex. Wir sind uns der Tatsache bewuBt, da13 es so etwas wie eine Latex-Allergie gibt. Wenn z. B. auf dem Etikett steht ,,enthalt Naturlatex", konnte der Benutzer eben Handschuhe aus Vinyl verwenden. Wir wissen auch, daB das Puder, mit dem die Handschuhe eingestaubt werden, ein wesentlicher Trager dieses Allergens ist. Es konnte also sein, da13 das Entfemen des Puders vor Benutzung das Risiko reduziert. Der Hersteller mu13 uber die Lebensdauer seines Produktes genau Bescheid wissen und dies auch als Information weitergeben. Das ist nur logisch, da die Leistung - wie beschrieben - als ein Teil des gesamten Behandlungsschemas zu betrachten ist. Alle Materialien unterliegen einem Alterungsproze13. Manchmal kann ein Verfahren - wie z. B. Sterilisieren - diesen Alterungsproze13 beschleunigen. Warmebehandlung konnte Gleiches verursachen. Wirksamkeit, Griffigkeit oder Verpackungsqualitat konnen ebenso durch den Alterungsprozel3 verandert werden. Es ist daher unerlafllich, standige Kontrollen durchzufuhren und die Lebensdauer des Produktes auf Basis dieser Tests zu bestimmen. Achtung vor beschleunigten Alterungstests! In vielen Fallen ist Altem ein sehr komplexer ProzeB. Notwendigerweise mu13 der Hersteller nur jene Parameter berucksichtigen, die der Alterung seines Produktes entsprechen, und zwar unter Bedingungen, die gleichermaBen auf Verarbeitung, Lagerung, Verwendung und Exposure abzielen.
11.2 Design und Konstruktion Ortlich begrenzte oder generelle Toxizitat, Unvertraglichkeit mit Gewebe oder anderen Medien, mit denen das Produkt in Kontakt kommt, konnen unter Umstanden die Leistung eines Medizinproduktes herabsetzen. Substanzen, die dies bewirken, konnen entweder mit Absicht beigemengt worden sein, sich aber auch wahrend des Produktionsprozesses gebildet haben oder wahrend des Transportes entlang der Angebotskette extem eingedrungen sein. Dies ist ein ganz besonderes Problem fur die Erzeuger von Vliesstoffen. Der grol3e Vorteil dieses Materials liegt darin, da13 die erforderlichen Eigenschaften folgerichtig auf dem Wege uber den Faseraufbau zugesetzt werden konnen. Auf diese Art wird die gesamte Konstruktion vervollstandigt. Es gibt aber auch Nachteile, die an Hand von zwei Beispielen erortert werden konnen. Die biologische Wirkung und die chemische Zu-
11.2 Design und Konstruktion
499
sammensetzung der Hilfsstoffe beim Faserspinnen sind oft das gehutete Geheimnis des Faserherstellers, obwohi der Hersteller des Endproduktes letztendlich die Verantwortung fur die Sicherheit tragt. Wird zum Beispiel ein Detergentium zugesetzt, kann die Faserbindung die Hydrophilie erhohen. Dieser Zusatz kann sich jedoch auch negativ in den biologischen Priifsystemen niederschlagen. Medizinische Produkte kommen oftmals in Kontakt mit biologischen Flussigkeitssystemen oder Flussigkeiten, die dem Patienten verabreicht werden. Diese Systeme haben aber ganzlich andere Eigenschaften als Wasser. Die verschiedensten Arten biologischer Aktivitat etwa enzymatischer Natur, unterschiedliche Oberflachenspannungen oder Ionenstiirken kommen hier zum Tragen. Es mu13 auch vermieden werden, daB Substanzen durch eine undichte Stelle entweichen, insbesondere wenn das Produkt mit dem ihm zugedachten Umfeld in Kontakt kommt. Bei Vliesstoffen gibt es noch ein anderes Problem, das man nicht auBer acht lassen darf. Es ist das Risiko der Brennbarkeit, besonders bei Abdecktuchern und Bekleidungsstucken, die im OP Venvendung finden. Darauf sol1 bereits im Design besondere Rucksicht genommen werden, oder aber auf dem Etikett muB eine Wamung vermerkt sein. Medizinprodukte kommen oft dann zum Einsatz, wenn die normalen Abwehrmechanismen des menschlichen Korpers, wie z. B. bei Haut oder Schleimhauten, nicht intakt sind. Es besteht daher das Risiko eines Einschleusens von Bakterien und die Gefahr einer Infektion. Die Mikroorganismen stammen entweder vom Produkt selbst oder aber aus anderen Quellen. Um eine Ubertragung zu vermeiden, wird alles streng steril geliefert, wobei Sterilitat in jedem der Produkte systemisch integriert ist. Die verpackten Artikel werden in einem Container gelagert, der bereits fur Verteilung und Verwendung im Krankenhaus vorbereitet ist. Diese Container werden dann transportgerecht in Kisten verpackt, um die Medizinprodukte in der Verteilungs- und Lagerungsphase zu schutzen. Werden dabei die Gebrauchsvorschriften nicht eingehalten, konnte das Produkt bei Benutzung nicht mehr steril sein. Diese Details sind ebenso wichtig wie der Beweis, dal3 der Artikel bereits wahrend des Produktionsprozesses sterilisiert wurde. Ein weiteres Infektionsrisiko konnte im Design selbst zu finden sein. Ein Beispiel hierfur sind die Abdecktucher, deren Zweck es ist, nicht desinfizierte Areale auf der Haut abzudecken und so zu vermeiden, daB Mikroorganismen von der Haut in die Operationswunde gelangen. Einweg-Abdecktiicher werden aus Vliesstoffen hergestellt. Um die Wunde wirksam zu schutzen, werden die Abdecktucher aus Vliesstoffen entweder mit einer Lage Kunststoff iiberzogen oder mit wasserhlutabstoBenden Substanzen behandelt. Die Kanten der Abdecktucher sind selbstklebend, damit verunreinigte Luft nicht in das Operationsfeld eindringen kann. Wenn also das Design oder die Produktionsmethode bei diesen Abdecktuchern nicht so beschaffen ist, daB Undurchlassigkeit garantiert werden kann, ist der Patient am Operationstisch der Gefahr einer Infektion ausgesetzt. Es ist daher die Pflicht des Herstellers, dieses Risiko zu minimieren. Auf der Liste der essentiellen Erfordernisse (ER’s) sind auch eine Anzahl physikalischer Eigenschaften angefuhrt, wie z. B. Kompatibilitat mit anderen Medizinprodukten, elektrische Eigenschaften, Strahlung, Temperatur, mechanische Risiken und Energiezufuhr. Die meisten spielen aber bei Vliesstoffen keine Rolle und werden daher in diesem Kapitel nicht beriicksichtigt.
11.3 Informationen an den Benutzer Es wurde bereits mehrmals envahnt, dal3 Medizinprodukte ein integraler Teil eines Behandlungsschemas sind. Der Erzeuger ist daher unbedingt aufgerufen, dem Benutzer die Verwendung mittels Bedienungsanleitung und Etikettierung zu erkliiren. Bedienungsanleitungen bei Abdecktuchern, Kleidungsstucken und einfacherem Verbandzeug sind nicht notwendig, da die sichere Handhabung kein Problem darstellt. Das Beispiel mit der Brandgefahr bei Vliesstoffen zeigt jedoch, da13 es Fiille gibt, wo Bedienungsanleitungen erforderlich sind, um abzusichern, dalj das Produkt h u t Intentionen des Erzeugers angewendet wird. Auf dem Etikett gibt es Zusatzinformationen zur Bedienungsanleitung. Die Etikettierung bei Medizinprodukten mu13 Auskunft geben uber: -
-
-
Name des Herstellers Inhalt der Verpackung STERIL, wo angezeigt Codes von POSTEN und PARTIE Verfallsdatum, Jahr und Monat Einwegartikel, wo angezeigt MaBanfertigung von Artikeln, wo angezeigt Nur fur klinische Tests, wo angezeigt Spezielle Bedingungen fur Lagerung und/oder Anwendung Spezielle Betriebsanleitungen Warnungen und/oder Vorsichtsmalhahmen Herstellungsjahr, fur aktive Medizinprodukte Sterilisierungsmethode
Fur einige dieser Erfordernisse existieren approbierte Symbole.
11.4 SchluBfolgerungen Medizinische Behandlungsmethoden eroffnen uns heute neue Wege, die auch eine bessere Lebensqualitat fur die Menschen versprechen. Medizinprodukte spielen eine wesentliche Rolle bei der Umsetzung dieser Neuerungen. Artikel aus Vliesstoffen, wie Abdecktucher, OP-Bekleidung, Masken, Kopfbedeckungen oder Verbandzeug spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Anwendung besserer Behandlungsmethoden. Die harmonisierten europaischen Sicherheitsvorschriften, wie sie in der Richtlinie uber Medizinprodukte 93/42/EEC festgeschrieben sind, betreffen auch Vliesstoffe. Die wesentlichen Erfordernisse (ER’s) fur alle CE-etikettierten Erzeugnisse sind aus den Richtlinien zu entnehmen. Die Erzeuger von Medizinprodukten sind oft gezwungen, Rohmaterialien und Bestandteile von Zulieferern zu bestellen. Um eine ununterbrochene Kette von Si-
11.4 SchluJfolgerungeti
50 1
cherheitsmahahmen fur das klaglose Funktionieren zu garantieren, ist es notwendig, da13 auch die Zulieferer ihre Rolle in dieser Kette verstehen und dalj sie mit den Herstellern der Medizinprodukte eine Vertrauensbasis aufbauen, die Offenheit voraussetzt.
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12 Vliesstoffe fur Reinigungsprodukte und Haushaltserzeugnisse (J. Wirsching)
Vliesstoffe fur Haushaltsartikel werden in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt: in der Hauptsache fur Reinigungszwecke im Wisch- und Bodenreinigungsbereich, aber auch als Scheuer-, Schleif- und Poliermedien, als Filtermaterial in Kaffeefiltern, Tee- und Staubsaugerbeuteln, sowie fur Dunstabzugshauben. Auch Bezugsstoffe fur Gartenmobel, Tischdecken, Sonnenschirme oder Schonwaschsacke aus Vliesstoffen konnen den Haushaltsartikeln zugeordnet werden, sollen hier aber nicht besprochen werden. Entsprechend breit gefachert sind die hier besprochenen Vliesstoffmaterialien sowohl von ihren Flachenmassen von 25 g/m2 fur Einwegwischtucher bis zu 2500 g/m2 fur Scheuervliesstoffe in der maschinellen Bodenreinigung, ihren Erscheinungsformen, als auch von den ihnen zugrundeliegenden Herstellungsprozessen her. Samtliche Herstellungsverfahren kommen zur Anwendung und sollen entsprechend ihrer Bedeutung im folgenden den jeweiligen Produktkategorien zugeordnet werden. Es sol1 aul3erdem darauf hingewiesen sein, dalj Reinigungsprodukte auf Vliesstoffbasis nicht nur im pnvaten Endverbraucherbereich, sondern auch in der gewerblichen Unterhaltsreinigung eingesetzt werden. Hier ist ein langfristiger Produkterfolg oftmals nur durch die Beriicksichtigung auljergewohnlicher funktionaler Anforderungsschwerpunkte in der Produktentwicklung moglich, beispielsweise der Autoklavierbarkeit der Reinigungsprodukte fur den Einsatz in der Krankenhausreinigung, hoher Saugfahigkeit im Catering- und Restaurantsektor, Chemikalien- und Losungsmittelbestandigkeit in der Sanitarraum- und Fassadenreinigung oder einer hohen Trockenreinigungsleistung im Office-Cleaning-Bereich.
12.1 Marktsituation Die EDANA weist 1998 fur Westeuropa einen Vliesstoffverbrauch von 89600 t, entsprechend 1659,l Mio. m’, im Reinigungstuchsektor aus. Dies entspricht einem Anteil am gesamten westeuropaischen Vliesstoffverbrauch von 10,7%, verglichen mit 6,4% im Jahre 1986 also eine deutliche Zunahme. Rein rechnerisch ergibt sich daraus eine niedrige durchschnittliche Flachenmasse von ca. 50 g/m2, die sich aus der metrageseitig weit uberproportional eingehenden Produktion von Einwegvliesstoffen (Disposables) ergibt. Mehnvegvliesstoffe, deren Flachenmassen in der Regel ca. 75 g/m2 und mehr betragen, uberwie-
Tabelle 12-1. Proientuale Verteilung der Herstellungstechnologien auf die VliesctoltJahresproduktion im Bereich Reinigungstucher (Westeuropa. 1996, Quelle: EDANA) Massebezogen
Flichebezogen
NaBvliesstofle
16.7%
303%
Trockenvliesstolfe, gesamt themiisch gebunden - chemisch gebunden - Nadelvliesstolle wasserstrahlverfestigte Vliesstoffe
64.5% 9,8% 30.7% 0,7% 2 3 3
6,3% 24.9% 0.3% 23.1%
Airlaid KurA’aser
18.8%
I4,9%
Gesarnt
100%
100%
~
~
54.6%
gen jedoch traditionell hinsichtlich Wert und Tonnage der Produkte. Wie gleichberechtigt die verschiedenen Herstellungstechnologien im Reinigungstuchsektor reprasentiert sind, kann aus Tabelle 12- 1 ersehen werden. Auffallig ist neben dem groBen Flachenanteil der haufig vollimpriignierten Nal3vliesstoffe die enorme Zunahme der Wasserstrahl- oder Spunlace-Technologie. Noch I98 1 waren erst 6% aller Vliesstoffe wasserstrahlverfestigt. AuBerdem la13 sich ersehen, dal3 die klassischen Trockenvliesstoffverfahren (aul3er Spunlace), die in der Regel zur Herstellung von Dauergebrauchsprodukten fuhren, nach wie vor die dominierende Herstellungstechnologie fur Reinigungsprodukte darstellen.
12.2 Nan- und Feuchtreinigungsprodukte In diese Kategorie fallen neben den klassischen Wisch- und Bodentuchern auch eine Vielzahl von Produkten, die fur spezifische Anwendungszwecke konfektioniert werden (z. B. Vliesstoffstreifen fur Wischmops, Bestandteile von Bezugen fur Bodenflachwischsysteme, Schrubberpads usw.). Verbundstoffe auf Vliesstoffbasis besetzen zunehmend spezielle Anwendungsbereiche, die von klassischen Vliesstoffen aus Ein- oder Mehrfasermischungen nicht mit zufriedenstellendem Reinigungsergebnis erfullt werden kiinnen. Die Kombination von Produktvorteilen aus verschiedenen Fertigungstechnologien zu einem verbesserten Reinigungsprodukt fuhrt zu immer neuen und interessanten Produktinnovationen. Mannigfaltige Verbindungstechnologien, wie z. B. Laminieren, Vernahen oder Ultraschallfixieren, stehen hier der Vliesstoffindustrie zur Verfugung. Als ein Beispiel sollen Laminate aus Mikrofaservliesstoff mit Syntheseleder genannt sein, die eine hohe Reinigungsleistung auf glanzenden Oberflachen mit der Moglichkeit einer streifenfreien SchluBtrocknung verbinden (Abb. 12- 1 ).
12.2 NuJ- und Feuchtreinigungsprodukte
505
Abb. 12-1. Rasterelektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme eines laminierten Tuchproduktes aus Mikrofaservliesstoff und Syntheseleder (Lagenreihenfolge von oben nach unten: I . makroporose Synthesekautschukoberflache, 2. Vliesstoffkern mit hoher Wasserabsorptionskapazitat, 3. Mikrofaservliesstoff)
Traditionell wurden zur NaDreinigung unbrauchbar gewordene Bekleidungstextilien sowie Chamois-Naturleder eingesetzt. Der Siegeszug der Vliesstoffreinigungsprodukte begann in etwa zeitgleich mit der Kommerzialisierung von Vliesstoffen allgemein in den 50er Jahren und basierte im wesentlichen auf den folgenden Eigenschaften: hohe Wasseraufnahme, Wasserspeicher- und Schmutzaufnahmekapazitat durch offene Vliesstruktur im Vergleich zu anderen Textilien - niedrige Flachenmasse bei hoher Reinigungsleistung - niedrige Gleit- und Haftreibungskrafte beim Reinigungsvorgang - hygienisch durch hohe Trocknungsgeschwindigkeit wegen der grol3en inneren Oberflache der uberwiegend vereinzelt vorliegenden Fasem - gute Selbstreinigungseigenschaften - preisgunstig in der Herstellung - leichte Auswringbarkeit - erhohtes Saugvermogen durch Kapillarkrafte der Einzelfasem - in weiten Grenzen einstellbare Produkthaptik durch Wahl geeigneter ProzeDparameter (Faser- und Bindemittelauswahl, Flachenmasse, Verfestigungstechnik) - gute Auswaschbarkeit -
12.2.1 Bodentucher und Materialien fur Bodenreinigungssysteme Vliesstoffe fur die Bodenreinigung sind in der Regel Faservliesstoffe mit Fliichenmassen oberhalb 150 g/m'. Diese Untergrenze ergibt sich durch die starke mechanische Beanspruchung, der diese Produktklasse im nassen Zustand sowohl durch den Auswringvorgang, als auch durch das Reinigen von unebenen, evtl. sogar scharfkantigen Oberfliichen, ausgesetzt sind. Ihr Faseranteil setzt sich im wesentlichen aus zellulosischen und Polyester-, seltener Polyolefin-, Polyamid- oder Polyacrylnitrilfasern zusammen. Die zellulosischen Fasern (Baumwolle, Viskose, Lyocell) sind dabei fur das hohe Wasseraufnahme- und qeichervermogen und den angenehmen, weichen Griff im nassen Zustand sowie die konstante Wasserabgaberate, die Thermoplastfasern fur hohe NaBzugfestigkeiten verantwortlich. Um eine moglichst leichte, offene und dabei jedoch mechanisch stabile Struktur zu erzielen, geht man von gekrempelten. meist quergelegten und leicht vorgcnadelten Vliesen aus. Eine isotrope Faserlage im Vlies kann durch das Verstrecken der quer- bzw. kreuzgelegten Faserflore in Liingsrichtung erreicht werden. Die Nadelvliesstoffe werden durch Applikation von Polymerdispersionen, meist in Form eines Impriignierschaumes, oder durch thermische Verfestigung thermoplastischer Bindefasern in Konvektionstrocknern zusatzlich adhasiv verfestigt. Der Bindemittelauftrag auf das vorgenadelte Material kann im RakelprozeB oder im Foulardzwickel erfolgen. Die Einstellung eines Bindemittelgradienten uber den Querschnitt erlaubt die Herstellung pillingresistenter Qualitaten bei gleichzeitig hoher Saugkapazitiit. Aus demselben Grund wird eine punktformige Verklebung der Einzelfasem an den jeweiligen Faserkreuzungspunkten angestrebt. Art und Vernetzungsgrad der verwendeten Polymerdispersion hat groBen EinfluB auf die Produkteigenschaften, insbesondere auf Festigkeit, Sprungelastizitat, Griff, Bestandigkeit gegen Losungs-. Wasch- und Reinigungsmittel, sowie auf die Alterungsbestandigkeit. Hiiufig werden vulkanisierbare bzw. selbstvemetzende Butadiencopolymerisate oder Polyacrylatbindemittel eingesetzt, seltener Polyurethane oder Polyvinylacetate. Eine abschlieRende ein- oder beidseitige Bedruckung mit farbpigmentbeladenen Bindemitteldruckpasten, z.B. im Rotationssiebdruckverfahren, ermoglicht nicht nur eine ansprechende farbliche Gestaltung des Produkts, sondern stellt auch eine zusiitzliche adhiisive Verfestigung der oberflachennahen Zonen des Vliesstoffes dar. Je ,.offener" diese Musterung ausfallt, desto gunstiger sind die Auswirkungen auf das Wasseraufnahmevermogen und den ,,textilahnlichen" Griff. Fur viele Anwendungsbereiche mussen die Ausriistungs- und Veredlungsschritte fur Reinigungstucher zu Waschbestandigkeit, meist sogar zu Kochwaschbestandigkeit, fuhren. Des weiteren ist eine moglichst weitreichende Chemikalienbestandigkeit, z. B. gegen stark saure Sanitarreiniger, alkalisch-oxidative Bleiche (Chlorbleiche) oder organische Losungsmittel, erwunscht. Damit ist die Zahl sinnvoller Ausriistungs- und Veredelungsverfahren stark begrenzt.
12.2.2 Dauergebrauchswischtiicher (Durables) Sie sind die ,,Arbeitspferde" unter den Naflreinigungsprodukten und werden in nahezu jedem Anwendungsbereich im Haushalt eingesetzt. Fur diese Produktklasse gilt im wesentlichen das im vorigen Kapitel Gesagte, mit Ausnahme einer auf ca. 100-150 g/m' reduzierten Flachenmasse. Hieraus resultieren Werte fur die Hochstzugkraft von ca. 80 N/50 mm, die sich als ausreichend erwiesen haben, um eine Produktlebensdauer von mehreren Wochen im taglichen Gebrauch zu erreichen. Das Erzielen eines weichen, angenehmen und textilahnlichen Griffs ist fur diese Produktklassen wesentlich bedeutender als fur Bodenreinigungsprodukte, ebenso eine hohe Saugkraft, um flussige Verunreinigungen moglichst ,,in einem Wisch" aufnehmen zu konnen und um z. B. beim Abwasch eine Wasserzwischenspeicherfunktion ausuben zu konnen. Dies in Verbindung mit der Forderung nach niedrigem Faserverlust und hygienischem Verhalten durch hohe Trocknungsgeschwindigkeit fuhrt in der Regel zum Einsatz hoher Mischungsanteile zellulosischer Fasern. Eine homogene Farbgebung der Produkte wird in der Regel durch Verwendung spinngefiirbter Synthesefasern oder durch vorheriges Farben in der Faserflocke erreicht. Bei erhabenem Auftrag hochviskoser und hohervernetzter Druckpasten kann den resultierenden, vernetzten Polymerstegen durchaus eine leichte Abrasivitat zugesprochen werden, die der Entfernung angetrockneter oder fest anhaftender Ruckstiinde dienen kann.
12.2.3 Einwegtucher (Disposables, Semidisposables) In diese Kategorie fallt eine auflergewohnlich grofle Zahl von Produkten unterschiedlichster Herkunft. Wesentliches Kriterium bei der Auswahl geeigneter Fasermischungen ist die Moglichkeit der Venvendung preisgunstiger Rohstoffe, wie z. B. Polyolefinfasern oder Zellstoff. Gemeinsames Kennzeichen ist neben der haufig geringen Dauergebrauchshaltbakeit allein die geringe Flachenmasse von weniger als 80 g/m2. Daher sol1 im folgenden eine Auflistung typischer Vertreter erfolgen, die nicht vollstandig sein kann:
a ) Liingsgelegte Stapelfaservliesstoffe, durch Druckbindung oder Wasserstrahlvenvirbelung veqestigt, mit oder ohne Lochstruktur Diese Tucher enthalten oftmals einen hohen Anteil an Polyester- oder Polypropylenfasern und verfugen daher nur uber ein eingeschranktes Wasserspeichervermogen. Sie konkurrieren im wesentlichen mit den hoherwertigen Durables, ohne deren breites Eigenschaftsprofil zu erreichen und eignen sich daher nur fur einfache Reinigungsaufgaben. Ihre Lebensdauer ubersteigt nur in Ausnahmefallen eine
Woche, da die WeiterreiBkraft aufgrund der mangelnden Verfestigung vor allem in Querrichtung niedrig ist. h ) Tissue: suugfahige Dispo.wbles, .: 7: uii.~Kur,7sc.htiittf~~serri
Diese oft weichen und saugfahigen Produkte enthalten zum Teil Zellstoff oder andere Kurzschnittfasem und basieren auf Liings-, Wirrfaser-, Airlaid- oder der hydrodynamischen Naljvliesstofftechnologie. Sie sind in der Regel wasserstrahlverfestigt, evtl. binderverfestigt und konnen zu Stabilitiitszwecken Monofilamentgelege oder eine Spinnvliesunterlage enthalten. Als iiblicherweise reine Einwegartikel werden sie in groljen Mengen produziert und oftmals in Spendereinheiten verpackt. Hiiufig sind diese Produkte gegen das im Griff wesentlich hartere, aber preiswerte Papier, beispielweise als Kosmetik-, Hygiene- oder Babytucher positioniert.
c) It tip riignir rtr Tiichr r Sie sind Spezialprodukte und kommen fur vielfiiltige. spezifische Anwendungszecke in Frage: zur industriellen und Maschinenreinigung. als Erfrischungstuch, als Staubbinde- oder Antistatiktuch, als Antibeschlag-, Brillenputz-, Polier-, Hygiene- oder Kosmetiktuch. Der Vliesstoff wird nach den bekannten technologischen Verfahren hergestellt und anschlielknd mit Tensiden, Losungsmitteln, Schleifpasten, Paraffinden, Duftstoffen, Silikonen oder anderen Chemikalien ausgeriistet. Es besteht keine Waschstabilitiit der Ausriistung, so dalj die Tucheigenschaften nach wenigen Anwendungen verbraucht sind.
12.2.4 Syntheseleder Als Verbundvliesstoff bestehen diese dem Chamois-Naturleder nachempfundenen Tuchprodukte aus einem Basisvliesstoff als absorbierfiihigem Kern und Auljenlagen aus Synthesekautschuk oder Polyurethan. Es resultieren Fliichenmassen von griiBer I SO g/m’. Die makroporose Ausgestaltung der Kautschuk- bzw. thermoplastischen Elastomerauknlage erlaubt neben dem streifenfreien Abrakeln von Wassertropfen auch deren Weitertransport in den saugfiihigen Tuchkern. Diese Eigenschaft der streifenfreien NaBreinigung wird insbesondere in der Fenster-, Glas- und Spiegelreinigung, im gewerblichen Sektor jedoch auch ganz allgemein in der Buro- und Obertliichenreinigung gefordert. Gegenuber dem Chamois-Naturleder sind diese Produkte in der Regel saugfiihiger, werden nicht glitschig und sind kochwaschbestiindig, was deren Einsatz z. B. in der Krankenhaushygiene ermoglicht. Nachteilig ist die verglichen mit Naturleder niedrigere Chemikalien- und Alterungsstabilitiit, die in einer Oxidation und damit einem Versproden des Kautschuks begrundet liegt.
12.3
Trocken- und Feuchtreinih.ungsprodu~tr
509
12.3 Trocken- und Feuchtreinigungsprodukte Fur diese Erzeugnisse wird eine hohe Reinigungsleistung in spezifischen Anwendungsbereichen gefordert. Eine hohe Wasseraufnahmekapazitat ist demgegenuber in der Regel nicht gefordert.
12.3.1 Mikrofaservliesstoffe Mikrofasern besitzen definitionsgemal3 eine Faserfeinheit von < 1 dtex. Eine besonders hohe Reinigungsleistung gegenuber fetthaltigen Anschmutzungen, wie z. B. Fingerabdriicken oder feinsten Staubpartikeln, besitzen jedoch nur Feinstfasern im Bereich von 0,l-0,2 dtex, die durch Fibrillierung von thermoplastischen Bikomponentensplittfasem erzeugt werden. Diese aul3ergewohnliche Reinigungseffizienz im trockenen oder feuchten Zustand ermoglicht teilweise den Verzicht auf Tensideinsatz beim Entfemen fetthaltiger Verunreinigungen und beruht im wesentlichen auf der groBen inneren, hydrophoben Oberflache des Tuches, die erst durch die Summe der Kapillarkrlfte der Feinstfasern voll wirksam wird. Diese Kapillarkrafte bewirken umgekehrt das Zuriicklassen feinster Wassertropfchen im Submikrometerbereich auf den zu reinigenden Oberflachen, die anschliel3end ohne Bildung sichtbarer Kalkflecken verdampfen. Moderne Vliesstoffprodukte aus diesen Bikomponentenfasern werden nach dem Kardierverfahren und anschlieflender Wasserstrahlvenvirbelung hergestellt. Die Anwendung hoher Wasserdriicke in diesem Verfahrensschritt bewirkt die effiziente Verwirbelung und gleichzeitig die Fibrillierung der miteinander inkompatiblen Splittfaserkomponenten (z. B. Polyester und Polyamid-6). Weitere chemische oder mechanische Ausrustungsschritte konnen sich anschliel3en. Solche Tucher, die allein aus thermoplastischem Fasermaterial bestehen, sind aufierordentlich robust und alterungsbestandig. Nicht zuletzt aufgrund ihrer hohen mechanischen Stabilitat (Tabelle 12-2) uberdauern sie muhelos mehrere hundert Maschinenwaschen. Neben der Haushalts- und Buroreinigung finden solche Produkte auch in der industriellen Reinraumreinigung ihre Anwendung.
Tabelle 12-2. Ausgewahlte Qualitltsyerkmale eines wasserstrahlverfestigten Bikomponentenmikrofaservliesstoffs (Fllchenmasse: 85 glm-; Zusammensetzung: 70% Polyester, 30% Polyamid6) Eigenxchaften Dicke: Hnchstzugkraft kings: Hiichstzugkraft quer: Dehnung llngs: Dehnung quer: Wasserabgabe feucht
0.6 mm 200 N150 mm 90 N150 mm 40% 60% 0,9 g/m2
12.3.2 Polyvinylalkohol-Vliesstoffprodukte Diese meist braunen Vliesstoffprodukte auf Basis Polyvinylalkohol iihneln in Haptik und Erscheinungsbild weitgehend dem naturlichen Vorbild Chamois-Naturleder. Neben der sehr hohen Resistenz gegenuber einer Vielzahl selbst aggressiver Reinigungsmedien sind die guten Gleiteigenschaften des feuchten Tuches auf den meisten der zu reinigenden Oberfliichen die hervorstechendste Eigenschaft der PVA-Vliesstoffprodukte. Aus Ergonomiegrunden werden sie daher bevorzugt von gewerblichen Reinigungskriiften im Office-Cleaning-Bereich eingesetzt. Dem HerstellungsprozefJ liegt entweder die Impragnierung eines Basisvlieses aus Polyvinylalkoholfasern mit aldehydischen Vernetzersystemen oder die thermische Verfestigung durch Kristallitbildung zugrunde. Im ersteren Fall enthiilt die Bindertlussigkeit u. a. flussige bzw. losliche Aldehyde, die die Einzelfasern uber die PVA-Hydroxylgruppen zu einer festen Matrix durch Acetalisierung quervernetzen. Kennzeichnend fur PVA-Vliesstoffe ist neben dem harten, brettigen Grift' des getrockneten Materials der aufierordentlich hohe Krumpf bei Waschtemperaturen >70 C, der zur Unbrauchbarkeit des Produkts fuhrt.
12.3.3 Impragnierte Tiicher Einige der in Abschnitt 12.2.3 bereits behandelten impriignierten Tucher kBnnen aufgrund ihrer hohen Flachenmasse von z.T. >I00 g/m' nicht als Tucher fur den einmaligen Gebrauch angesehen werden. Dabei handelt es sich zumeist urn Antistatik-, Staubbinde- oder Antibeschlagvliesstofftucher. Aufgrund der analogen Anwendungsbereiche sol1 hier jedoch nicht weiter auf diese Produkte eingegangen werden.
12.4 Scheuermedien [ 1 J Wihrend fur Wisch- und Trocknungstucher saugfahige, feine Zellulosefasern und weiche, elastische Bindemittel verwendet werden, setzt man fur Scheuermaterialien Rohstoffe mit gegenteiligen Eigenschaften ein: grobe Synthesefasern aus Polyamiden, Polyester, seltener Polypropylen von I5 bis >200 dtex. Als Binder tinden sehr harte und ziihe Phenol-Formaldehyd-Harze, gelegentlich auch Polyacrylate, Harnstoff- oder Melaminharze Verwendung. Hinzu kommen als scheuerwirksame Substanzen feine oder grober gemahlene Mineralien unterschiedlicher Hiirte, z.B. Kreide, Quarz, Korund und das extrem harte Siliciumcarbid. Sie werden in das Kunstharzbindemittel eingebunden und gestatten im Zusammenspiel mit der Elastizitiit des gesamten Vliesstoffes eine weite Variation der Scheuerintensitat von mild-polierend (kratzfrei) bis grob-aufrauhend.
12.4 Sckeuermedien
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Zur Kennzeichnung ihrer Aggressivitat und ihres Venvendungszweckes hat sich eine Farbcodierung international durchgesetzt.
12.4.1 Topfkratzer, Scheuerschwamme und -pads Fur empfindliche Oberflachen, wie z. B. Teflon-Pfannenbeschichtungen, Autolack, Armaturen oder Kunststoffoberflachen besitzen Topfreiniger mit milder Scheuerwirkung meist eine weiBe oder blaue Farbe, fur Aluminium- oder Stahlpfannen meistens griin oder schwarz rnit aggressiverem Schleifkorn. Infolge der durch grobtitrige Fasern bewirkten offenen Struktur sind Topfkratzer auch in der Lage, abgescheuerte Partikel aufzunehmen und beim Ausspulen leicht wieder abzugeben. Handpads bestehen nur aus dem Scheuervliesstoff, wahrend auf Schwamme aufkaschierte Topfreiniger fur eine flachige Bearbeitung gedacht sind. Der Schwamm dient als Reservoir fur Wasser und Reinigungsmittel und schutzt gleichzeitig die Hand vor dem kratzenden Scheuervliesstoff.
12.4.2 Bodenscheiben Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die gewerbliche FuBbodenreinigung von Buround Verkaufsflachen, Krankenhiiusern, Flughafen usw. Hier dienen die Scheuervliesstoffe in Scheibenform unter rotierenden Reinigungsmaschinen zur Entfernung von Grobschmutz (BauschluBreinigung, Grundreinigung), von taglichen Verunreinigungen (Absatzstreifen, Gehspuren, Staub) und zum Matt- oder Hochglanzpolieren. Entsprechend unterschiedlich ist die Vliesstruktur dieser Pads (offen bis dicht) und ihre Scheuerwirkung (grob bis mild). Hier hat die Farbcodierung der Vliesstoffe folgende Bedeutung: -
-
-
-
WeiB zum Hochglanzpolieren (extrem mild und dichte Struktur) Gelb oder hellbraun zum Glanzpolieren (mild und dichte Struktur) Rot zur taglichen Pflege bei normaler Verschmutzung (Cleanern), rnit oder ohne Spruhwachs (weniger mild und bereits offenere Struktur) Griin zum NaBscheuern mittels Wasser und Reinigungsmittel ohne Beschichtungsabtrag (grober und offene Struktur) Schwarz zur Grobschmutzentfernung in der BauschluBreinigung und Grundreinigung (sehr aggressiv und offene Struktur)
Da die Reinigungsmaschinen rnit verschieden groBen Treibtellern angeboten werden, ist eine Vielzahl von Scheibendurchmessern erforderlich (127-650 mm). AuBerdem gibt es die Scheiben in verschiedenen Dicken von 6-25 mm, mit Flachenmassen von etwa 250-2500 g/m'. Dickere Scheiben ab 20 mm werden ublicherweise ,,Super Pads" oder ,,Longlife Pads" genannt, wobei ihr Vorteil nicht nur in einer uberproportional hoheren Lebensdauer liegt, sondern auch in einer hoheren Dickenelastizitat, rnit der Unebenheiten des FuBbodenbelags besser ausgeglichen werden. Damit werden uber die Flache gleichmaBigere Reinigungs- und Polienvirkungen erzielt.
Spezialscheiben mit besonders offener Struktur gibt es aul3erdem fur sogenannte ,.High-Speed-Maschinen" (400- I000 U/min), mit denen hehere Flachenleistungen bzw. intensivere Polier- und Reinigungsergebnisse erzielt werden konnen. Hinsichtlich der Faseranordnung in den Scheuervliesstoffscheiben unterscheiden sich zwei Herstellungsverfahren. Nach dem aerodynamischen Verfahren werden die Fasern nicht parallel zur Vliesstoffebene, sondern schriig zu ihr angeordnet (Dachziegelstruktur). Bei der Drehbewegung einer Bodenscheibe wirken die Reibungskriifte auf der einen Scheibenhiilfte im spitzen Winkel und auf der anderen im stumpfen Winkel auf die Faserachse. Bei quergelegten Vliesen liegen die Fasern parallel zur Vliestoffebene und damit auch parallel zur Bodenflache. Die Folge ist nicht nur eine gleichmiil3ige Polier- und Scheuerwirkung, sondern auch ein uber die Fliiche - insbesondere uber die Randtliiche - gleichmal3iger VerschleiD, so dal3 die Scheibe eine meist hohere Lebensdauer aufweist.
Literatur zu Kapitel 12 1 I I Piil3lcr M
(19x3) in Vliesatoffe (Hrsg.: LunenschloB J. Albrecht W). Gcorg Thieme Verlag, Stuttgall 1982. 29x1'
13 Vliesstoffe fur Heimtextilien (W Stein)
Weltweit liegt der Einsatz von Vliesstoffen in Heimtextilien in der GroBenordnung von mehr als 2,0.103 Mio m2. Gemessen an der Flachenproduktion als Rollenware ist es ein Anteil von etwa 6,5931. Nach Angabe der EDANA sind es etwa 5% Vliesstoffe, die fur Raumausstattung einschlieljlich Polstermaterialien in Westeuropa zum Einsatz kommen. Vliesstoffe fur Heimtextilien gehoren zur Gruppe der langlebigen Erzeugnisse. Friiher wurden insbesondere Textilien einschlieBlich Filze aus Wolle, RoBhaar, Jute und Baumwolle in der Polsterindustrie verarbeitet. Die nach verschiedenen Verfahren gefertigten Vliesstoffe haben sich heute auf dem Sektor Heimtextilien einen bedeutenden Markt erobert. Der Vliesstoffverbrauch fur die Raumausstattung einschliefilich Polsterwerkstoffen betragt in den USA etwa 1 1,5% der langlebigen Erzeugnisse. Dabei ergibt sich folgende Rangfolge fur die nach verschiedenen technologischen Verfahrenstechniken gefertigten Erzeugnisse -
hochvoluminose Vliesstoffe Nadelvliesstoffe Filamentvliesstoffe Wirbelvliesstoffe
Der Einsatz von Vliesstoffen in der Raumausstattung konzentriert sich schwerpunktmaBig auf Polstermaterialien, Fuljbodenbelage, Wandbespannungen und Dekoration. Aufgabe des Raumausstatters ist es, die als Rollenware gelieferten Vliesstoffe einzusetzen bei -
Neuanfertigung, Reparatur und Restauration von Polstermobeln Verlegearbeiten von textilen und elastischen FuBbodenbelagen Fertigung von Wandverkleidungen Fertigung und Montage von Fensterdekorationen
13.1 Vliesstoffe als Polstermaterialien Vliesstoffe werden in Form von Polstertragem und Polsterabdeckungen bei Polsterarbeiten verwendet. Besonders in der Polstermobelindustrie und bei der Herstellung von Matratzen kommen sie zur Anwendung. Bei etwa 80 his 90% Schaumstoffpolstem und Matratzen werden Vliesstoffe eingesetzt. Waren es fruher fur Polsterunterbespannungen und Matratzenumhullungen Baumwollnesselgewebe, so finden heute verstarkt Filamentvliesstoffe auf Basis Polyester oder Polypropylen Einsatz.
An diese Vliesstoffe werden aus der Sicht des Verarbeiters nachstehende Anforderungen gestellt. Sie sollen in allen Richtungen die gleichen hohen Festigkeitseigenschaften besitzen, in beliebiger Richtung verarbeitbar sein und an den Schnittkanten nicht ausfransen. Von ihnen wird eine hohe Fliichen- und Dimensionsstabilitiit gefordert. Vliesstoffe zur Polsterabdeckung werden in der Fachsprache als Polyesterwatte oder Polyestervliesstoff bezeichnet. Nach der Art der Verfestigung wird dabei unterschieden in: bindemittelverfestigte Polyesterwatte oder Polyestervliesstoff fur Abdeckung von Polstermaterialien bei wenig beanspruchten Teilen der Polstermobel - thermisch verfestigte Vliesstoffe fur Abdeckungen von Schaumstoffpolsterungen - ein- oder beidseitig auf Mull oder Charmeuse kaschierte oder versteppte Vliesstoffe fur Abdeckungen von Schaumstoffpolsterungen mit hoher Dimensionsstabilitiit -
Bis vor kurzem wurden Kerne von Polstermtibeln und Matratzen aus Schauinstoff gefertigt, da sie gute Elastizitat, Zusammendruckbarkeit und gutes Wiedererholungsvermogen besitzen. In neuerer Zeit werden auch Vliesstoffe als ,,Fasetmatten" aus Bikomponentenfasern hergestellt, die bei der thermischen Druckverfestigung feste Bindepunkte bilden. Diese sind bei der dynamischen Belastung stabil und gewiihrleisten, dal3 die dicken, volumindsen Vliesstoffe eine hohe Zusammendruckbarkeit und gutes Erholungsvermiigen besitzen. Solche Vliesstoffe werden aus hochbauschigen Polyesterfullfasern mit einem Bikomponentenanteil his zu 25% des gleichen Polymers gefertigt. Nach der Vliesbildung und thermischen HeiBluftverfestigung werden in einer Kuhlzone zwischen Stahlbiindern die Vliesstoffe auf ihre gewunschte Stiirke verdichtet und abgekuhlt. Diese Vliesstoffe sind in ihrer Qualitiit bei gleicher Dichte den Schaumstoffen gleichwertig. Sie besitzen eine gute Luftdurchlassigkeit und gewahrleisten einen gunstigen klimatischen Komfort, z. B. bei Polstermobeln. Vliesstoffe, z. B. Filamentvliesstoffe, mussen sehr fest und tragfahig sein. An das Ruckformungsvermogen werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Abb. 13-1 zeigt im Schnitt den Einsatz von Vliesstoffen fur Polsterungen init Federkern. Die Federkernpolsterung dient gleichzeitig zur DYminung der Gerausche, die durch die Bewegung der Federn im Federkern entstehen konnen und um das Durchfuhlen oderhnd Durchdringen der Federn des Federkerns durch den Schaumstoff zu verhindern. Vliesstoffe zur Polsterabdeckung von Schaumstoftkernen werden entweder um das Schaumstoffteil (Abb. 13-2) oder nur auf das Schaumstoffteil gelegt. Diese Vliesstoffe mussen rutschfest sein. Gegebenenfalls werden sie init dem Unterpolster verklebt oder vernaht. Die Umhullung des Schaumstoffteiles ermdglicht es, da13 die Polsterung in die konfektionierte Oberstofthulle besser eingezogen werden kann. Dieser Vliesstoff bildet ferner einen Schutz vor dem Faserausfall bei Pluschgeweben. Dieser Ausfall kann vorkommen, wenn die Sitzfalten des Bezugsstoffes sich in den Sitzfalten des Schaumstoffes verhangen.
13.2 Vliesstoffe als FuBbodenbelage Im Bereich der Heimtextilien nehmen die FuBbodcnbeliige einen bedeutendcn Anteil ein. Rei den zur Verarheitung kommenden Vliesstoffen sind es vorwiegend Nadelvliesstoffe. Sie nchmcn bei allen m r Vcrarbeitung kommenden textilen Fu13bodenbeliigen in Deutschland etwa 20 his 25% ein. Durch die Weiterentwicklung der Nadelvliesstofftechnik, insbesondere der Mus t e ru n g smiig 1ic h ke i te n i m Z w e is t u fe n verfa hren . ha be n sic h d i ese text i 1en Be 1age im Bereich der Heimtextilien sowohl irn Innenraum als auch im AuBenbereich hehauptet. Durch die Strukturierung der Nadelvliesstoffobcrllache ist es niiiglich. Rippen- oder Veloursstrukturen zu erzielen. Inshesondere fur den Wohnbereich werden Lweifarbige Mustemrigen teilweise mit Hoch-Tief-Stellung angeboten. Nadelvliesstoff-Bodenbela~e wcrden vorwiegend aus l’olypropylen- oder Polyamidfasern gefertigt. Bei der Herstellung v o n textilen FuObodenbeliigen niit glattcr O b e r t l k h e ist es miiglich, im ZweistufenprozeO die Deckschicht aus Primarfasem und die Unterschicht aus ReiBfasem zu fertigen. Besondere MaRstabilitPt wird durch Einsatz von Verstarkungsgeweben oder einer Ruckseitenbeschichtung erreicht. Nadelvliesstoffe werden bevorzugt als Rollenwaren in 2000 mm Breite geliefert. Breiten his zu 5000 mm sind moglich. Zu Fliesen gestanzte Waren haben meistens die StandardmaRe 500 x 500 mm oder 33Ox 330 mm. Neben dern Einsatz von Nadelvliesstoffen im Wohnbereich ist ihre Anwendung im Objektbereich dann moglich, wenn die Belage einen hohen Strapazierwert besitzen. Solche Einsatzgebiete konnen Messen- und Ausstellungsriiume.
Schulen. Krankenhiiuser, Buroraume und auch Tennishallen sowie Abfertigungshallen von Flughiifen, wie z. B. Abfertigungshalle des Flughafens Dusseldorf mit einer Flache von 10000 m', sein. Vor allem wird eine hohe Strapazierfiihigkeit gefordert. Fur bestimmte Objektbereiche ist eine antistatische und/oder flamnihemmende Ausrustung erforderlich. Auch der Komfortwert mu13 dem jeweiligen Objektbereich angepaBt sein. Farbige Belage mussen eine hohe Lichtbestiindigkeit besitzen. Teppichbiiden, die als Nadelvliesstoffe zum Einsatz kommen, verlangen normal eine volltlachige Verklebung mit dem FuObodenuntergrund. Deshalb erwartet der Verarbeiter, da13 sich der Belag beim ersten groben Verlegen moglichst von allein blasenund faltenfrei verlegt. Er sollte also ein bestimmtes Eigengewicht haben. Diese Eigenschaft erwartet der Verbraucher auch bei der Verlegung mit doppelseitig klebendem Klebeband und mit dem sogenannten Haftgitter. Diese beiden Verlegeverfahren sind nicht sehr dauerhaft und lassen nur eine beschriinkte Haftung zwischen FuBbodenuntergrund und Auslegeware zu. Bei der vollfliichigen Verklebung darf der Belag keine MaBanderung beim Beschneiden und Verkleben haben. Fur den Verbraucher ist die Pflegeleichtigkeit, die Fleckresistenz von Bedeutung. Diese Eigenschaften werden im Regelfall bei einer Vielzahl von Nadelvliesbeliigen durch entsprechende Veredlungsverfahren bereits erreicht. Um den Verbraucher optimal bei der Auswahl des Belages beraten zu kiinnen, kann sich der Verarbeiter zum Teil auf das RAL-Testat, das vom Deutschen Institut fur Gutesicherung und Kennzeichnung auf freiwilliger Basis an den Hersteller fur ein Produkt vergeben wird, berufen. Dieses RAL-Testat gibt auch bei Nadelvliesstoftbeliigen Auskunft uber Eignung und Komfort sowie uber zusiitzliche Eigenschaften, wie z. B. antistatisch, stuhlrollengeeignet u. a. Neuere FuRbodenbeliige sind die nach dem sogenannten Startloor-Verfahren, das eine Kombination aus Cam- und Vliesstofftechnik ist, hergestellten Auslegewaren. Dieses I998 von DLW (Deutsche Linoleumwerke) vorgestellte Produkt hat eine dreidimensionale Struktur, die der Nadelvliesstoff nicht hat und eriiffnet somit der Raumgestaltung neue Gestaltungsmoglichkeiten. Aul3er den genannten Nadelvliesstoffen kommen im FuBbodenbereich Klebevliese zum Einsatz. Die Klebevliese sind zum GroBteil einseitig mit einem Vlies aus kriiftigen, stabilen synthetischen Fasem und auf der Gegenseite mit einer abgedeckten Klebstoffschicht versehen. Diese Klebevliese werden meist als ,,Rutschbremsen" verwendet, wenn ein textiler Belag auf einen anderen textilen Belag verlegt wird. Hierbei wird die klebstoffbeschichtete Seite auf die Unterseite des aufliegenden Teppichs geklebt. Die Vliesseite kommt auf den unteren Belag. Die Fasem des Klebevlieses verhaken sich mit den Noppen oder dem Flor des unteren Belages und bilden einen nicht sehr dauerhaften Halt. Die Klebevliesstoffe kiinnen aber auch mit der klebstoffheschichteten Seite auf glatte, nichttextile Auslegware geklebt werden. Die textile Auslegware wird auf die nach oben verlegte Vliesseite gerollt und angerieben. Diese Variante der Verlegung von textiler Auslegware wird dann angewendet, wenn auf den vorhandenen Belag nicht verklebt werden darf bzw., wenn der so verlegte textile Belag schnell und verschlei13frei wieder entfernt werden muO. Da das Verlegen von textilen Belagen auf Klebevliese keine dauerhafte Losung ist, es aber wiederentfembare Befestigungsmoglichkeiten geben muB, werden diese Klebevliesstoffe durch andere, dauerhaftere Produkte vom Markt verdrangt.
Ein weiteres Anwendungsgebiet von Vliesstoffen bei Heimtextilien ist ihr Einsatz als Tragermaterial bei Tuftingteppichboden (siehe Abschnitt 13.5)
13.3 Vliesstoffe zur Wandverkleidung Vliesstoffe finden bei der Wandverkleidung nur geringen Einsatz. So werden z. B. Textiltapeten, bei denen auf mittelschwerem bis schwerem Papier unter anderem auch Faservliesstoffe aufkaschiert und rnit Polyethylen beschichtet sind, als Wandverkleidung verwendet. Weiterhin finden Vliesstoff-Wandbelage, sogenannte ,,Dekofilze" als Wandverkleidung Einsatz. Diese Wandbelage sind Nadelvliesstoffe aus synthetischen Faserstoffen. Durch die Oberflachenmusterung konnen Wande entsprechend gestaltet werden. Bei der Verarbeitung konnen diese Vliesstoffe mit Flachenmasse im Bereich von 150-300 g/m2 entweder vollflachig verklebt oder verspannt werden. Weiterhin finden Vliesstoffe als Unterlage fur textile Wandabspannungen Verwendung. Diese Vliesstoffe entsprechen in Herstellung und Eigenschaften denen von Nadel- oder Nahwirkvliesstoffen. Die Vliesstoffe als Unterlage fur textile Wandabspannungen dienen der Warmedammung und der Schallabsorption. Femer sollen sie den Zwischenraum zwischen Wand und verspannter Textilie ausfullen (Abb. 13-3). Die Anforderungen, die an diese Vliesstoffe gestellt werden, richten sich hauptsachlich nach dem genannten Verwendungszweck. Die Dicke der Vliesstoffe d a d das Ma8 der Entfernung von Wand zur Textilie nicht wesentlich unter- bzw. uberschreiten. Sie ist rnit abhangig vom zu erreichenden Isolationszweck. Die Vliesstoffriickseite sollte glatt und relativ fest sein, da sie punktuell mit der Wand verklebt werden muB.
Abb. 13-3. Vliesstoff als Unterlage bei Wandabspannungen
13.4 Vliesstoffe als Dekorationsmaterialien Der Endkonsument und Verarbeiter von Dekorations- und Gardinenstoffen erwartet von diesen, daB sie unter anderem pflegeleicht, form- und maBstabil, licht- und waschecht sowie schiebefest sind. Dekorationsstoffe werden heute noch vorwiegend aus Faden nach der Web- oder Wirktechnik hergestellt. Vliesstoffe werden n u r als Materialien zur Versteifung von Querbehiingen (Lambrequin/Schabracke) eingesetzt. In diesem Fall sind es meistens Vliesstoffe, die ein- und beidseitig mit HeiBklebstoff beschichtet sind und als versteifende Einlage auf den Dekorationsstoff aufgebugelt werden. Die hier geschilderten Vlieseinlagen werden aber auch hiiufig durch leinewandbindige Gewebestreifen, die deshalb als Steifleinen bezeichnet werden, ersetzt. In den USA haben sich Wirbelvliesstoffe als Gardinen und Vorhangstoffe am Markt eingefuhrt. Die Spunlaced-Produkte haben gute ReiBfestigkeit, einen weichen Griff und textiles Aussehen. Die Weiterverarbeitung kann wie bei anderen 1 OO%igen Polyesterprodukten erfolgen. Sie sind pflegeleicht, bestiindig und fransen nicht aus. Die Knittererholung ist gut und der Schrumpf beim Waschen < 1,556. Sie konnen aul3er als Vorhangstoff auch einseitig wasserfest ausgerustet. als Rollos oder Duschvorhang eingesetzt werden. Die Spunlaced-Produkte sind in der Regel noch mit ca. 3-5% Acrylatbinder gebunden, was allerdings einen negativen EinfluB auf den Fall hat. Durch die relativ schwache Binderhaftung auf Polyester ist auch die Waschbarkeit nicht gut. In diesen Eigenschaften etwas uberlegen sind Produkte aus Polyamid, die mit Bindefasern - meist Bikomponentenfasern - verfestigt sind, wie z. B. die sogenannten ,,meldet fabrics". Im Bereich des Sonnenschutzes (Markisen, Jalousien, Vertikallamellen und andere) finden Vliesstoffe bisher keine Anwendung.
13.5 Tuftingtrager ( J . M. Sloiwi.rk)
Tufting-Teppiche bestehen nus 3 Elementen: Pol, Tuftingtrager und Ruckenbeschichtung. Der Tuftingtriiger ist dabei eingebettet zwischen Pol und Ruckenbeschichtung. Unsichtbar fur den Endverbraucher, ist der Tuftingtrager wesentlich mitverantwortlich fiir die Gebrauchseigenschaften des Teppichs. Auch beeinflufit der Tuftingtrager einige Bsthetische Aspekte. Der EinfluB des Teppichtriigers beschriinkt sich nicht auf die Eigenschaften des Endproduktes. Auch bei den Produktionsstufen Tuften, Fiirben, Beschichten und eventuell Verformen spielt der Teppichtriiger eine sehr wichtige Rolle. Die Eigenschaften des TrBgers werden bestimmt durch das Grundmaterial und die verwendete Herstellungstechnik. Als Grundmaterial werden hauptsachlich Polypropylen (PP) und Polyester (PET) verwendet. Im Vergleich zu PET hat PP geringe Festigkeit, ist thermisch geringer belastbar. schlechter zu stabilisieren gegen
5 19
13.5 Tuftingtriiger
Klimawechsel, leichter entflammbar und besitzt ein maBiges Haftvermogen gegenuber Beschichtungen. Nach der Herstellungstechnik unterscheidet man zwei grundsatzlich verschiedene Tuftingtrager: gewebte und nichtgewebte Trager, z. B. Spinnvliesstoffe. Gewebte Trager bestehen aus senkrecht zueinander verlaufenden Kett- und SchuBfaden. Dadurch sind die mechanischen Eigenschaften eines Gewebes nicht isotrop, und durch das Fehlen einer Bindung der Faden ist die Dimensionsstabilitat nicht besonders hoch. Die Beweglichkeit der Faden hat aber einen positiven EinfluB auf die Polverankerung und die Weiterreififestigkeit. Spinnvliesstoffe bestehen aus multidirektional verteilten Filamenten, die fur Tufting-Anwendungen thermisch, mechanisch, chemisch oder in Kombination gebunden sind. Durch die multidirektionale Verteilung der Filamente haben Spinnvliesstoffe nahezu isotrope mechanische Eigenschaften. Die Bindungsintensitst bestimmt das MaB der Dimensionsstabilitat und der Schnittkantenfestigkeit. Im Vergleich zu Gewebe sind sie bei Vliesstoffen besser. Dadurch sind aber im allgemeinen die Polverankerung und die Weiterreififestigkeit schlechter als bei einem Gewebe. Neuere Vliesstoffe als Teppichriicken funktionieren wie ein Flauschband. Klettbander, die an den Vliesstoff angedriickt werden, ermoglichen teilflachige Verlegungen auf vorhandenen Nutzboden. Die Auslegewaren lassen sich problem10s entfernen. Die am meisten verwendeten Teppichriicken sind PP-Bandchengewebe, PPBandchengewebe kombiniert mit einem Vlies, PP-Spinnvliesstoffe, PETkoPETSpinnvliesstoffe und PETPA-Bikomponent-Spinnvliesstoffe.In den Tabellen 13-1
Tabelle 13-1. Anforderungen an Tuftingtrager vom ProduktionsprozelJ her Gewebe PP-Blndchen
Tuftbarkeit Einlauf Nadelverschleil.3 Weiterreififestigkeit Anfiirbbarkeit Polnoppenfestigkeit Bogenverzug SchrYgverzug PolgleichmiilJigkeit Affinitiit zur Beschichtung Verformbarkeit
++ ++ + ++
_
++
PP-Bfndchen mit Vliesstoff
I
I
Vliesxtoff PETIcoPET
pp
++ ++ + ++
++ +
+
+I’
-
-
+ + + ++
+ ++ ++ ++ + ++
++
- -
-_
+
-
+
+
-
-
+
+
+ + ++ ++ ++ ++ ++ ~~
I’
PETlPA bico
~~
Eigenschaft abhiingig von der Anordnung des Vliesstoffes: Der Vliesstoff ist gut anvarbbar und hat eine gute Affinitiit zur Beschichtung: das PP-Bfndchengewebe nicht. Bewertung: - - sehr schlechthiedrig - schlechthiedrig + guthoch ++ sehr guthoch
'lahelle 13-2. Anlorderungen an Tuftingtriiger vom Endprodukt her
I
Gewehe PP-Biindchen Dimensions\tabilitiit BogenverAige Weiterreil~lestigkeit Fornistohi I it iit Schnittkantenfe~tigkeit Flarnmhemmung Polvcranhcrung
PP-Blindchcn mit Vliesstofl
++ ~~
~
-
-_
_
++
+
~
PET/coPET
PETlPA hico
++ ++ + ++ +
++ ++ + ++ ++
pp
+ + +
-~
_ _ _ _
I
Vliesstofl
~~
~
-
+
+
+
++ +
++ ++
Bewcrtung: aehr schlecht/niedrig - schlechthiedrig + gut/hoch ++ sehr gut/hoch ~
~
Tahelle 13-3. Emplohlenc Tuftingtriigerstoffe ltir verschiedene Einsat7bereiche Bahnenware
PP-Blindchengewebe PP-Biindchen mit V liess toff PP-Vliesstolf PET/coP~T-Vliesst~ff PET/PA bico
0
H
X X
X X
Flie\en
0
H
X X
X
X
Schlliutr- BadeAutofangiiinnici-- teppichc mat ten ma ttcn
1.2.41
I.?.-Ii
x.3L
1.2.41
I.2.41
x"
x x"
x x
X X X
xi. ? I
5. ? I
O = Objeht. H=Hatishalt ' I Bci hohcn Anlorderungen an Flammhemmung '' Bei hohen Anlorderungen ;in Dessinstabilitiit ' I Bei hoher thermischer untl hoher Dimensionaatahilitiit " Bei niedrigen BogenverLiigen i i Bci hohcr Verfornmharkeit
und 13-2 werden diese Tuftingtriiger bewertet nach den Anforderungen beim Produktionsprozei.3 und nach dem Endprodukt. Die an Tuftingtrager gestellten Anforderungen werden durch die Tuftingteppich-Anwendungen bestimmt. Man kann funf verschiedene Einsatzgebiete unterscheiden: Bahnenware. Fliesen, Schmutzfangmatten, Badezimmermatten und Autoteppiche. Bei Bahnenware und Fliesen ist noch eine weitere Unterteilung nach Objekt und Haushalt moglich. Trotz dieser deutlich unterschiedlichen Anwendungen, konnen nur allgemeine Anweisungen fur die Einsatzbereiche des Tuftingtriigers gegeben werden. Grund dafur sind die Beeinflussungsmoglichkeiten der Fertigware durch den Tuftingtriiger und die vielen unterschiedlichen Forderungen und Bedingungen bei den genannten Einsatzgebieten. In Tabelle 13-3 sind die empfohlenen Einsatzbereiche der verschiedenen Tuftingtriiger aufgenommen.
Vliesstoffe fur Bekleidung
14.1 Einlagevliesstoffe ( H .-C1. Assent)
14.1.1 Einleitung Der Gattungsbegriff ,,Einlagevliesstoff' definiert Werkstoffe auf Vliesstoffbasis, die zur Erfullung einer Reihe von Funktionen im Verlauf der Erzeugung in Bekleidungsteile eingebaut werden. Im Hinblick auf die Verarbeitungsmethode erfolgt eine Einteilung in Nah- und Fixiereinlagen (heil3siegelba-e Einlagen). Naheinlagen werden in einem NWprozeB zwischen Oberstoff und Futterstoff eingearbeitet. Fixiereinlagen werden durch einen FixierprozeB (HeiBsiegelprozeB) mit Oberstoff, Futter oder einem anderen Einlagestoff verbunden. Das Mengenverhaltnis zwischen Nah- und Fixiereinlagen betragt zur Zeit ca. 20:80.
14.1.2 Geschichte der Einlagevliesstoffe Die Verwendung von Vliesstoffen als Einlage geht auf die Jahre 1947148 zuruck. Wahrend die ersten nahbaren Einlagevliesstoffe im Jahre 1947 noch in Blattform angeboten wurden, erfolgte schon im Jahre 1948 die Produktion in der uns heute gelaufigen Form von Meterware. Es handelte sich dabei um Faservliesstoffe, die mit einem wMrigen Bindemittel verfestigt wurden. Die Einlagevliesstoffe gehoren damit zu den altesten erfolgreichen Anwendungen von Vliesstoffen. Noch im Jahre 1960 dominieren sie auf dem Vliesstoffmarkt in der Bundesrepublik Deutschland mit einem Anteil von uber 60%. Mitte bis Ende der 50er Jahre begann der Siegeszug der fixierbaren Einlagevliesstoffe, die heute - wie gesagt - etwa einen Anteil von 80% am Gesamtgeschaft haben. Auch die ersten fixierbaren Typen waren mit Bindemittel verfestigte Vliesstoffe, bis dann Anfang der 60er Jahre die ersten bindemittelfreien Einlagevliesstoffe entwickelt wurden. Sie waren mit Bindefasem durch vollflachige Kalandrierung gebunden und hatten einen steifen, eher knickigen Griff. Der Mitte der 60er Jahre aufkommende Spinnvliesstoff (Filamentvliesstoff) hat auf dem Gebiet der Einlagestoffe als ,,Klebevliesstoff " Bedeutung gewonnen. Er besteht dabei aus ersponnenen Schmelzklebefilamenten und dient als Arbeitshilfe zur Verbindung textiler Flachen. Mit Beginn der 70er Jahre gelangen die ersten bindemit-
telfreien Einlagevliesstoffe auf den Markt, die nach dem Thermofusionsprinzip verfestigt sind. Im Gegensatz ZU den glattkalanderten Typen der Vorjahre verfugen sie uber einen weichen, runden Griff. Im Jahre 1973 gelingt durch die Entwicklung der punktformig kalanderverfestigten Vliesstoffe der Durchbruch in weitere Anwendungsbereiche der Einlagestoffe. Mit dieser Technologie konnten die Variationsmoglichkeiten bei der Konstruktion von Vliesstoffen weiter ausgedehnt werden und dabei ein bis dahin nicht moglicher weicher, runder und textiler Griff fur den Einlagevliesstoff erreicht werden. In die gleiche Richtung zielten die sogenannten Wirbelvliesstoffe, auch Spunlaced-Vliesstoffe genannt, die etwa um die gleiche Zeit entwickelt wurden. Dabei handelt es sich um konventionell gelegte Krempelvliese, die mit Hilfe von Wasserstrahlen bindemittelfrei verfestigt werden. Ebenfalls auf das Jahr 1973 gehen die ersten NaRvliesstoffe zur Verwendung im Einlagensektor zuruck. Hierbei werden die Fasem ahnlich wie bei der Papierherstellung aus einer wCBrigen Suspension auf ein Siebband abgelegt und dann wie ein Trockenvlies mit Bindemittel verfestigt. 1988 erfolgte der Bruckenschlag zu Kettenwirkeinlagen durch Fransenbindung eines Vliesstoffes. In der Regel wird dazu ein thermisch gebundener Vliesstoff einer Kettenwirkmaschine vorgelegt und so in Langsrichtung stabilisiert. Mit den beiden wesentlichen Technologien fur die Herstellung von Einlagevliesstoffen, der vollflachigen Bindemittelverfestigung und der bindemittelfreien punktformigen Vert'estigung wird heute praktisch die ganze Palette der miiglichen und gewunschten Einlagevliesstoffe erzeugt.
14.1.3 Funktionen von Einlagevliesstoffen Jeder Einlagevliesstoff hat in Abhangigkeit von seinem Verwendungszweck eine Reihe von Funktionen zu erfullen, die sowohl den Verarbeiter (Konfektionar) als auch den Kaufer des Bekleidungsteiles (Verbraucher) zufriedenstellen sollen. Aufgrund der zahlreichen Zusammenhange zwischen den EinfluBfaktoren bei Herstellung und Gebrauch von Bekleidungsteilen ist ein universeller Einlagevliesstoff nicht denkbar. Daraus ergibt sich fur den Hersteller die Notwendigkeit, durch enge Kommunikation mit den Oberstoffherstellem und Konfektioniiren und genauer Beobachtung des Verbrauchermarktes die Solleigenschaften des Konfektionsteiles zu ermitteln und daraus das Anforderungsprofil fur den Einlagevliesstoff festzulegen. Nach einem derartigen Anforderungsprofil kann zu nahezu jedem Verwendungszweck der passende Einlagevliesstoff entwickelt und konstruiert werden. Im allgemeinen lassen sich die Funktionen eines Einlagevliesstoffes in drei Hauptgruppen unterteilen: 14.1.3.1
Einlagestoff zur Formgebung und Formunterstutzung
Formgebung und Formunterstutzung sind die klassischen Aufgaben eines Einlagestoffes. Er bildet das innere Gerust von Bekleidungsteilen (z. B. Jacken und Manteln) und hilft mit, die statischen und dynamischen Beanspruchungen, denen ein
14.1 Eirilugevlir.s.~t~~~e523
Abb. 14-1. Formgebung und -unterstutzung mit Einlagevliesstoffen
Bekleidungsteil beim Gebrauch ausgesetzt ist, aufzufangen und zu tragen. Die Form, die der Kleidung aus anatomischen oder modischen Griinden gegeben wird, soll durch den Einlagevliesstoff dauerhaft gehalten werden, ohne die textilen Eigenschaften des Oberstoffes zu verandern. Ein Einlagevliesstoff dieser Kategorie wird in erste Linie grol3flachig eingesetzt (,,Frontfixiereinlage").
14.1.3.2 Einlagevliesstoff zur Stabilisierung undoder Versteifung Es ist Aufgabe eines zur Stabilisierung eingesetzten Einlagevliesstoffes, bestimmte Teile eines Bekleidungsteils in gewunschter Weise zu verfestigen oder zu versteifen. Daneben soll erreicht werden, dal3 diese Partien, haufig Blickfang eines Kleidungsstuckes (z.B. Kragen und Manschetten bei Hemden und Blusen), ein gutes Aussehen haben und diese Optik auch nach Pflegebehandlung nicht verlieren. Vom Einsatz her handelt es sich hierbei in erster Linie um Einlagevliesstoffe fur den kleinflachigen Gebrauch und Rationalisierungshilfen in Form von Stanzlingen und Bandern.
14.1.3.3 Einlagevliesstoff zur Volumengebung Der sogenannte Fullvliesstoff kann in Bekleidungsteilen zwei unterschiedliche Aufgaben erfullen. Die erste, als Unterlage bei Steppereien oder Stickereien eine dekorative Optik zu erzeugen, wird von der Mode bestimmt. Der Einsatz erfolgt in der Regel kleinflachig. Die zweite Aufgabe, fur eine entsprechende Warmeisolation zu sorgen, richtet sich nach den Regeln der Bekleidungsphysiologie. Mit einem LufteinschluB von uber 90% bilden diese Vliesstoffe ideale Warmeisolatoren und heben sich damit deutlich von anderen textilen Flachengebilden ab. In diesem Fall wird der Fullstoff grol3- bzw. ganzflachig eingesetzt. Die Grenzen zwischen beiden Aufgaben konnen flieaend sein.
14.1.4 Eigenschaften der Einlagevliesstoffe Die Erfullung der Funktionen eines Einlagevliesstoffes wird durch seine Eigenschaftsmerkmale gesichert. Dabei ist zu beachten, daB fur eine Funktion im Einzelfall mehrere Eigenschaften bestimmend sein konnen einzelne Eigenschaften Auswirkungen auf verschiedene Funktionen haben - nicht alle moglichen Eigenschaften fur jeden Einlagevliesstoff relevant sind -
14.1.5 Funktionstrager der Einlagevliesstoffe Durch die Grundelemente eines Einlagevliesstoffes, d. h. durch die verwendeten Rohstoffe (Fasern, Bindemittel, Ausriistungssubstanzen, Schmelzkleber), ihre Kombination miteinander und die verschiedenen Fertigungsmoglichkeiten, wie Vliesbildung, AusrustungNeredlung, Aufbringung und Formierung des Schmelzklebers, werden die einzelnen Eigenschaften konstruierbar und damit die Erfullung der jeweiligen Funktion ermoglicht. Diese Grundelemente sind damit die Funktionstrager fur den Einlagevliesstoff. Der Zusammenhang zwischen den Funktionstragern und den Eigenschaften kann in einer Matrix dargestellt werden. Ziel einer derartigen Matrix ist: -
Informationen zu liefern, welche Funktionstrager fur eine Eigenschaft relevant sind Gmndlagen fur Anforderungen an vorgelagerte Erzeugerstufen zu liefern Anregungen fur neue oder verbesserte technische Einrichtungen zu geben
14.1.6 Ausblick AbschlieBend noch einige Anmerkungen zur wirtschaftlichen Bedeutung und den Zukunftsaussichten fur den Einlagevliesstoff. Im Jahre 1997 wurden in Deutschland ca. 190 Millionen m2 Einlagestoffe verkauft. Davon waren ca. 76% oder 145 Millionen m2 Einlagevliesstoffe. Vor zehn Jahren lag der Vliesstoffanteil noch bei ca. 66%. Im Hinblick auf diesen Erfolg fallt die Prognose leicht, dal3 die wirtschaftlichen Entwicklungsmoglichkeiten fur den Einlagevliesstoff noch bei weitem nicht ausgeschopft sind. Dies gilt besonders auch fur Lander, in denen der Vliesstoffanteil heute noch deutlich unter den Zahlen von Deutschland liegt. Voraussetzung fur eine weitere positive Entwicklung ist allerdings, daB die Hersteller von Einlagevliesstoffen nach wie vor in der Lage sind, den Anforderungen, die sich aus schnell wechselnden modischen Trends bei der Bekleidung ergeben, gerecht zu werden und den Bekleidungsherstellern in geographisch standig wechselnde Produktionsmarkte folgen zu konnen.
egen rnechan 8sichern eanspruchung Zugfestigkeit Anscheuerfestigkeit
0
Fasern*
Vliesbildung
I .
Vliesverfestigung Ausrustung Veredlung Farbung
Bekleidungstechn Anforderungen sichern
Verarbeitbarkeit sichern
Zuschneiden Griff Oberflachenglatte Fixieren Nahen Buqeln MaOanderunasharmonie
0
0
0
0
0
0
I
Aufbrigungs technik und Formierung der Haftrnasse
I
I I
Gebrauchstuchtigkeit sichern Pflegebestandi keit Farbechtf!eit
I I I
0
0
*Hierzu gehoren die gesarnten Material igenschaften
Abb. 14-4. Verknupfungsrnatrix fur Einlagevliesstoffe
14.2 Vliesstoffe fur Schutzbekleidung ( J . Hcrcrsr)
Schutz- und Sicherheitstextilien der verschiedensten Art gehliren zu technischen Textilien mit Hightech-Charakter. Sie besitzen eine wachsende Marktbedeutung. Die Produktgruppe der Hersteller von Schutzbekleidung nimmt in Europa den Spitzenplatz bei technischen Textilien ein [ 11. Sie dient dem Personen- und/oder Sachschutz. Fur die Ziele des Arbeitsschutzes werden Schutztextilien vorrangig in persiinlicher Schutzausriistung (PSA) eingesetzt in den Bereichen: -
Schutzbekleidung (Korperschutz) Schutzhandschuhe Kopfschutz FuBschutz Schutz gegen Absturz Schutz gegen Ertrinken
Sicherheitstextilien fur den Sachschutz dienen Zielen im Objektschutz. wie Brandschutz-, Feuerschutztextilien, VandalismusschutL (Schnittschutz), Feuchteschutz
14.2 Vliesstoffe f u r Schutzbekleidung
521
Tabelle 14-1. GexhYtzter Materialverbrauch fur 1996 in Mill. m2 fur Schutzbekleidung in We\teuropa 131 Produktfunktion
Endverbrauch
Flamm hemmend/ hoch temperaturresistent
Gewebe/Gewirke Vliesstoffe
Staub- und Partikelschutz
Gewebe/Gewirke Vliesstoffe
Gas- und ChemikalienschutL
Gewebe/Gewirke Vliesstoffe
Offentliche Militar Versorgungsbetriebe
5
Medizin
Industrie, Total Baugewerbe. Landwirtschaft
2
22
-
-
-
12 62
I
I
3
22 10
34 72
4 47
6 50
2 2
Radioaktiver, GewebeKewirke biologischer und Vliesstoffe chemischer Schuti!
2 2
Extremer Kalteschutz
GewebeGewirke Vliesstoffe
-
Leuchtfarbene. retlektierende Kleidung
Gewebe/Gewirke Vliesstoffe
-
lnsgesamt
GewebeEewirke Vliesstoffe
Total
2 3
17 3
12 62
46 57
82 I24
20
14
I03
206
und dem Gerate-Bauelementeschutz, Reinraumtextilien sowie Schutz gegen elektrostatische und elektromagnetische Felder. Schutzbekleidung wird an vielen Arbeitsplatzen in der Industrie, in offentlichen Unternehmen und beim Militar benotigt. Wachsend ist auch der Bedarf im Bereich der Freizeitaktivitaten, des Sportes, der Medizin, der Reinraumtechnik. Statistische Marktanalysen weisen nach [3] fur 1996 in Westeuropa (ausgenommen Regenschutz- und Sportbekleidung) ein Produktionsvolumen von mehr als 200 Mio. m2 aus (siehe Tabelle 14-1). Danach betragt der Anteil Vliesstoffe mehr als SO%, und sie sind im Bereich des Partikel- und Chemikalienschutzes dominant vertreten. Der europaische Marktumfang fur Schutzbekleidung wird mit etwa 3 Mrd. ECU pro Jahr eingeschatzt 121. Strengere gesetzliche Forderungen zum Arbeitsund Gesundheitsschutz, steigende Produkthaftungsforderungen und die Entwicklung neuer technologischer Verfahren erfordern die standige Weiter- bzw. Neuentwicklung von Schutzbekleidung. Bis 2005 wird fur Westeuropa ein jahrliches massebezogenes Wachstum von 5-6% vorausgesagt. Der Einsatz von Vliesstoffen wird gegenuber Geweben und Gewirken uberproportional steigen. In den Entwicklungslandern wird ein jahrliches Wachstum von ca. 10% angenommen 131. Schutzbekleidung wird getragen zum Schutz gegen [4] -
-
mechanische Einwirkungen ErfaBtwerden durch bewegte Teile thermische, klimatische Einwirkungen, z. B. Kalte, Warme, Nasse, Wind
-
andere schiidliche Urngebungseintlusse, wie z. B. Stiiube, Case, heifle Diimpfe elektrische Energie Hitze: Flammen, Funken, Strahlung. feuerflussige Massen cheniische Stoffe: Siiuren, Laugen, Liisemittel, Fette, Ole, feste Chemikalien usw. Mikroorganismen Getiihrdung durch Verkehrsmittel in Form von Warnbekleidung Kontamination mit radioaktiver Strahlung
Anforderungen an Schutzbekleidung Schuthekleidung sol1 den Rumpf, die Arme und die Beine vor schiidigenden Einwirkungen bei der Arbeit schutzen. Die verschiedenen Ausfuhrungen der Schutzbekleidung kiinnen gegen eine oder mehrere Einwirkungen schutzen. Leistungsanforderungen. Einsatzbedingungen, Prufung und Zertifizierung von Schutzbekleidung unterliegen der europaischen Richtlinie 89/686/EWG-Richtlinie zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten fur persiinliche Schutzausrustungen 151. Diese Richtlinie ist in Deutschland durch die 8. Verordnung zum Geratesicherheitsgesetz 161 in nationales Recht umgesetzt. Hersteller und Handler durfen Schutzbekleidung n u r in den Verkehr bringen. wenn sie konform zu der genannten Richtlinie und durch die CE-Kennzeichnung im Erzeugnis YuBerlich kenntlich gemacht ist. Fur Schutzbekleidungsarten der Kategorien I1 ist fur die Konformitatserkliirung eine Baumusterprufung bei einer notifizierten Pruf- und Zertitizierungstelle notwendig. Fur Bekleidungsarten der Kategorie 111, die gegen lebensbedrohliche bzw. stark gesundheitsgefiihrdende Risiken schutzen. ist daruber hinaus eine Qualitiitssicherung der Serienfertigung notwendig. Die Richtlinie formuliert die grundsatzlichen Anforderungen an die Schutzausrustung hinsichtlich Gesundheitsschutz und Sicherheitsfunktion sowie Gestaltung und Inforrnationsptlichten des Herstellers. Die Anforderungen beziehen sich auf eine ergonomisch zweckmiil3ige Gestaltung der Bekleidung bei miiglichst hohem Schutzniveau. Des weiteren sol1 eine moglichst geringe thermophysiologische Belastung des Triigers eintreten. Die Schutzbekleidung selbst darf unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen keine Quelle von zusiitzlichen Gefahren oder Stiirungen sein. Prufund Produktnormen spezifizieren erzeugnistypisch die allgemeinen Anforderungen. Derleit liegen irn Bereich der PSA mehr als 200 harmonisierte Norinen vor. Die wichtigsten allgerneinen Normen fur PSA-Schutzbekleidung. die praktisch in jetiem Einzelfall beachtet werden mussen, sind: ~
~
DIN EN 340: 1993-09 Schutzbekleidung - Allgemeine Anforderungen DIN EN 420: 1994-06 Allgemeine Anforderungen fur Handschuhe
Vliesstoffe sind Bestundteil von Schut~bekleidungssysternen. Sie unterscheiden sich im Faser5toffeinsatz und textilen Konstruktionen. Insbesondere zu nennen 1st die Vcrwendung ~
-
in Einwegbekleidung fur den Chemikalien-/Aerosol-/Staubschutz ~ i l sLinerkomponente in Niisse- und Kiilteschirt/.verbunden als voluniiniises Isolationsfutter mit Schutzfunktion gcgcn Hitzeeinwirkung
clurch Strahlung. Flammen oder heilk Gegenstiinde
Chemikalien-/Aerosol-/Staubschutz-Bekleidung Wie aus Tabelle 14- 1 erkenntlich, steht Schutzbekleidung gegen gefahrliche Chemikalien, Staube, Aerosole, Case, feste Stoffe mengenmal3ig deutlich an erster Stelle. Chemiekalienschutzbekleidung wird generell der Kategorie III mgeordnet. Die europaische Normung [20] unterscheidet zwischen: Chemikalienschutzbekleidung fur -
-
,,Teile des Kiirpers" (siehe EN 467 171 und EN IS I3 [ 81). Das sind z. B. Schutzschurzen, Armschutzer, Beinlinge ,,GanzkBrper"Schutzbekleidung, wie z. B. Overalls, zweiteilige Schutzanzuge, mit und ohne Kopfhaube. Gesichtsschutz und Schutzschuhen
Je nach Schutzziel wird eine Unterteilung in sechs Typen vorgenommen: -
Typ I : gasdicht (EN943-1 191) Typ 2: nicht gasdicht Typ 3 : tlussigkeitsdicht (EN466 [ l o ] , EN IS1 I [ I I ] ) Typ 4: spriihdicht (EN465 1121, EN IS12 [13]) Typ 5 : partikeldicht (prEN IS0 13982-1 1141) Typ 6: begrenzt spritzdicht (prEN I S 0 13034 [IS])
Staubschutzbekleidung aus Vliesstoffen entspricht nach dieser Unterteilung der Chemikalienschutzbekleidung Typ 5. Einsatzgebiete fur diese Erzeugnisse sind in folgenden Bereichen zu finden: cheinische lndustrie Bau- und Baunebengewerke - Bergbau - Holzbearbeitung - Strahl- und Farbgebungsarbeiten - Nahrungsmittelindustrie, z. B. Muhlen - Isolationsarbeiten. z. B. Montage, Demontage von Rohrleitungen - Asbest- und Altlastensanierung - Schiidlingsbekampfung, einschl. Land- und Forstwirtschaft -
-
Diese Ubersicht erhebt keinen Anspruch auf Vollstandigkeit, vermittelt jedoch einen Eindruck uber die Vielfaltigkeit der Nutzung, die damit verbundenen Anforderungen und Gebrauchsbedingungen. Die komplexen Eigenschaftsanforderungen fur Chemikalienschutzbekleidung der verschiedenen Typen zeigt die Tabelle 14-2 im Uberblick. Chemikalienschutzbekleidung mit ,.begrenzter Einsatzdauer" wird ublicherweise so lange getragen, his sie aus hygienischen Grunden oder wegen Kontaniination mit Gefahrstoffen abgelegt und entsorgt werden muB. Diese Definition umfaRt somit Einwegbekleidung als auch Bekleidung fur begrenzte Wiederverwendung entsprechend den Angaben des Herstellers. ,,Mehrweg"-Chemikalienschutzbekleidung mu13 reinigungsfahig und dekontaminierbar sein und ist fur eine inehrfache Wiederverwendung ausgelegt 141. Fur Einwegschutzbekleidung werden die verschiedensten Vliesstoffe verwendet. Bevorzugt werden Spinnvliesstoffe aus Polypropylen oder Polyester. Aber auch
lahelle 14-2. Anfnrderungaprofile fur Cheinikalienschutzhekleidting[ 161 Eigenschaft/Priilmrrhinal
Schutihekleidungstyp
314 Scheuerlestigkeit B lockw iderstand B icgehestiindigkeit Dtirchstichfestigkeit WeiterreiMestigkeit Berst- oder Reil3festigkeit Hnftfestigkeit von Bcschichtungcn Partikeldichtheit Chemihaliendichtheit Flnmnischut/
5 X X X
6 X ~
~
X
-
X X
X
X
-
-
X
X
X
-
X
X
X X
X
Vliesverbundstoffe, die his aus drei Lagen bestehen konnen und sich im Faserstoffeinsatz und der Struktur unterscheiden, kommen zuin Einsatz. Die einzelnen Lagen ubernehmen gezielte Schutzfunktion [ 161. Somit wurden speziell fur die Staubschutzbekleidung die mechanischen Eigenschaften eines Spinnvliesstoffes mit der Barrierewirkung eines Mikrofaservlieses unter Beibehaltung der textilen Eigenschaften der Einzelprodukte kombiniert. Die wichtigsten Aspekte des Chemikalienschutzes sind die Eigenschaften des Barriereschutzes gegen Gefahrstoffe. Zu unterscheiden ist zwischen zwei Arten der Bamerewirkung, der Penetration und der Permeation. Penetration ist ein physikalischer ,,Striimungs"-Vorgang, wobei Case, Flussigkeiten oder feste Partikel durch ,,Poren" oder ,,Lecher" des Materials durchdringen. In der EN368 [ 171 ist ein als ,,Guttertest" bekanntes Verfahren festgelegt, das die Flussigkeitspenetration durch ein Material mi& und auch die flussigkeitsabweisende Wirkung des Stoffes bestimmt. Im Falle von festen Partikeln, wie z.B. Staub, mu13 die Partikelgr6Re und Expositionsmenge genauso in Betracht gezogen werden wie der Expositionsdruck. Permeation ist ein Vorgang, bei dem eine Chemikalie sich auf molekularer Ebene durch ein Material bewegt. Die Permeation kann am besten als ein dreistutiger Vorgang beschrieben werden. Er umfal3t die Sorption in das Material auf der kontaktierten Oberfliiche, die Diffusion durch das Material und die Desorption aus dem Material auf der gegenuberliegenden Oberfliiche. Permeationsgeschwindigkeiten sind ahhiingig von Typ, Konzentration und Temperatur der Chemikalie. Die Permeation wird nach EN369 [ 181 oder EN374-3 [ 191 mit einer PermeationsmeBzelle gemessen. Die Ergebnisse werden in Minuten als ,,normalisierte Durchbruchzeit" dargestellt. Diese Durchbruchszeit ist die durchschnittliche Zeit zwischen ,,Erstkontakt auf der AuRenseite" und der Zeit, nach der die Chemikalien auf der inneren Oberflache des Materials nachgewiesen werden. Sie wird auf eine Permeationsgeschwindigkeit von 1 pg/min. em' bezogen. Die Durchbruchzeiten der einzelnen Chemikalien und Materialien variieren naturgeniiil3 in einem grol3en Bereich. Der Anwender mu13 bei der Wahl der Chemikalienschutzbekleidung seine Einsatzbedingungen genau kennen und beim Hersteller der Vliesstoffe fur Chemi-
14.2 Vliesstoffe ,fur Schutzhekleidung
53 1
kalienschutz die entsprechenden Eigenschaften fordern, wofur auch Datenbanken zur Verfugung stehen [z.B. 21, 221. Zusatzliche Eigenschaftsforderungen fur den Chemikalienschutz lassen sich durch spezielle Ausriistungen der Vliesstoffe realisieren. So besitzen z. B. DuPont-Vliesstoffe TYVEKO 143 lN, TYVEKO C und TYVEKO F, die fur die TYVEK-PRO.TECH@ Einweg-Schutzbekleidung verwendet werden, antistatische, feuchtigkeitsabsorbierende Ausrustungen. Bei explosiblen Stauben, Dampfen und Gasen kann die Funkenenergie, die durch elektrostatische Entladung bei nicht ausgerusteten Vliesstoffen aus synthetischen Fasern grol3 genug sein, eine Explosion auszulosen. Hohe Aufladungen konnen bei routinemal3igem Umfullen von Flussigkeiten und Pulvern, Filtrations-, Trocknungs-, Mahl- und Zerkleinerungsarbeiten auftreten. Der ,,Schock" schwacher Intensitat, der mit einer elektrostatischen Entladung einhergeht (z. B. eine aufgeladene Person beriihrt mit dem Finger einen geerdeten Gegenstand), kann zu einem Uberraschungsmoment fuhren. Dies kann fur Mitarbeiter, die mit Chemikalien hantieren oder an Maschinen arbeiten, gefiihrlich sein und zu Fehlhandlungen fuhren. Eine antistatisch ausgeriistete Bekleidung, die eine Ableitfahigkeit nach EN 1149-1 mit einem spezifischen Oberflachenwiderstand kleiner als 5.10'"Ohm garantiert, vermeidet gefahrliche Aufladungen. Voraussetzung ist, dal3 das gesamte System geerdet ist. Die Person mu13 leitfahiges Schuhwerk tragen, der Schutzanzug Hautkontakt haben und der Boden geerdet sein [23-251.
Nasse- und Kalteschutzbekleidung Linerkomponenten in Nasse- und Kalteschutzverbunden dienen in Wetterschutzbekleidung nach ENV343 [26] dem Schutz gegen Nasse, Wind und Umgebungskalte. Die Bekleidung mul3 so ausgefuhrt sein, dal3 sie den ThermoregulationsprozeB des menschlichen Korpers unterstutzt. Dazu gehort eine moglichst hohe Wasserdampfdurchlassigkeit bei gleichzeitiger Wasserdichtheit und geeigneter Warmeisolation. Die Anforderungen an Kalteschutzbekleidung nach ENV 342 [27] umfassen einen Temperaturbereich von -5 "C bis -50 "C, z. B. fur Arbeitsplatze in Kuhlhausern. Um eine entsprechende Warmeisolation zu haben, werden in der Regel leichte Thermofutter aus Vliesstoffen rnit einem hohen Warmedurchgangswiderstand eingesetzt. Der Warmedurchgangswiderstand R,, des Thermofutters fur eine Wetterschutzbekleidung der Klasse 2 mul3 groBer als 0,15 m2K/W sein. Thermovliesstoffe, wie z. B. aus 3 M-Thinsulate-Warmeisolationsvliesen[28], sind aul3erordentlich leicht, besitzen eine geringe Warmeleitfahigkeit und damit eine hohe Warmeisolation. Neuartige warmeisolierende bzw. auch unter Heil3bedingungen kiihlende Materialien finden derzeit zunehmend Zugang in Bekleidungsmaterialien. Grundlage sind sogenannte ,,Phase Change Materials" (PCM-Materialien) [29-3 I ] . Die ,,Phase Change"-Technologie basiert auf einem Forschungsprogramm der NASA aus den 80iger Jahren. Das Ziel war, neue Materialien fur die Raumfahrt zu entwickeln, die die Astronauten und Instrumente besser vor den extremen Temperaturschwankungen im freien Weltraum schutzen. Der Name ,,Phase Change Materials" ist ein Sammelbegriff fur Materialien, die die Fahigkeit besitzen, ihren Aggregatzustand innerhalb eines einstellbaren Temperaturbereiches zu andern und an den Phasenubergangen erhebliche Energie je nach Richtung des Temperaturgradienten zu speichern bzw. freizusetzen. Es handelt sich vorzugsweise um bestimmte Paraffine (siehe
Tabelle I4-3), die nach einer speziellen Technologie in Mikrokapseln von wenigen Mikrometern Durchinesser in einer Schutzhiille eingeschlossen sind. Die Mikrokapseln kiinnen in Fasern, Vliesstoffen, Beschichtungen oder in Schiiume eingearbeitet werden. Das damit versehene Kleidungsstuck bleibt wasch-, reinigungs- iind witterungsbestiindig. Die Materialien werden auch in Winter- und Sommerbekleidung, Schuhen, Stiefeln. Schutzbekleidung, Sitzbeziigen. iin Bereich des textilen Bauens, der technischen Isolationen u. a. angewendet. Entwickelt wurde die OutlastTM-Phasenkompensationsisolation 1301 als viillig neue Art einer effektiven Kiilteschutzisolation. Tests ergaben. dal3 OutlastMaterialien his zu 390% wiirmeisolierender als Schaumisolierungen gleicher D i c k sind. Durch die Phaseniinderung mit Freisetzung der Speicherwiirme wird der norrnale Wiirmewiderstand R,, des Materials (ohne PCM) durch einen .,dynamischen" Wiirmewiderstand R,,,,, erheblich vergriil3ert. Die Tabelle 14-4 zeigt Zahlenbeispiele. Tahelle 14-3. Tcmpcratui-en und Speicherwiirme von P('M-Materialien [ 3 I I
Licowne Octarlecane Heptadecanr Heuadecane
50
36. I 2X.2 22.5 I x.5
30.6 25.4 21.5 16.2
sx
51 s7
'l'ahek 14-4. Verglcich WirnieN ider\tnnd i o n Materiiilien ohiie und niit PCM-Materialien (entnominen XI\ [ 3 I I )
Dicke iiini Fliichenmnsx glni'
Te.;twel-te
16.1 360 StandardWiirmewiderstand
R,, hatting A
hatting B hatting C batting H+S0 g/m' PCM hatting H+XS g/m' PCM Beachichteter Vlies\tott +XS ghi' PCM
m2WW 0.43 I
0.20 I 0.063 0.2 I2
0.220 0.007
1.9 I80 Dynamicchcr Zuaati-Wiirmewiderstand R,,! ,,
3.0 0.6 00 I70 ~;caanltWarme B ide r\ t a nd
K,,,,,,,
Ill'KIW
ni'K/W
-
0.43 I 0.20 I 0.063 0.360 0,30 I
~
~
0.13x 0.24 I
0.235
0.242
Hitzeschutzbekleidung Neueste Entwicklungen sind Vliesstoffe aus temperatur- und flammbestandigen Faserstoffen mit hoher Schutzfunktion gegen Hitze- und Flammeneinwirkungen. Sie schutzen Mensch und Produkte gegen thermische Risiken und tinden zunehmend Einsatz in Feuerwehreinsatzbekleidung, Storlichtbogenschutzbekleidung, kombinierter Flamm- und Chemikalienschutzbekleidung, in iiffentlichen Verkehrsmitteln, wie z. B. Flugzeug, Bahn, in Sitz- und Liegemobeln sowie im offentlichen und privaten Bereich. Zur Herstellung derartiger Vliesstoffe steht eine steigende Anzahl inharent flammbestandiger Faserstoffe zur Verfugung. Wichtiges Kriterium ist der LOI-Wert (Limited Oxygen Index), siehe Tabelle 14-5 zur Charakterisierung der Entflammbarkeit . Tabelle 14-5. LOI-Werte von Faserstoffen [ 3 2 ] Faserart
LOI-Wert
in-Aramid p- Arainid Preo x taser Melaminlaser Phenolfaser Modacryll’aser Viskose FR PBI Polyamidimid Polyimid
28-37 29-32 Sh-SX
32 3 1-33 28-30 2X 40 32 3X
Durch Mischung geeigneter Fasern konnen die unterschiedlichen Anforderungen des jeweiligen Einsatzgebietes erfullt werden. Fur die Vliesverfestigung sind chemische Verfahren nicht gut geeignet, da dadurch der LOI-Wert reduziert wird. Derartige Vliese werden vorwiegend mechanisch verfestigt (siehe Abschnitte 6. I bis 6.3). Die Fa. Freudenberg in Weinheim entwickelte auf Basis der Wasserstrahlverfestigung die Produktreihe Vilene fire blocker [ 3 2 ] , bestehend aus einer optimalen Mischung von Melaminfaser, m-Aramid- (Nomex) und p-Aramid-Fasern (Twaron). Sie sind hitze- und flammbestandig, nicht schmelzend oder tropfend, dimensionsstabil, luftdurchlassig, weich und drapierfahig sowie abriebfest. Sie werden fur leichte ein- oder mehrlagige Isolationsfutter und als Trager fur Nassesperren (SYMPATEXO und GORETEXO) verwendet. Charakteristische Prufmerkmale fur ein Hitzeisolationsvlies in einem typischen Verbundsystem zeigt Tabelle 14-6.
Tabelle 14-6. Vilene"" Fire Blocker System in Baugruppe: Oherstoft' Nomcx Delta TA 195 g/m'. Nlswspeme Vilene Sympatex 1 I0 g/m'; Isolationsfutter Vilene Steppverbund 250 g/m' 1.321 Prii tmcrhmal
Einheit
aul3en nein
B,eririi~erlitilic~r~
Weiterbrennen ZLI Ober- oder Seitenkante Lochbildung Brennrnd s c h m e l m d c s Abtroplen Mittlere Nachbrennzeit Mittlere Nachglinimzeit
Ergebniw
nein nein \
0
S
0
Aniorderung Feuerwehr EN 469 [ 361
Prulnorni
innen nein nein nein <2 <2
EN 532 1331
>I3 >4
EN 367 1341
W i i ~ i i i c , t l i i r c . l i ~ ~hri ~iii,~ ~ l ~ l l ~ ~ l l ~ ~ ~ l l ~ i l ~ \ l ~ i ~ ~ l i l ~ ~
Wiinnrdurchgang\index HTI 25 HTI 25-HTI I ?
\
19
\
6
28 8 35
>22 >6 <60
EN 366 13.51
14.3 Tragervliesstoffe fur Schuhe ( M . Stoll, M . Brodtkrr) Fur die verschiedensten Einsatzgebiete, wie z. B. Schuhobermaterial, Polsterbezugsstoffe. konkurrieren beschichtete textile Tragermaterialien - zusammengefaflt unter der Bezeichnung Kunstleder - mit ,,Echt Leder". Der Aufbau von Leder unterscheidet sich grundsatzlich von dem herkommlicher Kunstleder. Wahrend Leder aus einem Geflecht kollagener Fasern besteht, das zur Narbenseite hin kontinuierlich dichter wird (Abb. 14-5), stellen Kunstleder Schichtstoffe aus textilen Tragern und meist mehreren polymeren Schichten dar (Abb. 14-6). Trotz der vielfiiltigen Bemuhungen, die in den vergangenen Jahrzehnten unternommen worden sind, um aus hochwertigen Syntheseprodukten hergestellte Werkstoffflachen - z. B. fur die Schuhherstellung (Schuhschaftmaterial, Schuhfutter) - einzusetzen. dominiert der Einsatz von Naturleder. Die dominierende Rolle ergibt sich neben der ,,Echt Leder"-Reklame objektiv aus vorteilhaften tragehygienischen Eigenschaften, die in hohen Werten fur die Wasserdampfdurchlassigkeit und Wasserdampfaufnahme, aber auch - wie in Tabelle 14-7 ausgewiesen - im Dehnungsverhalten zum Ausdruck kommen. Auf Grund des zu erwartenden unzureichenden Lederaufkommens besteht also die Notwendigkeit, Austauschwerkstoffe dem Markt anzubieten, deren Eigenschaften denen des Leders entsprechen, die als Bahnenmaterial herstellbar sind und da-
14.3 Tragervliesstoffef u r Schuhr
535
Abb. 14-6. Kunstleder mit einer Schaumzwischenschicht
Tabelle 14.7. Physikalische Kennwerte von Schuhschaftmaterialien
Wasserdampfdurchlassigkeit Wasserdampfaufnahme Dehnung bei 100 N/cm2 trocken Flachendehnung Bleibende Flachendehnung nach IOmaliger Dehnung im Tensometer bei 3 bar Flachenzunahme bei Steigerung der Luftfeuchte von 65 auf 100%
Leder
Syntheseleder 250-350 3.0-3.5
(%)
350-500 >25 13/11
(%) (%)
20-35 9
50-60 4
(96)
7-8
3-4
(mg/24 h. I0 em’) (%)
10/4
mit eine rationellere Verarbeitung durch Automatisierung der Produktionsprozesse ermiiglichen. Nach Angaben der EDANA-Statistik wurden in Westeuropa 1998 l,3% der Gesamtvliesstoff-Flachenproduktion fur Schuh- und Lederwaren gefertigt. Die fliichenhaften Substitutionswerkstoffe (,,Synthetics"), die einen gesicherten Platz als Schuhober- und Futtermaterial, in Bekleidung und Galanteriewaren einnehmen. wurden laut FA0 (Food and Agriculture Organization der UNO) fur 1996 jahrlich in einer Menge von ca. 2.5 Milliarden m2 produziert. Davon sind etwa 100 Mio 111' hochwertige Ledersubstitute (,,Poromerics") auf Basis Faser- und Mikrofaservliesstoffe. Bereits nach dern Zweiten Weltkrieg wurden erste synthetische Produkte bekannt, die eine ungenugende Qualitat aufwiesen. Dabei uberwogen mit Polyvinylchlorid oder Polyurethan beschichtete Gewebe und Gewirke neben konventionellen Vliesstoffen in den verschiedenartigsten Ausfuhrungen. Gewebe und Gewirke weisen bekanntlich in SchuB- und Kettrichtung unterschiedliche Festigkeiten auf, die beim Verarbeiten berucksichtigt werden mussen. Sie finden daher vor alleni in der groBfliichigen Lederwaren- und Polsterverarbeitung ihren Einsatz. Fur die Schuhindustrie sind sie, auch wegen der Gefahr des Ausfransens, weniger geeignet. Vorrangig haben sich auf Grund der Schnittkantenfestigkeit Vliesstoffe als Trigermaterial durchgesetzt. Fur Futtermaterialien kommen wasserstrahlverfestigte Vliesstoffe sowie fur Obermaterialien Nadelvliesstoffe zum Einsatz. 1958 wurde ein Verfahren zur Herstellung mikroporiiser Beschichtungen aus Polyurethanldsungen durch Vorkoagulation und anschliel3ende Koagulation verijffentlicht. Dabei wurde ein auf einer Tragerbahn aufgebrachter Film einer Polyurethanliisung im organischen Losemittel in einem Klimakanal (Luftfeuchte >90%) vorkoaguliert irnd in einem Fallbad, bestehend aus einem Gemisch Lijser/NichtlBser (Dirnethyl~ormamid/sser), koaguliert (siehe Abb. 14-7). AnschlieUend wurde das restliche Liisemittel ausgewaschen. Durch die Anwendung dieses Verfahrensprinzips war es gelungen, eine Schicht auszubilden. die eine deutlich hijhere Wasserdampfdurchlassigkeit aufwies. Bereits am Anfang der 60er Jahre wurde dieses Grundverfahren weiterentwickelt [37]. Das auf den Markt gelangte Produkt Corfam der Firma Du PondUSA wurde in erster Bewertung als Alternativprodukt zu Naturleder angesehen. Allerdings zeigten bereits erste vergleichende Untersuchungen die Nachteile der Produkte im Vergleich zu Leder 1.38).Diese lagen in den Dehnungseigenschaften bei der Verarbeitung und im Trageverhalten sowie in den tragehygienischen Eigenschaften. Durch standige Weiterentwicklung dieser Produktkategorien wurde die Qualitat verbessert und die Herstellungstechnologien rationalisiert (z. B. Eliminierung der aufwendigen Vorkoagulationsstufe) 139, 40). Die Palette der poromerischen Materialien wurde Ende der 70er/Anfang der 80er Jahre durch impragnierte Gewebe (sog. Tauchkoagulate) fur leichte Schaftmaterialien und Bekleidung erweitert [4 11. An1 Forschungsinstitut fur Leder- und Kunstledertechnologie wurde ein Verfahren zum Einsatz einer mechanisch verschaumten Polyurethanliisung in Dimethylformamid fur das Koagulationsverfahren entwickelt 1421. Durch die Ausbildung einer sog. Doppelstruktur, die aus Abb. 14-8 ersichtlich ist, war es gelungen, eine stabile poriise Schicht niit einer hohen Wasserdampfdurchlassigkeit herzustellen. Trotz umfangreicher Untersuchungen zur Weiterentwicklung der Produkte sowie zur Vervollkommnung der Herstellungstechnologien konnte der erforderliche
Abb. 14-7. Vlieskunstleder rnit einer koagulierten Deckxchicht
Abb. 14-8. Poriises Vlieskunstleder mit einer mikroporiisen Schaumschicht
Qualitatssprung (Materialien der neuen Generation) auf der Basis der klassischen Verfahren (Einsatz von Nadelvliesstoff, hergestellt auf herkommlichen Anlagen) nicht erreicht werden. Dies fuhrte zur Stagnation bzw. zum Ruckgang der Jahresproduktionsmengen. Durch die Verarbeitung von Vliesstoffen unter Venvendung von Mikrofibrillarfasern wurde eine deutliche Verbesserung der Materialqualitaten erzielt 1431. Diese Produkte werden deshalb als Lederstoffe bezeichnet [44]. Bekannt wurden Produkte wie Alcantara, Clarino, Sofrina, Lorica. Derartige Feinstfasern mit einem Faserdurchmesser < 1 pm werden durch Ausbildung von Matrix-Fibrillen-Fasern erzeugt. Durch diese Matrix-Fibrillen-Struktur lassen sich solche Fasem auch auf herkommlichen Vliesbildungsanlagen verarbeiten. Zur Schaffung der ausgezeichneten Materialeigenschaften (Festigkeit, Kraft-Dehnungs-Verhalten, Weichheit) ist eine freie Beweglichkeit der Feinstfaserfibrillen erforderlich, die durch Extraktion der Matrix realisiert wird (siehe Abb. 14-9). Dieser zeit- und energieaufwendige Verfahrensschritt hat allerdings hohe Materialpreise der Lederstoffe zur Folge. Aus diesem Grunde blieb die Einsatzbreite bisher begrenzt. Fur Strarjenschuhobermaterial bzw. -futter gelten die vom Prufund Forschungsinstitut fur die Schuhherstellung e. V. (PFI) vorgeschlagenen Kennwerte. Beispielsweise betrigt die Mindestreirjkraft fur ungefuttertes Material 600 N, fur die gefutterte Verarbeitung sind es minimal 400 N (Iangs und quer). Die Forderung fur die Hochstzugkraft-Dehnung liegt zwischen 50 und 120%, die Dicke der Schuhobermaterialien bei I , 1-1,4 mm, fur futterlose Vernrbeitung 1,8 mm und fur Schuhfutter bei max. 0,8 mm [45].
Abb. 14-9. Schema der Faserbildung
Auf Grund der hohen Anforderungsprofile. speziell hinsichtlich der Festigkeiten. sind Triiger vielfach mit einem hohen Anteil an synthetischen Fascrn (vorrangig Polyester) aufgebaut. Dicsc Triiger erfullen damit nicht bLw. in unbefricdigendem MaBe die Forderung nach Verbundmaterialien auf Basis naturlicher Rohstoffe mit hohem Tragekomfort. Der Einsatz von Naturfasern fur die Herstellung von Beschichtiingstr~Eern ict eingeschriinkt. Aus Viskosefasem lassen sich sowohl durch Vemadeln als auch durch Wasserstrahlverfestigung Vliesstoffe herstellen, die allerdings besonders geringe NaUfestigkeiten aul’weisen und darnit bestimnite BeschichtunFstcctinolo~i~n (wie z. B. clas Koagulationsverfahren) nicht zulassen. Von verschiedenen Faserherstellern wurden Modifizierungen der Viskosefasern vorgenommen. Das sog. Lyocellverfahren liefert Fasem, die eine hohere NaBfestigkeit aufweisen und deshalb zur Verarbeitung \on Vliesstoffen. die mit Hilfe des Koagulationsverfahrens beschichtet werden, eingesetzt werden konnten. In der Literatur wird in der letzten Zeit eine Vielzahl von Vliesstoffverbundmaterialien heschi-icbcn. mit denen iieue Pi-odukte niit hohcin h’iveau he[-stellbarsind. Der Gnindpedanke fur den Einsatz von Vliesstoffen in Verbundstrukturen basiert auf der Symbiose der Eigenschaften und den Vorteilen des Vliesstoffes durch Einbau funktioneller Fasem (z. B. Superabsorbent-Fasern) bzw. durch Konibination mit anderen Flachengebilden, z. B. Gewebe, Gewirke, Gelege, Folien usw., zur Erfullung der an den Textiltrager gestellten, oftmals sehr heterogenen Anforderungen [ 461. Die Faserfeinheit eines Textilgebildes beeinflufit wesentlich den Warcnausfall. wie Optik, GrifT und Fall [47],sowie den Tragekomfbrt 1481.
Festigkeiten in der Regel Dicken von >2,0 mm und Flachenmassen von >300 g/ m2 auf (siehe Abb. 14-10). Praktische Versuche bestatigen, daB der vorgenadelte Vliesstoff rnit einem Tragergewebe geeigneter Fadendichte so vemadelt werden kann, daB die Faserpfropfen im Gewebe eingebunden werden. Beim Endvemadeln werden rnit geringer Stichtiefe die aus dem Gewebe herausragenden Faserbuschel in der Vlies-Gewebe-Verbundstruktur verankert [491. Durch Einwirken energiereicher Wasserstrahlen mit hohen Drucken entstehen Wirbelvliesstoffe rnit Flachenmassen von 25 bis 150 g/m’. Unter Verwendung derartiger Wirbelvliesstoffe konnen Tragerkombinationen rnit Dicken <2,00 mm und Flachenmassen <300 g/m’ hergestellt werden, die als Basis fur beschichtete Materialien einsetzbar sind. Das Verbinden von Nadel- und Wirbelvliesstoffen (siehe Abb. 14-1 1 ) durch Nadeln fuhrt zu Vliesstoffverbunden rnit guten, annahernd isotropen Festigkeits-Dehnungs-Eigenschaften, die eine PUR-Beschichtung nach dem Koagulationsverfahren ermoglichen. Bei Einsatz von Fasem verschiedener Feinheit in den einzelnen Vliesschichten und in Kombination der Verwirbelungs- und Vernadelungstechnologie ist es moglich, einen Vliesstoffverbund mit einem Dichtegradienten uber den Querschnitt herzustellen [50].
Abb. 14-10. Gewebe-Nadelvliesstoffverbund
Abb. 14-11. Verbund Wirbelvliesstofl fein rnit Nadelvliesxtoff grob
Dabei ist die gewiihlte Stichtiefe ausschlaggebend fiir die Oberiliichengliitte des Verhundes und dainit fur eine Beschichtiing iind Finishierung in glatter Optik. Optimule Stichtiefe. Stichdichte und der Anteil von Lyocellfasern (CLY-F) im Vliesstoffverbund gewiihrleisten die geforderte Haftfestigkeit Lwischen Triigermaterial und Beschichtung. Die Einarbeitung von Geweben ;IUS Lyocell oder Mischgeweben Lyocell-/Polyesterfaasern fiihrt zii besonders glatten Obertliichen nach der Beschichtung und zii Dicken <1.3 mm.
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~
geulhren
E DIN EN I 513:l994-10 (1994) Schutihleidung Schuti gegen llus\ige Cheniihalien Leistiing~~iiilordertingen iin Kleidungsctuche Zuni hegrciutcn Ein\at/. die liir Teile de\ Kiirper\ einen Setitit/ gcgen Chemihalien hieten (Teilkfirpcrschutr /iim hcgrewten Einsot/) prEN 933-1 : I907-lO ( 1997) SchutLkleidung gegen lliissige und gasl?irniige Chemihalien. einschlieOlich Fliissigheitsaerosole und teste Partikel - Teil I: Leistting\~iiilordei-tiiigenfur helultete untl tinheluftctc ..gasdichte" (Typ I) tind ..nicht gasdiehie" (Typ 2 ) Chemihalien~clit~t~kleidung DIN EN 466- I : 19Y1)-OI (1990) Schutikleidung S c h u t i gegen Ilu\aige Chemihalien Tell I : Leistung\anfordcrungen ;in Cheniihalienschut/kleidtiiig mit tliia\igheitsdichteii Verhindungen Iwischen den berschiedenen Teilen der Kleidung (Au\rUstung Typ 3): DIN EN 466.7: 1966-1I : Schut7hleidung - %hut/ gegen tlucsige Cheniihalien Teil 2: I,ei\ttingsanlorderungen ;in Cheniihalien~chut/hleidtin~ niit lliissigkcitsdichten Verhindungen /wisehen den \ei-achiedcnen TeiIen der Chemikalicnschtit/~in~uge fiir Not1'~illteiinis(Ausriistung Typ 3ET) E DIN EN I 51 l:I993-l0 (I9Y.l) Schutikleidung - Schuti gegen lliis\ige Cheniihnlien Lei\tung\anforderuiigen ;in Cheinikiilienschutrhleiduiig 7uni hegrenrten Eins:it/ niit llii.;sigheitsdichten Verbindungen rwischcn den verschiedenen Teilen der Klcidung (Au\rii\tting Typ 3 /tin1 hegrenlten Einutz) DIN EN 365: lY99-01 ( 1909) Schut/hleidung - Schuv gegcn Ilti\\igc Cheniikalien - I.eistting\anli)rderungrn a n Chcinikalienschtitikleidung niit spraydichicn Vcrbintlungen /wi\chen den verschiedenen Teilen tler Klcidung (Ausrustung Typ 4) E DIN EN I 512:l9Y4-10 (lY94) Schutzkleidung - Schutz gcgen Ilii Lci\ttingsantorrlertinfen ;in Chrmikalienschutzlleidtiiig /uni hcgi-en/ten E ten Verhindungen Iwischen den verschiedenen Teilen der Kleidung (Ausrusrung Typ 4 /tin1 hegrewten E i n u t i ) prEN 139x2- I : IY Y - O X i I09')) Protective clothing for use against solid particulate chemicals Pertorniancc requirements tor chemical protective clothing providing protection to the I'ull body against solid pxticulate chemicals (type 5 clothing) ~
~
~
~
~
~
~
11.51
E DIN EN 13 034:1998-01 (1998) Schutzkleidung gegcn llussigc Chcmikalien - Leistungsanforderungen an Chernikalienschutzanruge mit eingeschrinkter Schutzleistung gegen lltissige Cheniikalien (Ausriistung Typ 6 ) Bernstein U ( 1996) Microfasertextilien fur Schutibekleidung mit Barricreeigcnschalien. ITB Vliesstoffe-Techn Textilien 3: 9-1 2 DIN EN 368: 1993-01 ( 1993) Schutzkleidung - Schutz gegen llussige Chemihalien - Prufverlahren; Widerstand von Materialien gegen die Durchdringung v o n Fliissigheiten EN 369: 1993-03 ( 1993) Schutzkleidung - Schutz gegen Iluscige Chemihnlien Priilvcrlahren: Widerstand v o n Materialien gegen Permeation von Flussigkeiten DIN EN 374-3: 1994-04 (1994) Schutrhandschuhe gegen Chemiknlien und Mihroorgnnismen. Teil 3: Bestirnmung des Widerstandes gegen Permeation \'on Cheinikolien Eichinger H ( 1998) Anforderungsprofile und Typisierung von Kleidung mit Schutiwirhung gegen feste, flussige und/oder gasfiirniige Chemikalien und Gefahrstoflk, Vortr 4. Drestlner Textiltagung (DuPont International S A. Gent) 1st der Schutranrug. den Sic tragen. auch der richtige? ( 1999) Firnienprospeht DuPont Nonwovens. Tyvek-Pro-tech@ 1nli)rmotionsservicc 43. Informationsschrilt Ausgahe L- I I X62-2 04/ 99. Datenbanksystem TYDAT Fiedler H-B ( 1999) VOICE 3.1 - Gefahrstolfdatenbonk ltir Chcniikalienschutihleidtiiig. Driiger Sicherheitstechnik GnibH Lubeck Stiitische Elektrizitiit. Richtl Nr 4, Ausg Okt 1989 ( 1989) Berulsgeno.;senschalt dcr chem Industrie. Richtl ld Vermeidung von Zundgefahren infolge elektro\tatischer Autladungen Safety of machinery ( 1999) Guidence and recommendations lor the avoidence 01' harnrds due to static electricity, CENELEC Report Nr RO 44-001. Feb I999 (1997) Barrierekleidung und elektrostatische Aufladung. Firinenprospekt DuPont Nonwovens, Tyvek-Pro-tech@ Inforniationsservice Nr 36, Informationsschrilt Ausg I- I I 149-1- 09/97 DIN V ENV 343:1998-04 (1998) Schutzkleidung - Schutr gegen schlechtes Wetter DIN V ENV 342: 1998-04 (1998) Schutzkleidung - Kleidungssystenie Zuni Schuti gegen Kdte Thinsulote Thermal Insulation Types B. C, CS, CDS; Lite Loft, Ultra Insulation (1998) Insulation Products Project Europe c/o 3M Deutschland GmbH N e u s (Firmenprospekt) Rupp J ( 1999) Aktive Textilien regulieren die Kiirpertemperatur. ITB Intern Text Bull I : 58-59 Pause B (1995) Development of the first cold protective clothing with microcapsulated PCM. Lecture No 241, 7. Intern Techn Textil Symposium Frankfurt/Main Cox K (1998) Synopsis of the new thermal regulating liher Outlast, Chein Fibers Intern 48: 475479 Schiifer W ( 1999) Hitze- und llaminbestiindige Vliesstoffe aus high-tech-Fasern fur Schutzkleidung und technische Anwendungen. Vortr The Freudenberg Nonwovens Group Techtextil-Symposium 04/99 FrankfudMain DIN EN 532:1995-01 (1995) Schutzkleidung - Schutz gegen Hitze und Flammen - Prufverlahren fur die begrenzte Flammenausbreitung DIN EN 367:1992-11 (1992) Schutzkleidung - Schutz gegen Wiirme und Flammen Prulverlahren. Bestirnmung des Warmedurchgangs bei Flammeneinwirkung DIN EN 366:1993-05 (1993) Schutzkleidung - Schutz gegen Hitze und Feuer - Prufverfahren, Beurteilung von Materialien und Materialkombinationen. die einer Hitre-Strahlungsquelle ausgesetzt sind DIN EN 469: 1996-01 (1996) SchutLkleidung fiir die Feuerwehr: Anlorderungen und Prufverfahren fiir Schutrkleidung fiir die Brandbekiirnpfung Wittke W ( 1983) Die Herstellung von Polyurethan-Kunstleder (PUR-Kunstleder) nach dem Koagulationsverfahren, Coating St Gallen 16, 4: 9-93 Reich G ( 1991) Leder und synthetische Austauschmaterialien heute - eine vergleichende Betrachtung, Leder- und Hiiutemarkt 43, 2: 1-7 und 43, 5: 6-9 Markle R, Tackenberg W ( 1984) Alternatives to Leather: Laif Poromerics, Journ o f Coated Fabrics 13. 4: 228-238 Freitag H ( 1983) Uber die Herstellung von synthetischem Leder - Vlieskunstleder. Coating St Gallen 16, 8: 210-214 Lomax R (1984/85) Resent Developments in Coated Apparel. Journ of Coated Fabrics 14, 2: 91-99 Stoll M ( 1994) Verfahren zur Herstellung poriiser Polymerschichten nach dem Koagulationsverlahren. Coating I : 9-1 1 ~
1231
1241 12.51
1291
I30 I
~
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15 Vliesstoffe fur technische Anwendungen
15.1 Isolation (J. Hause) In der Technik werden unter dem Begriff ,,Isolation" Mafinahmen und Vorrichtungen zur Eindammung von Verlusten oder unerwunschter Zufuhr von Energie oder Medien, wie Feuer/Hitzestrahlung, Warme, Schall, Elektrizitat, Feuchtigkeit und anderes verstanden. Gleichermafien dient der Begriff fur die dazu verwendeten Isolier-, Damm-, Sperr- oder Banierestoffe.
15.1.1 Feuer, Warme, Schall Isolation gegen Feuermitze Haufige und spektakulare Unglucksfalle in der Luft- und Seefahrt sowie Brandkatastrophen, z. B. in Diskotheken, haben in jungster Zeit dazu beigetragen, verstarkt nach Moglichkeiten zu suchen, Menschen, Sachwerte und Einrichtungen gegen Feuer und Brande zu schutzen. Schafer weist darauf hin [ 11, dal3 die verstarkte Beachtung von Umweltaspekten, steigendes Sicherheitsbewufitsein und damit verbundene neue Vorschriften und Normen Vliesstoffen aus inharent hitze- und flammbestandigen Fasem neue Anwendungsfelder in den genannten Bereichen eroffnen. Das Einsatzspektrum ist breit gefachert. Es reicht vom vorbeugenden Brandschutz in Verkehrsmitteln und im Objektbereich uber flammgeschutzte Kabe1 und Leitungen bis zum Ersatz anorganischer Hitzeisolationen an hitzeexponierten Teilen im Automobil. Bei Verkehrsflugzeugen unterliegen alle Teile der Kabinenausstattung strengen Brandschutzvorschriften. Werden in Passagiersitzen Kissen aus brennbaren Polyurethan-Schaumen verwendet, so sind diese mit geeigneten Fireblockem zu umhullen. Im Einsatz sind ublichenveise Gewebe, Gewirke, Nadelvliesstoffe oder Verbundstoffe aus m- und p-Aramidmischungen, Melaminfasem und PBI mit Flachenmassen bis zu 380 g/m2. Im Hinblick auf Reduzierung des Treibstoffverbrauches und der Emissionen sind Masseeinsparungen im Flugzeugbau von grofiem Interesse. Entwickelt wurden deshalb leichtere wasserstrahlverfestigte Vliesstoffe aus Preox- und Phenolharzfasem, verstarkt mit Aramidgamen, und aus p-AramidMelaminharzfasem, verstarkt mit einem leichten Gewirke aus Viskose FR. Trotz der vergleichsweise niedrigen Flachenmasse von 200 g/m2 werden alle Forderungen nach Flammfestigkeit, verminderter Rauchgasentwicklung, geringer Warmefreisetzung und mechanischer Beanspruchbarkeit erfullt [ 11. In den USA werden Entwicklungen vorangetrieben, die Durchbrandfestigkeit des Flugzeugrumpfes
nach einern .,post crash fire" am Boden zu erhiihen. Brennendes Kerosin niit uber 1000 C Flatnmentetnperatur fuhrt derzeit zu Durchbrandzciten von n u r 1 ,5-2 Minuten, was zu kurz fur ausreichende PassagierrettungsniaBnahmen ist. Verschiedene n e w Systetne der thermischen und akustischen Kabinenisolation sind in Erprobung, darunter Vliesstoffe aus Hochleistungsfasern, zusiitzlich ausgeriistet mit Brandhemmern auf Glirnrnerbasis [ I 1. Wasserstrahlverfestigte Vliesstoffe und Vliesverbundstoffe aus Melaminfasern, m-Araniid. p-Aramid und Polyamidimidfasern in Fliichenrnassebereichen 50- 1 SO g/m' erfullen alle Anforderungen an den Brandschutz von Sitzmiibeln und Matratzen (BS EN-1021/1: BS EN-10121/2, BS 58 5852, BS 7176, US ,,fullscale test nach Cal 133) I I ] . Am verbreitetsten sind Hitl.eisolationsrnaterialien in Form von Nadelvliesstoffen. Der Hitzeeinsatzbereich ist abhiingig von den eingesetzten inhiirenten flamrnfesten Fasern, wobei in etwa folgende ubliche Bereiche angegeben werden 12, 41: Aramidfaser 250 bis 350 C: E-Glasfasern 480-550 C. PBO-Fasern (poly-pphenylene-2.6-benzosoxazole) 131 (650 C), Basalt-Mineralfasern 8 15 his I000 C; Keramikfasern his 1 IS0 C: Silikatfasern IlO0-I 200 C und Aluminiumoxidfasern bis 1400 C. Durch den Einsatz von Flammschutzmitteln kann eine tlanimhemniende Ausrustung von Vliesstoffen erfolgen. Halogenhaltige Flammschutzmittel steigen in ihrer Flarntnschutzwirkung in der Reihenfolge Fluor < Chlor < Brom < Jod. Praktische Bedeutung besitzen aber vor allem Chlor- und Bromverbindungen. Im Brandfall setzen diese Mittel Halogenradikale frei, die in den Mechanismus des Verbrennungsvorganges in der Gasphase eingreifen. Dies geschieht durch die Bildung von Halogenwasserstoffen, welche wiederum die energiereichen Wasserstoffund Hydroxylradikale als die eigentlichen Triiger der Radikalkettenreaktion unter Ruckbildung von Halogenradikalen neutralisieren. Sie sorgen sornit f i r eine ,,Kiihlung" der Flamme und damit fur eine Minderung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit. Phosphorhaltige Flammschutzmittel dagegen wirken vorwiegend in der kondensierten Phase. Im Brandfall setzen diese anorganische oder organische Produkte durch Zersetzung und/oder Oxidation polyphosphorsiiureiihnliche Produkte frei. Diese fiirdern z. B. durch Entwasserung des pyrolisierenden Substrates die Verkohlung und reduzieren den AusstoB brennbarer Pyrolyseprodukte. Diimmstoffe aus Baumwolle oder Jute werden tlammfest ausgerustet mit Borax, Ammoniumsulfat oder Borsalz. Eine weitere Moglichkeit der Flammhemmung bieten anorganische, endotherm reagierende Produkte, wie Aluminium- oder Magnesiumhydroxid. Als Beispiel ist zu nennen: APYRAL-Fullstoff mit Energieverbrauch I2 1 I kJkg AI(OH)3 und Phasenumwandlung im Bereich von 200-400 C I S ] . Diese Produkte zersetzen sich bei erhiihten Temperaturen unter Energieaufnahme zu den entsprechenden Oxiden und setzen zugleich Wasser frei. Der Wiirmeverbrauch der Zersetzungsreaktion bewirkt eine ,,Kuhlung" des Substrates und reduziert die fur die Pyrolyse zur Verfugung stehende Energiemenge. Dariiber hinaus bewirkt der freigesetzte Wasserdampf eine Verdiinnung der brennbaren Case. AuBerdem kiinnen die oxidischen Zersetzungsprodukte zusammen mit den Verkohlungs-Spaltprodukten eine brandisolierende Schutzschicht bilden. Eine besondere und neue Form des Flammschutzes sind sogenannte Intumeszenzsysteme (lat.: intumescere=anschwellen) auf der Basis von Phosphorverbin-
IS. I
Isoltrtiori
545
b) 1
,<,-yL,-7.:y-.
7 : : . ,-: -< ,
r
,'-
-,,.
Ahh. 15-1. Beispiele von Vlie\stotfrn und Verbund5toffen. behandelt init Anschwellpulvern (entnommen aus [ 6 . 71). a ) Vliesstot't'. b ) Vliesverhundstoll niit Gelepeahdeckung, c ) Vliesverbundstoft' mit eingebettenen Gelegen. I Anschwcllpulver. 2 Gelege
C)
dungen, die kunftig weiter an Bedeutung gewinnen werden. Diese Systeme bewirken durch das Zusammenwirken von drei Komponenten Kohle-, Saurespender und Treibmittel wiihrend des Brennvorganges ab einer definierten Temperatur das Entstehen ,,anschwellender" kohlenstoffreicher voluminiiser Schutzschichten auf dem Brennsubstrat, die das darunter befindliche Material vor weiterer Wiirmeeinwirkung schutzen. Beim Anschwellvorgang kann im Idealfall eine his zu 1 00fache Volumen-Dickenerhiihung erfolgen. Diese Systerne sind als Brandschutzbeschichtungen fur Stahl, Kunststoffe oder Holz bereits verbreitet. In jungster Zeit beginnen intensive anwendungstechnische Untersuchungen auch fur den Einsatz in textilen Produkten, darunter Vliesstoffen 161. Horrocks und Mitarbeiter 17, 81 untersuchten verschiedene Vliesstoffstrukturen (siehe Abb. 15-I ) aus Viskose FR, in die anschwellende Pulversubstanzen eingebracht wurden. Verwendet wurden Pulverrezepturen auf der Basis von Ammonium-Polyphosphaten bzw. Melaminphosphaten, z. B. Produkte MPC 1000 bzw. MPC 2000 der Fa. Albright & Wilson. Zweilagige Vliesverbundstoffe von 200 g/m' mit his zu 125% MPC-Zugabe und Baumwolle FR bzw. Viskose-FR-Geweben wurden hergestellt. Sie ergaben bei Brennversuchen mit I Ominutiger Beflammung mit Primlrenergieflufi von 50 kW/m', was dem ,,flash over"-Brandfall entspricht, eine signifikant verbesserte Restfestigkeit und thermische Barrierewirkung, die init handelsublichen Hitzeisolations-Nadelvliesstoffenvergleichbar ist. Ein volumenvergrofiernder Vliesstoff wird fur den Feuerschutz bei Turdichtungen, Rohrelementen, Glasflachen und Verkleidungen angeboten [9]. Der Vliesstoff dehnt sich im Querschnitt bei Kontakt mit Feuer auf das 3- his 20fache der Ausgangsdicke aus. Wird diese Ausdehnung mechanisch eingeschrankt, entwickelt sich auf Grund des entstehenden Druckes eine hervorragende Abdicht- und Isolationsschicht [91.
Warmeisolierung Wiirmeisolierende Eigenschaften von Vliesstoffen spielen vornehmlich bei bauphysikalischen Aufgaben in Wohn-, Industrie- und offentlichen Gebiiuden eine grofie Rolle. Auf diesen Gebieten haben sich Vliesstoffe aus einer zunachst untergeordneten Position zu vollwertigen bauphysikalischen Elementen entwickelt. Heute werden Vliesstoffe hergestellt, die gem38 DIN 4 102 [ 101 in Baustoffklassen bis hin zur Klasse A2 (nicht brennbar) einzustufen sind und damit zu Feuerschutzaufgaben herangezogen werden konnen. Wiirmediimmstoffe fur das Bauwesen sind ein grofier Entwicklungsmarkt. Zur Erreichung gesetzlich geforderter Mafinahmen (Niedrigenergiestandards. C0,-Verminderung, Umweltschutz u. a.) wird eine Ausweitung des Diimmstoffmarktes von gegenwiirtig 30 Mio m3/Jahr (siehe Abb. IS-2) auf 60-I00 m3/Jahr his etwa 2050 in Deutschland prognostiziert [ 1 1 1. Vorwiegend eingesetzt werden chemisch und thermisch verfestigte Vliesdammatten aus Mineralfasern wie z. B. Glas, Gestein. Platten aus EPS-Hartschaum, PUR-Hartschaum. Polystyrol-XPS. Der Anteil alternativer Dammstoffe, wie Mineral-Granulat-Isolationen oder Vliesstoffe aus nativen Materialien (Kork, Baumwolle - z.B. Isocotton - Holz. Schafwolle, Flachs - z.B. Isoflachs-, Altpapier) betriigt etwa 5%. Die Tabelle 15-1 zeigt Warmediimmstoffe im Vergleich. Die grundsiitzlichen Bewertungskriterien fur Wiinnedammstoffe sind in Tabelle 1.5-2 dargestellt. Entwickelt wurde eine Verfahrenstechnologie in den Stufen Faserautlosung Bindemitteleintrag - Vliesbildung - thermische Vliesverfestigung zur Herstellung von Kombinationsdiimmstoffen aus Wdle und Holz, die die Baustoffklasse B2 erfullen. Sie zeichnen sich durch gute Elastizitat, verbessertes Einbauverhalten und Masseeinsparungen aus [ 121. Wiirmedammstoffe sind Mehrkomponenten-Systeme. Grundsiitzlich bestehen sie aus einem Feststoffanteil und isolierenden GadLuftvolumina. Durch geeignete Struktur der Gaseinschlusse konnen Wiirmeleitfiihigkeiten von deutlich 4).1 W/m K erreicht werden. Systematische Strukturanalysen I 131 haben zur Entwicklung eines 1000 m i 35
,
301 -
0 1995
25
20-
1 Mineralwolle 2 EPS-Hartschaum 3 PUR-Hartschaum 4 XPS-Hartschaum 5 lsolierende Leichtbauplatten 6 Gesamtverbrauch
1996
-
1510-
50
I
1
I
2
r r l r r h -
3
4
5
6
Ahh. 15-2. Statistische Angaben m r Produktion von Wiirniediinimstollen in Deutschland (entnommen a u \ [ 141. nach Angaben der Fachvereinigung Mineralfaserindustrie e. V.)
Diisocyanat und Polyole Treibgas, vorzugsweise C 0 2
Styrol mil Pentan als Treibmittel
geblahtes Vulkangestein Korkrinde
Polyurethanhartschaum
Polystyrol (EPS)
Blahperlit
Holzfasern aus Nadelholc Baumwolle Flach\fa\ern
Zeitungspapier, Jute
Holzfa\erweichplatten lsocotton Iw-Flach\
Homatherm
Korkdimmplatten
Glas. Gestein
Basismaterial
Rohstoffe
Mineralfaserplatten
Dammstoffe
Fa\erfreisetrung moglich
Anwendung
FSM: Arnmoniumsulfat oder Borsalz
gering
nein
nein
nein nein
nein nein
FSM: Borax
gering gering
ohne
ohne
Aluminiurnsulfat sehr hoch
ohne
ohne
holzeigene Bindemittel ohne Srarke oder Wasserglas mogl ic h Lignin. Naturharz
ohne
ohne
Diffusion von Zellgasen miiglich, im Brandfall toxische Gase emittiertes Styrol Abgabe von Styrol moglich. im Brandfall toxische Gase
Abgabe von toxischen Reaktionsprodukten
Fa\erfreisetzung moglich
Herstellung
Schadstoffabgabe
ohne
gering
mittel
hoch
hoch
mittel
Primarenergieinhalt
eigene NaturharLe
ohne
FSM: Hexahromcyclododecan
ohne
ohne
Mineraltile. bei Bedarf Silikonemulsion Katalysatoren. Stabilisatoren, FSM: Pho\phor\iureester
zusatze
Phenol- oder Hamstoff-Formaldehydharr ohne
Bindemittel
Tabelle 15-1. Auswahl von Warmedimmstoffen nach [ 191
B2/040
B2/040 B2/040
B2/040 bis 070
B2/045 bis 055
A 1/055 bis 060
B 1/025 bis 040
B I . B2/020 bis 035
A I . A21035 bis 050
Baustoffklassel Wirmeleitfiihigkeitsgruppe
Rucknahmegarantie
Recycling selten, bei Deponierung Probleme durch Additive wieder verwertbar Rucknahme durch Hersteller analog Holz
Recycling nicht bekannt. Deponierung problematisch
Bauschutt
Entsorgung
4
P
cn
9
I
Werh\tollhasis. Hcr\tcllung\technologic.
Lielcrli)rmat
I)ruchfestighcit. Rohdichtc. l3icgele\tighcit. AbreiRfeatig-
Bemgsfeuchlc- Formhc\tiindig- Schimmelpil/e. gehnlt, heit hci Hitie. ticrische WuswxiamplBrandvcrhalten Schdtllinge dillu\ionsverhalten
Wiirmeleit-
fiihigheit
heit. %uglc\tighcit
Tahelle 15-3. Wiiriiieleittiihigheit v o n Wliriiiediimmatollen
N a t l e l i lie\stolf ,.Glnnanl~lt"
Tevtilglasfilaiiiente iitis E-Cila\. mecha-
70- I 7 0 Vliesdichen iii\ch verlc\tigt ohne 6-25 inn1 chemi\che Hinde-
0.032 ( I 0 C ) 0.041 ( I 0 0 C ) 0.056 ('00 C) 0.076 ( 3 0 0 C )
1161 Prul.ting nach DIN 52 h I 3 1471
rnittel 1171 grpriilt nach DIN 5 I 046 14x1 hun\tlichc M incr;iI I.a\crii. Gla\\\ o l l c
I 5-60 0,03-0.04(30 C ) niittlercr E'aserdurcli- 0.045-0.07 ( 100 C ) n1csser 0.06-0. I (700 C ,
4-53 htinstlichc Mineralfu\ern. Steinwollc
11x1
p111
0.03-0.04 (20 C ) mittlcrcr Faserdurcli- 0.04-0.06 ( I00 C ) i11e\scr 6.5 pn1 0.05-0. I ( 2 0 0 C ) 0.08-0.2 (400 C )
30-200
Wiirm k i t liih if he i t \
1181
I I')l
gruppe 040 Schal\\ollc
0.037 ( 2 0 C )
Supcrisolations-~olien-D~itnmstofles. SIFM-Verbitiidsto~f,bestehend a t i s Polyarnidfasern. alutniniumbeschichtetei-Polyesterfolie als retlektierende Innenmenibran. Kleher und Betlockung, gefiihrt. Der Diimmstoff mit einer extrem niedrigcn Rohdichte von I2 kg/ni.' weist eine Wiirmeleitfiihigkeit von 0,028 W/m K bei Normalteniperatur a u f I 141. Ahnlich aufgebaut ist ein W~rineisolationsvliesstoll'fiir flexible Rohrisolati otie n a11s Po I ye st erv 1i es mi t alum i n i u mbesc h i c h teter Pol yes terfol ie it nd Be i m i sc h u ngen aus Wolle oder Holz mit 30-60 kg/m3. iL=0,03S W/m K und Brandklasse B I [ IS I. Wic Tabelle 15-3 Leigt. ist die W2rmeleitfiihigkeit von W5rmediimmstolfen keine Konstante. sondcrn steigt mit der Temperatur.
15.I Isokitiori
549
Bei Decken- und Wandverkleidungen werden dominierend Vliesmatten aus Mineralfaser (Glaswolle, Steinwolle) eingesetzt. Ein Uberblick uber alle Themenbereiche von Mineralwolle ist in [ 181 gegeben. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden Isolationsstoffe insbesondere in der Bauindustrie mit dem Begriff Mineralwolle in Verbindung gebracht. Zu den anorganischen Faserstoffen gehoren solche aus Schlacken, Gestein, Glas und Keramik. Die Herstellung derartiger Fasern erfolgt aus deren Schmelzen nach Blas- oder Schleuderverfahren. Die Herstellung von Platten oder Matten besitzt Analogien zur Herstellung von Vliesen nach aerodynamischen Verfahren. Dabei werden die Fasem auf ein Transportband geblasen, wobei gleichzeitig Binder eingespruht werden. Nach anschlieBender Trocknung werden die chemisch verfestigten Vliese zu Platten oder in Rollenform konfektioniert. Die Struktur ist von den Fasereigenschaften Faserstiirke, -1iinge. -kriiuselung und der Faserschichtung abhiingig. Grundlage fur die thermischen und akustischen Eigenschaften ist die Dichte, die offene Porenstruktur bei kleinem DurchfluBwiderstand. Durch die Bestimmung von Fasereigenschaften, wie Geometrie, chemische Zusammensetzung, Loslichkeitsverhalten, Biobestiindigkeit u. a., besteht die Moglichkeit, Mineralfasem toxikologisch zu bewerten und einzustufen. Diese Bewertung erfolgt in Deutschland anhand der Technischen Regeln fur Gefahrstoffe (TRGS 905 [20])und der Gefahrstoffverordnung (GefstoffV, Anhang V Nr. 7. I ( 21 I). So ist eine Mineralfaser vom Krebsverdacht freigesprochen, wenn sie einen Kancerogenitiitsindex 240 (KI-Konzept der TRGS 905 aufweist oder im Tierversuch uber eine Halbwertszeit <40 Tagen verfugt (GefstoffV). Zur Erkennbarkeit von nicht gefiahrdenden Mineralfaserprodukten im Sinne der TRGS 905 und der GefstoffV wurde auf Initiative der Fachvereinigung Mineralfaserindustrie e.V. die ,.Gutegemeinschaft Mineralwolle e.V. (GGM)" gegriindet. Die GGM ist Inhaberin eines RAL-Gutezeichens ,,Erzeugnisse aus Mineralwolle", welches ausschlieUlich an Produkte vergeben wird, die die Freizeichnungskriterien der GefstoffV erfullen. Die GGM repriisentiert Mineralwollhersteller, deren freigezeichnete Produkte einen Anteil von ca. 90% auf dem deutschen Mineralwollemarkt haben 1221. Einseitig glasvlieskaschierte Klemmfilze aus Mineralwolle dienen der zusiitzlichen Wiirmediimmung von Steildiichern, die uber eine Zwischen- oder Ubersparrendammung verfugen 1231. Robuste, einseitig mit schwarzem Schutz-Glasvlies kaschierte, wasserabweisende Glaswolle- oder Steinwolle-Diimmplatten werden zur aufienseitigen Wiirmediimmung von AuBenwiinden bei hinterlufteten nichttransparenten Fassadenbekleidungen eingesetzt [24]. Bewiihrt haben sich windund wasserdichte, zugleich aber atmungsaktive Dachschutzmaterialien auf Vliesstoffbasis. Erste ,,dampfdurchlassige" Dachbeliige erschienen vor etwa 20 Jahren auf Basis polyurethan- bzw. acrylatbeschichteter Vliesstoffe mit Dampfdiffusionswiderstiinden SC1 von mehr als 30 cm iiquivalenter Luftschichtdicke. Spezielle Spinnvliesstoff weisen heute Werte von SC1<2 em auf [ 2 5 , 261. Im Fufibodenbereich kommen geeignete Vliesstoffe unter schwimmenden Estrich- bzw. unter Parkett- und Teppichboden zum Einsatz. Bedingt durch entsprechende Elastizitiit wird bei Teppichboden durch diese Unterlagen die Lebensdauer verliingert. Die gute Wiirmeisolation der Vliesstoffunterlage bewirkt ein behagliches FuBwiirmeempfinden des Teppichs.
Schallisolation Der Schallschutz im Bauwesen und StraBenverkehr ist ein weiteres sehr bedeutendes Einsatzgebiet geeigneter Vliesstoffe. Der Larmpegel ist allgemein in der technisierten Umwelt um ein Vielfaches gestiegen. Millionen Menschen mussen am Arbeitsplatz hohe Gerausche ertragen. Unangenehm werden diese ab 55 dB. gefiihrlich fur die Gesundheit ab I20 dB [27]. Primiire SchallschutzmaBnahmen greifen direkt an der Schallquelle an. Viele Schallschutzprobleme lassen sich damit aber nicht ausreichend losen. Erforderlich ist daher auch ein sekundiirer Schallschutz, der in die Ubertragungswege der ausgesendeten Schallenergie eingreift. Unter Schallabsorption (Schallschluckung) wird die Umwandlung von Schallenergie in Wiirme verstanden. Porose, offenzellige Stoffe, wie beispielsweise Mineralwolle, sind besonders gut geeignet. Die Energieumwandlung erfolgt im wesentlichen durch Reibungsvorgange im Absorbermaterial (281. Unter Schalldiimmung wird die Behinderung der Schallubertragung zwischen zwei abgegrenzten RYumen verstanden. In den meisten Fallen erfolgt die DYmmung durch schallreflektierende Hindernisse. Prinzipiell kann eine Minderung der Schallubertragung aber auch durch schalldiimpfende Maonahmen eriielt werden I28 1. Trittschall, aber auch Larm, kann des weiteren uber Decken und Wiinde ubertragen werden und in Nachbarrzumen wieder als Luftschall abgestrahlt werden. Kann die Entstehung nicht durch schwingungsoptimierte Konstruktionen der Storquelle beseitigt werden, mu13 diese von der Umgebung durch Lagerung bzw. Verbindung uber ein ,,Feder-Masse-System'' elastisch entkoppelt werden. Fur den Trittschallschutz eignen sich Diimmstoffe mit niedrigen dynamischen Steifigkeiten, deren Prufung nach DIN 52 214 1291 erfolgt. Europiiische Harmonisierungen von technischen Vorschriften erfassen zunehmend auch den Schallschutz, wobei verschiedene Schutzbereiche fur den Schallschutz von Produkten gefordert werden konnen. darunter Schutz vor AuBenlarm und Schutz vor Luft- und Trittschallubertragung im Gebiiudeinneren 1301. Zur Bestimmung von SchallmeBgriiBen ist die Messung im Impedanzrohr. auch Kundtsches Rohr genannt, nach DIN 52 2 15 1-3 1 1 verbreitet. Das Verfahren arbeitet mit senkrechtem Schalleinfall und kann sehr genau die Impedanz, den Reflexionsfaktor und den Absorptionskoeffizienten bestimmen. Weitere MeBverfahren sind beispielsweise die Alpha-Kabine (Schallabsorption bei diffuser Schallfeldbestrahlung), das Gerat Apamat (Messung der Schalldammung von Materialien und Isolationsaufbauten) oder der Kunstkopf (gehorrichtige Aufzeichnungen von Schallereignissen mit Bezug zu WahrnehmungsgriiBen wie Lautstiirke, Ortungswinkel. Tonhaltigkeit) [ 321. Sekundiirer Schallschutz im Innenbereich ist wichtig bei Schallschutzkabinenwanden und -schirmen, bei abgehangten Deckenkonstruktionen. sogenannte Akustikdecken, oder frei hangenden Raumelementen zur Geriiuschdiimmung und -diimpfung. Der Geriiuschkomfort in Fahrzeugen, sowohl PkW als auch Lkw, hat einen hohen Stellenwert 132, 3.31. Der Einsatz von Vliesstoffen in der Fahrzeugakustik kann dabei von der Motorhauben- und Motorstirnwandabsorption uber die Stimwanddiimmung und Bodenbeliige bis hin zu Seitenauskleidungen und Dachhimmel reichen (siehe auch Abschnitt 15.5). Grundlegende theoretische Betrachtungen zum Schallabsorptionsverhaltens von Vliesstoffen fuhren Shopshani und Yakubov [34] durch. Basierend auf der Theo-
rie von Zwikker und Kosten [35] zur Schallausbreitung in porosen Medien werden numerische Verfahren zur Berechnung des Schallabsorptionsgrades von Vliesstoffen angegeben. Fur Nadelvliesstoffe und chemisch verfestigte Vliesstoffe unterschiedlicher Faserorientierung, Dicke bis 10 cm und hoher Porositat aus Polyacryl-, Baumwoll- und Polyesterfasern, werden im Frequenzbereich von 100 bis 4000 kHz gute Ubereinstimmungen zu Impedanzrohrmessungen, vor allem im hoheren Frequenzbereich, und Dicke > I ,5 cm erhalten. Feinste Faserstrukturen in Vliesstoffen ermoglichen eine hohe Luftschallabsorption bei geringer Masse und damit hocheffiziente Absorbersysteme, die als Matten oder Formteile eingesetzt werden konnen. Durch die Kombination rnit Schwerschichten ist es moglich, leistungsfahige Feder-Masse-Systeme herzustellen, die im Vergleich zu herkommlichen Materialien 30 bis 50% leichter sind. In [36) wurde nachgewiesen, daB die Schallabsorption von Tuftingteppichen bei Riickseitenverstbkung rnit Nadelvliesstoffen deutlich erhoht werden kann. HaupteinfluBfaktor ist die Vliesstoffdicke, weniger relevant ist die Faserart. Der Vliesstoff ,,Paraphon" [37] wird nach einem Spezialverfahren rnit zwei unterschiedlichen Dichtebereichen im Vliesstoffquerschnitt verdichtet. Der Vliesstoff hat im Frequenzbereich vieler technischer und raumakustischer Gerausche bei entsprechender Anordnung einen mittleren Schallabsorptionskoeffizient von a (0)>0,8 zwischen 250 und 2000 Hz und ist rnit seinem geringen Gewicht fur den Leichtbau geeignet. Die auf Absorption basierenden Dampfungseigenschaften im hochfrequenten Bereich werden rnit denen von Resonatoren im niederfrequenten Bereich in einem einzigen Vliesstoff vereint. Dadurch konnten breitbandige Dampfungseigenschaften realisiert werden, die ansonsten nur rnit voluminosen porosen Absorbern, z. B. Mineralfasermatten, erreicht werden. Speziell entwickelte Vliesstoffe konnen mehrere schallabsorbierende Funktionen ubernehmen. Bei Einsatz leichter Akustikvliesstoffe unter Flachdachern wird nachgewiesen, daB das bauphysikalische Verhalten gunstig ist. Es werden die Kondensationsgefahr vermindert sowie Warmedehnungen und Temperaturspannungen reduziert.
15.1.2
Elektro
Die Elektroisolation dient der galvanischen Trennung von leitfahigen spannungsfuhrenden Teilen einer elektrischen Anlage oder eines Gerates untereinander oder von Erde. Durch die Isolation werden Fehlerstrome und Energieverluste vermieden, gleichzeitig wird ein Beruhrungsschutz erreicht. Die Isolierstoffe mussen eine sehr niedrige Leitfahigkeit aufweisen und durchschlagsfest sein. Daneben sind mechanische und thermische Funktionen zu erfullen, wie geringe Alterung, Feuchteund Schmutzschutz. Schafer gibt in [ 391 einen umfassenden Uberblick, wie in den verschiedensten Formen und Verarbeitungsstufen Vliesstoffe in der Elektroindustrie vom Kleinstrelais uber Telekommunikationskabel, Normmotoren und Traktionsmaschinen bis zu GroBgeneratoren uber 25 kV Nennspannung eingesetzt werden. Im Elektromaschinenbau und Elektromotorenbau finden Vliesstoffe in erster Linie zur Herstellung
von Dielektrika, d. h. von Isolierstoffen Verwendung. Dieses kann in1 unmittelbaren Einsatz durch Impragnieren mit Isolierharzen oder -lacken zur Erzielung hoher dielektrischer Festigkeiten geschehen. Alternativ ist eine Weiterverarbeitung bei den Herstellern von Fliichenisolierstoffen miiglich. Folgende wesentliche Forderungen mussen Vliesstoffe fur die Elektroindustrie erfiillen: -
gute Saug- und Impragnierfiihigkeit meist hohe mechanische Festigkeiten geringe Feuchteaufnahme hohe GleichmiiBigkeit gute Vertriiglichkeit mit Isolierharzen iind -lacken absolute Reinheit geringe dielektrische Verluste und als Kriterium von immer groBerer Wichtigkeit hohe Dauertemperaturbestandigkeit im elektrotechnischen Sinn
Die Dielektrizitatszahlen fur Fasern und weitere gebrfuchliche Materialien enthiilt Tabelle IS-4 1401. Da der Trend bei Elektromotoren zu immer geringerer Leistungsmasse und kleinerer Dimensionierung fiihrt, entsteht elektrische Wiirme. welche die verwendeten lsolierstoffe aushalten mussen. Isoliervliesstoffe werden deshalb vorwiegend auf Basis Polyester- oder aromatischer Polyamidfaserstoffe hergestellt. Diese Faserstoffe erfullen ini wesentlichen die getorderten dielektrischen iind thermischen Eigenschaftsanthrderungen. Die daraus hergestellten Vliesstoffe sind nach VDE 0530. Anhang I1 [ 4I I, als hochtemperaturbestandige Fliichenisolierstoffe anmsehen iind je nach Zusammensetzung in den Isolierstoft~lassen B. F und H fiir Grenzteniperaturen 130 C. 155 C bzw. 180 C ziilassig 139). Die Forderung nach Reinheit im elektrolytischen Sinn kann n u r erfullt werden, wenn zur Bindung der Vliesstoffe nur wenig bzw. kein Bindemittel iind chemische Agenzien Anwendung tinden. Eingesetzt werden Verfahren der thermischen Bindung und der Vet-nadclung. Damit kiinnen Produkte erzielt werden, die eine Leitfiihigkeit des wiiBrigen Auszugs (nach DIN 7743 1381) von 10 11scni ergeben 139). Der EinsutT von Haftvermittlern kann entfallen. da beide Faserstoffe aufgrund ihrer chemischen Verwandtschaft zii den ublichen Triinkmitteln, wic ungesiittigten Polyesterharxn. Epoxidharzen. Esterimidharzen oder Polyimidlacken sich durch giite Affiriitiit auszeichnen. Bei Verwendung v o n Vliesstoffen auf E-Glasfaserbasis. welche in begrenztem Umfang insbesondere zur Herstellung voti SchichtpreBstoffen diet i en. ka t i n aii f die Verwendu n g e i ner haft m i t tel h al t ig en Sc h I i c h t e n ic h t v e r i~ c h t et werden. Im Vergleich zu anderen Fliichengebilden zeichnen sich Vliesstotfe im Elektroisolationsbereich durch uberragende Impriignierfiihigkeit aus, welche nach Triinkung und Hiirtung der zit isolierenden Teile eine hohe Lagentestigkeit und damit auch dielektrische Festigkeit bewirkt. So werden Vliesstoffe beispielsweise verwendet bei der Fet-tigung von
'
-
-
Dre hs t ro mmotoren kleinerer iind mitt lerer Baiigriilk ( I sol ierst oftklassen B und F) zur Phasentrennung in Statoren. als Wickelkoptbandage oder als triinkfiihige Unterfutterung von Liiufern Gleichstronimaschinen zur Spulenisolation
-
-
Grolhotoren und Generatoren zur Distanzierung im Wickelkopfbereich. als Triiger und Abdeckung von Glimmerpapieren und Spaltglimmerbiindern bei Hochspannungswicklungen Transformatoren zur Isolation von PrimBr- und Sekundiirwicklungen GroBmagneten zur Lagenisolation der Feldspule Kabeln zur Distanzierung von Leiterstrangen und als Abstandshalter in Muffen Hochspannungskabeln als Potentialausgleich zwischen Schirm und Isolierung
Vliesstoffe in ungetriinkter Form sind noch nicht als eigentliche Isolierstoffe anzusehen, da die Resistenz gegen elektrischen Durchschlag ohne ImpYgnierung verhiiltnismiil3ig gering ist. Fur die Herstellung von Isolierstoffen sind sie von grol3er Bedeutung, so z. B. zur Fertigung von -
flexiblen Mehrschicht-Isolatoren Prepregs Glimmerbiindern
Tahelle 15-4. Dielektriiitatsiahlen lur Fascrn tind weitere gehriuchliche Dielehtrika ;ius 1401 Material
i:
kH/
Erginlungen
3.2 (O
Luli ( 0 C ) Wasscr ( I X C )
Baumwollc
I
Bnumwolle
IS00
Viskose Acctat
I I 1 1
Wolle
Polyamid 0.6 Polyarnid 6.6.6 Pol yamid 6.6.6 Polyimid Polyacryl (Orlon) Polyester (Dacron) Polyvinylidenchlorid (Saran) Polypropylen Fluoro Poly;icryl (Nitron) Pol y st y re n Polyvinylchloritl Glnsscide E-Glasscidc A-Glawide D-Glasseitle
Glas G ti inn1i. roh Por/el I:un
PhenolprelShar/ + Ashest PhcnolprelShari + Textillasern Phcnolprel.(har/ ohne Ftillung Kcrnmischc Speiialmassen
* hei 65%'r.L. (r.L.=relativc Luftlcuchte)
0.05
3.6 (0% r.L.) 5.4 2.6 (0% r.L.) 3.0 2.7 (0% r.L.1 3.5 2.5 (0% r.L.) 2.9
(45% r.L.) (45'k r.L.) (45% r . L ) (45% i-.L.)
I000
0.06 I I I
2.X (0% r.L.) 3.3 (45'X r.L.) 2.3 (0% r.L.) 2.3 (4.5% r.L.) 2.9 (0'2 r L ) 2.9 (45% r.L.1
bei Querlage / u den Kraltlinien 2.0 hci Querlage / u den Kralilinien I .73 hei Querlage /ti den Kralilinien 3.17 I500 I I000 I000 I000 I500 0.8 IS00 0.8 0.8 0.8
3.7 (0% I L . ) 3.7 (45% r.L.)
ltir hoch freq ucnitechn. Ei insat/
Bezuglich der Vliesstoffverbunde fur die Anwendungen in der Elektrotechnik wird auf Schiifer 142 I verwiesen. Die tlexiblen Mehrschichtisolatoren, sogcnannte DMDs, sind dreischichtige Verbundstoffe, die durch beidseitige Verklebung von zwei Vliesstoffschichten auf eine Polyesterfolie entstehen. Derartige Verbunde kombinieren in idealer Weise die Eigenschaften der trankfahigen Vliesstoffe mit denen der dielektrischen, spannungsfesten Polyesterfolie fur den Einsatz im Elektromotoren- und Transformatorenbau. In der Kabelindustrie (Herstellung von Energie-, Telefon- oder Lichtwellenleiterkabeln) erfullen Vliesstoffe Fixierungs-, Trenn- und Polsteraufgaben. Quellfahige Vliesstoffe, sogenannte ,,water blocking tapes", Dreilagenverbunde aus Polyestervliesstofftriiger rnit innerer Quellschicht und Tissue-Abdeckung besitzen als wasserblockierende Biinder unter dem Schichtenmantel bei Nachrichtenkabeln oder in isolierten Mittel- und Hochspannungskabeln eine uberragende Bedeutung. Sie dichten bei Wassereintritt im Falle einer Beschiidigung des Kabelmantels Hohlrlume im Kabelinneren durch starke Quellung sofort ab und verhindern einen Wasservortritt entlang der Kabellangsachse. Der Schaden bleibt auf wenige Meter Kabellange begrenzt. In der Batterieindustrie werden Vliesstoffverbunde als Separatoren fur spezielle Anwendungen eingesetzt. Bewiihrt haben sich vor allem Naljvliesstoffe aus Polyvinylalkoholfasem [42]. SchlieBlich sind Vliesstoffverbunde als lotbadbestandige, flexible Basismaterialien in der Fertigung gedruckter Schaltungen in Anwendung. Vliesstoffe werden im Bereich der Elektroindustrie nicht nur als Isolierstoffe verarbeitet, sondern konnen auch leitfiihig ausgerustet sein. Solche elektrisch leitfiihigen Vliesstoffe werden z. B. zur Potentialsteuerung in Kabeln, als AuBenglimmschutz in Hochspannungsisolierungen zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen oder als Flachenheizleiter verwendet. Mit den1 Einzug der Elektronik in immer breitere Bereiche unseres alltiiglichen Lebens erhiiht sich zwangslaufig der Bedarf an Schutzmahahmen gegen elektromagnetische Storungen (EMV-Schutz, EMV-Elektromagnetische Vertraglichkeit). Dabei geht es nicht nur um sicherheitsrelevante Installationen, z. B. bei Behorden oder militiirischen Einrichtungen, sondern auch um Krankenhiiuser, Banken oder Rechenzentren. Hierfur gibt es die Miiglichkeit der Rauniabschirmung nach dem Prinzip des Faradayschen Kiifigs mittels hochleitf'jhiger Materialien. Sehr erfolgreich auf dieseni Gebiet sind auch Vliesstoffe, leitfahig ausgerustet z. B. durch Kupfer-, Silber-. Aluminiummetallisierung. Eingesetzt werden auch obertliichenmodifizierte Fasern in Vliesstoffen und Geweben, wie kupfer- oder nickelbeschichtete Polyacryl- oder Polyamidfasern. Fasern mit Carbon-AuBenbeschichtung. rnit Kupfersulfid modifizierte Fasern 1431. Das Raumschirmungssystem Shieldex beruht auf einem Nylon6.6-Vliesstoff, der in einem Spezialverfahren permanent mit Kupfer metallisiert wird. Es werden Schirmdiimpfwerte von 40 his uber 80 dB im Frequenzbereich von 4 MHz bis I GHz (gepruft mittels E-Feldmessung nach MIL-STD285) erreicht. Dabei bleiben die Eigenschaften des Nylons erhalten. Das Material ist tlexibel und atmungsaktiv. Der Obertlachenwiderstand betriigt 0,04 Ohm/m'. Mit nur 60 g/m' und 0,l mm Wandstarke ist das Material sehr leicht. Die Verlegung ist der von normalen Tapeten iihnlich 144, 451. Zur EMVSchirmung von Kabelbiiumen und Flachbandkabel wurde ein klebend ausgerustetes, flexibles Polyaiiiidvlies entwickelt. das eine aufgedampfte Schichtenfolge aus Kupfer und Zinn aufweist. Der verwendete Acrylatkleber ist elektrisch gut leitend
15.2 Filtratiori
555
eingestellt, wodurch eine komplette leitfahige Ummantelung von Kabeln ohne Ubergangswiderstande gewahrleistet ist. Im Frequenzbereich von 100 MHz bis 1 Ghz wird eine Schirmdampfung von uber 60 dB erzielt [46].
15.2 Filtration (E. Schmalz, M. Sauer-Kunze, L. Bergmann) Das Gebiet der Filtration ist sehr breit gefachert. Mehr als tausend Anwendungsfalle mit verschiedenen Anforderungsprofilen sind die Grundlage fur unterschiedliche Filtermedien. Neben textilen Flachengebilden werden u. a. Papiere, Weichschaume, Sand, Sintenverkstoffe, Keramiken eingesetzt. Eine der wichtigsten Filtermediengruppen sind die Vliesstoffe. Durch ihre Variationsmoglichkeiten und wirtschaftliche Herstellung lassen sie sich an nahezu alle Filtrationsaufgaben anpassen, wodurch sie bereits 1994 mit 836 Mill. m2 weltweit einen Marktanteil an den Filterprodukten von 89% (siehe Tabelle 15-5) erlangten [50]. Der Jahresumsatz an Vliesstoffen fur die Filtration betrug 1995 weltweit 1400 Mill. US $. Dies bedeutet ein Wachstum gegenuber dem Vorjahr von 100 Mill. US $ und gegenuber 1988 sogar von 600 Mill. US $. Bis zum Jahre 2000 wurden jahrlich weitere wertbezogene Steigerungsraten von 6% envartet. Die Verteilung des Vliesstoffmarktes auf die einzelnen Kontinente und die verschiedenen Vliesstoffgruppen verdeutlichen die Tabellen 15-5 und 15-6. Flachenbezogene Angaben zu den Vliesstofflieferungen fur die Filtration sind der EDANA-Statistik zu entnehmen. Aus den Angaben der Tabelle 15-7 wird ersichtlich, daB die Flussigkeitsfiltration flachenbezogen fur die Vliesstoffproduzenten eine wesentlich groRere Bedeutung besitzt als die Trockenfiltration. Zur wirtschaftlichen Auslegung der Filtermedien sind EinfluBgroBen zu beachten, welche sowohl vom Tragermedium als auch von den abzuscheidenden Partikeln abhangig sind. Tragermediumbezogene EinfluBgroBen sind u. a.: Temperatur Feuchte (fur Trockenfiltration) - Turbulenzgrad - Massenstrom - chemische Zusammensetzung -
Partikelabhangige EinfluBgroBen sind u. a.: deren Aggregatzustand Partikelzusammensetzung (chemisch, biologisch) - PartikelgroBenverteilung - Partikelkonzentration -
Tabelle 15-5. Filtermarkt 1994/199.5 - Jahresverkauf an Rollenware in US$ [SO, 5 1 I Fliichengebildeart
Anteil
Nadelvliesstoff Sonstige trockengelegte Vliesstolfe NaBvliesstolT Meltblown-Vliesstoll Filamentvliesstoff Andere (Verbunde. hybridiihnliche FlashSpinnings, Memhranen. Speiialitaten) Summe
Verhnuf 1995 Mill. rh
Verkaul 1994 Mill. $
c/r
30 14 21
400 I80 270 230
41.5 180
6
80
1I
140
27s 250 8.5 200
I00
I300
1400
Anteil 1988
Anteil 199.5
c/r
%
Verkauf 199.5 Mill. $
18
Tabelle 15-6. Vliesstoffmarkt fur Filter 1995 15 I I Gebiet Europa US AlKanada Japan & Ferner O\ten Mittel- und Siidamerika. Sudafrika u.a. Sum me
41.5 38.5 30
53 I
39,s 37,s 18.5 4,s
SO.5
247 61
I344
I00
I00
Tahelle 15-7. Vlie~~tofflieferungen fur die Filtration in We\teumpo oder aul3erhalb 1.521 Jahr
Vliesstoffproduktion gesamt Mill. rn2
I989 1991 I993 I996
10 507.3 12481.5 1.5 24.5.7 17 S70,6
Flussigkeitsfiltration Mill. ni'
Trocken fi I trat ion Mill.
1006,s
113.4
728. I
237.4
889.4
90 I ,9
in'
171.6
250, I
Anhand der Kenntnis dieser Daten wird ein geeignetes Filtermedium ausgewiihlt. Meist ist dabei aufgrund der gegenlaufigen Anforderungen ein KompromiB einzugehen. Ein hoher Abscheidegrad ist z. B. verbunden mit hoher Druckdifferenz und relativ geringer Standzeit. Zur Ubertragung der Forderungen auf das Filtermedium stehen vielfaltige textile Konstruktionselemente zur Verfugung. Eine der ersten Uberlegungen beim Festlegen auf ein Filtermedium ist die Auswahl des Faserstoffes. Die Art des Faserstoffes beeinflufit entscheidend die physikalische, thermische, chemische und biologische Bestiindigkeit des Filtermediums. Die Faserfeinheit und der Faserquerschnitt sind wichtige Eigenschaften fur deren mechanische Bestandigkeit. Die Porenstruktur und die wirksame Filteroberflache entscheiden uber die Leistungsrihigkeit der Filtermedien. Zum Herstellen moder-
15.2 Filtration
557
ner Filtermedien steht eine Vielzahl von Faserstoffen rnit unterschiedlichen textilphysikalischen Eigenschaften zur Verfugung. Die Auswahl fur den entsprechenden Anwendungsfall hangt vorrangig von der Art der Filteranlage, aber auch von wirtschaftlichen Aspekten ab. Als Fasern wurden friiher vor allem Metallspane und Naturfasern (Wolle, Baumwolle, Zellulose, Asbest) eingesetzt, die in zunehmendem MaBe durch Chemie- und Glasfasern ersetzt wurden. Das Sortiment an Chemiefaserstoffen wurde in den letzten Jahren durch feinere Typen - Bikomponenten-, Splittfasern und Fasern mit speziellen Querschnitten zur Vergroljerung der Oberflache sowie Hochleistungsfasern, super absorbierende Fasern - erganzt. Der Trend geht weltweit zum Einsatz von Feinst- und Mikrofasern rnit verschiedenen Querschnittsformen. Fasern rnit profilierten Querschnitten haben eine hohere spezifische Oberflache, was die Abscheidung von Partikeln rnit einem Durchmesser kleiner 5 pm begunstigt [53].Als EinfluBgroBen auf die textilphysikalischen Eigenschaften daraus gefertigter Vliesstoffe sind die Faserquerschnittsform und die Mikrofibrillierung zu beachten. Feinst- und Mikrofasern werden bei Oberflachenfiltermedien vorrangig an der Anstromseite zur Vergroljerung der wirksamen Filteroberflache, bei Tiefenfiltermedien an der Ausstromseite zur Verfeinerung des Porenlabyrinthes und Abscheidung feinster Staubpartikel angeordnet. Die elektrostatische Aufladung ist in der Oberflachenfiltration ein Risikofaktor, da es durch Zundfunken zu Havarien kommen kann. Zum Ableiten von elektrostatischen Aufladungen werden den synthetischen Fasern Kohlenstofffasern, metallische Fasern oder Fasern rnit metallischem Uberzug beigemischt [54].Sind schadliche Case bzw. Dampfe zu adsorbieren oder Geruchs- und Geschmacksstoffe zu filtrieren, werden zur Filtermedienherstellung Kohlenstoffasern verwendet. Auch Mineralfasern sind fur Filtermedien aufgrund ihrer hervorragenden Filtrationseigenschaften von Bedeutung. Ihr Einsatz erfolgt insbesondere in der HeiBgas- oder Tiefenfiltration. Fur Sonderanwendungen finden zunehmend Hochleistungsfasern, wie Polyimid, Aramid, Polyphenylensulfid, Melaminharz, Anwendung. Nach der Faserstoffauswahl sind das Vliesbildungsprinzip und die Art der Verfestigung festzulegen, welche EinfluB auf GleichmaBigkeit, Dicke, Durchlassigkeit, Festigkeit und Steifigkeit des Vliesstoffes haben. Zu betrachten ist ebenfalls die Wirtschaftlichkeit ihrer Herstellung. Da die Anforderungen an die Konstruktion der Filtermedien in Abhangigkeit von der Anwendung stark differieren, ist es sinnvoll, den Filtermedienaufbau im Zusammenhang mit den einzelnen Filtrationsarten zu besprechen. Die Filtration ist ein ProzeB, durch welchen Partikel aus Stoffgemischen der Zusammensetzung fest/gasformig, gasformig/gasformig, flussig/gasformig, f e d flussig oder fliissig/fliissig abgeschieden werden. In Abhangigkeit vom Tragermedium wird dabei unterschieden in Trocken- und Flussigkeitsfiltration.
15.2.1 Trockenfiltration 15.2.1.1
Allgemeines
Unter Trockenfiltration wird der Trennvorgang einer partikelformig dispergierten Phase von einer kontinuierlichen Tragerphase, meist Luft oder ProzeBgas, mittels eines durchstromten Filtervliesstoffes verstanden. Daraus resultiert die Unterscheidung in die Abscheidung fester, flussiger und gasformiger Partikel (s. Abb. 15.1). Unabhangig von der Art der Phasentrennung sind zusatzlich Oberflachen- und Tiefenfiltration zu unterscheiden. Oberflachen- beziehungsweise Abreinigungsfilter zeichnen sich durch eine Abscheidung an der Filtermedienoberflache aus und ermoglichen somit ein Regenerieren im ProzeB. Die eigentliche Filterwirkung entsteht durch den sich aufbauenden Staubkuchen. Unterhalb einer Staubkonzentration von 5 mg/m' sind Abreinigungsfilter nicht wirtschaftlich einsetzbar. In einzelnen Fallen kann die Staubkonzentration auch bis auf 1 mg/m' absinken. Tiefenfilter arbeiten meist als nicht regenerierbare Speicherfilter, die nach Siittisung entsorgt werden mussen. Die Filtration erfolgt im dreidimensionalen Faserlabyrinth hoch poroser Medien. Ein Einsatz bei Staubkonzentrationen gr6Ber 1 mg/m3 bis maximal 5 mg/m3 ist meist nicht wirtschaftlich. Im Ubergangsbereich (1-5 mg/m3) hangt die Wahl des geeigneten Systems von den spezifischen Parametem ab. Tabelle 15-8 gibt Anhaltswerte fur die wesentlichen filtertechnischen GrCiDen sowie Hinweise auf die verbreitetsten Filtermedien und Filterbauarten 1551.
-
Einteilungskriterium Kontinuierliche Phase
Trockenfiltration
I fist Staube
Disperse Phase
I
flus'slg Tropfchen
I
Filtermedien
I
Textile Materialien L B Vliesstoffe
I Partikelkonzentration irn Rohgas (Richtwerte Abweichungennachoben und unten moglich)
I gasfdrmig Gase
I
Entstaubungs-
pZZZG1
Vliesstoffe mit sorptiven Materialien z B Aktivkohle Zeolit
I
I
mittel 10-500 pg/m3
niedrig < 1 yg/m'
el-,.. hoch >5 mg/rn'
I
Grobstaubfilter
Feinstaubfilter Tiefenfilter
Abb. 15-3. Einteilungskriterien fiir Trockenfiltration nach VDI 3677/Bl. 2
Schwebstoff-
15.2 Filtration
559
Tabelle 15-8. Abgrenzung zwischen Tiefen- und Oberflichenfiltration hinsichtlich typischer Parameter, Filterbauformen und KenngroRen sowie Faserstoffen und Vliesstoffkonstruktionen Tiefenfiltration
Oberfllchenfiltration
Anwendungsgebiete
Raumluft- und ProzeBlufttechnik
ProzeRluft- und Entstaubungstechnik
Kennzeichnung
Partikelabscheidung erfolgt im lnneren der Faserschicht. Nach Sittigung wird Filter ausgetauscht
Abscheidung erfolgt nach einer Anfangsphase an der Oberfliche des Filtermediums bzw. im sich bildenden Staubkuchen, deshalb Abreiniwng
Staubkonzentration Partikelgrde Temperatur
< I mg/m' meist
>5 mg/m' meist >5-10 pm +20 bis >800 C
Faserstoffe
Glasfasern, Standard-Synthe\efasern (PES, PP), Mikrofasern, Meltblown, Naturfasern, Zellulo\efasern
Standard-Synthesefaserstoffe, Hochleistungsfaserstoffe. Mikrofasern, Mineralfasern, Keramikfasern, Metallfasern
Vliesstoftkonstruktion
voluminiise Vliesstoffe, papierartige Nallvliesstoffe, Verbundvliesstoffe
Gewebe, Nadelvliesstoffe. Filamentvliesstoffe. thermisch gebundene Vliesstoffe, Verbundvliesstoffe
Porenvolumenanteil Faservolumenanteil Flichenmasse
>90 bis >99% niedrig 50 bis 800 g/m'
45 bis 80% hoch 80 bis >700 g/m'
Filterbauformen
Filtermatten, Taschenfilter, Zellenfilter, Kassettenfilter. Filterpatronen
Schlauchfilter, Patronenfilter, Filterkerzen. Kompaktfilter. Taschenfilter, Kassettenfilter
Typische KenngriiBen
nicht abreinigbar
abreinigbar
Anstromgeschwindigkeit Filterflichenbelastung Betriebsdruckdifferenz
O,I-3 m / s 100-10 0 0 m3/m'h 20-500 Pa
5-50 d s 60-300 m3/m'h 500-3000 Pa
Typische Parameter
Der Einsatz von Vliesstoffen in der Filtertechnik sowie die Breite der verfahrenstechnischen Problemstellungen sind so vielseitig, daB hier nur beispielhaft einzelne Anwendungsgebiete, Bauformen und Vliesstoffgruppen betrachtet werden. Bei der Trockenfiltration beruht die Wirkungsweise von Vliesstoffen auf deren Aufbau aus Einzelfasern und deren Anordnung im Vliesstoff. Erwunscht ist eine isotrope Lage der Fasern oder Filamente im Vlies. Die entscheidenden physikalischen Abscheidemechanismen sind Tragheitsabscheidung, direkte Anlagerung (Sperreffekt) und Diffusionsabscheidung, siehe Abb. 15-4 [56]. Diese werden maBgeblich von der Anstromgeschwindigkeit, dem Faser- und Partikeldurchmesser, der Packungsdichte und der Dicke des Filtermediums bestimmt. In Abb. 15-5 sind PartikelgroBenbereiche unterschiedlicher Stoffe dargestellt. Bei vorhandener gegenpoliger Oberflachenladung auf Fasern und/oder Partikeln verbessert sich durch elektrostatische Krafte fur Partikel kleiner 5 pm die Abscheideleistung, wenn die Durchtrittsgeschwindigkeit klein genug ist. Der Siebeffekt ist ausschlieBlich bei Oberflachenfiltern zu beriicksichtigen.
Einzelfaser
Faserschicht
Ahh. 15-4. Schematische Dnrstellung der phy\ikalischen Abscheidemechanisnien nach [ S h ]
15.2.1.2 Funktionelle Anforderungen, Eigenschaften Von Bedeutung fur die Wahl des geeigneten Vliesstoffes sind die verschiedenen Filterbauarten. Bauartspezifisch ergeben sich neben den prozeflbedingten Eigenschaften auch konfektionsbedingte Anforderungen an den Vliesstoff, was hiiufig zu Kombinationen von Vliesstoffen mit anderen Materialien fuhrt. Abb. 15-6 zeigt die durch die Produktionstechnologie beeinflufibaren Eigenschaften sowie die prozefi- und bauartspezifischen, moglichen Anforderungen an Vliesstoffe zur Trokkenfiltration. Weitere Informationen sind den jeweiligen Abschnitten des Buches zu entnehmen. Aufgrund der Vielseitigkeit der Anwendungen und der zugehiirigen Vliesstoffkonstruktionen wird im folgenden nach Oberflachen- und Tiefenfiltration, jeweils unter Beriicksichtigung der Art der Phasentrennung und der prozefl- und bauartspezifischen Anforderungen unterschieden.
15.2.1.3 Oberflachenfilter Oberfliichen- oder Abreinigungsfilter werden bei hohen Massenkonzentrationen (griifier 5 his mindestens 1 mg/m3) uberwiegend im industriellen Abluftbereich (Entstaubungstechnik) eingesetzt. Neben den tilternden Abscheidem kommen Fliehkraftabscheider (z. B. Zyklone), elektrische Abscheider (Elektrofilter) und NalJabscheider (Wascher) zum Einsatz. Die wichtigsten Bauformen der filtemden Abscheider, die mit Vliesstoffen arbeiten, sind Schlauch- und Kompaktfilter sowie Patronenfilter.
15.2 Filtmtion
56 1
Elektrofilter
&
nO
1 0 v)
2
IUltrafiltr, tion
l
l
L
____
Werfiltratic
se
+er Alburnine Pvroqene
Atornr
Viren
-
lien
Metallia tn
RUB
Sdiz-lonen
L
g2! .0
-[sue11 ptisches ikroskop
1
-
I
Kolloi
~
lektronen ikrosko
nm
10nm
1,pnm ( P?rtikelgroc
nm
Abb. 15-5. PartikelgroRenbereiche unterschiedlicher Stoffe
Schlauchfilter Auf dem Filtermedienmarkt fur Schlauchfilter dominieren weltweit Nadelvliesstoffe [57].Ihre Flexibilitat bei der Gestaltung des Querschnittsaufbaus in Verbindung mit einfacher Kombinationsfahigkeit mit anderen textilen bzw. nichttextilen Materialien macht sie pradestiniert fur die Filtration (siehe Abb. 15-7). Um den Belastungen beim Einsatz als Filtermedium und beim Abreinigen standhalten zu konnen, empfiehlt sich Gewebe als Verstarkung einzuarbeiten. In Europa werden nahezu 100% der Nadelvliesstoffe fur Filtermedien verstkkt, in den USA ca. 75% [SO]. Durch die Integration von Geweben wird die Dehnung der Nadelvliesstoffe deutlich herabgesetzt, wodurch die Flachengebildestabilitat verbessert wird. Das eingelagerte Verstarkungs- und Stutzgewebe hat neben der Erhohung der mechanischen Stabilitat
562
15 Vliesstofe ,fur technische Anwendungen
Stoffeigenschaften der Faser- und Binderpolyrnere - Medienbestandigkeit - Chernikalienbestandigkeit - Quellverhalten - NaOfestigkeit - Ternperaturbestandigkeit Bruchwahrscheinlichkeit - Leitfahigkeit - Flarnrnfestiqkeit
Fasereigenschaften Faserlange - Faserfeinheit - Faserdurchrnesserverteilung - Faserforrn, - oberflache -
Jr ‘Iiesstoffeigenschaften Flachenrnasse Dicke Dichte Porenvolumen verteilung Luftdurchlassigkeit Druckdifferenz Wasserdurchlassigkeit -aufnahrneverrnogen -ruckhalteverrnogen Festigkeit Steifigkeit Zusamrnendruckbarkeit
Konfektionierbarkeit Vernahbarkeit - SchweiObarkeit -
Eigenschaften des Filtermediums Belastbarkeit (Luftdurchsatz Staubanfall Druckdifferenz) - Druckdifferenz Abscheidegrad - Staubspeicherfahigkeit - Abreinigungsverhalten - Standzeit - Dirnensionsstabilitat Medienbestandigkeit -
Abb. 15-6. EintluB der Rohstoff- und Fertigungsbedingungen auf die Eigenschaften des Filtermediums
auch verfahrenstechnische Bedeutung als Sperrschicht. Es bildet eine verdichtete Zone, welche symmetrisch oder asymmetrisch im Querschnitt positioniert ist und sich nachhaltig auf den Filterkuchenaufbau und die Abscheideleistung auswirkt. Zur Erreichung hochster Abscheideeffizienz ist es weiterhin von Vorteil, besonders feine Fasern mit Feinheiten kleiner 1 dtex einzusetzen bzw. die Oberflache des Nadelvliesstoffes mit geeigneten Ausrustungen zu versehen. Die textilphysikalischen Kennwerte und die thermische Bestandigkeit der Nadelvliesstoffe fur Schlauchfilter richten sich nach dem konkreten Anwendungsfall. In Tabelle 15-9 sind Kennwertbereiche fur Nadelvliesstoffe zusammengestellt. Weitere gebrauchliche Materialien fur Schlauchfilter sind mit Bindemittel adhasiv oder thermisch verfestigte Vliesstoffe mit Flachenmassen im Bereich von 200600 gkm’.
15.2 Filtration
563
Abb. 15-7.Querschnitt eines Nadelvliesstoffes zur OberflPchenfiltration
Tabelle 15-9. Textilphysikalische Kennwerte von Nadelvliesstoffen fur die Filtration [SO] Parameter
Einheit
Kennwert
Flichenmasse Dicke Rohdichte Porenanteil Luftdurchlissigkeit Hiichstzugkraft
gtm’ mm g/cm ’
200-2200 0,7-3,s 0, I 1 4 . 7 2 60-93 40-500 650-2600 500-2600 I 1-64 12-79
lings quer Hiichstzugkraft-Dehnung ling\ quer
%
Itm’s N R
Von Vorteil fur die Filtermedienherstellung sind die realisierbaren dunnen Vliesstoffschichten ohne Ubergangszone und der mogliche Aufbau mit unterschiedlicher Dichte. Der Dichteverlauf und die Kompaktheit sind durch entsprechende Fasermischungen an die Anwendung anpaflbar. Ein weiterer Vorteil ist die entstehende fusselfreie und glatte Anstromseite. Uber die Harte des Vliesstoffes, welche zur Gewahrleistung der Eigensteifigkeit notwendig ist, entscheiden die Art und die Menge des Bindemittels. Zu einer hohen Eigensteifigkeit fuhren z.B. Latex-Bindemittel. Auch antistatische Textilhilfmittel konnen bei der Verfestigung zugesetzt werden. Eine wachsende Verbreitung findet die Verfestigung mittels Bindefasern. Ihre Anteile richten sich nach der geforderten Festigkeit und Steifigkeit. Die Verfestigung von Vliesen mit Bindefaseranteilen erfolgt vorzugsweise durch Thermofusion oder Thermobondieren. Die Art des Faserrohstoffes ist wiederum von der Anwendung abhangig. Die Anstromgeschwindigkeiten liegen oft unter 3 c d s . Das entspricht einer Filterflachenbelastung von l 80 m’/m2h. Entscheidend fur die Wirksamkeit dieser Filtermedien ist, dal3 diese einen hohen Anfangsabscheidegrad erreichen und in kurzer Zeit den Staubkuchen aufbauen. Die vergleichende Priifung solcher Materialien kann nach VDI 3926 erfolgen [ 5 8 ] (siehe auch Abschnitt 18.3.5). Erst eine ausge-
Ausrustungsvarianten
thermische Behandlung
chemische Behandlung
thermofixieren sengen glatten verdichten pragen
antiadhasiv hydrophoploleophob antistatisch schwer entflammbar chernisch bestandig plissierfahig mikroporos Dulverbeschichtet
Abb. 15-8. Ausrustungsvarianten fur Filtervliesstofle [S9]
prigte Oberflgchenfiltration ermoglicht auch bei klebrigen Stauben eine effektive Abreinigung, meist mit DruckstoB (Puls Jet) und/oder Riitteln. Diese wird haufig nur durch Oberflachenveredlung oder Vorbestaubung erreicht. Durch geeignete Oberflachenveredlung der Vliesstoffe lassen sich die Standzeit, der Filterkuchenaufbau, das Abreinigungsverhalten und das Filtrationsergebnis entscheidend beeinflussen. Die Ausriistung kann dabei sowohl auf thermischen als auch chemischen Verfahren sowie Kombinationen von beiden beruhen (siehe Abb. 15-8) [591. Durch Thermofixieren werden die Vliesstoffe stabilisiert und innere Spannungen abgebaut. Thermobehandlungen in Verbindung mit aufgebrachtem Druck veriindern die Fasermorphologie und erhohen damit die Bestiindigkeit der Filtermedien gegeniiber aggressiven Stiuben. Die Oberflache textiler Flachengebilde kann glatt und eben, strukturiert und uneben oder fasrig sein. Zur Verbesserung des Abreinigungsverhaltens dienen Modifizierungen der Ausgangsoberflache. Diese kiinnen thermisch mittels Kalandrieren oder Sengen bzw. chemisch erfolgen. Zur Erreichung verbesserter Emissionswerte durch chemische Ausriistung ist insbesondere bei Beschichtungen mit Membranen auf eine feste Verankerung mit der Oberflache zu achten.
Patronenfilter Zum Einsatz in Filterpatronen (siehe Abb. 15-9) wird das Filtermedium sternforrnig gefaltet, wodurch in den kompakten Filterelementen eine groBe Filterflache untergebracht werden kann 160). Die Filtermedien miissen folglich plissierbar sein. Wichtige Qualitiitskriterien sind die exakte Ausfuhrbarkeit des Plissierens, hohe Faltenstabilitiit und ausreichende mechanische und thermische Bestandigkeit. Als Filtermedium werden vorrangig diinne, steife Vliesstoffe mit Flachenmassen im Bereich von 80-300 g/m' eingesetzt. Gebrauchlich sind ganzflachig thermisch verfestigte, papierartige NaBvliesstoffe rneist aus Polyester oder Polypropylen sowie impragnierte Zellulosepapiere. Von grol3em Vorteil sind ihre hohe Festigkeit bei geringer Dicke (0,I und 2,O mm) und fur die Weiterverarbeitung zu plissierten Filtermedien ihre hohe Eigensteifigkeit, wodurch auch bei grol3en Faltentiefen auf Stutzgitter verzichtet werden kann. Mit ihren Eigenschaften eignen sie sich ebenfalls gut als Tragermaterial z. B. fur Meltblown-Vliesstoffe. Aktuelle Entwicklungen basieren auf Kombinationen aus stabilen Tragerschichten und Vliesstoffschichten zur Filtration,
15.2 Filtrution
565
Abb. 15-9. Kombinierte Filterpatrone, Gesamtansicht [h1]
z. B. NaB- oder Filament-Vliesstoffe mit Meltblown-Filterschichten oder Metallstrukturen mit Faservliesstoffen, welche durch energiereiche Wasserstrahlen verbunden werden. Qualitatsverbesserungen und Anpassungen an den Anwendungsfall erfolgen durch gezielte Ausriistungen, analog zu den Schlauchfiltermedien. Zur Abscheidung von flussigen Partikeln, wie z. B. 01- oder Emulsionsnebel werden speziell ausgeriistete Materialien eingesetzt. 15.2.1.4
Tiefenfilter
Tiefenfilter werden fur niedrige Massenkonzentration groBer 1 bis max. 5 mg/m3 und damit uberwiegend im Bereich der allgemeinen Raum- und ProzeBlufttechnik eingesetzt. Im Bereich der Raumluft- und Klimatechnik kommen vollig andere Filtermedien zum Einsatz als im Bereich der Entstaubungstechnik. Dies resultiert im Wesentlichen aus den vorliegenden, deutlich geringeren Staubkonzentrationen und PartikelgroBen. Die Anstromgeschwindigkeiten sind um ein Vielfaches hoher, die Filtermedien sind offenporiger und die Filterflache wird oft durch V-formige Anordnung und Plissieren um ein Vielfaches des Anstromquerschnittes vergrol3ert. Die staubbeladenen Filter konnen aufgrund der Staubfeinheit und der geringen Staubmasse meist nicht abgereinigt werden (vgl. Tabelle 15-8). Zwischen der Entstaubungstechnik und der Raumluft- und Klimatechnik liegt der Bereich der Prozefllufttechnik. Hier konnen Konzentration und PartikelgroBen standortabhangig sowohl Problemlosungen der Oberflachenfiltration als auch der Tiefenfiltration erfordern. In diesem Bereich finden demzufolge nahezu alle Filtermedien Anwendung. Entscheidend fur eine lange Standzeit ist fur die genannten Bereiche der progressive Aufbau der Filtermedien, d. h. eine Schichtung von Fasern unterschiedlicher Feinheit uber den Querschnitt (Abb. 15-10). Durch einen gezielten Schichtaufbau mit Vliesstoffen unterschiedlicher Faserfeinheiten uber die Filterschichtdikke wird eine fraktionierte Partikelabscheidung moglich. Die lineare Abnahme der Faserfeinheit uber die Dicke des Verbundes vergleichmafligt die Partikeleinlagerung. Die Abscheidebedingungen bleiben uber die Tiefe nahezu gleich. Verblockungserscheinungen lassen sich damit weitgehend vermeiden. Eine wichtige Voraussetzung fur einen moglichst geringen Dmckdifferenzanstieg wah-
566
15 Vliesstoffe , f i r technisclze Aiiwendungen
Ahb. 15-10. Vliesstoff fur Tielenfiltratiun (FilterklasscF6) mit progressivem Qurrschnittsaulbau
rend der Bestaubun? und hohe Filtereffizienz sind die Abstimmung der Vliesstofflagen aufeinander und auf das abzuscheidende Aerosol. Vorkommende Konfektionsformen fur Filtermedien sind Filtermatten. Filterzellen und Taschenfilter zur Grob- und Feinstaubfiltration, Kompaktfiltereleniente sowie Schwebstofffilterelemente zur Fein- und Schwebstaubtiltration. Die Abh. 15-1 1 his 15- I4 zeigen Ausfiihrungsfoi-men der GEA Dclbag Lultfilter GmhH. Fiir die vergleichende Priifung und Einteilung der Filter in Grob- und Feinstaubfilter der Klassen GI bis G4 und F5 bis F9 kann die DIN EN 779 herangezogen werden [62], Zur Einstufung i'on Schwebstoffiltermedien der Klassen H 10 bis H I 4 und U15 bis U17 gilt die DIN EN 1822 [ 6 3 ] .Es sei darauf hingewiesen, daR diesc Normen in1 Jahr 2000 als Ncuauflage erscheincn. Von der Filterklassc G 1 his F5 lassen sich bei iiblichen Anstriiingeschwindifhciteri von 1 bis 3 m / s hochvoluminose Vliesstoffe aus synthetischen Fasern oder Glasfasern mit Flachenmassen zwischen 100 und 800 g/m' und Vliesstoffdicken \.on 5 mm bis 40 m m und sogar bis I00 mm einsetzen. Die Vliesverfestigung erfolgt meist adhasiv durch Bikomponentenfasern oder mittels Bindemittel. Neben senkrecht zur Vliesstoffebcnc angestrdniten Filtermatten werden zur Grobstaubfiltration auch konfektionierte Filter/.ellen oder Taschenfilter mit crhiihter Medienohcrlliiche angeboten. Die Filtermedien zur Feinstaubfiltration (Filterklassen F5 bis F9) werden aus Fasern der Feinheit 0.5 bis 20 dtex und mit groflerem Dichtegradienten aufgebaut.
15.2 Filtration
Abb. 15-11. Filterzelle
Abb. 15-12. Filterelement
Abh. 15-13. Taschenfilter
Abb. 15-14. S-Filter
567
Als Faserstoffe werden vorrangig Polypropylen-, Polyester- oder Glasfasern eingesetzt. Zur Erreichung der geforderten Filterleistung werden die Anstromgeschwindigkeiten im Vergleich zur Grobstaubfiltration auf 0,05 bis 0,3 m / s herabgesetzt. Dies wird durch das Konfektionieren der Medien zu Taschenfiltern bzw. durch Plissieren erreicht. Typische Filtervliesstoffe besitzen Flachenmassen zwischen 70 und 180 g/m2. Die Dicke liegt zwischen 2 und 10 mm. Bei NaBvliesstoffen betragt die Flachenmasse 60 bis 120 g/m2 und die Dicke 0,5 bis I ,O mm. Stand der Technik sind in diesem Bereich ebenso Verbundvliesstoffe, welche nach verschiedenen Vliesbil-
dungs- und -verfestigungsverfahren gefertigt werden. Entsprechende marktubliche Vliesstoffverbunde sind beispielsweise: -
-
eine oder mehrere Lagen Faservliesstoff und eine Lage Spinnvliesstoff mehrere Lagen Meltblown-Vliesstoff mit unterschiedlicher Faserfeinheit + Stutzlage (meist schwerer als Filterlage) aus Filament-Spinnvliesstoff thermisch gebundener Faservliesstoff Struto + Meltblown-Vliesstoff [64-661 mechanisch verfestigter Nahwirkvliesstoff Kunit mit verdichteter Maschenseite [ 67-68]
Zur Herstellung von Filtermedien fur die Feinststaubfiltration (Schwebstofffiltermaterialien der Filterklassen H I0 bis U17) werden Feinst- und Mikrofasem eingesetzt. Vertreten sind in diesem Bereich vorwiegend NaBvliesstoffe aus Glasfasern. Diese papierartigen Materialien weisen Flachenmassen zwischen 60 und 120 g/m’ bei Dicken von 0,4 bis 1,0 mm auf. Bei der Konfektionierung werden die Filtermedien plissiert und als Filter mit grol3er Oberflache in Form von Planfilterelementen, Patronenfiltem oder V-Form-Filtem verwendet. Die Anstromgeschwindigkeiten im Bereich von 0,Ol bis 0,05 m/s liegen wesentlich unter denen der Grob- und Feinstaubfiltration.
15.2.2 Flussigkeitsfiltration Unter Flussigkeitsfiltration wird der Trennvorgang von Feststoffen aus Suspensionen mittels eines flussigkeitsdurchlassigen Filtermediums verstanden. Das zu dispergierende System. bestehend aus ungelosten Stoffen in Flussigkeiten, wird als Suspension bezeichnet. Die ausgereinigte Flussigkeit wird Filtrat genannt (siehe Abb. IS-15). Als Trennmittel dient wie auch bei der Trockenfiltration ein Filtermedium. Neben Vliesstoffen kommen als Filtermedien Filterschichten aus Spezialpappen, Gewebe, Membranen, Keramik, Schuttgut (z. B. Sand) und porose Sintermetalle zur Anwendung. Faserstoffe fur textile Filtermedien zur Flussigkeitsfiltration sind Zellulose (z. B. Baumwolle, Viskose), Polyamid, Polyester und Polypropylen.
. Kontinuierliche Phase
(Suspension)
Erhohter Druck
Schwerkraft
1 1 : Trennrnittel
Filter-
kuchen
+ I
Unterdruck
Dispergierte Phase (Filtrat)
Ahh. 15-15. Flucsigfiltratioii 1741
15.2 Filtration
569
Flussigkeitsfiltration
I
I
Klarfiltration
Kuchenfiltration
I
I
,
,
Oberflachenfiltration
Tiefenfiltration
Geringer Anteil an Feststoffen in der Su,spension
I
Relativ hoher Anteil an Feststoffen in der Suspension
I Gleichzeitig Oberflachen- und Tiefenfiltration
Dynarnische Filtration
Abb. 15-16. Einteilung der Flussigfiltration [74]
Die Druckdifferenz, die das Filtrat durch das Filtermedium und den darauf abgelagerten Filterkuchen treibt, kann durch Schwerkraft, Unterdruck auf der Filtratseite oder durch erhohten Druck auf der Suspensionsseite erzeugt werden. Verfahrensbezogen wird bei der Flussigkeitsfiltration in Klar- und Kuchenfiltration unterschieden (siehe Abb. 15-15). Die Abtrennung von Partikeln aus Flussigkeiten mit geringer Massenkonzentration wird als Klarfiltration bezeichnet. Eine wichtige Form der Klarfiltration ist z. B. die Sterilfiltration. Hohe Massenkonzentrationen in der Suspension erfordern eine Kuchenfiltration. Weiterhin wird abhangig vom Ablauf der FestFlussig-Trennung in drei Filterarten unterteilt (siehe Abb. 15-16). Bei der Oberflachenfiltration erfolgt der TrennprozeB mechanisch durch Abtrennen der Feststoffe aus der Suspension auf der Obefflache des Filtermediums. Eine Art der Oberflachenfiltration ist die Siebfiltration. Bei der Siebfiltration wird der Feststoff an den Offnungen des Filtermediums zuriickgehalten, ohne dal3 sich ein Filterkuchen aufbaut. Bei dieser Filtrationsart konnen nur Partikel zuriickgehalten werden, die groBer als die Offnungen des Filtermediums sind. Die abgeschiedenen Partikel werden vom Filtermedium entfernt, bevor sich ein Filterkuchen aufbauen kann. Eingesetzt wird die Siebfiltration zur Abscheidung grober Feststoffe aus Flussigkeiten. Filtermedien sind Lochplatten oder Siebe. Eine Sonderform der Obefflachenfiltration ist die dynamische Filtration, z. B. Crossflow-Filtration. Wird der abzutrennende Feststoff im Inneren des Filtermediums zuruckgehalten, handelt es sich um eine Tiefenfiltration. Dabei dringt der Feststoff in die Zwischenraume des Filtermediums ein und wird sowohl mechanisch als auch durch Oberflachenkrafte fixiert. Die Tiefenfiltration ist eine Klarfiltration und reicht bis in den Submikronbereich. Angewendet wird die Tiefenfiltration bei mittleren Filtrationsgeschwindigkeiten und mittleren Driicken z. B. bei der Wasseraufbereitung. Die Regenerierung erfolgt durch Ruckspulen. Tiefenfilter bestehen oft aus Betten von Schuttstoffen, die schichtweise aus Material verschiedener Kornungen aufgebaut sind. Bei der Kuchenfiltration baut sich auf dem Filtermedium ein Filterkuchen auf und tragt zur Filtration bei. Der Filterkuchen verdichtet sich im Verlauf der Filtration,
wodurch die Porositiit abnimmt. Dabei erhoht sich die Abscheideleistung ini engen Zusammenhang mit dem Ansteigen der Druckdifferenz (Filterwiderstand). Anwendungsgebiete sind z. B. die Schlammfiltration, Filtration von Sirup oder Sand. Bei der Auswahl der Filterbauart und des zugehorigen Filtermediums spielen viele EinfluBgriiBen eine Rolle u. a. die Durchsatzleistung, der Feststoffgehalt der Suspension, der geforderte Reinheitsgrad des Filtrats, die PartikelgroBe (siehe Abb. 15-5), die chemische Zusammensetzung der Suspension, die Temperatur, Dichte und Viskositiit der Suspension sowie die geforderte Festigkeit des Filtermediums. Wichtige Parameter zur Beurteilung der Qualitiit von Filtermedien zur Flussigkeitsfiltration sind die physikalisch-chemischen und strukturellen Eigenschaften, wie Porositiit und Porendurchmesser, Wasserdurchlassigkeit und Trennwirkung. 15.2.2.1
Fliissigkeitsfilter auf Vliesstof'fbasis
Zur Auswahl eines geeigneten Vliesstoffes zur Flussigkeitsfiltration sind neben der chemischen und thermischen Bestandigkeit der Faserstoffe (siehe Kapitel I , Faserstoffe), die filtertechnischen Eigenschaften, die Konfektionsart, die Beanspruchung des Vliesstoffes wiihrend des Betriebes und die Wirtschaftlichkeit zu beachten. Die filtertechnischen Anforderungen an die Vliesstoffe sind abhiingig vom Verwendungszweck. An alle Filtermedien steht die Forderung nach hoher Abscheideleistung bei miiglichst geringer Druckdifferenz gegenuber dem Flussigkeitsstrom. Die Abscheideleistung oder Trennwirkung hangt entscheidend von der Faserfeinheit sowie Dichte des Vliesstoffes ab. Bei gleichen Ausgangsparametern Faserstoff, Flachenmasse steigt die Trennwirkung bei Einsatz feinerer Fasern im Vliesstoff. Die Poren werden kleiner. Auch eine grol3ere Vliesstoffdichte fuhrt zu hiiherer Trennwirkung. Die geforderten spezifischen Abscheideleistungen sind von den jeweiligen Anwendungsfallen abhiingig, was die folgenden Beispiele verdeutlichen. Tiefenfiltermedien kommen sowohl in der Flussigkeits- als auch in der Trokkenfiltration zur Abscheidung von Verunreinigungen in geringer Konzentration und bei schnellem Durchlauf durch das Filtermedium zur Anwendung. Beispiele sind die Milchfiltration und die Filtration des Trinkwassers fur den Haushalt. Hohe Feststoffkonzentrationen in der Suspension erfordern Vliesstoffkonstruktionen, die eine Oberfliichenfiltration gestatten. Anwendungen, bei denen zur Erreichung der geforderten Abscheideleistung ein Filterkuchen notwendig ist, liegen vorwiegend im industriellen Bereich. Ein Beispiel ist die Filtration von Emulsionen bzw. Kuhlmitteln in der Metallbearbeitung, bei der mit Vliesstoffen bestuckte Bandfilter eingesetzt werden. Weitere Anwendungsrichtungen von Vliesstoffen in unterschiedlichen Konfektionierungsformen und Filterapparaturen sind: Wasch- und Entfettungsbader, industrielle Abwiisser, Phosphatierbader, Umlaufwasser aus Lackabscheidern, Schneidole, Hydraulikiile. Den breitesten Einsatz in der Flussigkeitsfiltration besitzen Nadelvliesstoffe. Sie werden sowohl zur Tiefen- als auch Oberfliichenfiltration eingesetzt. Dabei werden homogene Nadelvliesstoffe oder mit Tragergeweben verstiirkte Nadelvliesstoffe verwendet. Die Filtrationseigenschaften werden durch den Vliesstoff bestimmt.
15.2 Filtration
57 1
Die Anforderungen an die Festigkeit und Dehnung gewiihrleisten mittig oder asymmetrisch eingearbeitete Gewebe. Zur Verbesserung der Abscheideleistung der Vliesverbundstoffe sind Ausriistungsverfahren wie Sengen, Kalandrieren oder chemische Oberfliichenmodifikationen gebrauchlich.
15.2.2.2 Bauarten fur Flussigkeitsfilter Gebrauchliche Filterbauarten mit Vliesstoffiltermedien in der Flussigkeitsfiltration sind Bandfilter, Beutelfilter, Kerzenfilter und Trommelfilter.
Vakuurn-Bandfilter Abhangig von der Arbeitsweise unterscheidet man Bandfilter (siehe Abb. 15- 17) mit und ohne beweglicher Vakuumpfanne. Vakuumbandfilter RT (Reciprocating Tray = bewegte Nutsche) zeichnen sich durch eine fahrbare Vakuumwanne Bus. Die kontinuierlich laufenden Filterbander werden beladen und entwassert. Der trockene Filterkuchen wird anschliefiend abgeworfen. Vor dem erneuten Einsatz wird das Filterband gewaschen. Einsatzgebiete sind die chemische und pharmazeutische Industrie, die Nahrungsmittelproduktion sowie die Herstellung von Katalysatoren (Puderform). Angewendet werden Vakuum-Bandfilter bei Massenkonzentrationen der Suspension im Bereich von 50-500 g/l. Filtrationsraten liegen zwischen 30-1 500 kg/m2h. Erzielbar sind Restfeuchten im Bereich von 10-80%.
Abb. 15-17. Bandfilteranlage der Pannevis Wiesbaden
Schwerkraft-Bandfilter Diese einfachen, haufig kleinen Filtereinrichtungen verwenden ein Filtermedium, welches auf einer Rolle vorgelegt wird und einseitig ablauft. Die Suspension wird auf das Band aufgebracht. Dabei verbleiben die Feststoffpartikel auf dem Band. Die Schwerkraft erlaubt der Flussigkeit, durch das Filtermedium zu entweichen. Das abgerollte, verunreinigte Filtermedium wird entsorgt. Ein typischer Anwendungsfall ist die Kuhlmittelfiltration.
t3Suspension
Stutzkorb mit Filterbeutel
kFiltrat
Abb. 15-18. Beutelfilter (nach 1741)
Beutelfilter Beutelfilter sind einfache Filtergerate, in denen die Suspension in den Beutel flieBt, die Feststoffe im Beutel zuruckgehalten werden und das Filtrat nach auDen austritt. Der typische Beutelfilter wird in einen Stutzkorb eingelegt (Abb. 15-18). Der Einsatz von Beutelfiltern bietet sich an, wenn die abzuscheidenden Feststoffe aus einer Suspension gutes Filtrationsverhalten zeigen und zur Kuchenbildung neigen. Konzipiert sind sie fur die Oberflachenfiltration mit hohen Filtratdurchsatzleistungen. Als Filtermedium finden Nadelvliesstoffe bzw. Vliesstoffverbunde (Composites), im Bereich uber 100 Mikron Gewebe aus Natur- oder Synthesefaserstoffen und mit einer Dicke im Bereich von 0,5-5 mm Anwendung. Gebrluchlich sind Polyester-, Polypropylen-, Polyamid-, Viskosefasern in Standardfeinheiten und auch als Feinfasern. Beim Einsatz von Nadelvliesstoffen mit einer breiten PorengroBenverteilung erfolgt im Gegensatz zu Geweben die Filtration im Inneren des Filtermediums. Das Regenerieren durch Waschen oder Spulen ist deshalb nur bedingt moglich. Die von verschiedenen Herstellern angebotenen Beutelfiltergehause basieren auf Standardabmessungen. Neben Einzelausfuhrungen werden fur groBere Flussigkeitsstriime auch Mehrfachgehiiuse, die 2-20 Filterbeutel aufnehmen konnen. angeboten. Geringe Anschaffungskosten, einfache Wartung, schnelles Auswechseln von Filterbeuteln sind Hauptmerkmale dieser Filterelemente. Beutelfilter werden eingesetzt bei Massekonzentrationen der Suspension im ppm-Bereich und bei Filtrationsdurchsltzen < 80 m3/m’ h. Sie sind als Vorfilter fur Tiefen-, Polizei- oder Ruckspu I ti 1t er gut gee i g ne t .
Kerzenfilter Die Gehause der Kerzenfilter entsprechen prinzipiell denen von Beutelfiltern. Die Filterelemente unterscheiden sich jedoch wesentlich. Filterkerzen werden in verschiedener Form angeboten, z. B. Aktivkohlefilterkerzen, gewickelte Filterkerzen, harzgebundene Filterkerzen, Membranfilterkerzen, metallische Filterkerzen, plissierte Filterkerzen. In plissierten Filterkerzen werden Vliesstoffe als Filtermedium
15.2 Filtration
513
Abb. 15-19. Plissierte Filtet-kerze rnit tinem Vliesstoff-Metall-Verbund
erfolgreich eingesetzt. Bewahrt haben sich insbesondere Filament- und MeltblownSpinnvliesstoffe. Auch neue wasserstrahlverfestigte Verbundvliesstoffe bieten sich an (Abb. 15-19). ,,Sprayspun"-Kerzen, welche in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen haben, werden ebenfalls mittels Melblown-Vliesstoffen hergestellt. Plissierte Filterkerzen eignen sich besonders zur Oberflachen- und Siebfiltration. Ihre grolje Filtrationsflache gestattet geringe Anfangsdruckdifferenzen auch bei hohen Durchsatzleistungen. Filterkerzen stehen, wie auch Beutelfilter, praktisch fur jede Aufgabenstellung zur Verfugung. Die Filtratdurchsatzleistung ist im Vergleich zu Beutelfiltern erheblich niedriger. Zur Auswahl einer geeigneten Filterkerze fur einen bestimmten Anwendungsfall gibt es keine Richtlinien. Die industrielle Nutzung zeigt jedoch steigende Tendenz.
Vakuum-Trommelfilter Das breiteste Anwendungsfeld der kontinuierlichen Filter besitzt traditionell der Trommelfilter (siehe Abb. 15-20). Haupteinsatzgebiete sind Anwendungen rnit hohen Feststoffkonzentrationen z. B. die Grundstoffindustrie, chemische Industrie, Hydrometallurgie und Lebensmittelindustrie. Das Filtermedium, z. B. ein Nadelvliesstoff, ist uber eine Trommel gespannt. Die geschlossene Trommel ist in einem Trog gelagert. Der Trog weist eine Ruhreinrichtung auf und ist wahrend des Betriebes mit einer Suspension gefullt. Die Filterflache wird mit einem Vakuum beaufschlagt, wodurch sich ein Filterkuchen bildet. Die Drehgeschwindigkeit wird durch den Prozelj bestimmt. Der aus der
\ i
J
'
Abb. 15-20. Trommelfilter (nach 1741)
Suspension auftauchende Filterkuchen wird mittels des anliegenden Vakuums gewaschen und entfeuchtet. Filtrat und Waschflussigkeit sind getrennt abfuhrbar. Die Trommelfilter zur Kuchenfiltration werden in Abhangigkeit von der Anwendung mit Schaber-, Schnuren-, Rollen- oder Tuchabnahme des Filterkuchens ausgefuhrt. Die Filtratabnahme bei der Anschwemmfiltration erfolgt mittels Fi1trat:bscheider. Vakuum-Trommeltilter werden mit Filtertlachen zwischen 1- 120 mi bei einem Trommeldurchmesser kleiner 4,s m angeboten.
15.3
Bauwesen
15.3.1 Geovliesstoffe ( K . Liehet-enz) Vliesstoffe werden in der Geotechnik, also im Erd- und Grundbau beim Bau von Verkehrswegen, Gebauden und ErschlieUungsgebieten als konstruktives, permanent oder temporar wirkendes Element zunehmend angewendet. Sie gehoren so zu den Geotextilien, die gemeinsam mit den Geogittern und den Dichtungsbahnen die Produktgruppe Geokunststoffe bilden (Abb. 15-2 1). Gemeinsam ist diesen Produkten, dal3 sie in der Geotechnik, d.h. im Kontakt mit dem Boden oder Fels verwendet werden. Der Boden aber hat als Baugrund (Grundung eines Bauwerkes) und Baustoff (Schuttmaterial eines Dammes u. a.) bestimmte Defizite; er kann nicht oder nur begrenzt Zug- und Scherkrafte aufnehmen, ist in Abhangigkeit vom Wasserandrang leicht verformbar und lagert sich bei hydraulischer und/oder dynamischer Belastung wegen fehlender Strukturstabilitat um. So haben schon unsere Vorvater den Boden verstarkt und mit Schilf, Stroh, Holz u. a. befestigt, gegriindet, gefiltert und draniert. Die Nutzung der Geokunststoffe ist folglich die Fortsetzung dieser alten naturlichen Bauweisen mit unseren heutigen Mitteln. Gerade die Vliesstoffherstellung
Bandchen-
Abb. 15-21. Einteilung der Ceokunststoffe
I
Monofilament- Multifilament-
Spinnfaser-
1 ,
I
I
Elemente
1
II
GewebeVerbundstoffe
II
1
GeostterVerbundstoffe
I
I
4 4. Verbundstoffe
1
2. Geogitter oder gitterahnliche Produkte
Dranelemente
1
I
,
Geokunststoffe i m Erd- und Grundbau
Tabelle 15-10. Verhrauch an Geotextilien
Geotextilien in kt d a w n Vlieastol'lanteil in %,
1990
I995
2000
2005
178 63
2s 1
400 72
514 75
65
hat in den letzten Jahrzehnten eine sturmische Entwicklung genommen, so dal3 textile Strukturen rnit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfugung stehen. Vorwiegend werden Vliesstoffe fur Geotextilien aus Polypropylen oder Polyester in Form von Faser- oder Filamentvliesstoffen gefertigt. In Westeuropa und Nordamerika betragt der Anteil Polypropylen 80%. Das Vernadeln dominiert als Verfestigungsverfahren. Ein anschliel3endes Thermofixieren verbessert die Festigkeitseigenschaften und Dimensionsstabilitat. Nach [99] ergibt sich im Weltmal3stab fur den Zeitraum 1990-2005 ein Verbrauch von Geotextilien nach Tabelle IS- 10. Damit steigt der Anteil von Vliesstoffen absolut und prozentual im Vergleich zu den Geweben, Gewirken oder Gitterstrukturen. Im Kontakt rnit dem Boden werden insbesondere die flachenhafte, dunne, strukturstabile und gleichmal3ige Ausbildung, das Verformbarkeitsvermogen, das Kornruckhaltevermogen bei gleichzeitiger Wasserdurchlassigkeit, die geringe Flachenmasse und das hohe Festigkeits- bzw. Dehnungsverhalten der Vliesstoffe genutzt.
15.3.1.1 Funktionen und Anforderungen Geokunststoffe sollen im Boden als Baugrund und Baustoff bestimmte Funktionen ubernehmen. Daraus und aus dem Kontakt mit dem Boden leiten sich bestimmte Anforderungen ab. Die wesentlichen Funktionen sind in Abb. 15-22 dargestellt. Vliesstoffe werden vorangig zum Filtem, Trennen, Dranen, Schutzen und Bewehren eingesetzt. Als Filter wird der Vliesstoff in der Kontaktzone zwischen zwei Bodenarten unterschiedlicher Kornung oder dem Boden und einem Sickerelement (z. B. Sikkerrohr, Dranstruktur) eingebaut. Unter der Wasserstromung sollen schadliche Kornumlagerungen verhindert werden, eine hohe Wasserdurchlassigkeit aber auf Dauer erhalten werden. Ein geeigneter Vliesstoff mu13 folglich eine hohe Wasserdurchlassigkeit durch die Flache haben, - eine wirksame Offnungsweite aufweisen, die erodierende Komer zuruckhalt suffodierenden Kornern aber den Durchtritt gestattet, - eine Flachenmasse und eine Festigkeit aufweisen, die der mechanischen Beanspruchung durch die Boden und beim Einbau ohne Beschadigung widersteht. -
Als Trennschicht wird der Vliesstoff zwischen zwei Bodenarten unterschiedlicher Komung zur Schichtentrennung eingebaut. Unter dynamischer Belastung und Wasserandrang sollen eine Vermischung und gegenseitige Durchdringung der Boden verhindert und so die mechanischen Eigenschaften des grobkomigen Bodens erhalten werden (Abb. 15-23).
15.3 Bauwesen Trennen
zB
-
Trennschicht unter Schuttungen
Sichern
Filtern
Dranen
Schutzen
- Filter bei Ent-
- Dran bei Ent-
-
wasserungsaufgaben
wasserungsaufgaben
Bewehren
577
Schutz von Dichtungsschichten und -bahnengegen Beschadtgungen
Verpacken
Abdichten
u
zB
-
Bewehrung in Tragschichten - Bewehrung in Erdbauwerken
Sicherung von Boschungen gegen Erosion
-
-
Abdichtung von Untergrundl Unterbau z B Trinkwasserschutzgebieten
-
Urnhullung von Erdstoffen unter Anwendung von Containern, Schlauchen, Sacken
Abb. 15-22. Funktion von Geokunststoffen
'. <
. . . . . . . .
.
. . . . .:.. . . ., ,:. . . . . , . :. . .. ... . . ,.. . .. .. .. . . . . . ./.
,
.
mit Geotextil
I
'
. . . . .. . ' . . . . . . . . . . . . . . , , *. . . - . . . . ,
*
I
1
'
Abb. 15-23. Wirkung als Trennelement
ohne Geotextil
Ein geeigneter Vliesstoff mul3 folglich strukturstabil, aber verformbar sein, - eine Flachenmasse und eine Festigkeit aufweisen, die der mechanische Beanspruchung in der Einbau- und Gebrauchsphase ohne Beschadigung widersteht, - gleichzeitig Filter sein. -
Als Bewehrung wird ein Geokunststoff zwischen zwei oder mehreren Lagen eines Bodens eingebaut.
Die Tragfahigkeit bzw. die Standsicherheit des Bodens wird verbessert, indem der Geokunststoff entstehende Zugkrafte aufnimmt und uber Reibung in den Boden abtragt. Ein geeigneter Geokunststoff mu13 folglich hohe Zugfestigkeiten bei geringen Dehnungen aufweisen, - einen hohen Reibungsbeiwert im Kontakt mit dem Boden aktivieren, - eine der Lebensdauer entsprechende Zeitstandsfestigkeit aufweisen, - widerstandsfahig gegen Beanspruchung sein (s. Trennschicht). -
Als Schufz- und Driinschicht wird der Vlies- oder Verbundstoff im Kontakt zwischen einem Baukorper/Dichtungsbahnen und dem Boden eingebaut. Der Baukorper/die Dichtungsbahn wird vor mechanischer Beanspruchung in der Bau- und Nutzungsphase geschutzt, und anstromendes Wasser wird in der Textilbene abgeleitet. Ein geeigneter Vlies- oder Verbundstoff muB folglich eine wirksame Dicke aufweisen, - formstabil und lastverteilend sein, - eine hohe Wasserdurchlassigkeit in der Ebene haben, - widerstandsfahig gegen Beanspruchung sein (siehe Filter). -
In der Regel werden die Funktionen, wie Trennen, Filtern und Bewehren, kombiniert gefordert, so da13 auch die Anforderungen kombiniert werden. Aus dem jeweiligen Anwendungsfall leiten sich dann bestimmte mal3gebende Textileigenschaften ab, die nach ihrer Bedeutung gewichtet werden konnen. In [92, Tabelle 2 1 sind Anwendungen und Textileigenschaften in ihrer Wichtung dargestellt.
15.3.1.2 Ausgewahlte Anwendungsfalle fur Vliesstoffe Filter in Entwasserungsanlagen von Verkehrswegen Der Vliesstoff wird als Grabenfilter in den Rohrgraben eingelegt und umhullt das Sickermaterial mit dem Sickerrohr (Abb. 15-24).
Grabenfilter
Geotextil
Sickerrnaterial
Sickerrohr
-
Abb. 15-24. Vlie5\toft
a15
Grabenfiltei
15.3 B n u u w m
579
Er trennt den anstehenden zu entwassernden Boden vom Sickermaterial und mulj als Filter - das anstromende Wasser staufrei durchtreten lassen (Wasserdurchlassigkeit), - den anstehenden Boden vor Erosion (Umlagerung und Ausspulung von Stutzkom bei Wasserdurchstromung) schutzen (Erosionssicherheit), - die bei Suffosion (Umlagerung und Ausspulen von Feinkom im Boden bei Wasserdurchstromung) bewegten Feinteile durchtreten lassen, um die Kolmation (Zusetzen) der Offnungen im Geotextil zu verhindem (Kolmationssicherheit). Die Offnungsweite ist folglich nach Filterregeln zu bemessen. Die charakteristische Offnungsweite eines Vliesstoffes wird nach E DIN EN IS0 12 956 bestimmt. Sie kennzeichnet die KomgroBe eines Einheitspriifbodens, von dem 90% durch den Vliesstoff beim NaBsiebversuch zuruckgehalten und 10%hindurchgelassen werden. An die Filtenvirksamkeit und die Widerstandsfahigkeit gegen mechanische Beanspruchung werden entsprechend nach (931 folgende Anforderungen gestellt: 0
Die Filterwirksamkeit auf Dauer (d. h. im Langzeitverhalten) wird durch die Wasserdurchlassigkeit k, >1-1(T3 m/s bei 20 kPA Auflast, - die sich aus der Bemessung der Filtenvirksamkeit ergebende Offnungsweite 0 4 0 . w und - die Filterlange bzw. Dicke bei 20 kPA Auflast von d 2 10. OyO.w ( mm] gewahrleistet. -
Die Widerstandsfahigkeit beim Einbau wird durch 2 I 50 g/m2 Flachenmasse - Stempeldurchdruckkraft 2 1500 N - Dicke 2 10.OYO.w lmml und damit durch die Geotextilrobustheitsklasse GRK 3 nach (921 abgesichert. -
Ausreichende Filterstabilitat wird vorzugsweise mit mechanisch verfestigten = 0,08-0,16 mm erreicht. Da der Vliesstoff Vliesstoffen bei Offnungsweiten 090,w als Grabenfilter sicher vor Erosion schutzt, kann in den Rohrgraben ein Sickermaterial mit hohem Porenvolumen und damit groBer Entwasserungswirkung eingebaut werden.
Trennschicht beim Aufbau von BaustraBen Der Vliesstoff wird zwischen dem anstehenden, wenig tragfahigen Boden und dem Tragschichtmaterial, z. B. Schottertragschicht, eingebaut. Er trennt beide Schichten, verhindert Vermischungen und verringert Verformungen und Spurrillenbildungen (siehe Abb. 15-23). Entscheidend fur die Auswahl ist die Widerstandsfahigkeit des Vliesstoffes gegen die Beanspruchung beim Einbau durch das Schuttmaterial und den Baubetrieb, d. h. die Robustheit. Dieser Vorgang entzieht sich einer Bemessung. Deshalb wird nach 1921 aus empirisch gewonnenen Erkenntnissen eine Einteilung der Vliesstoffe in Geotextilrobustheitsklassen aus der Stempeldurchdruckkraft und der Flachenmasse abgeleitet (Tabelle 15- 1 I). Fur eine bestimmte Beanspruchung durch das Schuttmaterial (Anwendungsfall AS 1 bis 5 ) und eine bestimmte Beanspruchung durch Einbau und Baubetrieb
'lahelle 15-11. Geotextilrohustheitsklassen fur Vliesstolle 1921 Geote*tilrohti\theit\hlasse (GRK)
Steinpeldurchdruckkralt (x-a) kN
Flachenmasse g/m'
20.5 21.0 213
280 2 I00 2150
(x-s)
2250
22,s 23.5
2300
Erliiuterungen: (x-s) - Mittclwert minus Standardahweichung Bei Verwendung der Hdchstlugkraft m r Einstufung wird Lur Berechnung jeweils der kleincre Wert aus L l n p oder Querrichtung iuprunde gelegt.
Tdhelk 15-12. Uher-sicht der Zuordnung der Gcotextilrobustheitshla~sen 1921 Anwendungsfall
Beanspruchungsfall A9 I
AB 2
AB 3
AB 4
GKK 3 GRK 4 GRK 5
GRK 4 GRK 5
~
AS I AS 2
AS 3 AS 1 AS S (
GRK GRK GRK GRK GRK
I 2 3 -1
5
GRK GRK GRK GRK
2 3 4 5
(1)
(1) (1)
I ) Fur diew Anwendungen sind entwcder Baustellenversuche nu\/ufuhren oder die Schuttlagendicke
111 erhiihcn.
(Beanspruchungsfall AB 1 his 4) kann die notwendige Geotextilrobustheitsklasse ermittelt (Tabelle 15-12) und ein entsprechender Vliesstoff nach Stempeldurchdriickkraft und Fllchenrnasse ausgewahlt werden.
Rewehrungselement mit zusatzlicher Trenn- und Filterwirkung im Eisenbahnunterbau Verbundstoffe werden zwischen dem anstehenden, wenig tragfahigen Boden und dern Tragschichtmaterial (Korngemisch) eingebaut (Abb. 15-25). Als Bewehrungselement behindem sie Verformungen, verteilen die Lasten und bauen damit dic Spannungen ab. - Oberbriicken sie begrenzte Bereiche mit geringer Tragfiihigkeit und gewiihrleisten damit ein gleichmiifiigeres und hoheres Tragfiihigkeitsniveau. -
Als Trenn- und Filterelement verhindern sie dauerhaft Vermischungen und schiidliche Kornumlagerungen und erhalten so die Festigkeitseigenschaften der Tragschicht.
Bahnachse Gleisachse U
7
...
~
.
-____
0
--
A1
Abb. 15-25. Verbundstoff im Tragsystem von Eisenbahnstrecken
Als Filter- und Dranelement gestatten sie die Entspannung des ungebundenen Bodenwassers, fuhren es in sich entsprechend dem Quergefalle ab und erhalten so die Tragfahigkeit des anstehenden Bodens. Zusatzlich wird die textile Struktur durch Einlagerung von Feinkomern stabilisiert und aktiviert so eine Verbundwirkung zwischen Boden und Geokunststoff [94, 951. Diese Aufgaben konnen in der Regel von Vliesstoffen allein nicht erfullt werden. Ihre Eigenschaften mussen durch hochzugfeste Fadenlagen in Langs- und Querrichtung bzw. durch einen Verbund mit Geogittem erganzt werden. Ein geeigneter Verbundstoff mu13 zusatzlich eine Flachentragwirkung aufweisen und schon bei geringen Dehnungen eine sofortige Zugkraftaufnahme gewahrleisten [96]. In [93] wurde ein Anforderungsprofil fur Verbundstoffe eingefuhrt. Fur die Bewehrungsfunktion wird gefordert:
- Hochstzugkraft in beiden Hauptrichtungen - Zugkraft in beiden Hauptrichtungen bei 3% Dehnung -
lsotropie der Zugkrafte in beiden Hauptrichtungen
- Maschenweite
240 kN/m 210 kN/m 1 : 1-1 : 1,25 510 mm
Ein weiteres notwendiges Kriterium fur das Reibungsverhalten zum Boden/ Tragschichtmaterial mulj noch entwickelt werden. Fur die Funktion als Trenn-, Filter- und Dranelement wird gefordert: -
Materialart Vliesstoff
- Flachenmasse
2250 g/m'
Wasserdurchlbsigkeit vertikal und horizontal bei einem Prtifdruck von 20 kPa k,kH - wirksame Offnungsweite 090.w
2S-1O4 m / s 0,06-0,20 mm
-
Beide Komponenten des Verbundstoffes sollen moglichst flachig und fur den Nutzungszeitraum dauerhaft verbunden sein.
15.3.1.3 Ausblick Die Nutzung von technischen Textilien im Bauwesen hat eine Reihe bautechnischer Probleme geliist und neue Wirkprinzipien nutzbar gemacht. Die Vielfalt an Anwendungsgebieten von technischen Textilien im Bauwesen macht hier nur eine Darstellung anhand von Beispielen moglich. Nur bei einigen Anwendungsgebieten ist das Zusammenwirken von Boden bzw. Baustoff und technischem Textil schon so durchdrungen, daB es sich einer Bemessung erschliel3t und klare Anforderungsprofile an technische Textilien abgeleitet werden kiinnen. In vielen Anwendungsfallen helfen dem Bauingenieur nur empirisch gewonnene Erkenntnisse, um dem Textilingenieur Anforderungen an technische Textilien und Entwicklungsforderungen deutlich zu machen. Hier eroffnet sich noch ein weites Feld fur fruchtbare Zusammenarbeit. Betrachtet man das Langzeitverhalten, so stellen sich die Fragen nach der Alterungsbestiindigkeit und nach dem Zusammenwirken Boden-Vliesstoff. Bei den derzeit eingesetzten Vliesstoffen aus synthetischen Faserstoffen, insbesondere Polyester und Polypropylen kann von einer hohen Alterungsbestiindigkeit ausgegangen werden, sofern sie die Einbauphase ohne die Funktion beeintrachtigende Schaden uberstanden haben und ausreichend gegen Licht geschutzt sind. Die Empfindlichkeit bestimmter Polymere gegen starke Alkalien, das unterschiedliche Kriechverhalten u. 5.werden bei der Auswahl berucksichtigt. Fur bestimmte Anwendungsfalle, wie z. B. der Erosionsschutz und die Begrunung von Lockergesteinsboschungen, werden ausdrucklich verrottbare Faserstoffe gefordert. Hier liegt ein Anwendungsgebiet fur Naturfasern aber auch fur Recyclingmischungen. Zum Zusamnienwirken von Boden und Vliesstoff im Langzeitverhalten gibt es interessante Ergebnisse. Infolge dynamischer Belastung und hydraulischer Vorgiinge werden Korner in die Vliesstoffstruktur umgelagert. Die Komeinlagerung bewirkt eine Anderung der hydraulischen und textilphysikalischen Eigenschaften der Vliesstoffe. So wird die Vliesstoffstruktur stabilisiert, und das Zugkraft-Dehnungsverhalten iindert sich. Vliesstoffe mit eingelagerten Kornern nehmen schon bei geringeren Verforniungen Zugkriifte auf (Abb. 15-26). Diese und weitere Effekte aus den1 Zusammenwirken gilt es weiter zu untersuchen und im Sinne der geotechnischen Probleme nutzbar zu machen. Dies kann nun auch gezielt erfolgen, um durch Einlagerung von Kiimern/Partikeln spezielle Eigenschaften wie Abdichten, Schutzen, Diimmen, Diimpfen, Fixieren. Binden zu erreichen. So kiinnen bereits im HerstellungsprozeB von Vliesstoffedverbundstoffen KiirnedPartikel eingelagert werden, die dann mit -
Bodenkornern infolge Abstandshaltung eine Schutzwirkung Bodenkiirnern, Feinstbindemitteln oder Chemikalien eine Abdichtwirkung Dungemitteln. Absorbern u. ii. eine bewuchsfordernde Wirkung Chemikalien eine fur Schadtoffe bindende Wirkung ausuben
Eine Abdichtwirkung lafit sich aber beispielsweise auch erreichen, wenn der VliesstofWerbundstoff so konstruiert wird, daB in der Einlaufphase eines Filters durch suffodierende Kiirner gezielt eine Einlagerung (clogging) und damit Abnahmen der Wasserdurchliissigkeit erreicht wird (Kolmationsfilter) 1971.
t
t
I N = Vliosstoff n w E iVliosstoff ordqolrgort
10
10
30
(0
50
60
70
80
90
100
I10
120
-
Abb. 15-26. Verdnderung des Zugkraft-Dehnungs-Verhaltens bei erdgelagerten Proben (Zahlenangaben bedeuten MondJahr)
15.3.2 Dachbahnen, Isolierungen (J. J. Frijlink)
15.3.2.1 Einleitung Vliesstoffe als Grundlage fur bituminose Dachbahnen bilden einen bedeutenden Markt, insbesondere fur diejenigen Vliesstoffe, deren mechanische Eigenschaften auch eine Trlnkung in Bitumen zwischen 180 und 200'C gewahrleisten. Es ist leicht verstandlich, darj friiher cellulosische Naturfasem der bevorzugte Werkstoff war. Ihre Leistungsfahigkeit ist jedoch begrenzt, dafur sind sie billig, was auch heute noch fur Gebiete von Bedeutung ist, in denen der Preis niedrig sein ,,mu13". Spater wurden Glasfaser- und Glasfilamentvliesstoffe eingesetzt. Sie fuhrten zu Verbesserungen der Leistungsprofile bei dem E-Modul, der Entflammbarkeit und waren verrottungsfrei. Glasfasern haben auch heute noch eine bedeutende Position auf dem Gebiet der Dachbahnen, obwohl ihre Eigenschaften, wie z. B. der Durchschlagswiderstand, die Flexibilitat und Dehnung hierfur nicht befriedigen.
Es ist eigentlich erstaunlich, daR Polyesterfasern (Polyethylenterephthalat) - aus einem thermoplastischen Polymer - fur diesen Einsatz eine solch herausragende Stellung eingenommen haben. Dies wird aber schnell verstandlich, wenn ihr Leistungsprofil mit dem Anforderungsprofil fur Dachbahnen verglichen wird [ 98 ]. In Westeuropa haben die Forderungen nach einer besseren thermischen Isolation von Dachern und die hohen Arbeitskosten ab 1970 zu neiien Anspruchen an Abdichtungssysteme gefuhrt. Dazu gehort auch der Ubergang von mehrlagigen Systemen zu einlagigen Bahnen, von denen eine Garantie fur mehr als 10 Jahre Wasserdichtigkeit verlangt wird. Gleichzeitig gewannen mechanisch befestigte Dachbahnen an Interesse und die Forderung nach Hochmoduleinlagen zur Gewahrleistung der Verarbeitungsbedingungen mul3te revidiert werden. Wenn die Dachbahn thermisch vom Gebaude getrennt wird, werden die Temperaturschwankungen, denen sie ausgesetzt ist. relativ groB. Sie konnen in Nordeuropa durchaus zwischen -30 und 60 C schwanken. Die sich zwangslaufig einstellenden Temperaturdifferenzen zwischen Dachbahn und der sie tragenden Dachkonstruktion durfen nicht zu Falten und Rissen fuhren - auch nicht zum ReiBen der bahnenubergreifenden Verbindungen. Auf dem Dach ist die Hauptfunktion der Einlage, die Bitumenmasse zusammenzuhalten und keine grol3en Krhfte zu entwickeln, wenn sie schrumpft oder expandiert. Im Idealfall mul3te die Membran allen Deformationen der Konstruktion folgen. Hier zeigt sich. daR Polyestervliesstoffe in hervorragender Weise die sich ergebenden Anforderungen erfullen. Die grol3ten lokalen Deformationen treten an den Stellen der Dachkonstruktion auf, die ,,arbeiten". Hier brechen Glasfasereinlagen oft, wiihrend solche aus Polyesterfasern die Deformation uberstehen. Dasselbe gilt fur Begehungen des Daches sowie Belastungen durch herabfallende Gegenstiinde. Die sich daraus ergebenden Forderungen nach einem angemessenen Dehnungsverhalten des Dachbahntragers macht auch den Einsatz von Bitumen mit entsprechenden Eigenschaften erforderlich. Heutzutage werden hauptsiichlich polymermodifizierte Bitumen (basierend auf APP. ataktischem Polypropylen oder SBS, Styrenbutadienstyren) fur die Herstellung qualitativ hochwertiger Dachbahnen eingesetzt. Sie zeigen weniger Alterung und verbessern signifikant das Langzeitverhalten, die Hitzebestiindigkeit sowie die Flexibilitiit der Abdichtungsbahnen. Oxidiertes Bitumen wird noch immer fur die Herstellung von Standardprodukten verwendet. Manchmal wird auch ein sogenanntes Sandwichkonzept angewandt, wobei SBS als Deckschicht und oxidiertes Bitumen, das preiswerter ist, als Kernmaterial eingesetzt wird. Die Anforderungen an das Trhgermaterial fur Dachbahnen - die Vliesstoffeinlagen - lassen sich folgendermaRen kurz zusammenfassen: -
sie miissen sich bei der Durchtrankung init Bitumen bewahren und die Gebrauchsanforderungen an die Dachbahn erfullen
15.3.2.2
Marktubersicht
Die Jahresproduktion an Dachbahnen ist aus zwei Grunden schwer abzuschatzen: - Traditionelle Dachbahnen mit Einlagen aus Papier, Filz, Jute usw. werden uberall in der Welt meistens in kleinen Fabriken produziert und nicht ausgewiesen. Sie sind ein potentieller Markt fur Hightech-Produkte.
15.3 Buuwosen
-
585
Rollenmaterial, das in dafur eingerichteten Fabriken produziert wird, ist nicht der einzige Typ von Dachbahnen. In den USA ist BUR z. B. (,,Build-Up-Roofing") eine wichtige Technologie, die rnit Rollenmaterial konkurriert. Bei diesem Verfahren wird die Einlage auf dem Dach in flussiges Bitumen eingelegt.
Tabelle 15-13. Weltmarkt 1998 und EU-Produktion fur Dachbahnen (nur Rollenmaterial) Weltmarkt Millionen m2
EU-Produktion Millionen m'
Traditionelle wie Papier, Filz. Jute
I OOO-2000
200
Glasfaservlies
500
200
Polyestert'aservlies
700
400
Einlagen
In den Angaben fur Polyesterfaservliesdachbahnen sind auch die sogenannten Verbundvliesstoffe enthalten. Sie bestehen aus einer Kombination von Glasfaser-/ Glasfilamentvliesen rnit thermoplastischen Vliesstoffen. Polyestervliesstoff-Typen Polyestervliesstoffe konnen aus Filamenten oder kurzgeschnittenen Fasem hergestellt werden. Ca. 60% sind Filamentspinnvliesstoffe. Die Konkurrenz aus modernen Faservliesstoffen ist jedoch bedeutend. Die Filamentvliesstoffe sind vemadelt und chemisch verfestigt. Die zum Einsatz kommenden Verfestigungsmittel bestehen in der Hauptsache aus waBrigen Dispersionen von Acrylpolymeren. Einige Produzenten setzen dem Bitumen auch noch aushlrtbare Monomere zu, um die Stabilitat wahrend der Bituminierung zu verbessern. GroBe Aufmerksamkeit wird der Reduktion der Formaldehyd-Emissionen gewidmet. Die Aushartung des Bindemittelsystems erfolgt wahrend der Trocknung. Diese Art des Verfahrens wird auch beim Einsatz von Kurzfaservliesstoffen angewendet. Die Filamenteigenschaften werden auf die Anforderungen der Bituminierung ausgerichtet : Der gewunschte hohe Anfangsmodul bei hohen Temperaturen macht eine Spinngeschwindigkeit von ca. 5000 d m i n erforderlich. - Der Einzeltiter der Filamente liegt meist im Bereich von 4 bis 10 dtex, was die Durchtriinkung rnit Bitumen erleichtert. - Die Flachenmasse wird auf Werte zwischen 120 und 300 g/m' eingestellt. Dabei besteht ein deutlicher Trend zu niedrigeren Massen. - Die BUR-Technologie kommt rnit niedrigeren Spezifikationen aus, weil die Vliesstoffe kein Bitumenbad durchlaufen mussen. Oft werden auch vernadelte Vliesstoffe ohne chemische Verfestigung eingesetzt. - Spezialprodukte haben einen beachtlichen Marktanteil: thermisch gebundene Vliesstoffe rnit geringerer Flachenmasse, Kombinationen mit Glasfasergelegen und auch Kombinationen rnit Glasfaservliesen (siehe Abschnitt 15.3.2.5 ,,Trends und Entwicklungen"). -
15.3.2.3 Die Bitumierung von Vliesstoffen aus Polyesterfasern Technologie Die eingesetzte Bitumenmenge pro Quadratmeter Vliesstoff ubersteigt in der Regel das Zehnfache der Vliesstoff-Flachenmasse. Die Bitumierung erfolgt durch Tauchung mit anschlieBender Kalibrierung oder durch Beschichtung. Wenngleich die Tauchung heute noch die fuhrende Technologie ist, wird erwartet, daB die Beschichtung an Bedeutung gewinnt, weil sie den Vliesstoff wesentlich weniger mechanisch belastet. Wenn ein Vliesstoff aus Polyesterfasern bei Temperaturen von ca. 180' C durch ein Bitumenbad gezogen wird, lassen sich Langsverzuge und Breiteneinspriinge nicht vermeiden, die wiederum die Ursache fur instabile Fliichen auf dem Dach sein konnen. Je hoher die Produktionsgeschwindigkeit ist, um so groBer ist das Problem. Nachdem die Dimensionsstabilitat immer wichtiger wurde, wurden auch die Antriebssysteme der Maschinen verbessert und die Zugkrafte auf die Vliesstoffe reduziert. Die Tatsache, daD eine Kraft von 500 N/m einen gewissen Vliesstoff um etwa 0,l% bei 20 C, aber um fast 2% bei 180 C dehnt, macht das Problem leicht verstandlich und erklart auch, da13 noch weitere Verbesserungen angestrebt werden (siehe Abschnitt 15.3.2.5 ,,Trends und Entwicklungen").
Vliesstoffverarbeitung Die Krafte, die wahrend der Fertigung der Dachbahnen auf die Vliesstoffe ausgeubt werden, konnen im allgemeinen zwei Effekte haben: -
-
eine makroskopische Deformation der Vliesstoffstruktur. Sie ist von der Vliesstoffkonstruktion abhiingig und tritt teilweise erst auf, wenn das Bitumen erstarrt und eine Dehnung der Fasern, die zu einer erhohten Orientierung ihrer ainorphen Phase fuhrt, die ,,eingefroren" wird, wenn die Glasubergangstemperatur des Polyesters bei der Abkuhlung unterschritten wird
Auch die Verweilzeit bei erhohter Temperatur wiihrend der Bitumierung kann Strukturiinderungen mit sich bringen. Ihr Beitrag ist abhangig von der ,,thermischen Geschichte des Polyesters" - den Faserherstellungsbedingungen. Alle Stufen beeinflussen die Mikrostruktur der Fasern und damit auch die Eigenschaften des Endproduktes.
Untersuchungen zur Gewahrleistung der Verarbeitbarkeit der Vliesstoffe Das Verhalten von Vliesstoffen bei der Bitumierung IiiBt sich durch folgenden Laborvers uc h erm i t tel n : -
-
-
Herstellung einer genugend groBen Vliesstoff-Probe mit Kennzeichnung der Maschinenrichtung (MD) Belastung der Probe in der GroBenordnung zwischen 500 bis 800 N/m je nach Betriebsbedingungen in MD Einbringung der belasteten Probe in einen vorgeheizten Ofen, dessen Temperatur sich nach den Betriebsbedingungen richtet
15.3 Bauwesen -
-
587
Behandlung der belasteten Probe bei der gewahlten Temperatur - ublicherweise wahrend 10 Minuten Herausnahme der Probe aus dem Ofen und Messung von Langsverzug und Breiteneinsprung ohne Entfernung der Belastung
15.3.2.4 Anforderungen an Dachbahnen mit Tragern aus Polyesterfaser-Vliesstoffen In der Einleitung dieses Abschnittes wurde bereits verstandlich gemacht, dal3 es wunschenswert ist, dal3 Dachbahnen moglichst allen Bewegungen der Dachkonstruktion folgen konnen. Dies fuhrt zur Forderung nach einem niedrigen Elastizitatsmodul. Auf der anderen Seite ergibt sich aus der Beschreibung des Bituminierungsprozesses, dal3 fur diese Herstellungsstufe der Dachbahnen ein hoher Elastizitatsmodul anzustreben ist. Dieser Gegensatz ist charakteristisch fur das Anforderungsprofil der Einlagen aus Polyester-Vliesstoffen. Dimensionsstabilitat Obgleich die Prtifung von Dachbahnen in den verschiedenen Landern, die uber ein Standardisierungssystem verfugen, verschieden gehandhabt wird, wird uberall die Dimensionsstabilitat bei Temperaturen uber der Glasiibergangstemperatur von Polyester (bei 80 bis 90 "C) wahrend mehrerer Stunden (z. B. 24 Stunden) gepriift. Die ermittelten Schrumpf- (oder Stabilitats-)werte sind ein wichtiges Charakteristikum fur Dachbahnen. Sie liegen bei Standardprodukten fur MD um -0,5% und bei Spitzenqualitaten bis 4 , 1 % . In CD-Richtung betragen die gemessenen Werte ca. 0% oder sind leicht positiv. Ziel ist, Dachbahntrager herzustellen, die unter den beschriebenen Bedingungen nicht schrumpfen. In den letzten Jahren wird zunehmend danach gefragt, welche Schrumpkafte auftreten. Sie konnen fur Risse an den Verschweil3ungen verantwortlich sein. Zu ihrer Ermittlung werden entsprechende Muster - einige Meter lang und einen Meter breit - in einem Gestell in einem Ofen hoheren Temperaturen (z. B. 80 C) oder wechselnden Temperaturen (zwischen 20 und 90°C) ausgesetzt.
Isotropie Wunschenswert ware, dal3 ein Tragermaterial fur Dachbahnen in MD- und CDRichtung die gleichen mechanischen Eigenschaften besitzt. Das ist aber wegen der Garnausrichtung bei der Herstellung der Vliesstoffe nicht moglich. Es ergibt sich ein gewisses MD/CD-Verhaltnis, das ublicherweise zu Werten zwischen 1,O und 1,6 im fertigen Artikel fuhrt.
Rein- und Nagelfestigkeit Die Prtifung der Reififestigkeit kann nach 2 Methoden erfolgen. Bei dem Zungenreintest wirken die ReiBkrafte senkrecht zur Vliesstoffflache und beim Trapezoidalspezimentest in der Flache des Vliesstoffes.
Die Schrumpfkrafte, die sich in einer Dachbahn entwickeln, die an der Dachkonstruktion vernagelt ist, konnen durch den Nageltest simuliert werden. Dazu wird eine Probe mit einem Nagel von 2,s mm Durchmesser an ein Gerust angeschlagen.
Durchschlagbestandigkeit Die auf dem Dach verlegte Bahn wird u. U. hoch belastet, z. B. mit einer Leiter oder durch einen herabfallenden Hammer. Diese Beanspruchungen werden durch einen Test simuliert, bei dem ein Gewicht mit festgelegter Form und Abmessung aus vorgeschriebener Hohe auf eine Probe fallt, die auf einer Unterlage mit vorgeschriebener Harte- und Steifigkeit liegt. Die Unterlage wird u. U. noch auf -10 C abgekuhlt. Die dynamischen Priifungen konnen auch noch durch statische erganzt werden. Dazu werden Dachbahnproben mit einem definierten Gewicht Iangere Zeit (z. B. 24 Stunden) bei 20 C belastet.
Entflammbarkeit Der Entflammbarkeit von Dachbahnen ist aus verstandlichen Grunden vie1 Aufmerksamkeit gewidmet worden. Dabei lagen die Schwerpunkte auf: -
Herabsetzung der Enttlammbarkeit des Bitumens Einlagekonstruktionen, die das Durchbrennen der Membran verhindern Einlagekonstruktionen, die den ZufluB von geschmolzenem Bitumen zum Feuer verhindern
Die diesbezuglichen Priifungen von Dachbahnen unterscheiden sich in den verschiedenen Landern heutzutage noch deutlich. Es wird aber eine Vereinheitlichung angestrebt. Von den Dachbahnen mit erhohter Entflammungsverzogerung sollen hier 2 Typen erwiihnt werden: - Dachbahnen mit dunnen Metallfolien, die so mit dem Vliesstoff vernadelt sind, daB die ubrigen Eigenschaften noch angemessen gewiihrleistet werden 1991. - Dachbahnen, die zusatzlich ein Glasfaservlies enthalten, das rnit dem Polyesterfaservlies vernadelt oder durch Bindefasern mit ihm verbunden ist [loo, 101 ].
15.3.2.5 Trends und Entwicklungen Einbringung eines Glasgittergeleges Durch die Einbringung eines Glasgittergeleges von ca. 10 g/m’ bei z. B. 10x 1 0 mm Maschenweite lie13 sich der Breiteneinsprung bei der Verarbeitung von einigen Prozent auf weniger als 0,5% senken. AuBerdem konnte die Polyesterfaser-vliesstoffmasse von uber 200 g/m’ auf weniger als 150 g/m’ reduziert werden [99, 1021. Spannungs-Dehnungskurven von Polyesterfaser-Vliesstoffen mit und ohne Glasgittergelegen zeigt Abb. 15-27. Die Abbildung zeigt deutlich den steilen Anstieg der Kraftaufnahme his zum Bruch der Glasfasergarne bei ca. 3% Dehnung. Die Hohe der Spitze der Spannungs-/Dehnungskurve kann durch die Menge an Glasfasergarnen beeintlufit werden [ 1031. Sie sollte so gewahlt werden, dal!, bei der Verarbeitung im Bitumenbad kein Bruch der Glasfasergarne eintritt.
15.4 Lundwirtschafi
5
589
800
h
20 QC
700
ul
2
600
v
500
I y
180 O
C
400
300 200 100
0
0
20
40
60
Dehnung (%)
Abb. 15-27. Kraft-/Dehnungskurven von PET-Vliesstoffen 175glm' bei 20 und 180 'C mit und ohne Glasgittergelege: - mit Glasgittergelege, - - - ohne Glasgittergelege
Unidirektionale Versthkung Die parallele Einarbeitung von Glasfasergamen - etwa 10 g/m2 in seitlichen Abstanden von 7 bis 10 mm - ist preiswerter als die Einbringung von Glasfasergittergelegen, aber schwieriger, weil die Game in gleichem Abstand und bei gleicher Spannung gehalten werden mussen, damit die nicht selten auftretende ,,Well&keit" vermieden wird [ 1031.
Einsatz yon Laminaten Laminate von Polyesterfaser-Vliesstoffen mit Glasfaservliesen werden zur Herstellung von Dachbahn-Spitzenqualitaten eingesetzt [ 101, 1021. Sie finden Venvendung bei ,,Einzelschicht"-Dachem und zeigen verbesserte flammhemmende Eigenschaften, weil das Glasfaservlies das Durchbrennen der Einlage hemmt. Sie besitzen aul3erdem eine ausgezeichnete Dimensionsstabilitat von -0, I % (MD) und +0,05% (CD).
15.4
Landwirtschaft (H. Fuchs)
15.4.1 Einleitung Vliesstoffe fur die Landwirtschaft, haufig auch als Agrarvliesstoffe bezeichnet, kommen in der Land- und Forstwirtschaft sowie im Gartenbau mit folgenden Zielen zum Einsatz:
Verfriihung der Ernte Steigerung der Gemuse- und Obstqualitat - Erhohung der Ertrage - Erosionsschutz und Begrunung - Renaturierung -
Die Vliesstoffe werden in unterschiedlicher Hohe uber den Boden ausgebracht. Dies erfolgt manuell durch Abrollen oder auch mit Verlegemaschinen. Bei Agrarvliesstoffen dient der Vliesstoff haufig als Speicher- und Transportmedium fur Funktionalinhalte, wie Wasser, Wasserspeicher, Dungemittel und Pflanzensamen. Haupteigenschaften von Agrarvliesstoffen sind: GleichmalJigkeit, ausreichende Festigkeit und Dehnung, Bioabbaubarkeit oder Recycelfahigkeit, Gewahrleistung steuerbarer thermischer Effekte.
15.4.2 Anforderungen an Agrarvliesstoffe Entsprechend den Beanspruchungen der Agrarvliesstoffe werden fur verschiedene Einsatzgebiete auch unterschiedliche Anforderungen gestellt:
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0 0
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Erreichen einer hohen Wasserruckhaltung fur das Keimen von Samen und das Pflanzenwachstum durch Verwenden von Faserstoffen mit hohem Wasseraufnahmevermogen und Einbringen von Superabsorbem. Wihrend Vliesstoffe fur das Bedecken von Pflanzen im Flachenmassebereich von 15 bis 60 g/m’ liegen, betragen die Flachenmassen fur Boschungen und Abhange 100 bis 500 g/m’. Windschutz und Erzeugen eines Mikroklimas zwischen Boden und Vliesstoff, wodurch ein Ausgleich von Temperatur und Luftfeuchte erreicht wird. Gleichzeitig steigt jedoch die Temperatur im Wurzelbereich. Dies fuhrt zur Emteverfruhung. Spate Kulturen werden durch Agrarvliesstoffe wirksam gegen erste Nachtfroste geschutzt. Behinderung des Wachstums von Unkraut. Einbringen von Pflanzensamen und Dungemittel (Depotdunger) in den Vliesstoff, moglicherweise in Kombination mit Superabsorber und Schadlingsbekampfungsmittel; derartige Agrarvliesstoffe sind haufig auch als mehrlagige Verbundstoffe aufgebaut. Verminderung der UV-Einwirkung auf Ptlanzen durch Bedeckung mit lichtabsorbierenden oder -reflektierenden Vliesstoffen (Lichtdurchlassigkeit 80 bis 90% zur Gewahrleistung der Fotosynthese). Erreichen einer optimalen vertikalen Wasserverteilung durch Vliesstoffe mit hoher Transmissivitat und Porositat: die Porositat wird durch Faserstoffmischungen im Bereich I ,0 bis 15 dtex und die Vliesstoffdichte beeinflust. Ausreichende Steifigkeit, Flexibilitat, Formstabilitat, MaRhaltigkeit und Nanfest igkei t . Fungizidausrustung (bis 2% Masseanteil), wobei allerdings die Gefahr einer Bodenkontaminierung vermieden werden muR. Schutz vor Saatverlust durch Wind und VogelfraB und Schutz vor Insekten.
15.4 Lclridwirtschaji 0
0
59 1
Bei Agrarvliesstoffen, die mit den Pflanzen an- und einwurzeln, ist es erforderlich, dalj nach 2 bis 3 Jahren eine Verrottung der Faserstoffe einsetzt. Beim Einsatz von Vliesstoffbahnen uber 5 m Breite ist Schweiljbarkeit erforderlich, die durch Fasern aus Polyolefinen, Polyester, Polyamid, Copolymerisaten oder durch Verfestigung der Vliese mit heiljsiegelfahigen Bindemitteln erreicht wird.
15.4.3 Technologische Verfahren Agrarvliesstoffe werden nach fast allen technologischen Verfahren der Vliesstoffherstellung produziert: Nadelvliesstoffe Nahwirkvliesstoffe (Maliwatt, Malivlies) Thermobondvliesstoffe - wasserstrahlverfestigte Vliesstoffe - Spinnvliesstoffe - Naljvliesstoffe -
-
15.4.4 Anwendungsbeispiele 0
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Ein Naljvliesstoff zur Pflanzenanzucht (Einwurzelhilfe) rnit einer Flachenmasse von 25 g/m2 und einer Dicke von 0,23 mm hat die in Tabelle 15-14 enthaltenen Eigenschaften. Spinnvliesstoffe aus Polypropylen oder Polyester im Massebereich von 10 bis 30 g/m2 werden zur Keimfiihrung und zum Frostschutz der Pflanzen eingesetzt. Diese Vliesstoffe werden auf Anlagen mit einer Breite von 5 m und mehr hergestellt. Fur Feldfruchttunnel werden UV-stabilisierte Spinnvliesstoffe mit 40 bis 70 g/m' eingesetzt. Sie sind wasser- und luftdurchlassig [ 1051. Nadelvliesstoffe aus verrottbaren Reififasem oder aus FlachsNiskose-Mischungen mit Flachenmassen von 250 bis 600 g/m2 finden zur Bodenbedeckung Verwendung, um den Unkrautwuchs zu verhindem. Derartige Vliesstoffe werden auch als Wurzelballenumhullung fur Obst- und Waldbaume und zur Renaturierung von Tagebauen und Industriebrachen eingesetzt [ 1061. Thermisch verfestigte Vliesstoffe im Massebereich 8 bis 25 g/m2 fuhren zu einer Erhohung der Mikrotemperatur um 2 bis 4°C. Sie werden als Bodenbedekkung eingesetzt. Gleichzeitig dienen sie als Schutzfilter gegenuber Parasiten. Vliesstoffsackchen werden auch verwendet, urn hochqualitative Friichte (Pfirsiche, Birnen, Weintrauben) gegen Angriffe von Insekten zu schutzen. Mit superabsorbierendem Gel beschichtete Polyester-Spinnvliesstoffe konnen als Schutz fur Jungpflanzen eingesetzt werden. Als Superabsorber werden Polyelektrolyte und Polyacrylnitrilderivate venvendet. Die Flachenmasse betragt 35 bis 60 g/m2. Der Einsatz erfolgt zur Bedeckung frischer Saaten und zur Feuchthaltung von Wurzelsystemen. Durch das Einspinnen von Starkederivaten in den Polyester-Spinnvliesstoff wird ,,Bioabbaubarkeit" erreicht.
Tabelle 15-14. NaBvliesstol'I lur Pllanzenanmcht [ 1041 Faser\toff Bindemittel Fungkidausruatung Trockcnfestipkeit (N/S c m ) Nal3festigkeit (N15 e m ) Trockendehnung (%) NaBdehnung ( % ) WeitcrreiRfe\tipl\eit ( N ) Luftdurchlihsigkeit (I/s/rn')
0
0
0
Zellstoff. PAN selhstvernetzende\ Acrylal Benzimidozol-Derivat lings 45 quer 35 1Ynpa 20 quer 15 lings 3 quer 5 lings 3 quer 5 lings 1.3 quer 1.4 1300- I600
In China wird beim Anbau von Ginseng zur Vermeidung direkter Sonneneinstrahlung Spinnvliesstoff aus PP eingesetzt [ 1071. Zur Erreichung einer genugend hohen Festigkeit in windigen Berggegenden wird eine Reififestigkeit von 120 bis 140 N/ 5 em in Langs- und Querrichtung benotigt. Dazu ist eine Flachenmasse von 70 bis 80 g/m' erforderlich. Eine optimale Lichtdurchlassigkeit wird durch blaugefarbten Spinnvliesstofferreicht.Um zu verhindern, da13 Wasser durch den Vliesstoff dringt, wird dieser mit einer Polyathylenfolie kaschiert. Bisher wurden Schilfrohrabdekkungen eingesetzt, die jedoch eine geringe Lebensdauer haben und teurer sind. Versuche mit Vliesstoffabdeckungen zur Ernteverfriihung fuhrten in England bei Kohl zur Verkurzung der Reifezeit um 10 Tage. Bei Sellerie fuhrte die Vliesabdeckung zur Ernteverfriihung um 20 Tage [ lO8l. Thermisch verfestigte Polypropylen- und Polyester-Spinnvliesstoffe sind luftund wasserdurchliissig (z. B. Lutrasil und Lutradur der Fa. Freudenberg). Sie sind mit UV-Stabilisator hergestellt und dadurch mehrfach nutzbar. Derartige Spinnvliesstoffe photoselektiver Farbe werden auch zum Bleichen von Salat eingesetzt. Die Flachenmassen von PP-Spinnvliesstoffen zum Schutz vor Wind, Schlagregen, Hagel, WildfraB und Schadlingen liegen im Bereich von IS bis 20g/m'. h e r die Abdeckung ist eine gleichzeitige Bew Frostschutz unter der Abdeckung ist gewiihrt bis -5 'C. Nach wiirme unter dem Spinnvliesstoff gehalten. Tagsuber verhindert die gute Luftigkeit zu hohe Temperaturen und schutzt vor Hitzeschaden. Nadel- und Niihwirkvliesstoffe aus verrottbaren Primar- und/oder Reififasern werden als Begrunungs- und Erosionsschutzmatten und Klimatisierungshilfe eingesetzt. Wahrend des Herstellungsprozesses werden sie mil Pflanzensamen (meist Grassamen), Superabsorber und Depotdungemittel gefullt. Die Fliichenmassen derartiger Vliesstoffe liegen im Bereich von 200 bis 500 g/m' (z.B. Erosionsschutzmatte der Fa. Vlifotex). Die verschiedenen Funktionen kiinnen verschiedenen Vliesstoffschichten zugeordnet sein. Es entstehen dann mehrschichtige Agrarvliesstoffe [ 1091. Die Verfestigung kann auch durch Heifikalandrierung erfolgen [ 1101.
15.4 Lundwirtschafi
593
Tabelle 15-15. Einsatzgebiete von Agrarvliesstoffen in Abhangigkeit von der Flacbenmasse Flichenmasse
Einsatzgebiet
10 his 30 g/m'
Frostschutz Lichtschutz Saatenschutz vor Wildfraa Schutz vor Parasiten Schutz vor Schlagregen und Hagel Ernteverfriihung durch Mikroklima
30 his 150 glm'
Feuchtehaltung von Wurzelsystemen Lichtschutz Wurzelurnhullung beim Transport
150 his 600 g/rn'
Bodenabdeckung gegen Unkrautwuchs Pflanzentragermatte Begriinungsmatte Erosionsschutzmatte Renaturierung
0
Chemisch verfestigte Vliesstoffe aus Baumwolle, Viskosefasern oder Mischungen aus diesen Faserstoffen mit Flachenmassen im Bereich 10 bis 45 g/m2 werden als Abdeckvliesstoff eingesetzt. Als Bindemittel wird Polyacrylat venvendet. Die Vliesbildung erfolgt auf der Krempel. Die Dublierung am Leger betragt 2 bis 7 [I 1 ll.
Fur verschiedene Einsatzgebiete werden Vliesstoffe mit unterschiedlichen Flachenmassen eingesetzt (Tabelle 15-15).
15.4.5 Markttendenz Agrarvliesstoffe gewinnen an Bedeutung. Eingefuhrt sind sie in Landwirtschaft und Gartenbau. Fur folgende Einsatzgebiete besteht weltweit Zuwachspotential: -
Renaturierung in Bergbau-, Steinbruch- und Kiesgrubenfolgelandschaften Schaffung von Wasservorratsgebieten Zuriickdrangung der Versteppung und von Wustengrenzen
Vliesstoffe fur die Landwirtschaft stehen im Wettbewerb mit Folieerzeugnissen aus Polypropylen und Polyathylen. Dabei kommt es nur dann zum Einsatz von Vliesstoffen, wenn die Eigenschaften von Folien nicht ausreichen. Solche Eigenschaften sind: Wasserdurchlassigkeit, Wasserspeichervermogen, Luftausgleich, Lichtisolation und Flexibilitat. Bei Einsatz von Folie besteht auch die Gefahr der mechanischen Beschadigung der Pflanzen durch das ,,Aufschlagen" der Folie auf die Pflanzen. Im Zeitraum 2000/2005 werden in Westeuropa ca. 10000 t Agrarvliesstoffe hergestellt und eingesetzt. 1995 waren es 5000 t. Weltweit betrug die Einsatzmenge 1995 19000 t und 2000 26000t. Fur 2005 wird weltweit mit der Venvendung von 40 000 t Agrarvliesstoff gerechnet 191 1.
15.5
Fahrzeugindustrie (G. Schmidt)
15.5.1 Markt Seit langem ist die Anwendung von Polsterwatten aus ReiBfasern in Fahrzeugsitzen und als Dammaterial im Bodenbereich bekannt. Bis in die 70er Jahre war der Einsatz von Vliesstoffen in der Fahrzeugindustrie bzw. im Transportwesen von untergeordneter Bedeutung. Seit den 80er Jahren ist die Anwendung technischer Textilien im allgemeinen und Vliesstoffen im besonderen kontinuierlich angewachsen. Fuhrend in dieser Entwicklung ist die Automobilindustrie, aber auch Eisenbahn, Luft- und Schifffahrt partizipieren daran. Im Automobilsektor betrugen in den achtziger Jahren die Wachstumsraten bei einzelnen Anwendungsfallen jahrlich uber zehn Prozent. Gegenwartig wird das weitere Wachstum flachenbezogen mit 8,5% [ 1121 und massebezogen als gut his md3ig mit 0,6% 1911 eingeschatzt. Tendenziell zeichnet sich ah, daB sich der Einsatz auf leichtere Vliesstoffe konzentriert. Zu beachten ist ferner, dal3 starke regionale und/oder anwendungsbezogene Unterschiede auftreten. Ebenso unterschiedlich sind die Einsatzmengen pro Fahrzeug, weil je nach deren GriiBe, z. B. Cabriolet, Touring oder Bus, und Ausstattungsstandard - einfach oder luxurios - mehr oder weniger Textilien und Vliesstoffe benotigt werden. Anfang der 80er Jahre war der Innenraum von Autos noch weitestgehend von Kunstleder und Folienverkleidungen mit nur geringem Textilanteil gepragt, wahrend heute die Ausstattung fast nur noch durch textile Stoffe und einen Anteil Leder bestimmt wird. Kunstlederausstattungen spielen in Europa keine und in den USA nur noch eine geringere Rolle. Im Durchschnitt kann davon ausgegangen werden, dal3 in einem neuen Auto heute etwa 40 m' textile Flachengebilde enthalten sind [ 1 131: -
20 m' Vliesstoffe reichlich 5 m7 Sitzpolsterstoff knapp 4 m' Teppichbodenbelag und I 1 m2 andere textile Materialien fur Airbag, Gurte, Kantenschutz, Verkleidungsteile, ggf. Dachhimmel usw.
Der Anteil an Vliesstoffen ist auch davon abhangig, oh der Bodenbelag ein Nadelvliesstoff oder eine Tuftingware bzw. der Dachhimmel ein Malivlies oder ein Gestrick sind. Die EDANA rechnet mit 20 m- Vliesstoffeinsatz je Kraftfahrzeug I1141. Nach ,,Nonwovens Markets" [ 1121 lag der weltweite Verbrauch von Vliesstoffen fur die Autoindustrie 1996 bei ca. 420 Mill. m'. Bei 38,s Mill. Personenfahrzeugen sind das nur etwa 1 I m2 pro Fahrzeug. Fur das Jahr 2000 wird mit einer Produktion von knapp 40 Mill. Personenfahrzeugen gerechnet. Nach Angaben der Organisation Internationale des Constructeurs d' Automobiles (OICA) betrug 1997 die Produktion von Fahrzeugen weltweit 54 Millionen. Davon waren 38,8 Millionen Personenfahrzeuge. Die Restmenge entfiel auf LKW, Stadt- und Reisebusse [ 1 IS]. Der Faserverbrauch betragt fur jedes Fahrzeug 16,7 191 I his 24 kg [ 1 131. Fur die gesamte Fahrzeugindustrie wird fur das Jahr 2000 ein mittle-
15.5 Fuhrzrugindustrir
595
rer Faserverbrauch von 2 220000 t prognostiziert [91]. Die darin enthaltenen Vliesstoffmengen fur die Fahrzeugindustrie werden von einer ausgewahlten Anzahl von Vliesstoffproduzenten hergestellt. Die vliesstoffverarbeitenden Zulieferer der Automobilindustrie sind landerspezifisch durch bestimmte Firmennamen charakterisiert [ I 12, I 16-1 181 und weltweit verteilt. Einen Gesamtuberblick uber die 40 grol3ten Firmen auf dem Vliesstoffsektor gibt Koslowski [ 1 191. Dabei ist zu beachten, daB die Globalisierung der Weltwirtschaft - als neuestes Beispiel fur die Fahrzeugindustrie sei DaimlerChrysler genannt - auch die Globalisierung der Vliesstoffindustrie nicht ausspart. Insbesondere die Autozulieferer haben vornehmlich in den letzten zehn Jahren ein weltweites Netz von Tochterfirmen oder Beteiligungen bzw. Joint-Venture gebildet.
15.5.2 Automobilindustrie Viele Vliesstoffanwendungsgebiete sollen beispielhaft am Automobil erlautert werden. Dabei hat der steigende Vliesstoffeinsatz mehrere Griinde: 0
0
0
0
Die Vliesstoffe besitzen in vielen Anwendungsfallen ein gunstigeres Preis/Leistungs-Verhaltnis gegenuber Textilien aus Faden. Wie einer Patentrecherche zu entnehmen ist, fand in den achtziger Jahren eine intensive Vliesstoffentwicklung fur den Automobilbau statt [ 1201. Durch spezifischen Faserstoffeinsatz und optimierte technologische Verfahren konnen Vliesstoffe mit niedriger Flachenmasse im Vergleich zu Flachengebilden aus Faden gefertigt werden. Bedingung ist die Erfullung der Gebrauchsanforderungen. Damit sind Voraussetzungen gegeben, den spezifischen Kraftstoffverbrauch zu senken, was in der Autoindustrie hohen Stellenwert besitzt. Beim Einsatz thermoplastischer Fasern besitzen Vliesstoffe gunstige thermische Verformungseigenschaften, wobei die dreidimensionale Verformung in erkaltetem Zustand erhalten bleibt. Unter dem Aspekt der Recyclingfahigkeit haben Vliesstoffe dann einen Vorteil, wenn die Polymergleichheit fur die Vliesstruktur und den Verbundstoff gegeben ist. Haufig lassen sich auch im Fahrzeug eingebaute Vliesstoffe leicht demontieren.
In Abb. 15-28 werden die Anwendungsstellen und -arten von Vliesstoffen in Automobilen aufgezeigt, der Einsatz von Geweben, Gewirken und Gestricken aber nicht berucksichtigt. Zu letzterem gehoren Reifentextilien, Airbags. Sicherheitsgurte, Kompositvliesstoffe - z. B. aus Glasfasern - fur festigkeitstragende Elemente. Gegenwtirtig werden Arbeiten durchgefuhrt, weitere Flachengebilde aus Faden durch Vliesstoffe zu substituieren. 15.5.2.1
Eigenschaftsanforderungen
Die Anforderungen an Vliesstoffe im Auto sind abhangig von den Beanspruchungsbedingungen am Einsatzort und der Langzeiteinwirkung. Einen Uberblick uber die in der deutschen Automobilindustrie vereinheitlicht angewendeten Textilpriifverfahren und damit Eigenschaften vermittelt die 1999 erschienene VDA-Richtlinie vom Verein der Autoindustrie. Es werden spezielle
15 Vlirsstoffr,fiir trihnischr Aiiwendurigcri
596
2
1
7
8
ruraeltenvrrhleidung Bordkante - Tiirspiegel - Artnlehne - Unterteil (Turtasche)
3
9 X
~
Somienhlenden ABC-S~iulenverkleidung(Ahdeckung Sicherheitsgurt) Dac hhi m inel ( Fortnhi 111illel) Dachahdimpfung Schiebednch (Dechel) Verdec h Verdeckpol\tcr Hutahlagc L;iut\prccherverkleidung Kollerrauniau~kleidung - Bodenmatte - Seiten (Railhisten) Heckdeckel Ruck\it/wand - Rcserveradmulde -
-
Filter - Lufttiltcr
9
10
5
4
11
12
Motorraum Pufferfilze Motorhaubcnauskleidunp Ruckseite (Spritzwand) Batterieseparatoren Son5tige Isolierungcn
6
13 13
14
Heckwandinnencerkle~dt~i~g
Karosseriehoden untcr Riick4t?.en (RadkaQen a u l k n ) 13
Komhi und Cabriolet: Seitenwandvcrkleidunp (RadkasrenvcrkleIili~nf) - Ladehoden Verdcckkaatennu\lilciduiig Verdeckkii\tendecheI
-
Instrumententafel (-isolierung) Instmnientenrafel-Unterteil
-
10
Stirnwandmatte
II
SitLe: Sitzriickscitenverkleidung - Polsterkaschierung fur Sitzherug und Sitihoden - Polsterwatte Polatcrbemg Riickseitcn - Koplstutienfiillung - Sit7unterpolster Schaurnversthrkung - Mittelarmlehncnfiillunf -
-
-
13 Teppichbodenmatten mil Tunnelverkleidung Unterpolsterung (Iwlierung. Fullstuche)
IS
Allpnrines: Abdeck- tmd Transportplanen Schonhciuge Werhieugtaschen - Wagcnpapiet1aschen - Siuherung\tiicher Kindcrsiti - LKW-Liegckojen - SchutLhehleidung hei der E'ahricugher\tellun~~ii~~~ng - Beschichtung\triiger fur Kundeder sowie Mikrofaservliesstoffe fur Sitz und/ oder Verkleidungslcile iiller
-
-
-
Art
- Innenraumlilter
Krnft\toffilbx Olfilter - hci der Fahrretigher\telIung (L~ckicrerei)usw.
-
Abb. 15-28. Anwendungsstellen und -arten von Vliesstollen in Automohilcn (Fuhr/.eugsl\iz~.emit freundlicher Genehmigung der DaimlerChrysler AG)
Tabelle 15-16. Qualitative Temperatur- und Lichtanforderungen an Verkleidungs- und Formpolsterteile im Auto Anforderung
EintluU
Anwendungsbereich
Temperatur
Licht
Beispiele
niedrig
80 C
ohne
normal
YO
c
teilweise
normal mit Kurueiterhohung
YO
c
teilweise
- Kofferraumverkleidungen - Bodenbereich Fahrgastzelle Fahrerlehnenverkleidung - Tiirtaschen. Tiirmittelfelder - Mittelarmlehnen - Tunnelverkleidung Kantenschutz - Verkleidung Kombiladeraum - SitzkissedSitzlehne - FormhimmellSchiebedach A-, B-, C-Siulenverkleidung - Tiirverkleidung Bordkante
kurzzeitig
c 120 c
10s
hoch
voll
-
Instrumententafel-Oberteile Hutablage Kopfstiitze Fond Lederlenkrad
Eigenschaftsanforderungen behandelt, die auch bei Einsatz von Vliesstoffen in der Automobilindustrie zu beachten sind. Hierzu gehoren die Temperatur- und Lichtbestandigkeit. Durch die normale AuBentemperatur plus Strahlungsaufheizung hinter Autoscheiben bzw. Blech werden in den Sommermonaten Temperaturen von z. B. 120 C auf Instrumententafel und Hutablage, bis 105 "C auf den Sitzen und noch 80 'C im Kofferraum erreicht (Tabelle 15-16). Die Ermittlung der Eigenschaftsanderung der Vliesstoffe bei Warmelagerungen im Dauer- und im Zyklustest sind deshalb von Wichtigkeit. Mit weiterer Lichteinstrahlung wird die Alterung und Farbausbleichung verstarkt. Eine Faustregel besagt, daB zehn Grad Temperaturerhohung zu einer Verdoppelung der Alterungsgeschwindigkeit fuhren, d. h. die Lebensdauer und die Farbansehnlichkeit des Bauteils wird dadurch gemindert. Die Bestimniung der Heiljlichtechtheit bzw. HeiBlichtalterung ist in der DIN 75 202 festgelegt. Mit Einfiihrung dieser Norm war ein bedeutender qualitativer Produktfortschritt verbunden wie Abb. 15-29 veranschaulicht. Besonders die zyklische HeiBlichtbelastung gestattet Aussagen zu Farbanderungen. Nach Schmidtmann [ 1211 verlauft die Farbschadigung linear, so daB nach zwei bis drei Belastungszyklen das Ergebnis abgeschatzt werden kann. Das Grundmodell der Anforderung und praxisgerechten Priifung wurde auch auf groBe Bauteile ubertragen. Die Untersuchung des Alterungsverhaltens wurde auf verschiedene Klimabedingungen entsprechend DIN 75 220 ,,Alterung von Kfz-Bauteilen in Sonnensimulationsanlagen" erweitert. Dabei konnen W m e , Kalte, Feuchte unter konstanten oder zyklischen Bedingungen auf den Priifling einwirken. Es gibt die verschiedensten genormten Programme, die alle Klima- und Lichtbelastungen, wie z. B. feuchte, tropische Warme; heiBe, trockene Warme; kalte Einstrahlung in winterlicher Hohenlage sowie deren Wechsel zeitraffend simulieren lassen.
Velours-Teppich, piniengrun 60
alt
50
w
40
20
neu
10 0 0
1
2
3
5
4
6
Zyklen Abb. 15-29. Farbabstands~nderungDelta E nach Prufung der Lichtechtheit DIN 75 202 in Ahhiingigkeit von der Zyklewahl. - - - Delta E alt, - Delta E neu
Tabelle 15-17. Gemessene und fur 5 . Zyklus berechnete Andcrungen dcs Farbahstandes Delta E dcr Lichtechtheit nach DIN 75 202 fur Velours-Teppichniuster Mu\ter
Piniengriin
Beige
Anderung de\ Farbab\tande\
Zyhlen 0
I
2
3
4
5
Delta E. gemessen Delta E. nach 2 Zyklen berechnet Delta E, nach 3 Zyklen herechnet
0
1.4
2.6
3.7
4,9
6.2
0
I.4
1.6
0
I.4
2.6
3.7
Delta E. geniessen Delta E, nach 2 Zyklen bercchnet Delta E. nach 3 Zyklcn berechnet
0
0.8
I.3
I.8
0
0.8
1.3
0
0.8
I.3
6.5
6.2
2.5
2.9 3.3
I.8
3,o
Durch die Klimabeanspruchung der Probe hinter Glas wird eine praxisgerechte Belastung simuliert. Zur Bestimmung der Dauerbelastbarkeit werden beispielsweise Festigkeits- und Scheuerpriifungen nach solchen Klimabeanspruchungen durchgefuhrt, um die Lebensdauer der Produkte abschatzen zu konnen. Dies ist von Bedeutung, da Vliesstoffe im Normalfall ein ,,Autoleben" - d.h. 12-15 Jahre bei Kalte, Warme, ggf. Licht, SchweiB und Feuchte, bei Vibration und Staub, Zugbzw. Druck- oder Scheuerbeanspruchung - uberleben mussen [ 1221. Ein weiteres wichtiges Kriterium sind die Emissionen mit ihrer Auswirkung auf Fogging und Geruch. Die Autoindustrie legt Wert auf die umweltvertragliche und
15.5 Fuhrzeugindustrir
599
emissionsarme Herstellung und Verarbeitung der bei ihr eingesetzten Produkte. Noch entscheidender ist, was der Automobilhersteller als Emissionspotential einkauft [ 1231. Diese Substanzen konnen in den Fahrgastraum emittieren. Das kann in Form der Ausgangssubstanzen und in Form ihrer Reaktionsprodukte geschehen und ist stark von der Temperatur und dem sich einstellenden Partialdruckgefalle abhangig. Die ,,ausgegasten" Substanzen bilden den Geruch und sind unerwiinscht, weil es dabei letztlich um die Insassensicherheit geht. Die Geruchspriifung wird nach der VDA-Richtlinie Nr. 270 durchgefiihrt. Manche der Substanzen emittieren erst bei relativ hoher Temperatur aus der Innenausstattung und schlagen sich bei relativ niedriger Temperatur an der Innenseite der Windschutzscheibe nieder. Sie bilden dort in Minitropfenform oder als Film das ,,Fogging", welches bei Nachtfahrt im Gegenlicht zu Beeintrachtigungen der Fahrsicherheit fiihren kann und deshalb vermieden - zumindest aber minimiert - werden mulj. Die Foggingpriifung wird nach der DIN 75 201 durchgefiihrt. Die Verbesserung des Foggingverhaltens der Vliesstoffe und die Geruchsminderung sind eine standige, langwierige und kostenintensive Aufgabe, die auf verschiedene Art und Weise bearbeitet wird [ 123-1 251. Dabei hat sich die Priifmethodik, die mit Hilfe der Head-Space-Gaschromatographie die Emission an organischen Substanzen aus Kunststoffen, Fasern und anderen nichtmetallischen Werkstoffen erfaljt, bewahrt [ 1261. So ist bei Einsatz von formaldehydhaltigen Produkten die Bestimmung der Formaldehydabgabe erforderlich. Ein weiterer Schwerpunkt ist die anwendungsgerechte und industriell giinstigste Verarbeitbarkeit der Vliesstoffe. Dieser Forderung liegt ein kombinierter Aspekt von technologischer Machbarkeit und hocheffektiver Wirtschaftlichkeit zugrunde. Dazu gehoren die auf den jeweiligen Anwendungsfall optimierten Eigenschaften von Dehnung, Verformbarkeit, Weiterreiljfestigkeit, Vernahbarkeit, VerschweiBbarkeit, Verklebbarkeit, StichausreiBverhalten, Nahtfestigkeit, An- bzw. Abflusverhalten, Staubentwicklung bei der Verarbeitung oder Auftreten von Juckreizen bei der Montage. Einsatzbezogen miissen die Produkte in einer Farbpalette angeboten werden. Diese mu13 in ihrer Farbabstimmung iiber alle Chargen hinweg - teilweise iiber Jahre - vom Anfang bis Ende auch genau in dem selben Farbton vorliegen. Je nach Farbe und Einsatzort werden Toleranzen z.B. nur zwischen 0,4 und 0,8 dE zugelassen. Zur Beurteilung der Verarbeitbarkeit ist der Anfangsbereich der Zugkraftlangenanderungskurve maljgebend. Die bei geringen Kraften auftretenden Langenanderungen ermoglichen Aussagen z.B. iiber das Drapierverhalten der Stoffe in der Polsterei oder beim Verformen auf einer Presse. ErfahrungsgemaB werden die prozentualen Dehnungswerte bei 25, 50 und l 0 0 N angegeben 1127). In Abb. 15-30 sind die Anfangsverlaufe der Zugkraft-Langenanderngskurven von typischen Autotextilien dargestellt. Fur Vliesstoffe ist dabei noch zu beachten, dal3 bei erhohter Verarbeitungstemperatur das Langenanderungsverhalten groljer als bei Normaltemperatur ist. Ein weiteres Kriterium ist das unterschiedliche Dehnverhalten in Langs- und Querrichtung bei 50 N Belastung. Das Verhaltnis von I : 1 ist ideal und bis 2:l meist noch unproblematisch. 1st der Unterschied groljer, mu13 mit Schwierigkeiten bei der Verarbeitung gerechnet werden. Eine zu beachtende Besonderheit fur alle Innenausstattungsmaterialien im Auto ist die Erfiillung der Schwerentflammbarkeit. Die Priifung wird nach DIN 75 200 durchgefiihrt, und der Grenzwert ist entsprechend der US-Norm FMVSS 302 mit
100 1
I
I
/
I
I :
N 75
I
/ /
I
LL
E
Y
/
I
50
m 3
N 25
0
0
5
10
15
20
25
30
35
%
40
Dehnung Abb. 15-30. Zugkraft-Dehnungsverhaltcn im unteren Belastungsbcreich fur Autotextilien fur einfache Verformungen, - - - Vlicsstoffc Vlie$stolli (unteres Niveau). -. (ohcres Niveau). - - - - - lur hohe Verformungen
-
maximal 100 mm/min festgelegt. Busse unterliegen zusatzlichen Bedingungen nach der franzosischen Vorschrift UTAC-NR ST 18-502/1 und 18-502/2. Ein notwendiger erhohter Einsatz von Flammhemmendprodukten kann die Emission verstiirken. Eine Vorausberechnung oder theoretisch programmierte Erfullung dieser Forderung ist nur in wenigen Fiillen moglich. Weitere Besonderheiten liegen in der Zusammenarbeit zwischen der vliesstoffherstellenden Industrie und dem Automobilbau. In den letzten Jahren wurde neben der verstarkten Globalisierung auch gezielt die Fertigungstiefe im Automobilbau verringert. Viele fruher im Autokonzern selbst hergestellten Teilkomponenten wurden an Zulieferer vergeben. Zuerst und besonders stark betroffen war der Bereich der lnnenausstattungsteile. Bei dieser Vergabe von Baugruppen oder Kompletteilen wurde mit der Gesamtverantwortung auch die Entwicklungsleistung fur das Teil rnit ubertragen. Es entstanden die sogenannten Systemlieferanten, die in Abstimmung rnit dem Autohersteller rnit den bisher direkt beim Autobauer angebundenen Lieferanten die Kooperation und Herstellung fur das Teil ubernahmen. Die Zahl der Zulieferer fur den Automobilbauer verringerte sich, die fur das Auto nicht unmittelbar. Ein System- und/oder Entwicklungslieferant muB aber auch Entwicklungseinrichtungen - z. B. SchallmeBkammern u. a. - besitzen und zu nutzen verstehen. Diese Systemlieferanten sind fur ein Automodell fest in die Lieferkette integriert, montieren sogar teilweise selbst, sind aber in jedem Fall als Zulieferer zu ,,just in time" verpflichtet. Im Herstellungstakt der Autos mu6 das entsprechende Zulieferteil angeliefert werden. Weil dadurch keine Eingangskontrolle im Automobilbau mehr moglich ist, mu8 der Systemlieferant mit seiner Ausgangskontrolle die Qualitat garantieren. Die Herstellungskette muB, um dies zu erreichen, alle Regeln und Erkenntnisse der I S 0 9000-90004 umsetzen und ausnutzen [ 1281. Das Kreislaufwirtschaftsgesetz zwingt die Autoindustrie, Entsorgungskonzepte zu erstellen und fur die gute Demontierbarkeit der Teile, deren Recyclingfahigkeit
15.5 Fahrzeugindustrir
601
und Wiedervenvertung der Materialien zu sorgen. Das hat zur Folge, daB diese Moglichkeiten bei der Konstruktion und Herstellung der Bauteile rnit beachtet werden mussen. Auch die Vliesstoffe sind davon betroffen. Es ist immer wichtiger, daB auch das Nachsorgekonzept ubereinstimmend ist. Der polymergleiche Aufbau von Verkleidungsteilen begunstigt diese Entwicklung [ 1291 und setzt sich in letzter Zeit immer mehr durch. 15.5.2.2
Schall- und Warmeisolierung - Fahrgastzelle
Eine der urspriinglichsten Anwendungen von Vliesstoffen im Automobil ist die Schall- und Warmedammung innerhalb der Karosserie, wobei der Umfang heute sehr viel groBer und sehr viel ausgereifter ist. Ein groBer Anteil davon wird ganzflachig oder partiell selbstklebend ausgeriistet oder durch Ultraschall oder HeiBpragen auf einen thermoplastischen Kunststofftrager aufgebracht oder einfach eingelegt. Einige Verarbeiter bringen jedoch auch thermoplastische Kleber uber Roboter partiell auf die Dammteile auf und kleben sie somit nur an einigen Haftpunkten an. Bis auf Ausnahmen sind die Teile normalenveise nicht sichtbar, sondern befinden sich zwischen den Verkleidungsteilen und der Karosserie. Der Anwendungsbereich im Innenraum des Fahrzeuges erstreckt sich bis in den Kofferraum. Zu den wichtigen gedammten Teilen im Auto gehoren: Stirnwand, Instrumententafel, Dach, Hutablage, Heckklappe, Bodenbereich, Reserverad, Heckwand, Turen, ABC-Saulen, Seitenwand, Kofferraumseiten, Luftungskanal, Boden (unter hinteren Sitzen), FuBraum (unter Teppich) und Tunnel. Der Wettbewerb von Vliesstoffen gegenuber Polyurethanschaumstoff an den Dampfungsstellen, z. B. viskoelastischer PUR-Schaum im FuBraum, bleibt erhalten. Der ubenviegende Teil ist Fasermaterial unter Nutzung von ReiBfasern aus industriellen Stanzabfallen bzw. unter Erganzung mit preiswerten Neufasern. Auch die Mischung von Faservliesstoff mit PUR-Schaumflockenanteil ist im Einsatz, wodurch das Ruckstellverhalten z. B. im FuBraum wesentlich verbessert wird. GroBte Bedeutung haben in den letzten 35 Jahren Vliesstoffe aus ReiBbaumwolle bzw. vorzugsweise aus Zellulosefasern erlangt, die mit pulverigen Phenoplasten verfestigt sind. Mit einer adhasiven Vliesverfestigung bei 30 5 10% Binderanteil werden bei 50-1 50 kg/m3 dichten Vliesstoffen praxisgerechte Schallabsorptions- und Festigkeitseigenschaften erreicht [ 130-1331. Gleichzeitig kann das System durch Pressen auf Dichten von 600-1000 kg/m' erhoht werden, so daB Tragerteile (Tunnel, Tur, Ruckenlehnen) und Saulenverkleidungen oder Reserveradabdeckungen herstellbar sind. Dadurch werden hohe Biegesteifigkeiten bei hoher Warmebestandigkeit mit verminderter Schallabsorption erzielt. Mit Vliesstoffdichten in einem Bereich von 150-1000 kg/m3 konnen auch Teile in Doppelfunktion Tragerl Dammung - wie Hutablage, Dachhimmel, Kofferraummatten oder Radauskleidungen - gefertigt werden. Es konnen ,,riechende" Amine entstehen (Trimethylamin). In jedem Fall entsteht als Emission Ammoniak, und auch Formaldehyd ist systemimanent. Erhohte Abgabewerte treten unmittelbar nach der Herstellung auf und nehmen nach mehreren Tagen rasch ab [ 1241. Zur Vermeidung moglicher, bisher nicht nachweisbarer Emissionen erfolgte die Entwicklung von thermisch verfestigten Dammvliesstoffen unter Einsatz von Bindefasern, bevorzugt aus Polypropylen. Dabei werden Vliesstoffdichten von 40- 1 10 kg/m' erreicht. Die Vliesstoffe sind
leichter als phenoplastgebundene ReiBbaumwollvliesstoffe, was Massevorteile rnit sich bringt. Ein weiterer Grund fur den inzwischen eingetretenen Erfolg dieser Dammvliesstoffe ist, daB dieses gefertigte Vliesstoffmaterial im HerstellungsprozeR starker rnit Lufttemperaturen um 1 7 0 ' C durchblasen wird und dabei mehr tluchtige Bestandteile entfernt werden. Dadurch werden Foggingwerte unter 0,s mg und Emissionswerte unter S pgC/g erreicht, was ausgesprochen gut ist. Solche Vliesstoffe sind aus ReiBbaumwolle und ReiBfasern aus PES, PAN, WO sowie Bindefasern aus PP oder CO-PES herstellbar. Meist wird fur das bessere Aufbringen einer Selbstklebeausriistung, beim AufschweiRen auf Tragermaterialien oder rein aus optischen Griinden. ein dunner Abdeckvliesstoff auf beiden Seiten integriert. Ein spezieller Thermofusionsvliesstoff wurde nach US-Patent 5286926 von Nissan Motor und Kanebo entwickelt. Er besteht aus 80% modifizierten PES-Fasem rnit 20% CO-PES-Bindefasern. Durch die Modifizierung der Faserquerschnittsform - dreieckige, rechteckige, sternformige und komplex geformte - wird eine erhiihte Schallabsorption erzielt [ 1341. Ebenso in einem USPatent SO 68 00 I wird ein mehrschichtiges Laminat beschrieben, das heiherformt werden kann und poros, leicht und gut schalldiimmend ist [135]. Die Verwendung von vorzugsweise schmelzgeblasenen Microfasern in Verbindung rnit Bicofasern fiihrt zu modernen Akustikmaterialien der Firmen Kuraray, Du Pont, 3M, Hobbs, Cascade [ 1121. Sie sind recycelbar, nicht flusend, nicht reizend, sauber, dickenelastisch und naturlich akustisch tauglich. Die groljere Zahl an Hohlraumen hat eine erhiihte Absorption sowie eine noch bessere Isolation zur Folge. 15.5.2.3
Schall- und Warmeisolierung - Motorraum
AuBerhalb der Fahrgastzelle sind die Stirnflache des Motorraums und die Motorhaube die groBten Teile. Dazu gehiiren auch Isolierungen des Katalysators gegenuber dem Bodenblech, Radkastenauskleidungen, Isolationen von Kraftstoff-, Hydraulik- und Klimaanlagenleitungen, von Wiirmetauschern usw. Letztere werden oft mit Glasfasern, Mineralwolle, Aramid- oder metallisierten Keramikfasern teilweise in Kombination mit Metallfolien, teils in Schlauchform oder als Matte eingesetzt [ 1361. Die GroBteile im Motorraum sind entweder aus phenoplastisch gebundenen ReiBfaservliesstoff oder PUR-Schaumstoff rnit Glasfaservlies abgedeckt, wobei zwecks besserer Formbarkeit immer iifter Bicomponenten-Spinnvliesstoffe (z. B. Colback) anstelle Glasfaserabdeckung eingesetzt werden [ 137, 1381. Fur die Motorhaube wurde ein Vliesstoff aus oxidierten Polyacrylnitrilfasern (Paramoll NIF) entwickelt [ 1391. Er ist nicht enttlammbar, schmilzt, plastifiziert oder gluht nicht, ist chemikalienbestiindig und hat keine elektrische und nur geringe Warmeleitfahigkeit. Eine hydrophobe oder oleophobe Ausrustung bzw. eine Melaminharzpunktbeschichtung sind moglich. 15.5.2.4
Verkleidungsteile - Innenraum
Die lnnenverkleidungen werden sowohl kaschiert. geschweiBt oder anderweitig auf einem Tragerteil ggf. aus Vliesstoff befestigt, als auch als selbsttragende Elemente gefertigt. Die Herstellung erfolgt als Bahnenware oder wird rnit der Formgebung kombiniert. Nadelvliesstoffe werden bevorzugt eingesetzt. Entwicklungen
15.5 Ftihrzrugindustrie
603
mit schmelzgeblasenen Vliesstoffen haben begonnen. Als Fasermaterialien werden hauptsachlich PES oder PP verschiedener Feinheiten rnit dem Trend zu feineren Titern eingesetzt. Die wichtigsten Teile sind hierbei die gesamte Kofferraumauskleidung rnit Radverkleidungen, der Teppichboden rnit Tunnelverkleidung, die Tur-, Seitenwand-, Sitzrucken-, Sitzruckwand- und ABC-Saulenverkleidungen, die Hutablage (ggf. mit Lautsprechergehause) und der Dachhimmel rnit Schiebedach, Schiebedachdeckel und Sonnenblende. Geht man von der Hutablage aus, so kann ein Vliesstoff im Zweifarbeneffekt, flanellartig velourisiert, z. B. aus spinndusengefarbtem PP, auf einem Trager kaschiert sein [140]. Es kann aber auch eine Hutablage als freitragendes, gepreljtes Formteil aus Nadelvliesstoff rnit Bicofaseranteil hergestellt werden [ 141- 1441. Bekannte Losungen bestehen aus PES- rnit COPES-Fasern oder aus PES mit Verstarkungseinlage aus Spinnvliesstoff, wie z. B. Lutradur [ 1451 oder aus Thermofusionsvliesstoff [ 146, 1471. An diesem Beispiel ist die grol3e Bandbreite der praktischen Moglichkeiten fur jedes einzelne Teil ersichtlich, die sich in der letzten Entwicklung noch durch den Einsatz von schmelzgeblasenen, elastischen Vliesstoffen enveitert. Klassische Anwendungen fur verfestigte und spater formgepreBte Nadelvliesstoffe sind alle Formteile im Kofferraum einschlieBlich der Radkasten- bzw. Seitenteilverkleidungen. Erste Entwicklungen erfolgten mit Polyethylen-Besinterungsschichten,oder zwischen zwei Vliesstoffe wurden Polyolefinschichten extrudiert. Formbarkeit, Dimensionsbestandigkeit, Formsteifheit, schnelle Verarbeitbarkeit und alle zuvor genannten wichtigen Kriterien sind zu erfullende Qualitatsmerkmale. Bei den Fuljbodenbelagen wird derzeit noch ein groljer Teil als Tuftingware eingesetzt, wobei mit 300 g/m2 Polmasse immer noch gute Qualitaten erzeugt werden. Aber auch hier sind die Vliesstoffe als Tuftinggrundbahnen rnit etwa 100 g/m2 bereits vertreten. Es sind z.B. mit Lutradur (reines PES) oder Colback (PESPA) verformbare Spinnvliesstoffe, die ebenfalls rnit geringerer Masse als Zweitrucken eingesetzt werden. Bei den reinen Vliesstoffbodenbelagen dominieren die Nadelvliesstoffe, wobei ,,oberflachenglatte" bei Einfachfahrzeugen moglich sind, jedoch ,,velourisierte" angestrebt werden. Die Vliesstoffstruktur z. B. des Produktes Tara Look aus PES/PP kann so sein, dalj wenige Schmelzbindefasern auf der Sichtseite, aber viele in der Basisschicht konzentriert sind. Das Ergebnis ist ein formbarer Teppich rnit gutem Aussehen und guten Abriebwerten ohne Faserausarbeitung [ 1 121. Solche formbaren Vliesstoffe werden unter Beachten der Recycelbarkeit aus reinem Polyester rnit Fosshape in den USA und in Japan fur Bodenbelage im Auto und Auslegeware auf Messestanden angewendet [ 1481. Die qualitative Entwicklung der Vliesstoffbodenbelage ist noch nicht abgeschlossen. Bei Dachhimmelauskleidungen wird unterschieden zwischen reiner Dekonvare, die aus Gewirke oder Gestrick bzw. aus Vliesstoff bestehen kann, und den formsteif-stabilisierenden Unterbau der Himmelkonstruktion. Letzterer war bisher meist aus einem halbharten PUR-Schaumstoffkern, der vorgefertigt war oder durch getrankten, nachgehiirteten PUR-Weichschaum erzeugt wurde. Die beiden Deckschichten dieses oder anderer Schaumkerne waren dann mit Glasfaservliesen zwischen I10 bis 160 g/m2 abgedeckt. Auf der Ruckseite wurde ein dunner Abdeckvliesstoff aus PP oder PES/CV aufkaschiert. Als Dekor wurde oft ein Gewirke oder Gestrick aus PESPA oder PES - rnit PUR-Weichschaum verbunden - vorderseitig aufkaschiert (Kleber) eingesetzt. Jetzt ist von Hoflich die Moglichkeit ei-
ner Konstruktion erortert worden, die zu 100% aus PES-Fasern besteht und damit die Recycelbarkeit begunstigt [ 1491. Dabei wird eine HeiBverformungs- und eine Kaltverformungsvariante beschrieben. Bei der HeiBverformung wird aus einem zuniichst nur vernadelten Vliesstoff beim PreBvorgang unter Wiirme und Druck die gewunschte Form hergestellt. Gleichzeitig werden die Bindefasern aktiviert. Hohe Eigensteifigkeit bei geringer Masse sind die erreichten Vorteile. Als Dekor wird ein mit einem ,,Minibond"(Vliesstoff aus PES) verbundener feiner PolyesterfaserNadelvliesstoff empfohlen. Der Gesamtaufbau ist in Abb. 15-3I veranschaulicht. Feine Nadel- oder Niihwirkvliesstoffe bilden inzwischen auch einen nicht unerheblichen Anteil an ,,Himmeloberflachen". Die Anwendung erfolgte zuerst in Kleinwagen. Als Faser wird PES bevorzugt. Dabei wird auf geringe Flachenmasse, gute Schall- und Warmeisolation sowie auf geringe aufzuwendende Kt%fte und faltenfreien Verlauf bei der Verformung geachtet. In den USA haben JPS Auto Products und Kimberly Clark Corp. einen neuen Vliesstoff fur Dachhimmel entwickelt, der besonders dehnfahig und leicht verarbeitbar ist. Er wird fur Fiille benutzt, wo die Tiefziehfiihigkeit bisheriger Maschenstoffe versagt [ 1 121. Flormaterial von JPS wird laminiert mit Kimberly Clark's schmelzgeblasenem oder in dicker Ausfuhrung wasserstrahlverfestigtem .,Demique" als elastischen Vliesstofftrager. Die Klebeverbindung stort die Dehnfiahigkeit nicht. Der Einsatz griiBerer Anteile von Vliesstoffen im Himmelbereich ist davon abhiingig, wie es gelingt, die Oberflachengestaltung zu verbessern. Zu Turverkleidungen gehoren Bordkantenbereich, Mittelfeld und FulJbereich, die entsprechend gestaltet werden. Turverkleidungen sind technisch oft kompliziert aufgebaut. Die einzelnen Elemente werden nach unterschiedlichen Verfahren gefertigt. Die Ober- oder Bordkante mu13 dabei den Kriterien der Hutablage bzw. dem hinterfutterten Polsterstoff entsprechen. Das Mittelfeld triigt meist den Sitzpolsterstoff als gepolsterten Spiegel, abgeschlossen von einer SchweiBnaht. Die SchweiBbarkeit der Materialien - auch der Vliesstoffe - in diesem Bereich ist ein eigenes Problem. Im FuBbereich dominiert dann wieder der Teppich - wie im FuBraum ggf. auch ein Nadelvliesstoffbodenbelag. Turbelage einfacher Autos kiinnen auch ganzfliichig geformt mit einem einzigen Vliesstoff kaschiert sein. Fur die Fertigung von Turverkleidungen sind verschiedene Verfahrenstechniken moglich. Zwei dieser besonderen Techniken sind das Hinterspritzen und Hinterpressen. Es kiinnen damit FulJraumverkleidungsteile, Turspiegel oder ganze Turbeliige - vor allem Saulenverkleidungen, Gepackverkleidungen fur Touringfahrzeuge, Seitenver-
7 PES amorph
t+ PES amorph
PES Standard PES arnorph Minibond Dekor
Ahh. 15-31. Verarheitunp von Vliesstoffen im HeiBpreOverfahren (nach [ 1491. mit freundlicher Genehniigung dcr Sandler GmhH & Co. KG Schwanenhach)
kleidungen, Lehnenabdeckungen, Klappen, Deckel - und alle anderen Kleinteile hergestellt werden. Die Integration der vorher getrennten Fertigungsschritte Spritzgieljen des Tragers und anschliefiendes Kaschieren mit dem Bezugsmaterial in einem einzigen Fertigungsvorgang war die wichtigste Triebfeder zur Entwicklung der Hinterspritz- und in deren Folge der HinterprelJtechnik. Dabei konnten Arbeitszeiteinsparungen von 15 bis 45% [ 150-1531 erreicht werden, was durchschnittlich einem Kostenvorteil von einem Drittel entspricht. Dabei fallt der oft benutzte umweltbelastende Sprtih-Kleberauftrag weg. Allerdings stellt die Anwendung des Hinterspritzens besondere Anforderungen an die Werkzeug- und Verfahrenstechnik [ I5 1, 154, 1551. Wahrend das Hinterspritzen bis TeilegroBen von 0,4 m' als optimal angesehen wird und relativ dunne Wandstarken bis zu 2,2 mm moglich sind, bietet fur groBere Flachen oder sehr flache Verkleidungsteile die HinterpreBtechnologie die einfacheren und werkzeugtechnisch kostengunstigeren Voraussetzungen I154, 1561. Die Schmelzeeinbringung erfolgt als Strangablage in das offene Werkzeug, wobei bei geometrisch komplizierten Teilen die Einbringung uber ein Heiljkanalverteilsystem sinnvoll ist. Beiden Verfahren ist gemeinsam, daB sie eine Sperrfolie, vie1 besser aber einen Sperrvliesstoff, als Trennschicht zwischen dem eigentlichen Oberflachenmaterial (Gewirke, Gestricke, Gewebe, Kunststoffolie, Leder, Vliesstoff 0.a.) und der heiljen Kunststoffmasse benutzen. Ein 100-1 30 g/m' schwerer Nadelvliesstoff aus feinen PES-Fasern von z. B. 1,7 dtex, der speziell verdichtet und oberflachengeglattet ist, eignet sich dafur. Er ist mit der Oberware haftfest kaschiert. Beim Verarbeiten stellt dieser Vliesstoff der heil3en Schmelze ein abpuffernd nachgiebiges Labyrinth von Minihohlraumen entgegen, in dem sie sich beim Erkalten ,,todlauft". Dabei kann die verdrangte Luft uber die Porositat der Materialoberflache und das Werkzeug selbst entweichen. Das System kann auch dann angewendet werden, wenn eine zusatzlich elastische PUR-Schaumzwischenschicht, also Oberstoff/PUR-Weichschaumfolie/Sperrvliesstoff, eingearbeitet wird. Das Ergebnis sind druckweiche, nach der Hinterspritz- oder HinterpreBtechnik hergestellte Verkleidungsteile.
15.5.2.5 Sitzpolster- und Laminiervliesstoffe Das eigentliche Sitzpolster wird gegenwartig zum groBten Teil aus PUR-Schaum kalt- oder heinvernetzt; einfach oder als Zweizonenschaum - und zu einem geringen Anteil noch aus ,,Gummihaarmatte" hergestellt. Die Gummihaarmatte ist ein Vliesstoff, der aus Kokosfasern und Tierhaaren besteht und mit Latex chemisch verfestigt wird. In den letzten Jahren begann die Entwicklung von Formpolstern bzw. Sitzkissen aus Polyestervliesstoffen unter Einsatz von besonders elastischen und haltbaren Bicofasern [ 157, 1581. Vergleichsuntersuchungen [ 1591 mit Formpolstern aus Gummihaar, Polyurethanschaum sowie Polyestervliesstoff im Fahrzeugsitz ergaben, daB zur Erreichung vergleichbarer Eigenschaften, z. B. zwischen einem PUR-Schaumpolster und einem Polster aus Polyesterfaservliesstoff, letzterer zu schwer und zu teuer ist. Das ,,Einsitzen" bei hohen Temperaturen ist ebenso noch ein Mangel. Im Lehnenbereich wurden Vliesstoffpolster jedoch als durchaus anwendbar befunden, wenn auch der Preis noch etwas zu hoch war. Die Entwicklungen werden unter Beachten des Recyclingvorteils und der Vermeidung -
von Flammschutzmitteln z.B. rnit Densatil von Kem-Wove oder Du Pont's Fiber Clusters [ 160. 16 1 1 fortgefuhrt. Letztere werden aus einer spiralgekrauselten Bicofasermischung hergestellt. Sie sollen - im Auto zu Sitzkissen verarbeitet - bei ahnlichen Stutzeigenschaften wie PUR-Schaumstoff ein Drittel weniger wiegen, wobei die Dichte variabel ist. Auch Sackner (USA) plant, rnit seinem Faserschaum Sitzkissendicken bis zu 10 ern zu realisieren [ 1121. Das Sitzkissen ist darnit ein typisches Entwicklungsobjekt, hat sich bisher m s Vliesstoff noch nicht durchgesetzt. Erst die nachste Zukunft wird dariiber entscheiden, ob Eigenschaften und Gesamtwirtschaftlichkeit einen Durchbruch auf diesem Gebiet erzielen lassen. Etwas weiter fortgeschritten konnen dagegen die Laminiervliesstoffe eingeschatzt werden. Zwar besteht immer noch der GroBteil der Verbundpolsterstoffe aus dem klassischen, seit vielen Jahren bewahrten Autbau Oberstoff/PUR-Schaudunterstoff I 1621, jedoch werden seit mehreren Jahren bereits Malivliesstoffe fur diesen Zweck eingesetzt [ 1291. Der etwas leichteren Handhabung kommt die geringere Dicke entgegen. Allgemein kann sie zwischen 2 und I6 mm liegen. Im Durchschnitt betragt sie 4,s mm I I63 I. Das am schwierigsten erreichbare Eigenschaftsziel einer nichtbleibenden Verformung kann sich damit absolut nur sehr geringfugig auswirken. Mit Vliesstoffen, die vorwiegend eine horizontale Faserlage besitzen. ist diese Forderung kaum erreichbar. Trotzdem gibt es in dieser Richtung Versuche mit leichter Vorvernadelung plus Thermofusion einmal rnit hohem ReiBfaseranteil und zum anderen rnit spiralgekrauselten Primadasem, z. B. Minibond von Sandler 11491 oder Faserschaum von Sackner [ 1121. In dieser Situation ist die Entwicklung von Vliesstoffen rnit senkrechter Faserlage zu beachten. Erstmals wird 1991 der Nahwirkvliesstoff Kunit erwahnt [ 1291 und in jungster Zeit von Cosmopolitan (GB) zusammen rnit einem integrierten, leichten Abseitenstoff als Ersatz fur PUR-Schaumstoff angeboten [ 1 121. Als Weiterentwicklung auf diesem Gebiet ist die sogenannte Kalithermtechnik zu betrachten 11641, ein neues Verfahren, bei welchem der mechanisch in Maschen und stehenden Schlingen vorgeformte Vliesstoff gleichzeitig rnit dem Oberstoff kaschiert und dabei kalibriert, zusatzlich thermofusioniert und geglattet wird. Solche Laminiervliesstoffe werden als Caliweb bezeichnet und erreichen die bisher besten Werte im Vergleich zu Schaumstoftlaminierungen (siehe Tabelle 15- 18) [ 127I.
Tabelle 15-18. Vergleich einer PUR-Schaurn/Gewirke-Ruckseite mit Caliweh A iind B
Dichte Stauchhiirte Druckclashchcs Verhnltcn Erholungsliihigkeit Bleihende Vert'ormung B ren iipriifii ng
g/m ' hPa
H aloE3 kings quer trocken naB 1:'m g s quer ilqJ
'/c '/c
'h [k %, r/r
mmlmi n nidmin
A:':=crlischt nach Wegnahrne der Zundtlanimc
PUR-Schauin iiiit Gewtrke
Caliweh
60 3.6 28 96 96 93 8
70 3.6 39 93 84 90 18.5 20.5 A 4: A 3:
19
A" A"
A
Caliweh B 80 6.0 52 92 82 88 I6.S 16.5 A' A'
Ahh. 15-32. Querschnitt durch Vlics-
stoffverbund: Gehtrick
niit
Caliweh"'
(Aufnahme ACORDIS. Mikrolahor). Caliweb"': Kalibrierter Vliesstoff'.
z . B . Kunit
Dabei werden die Vorteile des Entfalls einer zusiitzlichen Abseite, der planbar sortenreinen Recyclingfiahigkeit. der verminderten Emission und des moglichen Einsatzes von recyceltem Fasennaterial in einem Produkt vereinigt. Die Vliesstoffdicke von Caliweb liegt zwischen 2 und 8 mni (Abb. 15-32). Im dickeren Bereich der sogenannten Polsterwatten - meist um 20 mm - die zu eineni kleinen Anteil noch bei hochwertigen Fahrzeugen eingcsctLt werden. ist der heutige Stand Nadelvliestoff/PUR-Schaumstoff/Na~clvliesst~~ff~ ggl. noch mil einer Jutegewebeeinlage. Weiterentwicklungen zeichnen sich ab, indem nach dem Struto-Verfahren (siehe Abschnitt 4.1.4) hergestellte Vliesstoffe mit senkrechter Faseranordnung und Dicken von 8 mm bis 50 mm zum Einsatz kommen.
.
15.5.2.6
Filterstoffe im Autornohil
Jedes Auto besitzt 8-10 Filterstellen. Die Aufgaben der Filtration sind das Abhalten, Auffangen, Ansammeln und Festhalten der das jeweilige Medium (Luft, Kraftstoff, 0 1 , Abgase) verunreinigenden Partikel in den Poren des Filters. Die Ausfuhrung der Filter ist teilweise unterschiedlich je nach Land und/oder Entwicklungsstand. Es gibt folgende Filterarten am Auto [ 1651: Airbag-, Umluft-, ABS-Radbrems-, (Vergaser)Luft-, Innenraum-, Kurbelgehiiuse-, (Pierse1)-RulJ-, (Motor)-01-, (Krafisloff]-Tank-, Kraftstoff- (Leitung), Lenksteuemngs-, Getriebe- und Wischeranlagefilter. Dabei sind Ruafilter auspuffahnlich aus hochtemperaturbestandigem Keramikmaterial oder Airbagfilter und ABS-Radbremsfilter aus Metallfasem bzw. Metalldrahtsiebgewebe hergestellt und deshalb im Zusammenhang mit Vliesstoffen weniger interessant. Der griilhe Teil der Filtcrnmaterialien ist bzw. war bisher ohnehin aus kunstharlgetriinkten Papiermodifikationen - z. B. allc Olfilter und ein Tcil dcr Luftfilter. Auch Kraftstoffdampfe werden allein uber die Wirksamkeit von Aktivkohle, die sinnvoll angeordnet bzw. verpackt ist, eingefangen (Tank-/Abfullstationen). Erst bei Getriebefiltern (Lenksteuerungsfiltem) und Wischeranlagenfiltem sind mit vorzugsweise Monofilament-Siebgeweben Textilien und mit Nadelvliesstoffen bei Getriebefiltem teilweise Vliesstoffe vertreten. Die Nadclvlicsstoffe sind dabci spczialimpriignicrt, meist aus Polyesterfasem und im Metallrahmen eingebunden. Sie erreichen hoheres Schmutzriickhaltevermogen als die bisherigen Getriebefilter HUS
Papier oder Gewebe. Ihre Entwicklung erfolgte mit dem verstarkten Einsatz und den hiiheren Anforderungen von Automatikgetrieben. Kraftstoffilter betinden sich in Automobilen sowohl im Tank als auch in der Kraftstoffleitung kurz vor dem Motor. In traditionellen Motoren mit Vergaser wurden solche Filter meist aus (Monofilament)-Geweben aus Nylon, Polyester, Polypropylen oder Polyvinylidenchlorid sowie aus poroser Keramik, Sinterbronze und impragniertem Papier benutzt. Um den Kraftstoff und damit den Verbrennungsraum im Motor von Staub, Wasser, Rost und anderen Verschmutzungen freizuhalten, muB ein Filter folgende Anforderungen erfullen: hohe LebensdauerWartungsfreiheit, gute Benetzbarkeit - konstantes FlielJen, keine Feuchtigkeitsaufnahme kein Quellen, Partikelabscheidung zu 98% his < I 5 pm, Resistenz gegenuber Methanol - kein Quellen, hohe Weichheit. Elastizitat und gute Isolation sowie hohe Aufnahmekapazitiit. Dabei korrelieren die erste und letzte Forderung stark und sind in letzter Zeit besonders in den Vordergrund getreten. Bei modernen Fahrzeugen mit Kraftstoffeinspritzung arbeitet die Kraftstoffpumpe im Tank standig mit voller Leistung. Ein Ruckwaschen des Filters findet kaum statt. Das Filtermaterial wird hoch belastet. Die Problemliisung war der ,,in-Tank-Filter" mit Tiefenfilterung (polymeric depth media = PDM). Beispiele dafur sind Sandwichanordnungen von Polyester-Schmelzblasvliesstoffen zwischen dunnen Polyester-Spunbond-Lagen (z. B. PPDM3 1 von Cuss Corp. oder der Dichtegradient-Vliesstoff ,,Strata Pore" aus SMS-Vliesstoff. Dabei ist der Schmelzblasvliesstoffkern aus drei Schichten unterschiedlicher Dichte aufgebaut [ 1661. Die Charakterisierung der Filterwirksamkeit erfolgt uber die Kennzahlen absoluter und nominaler Filterwirkung, Filtrationsverhiltnis und Schmutzriickhaltekapazitat. Moderne Methoden und aufwendige Pruftechnik werden zur weiteren Entwicklung der Kraftstoffilter eingesetzt. Die Luftfilter werden groatenteils aus kunstharzimpragnierten, nafigelegten Papiermedien hergestellt. Vliesstoffilter konnen in wichtigen Punkten, wie Effektivitat (von 97 auf 99%), Flachenbedarf (von 0,73 auf 0,44 m') und Kapazitiit (von 108 auf 3 19 g/m') bereits wesentliche Vorteile bieten [165]. In Japan konnte deshalb mit einem Filter auf Nadelvliesstoffbasis der Luftfilterwechsel mindestens auf 40000 km erhoht werden [ 1671. Von Wichtigkeit ist die Schmutzriickhaltekapazitat, weshalb Filtermittel aus Verbundvliesstoffen sowohl auf Basis Nadelvliesstoff als auch thermisch verfestigt (z. B. Qualiflo der Firma Reemay) entwickelt werden [l681. Um so nicht nur Oberfliichen-, sondern auch Tiefenfilterung zu erzielen, mussen die Filter exakt den Einsatzbedingungen angepaat werden. Diese sind durch Prufnormen charakterisiert. Die Abhangigkeit von Porengriifienverteilung des Filtermaterials und Teilchengrofienverteilung in der Ansaugluft sind die dabei entscheidenden Kriterien [ 1691. Erst in der zweiten Halfte der achtziger Jahre erfolgte die Entwicklung und Produktion der Innenraumfilter durch Fa. Freudenberg in Deutschland. Luftung, Beheizung und Klimatisierung der Innenraume von Kraftfahrzeugen einerseits und steigende Luftverschmutzungen, Staus und Ausbreitung von Allergien andererseits, waren die Ausloser dieser Entwicklung. 1992 wurden 3.8 Millionen und 1996 28,6 Millionen Filtereinheiten in Autos eingebaut [ 1701. Fur das Jahr 2000 wird mit einem Ausrustungsgrad durch Innenraumfilter in Europa mit 90% und den
15.5 Fahrzrugindusrrir
609
USA und Japan rnit 50% gerechnet [171]. Gute Filter halten mindestens ein, vorzugsweise zwei Jahre oder mindestens 30000 km. Anfangs handelte es sich um reine Partikelfilter, rnit denen Staub, Rufiteilchen (aus Dieselmotoren), Pollen, Pilzsporen, Bakterien und Partikel bis zu drei pm ausgefiltert wurden. Schon ab Anfang der 90er Jahre setzte sich aber der Kombifilter mit Feinstpartikeln plus Aktivkohlefilter durch. Es werden jetzt Partikelteilchen aus Industrieabgasen, Tabakrauch, Oldunst und Smog bis hinunter zu 0,Ol pm ausgefiltert. Dariiber hinaus absorbiert die Aktivkohleschicht Duftstoffe und teilweise giftige Gase (Dieselabgase, Jauchegeruch, Stickoxide, Schwefelverbindungen, Ozon, Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Formaldehyd usw.) in moglichen Kontaktzeiten zwischen 10 und 50 ms. Um allumfassend wirksam zu sein, sind aber Filter sowohl rnit physikalischer als auch chemischer Adsorption und katalytischem Abbau notwendig [ 172, 1731. Das Anforderungsprofil an einen Innenraumfilter umfafit neben hohen Abscheidegraden (z. B. 90% fur Partikel <0,3pm), hohem Partikelruckhaltevermogen und darnit hoher Lebensdauer auch Temperaturbestandigkeit, chemische Bestandigkeit und solche gegenuber Feuer und Wasser, Geruchsneutralitat, geringen Stromungswiderstand, Venvendbarkeit bei hoher Luftfeuchtigkeit, Geruchs- und Giftefilterung, mechanische Stabilitat und Recyclingfahigkeit. Vergleichende Eigenschaftsuntersuchungen konnen nach DIN 7 1 460 durchgefuhrt werden. Die Leistungsfahigkeit der Filter hangt stark von der Filtergeometrie ab 1174-1761. Dem Praxistest kann auch eine praxisnahe, zeitraffende Priifmethode als ,,beschleunigte Simulation der Filteralterung" rnit ahnlichen Erzeugnissen gegenubergestellt werden [ I77 I. Moderne Innenraumfilter sind durch einen Schichtenaufbau gekennzeichnet. Die Deckschicht besteht aus einem steifen, hochporosen Vliesstoff, der als Vorfilter wirkt und die mechanische Stabilitat des Produktes gewahrleistet. Der Hauptfilter ist ein dreidimensional geschichteter Mikrofaservliesstoff, der sowohl mechanisch als auch elektrostatisch wirkt und der gleichzeitig die absorbierende Aktivkohleschicht begrenzt bzw. einbettet. Die dauerhafte elektrostatische Aufladung bewirkt in ihrer Langzeitpolarisation ein elektrisches Feld, das auch vie1 kleinere Partikel, z. B. bis 0, I pm, als die Mikrofasern mechanisch zulassen wurden, ausfiltert und dauerhaft bindet. Als Elektret-Extrusionsvliesstoff wird geeignetes Polymermaterial, z. B. Polycarbonat oder Polypropylen, venvendet [ 165, 178-1 801.
15.5.2.7 Beschichtungstrager-, Mikrofaser- und sonstige Vliesstoffe Fur Beschichtungen werden bevorzugt Nadelvliesstoffe verwendet. Verdeckstoffe fur Cabriolets z. B., werden auBer auf Acryl- und Acryl-/Polyestergewebebasis insbesondere auch auf der Basis von PVC-Beschichtungen auf Polyester-Nadelvliesstoffen realisiert. Dabei sind die Langzeitbestandigkeiten gegenuber Temperatureinflussen, UV-Strahlung, subtropischer Feuchtigkeit, Festigkeits- und Elastizitatsabbau, Schimmel, Feuer, Alterung und Schrumpf zu erfullen [ 1811. Erfullt werden mussen diese Kriterien auch von Kunstledern auf Vliesstoffbasis, die als Sitzbezugsmaterial eingesetzt werden. Dabei kommt sowohl PVC als auch in zunehmendem MaBe Polyurethan als Beschichtungsmaterial zum Einsatz. Ebenso werden Kunstleder auf Vliesstoffbasis fur Werkzeugtaschen, Wagenpapieretaschen oder den Skisack eingesetzt. Mikrofaservliesstoffe, wie Amaretta oder Alkantara, werden zunehmend als gehobene Ausstattung anstelle von Gewebe, Gewirke oder Ge-
stricke als Sitzpolsterstoff oder auf Verkleidungsteilen, dem Turbelag und/oder der Himmelverkleidung eingesetzt. Dabei handelt es sich um Matrixfasern auf PESBasis, die zum Nadelvliesstoff verarbeitet, durch Schrumpfen verdichtet und durch Herauslbsen einer Faserkomponente in die Mikrostruktur gebracht werden. Danach wird durch Tranken mit Polyurethan und Ausfiillen desselben innerhalb der Vliesstruktur sowie durch Spalten und spezielles Veredeln (Tumblern, Fiirben, Schleifen u. a.) der fertige. charakteristische wildlederahnliche Mikrofaservliesstoff erzeugt. Solche Vliesstoffe sind atmungsaktiv, weich und werden zur Festigkeitserhiihung und Erfullung der im Auto vorgeschriebenen Flammfestigkeit fur den Sitzeinsatz meist mit einem dunnen Gewebe kaschiert und auf der Ruckseite flammfest ausgerustet. Fur Abdeckplanen werden neben dunnen Synthesefasergeweben auch Vliesstoffe eingesetzt. Besonders bekannt wurde das von Kimberly Clark entwickelte Produkt .,Evolution", z.B. Typ 4. Es besteht aus vier Schichten. Die beiden Auljenlagen sind thermisch verfestigte Spinnvliese aus verstreckten Polypropylenfasern von unterschiedlicher Flachenmasse. Als Innenschichten dienen zwei Polypropylen-Meltblownvliesstoffe mit niedrigen Flachenmassen. Die Abdeckvliese sind fur Festigkeit und Abriebbestandigkeit verantwortlich, die Schmelzblasvliesstoffe fur Volumen, Absorptions- und Sperrschichteigenschaften. Die Schichten sind durch Ultraschall verschweiljt. Die Abdeckplane ist atmungsaktiv, waschbar und kann bedruckt und genaht werden. Sie ist aul3erdem temperatur-, UV-, wasserbestandig und antibakteriell. Ein anderes Laminat dieser Art ist Sentrex, ein dreischichtiges Material nus einem Meltblownvliesstoff zwischen zwei Spinnvlies-AuBenschichten [ 1821. Eine weniger atmungsaktive, dafur voll recycelbare und wasserdichte Liisung besteht aus einem Polypropylen-Maliwatt mit einer Polyolefin-Schmelzebeschichtung. Schonbezuge (Fahrersitz) fur zu exportierende Kraftfahrzeuge werden - wenn nicht in Folie - ebenso aus Vliesstoffen hergestellt (Spinnvliesstoff oder Maliwatt). Normale Schonbezuge sind weniger oft aus Vliesstoffen, sondern meist gestrickt. Es sei noch darauf hingewiesen, da13 fast alle Dichtungen im Auto aus getrankten und verpreljten Vliesstoffen bestehen.
15.5.3 Flugzeugindustrie, Schiffahrt und Eisenbahn In der gesamten Fahrzeugindustrie werden Faserverbundwerkstoffe aus Verstiirkungsfasern und einem Matrixwerkstoff fur hochbeanspruchte Bauteile eingesetzt. Primar werden Glas-. Aramid- und Kohlefasem verwendet. Als Matrixwerkstoffe haben sich Polyester-, Vinylester- und Epoxid-Harze bewahrt [ 1831. Eine spezifische Form sind die faserverstiirkten thermoplastischen Verbundwerkstoffe. bei denen Naturfaserverstiirkungen von Bedeutung sind. Sie sind temperaturbestandig, leicht, stabil, bruchfest, schalldammend, nicht splitternd und finden bei Innenausstattungs-Verkleidungsteilen Anwendung. Meist in Verbindung mit Polypropylen werden Hanf, Kenaf, Flachs, Jute oder Sisal zu Vliesstoffen verarbeitet [ 1841.
15.5 F~ihr,7eiih.indu.strir
B
61I
In der Flugzeugindustrie ist die Masse-Einsparun von besonderer Wichtigkeit. In einem Airbus werden zwischen 800 und 1600 m Textillen verarbeitet. Es sind dies Sitzbezuge, Feuerblocker, Vorhange, Teppichboden und Wandbespannstoffe. Nur fur Wand- und Bodenverkleidungen werden derzeit Vliesstoffe eingesetzt. Vorschriften bestehen fur Brandverhalten, Masse, Abriebfestigkeit, Schrumpf- und Stretchverhalten, Licht- und Farbechtheiten, Verfilzung, Nahtverzug, Korrosionseffekte, elektrostatische Aufladung und Verklebbarkeit [ 1851. Das Hauptaugenmerk wird auf die Einhaltung der Nichtbrennbarkeitsnormen [ 186-1 881 gelegt. Im Schiffsbau sind ebenso Bodenbelage und Wandbespannungen aus Vliesstoffen interessant. Die Einsatzbereiche textiler Werkstoffe in Reisewagen von Bahnen sind Sitzpolsterbezuge, Feuerblocker im Sitzpolster, Vorhangstoffe, Teppichboden und Wandverkleidungen, also das gleiche wie im Flugzeug und Schiff. Nur fur Bodenbelage und Wandbespannungen sind Vliesstoffe anwendbar. Alle Textilausstattungen in Reisezugen mussen eine achtjahrige Nutzung problemlos uberstehen. Fur Wandverkleidungen sind die Reinigungsfahigkeit einschlieRlich Trockenverhalten und die Brandlast entscheidend. Die Verschmutzungen sind durch ,,Fahrgastunachtsamkeit", Metallabrieb, Sand und RuR (Diesel) gekennzeichnet. Alle Anforderungen werden vom Eisenbahnbundesamt bahnspezifisch definiert I1891. Dabei spielen die Vorschriften zur Schwerentflammbarkeit eine besondere Rolle. In GroRbritannien und Frankreich sind diese Normen und Vorschriften noch umfassender bezuglich der Enttlammbarkeit mit kleiner Flamme, durch Schwelbrande und in grol3em MaRstab. Als Normen werden genannt: BS 6853; CP/DDE 101; ASTM-E 648; BS 476, Teil 1 ; BS 5852; UIC-Vorschrift 564-20 R; NF F 16- 10 I ; NF C 20-455; NF G 07- 128; P 92-507: NF X 10-702: NF X 70- 100 sowie die Sauerstoffverbrauchskalorimetrie mit Entflammbarkeit und Warmeentwicklungsgeschwindigkeit [ 1901.
15.5.4
"
Ausblick
Vliesstoffe in der Fahrzeugindustrie werden auch kunftig starker im technischen und weniger im modischen Bereich Einsatz finden. Dabei sind die groljen Entwicklungsspriinge der letzten 20 Jahre beendet. Durch kontinuierliche Weiterentwicklungen und innovative Losungsansatze haben Vliesstoffe gute Chancen. Problemlosungen sind z. B. auch weiterhin im Zusammenhang mit dem Recycling erforderlich. Schichtige Verbundkonstruktionen, die zur Erreichung einer bestimmten Eigenschaftssumme notwendig sind, lassen sich oft einfach und preiswert unter Venvendung von Vliesstoffkombinationen aufbauen. Dabei spielt die trotz widerspriichlicher Anforderungen erreichbare, polymere Sortengleichheit eine wichtige Rolle. Nur so besteht zusammen mit einer leichten Demontierbarkeit der Teile die Chance zur spateren wirtschaftlich tragbaren Wiederaufbereitung. Der Trend zu einem Dachhimmel rein auf Polyethylenterephthalatbasis, einem Teppich rein auf Basis Polyamid oder einem Verkleidungsteil rein aus Polyolefin bleibt erhalten. Auch wenn das erreicht ist, setzen der durch den Gebrauch angefallene Verschmutzungsgrad sowie der polymere Abbau Grenzen fur eine Wiederverwer-
tung [ 191 I. Downcycling und Verbrennung bleiben fur einen Anteil die okologisch und wirtschaftlich sinnvollere Losung. Neue Problemlosungen kiinnen auch im Zusammenhang mit weiteren Komfortverbesserungen gefragt sein, wie nicht nur Filterung der Luft, sondem Geruchsverbesserung durch Sitztextilien n i t desorbierender Funktion [ 1921 oder im weiteren Zuruckdrangen von elektrostatischen Ausgleichsentladungen uber den Fahrgast. Weitere Masseverringerung gleich Energieersparnis und gleichzeitig weiteres Wachstum der Anforderungen bedarf automatisch feingliedriger Konstruktionen, die wiederum Schichtvliesstoffen Chancen einraumen. Das Entwicklungsgebiet der Polsterung mittels Faserstruktur ist noch nicht vollstiindig bearbeitet. Polsteroberstoff aus Vliesstoff ist nach wie vor in der Entwicklung. Vielleicht entstehen uber die Wasserstrahltechnologie oder andere Faserverwirbelungsmiiglichkeiten zukunftig hier neue Ansatzpunkte fur eine Erweiterung des Vliesstoffeinsatzes in der Fahrzeugindustrie.
15.6 Papiermaschinenbespannungen (M! Brst) Papiermaschinen zahlen zu den griiljten Produktionsmaschinen, die in einem kontinuierlichen ProzeB aus einem Rohstoff ein gebrauchsfertiges Produkt Papier - erzeugen. Produktionsgeschwindigkeiten auf Hochleistungsmaschinen von 2000 m/min werden zur Zeit angestrebt. Herzstuck dieser Maschinen sind textile Bespannungselernente. In der NaBpartie der Papierinaschine werden uberwiegend Polyestergewebe eingesetzt, auf denen das Papierblatt bzw. die Papierbahn gebildet wird. In der Pressenpartie kommen zur mechanischen Entwiisserung der Papierbahn Vliesverbundstoffe, sogenannte Pressenfilze, aus Kombinationen von Geweben und aufgenadelten Faservliesen zur Anwendung. Wenn hier von Geweben gesprochen wird, so kiinnen das ebenso Gelege sein, die sich inzwischen sehr gut bewiihrt haben. Fur die Papierherstellung ist dieser mechanische erungsprozeI.3 besonders wichtig, da er kostengunstiger ist als die nachfolgende Trocknung der Bahn in der Trockenpartie, in der Siebgewebe aus Polyester (PET) und in einigen Spezialfallen aus Polyphenylensulfid (PPS) eingesetzt werden. Pressenfilze haben eine Lange zwischen 10 m und 60 m, die Breite kann bis xu 10.5 m betragen. Wahrend ihres Einsatzes in der Papiermaschine legen sie eine Strecke von etwa 70 000 km zuruck und erfahren dabei mehrere Millionen Verpressungen zwischen zwei PreBwalzen, die mit spezifischen Pressendriicken- von teilweise mehr als 1 0 MPa belastet sind. Pressenfilze erfullen wichtige, verschiedenartige Aufgaben. Ihr konstruktiver Autbau (Abb. IS-33a und b) mu13 so angepal3t sein, daf3 sie die noch sehr empfindliche Papierbahn voni Blattbildungssieb abnehmen und unbeschadet durch das Pressensystem der Papiermaschine transportieren. Abgesehen von Pressenfilzen, die mit einer in der Papiermaschine schliel3baren Naht ausgestattet sind, werden sie endlos
Abb. 15-33.Aufbau eines doppellagigen Pressenfilzes. ;I) Pi-cwcnfil/: Mikrotomschitt in Iiingarichtung, h) Pressenfill: Mikrotoinschnitt in Qucrrichtung A: Liingsfaden. monofiler Zwirn. H: Querl'adcn, monoliler Zwim. C: Papierseitige V l I e s ~ ~ n l l ~ ~ g e ,
D: Walzenseitige Vliesautlage. E: In das Tragergewebe eingenadelte Vliesfasern
gefertigt. Der textile Trager der Pressenfilze besteht aus Geweben, die ein-, zweioder dreilagig ausgelegt sind. Mehr und mehr werden auch Kombinationen aus ein, zwei oder seltencr drei Triigern in einem Pressenfilz benutzt. Der Gewebctrager mu13 im EinsatL die anstehenden Zugkrifte aufnehmen und in der Pressenrone ein fast nicht komprimierbares inneres, freies Wasserspeichervolumen zur Verfugung stellen - und das moglichst unverandert uber die gesamte Einsatzzeit. Diese Forderungen erfullen Tragerkombinationen besonders gut. Das untere Gewebe stellt als sehr stabile Konstruktion das Speichervolumen zur Verfugung. Das obere, feiner gestaltete Gewebe wirkt als Abdeckung, die zur Vergleichmiifligung der Druckubertragung und zur Verhinderung von Markierungen der Papierbahn beitragt. Die Pressenfilze mussen einen wesentlichen Beitrag zur Entwasserung der Papierbahn leisten und die QualitBt der Papierober- und -unterseite im Sinne einer guten Bedruckbarkeit positiv beeinflussen. Zur problemlosen Erfullung dieser Aufgaben erganzt man den Trager oder die Tragerkombination durch eine geeignete Faservliesauflage, die durch einen VernadelungsprozefJ aufgebracht wird. Die Faserauflagen k6nnen beidseitig auf den Trager aufgebracht werden, die Massen der Auflagen variieren je nach Aufgabenstellung. Die Vernadelungstechnologie wird gleichzeitig genutzt, Tragerkombinationen untereinander zu verbinden. Das sich viskoelastisch verhaltende Vlies bildet ein Labyrinth von feinsten Porenkanalen, durch die das Wasser in den Trager abfliefien kann, und ubertragt den mechanischen Pressendruck moglichst gleichmaRig auf die Papierbahn. Der elastische Anteil diesca Verhaltens muB unter dcm angewandten Pressendruck moglichst lange aufrecht erhalten bleiben. Fur die Herstellung der Vlieslagen nutzt man drei unterschiedliche Verfahren. Das alteste ist das Online-Benadeln. Die fur die Vliese vorgesehenen Faserkomponenten werden kardiert, und das mit Hilfe eines Querlegers erzeugte Vlies der Nadelmaschine in der notwendigen Breite kontinuierlich vorgelegt. In dcr Nadelzone werden Trager odcr Triigerkombination mit der Vlieslage vereinigt und durch Vernadeln miteinander verbunden. Die Zufiihrung des Vlieses auf den in der Nadelmaschine umlaufenden Trager erfolgt, bis die gewunschte Masse der Faserauflage
erreicht ist. Durch nachfolgende Vernadelungspassagen ohne Vlieszufuhrung wird eine Verdichtung des Vliespakets erreicht und die Verbindung mit dem Trager verbessert. Wird die quergelegte Vliesbahn auf einer Vornadelmaschine zunachst nur leicht in sich selbst verfestigt und aufgerollt, und anschliefjend diese vorgenadelte Vliesrolle auf einer Finishvernadelungsmaschine auf den Trager aufgelegt, spricht man von der Vornadeltechnologie. Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist die Moglichkeit, die Vliesbahn vor der Vernadelung mit dem Triiger ausgiebig auf ihre Qualitat prufen zu konnen. Um die notwendige Auflagenmasse zu erreichen, wird dann eine entsprechende Anzahl von Vliesschichten durch Abrollen aufeinandergelegt. Die dritte Moglichkeit stellt das Beltex-Verfahren dar (siehe Abschnitt 6. I ) . Das gesamte Vliespaket wird als endloser Vliesschlauch mit der Umfangsliinge des Pressenfilzes hergestellt und in sich durch Vernadeln hoch verfestigt. Erst dann erfolgt die Verbindung mit dem Trager. Fur den Aufbau des Vliespakets ist es ein deutlicher Unterschied, ob die Fasern direkt in den Trager eingenadelt werden oder das Auflagenpaket zunachst hoch verdichtet, d a m erst mit dem Trager verbunden wird. Naturlich ist es auch iiblich, Lagen aus unterschiedlichen Faserfeinheiten ubereinander zu schichten. Im Allgemeinen werden die Faserfeinheiten um so feiner, je naher die Faserschicht der Papierbahn ist. Die Materialauswahl fur die Fasern spielt eine sehr wichtige Rolle. Die Fasern mussen dem hohen Pressendruck widerstehen und durfen dabei nicht aufspleifjen. Zugleich ist eine hohe Abriebfestigkeit unabdingbar, um lange Lauf'zeiten zu ermiiglichen. Als Polymere sind teilkristalline Polyamide mit mittlerem und hohem Molekulargewicht geeignet, vor allem Polyamid 6 oder Polyamid 6.6, aber auch Polyamid 6.10. Polyamid 6.12 oder Polyamid 12 sind im Einsatz. Zwischen den unterschiedlichen Fixiergraden non-set, medium-set und super-set kann ausgewiihlt werden, womit gleichzeitig das noch verbleibende Schrumpfvermiigen der Fasern in Abhangigkeit von der Temperatur festgelegt ist, was beim Endfixieren des Pressenfilzes von Bedeutung ist. Die Auswahl der Feinheit der Faserauflage erfolgt allein ails anwendungstechnischer Sicht. Die Papiersorte, die Anforderungen an die QualitYt des Papiers und die Geometrie des Pressensystems beeinflussen die Wahl der Faserfeinheit. Im Bereich von 2,s dtex bis 67 dtex sind Fasern verfugbar. Bezogen auf Polyamid 6 betragen die Faserdurchmesser 17,7 pm bis 86.5 lim. Die Faserlhngen staffeln sich nach den Faserfeinheiten von 38 mm bis 120 mm. Um ein sehr gleichmiiBiges kardiertes Vlies zu erhalten, werden Mischungen aus verschiedene Faserfeinheiten, d. h. aus verschiedenen Faserlangen gemischt. Seit einiger Zeit liefern die Faserhersteller Fasern mit ,,Vario-Schnitt". Diese Fasern fallen bei der Produktion in unterschiedlichen Schnittlangen an. Dadurch lassen sich Vliespakete mit groBer GleichniaBigkeit aus einer Faserfeinheit herstellen. Nach welchen Gesichtspunkten werden Faserauflagen ausgesucht? Die Papiersorte und der Wasseranfall in der Presse bilden ein Kriterium. Fur die Herstellung von Hygienepapieren werden die feinsten Fasern in der Auflage benotigt. Mit wachsendem Wasseranfall in der Presse sollte die Faserauflage einen geringeren FlieBwiderstand besitzen. Das kann durch moglichst grobe Fasern erreicht werden. Die Fuhrung der Papierbahn beeinflufit die Auflagenfeinheit erheblich. Das Abfallen der Papierbahn, das zu feste Haften der Papierbahn am Pressentilz oder die Bildung von Blasen zwischen Filz und Papierbahn konnen durch die Auflagenfeinheit, die GleichmaBigkeit der Filzoberflache und die Kompaktheit der Auflage gesteuert wer-
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den. Je feiner und kompakter die Vliesauflage und je gleichmaljiger die Oberflache des Pressenfilzes sind, urn so fester wird die Papierbahn am Filz fixiert. Durch den Einsatz von Altpapier als Rohstoff fur die Papierherstellung sind Verschmutzungen zu einem groljeren Problem geworden. Auch hier kann man durch geschickte Auswahl der Faserauflage fur einen problemlosen Lauf des Pressenfilzes sorgen. Zusatzlich konnen auch durch die Applikation von chemischen Ausrustungen die Filzeigenschaften verbessert werden, z. B. das Anschmutzverhalten oder die Hydrophilie und das Startverhalten. Pressenfilze mussen als textile Maschinenteile eine harte und hochspezialisierte Arbeit leisten. Durch das einfache ,,Funktionieren" entscheiden sie in einem hohen MaBe uber die Qualitat des hergestellten Papiers und uber die Effektivitat der Papiermaschine.
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-
Literutur zu Kapitel 15
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16 Verwertung von Vliesstoffen (B.Gulich)
Die Verwertung von Vliesstoffen muB unter verschiedenen Aspekten betrachtet werden. Wie bei anderen Textilabfallen kann zwischen den bei der Vliesstoffherstellung anfallenden Produktionsabfallen und den nach dem Gebrauch physikalisch undoder ideell verschlissenen Vliesstoffen unterschieden werden. Vliesstoffe unterliegen einem besonders breiten Einsatzspektrum in nahezu allen Bereichen der Textilindustrie. Dementsprechend vielfaltig sind die zur Herstellung verwendeten Rohstoffe, Verfahren und Konstruktionen. Von diesen Faktoren hangen im starken MaBe die Verwertbarkeit selbst und die dazu geeigneten Methoden - zusammengefaljt als Recyclingfhigkeit - ab. Die wachsende Bedeutung fur die Umweltvertraglichkeit der eingesetzten Rohstoffe und die umweltschonenden Verarbeitungstechniken sowie die zunehmende Forderung nach einem hoheren Grad an Recyclingfahigkeit haben sich bereits in der Entwicklung entsprechender Maschinen und neuer Herstellungstechnologien niedergeschlagen. Auch weiterhin ist es notwendig, da13 alle an der Entwicklung, der Herstellung und dem Einsatz von Vliesstoffen beteiligten Unternehmen im Sinne der Produktverantwortung an der Vermeidung von Abfallen und an einer umweltfreundlichen Verwertbarkeit interessiert sind. Perspektivisch wird unter den sich verschbrfenden gesetzlichen Bestimmungen und den okonomischen Rahmenbedingungen der bisher ublichen Verbringung von Produktionsabfallen auf Deponien eine untergeordnete Rolle zukommen. Nicht zuletzt bieten Vliesstoffe selbst in vielen Fallen eine hervorragende Gelegenheit zum Einsatz bereits recyclierter Rohstoffe. Bestes Beispiel dafiir sind die vielfaltigen unter Verwendung von ReiBfasern hergestellten Vliesstoffsortimente. Es wird eingeschatzt, daB ca. 95 % der deutschen ReiBfaserproduktion in den vliesstoffherstellenden Bereich zur Verarbeitung gebracht werden [ 11. Die Zukunftsformel mu13 also lauten, daB Abfall gleich Wertstoff ist und auf dem Weg zu seiner endgultigen - vorzugsweise energetischen - Venvertung mehrfach in neuen Produkten eingesetzt werden sollte.
16.1 Produktionsabfalle aus der Vliesstoffherstellung Die Verwertung von Produktionsabfallen ist in vielen Bereichen der Vliesstoffherstellung bereits gelost. Soweit moglich, werden bei der Produktion anfallende Randstreifen, aber auch AusschuBwaren und Rucklieferungen, innerhalb des Herstellerunternehmens aufbereitet und direkt in den selben oder einen artverwandten ProduktionsprozeB zuruckgefuhrt. Vor allem mechanisch verfestigte Vliesstoffe
bieten hierfur gute Ansatzpunkte. Eine weitere Moglichkeit ist die Aufbereitung von Produktionsabfsllen in spezialisierten Recyclinguntemehmen und die Herstellung definierter Recyclatmischungen fur gleiche oder andere Anwendungen. Werden bei der Herstellung von Vliesstoffen andere als die bekannten mechanischen Verfestigungsverfahren zur Anwendung gebracht, gelangt auch das traditionelle mechanische Aufbereitungsverfahren Zerfasern durch ReiBen schnell an die Grenzen seiner Anwendbarkeit. Die verstarkte Entwicklung von Sandwichprodukten und Komposits aus textilem Material und Kunststoff schlieBlich ergibt ebenfalls Abfalle, deren Aufbereitung mit den traditionellen Verfahren uberhaupt nicht mehr beherrschbar ist. Bei derartigen Produkten sind spezielle verfahrenstechnische Losungen zur Aufbereitung notwendig. Besser ist die Entwicklung von Komposits als sortenreine Produkte mit vereinheitlichtem Polymereinsatz, deren Verwertung dann mit einfachen, dem Kunststoffrecycling entlehnten Mitteln miiglich ist.
16.1.1 Mafinahmen zur Abfallverringerung Generell wird es stets im Herstellerinteresse liegen, den Anteil der Produktionsabfille so gering wie moglich zu halten. Wesentliche und technisch/technologisch kurzfristig realisierbare Ansatze zur Abfallverringerung sind: -
-
-
Optimierung vorhandener Produktionsanlagen zur Verbesserung der Materialausbeute im HerstellungsprozeB Optimierung der erzeugten Produkte, Absicherung der Recyclingfahigkeit durch vorausschauende Rohstoff- und Technologieauswahl Optimierung in der Herstellungstechnologie, zum Beispiel durch richtige Zeitpunktwahl fur den Randstreifenschnitt oder die Nutzung von ProzeBsteuerungen bei Wechsel von Qualitat oder Sortiment
16.2
Vliesstoffabfalle nach dem Gebrauch
16.2.1 Einwegprodukte Ausgehend von der prinzipiellen Unterscheidung der Vliesstoffe in langlebige (dauerhafte) und in kurzlebige Produkte mussen auch die Vliesstoffabfille dieser Unterteilung unterliegen. Die Verwertung von kurzlebigen Einwegprodukten fur Medizin- und Hygieneanwendungen ist mit den bisher bekannten Methoden wenig sinnvoll. Bestrebungen der Hersteller gehen hier eher in die Richtung der biologischen Verwertung (Kompostierung). Problematisch gestaltet sich dabei die Abbaubarkeit der in diesen Produkten enthaltenen synthetischen Polymere, weshalb in dieser Branche intensiv an der Entwicklung spezieller abbaubarer Kunststoffe fur Fasem und Folien gearbeitet wird.
16.3 Venuertungsmiiglichkeiten fur Vliesstoffabfullr
625
Tatsachlich machen die uberwiegend in hygienischen und medizinischen Gebrauch verwendeten Wegwerfartikel nur maximal 2% des Deponievolumens aus, eine Verbrennung stellt wohl in vielen Fallen die hygienisch unbedenklichste Methode dar.
16.2.2 Dauerhafte Produkte Vliesstoffe als dauerhafte Produkte unterliegen wahrend ihres Gebrauchs den unterschiedlichsten Beanspruchungen, die zum teilweisen oder totalen Verlust ihrer urspriinglichen Eigenschaften undoder ihrer Funktionalitat fuhren (zum Beispiel FuBbodenbelage, Filter, Verpackung). Vliesstoffe werden aber auch dann zu Abfall, wenn das Erzeugnis, in dem sie zur Erfullung spezieller Funktionen integriert sind, seinen Gebrauchswert verliert und ausgesondert wird (zum Beispiel: Automobil, Bekleidung, Polstermobel, Matratzen). Oftmals konnen hier die Vliesstoffe (aber auch andere textile Materialien) durch ihre feste Integration im Erzeugnis nur mit entspechendem Aufwand sortenrein zuriickgebaut werden. Zukunftig wird durch gesetzliche Rucknahmeverpflichtungen (wie zum Beispiel die deutsche Altautoverordnung) starker als bisher die Forderung nach recyclingfreundlichen Konstruktionen auch fur die Textilindustrie entstehen. Hatte bisher die Verwertung von gebrauchten Vliesstoffen eine untergeordnete Bedeutung, so ist hier perspektivisch mit groljem Handlungsbedarf zu rechnen.
16.3
Verwertungsmoglichkeiten fur Vliesstoffabfalle
16.3.1 Mechanische Verfahren zur Faserruckgewinnung Vorwiegend bei mechanisch verfestigten Vliesstoffen aus Gemischen von Chemieund Naturfasern oder bei reinen Naturfaservliesstoffen wird die mechanische Auflosung der textilen Struktur durch Zerfasern bzw. ReiBen angewendet (s. Abschnitt 1.3, Reififasern). Die Reiljfaserherstellung ist ein universelles und wirtschaftliches Verfahren, bei dem die Fasern zwar in bestimmtem MaBe physikalisch geschadigt werden, die funktionalen Komponenten des Faserstoffes aber erhalten bleiben. Vorteil des Verfahrens ist die Anwendbarkeit sowohl fur Produktionsabfalle als auch fur Vliesstoffe nach deren Gebrauch. Storend konnen sich hierbei Kontaminierungen (wie zum Beispiel bei Filtervliesstoffen), starke Verschmutzungen und das Vorhandensein nichttextiler Anteile auswirken.
16.3.2 Regranulierung Liegen Vliesstoffabfiille aus ausgewahlten synthetischen Faserstoffen in reiner und polymergleicher Form vor, konnen diese in einem Verarbeitungsprozel3 wieder zu Fasern versponnen werden. Wegen der Grundforderung hinsichtlich Materialreinheit wird die Anwendung dieses Verfahrens gegenwartig hauptsachlich auf Produktionsabfalle beschrankt bleiben [ 2 4 ] . Alle Vliesstoffabfalle BUS thermoplastischen Fasem wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester usw. konnen auf Agglomeratoren zu rieselfiihigem Granulat verarbeitet werden. Dieses Granulat kann ebenfalls zur Herstellung von Fasem (meist fur einen geringerwertigen Anwendungsfall) verwendet werden. Wichtige Eigenschaften fur die Verarbeitbarkeit der Agglomerate sind neben der ausreichenden Schmelzviskositat auch die Schuttdichte und die Rieselfahigkeit. Die Wiederzusetzung von Regranulat aus Vliesstoffabfallen zur Neuware stellt einen Idealfall dar. Meist ist dies aus verschiedenen Griinden (Faserstoff mit Avivagen benetzt, Vliesstoffe mit Bindemittel verfestigt, Vliesstoffe mit anderen Kunststoffen gemischt und nur als Mischungsschmelze regranulierbar) nicht moglich. Hier ist fur das Regranulat der hochwertigste Ersatzanwendungsfall zu suchen (zum Beispiel SpritzguB, Extrusion, Produktion einer niedrigeren Vliesqualitat aus 100% Regranulat) (2, 51. Einen Sonderfall stellt die Verarbeitung von Vliesstoffabfallen aus Mischungen von synthetischen (thermoplastischen) Faserstoffen und naturlichen Faserstoffen durch Agglomerieren dar. Hierbei konnen - in Abhangigkeit vom Schmelzpunkt der thermoplastischen Komponente - bis zu 60% nichtplastifizierbare Fasem matrixartig im Agglomerat eingebettet werden. Derartige Agglomerate sind zum Beispiel aus Abfallen von Bodenbelagen und oder aus Formteilabfallen herstellbar. Einsetzbar sind diese Agglomerate beispielsweise als aufgestreute und angesinterte Schwerdammschicht wiederum auf der Ruckseite von Formteilen und Bodenbelagen oder als pulverformiges Bindemittel zum Phenolharzersatz bei der Herstellung thermisch verfestigter Vliesstoffe und Platten [6].
16.3.3 Herstellung von Textilschnitzeln und deren Verwendungsmoglichkeiten Vliesstoffabfalle sind durch Zerkleinern zur Herstellung von Textilschnitzeln geeignet. Der Zerkleinerungsvorgang kann dabei durch Schneiden, Schneidmahlen oder Schreddern erfolgen (71. Pradestiniert erscheint die Textilschnitzelherstellung fur die Verwertung von Randstreifen direkt an deren Entstehungsort. Vor allem Randstreifen von Thermobondvliesstoffen, von Vliesstoffen fur die Formteilherstellung oder auch von beschichteten Vliesstoffen bieten sich hierfur an. Gebrauchte Vliesstoffe bzw. Textilverbunde aus dem Automobilsektor wurden in diesem Zusammenhang ebenfalls hinsichtlich ihrer Wiedervenvendbarkeit untersucht [8]. Die in einer anniihemd homogenen GroBenverteilung vorliegenden Textilschitzel konnen beispielsweise durch ein Schuttverfahren zu Matten geformt werden.
16.3 Vemertungsrnoglichkeiten ,fur Vliesstoffubfalle
627
Diese Matten werden anschliefiend unter ausgewahlten Druck- und Temperaturbedingungen (> 100 bar; > 180" C )zu plattenformigen Erzeugnissen verpreBt, die wiederum als Halbzeug fur die Formteilherstellung dienen konnen [6]. Eine weitere Einsatzmoglichkeit fur Textilschnitzel bietet sich als Zuschlagstoff fur die Herstellung von Textilbeton. Hierbei ist es erforderlich, die Oberflache der textilen Faser durch ein spezielles physikalisches Verfahren derart zu modifizieren, da13 eine Verbindung zum mineralischen Zement eingegangen werden kann. Fur Textilbeton kann eine Reihe von Einsatzbeispielen mit vorteilhafter Wirkung nachgewiesen werden [9, 101.
16.3.4 Verarbeitung von Vliesstoffrandstreifen auf KEMAFIL-Maschinen Vliesstoffabfalle in Form von Randstreifen, Teilbobinen oder Fehlbahnen konnen nach dem KEMAFIL-Verfahren direkt fur die Herstellung unterschiedlichster Schnur- und Seilerzeugnisse genutzt werden [ 1 1, 121. Voraussetzung fur die Verarbeitung der Randstreifen ist die Aufmachung auf Rollen, Spulen oder Trossen und eine entsprechend groBe Langenvorlage. Beim KEMAFIL-Verfahren werden derartige Abfalle als strangformiges Kemmaterial im Zentrum eines mittels spezieller Wirkwerkzeuge gebildeten Maschenmantels aus Faden eingebettet. Unter Nutzung der Vliesstoffeigenschaften (z. B. Saugverhalten, Sprungelastizitat, Festigkeit) entstehen Strange mit unterschiedlicher Funktionalitat bis 130mm Durchmesser fur Erzeugnisse im Bereich der Landwirtschaft, Industrie und des Bauwesens. In Kombinationen mit anderen Kemmaterialien werden die Vliesstoffrandstreifen als Umhullung bei der Herstellung von Be- und Entwasserungsseilen, Sensorleitungen, Dranageseilen, Kederschnuren, Prallschutzseilen und Dochten eingesetzt. Auf einer modifizierten KEMAFIL-Flockenanlage konnen Flocken, Fasem, Schnitzel (auch Granulat) kontinuierlich zu Strangen verarbeitet werden [ 131. Dadurch sind Einsatzgebiete fur unterschiedlichste Abfallstrukturen erschlieBbar. Die Aufbereitung in Flocken- und Schnitzelform bietet sich bei Randbeschnitten mit ungenugenden Lauflangen sowie bei Konfektionsabfallen aus verschiedenen Materialarten an. Die Weiterverarbeitung der Schnur- und Seilstrukturen als SchuBfaden fur die Herstellung grober Mattenstrukturen wird im Sachsischen Textilforschungsinstitut e.V. praktiziert. Die Einsatzgebiete liegen im Bereich von Warmedammatten, Aufwuchstragem und extrem groben Boschungsgittem.
16.3.5 Zweitverwertung von Vliesstoffabfallen Unter Zweitverwertung ist die Verwendung eines fur den urspriinglich vorgesehenen Verwendungszweck unbrauchbar gewordenen Erzeugnisses ohne oder nur mit geringer stofflicher Veriinderung in einem neuen Anwendungsfall zu verstehen. Grundgedanke ist die gezielte Ausnutzung bestimmter, dem verschlissenen Erzeugnis noch innewohnender funktionaler Eigenschaften fur einen anderen als den ursprunglichen Verwendungszweck. Beispiel fur eine bereits erfolgreich praktizierte Methode ist die Zweitverwertung von textilen Papiermaschinenbespannungen. Jahrlich fallen davon in Deutschland ca. 500000 m2 als Abfall an. Diese fur die Papierherstellung unbrauchbar gewordenen Flachengebilde in Form von gewebearmierten Vliesstoffen und gewebten Sieben sind verrottungsbestandig, wasserdurchliissig und weisen hohe Festigkeiten auf (meist uber 60 kN/m). Auf Grund dieser Eigenschaften bietet sich der wirtschaftlich sinnvolle Einsatz als Geotextil an. Vorzugsweise werden diese Materialien zur Griindungsverbesserung im StraBen- und Tiefbau und als Schutz mineralischer Dichtungen im Deponiebau eingesetzt. Die zu erwartenden Wasser- und Erdbelastungen durch Inhaltsstoffe aus der Papierindustrie waren bei den untersuchten Materialien unbedenklich. Wesentliche Voraussetzung fur eine effektive Zweitverwertung ist ein abgestimmtes System der Erfassung, Sortierung und Aufbereitung, durch welches die Wandlung vom Abfall in ein neues Produkt erfolgt. Ansatzpunkte zur Applikation dieser Methode auf textile Bodenbelagen werden gegenwiirtig untersucht [ 14, 151.
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17 Allgemeine Grundlagen ( M . Magel, B. Bieber)
17.1 Probenahme und Statistik Die DIN 53 803- 1 beriicksichtigt statistische Gesichtspunkte bei der Probenahme an textilen Materialien. Diese Norm ist Grundlage fur die Beurteilung der Aussagekraft eines Priifergebnisses und beinhaltet neben Begriffen fur die Probenahme auch die Darlegung statistischer Begriffe und die zugehorigen Algorithmen. Fur alle Untersuchungen, bei denen von der Stichprobe auf die Grundgesamtheit geschlossen wird, muB die Probenahme nach dieser Norm erfolgen. Die Wahl des Probenahmeverfahrens richtet sich nach der Priifaufgabe und dem Verarbeitungszustand des zu untersuchenden Materials. Die praktische Durchfuhrung der Probenahme regelt DIN EN I2 75 1. Im allgemeinen werden fur Untersuchungen an textilen Materialien aus der vorliegenden Grundgesamtheit Proben entnommen. Die an ihnen fur eine Eigenschaft bestimmten Kenngroljen mussen den SchluB auf die Kenngroljen der Grundgesamtheit zulassen. Die Proben mussen deshalb so entnommen werden, daB die Differenz zwischen der an der Probe gefundenen KenngroBe und der der Grundgesamtheit zufallig ist, mit anderen Worten: die entnommene Probe mu13 fur die Grundgesamtheit reprasentativ sein. Weiterhin mussen die zufalligen Abweichungen quantitativ abgeschatzt und Vertrauensbereiche fur die zu ermittelnden KenngroBen der Gesamtheit bei vorgegebenem Vertrauensniveau angegeben werden konnen. Zusammenfassend gelten fur Probenahme und Auswertung der MeBergebnisse nachstehende Normen: 0
0
0
0
Probenahme Statistische Grundlagen bei einfacher Aufteilung
DIN 53 803- 1 : 1991-03
Probenahme Praktische Durchfuhrung
DINEN 12751: 1999-10
Statistische Auswertung MeBbare (kontinuierliche) Merkmale
DIN 53804-1: 1981-09
Statistische Auswertung DIN 53804-3: 1982-01 Ordinalmerkmale (Anwendung nur bei Beurteilungen und Benotung)
17.2 Priifklima Die Eigenschaften von textilen Werkstoffen werden von Feuchte und Temperatur beeinflufit. Zur Sicherung von Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit textilphysikalischer Parameter sind die Untersuchungen an MeBproben mit definiertem Ausgangszustand im Normalklima durchzufuhren. Festlegungen dazu enthalt DIN EN 20 139.
17.3 Normen und Richtlinien Nationale und internationale Normenorganisationen erarbeiten auf Basis des aktuellen Standes der Technik Anwendungs- und Prufnormen. Diese Gremien sind z. B. DIN Deutsches Institut fur Normung e.V. BSI British Standards Institution AFNOR Association Francaise de Normalisation CEN Europaisches Institut fur Normung IS0 International Organization for Standardization ASTM American Society For Testing And Materials
(DIN-Normen) (BS-Normen) (NF-Normen) (EN-Normen) (ISO-Normen) (ASTM-Normen)
Weiterhin gibt die EDANA fur ihre Mitglieder Empfehlungen fur die Durchfuhrung von Priifungen heraus. Die Anschriften der Norminstitute befinden sich in Anlage 1. Seitens der EDANA wurden die in Anlage 2 genannten Empfehlungen erarbeitet. Diese konnen von der EDANA angefordert werden. Im Interesse der Globalisierung des europaischen Marktes gewinnt die Europaische Normung immer mehr an Bedeutung. Entsprechend vertraglicher Regelungen sind EN-Normen in das jeweilige nationale Normenwerk zu iibernehmen (Normenbezeichnung dann z. B.: DIN EN.. .). Fur ISO-Normen besteht diese Ubernahmepflicht nicht. Entsprechend des Wiener Abkommens zwischen CEN und I S 0 ist allerdings die gegenseitige Ubernahme von Normen miiglich (DIN EN ISO.. .). Grundsatzlich gilt, daB die Anwendung von Normen freiwillig ist. Ausnahmen bestehen, wenn Normen in Gesetzestexten verankert sind. Da Normen von ,,interessierten Kreisen" bzw. Fachleuten erarbeitet werden, entsprechen sie dem Stand der Technik, und ihre Anwendung wird prinzipiell empfohlen. Gebrauchliche fur Vliesstoffe geltende Normen sind als Anlage 3 zusammengestellt. Im Kapitel 18 sollen nur wichtige Priifungen fur Vliesstoffe erlautert und ggf. Verfahrenhlethoden fur andere textile Flachengebilde gegenubergestellt werden.
Adage I
Anlage 1 Anschriften der Norminstitute:
DIN Deutsches Institut fur Normung e.V.
D- 10772 Berlin
BSI British Standards Institution
389 Chiswick High Road GB-London W4 4AL
AFNOR Association Francaise de Normalisation
Tour Europe, Cedex 7 F-92049 Paris la Dkfense
CEN Europaisches Institut fur Normung
Rue de Stassart 36 B- 1050 Bruxelles
IS0 International Organization for Standardization
1 rue de Varembe 56 CH- 121 1 Genkve 20
ASTM American Society for Testing and Materials
1916 Race Street Philadelphia, PA 19 103-1 187, USA
EDANA European Disposables and Nonwovens Association
157 avenue Eugkne Plasky, Bte 4 B- 1030 Bruxelles
635
Anlage 2 ERT April 1999
Empfohlene Prufverfahren der EDANA: INDEX: Nonwovens (Vliesstoffe) Englisch
Deutsch
0.0-89 1.3-99 10.3-99 20.2-89 30.5-99 40.3-90 50.5-99 60.2-99 70.4-99 80.3-99 90.4-99 IOO.1-78
definition vocabulary absorption tensile strength thickness mass per unit area bending length conditioning tear resistance burst drape brightness
1 10.1-78
opacity
120.1-80
repellency
130.2-89 140.2-99 150.4-99 I5 I .2-99 152.0-99 160.0-89 170.0-89 180.0-89 190.0-89
sampling air permeability liquid strike-through time coverstock-wetback run-off wet barrier-hydrostatic head wet barrier-mason jar bacterial filtration efficiency dry bacterial penetration
200.0-89
wet bacterial penetration
2 10.1-99
free formaldehyde I
Definition Wortverzeichnis Saugfahigkeit ReiBfestigkeit Dicke Masse pro Flacheneinheit Biegesteifigkeit Klimatisierung WeiterreiBwiderstand Bersteigenschaften Fallverhalten Helligkeit/spektraler Ref-lektionsfaktor UndurchsichtigkeiVgestreuter Reflektionsfaktor Wasserabweisung - hydrostatischer Druckversuch Probenahme Luftdurchlassigkeit Feuchtedurchdringzeit Hullvliesstoff-Rucknassung Feuchtetransport W.asserundurchl~ssigkeit Wasserundurchlassigkeit bakterielle Filtrationswirkung Prufung auf Bakterienpenetration im Trockenzustand Prufung auf Bakterienpenetration im NaBzustand freies Formaldehyd I
Anlage 2
637
Englisch
Deutsch
2 1 1.1-99
free formaldehyde I1 (under stressed conditions)
2 12.0-96
free formaldehyde I11 (determination by HPLC) free formaldehyde IV (in processing) linting - dry state
freies Formaldehyd I1 (unter Beanspruchungsbedingungen) freies Formaldehyd Ill (Bestimmung durch HPLC) freies Formaldehyd IV (bei der Verarbeitung) Priifung auf lose haftende Partikel im Trockenzustand Saugfahigkeit unter Druck Oberflachenprufung auf Fremdpartikel ohne mechanische Belastung
2 13.0-99 220.0-96 230.0-99 300.0-84*’
*)
demand absorbency useful method surface linting
Nr. 160-84 of the first issue (Nr. der Erstausgabe)
Fur die von der EDANA herausgegebenen Priifverfahren sind die englischen Bezeichnungen verbindlich.
I7 AIIgemcirie Grurzdlageri
638
Related products (verwandte Produkte) Superabsorbent materials - Polyacrylate Superabsorbent Powders (Superabsorptionsmaterialien - Polyacrylatsuperabsorptionspuder)
Englisch
Deutsch
400.1-99 410. -99 420. -99 430. -99 440. -99
PH
PH
residual monomers particle size distribution moisture content free swell capacity
441. -99
centrifuge retention capacity
442. 450. 460. 470. 480.
absorbency against pressure flow rate density extractables respirable particles
Restmonomergehalt Partikelgroflenverteilung Feuchtegehalt freies Quellvermogen bzw. Volumenzunahmekapazitat Feuchteruckhaltevermogen nach Zen trifugierung Absorption unter Druck FI i ehermogen Dichte extrahierbarer Polymeranteil (lungengangige) atembare Partikel Staub
-99 -99 -99 -99 -99
490.1-99
dust
Fur die von der EDANA herausgegebenen Priifverfahren sind die englischen Bezeichnungen verbindlich.
Anluge 3
639
Anlage 3 Ausgewahlte NormedRichtlinien fur Vliesrohstoffe und Vliesstoffe bzw. ausgewahlte Vergleichsverfahren anderer Produkte, Stand 01/1999 Norm
Titel
DIN EN 71-2: 1994-01
Sicherheit von Spielzeug; Teil 2: Entflammbarkeit Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil B02: Farbechtheit bei kunstlichem Licht: Prufung mit einer XenonBogenlampe Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil B0.3: Farbechtheit gegen Bewetterung: Bewetterung im Freien Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil B04: Farbechtheit gegen kunstliche Bewetterung: Xenonbogenlicht Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil B05: Erkennung und Bestimmung der Photochromie Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil C06: Farbechtheit bei der Haushaltswasche und der gewerblichen Wasche Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil DO 1 : Bestimmung der Trockenreinigungsechtheit Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil D02: Bestimmung der Reibechtheit: Organische Losemittel Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil EO 1 : Farbechtheit gegen Wasser Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil E02: Farbechtheit gegen Meenvasser Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil E03: Farbechtheit gegen gechlortes Wasser (Badewasser in Schwimmbecken) Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil E04: Farbechtheit gegen SchweiB Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil E05: Farbechtheit gegen Flecken: Saure Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil E06: Farbechtheit gegen Flecken: Alkali
IS0 105-BO2: 1994-09
DIN EN IS0 105-B03: 1997-05 DIN EN I S 0 105-B04: 997-05 DIN EN IS0 105-BO5: 995- 12 DIN EN IS0 105-CO6: 1997-05 DIN EN IS0 105-D01: 1995-04 DIN EN IS0 105-DO2: 1995-12 DIN EN I S 0 105-EOI: 1996-08 DIN EN IS0 105-E02: 996-08 DIN EN I S 0 105-E03: 996- 10 DIN EN I S 0 105-EO4: 996-08 DIN EN IS0 105-E05: 1997-05 DIN EN IS0 105-EO6: 1997-05
Titel DIN EN IS0 105-EO7: 1997-05 DIN EN I S 0 105-EO8: 1996-10 DIN EN IS0 105-NO2: 1995-05 DIN EN IS0 105-N03: 1995-05
DIN EN IS0 05-NO4: 1995-05
DIN EN IS0 05-PO 1 : 1995-04 DIN EN I S 0 05-XOS: 997-05 DIN EN I S 0 05-XO6: 997-05 DIN EN IS0 OS-XII: 1996-10 DIN EN IS0 05-Xl2: 1995-06 DIN EN I S 0 86: 1996-02 EN I S 0 186: 1996-01:
I S 0 186: 1994-11 DIN V ENV 343: 1998-04 DIN EN 348: 1992-1 1
Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil E07: Farbechtheit gegen Flecken: Wasser Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil E08: Farbechtheit gegen heil3es Wasser Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil N02: Bestimmung der Farbechtheit gegen Bleichen: Peroxid Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil N03: Bestimmung der Farbechtheit gegen Bleichen: Natriumchlorit (leichte Beanspruchung) Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil N04: Bestimmung der Farbechtheit gegen Bleichen: Natriumchlorit (schwere Beanspruchung) Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil POI : Bestimmung der Trockenhitzefixierechtheit (ausgenommen Bugeln) Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil XOS: Farbechtheit gegen organische Losungsmittel Textilien - Farbechtheitspriifungen Teil X06: Farbechtheit gegen Kochen in Sodalosung Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil X 1 1 : Bestimmung der Farbechtheit gegen Bugeln Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil X 12: Reibechtheit von Fkbungen Papier und Pappe - Probenahrne zur Bestimmung der Durchschnittsqualitzt Papier und Pappe - Probenahme zur Bestimmung der Durchschnittsqualitiit Papier und Pappe - Probenahme fur Prufzwecke Schutzkleidung - Schutz gegen schlechtes Wetter Schutzkleidung; Prufverfahren; Verhaltensbestimmung von Materialien bei Einwirkung von kleinen Spritzern geschmolzenen Metalls
Anlagr 3
641
Norm
Titel
DIN EN 366: 1993-05
Schutzkleidung; Schutz gegen Hitze und Feuer; Priifverfahren; Beurteilung von Materialien und Materialkombinationen, die einer Hitze-Strahlungsquelle ausgesetzt sind Schutzkleidung; Schutz gegen Wiirme und Flammen, Priifverfahren; Bestimmung des Warmedurchgangs bei Flammeneinwirkung Schutzkleidung; Schutz gegen flussige Chemikalien; Priifverfahren; Widerstand von Materialien gegen die Durchdringung von Flussigkeiten Schutzkleidung; Schutz gegen flussige Chemikalien; Priifverfahren; Widerstand von Materialien gegen die Permeation von Flussigkeiten Schutzkleidung; Beurteilung des Materialwiderstandes gegen flussige Metallspritzer Schutzhandschuhe gegen mechanische Risiken Schutzkleidung fur die Feuerwehr Anforderungen und Prufverfahren fur Schutzkleidung fur die Brandbekampfung Abriebfestigkeit von Schutzkleidungsmaterial - Priifverfahren Schutzkleidung fur hitzeexponierte Industriearbeiter (ausschlieBlich Feuenvehr und SchweiBerkleidung) Schutzkleidung - Schutz gegen Hitze und Flammen - Priifverfahren fur die begrenzte Flammenausbreitung Schutzkleidung - Schutz gegen Hitze und Flammen - Materialien und Materialkombinationen mit begrenzter Flammenausbreitung Mobel - Bewertung der Entzundbarkeit von Matratzen und gepolsterten Bettboden - Teil 1: Glimmende Zigarette Mobel - Bewertung der Entzundbarkeit von Matratzen und gepolsterten Bettboden - Teil 2: Zundquelle: Eine einem brennenden Streichholz vergleichbare Gasflamme
DIN EN 367: 1992-1 1
DIN EN 368: 1993-01
DIN EN 369: 993-04
DIN EN 373: 993-04 DIN EN 388: 994-08 DIN EN 469: 996-0 1 DIN EN 530: 995-0 I DIN EN 53 I : 995-04 DIN EN 532: 995-0 1 DIN EN 533: 1997-02
DIN EN 597-1 : 1995-01 DIN EN 597-2: 1995-01
Titel
Norm ~
DIN EN 702: 1995-01
DIN EN 863: 1995-11 DIN EN 918: 1996-02 EN 918: 1995-12 DIN EN 963: 1995-05 EN 963: 1995-03 DIN EN 964- I : 1995-05 EN 964- I : 1995-03 DIN EN 965: 1995-05 EN 965: 1995-03 DIN EN 102 - 1 : 1994-01 DIN EN 102 -2: 1994-01
DIN EN 1103: 1996-01
Schutzkleidung - Schutz gegen Hitze und Flammen - Prufverfahren: Bestimmung des Kontaktwiirmedurchgangs durch Schutzkleidungen oder deren Materialien Schutzkleidung - Mechanische Eigenschaften - Prufverfahren: Widerstand gegen DurchstoBen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Dynamischer Durchschlagversuch (Kegelfallversuch) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Dynamischer Durchschlagversuch (Kegelfallversuch) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Probenahme und Vorbereitung der MeBproben Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Probenahme und Vorbereitung der MeBproben Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Dicke unter festgelegten Drucken - Teil I : Einzellagen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Dicke unter festgelegten Drucken - Teil 1 : Einzellagen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der flachenbezogenen Masse Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der flachenbezogenen Masse Mobel; Bewertung der Entzundbarkeit von Polstermiibeln: Teil 1 : Zundquelle: Glimmende Zigarette Mobel; Bewertung der Entzundbarkeit von Polstermiibeln; Teil 2 I : Zundquelle: eine einem Streichholz vergleichbare Gasflamme Textilien - Brennverhalten; Bekleidungstextilien - Detailliertes Verfahren zur Bestimmung des Brennverhaltens von Bekleidungstextilien
Aiilage .I
643
Norm
Titel
DIN EN 1146: 1997-05
Atemschutzgerate fur Selbstrettung Behaltergerate mit Druckluft mit Haube (Druckluftselbstretter mit Haube) - Anforderungen, Priifung, Kennzeichnung Schutzkleidung - Elektrostatische Eigenschaften - Teil 1: Oberflachenwiderstand (Priifverfahren und Anforderungen) Schutzkleidung - Elektrostatische Eigenschaften - Teil 2: Durchgangswiderstand (Priifverfahren) Textilien; Bestimmung des pH des waBrigen Extraktes Textilien - Textile Flachengebilde Bestimmung der Breite und Lange Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung des Kriechverhaltens bei Druckbeanspruchung Geotextilien und geotextilvenvandte Produkte - Bestimmung des Kriechverhaltens bei Druckbeanspruchung Textilien - Fasem - Bestimmung der Feinheit - Gravimetrisches Verfahren und Schwingungsverfahren Textilien - Bestimmung der Bestiindigkeit gegenuber Chemischreinigung (Maschinenmethode) Textilien - Vorbereitung, Markierung und Messung von MeBproben aus Fliichengebilden und Kleidungsstucken fur Prufungen zur Bestimmung der MaBinderung Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Teil 1 : Baustoffe; Begriffe, Anforderungen und Prufungen Textilien - Fasem - Bestimmung der Hochstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung an Spinnfasern Textilien; Gewebe; Bestimmung der Reifikraft und der Bruchdehnung (Streifenzugversuch) Textilien - Brennverhalten - Messung der Flammenausbreitungseigenschaften vertikal angeordneter Proben Textilien; Priifverfahren fur Vliesstoffe; Teil 2: Bestimmung der Dicke
DIN EN 1149-1: 1996-01
DIN EN 1149-2: 1997-11 DIN EN 1413: 1998-05 DIN EN 1773: 1997-03 DIN V ENV 1897: 1996-03 ENV 1897: 1996-01 DIN EN I S 0 1973: 1995-12 DIN EN IS0 3175: 1995-10 DIN EN I S 0 3759: 1995-04
DIN 4 102- 1 : 1998-05 DIN EN I S 0 5079: 1996-02 I S 0 508 1 1977-03 DIN EN I S 0 694 I : 1995-04 DIN EN I S 0 9073-2: 1997-02
Norm
Titel
IS0 9073-3. 1989-07
Textilien; Prufverfahren fur Vliesstoffe; Teil 3: Bestimmung der ReiBfestigkeit und der Bruchdehnung Textilien - Prufverfahren fur Vliesstoffe Teil4: Bestimmung der Weiten-eiRfestigkeit Textilien - Prufverfahren fur Vliesstoffe Teil 7: Bestimmung der Biegelange Textilien - Prufverfahren fur Vliesstoffe Teil 9: Bestimmung des Fallkoeftizienten Textilien - Bestimmung der Luftdurchlassigkeit von textilen Flachengebilden Geotextilien; Probenahme und Vorbereitung von Priiflingen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Dicke unter festgelegten Drucken - Teil2: Verfahren zur Bestimmung der Dicke der Einzellagen von mehrlagigen Produkten Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Dicke unter festgelegten Driicken - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der Dicke der Einzellagen von mehrlagigen Produkten Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Dicke unter festgelegten Driicken - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der Dicke der Einzellagen von mehrlagigen Produkten Geotextilien; Bestimmung des Fliichengewichtes Geotextilien; Fachwiirterverzeichnis Geotextilien; Zugversuch am breiten S t rei fen Geotextilien; Zugversuch am breiten St re i fen Geotextilien; Zugversuch am breiten S t re ifen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Identifikation auf der Baustelle Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - ldentifikation auf der Baustelle Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Identifikation auf der Baustelle
DIN EN IS0 9073-4: 1997-09
E DIN EN I S 0 9073-7: 1998-02 DIN EN I S 0 9073-9: 1998-10 DIN EN IS0 9237: 1995-12
IS0 9862: 1990-08 DIN EN ISO9863-2: 1996-10
EN IS0 9863-2: 1996-08
I S 0 9863-2: 1996-08
IS0 9864: 1990-09 I S 0 10318: 1990-1I DIN EN IS0 10319: 1996-06 EN IS0 10319: 1996-05 IS0 10319: 1993-04 DIN EN IS0 10320: 1999-04 EN IS0 10320: 1999-02
IS0 10320: 1999-02
Anlrrge 3
645
Norm
Titel
DIN EN IS0 10321 1996-06
Geotextilien; Zugversuch am breiten Streifen an Verbindungenmahten Geotextilien; Zugversuch am breiten Streifen an Verbindungenmahten Geotextilien; Zugprufung fur Verbindungen/Nahte durch ein Verfahren mit breitem Streifen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Verfahren zur Nachahmung von beim Einbau auftretenden Beschadigungen - Teil 1: Einbau in kornige Materialien Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Verfahren zur Nachahmung von beim Einbau auftretenden Beschadigungen - Teil 1: Einbau in kornige Materialien Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Verfahren zur Nachahmung von beim Einbau auftretenden Beschadigungen - Teil 1: Einbau in kornige Materialien Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Wasserdurchliissigkeit normal zur Ebene, ohne Auflast Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Wasserdurchlassigkeit normal zur Ebene, ohne Auflast Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Wasserdurchlassigkeit normal zur Ebene ohne Auflast Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Wasserdurchlassigkeit normal zur Ebene ohne Auflast Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Alterungsbestiindigkeit Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Alterungsbestandigkeit Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren zur Bestimmung der mikrobiologischen Bestandigkeit durch einen Erdeingrabungsversuch
EN IS0 10321 1996-05 I S 0 10321: 1992-12 DIN V ENV IS0 10722-1: 1998-05
ENV IS0 10722-I 1998-03
ISO/TR 10722-1 : 1998-03
EN IS0 11058: 1999-02 I S 0 11058: 1999-02 E DIN EN 12040: 1995-09 prEN 12040: 1995-07 DIN V ENV 12224: 1996-12 ENV 12224: 1996-10 DIN V ENV 12225: 1996-12
Norm
Titel
ENV 12225: 1996-10
Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren zur Bestimmung der mikrobiologischen Bestandigkeit durch einen Erdeingrabungsversuch Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Allgemeine Prufverfahren zur Bewertung nach Bestandigkeitspriifungen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Allgemeine Priifverfahren fur die Bewertung nach Bestandigkeitsprufungen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Stempeldurchdriickversuch (CBR-Versuch) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Stempeldurchdruckversuch (CBR-Versuch) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Stempeldurchdruckversuch (CBR-Versuch) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren zur Bestimmung der Hydrolysebestandigkeit Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren zur Bestimmung der Hydrolysebestandigkeit Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der charakteristischen Offnungsweite Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der charakteristischen Offnungsweite Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der charakteristischen Offnungsweite Textilien - Bestimmung der Scheuerbestandigkeit von textilen Fliichengebilden mit dem Martindale-Verfahren - Teil 2: Bestimmung der Probenzerstiirung Textilien - Bestimmung der Scheuerbestandigkeit von textilen Fliichengebilden mit dem Martindale-Verfahren - Teil 3: Bestimmung des Masseverlustes
DIN V ENV 12226: 1996-12 ENV 12226: 1996-10 DIN EN IS0 12236: 1996-04 EN IS0 12236: 1996-02
IS0 12236: 1996-10 DIN V ENV 12447: 1997-11 ENV 12447: 1997-10 E DIN EN IS0 12956: 1996-02 EN IS0 12956: 1999-02 IS0 12956: 1999-02 DIN EN IS0 12947-2: 1999-04
DIN EN I S 0 12947-3: 1999-04
Ailluge 3
647
Norm
Titel
DIN EN I S 0 12947-4: 1999-04
Textilien - Bestimmung der Scheuerbestandigkeit von textilen Flachengebilden mit dem Martindale-Verfahren - Teil 4: Beurteilung der Oberflachenveranderung Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Reibungseigenschaften - Teil 1: Scherkasten-Versuch Geotextilien und geotextilvenvandte Produkte - Bestimmung der Reibungseigenschaften - Teil 1 : Scherkasten-Versuch Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Reibungseigenschaften - Teil 1: Scherkasten-Versuch Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Reibungseigenschaften - Teil 2: Schiefe-Ebene-Versuch Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Reibungseigenschaften - Teil 2: Schiefe-Ebene-Versuch Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der Reibungseigenschaften - Teil 2: Schiefe-Ebene-Versuch Geotextilien und geotextilvenvandte Produkte - Bestimmung der WasserdurchlaRfahigkeit innerhalb der Ebene Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung der WasserdurchlaRfahigkeit innerhalb der Ebene Geotextilien und geotextilvenvandte Produkte - Bestimmung der WasserdurchlaSfahigkeit innerhalb der Ebene Geotextilien und geotextilvenvandte Produkte - Priifverfahren zur Bestimmung der Bestandigkeit gegen Flussigkeiten Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren zur Bestimmung der Bestandigkeit gegen Flussigkeiten Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren zur Bestimmung der Bestandigkeit gegen Flussigkeiten Geotextilien und geotextilvenvandte Produkte - Priifverfahren fur die Simulation von Scheuerbeschadigungen (Gleitblockpriifung)
E DIN EN I S 0 12957- 1 : 1998-04 prEN IS0 12957-1: 199; 12
ISODIS 12957- 1 1997- 2 E DIN EN IS0 12957-2: 1998-04 prEN I S 0 12957-2: 1997-12
ISO/DIS 12957-2: 1997- 12 E DIN EN I S 0 12958: 1996-02 EN I S 0 12958: 1999-02
IS0 12958: 1999-02 DIN V ENV I S 0 12960: 1999-02 ENV IS0 12960: 1998-11 ISO/TR 12960: 1998- 1 1 DIN EN IS0 3427: 1998-10
Norm
Titel
EN I S 0 13427: 1998-08
Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Prufverfahren fur die Simulation von Scheuerbeschadigungen (Gleitblockprufung ) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Priifverfahren fur die Simulation von Scheuerbeschadigungen (Gleitblockprufung ) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung des Zugkriechund des Zeitstandverhaltens Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung des Zugkriechund des Zeitstandbruchverhaltens Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Bestimmung des Zugkriechund des Zeitstandbruchverhaltens Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Dynamischer Durchschlagversuch (Kegelfallversuch) Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Verfahren zum Einbau und Ausgraben von Proben und Priifung von Meljproben im Labor Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Verfahren zum Einbau und Ausgraben von Proben und Prufung von Meljproben im Labor Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Verfahren zum Einbau und Ausgraben von Proben und Priifung von Meflproben im Labor Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Auswahlpriifverfahren zur Bestimmung der Oxidationsbest~ndigkeit Geotextilien und geotextilverwandte Produkte - Auswahlprufverfahren zur Bestimmung der Oxidationsbestandigkeit Textilien - Bersteigenschaften von textilen Flachengebilden - Teil 1 : Bestimmung von Berstdruck und Berstwolbung; Hydraulisches Verfahren
IS0 13427: 1998-08
E DIN EN I S 0 1343I : 1996-01 prEN I S 0 13431: 1998-02
lSO/FDIS I343 1 : 1998-02 ISO/DIS 13433: 1996-03 DIN EN I S 0 13437: 1998-10
EN I S 0 13437: 1998-08
I S 0 13437: 1998-08
ENV IS0 13438: 1999-02 ISO/TR 13438: 1999-02
E DIN EN IS0 13938-1: 1995-04
Anlqr 3
649
Norm
Titel
E DIN EN I S 0 13938-2: 1995-04
Textilien - Bersteigenschaften von textilen Flachengebilden - Teil 2: Bestimmung von Berstdruck und Berstwolbung; Pneumatisches Verfahren Ubereinstimmungsnachweis fur Bauprodukte - Zertifizierung von Bauprodukten durch eine Zertifizierungsstelle Uberwachung (Guteuberwachung) von Baustoffen, Bauteilen und Bauarten, Allgemeine Grundsatze Textilien; Farbechtheitspriifungen; Bestimmung der Waschechtheit von Farbungen und Drucken; Test I Textilien; Farbechtheitsprufungen; Bestimmung der Waschechtheit von Farbungen und Drucken; Test 2 Textilien; Farbechtheitsprufungen; Bestimmung der Waschechtheit von Farbungen und Drucken; Test 3 Textilien; Farbechtheitsprufungen; Bestimmung der Waschechtheit von Farbungen und Drucken; Test 4 Textilien; Farbechtheitsprufungen; Bestimmung der Waschechtheit von Farbungen und Drucken; Test 5 Textilien - Farbechtheitsprufungen Teil NO1 : Bestimmung der Farbechtheit gegen Bleichen: Hypochlorit Textilien; Normalklimate fur die Probenvorbereitung und Prufung Textilien; Bestimmung der wasserabweisenden Eigenschaften (Spruhverfahren) Textilien; Bestimmung der MaBanderung beim Waschen und Trocknen Textilien; Nichtgewerbliche Wasch- und Trocknungsverfahren zur Priifung von Textilien Textilien; Priifverfahren fur Vliesstoffe; Teil 1 : Bestimmung der flachenbezogenen Masse Textilien; Priifverfahren fur Vliesstoffe; Teil 3: Bestimmung der Hochstzugkraft und der Hochstzugkraftdehnung
E DIN 18200: 1998-12 DIN 18200: 1986-12 DIN EN 2010S-COl: 1993-03 DIN EN 20 1 OS-CO2: 1993-03 DIN EN 201OS-CO3: 1993-03 DIN EN 20105-CO4: 1993-03 DIN EN 20105-COS: 1993-03 DIN EN 2010S-NOI: 1995-03 DIN EN 20 139: 1992-09 DIN EN 24920: 1992-08 DIN EN 25077: 1994-02 DIN EN 26330: 1994-02 DIN EN 29073- 1 : 1992-08 DIN EN 29073-3: 1992-08
Norm
Titel
EN 29073-3: 1992-06
Textilien; Prufverfahren fur Vliesstoffe; Teil 3: Bestimmung der Hiichstzugkraft und der Hiichstzugkraftdehnung Geotextilien; Begriffe Geotextilien; Identifikation auf der Baustelle Geotextilien; Identifikation auf der Baustelle Textilien - Zugeigenschaften von Geweben - Teil 1: Bestimmung der Hiichstzugkraft und Hochstzugkraft-Dehnung Prufung von Textilien; Bestimmung des Trockengewichts durch Trocknen im HeiBluftstrom Probenahnie; Statistische Grundlagen der Probenahnie bei einfacher Aufteilung Probenahnie; Praktische Durchfuhrung Prufung von Textilien; Langenbestimmung an Spinnfasern, Einzelfaser-MeBverfahren Prufung von Textilien; FaserdurchmesserMessung in Mikroprojektion der LCngsansicht Priifung von Textilien; Bestimmung des Wasseniickhaltevermiigens von Fasern und Fadenabschnitten Prufung von Textilien; Prufung des zugelastischen Verhaltens; Textile Flachengebilde, einmalige Zugbeanspruchung zwischen konstanten Dehngrenzen Prufung von Textilien; Schlingen-Zugversuch an Spinnfasern Priifung von Textilien; Bestirnmung der Dicke textiler Fkhengebilde, FuBbodenbelage Priifung von Textilien; Einfacher StreifenZugversuch an textilen Flachengebilden, Gewebe und Webbander Priifung von Textilien; WeiterreiBversuch an textilen Flachengebilden, SchenkelWeiterreiBversuch
prEN 303 18: 1992-08 DIN EN 30320: 1993-07 EN 30320: 1993-06 prEN 33934- I : 1994-07 DIN 53800: 1979-02 DIN 53803- 1 : 99 1 -03 DIN 53803-2: 994-03 DIN 53808- I : 982-02 DIN 538 I 1 : 1970-07 DIN 538 14: 1974-10 DIN 53835- 13: 1983-1 1
DIN 53843-2: 988-03 DIN 53855-3: 979-0 I DIN 53857- 1 : 979-09 DIN 53859-2: 1979-0 I
Anlage 3
651
Norm
Titel
DIN 53859-4: 1977-02
Priifung von Textilien; WeiterreiBversuch an textilen Flachengebilden; Vliesstoffe und ahnliche nicht gewebte textile Flachengebilde Priifung von Textilien; Weiterreiflversuch an textilen Flachengebilden; TrapezWeiterreiBversuch Priifung von Textilien; Wolb- und Berstversuch; Begriffe Priifung von Textilien; Wolb- und Berstversuch; Hydraulisches Priifverfahren Priifung von Textilien; Wolb- und Berstversuch; Tabellen zur Versuchsauswertung Priifung von Textilien; Scheuerpriifungen von textilen Flachengebilden, Allgemeines Priifung von Textilien; Scheuerprufungen von textilen Flachengebilden, Rundscheuerversuch Priifung von Textilien; Scheuerpriifung von textilen Flachengebilden, Scheuerversuch nach Martindale Priifung von Textilien; Bestimmung der Biegesteifigkeit; Verfahren nach Schlenker Priifung von Textilien; Bestimmung der Fasermigrations-Neigung; TumblerVerfahren Textilien; Bestimmung der Zusammendriickbarkeit von Textilien und textilen Erzeugnissen Priifung von Textilien; Bestimmung des Knittererholungswinkels von textilen Flachengebilden, Meflverfahren an der lufttrockenen Probe mit waagerechter Faltenkante und hochstehendem freien Schenkel Priifung von Textilien; Bestimmung der MaBanderung von textilen Flachengebilden, Bugeln mit feuchtem Bugeltuch auf Bugelpressen Priifung von Textilien; Bestimmung der Maflanderung von textilen Flachengebilden, Dampfen auf Bugelmaschinen
DIN 53859-5: 1992-12 DIN 53861-1: 1992-11 DIN 53861-2: 1978-03 DIN 53861-3: 1970-08 DIN 53863-1: 1960-12 DIN 53863-2: 1979-02 DIN 53863-4: 1992-1I DIN 53864: 1978-08 DIN 53865: 1998-07 DIN 53885: 998- 12 DIN 53890: 972-0 1
DIN 53894- 1 : 1980-04
DIN 53894-2: 1979-02
652
I7 Allgrr?ieirir Grundlagrri
Titel DIN 53895: 1980-08 DIN 53923: 1978-01 DIN 53924: 1997-03
DIN 53933- 1 : 1992-04
DIN 54003: 1983-08 DIN 54004: 1983-08
DIN 54005: 1983-1 1
DIN 540 1.5: 1977-08 DIN 54016: 1977-08
DIN 54029: 1984-08 DIN 54034: 1984-05
DIN 54046: 1985-06
Priifung von Textilien; Bestimmung des Selbstglattungsverhaltens nach dem Waschen und Trocknen Priifung von Textilien; Bestimmung des Wasseraufnahmevermogens von textilen Flachengebilden Priifung von Textilien; Bestimmung der Sauggeschwindigkeit von textilen Flachengebilden gegenuber Wasser (Steighohenverfahren) Priifung von Textilien; Bestimmung der Widerstandsfihigkeit zellulosehaltiger Textilien gegen Mikroorganismen (Erdeingrabtest); Nachweis einer verrottungshemmenden Ausriistung Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Lichtechtheit von Farbungen und Drucken mit Tageslicht Priifungen der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Lichtechtheit von Farbungen und Drucken mit Xenonbogenlicht Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Wasserechtheit von Farbungen und Drucken (leichte Beanspruchung) Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Peroxid-Waschechtheit von F&bungen und Drucken Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Hypochlorit-waschechtheit von Farbungen und Drucken Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Avivierechtheit von Farbungen und Drucken Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Hypochlorit-Bleichechtheit von Farbungen und Drucken (leichte Beanspruchung) Priifung der Farbechtheit von Textilien; Bestimmung der Farbechtheit beim sauren Chlorieren von Wolle
Anluge 3
653
Norm
Titel
DIN 54200: 1974-06
Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile von Fasermischungen durch Loseverfahren, Grundlagen und Anwendungsbereich Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile von Fasermischungen durch Loseverfahren, Allgemeine Arbeitsanweisungen Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile biniirer Mischungen, Wolle rnit anderen Fasern, Kalilauge-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile biniirer Mischungen, Naturliche oder regenerierte Cellulosefasern mit Polyesterfasern, Schwefelsaure-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Proteinfasern mit anderen Fasern, Hypochlorit-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile biniirer Mischungen; Regenerierte Cellulosefasern mit anderen Fasern, besonders Baumwolle; Ameisensaure/Zinkchlorid-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Entbastete Maulbeerseide rnit Wolle, Ameisensaure/Zinkchlorid-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile biniirer Mischungen, Acetatfasern rnit anderen Fasern, Aceton-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Triacetatfasern rnit anderen Fasern, Dichlormethan-(Methylenchlorid-verfahren) Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Kaseinfasern mit anderen Fasern, Trypsin-Verfahren
DIN 54201: 1975-08
DIN 54204: 1975-08
DIN 54205: 1975-12
DIN 54206: 1975-08
DIN 54208: 1984-04
DIN 54209: 975-08
DIN 542 10: 975-08
DIN 542 1 1 : 1975-08
DIN 542 12: 1975-08
654
I7 Allgerneirie Gnrtidlngrri
Norm
Titel
DIN 542 IS: 1977- 12
Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Polypropylenfasern mit anderen Fasern, Xylol-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Polyvinylchloridfasern mit anderen Fasern, Schwefelkohlenstoff/ Aceton-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Polyacrylnitril-, Modacryl und bestimmte Polyvinylchloridfasern mit anderen Fasern, Dimethy Iformamid-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Acetatfasern mit Polyvinylchloridfasern, Essigsaure-Verfahren Priifung von Textilien: Quantitative Bestimmung der Anteile binirer Mischungen, Polyamid 6.6- oder Polyamid 6-Fasern mit anderen Fasem, Ameisensaure-Verfahren Priifung von Textilien; Quantitative Bestimmung der Anteile binarer Mischungen, Polyamid 6.6- oder Polyamid 6-Fasern mit anderen Fasern, Salzsaure-Verfahren Priifung von Textilien; Bestimmung der Grenzviskositat von Cellulosen, Grundlagen Priifung von Textilien; Bestimmung der Grenzviskositat von Cellulosen, CuenVerfahren Priifung von Textilien; Bestimmung der Grenzviskositat von Cellulosen, EWNN <(Index) mod (NaCl)>-Verfahren Priifung von Textilien: Bestimmung der Grenzviskositat von Cellulosen, Nitratverfahren Priifung von Textilien: Bestimmung des pH-Wertes von Fasermaterial, Extrapolationsverfahren
DIN 542 16: 1975-08
DIN 542 17: 1975-08
DIN 542 18: 197508
DIN 54220: 197508
DIN 5422 I 1975-08
DIN 54270- 1 1976-09 DIN 54270-2: 1977-08 DIN 54270-3: 1977-08 DIN 54270-4: 1977-08 DIN 54275: 1977- 12
Anlage 3
655
Norm
Titel
DIN 54278- 1 : 1995-10
Priifung von Textilien; Auflagerungen und Begleitstoffe, Bestimmung der in organischen Losemitteln loslichen Substanzen Priifung von Textilien; Auflagerungen und Begleitstoffe, Bestimmung des mit Salzsaure abziehbaren Anteils von ausgeriisteten Textilien Priifung von Textilien; Bestimmung der Harnstoff/Bisulfit-Loslichkeitvon Wolle Priifung von Textilien; Bestimmung des Sauregehaltes von Wolle Priifung von Textilien; Bestimmung der Alkaliloslichkeit von Wolle Priifung von Textilien; Bestimmung des Schlichtegehaltes Priifung von Textilien; Bestimmung des Cysteinsauregehaltes in Wollhydrolysaten Priifung von Textilien; Bestimmung des Alkaligehaltes von Wolle Priifung von Textilien; Bestimmung der NadelausreiBkraft von Vliesstoffen und ahnlichen nicht gewebten textilen Flachengebilden Priifung von Textilien; Bestimmung der Erholungsfahigkeit von Vliesstoffen Priifung von Textilien; Chemischreinigen von Vliesstoffen; Einlage- und Fullvliesstoffe Priifung von Textilien; Waschen von Vliesstoffen; Einlage- und Fullvliesstoffe Priifung von Textilien; Bestimmung des druckelastischen Verhaltens von Faservliesen, Vliesstoffen und Watten Priifung von Textilien; Bestimmung des Fallvermogens von textilen Flachengebilden Priifung von Textilien; Trennung von fixiertem Einlagestoff vom Oberstoff, Mechanischer Trennversuch Priifung von Textilien; Bestimmung der MaBanderung fixierbarer Einlagestoffe Priifung von Textilien; Bestimmung des Brennverhaltens von textilen FuRbodenbelagen
DIN 54278-2: 1978-02
DIN 54279: 1977-01 DIN 54280: 1977-04 DIN 54281: 1971-05 DIN 54285: 1981-02 DIN 54286: 1975-10 DIN 54287: 1977- 12 DIN 54301: 1977-07
DIN 54302: 977- 1 1 DIN 54303: 99 1-02 DIN 54304: 99 1-02 DIN 54305: 976-02 DIN 54306: 979-02 DIN 543 10: 980-07 DIN 543 11: 1982-07 DIN 54332: 1975-02
I7 Allgerneine Grundlugen
656 Norm ~
Titel ~~
DIN 54333-1: 1981-12 DIN 54345- 1 1992-02 DIN 54345-2: 199 1 -09
DIN 54345-4: 1985-07
DIN 54345-5: 1985-07
DIN 54345-6: 1992-02
DIN V 60500- 1: 1999-06
E DIN 60500-4: 1997-02
E DIN 60500-8: 1997-03
E DIN 61010-1: 1995-02 DIN 6608 1 1989-05 DIN 66083: 1997-02
Priifung von Textilien; Bestimmung des Brennverhaltens, Waagerecht-Methode; Zundung durch Kantenbeflammung Priifung von Textilien; Elektrostatisches Verhalten, Bestimmung elektrischer WiderstandsgroBen Priifung von Textilien; Elektrostatisches Verhalten, Bestimmung der Personenaufladung beim Begehen von textilen Bodenbelagen Priifung von Textilien; Elektrostatisches Verhalten, Bestimmung der elektrostatischen Aufladbarkeit textiler Flachengebilde Priifung von Textilien; Elektrostatisches Verhalten, Bestimmung des elektrischen Widerstandes an Streifen aus textilen Flachengebilden Prtifung von Textilien; Beurteilung des elektrostatischen Verhaltens; Bestimmung elektrischer WiderstandsgroBen von textilen Bodenbelagen Geotextilien und geotextilverwandte Produkte; Bestimmung der Widerstandsfahigkeit gegen die Beschadigung beim Einbau (Pyramidenfallversuch, Indextest) Priifung von Geotextilien; Teil 4: Bestimmung der Wasserdurchlassigkeit von Geotextilien senkrecht zu ihrer Ebene unter Auflast bei konstantem hydraulischen Hohenunterschied Priifung von Geotextilien; Teil 8: Bestimmung des Wasserdurchlassigkeitsbeiwertes bei radialer Durchstromung in Geotextilebene Textilien; Mobelstoffe fur den allgemeinen Wohnbereich; Mindestanforderungen und Priifungen Klassifizierung des Brennverhaltens textiler Erzeugnisse; Textile Bodenbelage Kennwerte fur das Brennverhalten textiler Erzeugnisse - Textile Flachengebilde fur Arbeitskleidung
Anluge 3
657
Norm
Titel
DIN 75200: 1980-09
Bestimmung des Brennverhaltens von Werkstoffen der Kraftfahrzeuginnenausstattung Bestimmung der Lichtechtheit von Werkstoffen der Kraftfahrzeug-Innenausstattung mit Xenonbogenlicht Priifung von Filtermedien fur Abreinigungsfilter
DIN 75202: 1988-12 VDI 3926, Blatt 1: 1994-12
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Prufverfahren
18.1 Vliesrohstoffe ( M . Magel, B. Biebel; i? Pfiiller)
18.1.1 Fasern Wichtige Verfahren fur die Priifung und Beurteilung der Fasereigenschaften sind die Faserstoffanalyse, die Priifung von Faserfeinheit, -1ange und -krauselung sowie die Bestimmung der Faserfestigkeitseigenschaften. Die Entscheidung, welcher Faserstoff welchem Einsatzzweck genugt, erfordert die Wichtung der Fasereigenschaften hinsichtlich ihres Einflusses auf die zu erzielende Vliesstoffqualitat. Diese Wichtung mul3 produktabhangig erstellt werden und erfordert, die Eigenschaftsgrenzen fur die Fasermerkmale festzulegen.
Faserstoffanalyse Fur die qualitative Bestimmung der Faserstoffzusammensetzung sind verschiedene Verfahren und Methoden entwickelt worden. Hierzu gehoren -
-
Mikroskopie der Langsansichten und Querschnitte der Fasern mikrochemische Quell- und Loseversuche Schmelzpunktbestimmungen Anfarbung IR-Spektroskopie
Fur die Durchfuhrung der Untersuchungsverfahren wird auf folgende Quellen verwiesen, die keinen Anspruch auf Vollstandigkeit erheben:
Verfasser Mikroskopisch-Chemische Bestimmungsschlussel fur organische und anorganische Chemiefaserstoffe [ 11 Faserstofftabellen [2] Rezeptbuch fur Faserstoff-Laboratorien [3] Methoden der qualitativen Faseranalyse [4] Mikroskopie der Faserstoffe [5] Die Identifizierung von Faserstoffen mittels chemischer Reaktionen [6] Faserstofflehre [7] Qualitatsbeurteilungen von Textilien [8] IR-Spektroskopie [9]
Bobeth, W. Koch, P. A. Koch, P. A. Stratmann, M. Koch, P. A. Stratmann, M. Autorenkollektiv Mahall, K. Gunzler, H.; Heise, H. M.
660
I8 Priifierjuhren
Prufung der Faserfeinheit MethodeNerfahren:
Feinheitsbestimmung, gravimetrisch
Nomi:
DIN EN IS0 1973: 1995-12
Kurzbeschreibung :
Parallelisierte Faserbundel werden auf eine bestimmte Lange geschnitten. Aus 10 Faserbundeln werden je S Fasern entnommen. Daraus entstehen Bundel von SO Fasem gleicher Lange, deren Masse bestimmt wird. Der Quotient aus Masse und Schnittlange, multipliziert mit der Anzahl Fasern im Bundel ergibt die Faserfeinheit. Es wird der arithmetische Mittelwert aus mindestens 10 Bundeln zu je 50 Fasem errechnet. Die Feinheit wird in dtex angegeben.
Bemerkungen/ Einschrankungen:
Das Verfahren eignet sich nur fur Fasem, die leicht entkrauselbar sind und im Schneidvorgang parallel liegen. Das Verfahren ist fur sich verjungende Fasern nicht anwendbar. Die Methode ist zeitaufwendig und die Durchfuhrung erfordert vom Priifpersonal vie1 Erfahrung.
MethodeNerfahren:
Feinheitsbestimmung, Schwingungsverfahren
Norm:
DIN EN I S 0 1973: 1995-12
Kurzbeschreibung :
Die Feinheitsbestimmung einzelner Fasern erfolgt nach dem Schwingungsprinzip bei konstanter Prufstreckenlange und konstanter Faserbelastung. Die Faser wird durch einen kurzen SchallstoB zu transversalen Schwingungen angeregt. Aus der Resonanzfrequenz der Faser wird die Faserfeinheit errechnet: F" Tt = 4f212 Tt F, f 1
Bemerkungenl Einschrankungen:
= Feinheit [dtex] = Vorspannkraft = Resonanzfrequenz = Priifstreckenlange
Die Aussagekraft entspricht der direkten gravimetrischen Feinheitsbestimmung. Das Verfahren ist jedoch zeitsparender und weniger subjektiv beeinfluflbar. Die Methode ist nicht anwendbar bei Hohlfasern, Fasern mit bandchenformigem Querschnitt und sich innerhalb der Priifstrecke verjungenden Fasern.
In Abb. 18-1 ist ein beispielhaftes Prufsystem fur Fasern dargestellt.
18.I Vliesrohstofle
66 1
Abb. 18-1. Faserfeinheits-Priifgerat Vibroskop und Faserfestigkeits-Priifgerat Vibrodyn der Lenzing AG, A-Lenzing
MethodeNerfahren:
Feinheitsbestimmung, Mikroprojektion der Faserlangsansicht
Norm:
DIN 53 8 11 : 1970-07
Kurzbeschreibung:
Mit dem Mikroprojektionsverfahren wird der Faserdurchmesser bestimmt. Es wird ein Praparat aus den zu messenden Fasern hergestellt, indem sie auf eine definierte Lange geschnitten und in Einbettungsmittel verteilt werden. Unter der Mikroprojektionseinrichtung werden die Fasern 500-fach vergroBert und das gesamte Praparat maanderformig ausgemessen. Die Anzahl zu messender Fasern betragt fur eine Weite des Vertrauensbereichs von 2% und einer Aussagesicherheit von 95% n=600. Das MeBergebnis ist der langenbetonte mittlere Faserdurchmesser [pm]. Die Feinheit berechnet sich aus Tt =
d2pn 400
~
Tt = Feinheit [dtex] p =Dichte des Faserstoffs [gkm'] d =Durchmesser [pm] Bemerkunged Einschrankungen:
Das Verfahren ist aufwendig und erfordert vom Priifpersonal vie1 Erfahrung. Es ist nur bei kreisrundem Faserquerschnitt anwendbar.
662
18 Pruji~rrfuhrc.n
Prufung der Faserlange MethodeNerfahren:
Langenbestimmung an Fasern, Einzelfasermenverfahren
Norm:
DIN 53 808-1: 1982-02
Kurzbeschreibung:
Eine kontrastfarbene Glasplatte wird mit Paraffin01 oder Vaseline dunn eingerieben. Die zu messenden Fasern werden mit einer Pinzette erfaflt, auf der Glasplatte vorsichtig glattgestrichen, so dal3 die Krauselung verschwindet (Ein-Pinzetten-Verfahren). Die Faser darf keinesfalls gedehnt werden. Die entkrauselte Lange wird mittels MaBstab gemessen und in einer Strichliste mit entsprechender Klassenbreite eingetragen. Ermittelt wird die Anzahl der auf die Langenklassen entfallenden Fasern. Die mittlere anzahlbetonte FaserIange wird berechnet:
L:,= mittlere Faserlange, anzahlbetont n, =Anzahl der auf die Klasse j entfallenden Fasern xi =mittlere Lange der Klasse mit der Nummer j
Summenhuufig ke its-Kennlinie (Stcipelcliagrtrnim) Die Kennlinie entsteht, wenn alle Fasern endengeordnet, der Lange nach sortiert aufgereiht und deren Endpunkte verbunden werden. Es ist die Summenlinie der fortlaufend addierten Haufigkeiten. Sie stellt grafisch die Faserlangenverteilung dar. Histogmmni (Htiufigkeitssc.hciiIhild) Das Histogramm verdeutlicht die Faserlangenverteilung, indem die Klassenhaufigkeiten als Ordinate uber den Klassenmitten als Abszisse aufgetragen wird. Bemerkunged Einschriinkungen:
Es wird die Lange der entkrauselten Faser gemessen. Die Anzahl der zu messenden Fasern richtet sich nach der vorgegebenen Weite des Vertrauensbereiches, sollte jedoch 300 Fasern nicht unterschreiten. Der Prufaufwand ist sehr hoch. Fur Fasern niit hohem Kurzfaseranteil eignet sich das Verfahren nicht. Es ist nur fur leicht zu entkrauselnde Fasern anwendbar.
18.I Vliesrohstoffe
663
MethodeNerfahren:
Faserlangenmessung, Almeter-Verfahren (Fa. Zellweger Uster/vormals Fa. Peyer)
Norm:
nicht genormt
Kurzbeschreibung:
Ein mittels Vorbereitungsgeraten endengeordneter Faserbart wird kapazitiv abgetastet. Durch die Kapazitatsanderung kann auf die mittlere Faserlange, anzahlbezogen und massebezogen sowie auf die Anteile Kurz- und Langfasern geschlossen werden.
Summenhaujgkeits-Kennlinie(Stapeldiugramm) Siehe EinzelfasermeBverfahren. Histogrumm (Haujgkeitsschaubild) Im Histogramm wird die prozentuale Haufigkeit in Faserlangenklassen von 2,5 mm Klassenbreite angegeben.
Bemerkunged Einschrankungen:
Es wird die Lange der spannungslos liegenden gekrauselten Fasern ermittelt. Das Ergebnis ist mit dem der Einzelfasermessung somit nicht unmittelbar vergleichbar. Die Zahl gemessener Fasern ist um ein Vielfaches groBer als beim EinzelfasermeBverfahren. Auf Grund des geringen Zeitaufwandes fur die Priifung ist das Verf'ahren fur die Produktionskontrolle geeignet. Der subjektive EinfluB durch die Priifperson ist minimal.
Ein in der Praxis eingefuhrtes Geratesystem zum letztgenannten Verfahren besteht aus dem Faserrichter USTERO FL 100 und dem Faserlangen-MeBgerat USTERO AL 100 (siehe Abb. 18-2): Mit dem Faserrichter werden vor der Messung die endengeordneten Priifmuster hergestellt, mit dem MeBgerat erfolgt die Analyse der Faserlange und der Langenverteilung nach der IWTO-Richtlinie TM- 17-85.
Abb. 18-2. Faserrichter USTERO FL 100 und Faserlingen-Mefigerat USTERO AL 100 der Zellweger Uster. CH-Uster
664
18 Pri~fi~rrfiihreti
Prufung der Faserkrauselung MethodeNerfahren:
Bestimmung der Faserkrauselung, (2.B. Methode des STFI)
Norm:
nicht genormt
Kurzbeschreibung:
Die Faser wird unter Wirkung einer Vorspannkraft von 0,OS mN/tex in eine Abzugsvorrichtung mit einer feststehenden und einer senkrecht bewegbaren Klemme eingespannt. Die Einspannlange richtet sich nach der Nennlange der Fasern. Es werden mindestens 100 Fasern gepruft. Folgende KenngroBen konnen bestimmt werden: Krauselbogenzahl Die Scheitelpunkte der Krauselbogen zwischen den Einspannklemmen werden gezahlt. Entkrauselungsliingenun~erutig[mm] Nach dem Einspannen der zu messenden Faser wird die untere Klemme abwarts bewegt. Der Entkrauselungsvorgang ist beendet, sobald die Faser gestreckt erscheint. Die Langenanderung ist auf 0,l mm genau anzugeben.
ALK = LK - LRV Entkriiuselirng [%] (1 = A-.
LK
100%
LRV
Kriiuselurig.Fhrstci'ndigkeit 1%] Nach der Bestimmung der Entkrauselung erfolgt fur 20 s eine Belastung der Faser mit 30mN/tex. Es folgt eine Entlastungszeit von 20 s, nach welcher die Faser erneut entkrauselt wird.
AL = Entkrauselungslangenanderung [ mm] LK = Faserlange, entkrauselt [ mm] LRV=Ausgangslange [mm] S = Entkrauselung [%I BK = Krauselungsbestandigkeit [%I is2 = Entkrauselung nach Belastung [ o/o 1 =Entkrauselung vor Belastung [%I Bemerkunged Ei nschrankungen :
Die Prtifung ist aufwendig und erfordert manuelles GeSchick.
18.I Vliesrohstoffe
665
Prufung der Faserfestigkeit MethodeNerfahren:
Bestimmung der Hochstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung an Fasern, Einzelfaserzugversuch
Norm:
DIN EN I S 0 5079: 1996-02
Kurzbeschreibung :
Die Faser wird unter feinheitsabhangiger Vorspannung mit 1 cN/tex in die Klemmbacken eines Faserzugpriifgerates eingespannt und mit konstanter Verformungsgeschwindigkeit gedehnt. Die Einspannlange betragt 20 mm, nach Vereinbarung auch 10 mm. Die Verformungsgeschwindigkeit betragt, in Abhangigkeit der Hochstzugkraftdehnung, 10 mm/min oder 20 mm/min. Die Faser wird bis zum Bruch beansprucht, ermittelt werden die Hochstzugkraft und die Hochstzugkraftdehnung sowie die feinheitsbezogene Hochstzugkraft [cN/tex). Die Aufzeichnung der Kraft-Dehnungskennlinien ist moglich. Es werden mindestens 50 Einzelfasern gepriift.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Verfahren ist international ublich, aber zeitaufwendig. Die Faser mu13 bei Einspannlange 10 mm mindestens 28 mm lang sein.
MethodeNerfahren:
Faserbundelzugversuch, Flachbundelverfahren mit Pressley-Klemmung
Norm:
DIN I S 0 3060: 1994-04 (Baumwollfasern) OTN 076 (Flachsfasem)
Kurzbeschreibung:
Die parallelisierten Fasern werden in Form eines flachen Bundels rechtwinklig zwischen zwei Pressley-Klemmen mit dem Abstand 0 mm oder 3,2 mm eingespannt. Die uberstehenden Enden werden abgeschnitten. Die Pressley-Klemmen werden in die Fuhrung am Zugpriifgerat eingeschoben, und das Faserbundel wird bis zum Bruch belastet. Der Versuch ist nur gultig, wenn alle Fasern des Bundels gerissen sind. Die Hochstzugkraft und die Masse des gerissenen Bundels werden ermittelt. Berechnung nach OTN 076:
FT = Feinheitsbezogene Bundelhochstzugkraft [cN/dtex] FB= Bundelhochstzugkraft [cN] Tt = Bundelfeinheit [dtex]
Bemerkunged Ei nsc hran k u ngen :
Das Verfahren ist international ublich, aber aufwendig.
18.1.2 Granulate Im allgemeinen bestehen Granulate aus Pulverpartikeln synthetischer Polymere, die, ahnlich den Agglomeraten, keine einheitliche geometrische Form besitzen. Die zur Herstellung von Vliesstoffen, insbesondere von Extrusionsvliesstoffen, eingesetzten Granulate sind makromolekulare Verbindungen (siehe auch Abschnitt 2.2). Sie konnen mit den Methoden der Polymeranalytik untersucht und charakterisiert werden [ 101. Die qualitative Analyse, d. h. die Bestimmung der enthaltenen Polymere, beinhaltet: -
Analytik der enthaltenen Elemente [ 111 mikroskopische bzw. mikrochemische Verfahren (siehe Abschnitt 18. I . 1 [ 1-71) IR-Spektroskopie [ 121
Die Polymercharakterisierung ist moglich durch Bestimmung von: -
Molmasse [ 131 Molmassenverteilung [ 141 physikalischen und chemischen Eigenschaften [ 101
Die Granulateigenschaften kiinnen mit folgenden Normen ermittelt werden: DIN EN 543: 1995-01
Klebstoffe - Bestimmung der Schuttdichte von Pulver- und Granulat-Klebstoffen
DIN EN IS0 1 1 358: 1997-1 1 Kunststoffe - Thermogravimetrie (TG) von Polymeren - Allgemeine Grundlagen (IS0 1 I 358: 1997) DIN IS0 4324: 1983-12
Tenside; Pulver und Granulate; Bestimmung des Schuttwinkels
DIN 53 242-4: 1980-01
Rohstoffe fur Anstrichstoffe, Pigmente; Probenahme, Feste Stoffe
DIN 53 492: 1992- 1 1
Prufung von Kunststoffen; Bestimmung der Rieselfiihigkeit von kornigen Kunststoffen
18.1.3 Bindemittel Bei der chemischen Verfestigung von Vliesen oder Vliesstoffen kommen Bindemittel zum Einsatz. Bei nicht gleichen Polymeren von Fasern und Bindemitteln erfolgt die Bindung adhasiv. Als Bindemittel werden sowohl Feststoffe (Pulver, Granulate, Fasern) als auch Dispersionen eingesetzt. Die Analytik der Feststoffe erfolgt mit den in den Abschnitten 18.1.1 und 18.1.2 beschriebenen Methoden.
18.I Vliesrohstcfle
667
Fur die Charakterisierung der Bindemittel werden vor allem ihre thermischen Eigenschaften herangezogen. Wichtige Parameter nach [ 151 sind: Glastemperatur, Ubergang vom festen in den thermoelastischen Zustand (Erweichungstemperatur) - FlieB- oder Schmelztemperatur; Ubergang vom thermoelastischen in den flussigen (thermoplastischen) Zustand - Zersetzungstemperatur; Beginn der irreversiblen Zerstorung des Materials -
Zur Bewertung der Eigenschaften der Bindemittel konnen folgende Normen bzw. Richtlinien angewendet werden: DIN EN IS0 1 I 358: 1997- I 1 Kunststoffe - Thermogravimetrie (TG) von Polymeren - Allgemeine Grundlagen ( I S 0 1 1 358: 1997) DIN 52 007- 1 : 1980- 12
Prufung bituminoser Bindemittel; Bestimmung der Viskositat, Allgemeine Grundlagen und Auswertung
DIN 52 007-2: 1980- 12
Priifung bituminoser Bindemittel; Bestimmung der Viskositat, Messung mit dem Kugelzieh-Viskosimeter
DIN 53 177: 1990-1 1
Bindemittel fur Lacke und Anstrichstoffe; Messung der dynamischen Viskositat von flussigen Harzen, Harzlosungen und Olen mit dem Kapillar-Viskosimeter gleichschenkliger Bauart nach Ubbelohde
VDG P 70: 1989-04
Bindemittelpriifung; Priifung von flussigen, saurehartbaren Furanharzen
VDG P 75: 1989-04
Bindemittelpriifung; Priifung von flussigen, saurehartbaren Phenolharzen
VDG P 76: 1989-04
Bindemittelpriifung; Priifung von festen und flussigen Novolaken
VDG P 77: 1989-04
Bindernittelprufung; Priifung von Urethanreaktanten
18.2 Vliesstoffe ( M . Miigel, R. BiebeK U. Bernstrin, C. Lewicki, 7: Pfiiller)
18.2.1 Textilphysikalische Prufungen Die textilphysikalischen Vliesstoffeigenschaften konnen u. a. mit nachstehenden Verfahren ermittelt werden: -
-
Prufung der flachenbezogenen Masse (Fliichenmasse) Prufung der Dicke Priifung von Hiichstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung sowie von BezugskrafVBezugsdehnung Prufung der Biegesteifigkeit Prufung des Berstverhaltens Priifung der Luftdurchlassigkeit Prufung des WeiterreiBverhaltens Prufung des Fallvermogens Prufung der Scheuerbestiindigkeit
Prufung der flachenbezogenen Masse (Flachenmasse) MethodeNerfahren:
Bestimmung der flachenbezogenen Masse, Vliesstoffe
Norm:
DIN EN 29073- 1 : 1992-08
Kurzbeschreibung:
Flache und Masse einer MeBprobe werden bFstimmt, der Quotient aus Masse und Flache wird in g/m- angegeben. MeBprobengroBe: 2 500 cm’ Anzahl Merjproben: 2 3
Bemerkunged Einschrankungen:
Das Probenahmeregime richtet sich nach der spezifischen Prufaufgabe und mu13 zwischen Auftraggeber und Prufer vereinbart werden. N o rmalju I1 - Prinzip de r stritistidi ~n Prohen LI 11n i r : Die MeBproben werden so uber die Laborprobe verteilt, dal3 fur jede Stelle die gleiche Wahrscheinlichkeit besteht, gepruft zu werden. Sonderfull - Prinzip der gezielten Me~~prohrnciuswalzl: Bei herstellungsbedingter Anisotropie der Vliesstoffe kiinnen systematische Unterschiede durch gezielte MeBprobenanordnung in Langs- und Querrichtung der Probe ermittelt werden. Die Flachenmasse ist Bezugsgrorje fur weitere textilphysikalische spezifische KenngroBen.
Priifung der Dicke MethodeNerfahren:
Bestimmung der Dicke, Verfahren A, B oder C fur Vliesstoffe
Norm:
DIN EN I S 0 9073-2: 1997-02
Kurzbeschreibung:
Die Dicke wird als Abstand zwischen einer Bezugsplatte, auf der der Vliesstoff liegt, und einem parallel angeordneten Druckstempel, unter definierten Bedingungen gemessen. Veflahren A: normule Vliesstoffe niit einer Zusummendriickharkeit < 20% Priifflache: 25 cm2 Priifdruck: 0,5 kPa ( 5 cN/cm2) Belastungszeit: 10 s Anordnung Bezugsplatte/Probe/Druckstempel: waagrecht Vefla h ren B: volum iniise Vliesstc?ffe ni it ein e r Dicke < 20 mm Priifflache: 10 cm2 Priifdruck: 0,02 kPa (0,2 cN/cm2) Belastungszeit: 10 s Anordnung Priifflache/Probe/Druckstempel: senkrecht Veflahren C: voluminiise Vliesstoffe mit einer Dicke >20mm Priifflache: 400 cm2 Priifdruck: 0,02 kPa (0,2 cN/cm2) Belastungszeit: 10 s Anordnung GrundpIatteProbeA4e13platte: waagrecht
Bemerkungen/ Einschrankungen:
In den Priifunterlagen mu13 unbedingt das verwendete Verfahren vermerkt werden, da sich die Untersuchungsbedingungen signifikant unterscheiden und deshalb die Ergebnisse verschiedener Verfahren nicht vergleichbar sind. Das Probenahmeregime richtet sich nach der spezifischen Priifaufgabe und mu13 zwischen Auftraggeber und Priifer vereinbart werden (siehe Priifung der Flachenmasse).
Priifung von Hochstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung sowie von Bezugskraft/Bezugsdehnung MethodeNerfahren: Norm: Kurzbeschreibung :
Bestimmung der Hochstzugkraft und Hochstzugkraftdehnung, Vliesstoffe DIN EN 29073-3: 1992-08 Auf eine streifenformige MeBprobe bestimmter Abmessung wird mit konstanter Dehngeschwindigkeit eine
Kraft ausgeubt. Die Meljprobe wird his zur Zerstorung beansprucht, Hochstzugkraft [N] und Hiichstzugkraftwerden bestimmt. dehnung I%] Priiffhedingungen: MeBprobenbreite: 50 mm Einspannlange: 200 mm Abzugsgeschwindigkeit: I00 m d m i n Vorspannung: keine Die Untersuchungen werden in Langs- und Querrichtung des Vliesstoffes durchgefuhrt.
Bemerkunged Einschriinkungen:
Zur Information uber das Kraft-Dehnungsverhalten von Vliesstoffen ist die Aufzeichnung der Kraft-Langenanderungskurven der Einzelversuche zweckmaflig. Aus ihnen konnen Bezugskraft oder -dehnung bestimmt werden. Bei NaBzugversuchen werden die Pruflinge nach einer Netzdauer von 1 Stunde in destilliertem Wasser, versetzt mit I g/l nicht ionogenem Netzmittel, gepruft.
Zugprufmaschinen werden von unterschiedlichen Firmen angeboten und unterscheiden sich hinsichtlich der MeBbereiche und Anwendungsgebiete. Ein Beispiel einer derartigen Zugprufmaschine gibt Abb. 18-3 wieder. Abb. I 8-4 zeigt beispielhafte Kraft-Dehnungs-Diagramme eines Vliesstoffes.
Abb. 18-3. Modulares Priifsystem Zwick GmbH & Co.. U l m
..I wichi"
der
0
20
40
60 Dehnung in %
80
100
120
Abb. 18-4. Beispielhafte Kraft-Dehnungs-Diagramme eines Vliesstoffes
Priifung der Biegesteifigkeit MethodeNerfahren:
Bestimmung der Biegelange, Vliesstoffe
Norm:
DIN EN I S 0 9073-7: 1998-10
Kurzbeschreibung:
Prinzip Ein rechteckiger Vliesstoffstreifen (MeBprobe) wird auf einen horizontalen Auflagetisch einer entsprechenden Priifeinrichtung positioniert. Der Streifen wird so nach vom geschoben, daS ein zunehmender Teil iiber die Kante des Auflagetischs iiberhiingt und sich unter seinem Eigengewicht durchbiegt. Der .uberhangende Teil der MeSprobe ist frei beweglich, das andere Ende wird durch den AnpreBdruck eines StahlmaBstabs gehalten, der auf dem Teil der MeBprobe aufliegt, der sich noch auf dem Auflagetisch befindet. Prujeinrichtung: Auf dem waagerechten Auflagetisch der Biegesteifigkeitspriifeinrichtung mit einer Breite von 40 mm und einer Lange vom 200mm liegt ein definierter StahlmaBstab, dessen Oberseite mit einer Millimeterteilung versehen ist. Die Auflageflache ist so mit einem Anschlag zu versehen, da13 der StahlmaBstab mittig auf dieser entlanggeschoben werden kann. Auf dem Auflagetisch ist
in 10 mm Abstand von der Vorderkante eine Markierung angebracht. Auf den beiden durchsichtigen Seitenfliichen des Geriites sind zwei um 41 30' zur Waagerechten geneigte Linien L , und L2, welche die obere Vorderkante der Auflagefliiche schneiden, eingraviert. Durchfi'ihrLing: Zuniichst werden in der GroBe festgelegte MeBproben hergestellt und deren Masse bestimmt. Zur Messung der Biegesteifigkeit wird die MeBprobe so zwischen Schieber und Auflagefliiche positioniert, daB die 3 Vorderkanten exakt ubereinanderliegen. Der Nullpunkt des StahlmaBstabs mu13 sich mit der Markierung des Auflagetischs in einer Linie befinden. Der Schieber wird nach vorn geschoben his sich die mitgefuhrte MeBprobe so durchgebogen hat, daB ihre Vorderkante die kongruent liegenden Linien L , und L2 erreicht. Nach 8 s wird am Schieber die Uberhangliinge am StahlmaBstab abgelesen. Die Prufung ist am gleichen Ende der MeBprobe, mit der anderen Warenseite nach oben, zu wiederholen. Anschliel3end erfolgt die Prufung am anderen MeBprobenende in der gleichen Abfolge.
Berechnungen: Die Biegelange wird als Hiilfte der Uberhanglange angenommen. Aus den vier Werten der Biegeliinge jeder MeBprobe wird die mittlere Biegeliinge fur jede MeBprobe, aus allen gepruften MeBproben einer Warenrichtung der Gesamtmittelwert der Biegelange C ermittelt. Die Biegesteifigkeit G in mNcm errechnet sich nach G = m . c' . 10-3 m = Masse je Fliicheneinheit [g/m2] C = Gesamtmittelwert der Biegeliinge Icm 1 Die Ergebnisse werden getrennt fur Liings- und Querrichtung angegeben. Bemerkunged Einschriinkungen:
Das Verf'ahren ist nicht fur instabile, sehr voluminiise oder steife Vliesstoffe sowie Verbundstoffe, die zum Verdrehen neigen, geeignet. Es ist mit seiner starken Ahnlichkeit zu DIN 53 362 als bewahrtes Verfahren zu betrachten.
18.2 VIiesstoffe
673
Priifung des Berstverhaltens MethodeNerfahren:
Bestimmung von Berstdruck und Berstwolbung, pneumatisches Prinzip
Norm:
DIN EN I S 0 13938-2: 1999- 10
Kurzbeschreibung:
Das Flachengebilde wird auf eine mit einer Membran bedeckten kreisformigen Flache glatt aufgelegt und festgespannt. Dabei mu13 gewahrleistet sein, daB die MeBprobe beim Einspannen nicht verzerrt wird und kein Durchrutschen wahrend der Belastung erfolgen kann. Auf die der Probe abgewandten Seite der Membran wird ein stetig steigender Luftdruck ausgeubt, der zur Aufwolbung von Membran und Flachengebilde fuhrt. Der Einspannring mu13 das Priifen hochelastischer Textilien, die sich mehr als den halben Priifflachendurchmesser aufwolben, gestatten. Der Druck wird bis zum Bersten der MeBprobe gleichmaBig erhoht. Es werden der maximale Druck (BerstmeBdruck) und die dabei entstandene Bersthohe gemessen. Nach Durchfuhrung der Versuche erfolgt die Aufwolbung der Membran ohne MelJprobe bis zur mittleren Bersthohe. Der Membranwert dient zur Korrektur des BerstmeBdrucks. Priifbedingungen: Zeitdauer bis zum Bersten der MeBprobe: 20 s bevorzugte Priifflache: 50 cm2 nach Vereinbarung moglich: 100 cm2, 10 cm2, 7,3 cm2, 7,1 cm2 Membrandicke: 2 mm Verformungseigenschaft der Membran: hochelastisch Berechnungen Der Mittelwert des BerstmeBdrucks [kPa] wird errechnet. Davon wird der Membrandruck subtrahiert. Als Differenz entsteht der Berstdruck [kPa] - Mittelwert der Bersthohe [mm] Fur NaBversuche wird die MeBprobe 1 Stunde in Wasser, das mit 1 g/l Netzmittel versetzt ist, eingetaucht. Nach Entnahme aus dem Wasser wird die MeBprobe kurz zwischen 2 Vlieslagen abgequetscht und sofort gepriift.
-
Bemerkungenl Einschrankungen:
Bei textilen Flachengebilden, deren MeBproben wahrend des Zugversuchs stark seitlich einschnuren, bildet der Berstversuch die geeignetere Methode fur die Ermittlung der Festigkeitseigenschaften.
Ergebnisse, die mit unterschiedlichen PrufflYchen ermittelt wurden. sind nicht vergleichbar! Mit deni Vei-tdircn wcrdcn die Fcstigkeitc- und Vertormungseigenschaften eines Vliesstoffes bei komplexer Beanspruchung im Winkel von 360 bestimmt.
Priifung der Luftdurchlassigkeit MethodeNerfahren:
Bestimmung der Luftdurchliissigkeit von tcxtilen Flachengebilden, Messung der Luftrnenge bei festgelegtem Differenzdruck
Korm:
DIN EN I S 0 9237: 1995-12
Kurhesclirci bung:
Das Priifgut wird glattliegencl in eincr ki-t.isf~irmigen Einspannvorrichtung definierter G r d k befestigt. Mittels des mit dem Prtifkopf verbundenen DruckmeBgeriits wird der Luftstrom auf den gewunschten Differenzdruck einreguliert. Nach festgelegter Zeit wird die Striimungsgeschwindigkeit ( m d s oder d s ) abgelesen. Ernpfohlcne VcrsuchsbedinF~inFeli: Prtifflache: 20 cm' Differenzdruck: 100 €'a (Bekleidungstextilien), 200 Pa (technische Textilien) Ablesen nach Erreichen stabiler Bedingungen bzw. I min
Rcmerk u ngen/ Einsuhriinhungrn:
Ilurch Messung der Probe untcr Abdeckung der Pniflliiche mit einer Plastikfolic ist dcr Betrag scitlich cinstromender Luft festzustellen. 1st die Menge seitlich einstromender Luft > 1 % des Unter~uchungsergebnisses, mu13 der Betrag subtrahiert werden (korrigierte Luftdurchlassigkeit).
Abb. 18-5. Luftdurchl~s~ifhc.its-PrufgerBt FX 1300 der TEXTEST AG. CH-Zurich
18.2 VIiesstofle
67.5
Die gepriifte Warenseite (Eindringseite) ist anzugeben. Es ist ein international anerkanntes Verfahren mit guter Korrelation zu Praxiserfahrungen. Abb. 18-5 zeigt ein Priifgerat fur Luftdurchlassigkeitspriifungen.
Prufung des WeiterreiBverhaltens MethodeNerfahren:
Bestimmung der WeiterreiBfestigkeit, Trapez-Verfahren fur Vliesstoffe
Norm:
DIN EN I S 0 9073-4: 1997-09
Kurzbeschreibung :
Auf einer streifenformigen MeBprobe bestimmter Abmessung wird ein gleichschenkliges Trapezoid markiert. Die Mitte der kurzen Kante des Trapezoids wird rechtwinklig mit einem Einschnitt versehen. Die MeBprobe wird entlang der nichtparallelen Seiten des Trapezoids eingespannt, wobei der Einschnitt mittig zwischen den Einspannklemmen liegt. Auf die MeBprobe wird mit konstanter Geschwindigkeit eine Kraft ausgeubt, wobei sie im Einschnitt weiterreiflt. Die entstehende Kraft-Langenanderungskurve sollte aufgezeichnet werden. Die WeiterreiBkraft [ N] wird als Mittelwert einer Reihe signifikanter Kraftspitzen innerhalb des gultigen Weiterreirjwegs von 64 mm ermittelt.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Entsteht im WeiterreiBweg nur eine definierte Kraftspitze, so stellt diese das Ergebnis dar. MeBproben die nicht im Einschnitt weiterreiBen, sind zu verwerfen. Das Verfahren hat sich zur Beschreibung der WeiterreiBeigenschaften von Vliesstoffen in Langs- und Querrichtung bewahrt.
Neben diesem Trapez-Weiterreiflversuch sind fur Vliesstoffe auch noch einige andere WeiterreiB-Priifverfahren anwendbar. Deren Eignung ist in der Regel jedoch durch Vorversuche zu ermitteln. Diese Verfahren sind z. B. dokumentiert in:
Norm
Verfahren
E DIN EN IS0 13937- 1 : 199.5-1 1
Elmendorf-Verfahren
E DIN EN IS0 13937-2: 1995-11
Schenkel-Verfahren
E DIN EN I S 0 13937-4: 199.5-11
Zungen-Verfahren
Prufung des Fallvermogens MethodeNerfahren:
Bestimmung des Fallkoeffizienten, Vliesstoffe
Norm:
DIN EN IS0 9073-9: 1998-10
Kurzbeschreibung:
Das Verfahren dient zur Ermittlung des Verformungsvermogens einer unter festgelegten Bedingungen hiingenden kreisformigen Vliesstoff-Menprobe. Die Meljprobe wird horizontal zwischen zwei konzentrischen Scheiben von 18 cm Durchmesser gehalten, wobei der PuBere Ring der MeBprobe durch sein Eigengewicht unter Faltenbildung um die untere Haltescheibe drapiert. Der Schatten der drapierten Meljprobe wird von unten mittels parallelgerichtetem Licht auf einen IichtdurchlSssigen Papierring geworfen, dessen Masse vor der Prufung ermittelt wurde. Die GroBe des Rings entspricht dem nichtaufliegenden MeBprobenteil. Der Umrilj des Schattenbildes auf dem Papierring wird nachgezeichnet, das Papier entlang der Rander des Schattenbilds ausgeschnitten und die Masse des inneren Teils, das den Schatten darstellt, bestimmt.
Versuchshedingungen Die Grolje des Meljprobendurchmessers wird in einem Vorversuch ermittelt. Zeit bis zum Nachzeichnen des Schattenbildes: 3 0 s Anzahl MeBproben: 2 Anzahl MessungNeBprobe: 6 Die Priifung erfolgt an jeder MeBprobe auf Vorder- und Ruckseite und wird noch zweimal wiederholt. Auswertung Die Berechnung des Mittelwertes des Fallkoeffizienten D [%I erfolgt fur Ober- und Unterseite des Vliesstoffes getrennt.
mpr=Ausgangsmasse des Papierrings [g] m,,=Masse des Teils des Papierrings, der den Schatten darstellt [g] Bemerkungenl Einschriinkungen:
Die Prufung wird nur an Vliesstoffen durchgefuhrt, die sich gleichmaljig um die horizontale Scheibe drapieren. Biegt sich die Meljprobe beiderseits der Haltescheibe entlang einer Linie, so ist dieses Verfahren fur das Untersuchungsmaterial ungeeignet.
18.2 Vliesstoflk
677
Prufung der Scheuerbestiindigkeit MethodeNerfahren:
Bestimmung der Scheuerbestandigkeit, Martindale-Verfahren, Probenzerstorung
Norm:
DIN EN I S 0 12947-2: 1999-04
Kurzbeschreibung :
Eine kreisformige Probe wird unter definierter Belastung translatorisch in Form einer Lissajous-Figur gegen ein Scheuermittel (Standardgewebe) bewegt. Der Probenhalter, der das Scheuermittel aufnimmt, ist um seine Achse, senkrecht zur Probenebene, leicht drehbar. Die Scheuerbeanspruchung erfolgt mit einer festgelegten Anzahl von Inspektionsintervallen, die aus der zu erwartenden Anzahl Scheuertouren probenspezifisch (Vorversuch) ermittelt werden. Die Probenbelastung betragt 9 kPa oder 12 kPa und wird entsprechend dem Venvendungszweck des Vliesstoffes gewahlt. Die Zerstorung der Vliesstoffproben ist dann erreicht, wenn der Durchmesser des ersten durch Scheuem entstandenen Lochs 5 mm grolj ist. Als Untersuchungsergebnis dient das Priifintervall, bei dem die Probenzerstorung eintritt.
Bemerkunged Einschrankungen:
Nach 50 000 Scheuertouren ohne Probenzerstorung erfolgt die Erneuerung des Standardgewebes. Die Meljprobe wird dann bis zur Zerstorung weiterbeansprucht. Zur Kontrolle des Verschleiazustandes der Probe empfiehlt sich, Lupe oder Mikroskop mit 8-facher VergroBerung zu benutzen. Das Verfahren ist international eingefuhrt.
MethodeNerfahren:
Bestimmung der Scheuerbestiindigkeit, Martindale-Verfahren, Oberflachenveranderung
Norm:
DIN EN IS0 12947-4: 1999-04
Kurzbeschreibung:
Siehe Martindale-Verfahren, Probenzerstorung. Die Scheuerbestandigkeit des textilen Flachengebildes wird durch Beurteilung der Oberflachenveranderung im Vergleich mit der unbeanspruchten Probe bestimmt.
Brcin.v~~ruchun~svariLintc. u: Scheuerbeanspruchung bis zu einer festgelegten Anzahl Scheuertouren und Bewertung der Oberfliichenveranderung. Bean.s~~rucliurig.s~~nricintr h: Scheuerbeanspruchung bis zu einer vorgegebenen Oberflachenveranderung und Ermittlung des Scheuerintervalls, bei dem die Oberfliichenveranderung eingetreten ist.
Bemerkunged Einschrankungen:
Die Bewertung der Oberflachenveriinderung nus Variante a kann verbal oder mittels abgestufter Vergleichsstandards (z. B. Fotos) uber eine Benotung erfolgen. Auch eine Benotung der Farbtonveranderung nach IS0 105-AO2 ist moglich. Die Bewertungen sind subjektiv und erfordern deshalb vom Prufpersonal Erfahrung. Das Verfahren hat sich international durchgesetzt.
Abb. 18-6. Scheuerprulger'it. Typ Nu-Mxtindale. der Jmie\ H H e d & Co Ltd GB-Halilcix
18.2.2
,
Prufung von Echtheiten
Farbechtheiten, die den Widerstand der Farbe von Farbungen und Drucken auf Textilien gegenuber verschiedenen Einfliissen ausdrucken, werden unterschieden in Fabrikations- und Gebrauchsechtheiten. Prufungen zur Farbechtheit werden immer als einzelne Eigenschaft, z. B. Waschechtheit oder Reibechtheit, und nicht in Folge mit anderen Verfahren, z. B. Waschechtheit mit anschliefiender Bugelechtheit, gepruft. Damit wird der jeweilige Anteil an der Veranderung der Priifprobe erhalten. Es wird nicht ausgeschlossen, daB es in Zukunft Verfahren geben wird, kombinierte Prufungen durchzufuhren, um mehrere Einflusse zu erfassen. Mit Ausnahme der Reibechtheit wird bei allen Farbechtheitsprufungen die Anderung der Farbe der Prufprobe bewertet. Bei Anwendung eines Begleitgewebes wird dieses auf ein Anbluten gepruft.
Begleitgewebe sind standardisierte ungefiirbte Gewebe aus einer oder mehreren Faserarten und werden bei der Priifung zur Bewertung des Anblutens verwendet. Bis auf wenige Ausnahmen werden die Begleitgewebe fur die Priifung je nach venvendetem Priifmaterial ausgewahlt. Besteht die Priifprobe nur aus einer Komponente, so ist ein Begleitgewebe aus der gleichen Art vorgeschrieben. Ein zweites Gewebe richtet sich nach der entsprechenden Priifnorm. Bestehen Prufproben aus Fasermischungen, richtet sich der Einsatz der beiden Einzelfaserpriifgewebe nach den beiden anteilmaBig am hochsten vertretenen Faserarten. Die Eigenschaften und die Herstellung der Einzelfaserbegleitgewebe werden in der intemationalen Norm I S 0 105, Teil F, beschrieben. Fur das Ansetzen von Priiflosungen venvendet man Wasser der Qualitlt 3 nach IS0 3696. Diese Losungen durfen immer nur frisch zum Einsatz kommen, um reproduzierbare Priifergebnisse zu erhalten. Die Anderung der Farbe der Priifprobe und das Anbluten des Begleitgewebes werden mit den jeweils gultigen GraumaBstaben bewertet und als Echtheitszahl von 5 bis 1 angegeben. Es handelt sich hierbei um den GraumaBstab zur Bewertung des Anblutens nach DIN EN 20 105 A03 und den GraumaBstab zur Bewertung der Anderung der Farbe nach DIN EN 20 105 A02. Diese GraumaBstabe durfen bei der Auswertung nicht vertauscht werden, da sie sich wesentlich in ihrer Abstufung entsprechend der CIELAB-Werte unterscheiden. Bewertet werden kann in Noten von 5 bis 1, bei Bedarf mit Zwischennoten (z. B. 4-5 oder 3 4 ) , wobei folgendes gilt: Note Note Note Note Note
5: keine Veranderung gegenuber Originalzustand 4: geringfugige Veranderung gegenuber Originalzustand 3: leichte Veranderung gegenuber Originalzustand 2: deutliche Veranderung gegenuber Originalzustand 1 : sehr starke Veranderung gegenuber Originalzustand
Die Auswertung von Priifungen sollte bei immer gleichen Lichtverhlltnissen erfolgen. Daher empfiehlt sich eine Abmusterungskammer rnit Tageslicht D65. Treten bei den gepruften Materialien nicht nur die zu bewertenden Farbeffekte, sondem auch zum Beispiel Oberflachenverlnderungen, Glanzbildung oder MaBanderungen auf, sind diese mit zu erfassen. Bei der Bewertung des Anblutens mu13 darauf geachtet werden, daB auf dem Begleitgewebe evtl. haftende Fasem entfemt werden, da diese das Priifergebnis verfalschen konnen. Diese Erscheinung tritt oft bei der Reibechtheit, vor allem bei der NaBreibechtheit, auf. Eine Auswahl von haufig angewandten Priifverfahren mit einigen Anwendungshinweisen wird im folgenden wiedergegeben:
MethodeNerfahren:
Bestimmung der Lichtechtheit von Farbungen und Drucken, Verfahren rnit Xenonbogenlicht
Norm:
DIN EN IS0 105-BO2: 1999-09
Kurzbeschreibung:
Bestimmt wird die Widerstandsfahigkeit der Farbe von bedruckten oder gefarbten Textilien gegen die Einwirkung von Licht der Normlichtart D65. Die zu priifende Probe wird gleichzeitig rnit einem LichtechtheitsmaBstab, der aus einer Reihe von 8 genormten Typfarbungen mit blauen Farbstoffen aus Wollgewebe besteht, belichtet. Entsprechend des verwendeten Verfahrens erfolgt die gleichzeitige Abdeckung rnit speziellen Blechschablonen unterschiedlicher Aussparung von Prufprobe und LichtechtheitsmaBstab, um bei der Auswertung den direkten Vergleich der VerKnderungen zu ermitteln. Die Wahl der Belichtungsbedingungen erfolgt nach dem Anwendungsfall der Probe. Kontrolliert werden diese Einstellungen durch gleichzeitige Belichtung einer Kontrollfarbung (Naphthol-Kombination rotgefiirbtes Baumwollgewebe) fur die Feuchtebestimmung und ausgewiihlten Typfarbungen des Lichtechtheitsmaljstabes.
Bemerkunged Einschriinkungen:
Das Ergebnis der Geratebelichtung gibt keine Absolutwerte der Lichtechtheit wieder, da im Geriit gleichmafiige, dem Jahresmittel entsprechende Bestrahlungsbedingungen vorliegen. Sie sind ein MaB fur die Veriinderungen unter definierten Bedingungen und als Forderungen in Technischen Lieferbedingungen und Kundenvereinbarungen verankert.
MethodeNerfahren:
Bestimmung der Waschechtheit von Farbungen und Drucken, 40' C-, 50 C- und 60' C-Wasche
Norm:
DIN EN 20 105 C01: 1993-03 (40 C) DIN EN 20 105 C02: 1993-03 (50 C) DIN EN 20 105 C02: 1993-03 (60 C )
Kurzbeschrei bung:
Die Pruflinge werden rnit den entsprechenden Begleitgeweben an der Schmalseite vernaht und in einer Waschliisung bei entsprechenden Teniperaturen behandelt. Die Versuche kiinnen mit dem Linitest-Gerat durchgefuhrt werden. Die Prufproben werden nach der Wiische zweimal in destilliertem Wasser gespult und anschlieBend getrocknet. Nach der Trocknung erfolgt die Bewertung der Farbanderung und die des Anblutens der Begleitgewebe.
Bemerkunged Einschrankungen:
Die Priifverfahren beschreiben bei einer leichten Waschbeanspruchung und entsprechender Temperatur das Verhalten gefabten Textilmaterials hinsichtlich seiner Farbe, nicht den umfassenden Effekt eines Waschprozesses.
MethodeNerfahren:
Farbechtheit bei Haushaltwasche und gewerblichen Waschen, Verfahren mit unterschiedlichen Temperaturen, Zusatzen und mechanischen Beanspruchungen DIN EN I S 0 105-CO6: 1997-05 Die Priifungen zur Waschechtheit nach der vorliegenden Norm sind verbraucherorientiert. Ein speziell entwickeltes Priifwaschmittel gibt dafur die Voraussetzungen. Bei bestimmten Verfahren ist der Zusatz von Natriumperborat moglich. Erhohte Beanspruchungen beim Waschvorgang werden durch Beigabe von Stahlkugeln simuliert, wobei die Waschtemperatur von 70 "C nicht uberschritten werden darf. Diese Bedingungen entsprechen nicht den Waschgewohnheiten in Europa. Das Verfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe bei Haushaltwaschen oder gewerblichen Waschprozessen. Es wird aber nicht der EinflulJ optischer Aufheller beriicksichtigt, wie sie in handelsublichen Waschmitteln verwendet werden.
Norm: Kurzbeschreibung :
Bemerkungen/ Einschrankungen:
MethodeNerfahren: Norm: Kurzbeschreibung:
Bemerkunged Ei n schrankungen:
Bestimmung der Trockenreinigungsechtheit, Perchlorethylen-Verfahren DIN EN I S 0 105-DOl: 1995-04 Eine Prufprobe wird zusammen mit 12 definierten Stahlscheiben in zwei Baumwollkoperabschnitte vollstandig eingenaht. Unter Zugabe von Perchlorethylen werden die Prufproben 30 Minuten bei einer Temperatur von 30 "C z. B. in einem Linitest-Gerat behandelt. Nach der Trocknung erfolgt die Bewertung mit dem GraumaBstab zur Bewertung der Farbanderung. Das verwendete Perchlorethylen wird im Vergleich zum Ausgangslosungsmittel mit Hilfe des GraumalJstabes bezuglich des Anblutens beurteilt. Das Priifverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe von Textilien gegenuber der Trockenreinigung, vorzugsweise mit Perchlorethylen. Nicht beachtet werden Ausriistungseffekte und Behandlungen, die in der gewerblichen Reinigung erfolgen (z. B. Fleckenbehandlung, Dampfbugeln).
MethodeNerfahren:
Farbechtheit gegen Wasser, schwere Beanspruchung
Norm:
DIN EN IS0 10S-EOl 1996-08
Kurzbeschreibung :
Die Priitlinge werden rnit den entsprechenden Begleitgeweben an der Schmalseite vemaht. Jede Prufprobe wird mit Wasser der Qualitat 3 vollstandig genetzt und zwischen zwei Platten aus Acrylharz oder Glas in den Prufrahmen gelegt und belastet. Die Prufdauer betragt 4 Stunden bei einer Temperatur von 37°C. Nach der Trocknung werden das Anbluten der Begleitgewebe und die Anderung der Farbe mit Hilfe der jeweiligen GraumaBstabe ermittelt.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Das Prufverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe von Textilien gegen das Eintauchen in Wasser.
MethodeNerfa hren:
Farbechtheit gegen SchweiB, saurer und alkalischer SchweiB
Norm:
DIN EN IS0 10S-E04: 1996-08
Kurzbeschreibung :
Mit den an der Schmalseite vernahten Priiflingen rnit Begleitgewebe wird eine Priifprobe in die alkalische (pH-Wert 8) bzw. saure (pH-Wert 5 , s ) Priiflosung bei einem Flottenverhiiltnis von 1 :50 eingelegt und bei Raumtemperatur grundlich benetzt. Nach Abquetschen der uberschussigen Prufflussigkeit werden die Prufprohen zwischen zwei Platten aus Acrylharz oder Glas in den Priifrahmen gelegt und belastet. Die Prufdauer betragt 4 Stunden bei einer Temperatur von 37 C. Nach einer Trocknung werden das Anbluten der Begleitgewebe und die Anderung der Farbe mit Hilfe der jeweiligen GraumaBstabe ermittelt.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Das Prufverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe von Textilien gegen das Einwirken von menschlichem SchweiR.
MethodeNerfahren:
Farbechtheit gegen Flecken, Saure-Verfahren
Norm:
DIN EN IS0 10S-EOS:1997-05
Kurzbeschreibung:
Fur jede verwendete Saure (Essigsaure, Schwefelsiiure, Weinsaure) wird ein Priifling bereitgestellt. Es wird sovie1 Saure auf den Prufling aufgebracht, bis er eine benetzte FlBche von ca. 20 mm Durchmesser aufweist. Die Losungsmenge darf auch bei wasserabweisenden Stoffen 0,s ml nicht uberschreiten. Nach der Trocknung der Proben bei Raumtemperatur wird die Anderung der Farbe mit dem GraumaBstab bestimmt.
18.2 Vliesstoffe
683
Bemerkungenl Einschrankungen:
Das Priifverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe von Textilien gegen das Einwirken von verdiinnten Losungen organischer oder anorganischer Sauren. Um sichergehen zu konnen, dafi eventuelle Veranderungen nicht allein durch den EinfluB von Wasser verursacht werden, sollte zum Vergleich die Priifung rnit Wasser (DIN EN I S 0 105-E07) erfolgen.
MethodeNerfahren:
Farbechtheit gegen Flecken, Alkali-Verfahren
Norm:
DIN EN IS0 105-EO6: 1997-05
Kurzbeschreibung :
Auf eine Priifprobe werden so viele Tropfen einer Natriumcarbonatlosung aufgebracht, bis diese eine benetzte Flache von ca. 20 mm Durchmesser ergeben. Die Losungsmenge darf auch bei wasserabweisenden Stoffen 0,5 ml nicht iiberschreiten. Nach Trocknung der Proben bei Raumtemperatur wird die Anderung der Farbe mit dem GraumaBstab bestimmt.
Bemerkungenl Einschrankungen:
siehe Saureverfahren
MethodeNerfahren:
Farbechtheit gegen Flecken, Wasser-Verfahren
Norm:
DIN EN I S 0 105-EO7: 1997-05
Kurzbeschreibung :
Auf eine Priifprobe werden so viele Tropfen Wasser der Qualitat 3 aufgebracht, bis diese eine benetzte Flache von ca. 20 mm Durchmesser ergeben. Die Losungsmenge darf auch bei wasserabweisenden Stoffen 0,5 ml nicht iiberschreiten. Die Bewertung der Anderung der Farbe mit dem Graumafistab erfolgt nach 2 Minuten am Rand der Probe und nach dem Trocknen.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Das Priifverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe von Textilien gegen das Einwirken von Wassertropfen.
MethodeNerfahren:
Reibechtheit, trocken und naB
Norm:
DIN EN I S 0 105-Xl2: 1995-06
Kurzbeschreibung :
Die Durchfiihrung erfolgt mit einem trockenen Reibgewebe (Reibechtheit trocken) und einem nassen Reibgewebe (Reibechtheit na13). Mit Hilfe eines geeigneten Priifgerates wird ein Zapfen mit einer Gewichtskraft von 9 N iiber eine Priifprobenstrecke hin und her bewegt. Jede Priifprobe wird in Langs- und Querrichtung jeweils nal3 und trocken gepriift. Bewertet wird das Anbluten des Reibgewebes, welches bei der Priifung auf
684
18 Priifiequhren
den Reibzapfen gespannt wird. Dabei ist zu beachten, daB das Reibgewebe so in die Vorrichtung eingespannt wird, daB es fadengerade uber die Priifprobe reiben kann. Bemerkunged Einschrankungen:
Das Priifverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe von Textilien gegen das Abreiben und Anbluten anderer Textilien beim Gebrauch.
MethodeNerfahren:
Lichtechtheit von Werkstoffen der KraftfahrzeugInnenausstattung, Xenonbogenlicht, HeiBlichtechtheit
Norm:
DIN 75 202: 1988- 12
Kurzbeschreibung :
Die Priifproben werden gleichzeitig mit einer Reihe von Lichtechtheitstypen (siehe DIN EN IS0 105-B02) den geforderten Belichtungsbedingungen ausgesetzt. Gearbeitet wird mit einem Belichtungsgerat mit einer oder mehreren Xenonbogenlampen und dem entsprechenden optischen Filtersystem. Die Werte der spektralen Verteilung auf der Probenebene ergeben sich aus der Spektralverteilung der Globalstrahlung nach CIE Empfehlung Nr. 85 und der spektralen Transmission von 4 mm dickem Fensterglas. Hinsichtlich der Bestrahlungsstarke, der Schwarzstandardtemperatur und der Feuchte werden je nach Verfahren (A oder B) Werte vorgegeben, die mit entsprechenden Priifgeraten me& und regelbar sind. Wird die HeiBlichtechtheit gepriift, werden Priifproben und Lichtechtheitstypen gleichzeitig uber einen Zyklus belichtet und die Lichtechtheitsnote im Vergleich zu den Typfiirbungen ermittelt. Bei der Bestimmung des Alterungsverhalten wird die Probe iiber mehrere Zyklen den Priifbedingungen ausgesetzt. Ein Zyklus entspricht der Belichtung, bis die Typfarbung 6 einer Anderung der Note 3 nach GraumaBstab entspricht. Im AnschluB daran kann die Echtheit mit Hilfe des GraumaBstabes zur Bewertung der Farbanderung erfolgen. Durch Festigkeitspriifungen vor und nach Belichtung kann der Festigkeitsverlust ermittelt werden.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Das Priifverfahren beschreibt die Widerstandsfahigkeit der Farbe und des Alterungsverhaltens gegenuber Einwirkung von kunstlichem Licht (D65) und gleichzeitiger Hitzeeinwirkung.
18.2 Vliesstoffi
MethodeNerfahren: Norm: Kurzbeschreibung :
Bemerkungenl Einschrankungen:
605
Speichel- und SchweiBechtheit, Methode LMBG 5 35, 82.10-1 z.Z. keine Norm Die Methode beruht auf dem Ansatz von zwei Losungen (sauer und alkalisch) fur jede zu untersuchende Priifprobe. Die Priifprobe wird auf ein vollstandig in der Priiflosung genetztes Baumwollbegleitgewebe aufgelegt und, in einem Exsikkator beschwert, 2 Stunden bei 40°C belassen. Mit Hilfe des GraumaBstabes zur Bewertung des Anblutens wird die Speichel- und Schweiljechtheit ermittelt. Das Priifverfahren beschreibt eine Methode, bei der festgestellt werden soll, ob bei einem Gebrauch des Textilmaterials Farbmittel in den Mund, auf die Schleimhaut oder auf die Haut ubergehen konnen.
18.2.3 Priifung des Brennverhaltens Das Brennverhalten von Vliesstoffen wird durch die spezifischen Materialeigenschaften, die Vliesstoffkonstruktion, den Verbund mit anderen Stoffen, die Verbindungsmittel und durch die unterschiedlichsten auBeren EinfluBfaktoren bestimmt. Praxisnahe Priifungen zum Brennverhalten von Vliesstoffen und damit gefertigten textilen Endprodukten sind eine wichtige Voraussetzung fur die Beurteilung der Einsetzbarkeit in vorgesehenen Anwendungsbereichen. Einschrankend mu13 vermerkt werden, daB bei einer Priifung des Brennverhaltens von Materialien nicht alle moglichen wirksamen auljeren Einflusse beriicksichtigt werden konnen und daher die Ergebnisse keine umfassende Aussage hinsichtlich der potentiellen Brandgefahr gestatten. Wichtig ist, dalj die Priifungen unter reproduzierbaren Bedingungen durchgefuhrt werden, um eine Vergleichbarkeit zu sichern. Schon eine Temperatur- und Feuchteveranderung kann zu einem differenzierten Brennverhalten der Materialien fuhren. Auch die Art der Flammeneinwirkung und Ausrichtung der Priifmaterialien hat eine grolje Bedeutung. Die Beurteilungskriterien fur das Verhalten von Materialien gegen Hitze und Flammen sind die Entzundbarkeit, die Flammenausbreitung uber eine festgelegte Strecke (und die damit verbundene Zeit der Ausbreitung) oder das Erreichen der MeBmarken, das Nachglimmen und Nachbrennen bei selbstloschenden Stoffen und die Beurteilung von Brandnebenerscheinungen, wie z. B. das Schmelzen oder Abtropfen der Brandriickstande. Unter der Nachbrennzeit wird die Zeit vom Entfernen der Zundquelle bis zum Verloschen der Flamme der Priifprobe verstanden. Die Nachglimmdauer ist die Zeit des Weiterglimmens des Materials nach dem Verloschen der Flamme unter den jeweils festgelegten Priifbedingungen. Die Priifungen von Materialien erfolgen nach Priifnormen, gesetzlichen Forderungen und in Abstimmung mit den Kunden bzw. deren Lieferbedingungen.
686
18 Priifve~fiihreti
MethodeNerfahren:
Sicherheit von Spielzeug, Entflammbarkeit
Norm:
DIN EN 7 1-2: 1994-01
Kurzbeschreibung:
Je nach Art des zu priifenden Spielzeuges werden die Priifverfahren in der Norm beschrieben. In jedem Fall ist die maximale Flammenausbreitungsgeschwindigkeit ein wichtiges Beurteilungskriterium. Diese Forderungen sind so gewahlt, daB bei einer moglichen Entzundung dem Kind die Zeit fur eine rettende Handlung verbleibt.
Bemerkungen/ Einschrankungen:
Das Priifverfahren beschreibt die allgemeinen Anforderungen und die Priifungsdurchfuhrung zum Brennverhalten an Spielzeug aller Art.
MethodeNerfahren:
Schutz gegen Hitze und Flammen, begrenzte Flammenausbreitung
Norm:
DIN EN 532: 1995-01
Kurzbeschreibung:
Die Flammenausbreitung wird mit einer kleinen Flamme (handelsubliches Propangas) an einer vertikal ausgerichteten Textilprobe als Flachenbeflammung gepriift. Die Zeit der Beflammung ist mit 10Sekunden vorgeschrieben, wobei die Flamme definiert ist. Nach Entfernen des Brenners von der Probe werden die Nachbrennzeit und das Nachglimmen (Zeit und Flache uber den Flammenbereich hinaus) erfal3t. AuBerdem wird protokolliert, ob die Flamme die obere und/oder seitliche Probenkante erreicht hat. Die Lochbildung wird bei einer GroBe von 5 mm x5 mm, verursacht durch Brennen, Schmelzen oder Glimmen, als vollstandig bezeichnet. 1st das Loch mit Material durchsetzt, wird die Lochbildung als unvollstandig vermerkt. Um nachtragliche Zerstorungen zu vermeiden, erfolgen Lochbildungsbeurteilungen immer an den auf den Versuchsrahmen gespannten Proben. Weiterhin werden die Brandnebenerscheinungen, wie z. B. brennendes oder schmelzendes Abtropfen, erfaBt.
Bemerkunged Einschran kungen:
Das Priifverfahren beschreibt die begrenzte Flammenausbreitung von Materialien, die als Flammenschutzkleidung zum Einsatz kommen. Kriterien fur eine Einstufung sind z.B. in den Normen DIN EN 531 und DIN EN 533 beschrieben.
18.2 Vliesstoffe
MethodeNerfahren: Norm: Kurzbeschreibung:
Bemerkungenl Einschrankungen:
MethodeNerfahren:
Norm: Kurzbeschreibung :
Bemerkungen/ Einschrankungen:
687
Bewertung der Entziindbarkeit von Matratzen und gepolsterten Bettboden, glimmende Zigarette DIN EN 597-1: 1995-01 In einem geeigneten Abzug wird die in der Norm beschriebene Priifeinrichtung aufgestellt und eine reprasentative MeBprobe aufgelegt. Eine definiert glimmende Zigarette ist auf diese Meljprobe aufzulegen und der Brenn- bzw. Schwelvorgang zu beobachten. Kriterien fur die Beurteilung sind die Entzundung durch fortschreitendes Schwelen, Entzundung durch Flammenbildung oder die Nichtentzundung. Bei Entzundungen sind die Priifzeiten und die Ursache zu protokollieren. Die Norm beschreibt ein Priifverfahren zur Bestimmung der Entzundbarkeit von Matratzen, gepolsterten Bettboden oder Matratzenauflagen, wenn sie einer glimmenden Zigarette ausgesetzt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen beziehen sich ausschliefllich auf die Entzundbarkeit der venvendeten Materialkombination unter den spezifischen Priifbedingungen. Es kann aber daraus nicht auf die Gesamtheit aller moglichen Brandrisiken und ihrer Folgen geschluBfolgert werden. Bewertung der Entzundbarkeit von Matratzen und gepolsterten Bettboden, eine einem Streichholz vergleichbare Gasflamme DIN EN 597-2: 1995-01 Eine definierte Flamme (Butangas entspricht der Heizleistung eines Streichholzes) wird I5 Sekunden lang gegen einen ebenen Teil der MeBprobe gebracht. Das Brennerrohr mulj horizontal angeordnet und mit der MeBprobe in Kontakt sein. Beurteilungskriterien sind fortschreitendes Schwelen, Entzundung der MeBprobe oder Nichtentzundung. Bei fortschreitendem Schwelen und Entzundung wird die Priifeinheit geloscht und dieses vermerkt. Wird kein Entzunden festgestellt, ist die Priifung an einer anderen Stelle zu wiederholen. Die Norm beschreibt ein Priifverfahren zur Bestimmung der Entzundbarkeit von Matratzen, gepolsterten Bettboden oder Matratzenauflagen, wenn sie einer einem Streichholz vergleichbaren Gasflamme als Ziindquelle ausgesetzt werden. Dem Anwender wird empfohlen, parallel dazu die Priifung mit der glimmenden Zigarette durchzufuhren, da davon auszugehen ist, daB ein Schutz gegen Brandquellen nicht gleichzeitig Schutz gegen Schwelbrande ist.
688
18 Priifkrfuhrm
MethodeNerfahren:
Bewertung der Entzundung von Polstermobeln, glimmende Zigarette
Norm:
DIN EN 1021-1: 1994-01
Kurzbeschreibung :
Aus den Materialien wird ein Polsterverbund hergestellt, der auf einen stuhlahnlichen Priifrahmen gespannt wird. Es ist zu beachten, dafi bei einer Reinigungsfahigkeit des Materials die entsprechende Vorbehandlung durchgefuhrt wird. Als Zundquelle dient eine glimmende Zigarette, die entlang der Verbindungsstelle zwischen horizontalem und vertikalem Teil anzulegen ist. Es sind der Verbrennungsvorgang der Zigarette zu beobachten, fortschreitendes Schwelen, die Entzundung der Priifeinheit oder die Nichtentzundung zu notieren. Beobachtet wird die Priifeinheit bis 1 Stunde nach Auflegen der Zigaretten.
Bemerkunged Einschrankungen:
Die Norm beschreibt ein Priifverfahren zur Bestimmung der Entzundbarkeit von Werkstoffkombinationen, wie Bezuge und Fullmaterialien fur Sitzpolstermobel, bei Verwendung einer glimmenden Zigarette als Zundquelle. Bei dieser Priifung wird die Entzundbarkeit der Werkstoffkombination gepruft, nicht aber die Entzundbarkeit eines fertigen Mobelstuckes.
MethodeNerfahren:
Bewertung der Entzundung von Polstermobeln, eine dem Streichholz vergleichbare Gasflamme
Norm:
DIN EN 1021-2: 1994-01
Kurzbeschreibung :
Der Priifrahmen und Prufprobenaufbau sind identisch mit DIN EN 1021-1. An die Priifprobe wird eine kleine Flamme (Butangas) angelegt, die der Heizleistung eines Streichholzes entspricht. Das Brennerrohr mit der kleinen Flamme entsprechend einem Gasdurchflufi von ca. 45 ml/min wird entlang der Verbindungsstelle zwischen der Sitzflache und dem Ruckenteil plaziert. Der Zundvorgang betragt 15 Sekunden. Danach wird die Flamme vorsichtig entfemt. Unter Beobachtung des Verbrennungsvorganges werden Anzeichen fortschreitenden Schwelens bzw. Brennens im Polster und/oder Bezug notiert. Flammen, Nachgluhen, Rauchen oder Schwelen, die innerhalb von 120 Sekunden nach Entfemen des Brennerrohres aufhoren, konnen ignoriert werden. Bei Entzundung der Prufeinheit ist diese zu loschen und die Entzundungsursache zu notieren. Treten weder Entzundungen noch fortschreitendes Schwelen auf, ist die Priifung an einer anderen Stelle der Prufeinheit zu wiederholen.
18.2 Vliesstoffe
689
Da fortschreitendes Schwelen nicht immer von auBen erkennbar ist, muB die Priifeinheit aufgetrennt und das Innere ebenfalls beurteilt werden. Bemerkunged Einschrankungen:
Die Norm beschreibt ein Priifverfahren zur Bestimmung der Entzundbarkeit von Materialkombinationen, wie Bezuge und Fullmaterialien fur Sitzpolstermobel, bei Verwendung einer kleinen Flamme als Zundquelle. Bei dieser Priifung wird die Entzundbarkeit der Materialkombination gepriift. Man erhalt einen Anhaltspunkt, aber keine Garantie fur das Entzundungsverhalten eines fertigen Mobelstuckes.
MethodeNerfahren:
Brennverhalten Bekleidungstextilien,
Senkrecht-Flachen-Verfahren Norm:
DIN EN 1 103: 1996-01
Kurzbeschreibung :
Die Meljproben werden vor der Beflammung einer Vorbehandlung entsprechend der Pflegeetikettierung Linterzogen. Liegen dazu keine Hinweise vor, wird wie in der Norm beschrieben verfahren. Die Vorbehandlung dient dazu, dalj die MeBprobe dem praktischen Gebrauch entspricht. Die Durchfuhrung der Priifung erfolgt nach DIN EN I S 0 6941, Abschnitt 8.6.1, mit einer Beflammungszeit von 10 Sekunden. Aufgenommen wird die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit zwischen dem 1. und 3. Markierungsfaden. Brennen diese bei der Priifung nicht durch, da es keine Ausbreitung der Flammen gibt, mussen Nachbrennzeit und Nachglimmzeit der Priifprobe protokolliert werden. Als Brandnebenerscheinungen mu13 das Auftreten von brennend abfallenden Probeteilen erfaBt werden, die ein unter der Probe liegendes Filterpapier entzunden.
Bemerkunged Einschrankungen:
Diese Norm beschreibt ein Verfahren zur Priifung des Brennverhaltens von Bekleidungstextilien unter Verwendung des Oberflachenzundtestes nach DIN EN I S 0 694 1. Gepriift werden konnen einfache Flachengebilde und auch Materialkombinationen entsprechend dem Gebrauch.
MethodeNerfahren:
Behaltergerate mit Druckluft und Haube, Entflammbarkeit
Norm:
DIN EN 1146: 1997-05
Kurzbeschreibung:
Alle Teile, die wahrend des Einsatzes moglicherweise mit einer Flamme in Beriihrung kommen konnen, mus-
sen selbstverloschend sein. Die Werkstoffe durfen nicht leicht entflammbar sein und nach Entfernen der Flamme nicht langer als 5 Sekunden brennen. Die Priifung nach Punkt 7.5.3 dieser Norm beschreibt das Verfahren, bei dem eine vollstandige MeBprobe einma1 mit festgelegter Geschwindigkeit durch eine definierte Flamme gefuhrt wird. Bemerkunged Einschrankungen:
Diese Norm gilt fur PreBluftatmer mit Haube fur die Selbstrettung. Es werden Laborpriifungen und praktische Leistungspriifungen beschrieben, um die Ubereinstimmung mit den Anforderungen feststellen zu konnen.
MethodeNerfahren:
Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen, Baustoffe Klasse B2
Norm:
DIN 4 102- 1 1998-05
Kurzbeschreibung:
Die Priifungen werden fur Baustoffe als Kantenbeflammung durchgefuhrt, wenn kein Kantenschutz vorhanden ist. Eine Flachenbeflammung erfolgt, wenn keine freiliegenden Kanten existieren. Auf die Flachenbeflammung kann verzichtet werden, wenn kein Versagen erwartet wird. Die entsprechenden Prufproben werden vertikal in den erforderlichen Probentrager eingespannt und definiert beflammt. Es wird ermittelt, ob und wann die Flamme die MeBmarke erreicht und ob ein brennendes Abtropfen auftritt.
Bemerkungen/ Einschrankungen:
Die Einteilung der Baustoffe erfolgt entsprechend der DIN 4102-1 in die Baustoffklassen Al und A2 (nichtbrennbar) bzw. B I , B2 und B3 (schwerentflammbar, normalentflammbar und leichtentflammbar). Die Priifung fur die Brennklasse B2 stellt die Beanspruchung durch eine kleine, definierte Flamme (Streichholzflamme) mit der Forderung einer begrenzten Entzundbarkeit und Flammenausbreitung dar. Voraussetzung fur die Einstufung in die Brennklasse B2 ist, daB bei keiner der MeBproben bei der Kanten- bzw. Flachenbeflammung die MeBmarke in 20 Sekunden erreicht wird.
MethodeNerfahren:
Messung der Flammenausbreitungseigenschaften vertikal angeordneter Proben, Senkrecht-KantenVerfahren und Senkrecht-Flachen-Verfahren
Norm:
DIN EN 1SO 694 1 : 1995-04
Kurzbeschreibung :
Entsprechend dem Einsatzgebiet der Probe wird die Auswahl der Beflammung getroffen. Fur Textilien
18.2 Vliesstoffe
69 1
kommt in der Regel die Flachenbeflammung zum Einsatz. Die Proben werden 5 bzw. 15 Sekunden beflammt, die Brennzeit zwischen den MeBmarken erfabt und daraus die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit errechnet. Brennt eine Probe nicht zwischen den MeBmarken, so werden Nachbrennzeit und Nachglimmzeit, die grorjte verbrannte Lange und Breite, das Erreichen einer vertikalen Kante durch die Flamme, Lochbildung und/oder brennendes Abtropfen ermittelt. Bemerkunged Einschrankungen:
Die Norm beschreibt ein Priifverfahren zur Messung der Flammenausbreitungseigenschaften u.a. von Textilmaterialien fur Bekleidungszwecke, Vorhange und Gardinen. Es wird darauf hingewiesen, darj die Ergebnisse ausschlierjlich eine Beurteilung der Flammenausbreitung unter kontrollierten Bedingungen zulassen, aber keine Ruckschlusse auf Situationen mit veranderten Bedingungen erlauben. Das Ermitteln des Brennverhaltens textiler Erzeugnisse, speziell textiler Flachengebilde fur Arbeitskleidung, erfolgt nach DIN 66083.
MethodeNerfahren:
Bestimmung des Brennverhaltens von Werkstoffen der Kraftfahrzeuginnenausstattung, Waagerecht-Kanten-Verfahren
Norm:
DIN 75 200: 1980-09
Kurzbeschreibung :
In einem kleinen Brennkasten werden die Priifproben waagerecht angeordnet und einer definierten Flamme ausgesetzt. Gemessen wird die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit zwischen drei MeBmarken.
Bemerkunged Einschrankungen:
Diese Norm beschreibt ein Verfahren zur Priifung von Werkstoffen fur den Kraftfahrzeuginnenraum. Bei Einwirkung einer kleinen Flamme kann die GleichmaBigkeit von Fertigungschargen im Hinblick auf das Brennverhalten beurteilt werden. Dieses Priifverfahren ist nicht geeignet, das tatsachlich in einem Kraftfahrzeug auftretende Brennverhalten zu bestimmen.
18.2.4 Prufung des Pflegeverhaltens Priifungen zur Bestimmung des Pflegeverhaltens werden fur im Bekleidungssektor benotigte Einlage- und Fullvliesstoffe durchgefuhrt. Spezifische Normen existieren fur die Durchfuhrung von Wasch- und Reinigungsbehandlungen bei Kombination mit Tragermaterialien.
692
I8 Prufivrfahren
Norm
Inhalt
DIN 54 303: 199 1-02
Chemischreinigen von nah- und fixierbaren Einlage- und Fullvliesstoffen; Vorbereitung der mehrlagigen Proben und Durchfuhrung der Behandlung
DIN 54 304: 199 1-02
Waschen von nah- und fixierbaren Einlage- und Fullvliesstoffen; Vorbereitung der mehrlagigen Proben und Durchfuhrung der Behandlung
Die Beurteilung relevanter, von den Pflegebehandlungen beeinflufiter Vliesstoffeigenschaften, z. B. MaBstabilitat, Festigkeit, Feuchteverhalten, und deren Bestandigkeit erfolgt nach den allgemeingultigen Priifnormen fur Textilien.
18.2.5 Humanokologische Prufungen Fur humaniikologische Prufungen an Textilien hat sich europaweit der Oko-Tex Standard 100 (neben anderen Signets) als privates Label etabliert. Die Oko-TexInitiative wurde 1992 von den Instituten FIH Forschungsinstitut Hohenstein GmbH & Co. KG, Bonnigheim, und OTI Osterreichisches Textilforschungsinstitut, Wien, ins Leben gerufen. Inzwischen gehiiren der ,,Internationalen Gemeinschaft fur Forschung und Prufung auf dem Gebiet der Textilokologie (OkoTex)" 17 Prufinstitute aus 14 Landern an; das Sekretariat befindet sich in CH8027 Zurich, Gotthardstr. 61, Postfach 585. Fur Deutschland ist das Forschungsinstitut Hohenstein in den entsprechenden Gremien der ,,Internationalen Gemeinschaft..." vertreten. Neben diesem sind in Deutschland auch die Institute DTNW Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West e. V., Krefeld, STFI Sachsisches Textilforschungsinstitut e. V. Chemnitz, und das Umweltlabor ACB in Munster als kooptierte Institute berechtigt, entsprechende Priifungen durchzufuhren. Die Zertifizierung erfolgt in Deutschland durch die Deutsche Zertifizierungsstelle Oko-Tex, Eschborn. Gegenwartig sind in den Oko-Tex-Kriterien vier Produktklassen festgelegt. Zur Produktklasse I zahlen Babyartikel sowie alle Vorprodukte und Zubehore, die fur die Herstellung von Artikeln fur Babys und Kleinkinder bis zum vollendeten zweiten Lebensjahr vorgesehen sind. In die Produktklasse I1 fallen alle Produkte mit Hautkontakt, wie z. B. Blusen, Hemden, Unterwasche. Produkte ohne Hautkontakt werden der Produktklasse I11 zugeordnet. Die Produktklasse IV umfal3t alle Ausstattungsmaterialien, wie Tischwasche, textile Wandbelage, textile Dekorationsstoffe und Vorhange, Mobelstoffe, textile Bodenbelage und Matratzen [ 161. In Tabelle 18- 1 sind fur die unterschiedlichen Anwendungen die Anforderungen zusammengestellt.
18.2 Vliesstofle
693
Tabelle 18.1. Oko-Tex-Produktklassen und Priifkriterien, Stand 0111999 Priifiriteriurn
Produktklassen/Grenzwerte
I Baby pH-Wert Formaldehyd [ppml: Law 112 Emission Eluierb. Schwermet. [ppm]: Sb As Pb Cd Cr C r (VI)
co cu Ni Hg PestiLide [ppm]: Summe Chlorierte Phenole [pprn]: PCP TeCP
4,67.5
20 0.1
I1 mit Hautkontakt 4,673
I5
Ill ohne Hautkontakt 4,0-9.0
300
10.0
58
I ,o
02 0.2 0,1 1 ,0 n. n.
1 .0
1 ,o 0.02
0, I 2,0 n. n. 4.0 s0,o 4.0 0,02
0.5
1 ,0
0,05
0.5
0,OS
0,s
1 ,o
25,O
Farbmittel: abspaltbare Arylamine krebserregende Arylamine allergisierende Arylamine
nicht venvendet nicht venvendet nicht venvendet I ,o keine
1 ,o
1 ,o
Biozidausriistung
keine
keine
Flammfestausrustung
keine
keine
keine
3 3 4 3 4 4 2-3
3 3 4 3 4 4 2-3
Chlororgan. Carrier Ippm]
Farbechtheiten: Wasserechtheit SchweiBechtheit, sauer SchweiUechtheit, alkalisch Reibechtheit, trocken Reibechtheit, naB Speichel- u. Schweillechtheit Emission leichtfluchti er B Komponenten [mg/m 1: Toluol Styrol Viny lcyclohexan 4-Phenolcyclohexan Butadien Vinylchlorid aromat. Kohlenwasserstoffe fluchtige organische Stoffe Geruchsprufung : generell SNV 19565 I (nur fur textile FuBbodenbeliige)
IV Ausstattungsmaterial
4
2-3 echt
0.1 0,005 0.002 0,03 0,002 0,002 0,3
0, I 0,005 0,002 0,03 0,002 0.002 0,3
OS
0,5
kein auUergewohnlicher Geruch 4
4
18.3 Einsatzbezogene Prufverfahren ( M . Mugel, U. Benistein, C. Lewicki)
18.3.1 Hygiene- und Medizinerzeugnisse Der Einsatz von Vliesstoffen im Bereich Medizin und Hygiene erfolgt sowohl fur die direkte und indirekte Behandlung von Patienten als auch fur Berufskleidung und Wascheausstattungen. Bei Einordnung der Textilien als Medizinprodukt ist zunachst eine biologische Beurteilung vorzunehmen, die Aussagen zur Vertraglichkeit der Werkstoffe und Erzeugnisse bei Korperkontakt bringt. Des weiteren sind in Abhiingigkeit von den sehr unterschiedlichen Verwendungszwecken funktionelle und allgemeine textilphysikalische und -chemisehe Eigenschaften zu ermitteln. Hauptkriterien fur die Eignung textiler Produkte sind: -
Barrierewirkung gegenuber Bakterien, Viren, Flussigkeiten, Stauben Aufnahme- und Speichervermogen von Korperflussigkeiten Bestandigkeit gegenuber mechanischen Einwirkungen
Die Vereinheitlichung von Anforderungen und Methoden zur Erfassung der Erzeugniseigenschaften ist derzeit noch nicht abgeschlossen. Folgende Prufverfahren werden umfassend zur Bewertung von Medizin- und Hygienetextilien angewendet:
Prufmerkmale/Eigenschaften
Prufnorm/Richtlinie
Barrierewirkung gegenuber Bakterien und Flussigkeiten
SS 8760019 EDANA 190.0-8 ASTM F 1670-97 ASTM F 167 1-97 DIN EN 2081 I
Keimbelastung von Produkten
DIN EN 1174
Partikelemissionen
EDANA 220.0-96 EDANA 300.0-84
Fliissigkeitsaufnahmevermogen Flussigkeitsspeichervermogen Flussigkeitsabgabevermiigen
ASTM F 1819-97 IS0 9073-6 Prufmethoden der Spitzenverbande der Krankenkassen Deutschlands
Textilphysikalische Eigenschaften
I S 0 9073-3 IS0 9073-4 I S 0 13938-1
Speziell fur Vliesstoffe, die zur Herstellung von medizinischen Kompressen bzw. als Verpackungsmaterial fur zu sterilisierende Produkte verwendet werden, liegen harmonisierte Normen zur Erfassung der physikalischen und chemischen Eigenschaften vor (EN 1644, EN 868).
18.3 Einsatzbezogene Priifverfizhren
695
Bezuglich der Priifung von Vliesstoffen fur den medizinischen Einsatz wird auf Kapitel 11 verwiesen.
18.3.2 Reinigungstucher und Haushalterzeugnisse Fur Reinigungstucher und Haushalterzeugnisse sind besonders die Parameter Feuchteaufnahme Saugfahigkeit - Wasserruckhaltevermogen - Staubaufnahme -
-
je nach Anwendungsfall von Bedeutung. Spezielle Anforderungsformen fur diesen Produktbereich liegen im DIN-Normenbestand nicht vor. Die Priifluiterien ergeben sich in erster Linie aus vorliegenden Anforderungen (z. B. den Technischen Lieferbedingungen des Bundesamtes fur Wehrtechnik und Beschaffung) und basieren auf aus den Bereichen Hygiene/ Medizin bekannten Priifverfahren. Lediglich fur die Priifung von Poliermitteln fur die Optik existieren mit der Normenreihe DIN 58 750: 1995-04 spezielle Festlegungen zur Qualitatsanalyse: Teil 1 : Priifverfahren zur Priifung der physikalischen Eigenschaften Teil 2: Priifverfahren zur Priifung der Polierleistung bei Silikat- und KunststoffBrillenglasern Teil 3: Prufverfahren zur Messung der Abtragskennwerte und der Oberflachenbeschaffenheit Weitere Informationen enthalt Kapitel 12.
18.3.3 Heimtextilien Anwendungsbeispiele von Vliesstoffen im Heimtextilienbereich sind z. B. -
FuBbodenbelage Unterpolsterungen Spannstoffe
Fur Anwendungen im Objektbereich sind gesetzlich festgelegte Anforderungen zum Brennverhalten einzuhalten. Auch die Beachtung der Oko-Tex-Kriterien gewinnt zunehmend fur diesen Produktbereich an Bedeutung. Lediglich fur FuBbodenbelage existieren spezielle DIN-Normen, die bereits bekannte textil-physikalische Verfahren fur den speziellen Anwendungsfall untersetZen. Das sind z.B. DIN 53855-3: 1979-01
Priifung von Textilien; Bestimmung der Dicke textiler Flachengebilde, FuBbodenbelage
DIN 54316: 1983-10
Priifung von Textilien; Bestimmung des Eindruckverhaltens textiler FuBbodenbeliige unter statischer Druckbeanspruchung
DIN 54 326: 1984-01
Priifung von Textilien; Bestimmung der Abnutzung textiler FuBbodenbeliige; Tetrapod-Walker-Versuch
DIN 54 345-3: 1985-07
Priifung von Textilien; Elektrostatisches Verhalten; Apparative Bestimmung der Aufladung textiler FuBbodenbelage
Fur die anderen Produktgruppen im Heimtextilienbereich regeln sich die Anforderungen nach den Kundenvereinbarungen. Das Deutsche Institut fur Gutesicherung und Kennzeichnung e.V. hat folgende Vorschriften herau sgegeben : RAL 99 1 A21 1974-0s
Reinigung textiler FuRbodenbelage; Begriffsbestimmung
RAL-RG 368/2: 1976-08
Polvlies-FuBbodenbeliige
RAL 399C4: 1956-07
Bezeichnungsvorschriften fur Polsterfullstoffe
18.3.4 Schutzbekleidung Bedingt durch die CE-Kennzeichnungspflicht von Personlicher Schutzausrustung ist im europaischen Raum die Vereinheitlichung von Priifverfahren fur derartige Erzeugnisse weit fortgeschritten. Gleichzeitig wurden im Gegensatz zu anderen Einsatzgebieten textiler Produkte die Anforderungen quantitativ festgelegt und damit Voraussetzungen zur Klassifizierung und einsatzbezogenen Anwendung der Bekleidung geschaffen. Vliesstoffe haben im Bereich Schutzbekleidung Eingang gefunden in Erzeugnissen mit begrenzter Nutzungsdauer, vor allem fur Kleidung rnit Barrierewirkung - Mehrwegerzeugnissen mit vorwiegend temperaturisolierender Funktion
-
Die fur diese Gebiete relevanten sicherheitstechnischen Anforderungen sind in speziellen Produktnormen zusammengefaBt. Teilweise enthalten diese auch Prufverfahren, teilweise existieren gesonderte Prufnormen. Da Vliesstoffe - von der Chemikalienschutzbekleidung abgesehen - uberwiegend nur einen Bestandteil der Bekleidungskombination bilden, besteht hier die Besonderheit, daR die Prufung in Kombination mit anderen textilen Flachen als Baugruppe erfolgt. In Abhangigkeit von der durch die Bekleidung zu erbringenden Schutzwirkung sind folgende Produktnormen und funktionelle Eigenschaften betreffende Prufnormen als wesentlich zu bewerten:
18.3 Einsutzbezogene Prufieqahren
697
Schutzbekleidung gegen Hitze und Feuer Vliesstoffe zur thermischen Isolierung und als Bestandteil von Nassesperren Produktnormen EN EN EN EN EN
469 und 1486 470-1 531 533
Schutzkleidung fur die Feuerwehr Schutzkleidung fur SchweiBen und venvandte Verfahren Schutzkleidung fur hitzeexponierte Arbeiter Leistungsanforderungen fur begrenzte Flammenausbreitung von Materialien
Spezielle Priifnormen EN 348 EN 366 EN 367 EN 373 EN 532 EN 702
Verhaltensbestimmung von Materialien bei Einwirkung von kleinen Spritzern geschmolzenen Metalls Beurteilung von Materialien und Materialkombinationen, die einer Hitze-Strahlungsquelle ausgesetzt sind Bestimmung des Warmedurchgangs bei Flammenwirkung Beurteilung des Materialwiderstandes gegen flussige Metallspritzer Priifverfahren fur die begrenzte Flammenausbreitung Bestimmung des Kontaktwimedurchgangs durch Schutzkleidungen oder deren Materialien
Schutzbekleidung gegen Chemikalien Vliesstoffe als Einsatzmaterialien fur Anzuge Produktnormen prEN 15 1 1, 15 12, 15 13, Chemikalienschutzkleidung zum begrenzten Einsatz 13034, 13982 (Typen 3 bis 6 sowie Teilkorperschutz) Spezielle Priifnormen EN 368 EN 369 EN 463 EN 464 EN 468
Bestimmung des Widerstandes von Materialien gegen die Durchdringung von Flussigkeiten (Penetrationspriifung) Bestimmung des Widerstandes von Materialien gegen die Permeation von Flussigkeiten Bestimmung der Bestandigkeit gegen die Durchdringung eines Flussigkeitsstrahls (Jet-Test) Bestimmung der Leckdichtigkeit von gasdichten Anziigen (Innendruckpriifverfahren) Bestimmung der Bestandigkeit gegen das Durchdringen von Spray (Spray-Test)
Schutzbekleidung gegen Feuchte, Wind und Kalte Vliesstoffe als Bestandteil von Nassesperren und zur thermischen Isolierung Hier existieren keine speziellen Prufnormen; die Prufverfahren sind in den Produktnormen enthalten. EVN 342 ENV 343
Schutzkleidung gegen Kalte Schutzkleidung gegen schlechtes Wetter
Schutzbekleidung gegen mechanische Einwirkungen Vliesstoffe als Verstiirkungs- und Schnittschutzeinlage Produktnormen EN 38 1-5 und -9 EN 412
Schutzkleidung fur die Benutzer von handgefuhrten Kettensagen Schutzschurzen fur den Gebrauch von Handmessern
Spezielle Priifnormen EN 381-1, -2, -8
EN 530 EN 863
Prufverfahren fur Schutzkleidung fur die Benutzer von handgefuhrten Kettensagen Bestimmung der Abriebfestigkeit von Schutzkleidungsmaterial Bestimmung des Widerstandes gegen DurchstoRen
Spezielle Schutzbekleidung Es gibt keine speziellen Priifnormen: die Priifverfahren sind in den Produktnormen enthalten. EN 471 prEN 1073
Warnschutzkleidung Schutzkleidung gegen radioaktive Kontamination Anforderungen und Prufungen
-
Allgemeine Anforderungen an Schutzbekleidung EN 340 EN 420 EN 510 EN 1149
Schutzkleidung; Allgemeine Anforderungen Allgemeine Anforderungen fur Handschuhe Festlegungen fur Schutzkleidung fur Bereiche, in denen ein Risiko des Verfangens in beweglichen Teilen besteht Schutzkleidung - Elektrostatische Eigenschaften
Neben der Prufung der sicherheitstechnischen Eigenschaften auch fur Schutzbekleidung textilphysiologische, ergonomische tierte Prufmerkmale untersucht. Daneben gewinnt die Priifung dungserzeugnisse in Form sogenannter Mannequinversuche an
werden verstarkt und designorienkompletter KleiBedeutung. Bei-
spiele dafur sind Brennversuche, Leakage-Tests, Beregnungstests. Dadurch besteht die Moglichkeit, den EinfluB von Materialkombinationen, Gestaltung und Fugeprozessen auf die Schutzwirkung zu erfassen.
18.3.5 Filterstoffe Technische Prozesse haben die Emission von Schadstoffen und Energie zur Folge, die es weitestgehend zu vermeiden gilt oder die unter Beachtung des Tragermediums schadstoffreduziert in die Umwelt zu uberfuhren sind. Stoffliche Emissionen sind u.a. Staube, gasformige und fliissige Schadstoffe, die man z.B. mit Hilfe von Filtrationsprozessen reduzieren bzw. ausschlieBen kann. Einer der wichtigsten Bestandteile einer Filteranlage ist das Filtermedium, welches die Schadstoffe unter Beachtung des Tragermediums mit einem hohen Gesamtabscheidegrad trennen muB. Findet der Abscheideprozesse im Innern des Filtermedium statt, spricht man von Tiefen- oder Speicherfiltern, die nach Sattigung der Faserschicht meist entsorgt werden. Bildet sich dagegen eine Partikelschicht auf der Filteroberflache aus, werden diese als Abreinigungs- oder Oberflachenfilter bezeichnet und konnen in der Regel regeneriert werden. Bei einem entsprechenden Einsatz von Vliesstoffen als Filtermedium in der Trocken-(Industrieentstaubung;Reinigung atmospharischer Luft) und Flussigfiltration mussen neben den einsatzbezogenen textilphysikalischen und allgemeinen physikalischen Kenndaten -
-
-
-
Flachenmasse Dicke Rohdichte Porenanteil Luftdurchlassigkeit Festigkeit und Verformbarkeit Oberflachenbeschaffenheit Weiterverarbeitungsverhalten Feuchteaufnahmevermogen Brennverhalten elektrostatisches Verhalten
und der Bestandigkeit der Materialien -
chemische Bestandigkeit thermische Bestandigkeit biologische Bestandigkeit, z. B. gegenuber Bakterien
die entsprechenden verfahrenstechnischen Filtrationseigenschaften anhand geeigneter Priifvorschriften und Normen ermittelt werden. Die Bestimmung des Fraktionsabscheidegrades ist ein wichtiges Kriterium fur die Charakterisierung von Filtermedien. Dabei wird in Abhangigkeit der Partikelgrol3e der Trenngrad des Abscheiders bestimmt und aus diesem der Gesamtabscheidegrad berechnet [ 171. Der Gesamtabscheidegrad ist im Gegensatz zum Frak-
700
18 Prujivrfuhrm
tionsabscheidegrad abhangig von der Komgrofienverteilung im Rohgas und von der betrachteten Mengenart. Neben der Auswahl des geeigneten PartikelmeBgerates, z. B. optisches Partikelmel3geriYt, welches die verwendeten definierten Prufaerosole in PartikelgroBe und -konzentration uber die gesamte Verteilungsbreite eindeutig bestimmen mul3, sind die Erzeugung von Test- und Priifaerosolen und die Probenahme von Teststiuben und Prufaerosolen Verfahrensschritte, die das Prufergebnis wesentlich beeintlussen konnen 11 81. Wichtige Hinweise fur die korrekte Durchfuhrung von Prufungen findet man in der VDI 3489 zur Auswahl des Partikelgroflenmeflgerates, in der VDI Richtlinie 3491 Blatt 1 his 16 zu Begriffen, Definitionen und Erzeugung von Test- und Prufaerosolen und in der VDI Richtlinie 2066 Blatt I zur Anordnung der Meljstellen fur die Staubmessung in stromenden Gasen. Die Klassifizierung von Filtermedien erfolgt entsprechend ihres geplanten Einsatzes. So werden z. B. lufttechnische Filter entsprechend der DIN 24 185, Schwebstofffilter nach DIN EN 1822, Abreinigungsfilter nach VDI 3926, Luftfilter fur Verbrennungsmotoren und Kompressoren nach IS0 501 1, Filter fur den Kraftfahrzeuginnenraum nach DIN 7 1 460 und Raumluftpartikelfilter nach DIN EN 779 klassifiziert. Die jeweiligen Priifstande fur die Durchfuhrung von Filterprufungen sind in der Regel sehr umfangreiche und kostenaufwendige Gerate mit dem entsprechenden Zubehiir. Da in der Forschung und Industrie eine schnelle Vorauswahl von geeigneten Materialien und deren standige Qualitatskontrolle von grofler Bedeutung sind, ist es empfehlenswert, vergleichende Untersuchungen z. B. an einem modularen System entsprechend Abb. 18-7 durchzufuhren. Aufgrund der vielfiiltigen EinfluRgrd3en und deren Wechselwirkungen untereinander ist es kaum moglich, allgemeingultige Prufmethoden zu entwickeln. Es wird empfohlen, mit geeigneten Vergleichstests z. B. die Unterschiede der Trennwirkung verschiedener Filtermittel festzustellen [ 191. Feststoffdosierer und -dispergterer RBS 1000 Koronaentladung
Filterhalter
Verdunnungsstufe VKL-I0 Aerosolspektrorneter PCS-2000
Ahh. 18-7. Filterpriiistand MFP-2000 der PALAS@GmbH, Karlsruhe
18.3 Einsatzbezogene Prufierfuhren
70 1
MethodeNerfahren:
Partikel-Luftfilter fur die allgemeine Raumlufttechnik, Prufung mit atmospharischem Aerosol und synthetischem Staub
Norm:
DIN EN 779: 1994-09
Kurzbeschreibung:
Entsprechend ihrer Filterleistung werden Filter Gruppen zugeordnet und diese in Klassen unterteilt: G 1 bis G4: Grobstaubfilter (Anfangswirkungsgrad 20%) F5 bis F9: Feinstaubfilter (Anfangswirkungsgrad zwischen 20 und 98%). Gepriift wird die Druckdifferenz als Anfangsdruckdifferenz fur mindestens vier Volumenstrome (z.B. SO, 75, 100 und 125% des Nennvolumenstroms) und die Enddruckdifferenz fur die Klassifizierung bis 250 Pa fur Grobstaubfilter und 450 Pa fur Feinstaubfilter. Die Priifung der Filtrationsleistung ist bei Nennvolumenstrom durchzufuhren. Dieser ist entsprechend den Angaben des Herstellers oder bei 0,94 m3/s (3400 m'h) einzustellen. Der Wirkungsgrad als Ma13 fur die FYhigkeit des Pruflings, atmospharischen Staub aus der Prufluft abzuscheiden, wird durch eine Triibungsmessung bestimmt und aus dem Anfangswirkungsgrad der mittlere Wirkungsgrad errechnet. Das Malj fur die Fahigkeit des Pruflings, in die Priifluft eingeblasenen synthetischen Staub abzuscheiden, wird als Abscheidegrad bezeichnet und gravimetrisch ermittelt. Die Klassifizierung von Grobstaubfiltern erfolgt nach deren mittlerem Abscheidegrad gegenuber synthetischem Staub und die von Feinstaubfiltern nach deren mittlerem Wirkungsgrad gegenuber atmospharischem Staub [ 201.
Bemerkungenl Einschrankungen:
Die Norm beschreibt das Priifverfahren und den Priifstand zur Ermittlung der Filterleistung von PartikelLuftfiltern fur die Raumlufttechnik, die mit einem Volumenstrom im Bereich von 0,24 m'/s (850 m'h) und 1,39 m'/s (5000 m'h) gepruft werden und deren Anfangswirkungsgrad geringer als 98% ist. Nachteil dieser Priifmethode ist, daB man keine Aussagen uber die Wirksamkeit eines Filters auf konkrete PartikelgroBen erhalt [ 201. Es ist zu beachten, daB sich die derzeitige Norm (Ausgabe 1993) in Uberarbeitung befindet. Die Neuausgabe wird die Bestimmung des Fraktionsabscheidegrades enthalten. Die Ergebnisse der Leistungsmessung nach dieser Norm konnen nicht unmittelbar als Aussage fur das Leistungsverhalten im spateren Betrieb verwendet werden.
Methode:
Schwebstoffilter (HEPA und ULPA)
Norm:
DIN EN 1822: 1998-07, Teil I bis Teil 5 Teil I : Klassifikation, Leistungsprufung, Kennzeichnung Teil 2: Aerosolerzeugung, MeBgerat, Partikelzahlstatistik Teil 3: Prufung des planen Filtermediums Teil 4: Leckprufung und integraler Abscheidegrad von Filterelementen Teil 5 : Elementprufung im geschlossenen Kanal
Kurzbeschrei bung:
In der EN 1822 wird die durchgehende Prufung mit Oltropfchen-Aerosol (DEHS oder iihnlich) in Verbindung mit der Partikelzahlung zum Nachweis der Penetration bzw. Effizienz eingefuhrt. Die Filterprufung erfolgt im ,,Most Penetration Particle Size". also bei der PartikelgroBe, bei der die Penetration ihr Maximum bzw. die Filtereffizienz ihr Minimum erreicht. Zur Anwendung kommen entweder monodisperse Priifaerosole, gemessen rnit Kondensationskernzahlern, oder polydisperse Priifaerosole, analysiert mit hochaufldsenden Laser-Partikelspektrometem 12 1 ].
Bemerkungenl Einschriinkungen:
Diese Norm beschreibt die Werkprufung beim Filtermedien- oder Filterhersteller.
MethodeNerfahren:
Luftfilter fur Kraftfahrzeuginnenraum, Prufverfahren fur Partikelfiltration
Norm:
Entwurf E DIN 7 I 460- 1 : 1993-06
Kurzbeschrei bung:
Der Normenentwurf legt Beurteilungskriterien fur die Auswahl und Vergleichbarkeit von Luftfiltern und Filterelementen unter Laborbedingungen fest und enthiilt folgende Aussagen: Auswahl des Priifstaubes Priifkanalmalje und Lage der Pruflingsaufnahnie - Priifstaubeinbringung - Priifstaubverteilung im Kanal - Probenentnahmesonden und Anordnung im Prufkanal - relative MeBgrenzen des Fraktionsabscheidegrades - selektive Feinstaubverdunnung. -
-
Auljerdem liefern die Priifungen Aussagen uber Druckdifferenzen, Abscheidegrad, Fraktionsabscheidegrad und Staubaufnahmevermogen des Filtermediums [ 2 2 ] . Bemerkungenl Einschriinkungen:
Die Norm gilt fur Luftfilter, die in Kraftfahrzeugen zum Reinigen der AuBen- bzw. Umluft von Staubpartikeln fur Fahrzeuginnenraume eingesetzt werden. Es werden Beurteilungskriterien festgelegt, die die Auswahl und Ver-
18.3 Eirisatzhrx)genr Priifiwjiihrrri
703
gleichbarkeit von Luftfiltern und Filterelementen unter Laborbedingungen gestatten. Eine absolute Vergleichbarkeit der Filterelemente ist nur moglich bei gleicher Form und GroBe und bei gleicher Lage im Priifkanal.
Methode:
Prufung von Filtermedien fur Abreinigungsfilter
Norm:
VDI 3926, Blatt I , Ausg. 1994-12
Kurzbeschreibung :
In der vorliegenden Vorschrift werden die Priifung des Filtrationsverhaltens von verschiedenen Filtermaterialien an zwei verschiedenen Filterprufstanden (Typ 1 und Typ 2) und die jeweilige Prufanweisung beschrieben. An beiden Prufstlnden werden vergleichende Untersuchungen zur Beurteilung der Eigenschaften und Qualitat abreinigbarer Filtermedien ermoglicht, um aus den Ergebnissen Hinweise auf das Verhalten im betrieblichen Einsatz ableiten zu konnen. Es werden automatische Abreinigungszyklen unter definierten Betriebsbedingungen durchgefuhrt. Vergleichende Untersuchungen der Firma BWF Textil GmbH & Co. KG (Typ 1 ) und der F.O.S. Filtertechnik GmbH (Typ 2) mit einem technisch verbesserten Priifstand der Fa. Palas fuhren zu folgenden Ergebnissen: -
-
-
-
-
Druckdifferenzkurven vergleichbar Zyklendauer fur Prufstand Typ 1 in der Anfangsphase Ianger, mit zunehmender Zyklenanzahl Annaherung und gegen Ende Prufstand Typ 2 mit der etwas langeren Zyklusdauer Druckverlust im Anfangszustand (unbestaubt): Typ 1: 0,2 mbar und Typ 2: 0,5 mbar Restdruckverlust nach Abreinigung: In der Anfangsphase Priifstand Typ 1 um ca. 1 mbar geringer, nach 100 Zyklen vergleichbarer Restdruckverlust beider Priifstande Verlauf der Druckdifferenzkurven nach dem I . Abreinigungszyklus unterschiedlich: Typ 1 S-formige Form (nach 6 mbar mit Polynom zweiter Ordnung annaherbar) und Typ 2 Druckanstieg mit Polynom zweiter Ordnung gute Annaherung Staubemission bei Priifstand Typ 2 hoher (besonders zu Beginn der Messung)
Mit beiden Priifstanden werden qualitativ ahnliche Prufergebnisse erzielt, die allerdings quantitativ nicht zu vergleichen sind [23].
Bemerkunged Einschrankungen:
Bei Datenveriiffentlichungen und Auswertungen muB darauf geachtet und hingewiesen werden, mit welchem der beiden Priifstandstypen gearbeitet wurde.
18.3.6 Geovliesstoffe Geokunststoffe werden unterteilt in wasserdurchlassige und wasserundurchlassige Produkte. Zu den wasserdurchlassigen Geokunststoffen zahlt man die Geotextilien (Geosynthetics) und die Geotextilverwandten Produkte. So gehoren beispielsweise zu den Geotextilien: Gewebe, Vliesstoffe, Maschenwaren und Verbundstoffe. Fur Geotextilien liegt eine Reihe von Normen und Normentwurfen vor bzw. befindet sich in Bearbeitung (siehe Tabelle 18-2, S. 707/708). In einigen Fallen uberwiegend dort, wo das Prufverfahren noch nicht ausgereift ist und noch einer eingehenden Diskussion bedarf - haben die zustandigen Normenausschusse beschlossen, zuniichst eine Vornorm zu veroffentlichen. Die textilphysikalischen Prufverfahren fur Geotextilien ahneln denen der allgemeinen Prufverfahren fur Vliesstoffe. Jedoch sei auf folgende Besonderheiten hingewiesen: Die Bestimmung der Dicke der Einzellagen (DIN EN 964-1) erfolgt analog der fur Textilien ublichen Normen DIN EN IS05084 bzw. DIN EN 1.309073-2, allerdings mit den MeBdrucken 2, 20 und 200 kPa. Fur den ,,normalen" Zugversuch, d. h. eine Pruflingsbreite von SO mm, sind die fur Textilien bereits bekannten Normen anzuwenden. Speziell fur Vliesstoffe und andere Produkte mit hoher Querdehnung sowie fur Nahtverbindungen ist der Zugversuch mit breiten Klemmen nach DIN EN I S 0 I 0 3 I9 bzw. DIN EN IS0 I0 32 I , d. h. mit einer Pruflingsbreite von 200 mm, anzuwenden. Die Stempeldurchdriickkraft ist ein Element zur Einstufung von Vliesstoffen in die sogenannte Robustheitsklasse. Eine beispielhafte Priifeinrichtung zeigt die Abb. 1 8-8 mit einer entsprechend umgebauten Zugpriifmaschine. Die Robustheit des Produktes wird durch die Geotextilrobustheitsklasse (GRK) charakterisiert, deren Einteilung auf einer Festigkeitsprufung und der Masse je Fliicheneinheit beruht (241. Auf Basis der Einbaubeanspruchung (manueller oder maschineller Einbau und Verdichtung des Schuttmaterials, Walkbeanspruchung) und des Anwendungsfalles (Einsatz als Filter oder Trennschicht unter Beachtung der Bodengruppe des Schuttmaterials) erfolgt die Auswahl der Geotextilie mit der entsprechenden Geotextilrobustheitsklasse. Mit DIN EN IS0 13437 ist ein Verfahren zum Einbau und Ausgraben von Prohen und anschlieBender Priifung im Labor vorgeschrieben. Er gibt Hinweise zum Einbau von Kontrollproben, ihrer Entnahme in vorgeschlagenen Zeitabstanden entsprechend der Nutzungsdauer (z. B. aller 20 Jahre) und legt die durchzufuhrenden Priifungen fest. Eine Vornorm (DIN V ENV 12226) legt fest, wie Eigenschaftsanderungen nach Bestandigkeitsprufungen zu bewerten sind.
18.3 Einsatzhezogenr Priifverfahrrri
Abb. 18-8. Beispielhafte PIiifei nric.-hl Stempeldurchdriickversuc:h
705
fur den
Vollkommen neu ist ein Priifverfahren zum Abriebverhalten von Geotextilien (DIN EN IS0 13427). Bei diesem Verfahren wird mit einem speziellen Scheuerpriifgerat die Widerstandsfahigkeit gewebter und nichtgewebter Geotextilien gegen Scheuerbeanspruchung gepriift. Als Malj fur die Widerstandsfahigkeit gilt die Abnahme der Zugfestigkeitseigenschaften. Prinzipiell gilt fur das Bestandigkeitsverhalten von Geotextilien [24]: Die bisher gebrauchlichen synthetischen Rohstoffe sind gegen die Beanspruchung durch naturlich im Boden und Wasser vorkommende Chemikalien und Mikroorganismen in der Regel wahrend der Gebrauchsdauer bestandig. In folgenden Ausnahmefallen sind jedoch Bestandigkeitsnachweise zu erbringen: Bestandigkeit gegen Oxydation bei Polyethylen und Polypropylen, bei Polyamid und Polyester gegen Hydrolyse. Zur Priifung der Witterungsbestandigkeit liegt ebenfalls eine Vornorm vor (DIN V ENV 12224), ein darin enthaltenes Verfahren ist die Prufung im GlobalUV-Testgerat (siehe Abb. 18-9). Das Priifergebnis (Restfestigkeit nach Bewitterung) kann in 3 Kategorien (hohe, mittlere und niedrige Bestandigkeit) eingeteilt werden. Niedrigbestandiges Material mu13 innerhalb einer Woche, mittelbestandiges innerhalb von zwei Wochen und hochbestandiges innerhalb von zwei Monaten uberschuttet bzw. geschutzt werden [24]. Ein Ma13 fur die hydraulische Filterwirksamkeit ist die wirksame Offnungsweite oder PorengroBe (DIN EN IS0 12956). Diese wird durch NaBsiebung mit einem definierten Priifboden und verschiedenen SiebgroBen bestimmt. Die wirksame
Abb. 18-9. Glohal-UV-Te\tgeriit der Weiss technik GrnbH. Reiskirchen
u Ill welt-
Offnungsweite entspricht dem Durchmesser der Kornfraktion des Priiibodens, von der 90% durch die Geotextilprobe zuruckgehalten werden. Die mechanische Filterwirksamkeit gilt in einfachen Fallen (geringe Wassermenge, hydrostatische Belastung) als ausreichend, wenn die wirksame Offnungsweite in den Grenzen O,O6 mm1090~,10.20 mm liegt [24]. Das Priifverfahren zur Bestimmung der Wasserdurchl i5keit unter Auflast schreibt Belastungen von 2 kN/m', 20 kN/m' und 200 kN/m- vor. Die Wasserdurchflufimenge wird in Abhangigkeit von der Zeit bestimmt. Fur die Anwendung in einfachen Fallen gilt die Regel, dafi die Wasserdurchlassigkeit des geotextilen Filters ausreichend ist, wenn sie mindestens dem 1 OOfachen Wasserdurchlassigkeitsbeiwert des zu entwassernden Bodens entspricht [ 241. Fur Geokunststoffe sind Hinweise zur Auswahl und Anforderungsprofile in Merkbliittern und Technischen Lieferbedingungen angegeben [24-36) und in I371 zusammengefafit dargestellt. Im Zusammenhang mit Fragen der Harmonisierung, d. h. der Festlegung gemeinschaftlicher technischer Anforderungen und Zertifizierungsverfahren innerhalb der EU laufen z.Z. auch fur Bauprodukte Bestrebungen zur Einfuhrung des CE-Zeichens. Die Harmonisierung erfolgt z. B. dann, wenn Fragen der Sicherheit beruhrt werden [ 381 und bestimmte Qualitatsanforderungen gestellt werden mussen. Mit der CE-Kennzeichnung bestatigt der Hersteller, dafi sein Erzeugnis alle einschlagigen materiellen technischen Anforderungen einschliefllich der korrekten Einhaltung der Konformitatsbewertungsverfahren und sonstiger Erfordernisse erfiillt. Im Zusammenhang mit der Einfuhrung des CE-Zeichens ist auch eine Klassifizierung in unterschiedliche Anwendungsklassen erforderlich, urn dem Anwender entsprechende genorrnte Anwendungsmoglichkeiten zu bieten. Fur verschiedene (nach der Bauproduktenrichtlinie 89/106/EWG 1391 mandatierte) Anwendungsfalle liegen erste Norrnentwurfe vor (vgl. Tabellen 18-3 und I8-4), in denen die fur die jeweiligen Anwendungen festgelegten Priifungen fest-
29073-3: 1992-08 IS0 I3 934- I : 1999-04 IS0 10319: 1996-06 IS0 I0 32 I : 1996-06
IS0 13437: 1998-08
EN IS0 13437: 1998-08
Kontrollpriifung von Baustellenproben
DIN EN IS0 13437: 1998-10
ISO/TR I0 722- I : 1998-03
ENV I S 0 I0 722- I : 1998-03
in k(irnige Materialien
DIN V ENV IS0 10722-1: 1998-05
Beschadigung beim Einbau
EN 918: 1995-12
DIN EN 9 18: 1996-02
ISO/DIS 13 433: 1996-03
IS0 I2 236: 1996-10
ISOFDIS 13 43 I : 1998-02
DIN V 60 SO@ 1 : 1999-06
prEN 776: 1992-05 EN IS0 12236: 1996-02
prEN I S 0 13 43 I : 1998-02 ENV 1897: 1996-01
ISO/DIS 13 426- 1 : 1998-08
I S 0 9073-3: 1989-07 I S 0 I3 934- I : 1999-02 I S 0 10319: 1993-04 I S 0 10321: 1992-12
Kegel-Fallversuch
DIN EN IS0 I2 236: 1996-04
29073-3: 1992-06 I S 0 I3 934- 1 : 1999-02 IS0 10319: 1996-05 IS0 10321: 1996-05
prEN I S 0 13426-1: 1998-08
EN EN EN EN
I S 0 9863-2: 1996-08
I S 0 9863: 1990-10
I S 0 9864: 1990-09
IS0 9862: 1990-08 I S 0 186: 1994-I 1
I S 0 10320: 1999-02
I S 0 10318: 1990-1I
IS0
Pyramiden-Fallversuch
S tempeldurchdriickkraft
E DIN EN IS0 I3 43 I : 1996-01 DIN V ENV 1897: 1996-03
EN EN EN EN
E DIN EN IS0 13 426- I : 1998-12
DIN DIN DIN DIN
Zeitstandsverhalten Zugkriechen Druckkriechen
Vliesstoffe, SO mm breit Gewebe u. a,, 50 mm Streifen, 200 mm breit NahtelVerbindungen. 200 mm
Verbindungsstellen Geozellen
Hochstzugkrafd HiichstzugkraftDehnung
DIN 53885: 1998-12
DIN EN ISO9863-2: 1996-10
mehrlagig
Zusammendriickbarkeit
EN 965: 1995-03 prEN 964: 1992-12 EN 964-1: 1995-03 prEN 964-2: 1995-11 EN IS0 9863-2: 1996-08
DIN EN 965: 1995-05 DIN EN 964- I : 19950.5
EN 963: 1995-03 EN IS0 186: 1996-01
Einzellagen
DIN EN 963: 1995-05 DIN EN IS0 186: 1996-02
EN IS0 10320: 1999-02
prEN 30318: 1992-08
EN
Dicke
vom Stuck von der Rolle
DIN EN IS0 I0 320: 1999-04
DIN
Flachenmasse
Probenahme
Identifikation auf der Baustelle
Geotextilien, Begriffe
Kurztitel
Tabelle 18-2. Veroffentlichte Priifverfahren fur Geotextilien und artverwandte Produkte, Stand 1999-06
ENV 12447: 1997-10 ENV 12225: 1996-10 ENV 12224: 1996-10 prEN I S 0 12957-1: 1997-12 prEN IS0 12957-2: 1997-12
DIN V ENV 12447: 1997-11 DIN V ENV I2 225: 1996- I2 DIN V ENV 12224: 1996-12
E DIN EN I S 0 12957.1: 1998-04 E DIN EN I S 0 12957-2: 1998-04
Bestiindigkeit gegen Hydrolyse Bestiindigkeit gegen rnikrohiol. Abbau
Witterungsbestindigkeit
Reibungseigenschaften
E DIN EN 12040: 1995-09 E DIN 60500-4: 1997-02 E DIN EN I S 0 12958: 1996-02 E DIN 60500-8: 1997-03
ohne Auflast
mit Auflast
parallel radial
Wasserdurchlassigkeit k v
Wasserdurchlbsigkeit kH
E DIN EN I S 0 I2 956: 1996-02
Wirksame Offnungsweite
EN I S 0 12958: 1999-02
prEN 12040: 1995-07 EN IS0 I 1 058: 1999-02
EN IS0 I2 956: 1999-02
ENV I S 0 12960: 1998-11
DIN V ENV I S 0 12960: 1999-02
Bestandigkeit gegen tlus\ige Medien
Scherkasten Schiefe Ehene
ENV IS0 13438: 1999-02
EN IS0 13427: 1998-08
DIN EN I S 0 I3 427: 1998-I 0
Ahriehverhalten
Bestiindigkeit gegen Oxidation
ENV 12226: 1996-10
DIN V ENV I2 226: 1996-I 2
Bewertung von Eigenachaftsanderungen
EN
DIN
Kurrtitel
Tabelle 18-2 (Fort5etzung)
IS0 12958: 1999-02
IS0 I 1058: 1999-02
I S 0 12956: 1999-02
ISO/DIS 12957.1: 1997-12 ISO/DlS 12957-2: 1997-12
ISOlTR I2 960: 1998- I I
ISOflR 1 3 438: 1999-02
IS0 13427: 1998-08
IS0
3-
<' h , .-L 2' s
9
X
I
18.3 Einsutzbezogene Priifvrrfiihrm
709
Tabelle 18-3. Verijffentlichte Produktnormen fur Geotextilien und artverwandte Produkte, Stand 1999-06 Einsatzgebiet
DIN
StraUen, Verkehrstlachen Eisenbahnbau Erd- u. Grundb., Stutzbauwerke Drlnanlagen Erosionsschutz Riickhaltebecken, Staudimnie Kanalbau Tunnelbau, Tietbauwerke Entsorgung fester Abfallstoffe EinschluR fliissiger Abfallstoffe
E DIN E DIN E DIN E DIN E DIN E DIN E DIN E DIN E DIN E DIN
EN EN EN EN EN EN EN EN EN EN EN
I3 249: 13 250: I3 25 1 : I3 252: I3 253: I3 254: 13255: 13256: 13257: I3 265:
1998-09 1998-09 1998-09 1998-09 1998-09
1998-09 1998-09 1998-09 1998-09 1998-09
prEN prEN prEN prEN prEN prEN prEN prEN prEN prEN
13 249: 13250: 13251: 13252: 13253: 13254: I3 255: 13256: 13257: 13265:
1998-06 1998-06
1998-06 1998.06 1998.06
1998-06 1998-06 1998-06 1098-06 1998-06
Tabelle 18-4. Veroffentlichte Produktnormen fur Geomembranen und artvenvandte Produkte. Stand 1999-06
Einsatzgebiet
DIN
Riickhaltebecken. StaudPmme Kanalbau Tunnelbau. Tiefbauwerke Entsorgung fester Abfallstoffe EinschluU tlussiger Abfallstoffe
E E E E E
DIN DIN DIN DIN DIN
EN EN EN EN EN EN
13361: 13362: 13491: 13 493: 13492:
1998-12 1998-12 1999-04
1999-04 1999-04
prEN prEN prEN prEN prEN
13361: 13 362: I3 49 I : 13492: 13493:
1998-10 1998-I 0 1999-0 I
1999-01 1999-01
geschrieben werden. Dabei sol1 z. B. je nach der Funktion im Anwendungsfall unterschieden werden, ob es sich um eine -
im Mandat geforderte, fur samtliche Einsatzbedingungen relevante, jedoch fur eine Bemessung oder Spezifikation nicht vorgeschriebene oder nur um eine fur besondere Einsatzbedingungen relevante
Priifung handelt. Festlegungen zur Bewertung der Priifergebnisse sowie zu Eignungspriifungen und werksseitiger Produktionskontrolle erlauben weiterhin Ruckschlusse zur Konformitat des Produktes. In einem informativen Anhang der Normen wird auf die Bauproduktenrichtlinie 89/106/EWG [39] mit deren Mandatsanforderungen, ihrem System zur Konformitatsbescheinigung und den Festlegungen zur CE-Kennzeichnung Bezug genommen. Mit der CE-Zeichen-Vergabe ist auch ein entsprechendes Qualitatssicherungssystem vorgesehen. Fur besondere Produkte, z. B. fur Bewehrungsmaterialien, wird eine Fremduberwachung der Produktion empfohlen (vgl. [24] und DIN 18 200). Die Richtlinie der Europaischen Gemeinschaft 89/106/EWG fur Bauprodukte (Bauproduktenrichtlinie) [39] wurde in Deutschland im Bauproduktengesetz vom 10.08.92 [40], veroffentlicht im Bundesgesetzblatt, Teil I, vom 14.08.92, in nationales Recht umgesetzt.
Zur Arbeit und Zulassung der Pruf-, Uberwachungs- und Zertifizierungsstellen wurde die BauPG-PUZ- Anerkennungsverordnung erlassen [4 1 I. Diese ist dann anzuwenden, wenn harmonisierte Normen fur die betreffenden Bauprodukte/Anwendungsfalle vorliegen.
Literatur zu Kapitel 18 Bobeth W ( 1965) Mikroskopisch-chemisehe Bestimniungsschlussel fur orfanixhe und anorganische Chemiefaserstolfe, Deutsche Textiltechnik IS. I Koch PA (19.52-1093) Faserstofftabellen. Zeitschr fd ges Textilind Koch PA ( 1960) R e q t b u c h fur Faserstoff-Laboratorien, Springer-Verlag Stratmann M ( 1969) Methoden der qualitativen Faseranalyse. Zeitschr fd ges Textilind Koch PA ( 19s 1 ) Mikroskopie der Faserstoffe, Dr. Spohr Verlag Stratmann M ( 1973) Die ldentitizierung von Faserstoffen mittels chemischer Reaktionen, Handb f Textilingenieure, Dr. Spohr Verlag Autorenkollektiv ( 1967) Faserstoftlehre, Fachbuchverlag Leipzig Mahall K (1989) QualitPtsheurteilungen von Textilien. Verlag Schiele & Schiin Gunzler H. Heise HM ( 1996) IR-Spektroskopie - eine Einfuhrung, VCH-Verlagsges Weinheirn Schmiedel H ( 1977) Prufung hochpolymerer Werkstoffe. Deutsch Verlag f Grundstoffindustric Leipzig Schriider E. FranL J. Hagen E ( 1976) Ausgewiihlte Methoden rur Plastanalytik. AkadeniieVerlag Berlin Humniel 0. Scholl F (1978) Atlas der Polymer- und Kunststoffanalyae. 3. Auflage, Verlag Chcmie. Weinheini. New York Schriider E, Miiller G. Arndt KF ( 1982) Leitfaden der Polyinercharahterisierung. AkadeniieVerlag Berlin Gliickncr. G ( 198 I 1 Polymercharakterisierung durch Flus\igheitschromatogrnphie. Deutscher Verlag d Wisscnsch Berlin Ruette HK ( 199.5) Lexikon lur Textilveredlung. Launiann-Verlag Dulmen Presseniitteilung. Oko-Tex Standard 100: Neue Struktur und erweiterte Kriterien. For\chungsinst Hohen\tein ( 1997) Miilter L ( 1999) Voraus\etmngen L u r Reproduzierharkeit von MeBergebnissen hei der Charahterisierung von Filtern iind Abscheidern, Kolloquium Tiefenfilter lY99 Hclsper Ch (1995) Probleme der Stauhprobenahme bei der Filterprufung. F & S Filtrieren und Separieren 9, I : S Biittcher P (199.5) Textile Filterinedien - Beschaffenheit und Eigenschaften. F & S Filtrieren und Separieren 9. I : 41 Fiir\ter B, Ein n e w \ Zellenmodell zur Be.;timmung von Abscheidegrad und Druckverlust der in der Klimatechnik \ei.wendeten Filtermedien. Dissertation Univ CHS Horn HG ( I 999) Leckprulung und Abscheidegradmessung an hoche nach der neuen Prulnorm EN I X22, Kolloquium Tielenfilter I999 Lufttilter fur Krnftfahrreuginnenraum, F & S Filtrieren und Separieren 9. I :41 (199.5) Praxisrelevanter Te\t von ahreinigbaren Filtermedien Technisch verhc\serter Pruhtand nach VDI 3926. Typ 2. 1 1 . Palas ATS-Seminar 97 Wilmers W (Hrsg.) (1994) Merkblatt fur die Anwendung von Geotextilien tind Geogittern im Erdhau des Stralienhaus. Forschungsgeaellsch f StraDen- und Verkehrswesen, Arheitsgr Erd- und Grundbau DBAG-TL 9 180.19. Technische Lieferbedingungen Geokun\tstoffe. Ausg 1997-03 Empfehlungen fur Bewehrungen aus Geokunststoffen - EBGEO. Deutsche Gesellsch lGeotcchnih eV (DGGT) (Hrsg.).Verlag Ernst & Sohn, Berlin, I . Aufl (1997) ~
Technische Lieferbedingungen fur Geotextilien und Geogitter fur den Erdbau im StraBenbau (TL-Geotex E-StB), Forschungsges f StraBen- und Verkehrswesen eV, Arbeitsgr Erd- und Grundbau, Koln (1995) Zusltzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien fur Erdarbeiten im StraBenbau (ZTVE-StB 94), Bundesministerium fur Verkehr, Abt StraBenbau (1994) Empfehlungen der Arbeitskreise zur ..Geotechnik der Deponien und Altlasten: GDA". Deutsche Gesellsch f Geotechnik eV (DGGT) (Hrsg.), Verlag Ernst & Sohn, Berlin, 3. Aufl ( 1997) Merkblatt - Anwendung von geotextilen Filtern an WasserstraBen (MAG). Verkehrsblatt, Amtlicher Teil (1994) 2: 130 Richtlinien fur bautechnische MaBnahmen an StraBen in Wassergewinnungsgebieten (RiStWag). Forschungsgesellsch f StraBen- und Verkehrswesen/Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachsl Landerarbeitsgemeinschaft Wasser ( 1982) Zitscher FF (Hrsg.) (1989), Anwendung und Priifung von Kunststoffen im Erd- und Wasserbau: Empfehlung des Arbeitskreises 14 der Deutschen Gesellschaft fur Erd- und Grundbau eV (DGEG), DVWK-Schrift 76/89, Verlag Paul Parey Hamburg/Berlin. 2. Aufl. Zitscher FF (Hrsg.) (1992) Anwendung von Geotextilien im Wasserbau. DVWK-Merkblatt 22 I / 92, Verlag Paul Parey HamburglBerlin Zitscher FF (Hrsg.) ( 1992) Anwendung von Kunststoffdichtungsbahnen im Wasserbau und lur den Grundwasserschutz, DVWK-Merkblatt 225/92, Verlag Paul Parey HambuglBerlin Zusatzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien fur den Bau von StraBentunneln. Teil I - Geschlossene Bauweise (Spritzbetonbauweise), ZTV-Tunnel, Verkehrsblatt - Dokument - Nr. B 5330, Verkehrsblatt-Verlag Dortmund (1995) Druckwasserhaltende Abdichtung von Verkehrstunnelhauwerken und anderen Bauwerken mit Doppeldichtungssystemen aus Kunststoffdichtungsbahnen (EDT), Deutsche Gesellsch f Geotechnik eV (DGGT) (Hrsg.), Verlag Ernst & Sohn Berlin, 1. Aufl (1997) Magel M (1994) Normen und Richtlinien fur Geotextilien und geotextilverwandte Produkte. Techn Textilien 37, 2: T5GTS5 (Beilage in Chemiefasern Text Ind 44/96 (1994) 5 ) . Berghaus H (1991) Europaische Entwicklungen im Bereich der Priifstellen und Zertifizierung in: Akkreditierung von Priiflaboratorien und Zertifizierungsstellen, Tagungsbericht BDI-Tagung am 2 I .09.90 in Bonn, Herausgeber TGA - Trilgergemeinschaft fur Akkreditierung GmbH i. G. unter Mitwirkung der Bundesanstalt fur Materialforschung u -prufung (BAM). [391 Richtlinie des Rates v 21. Dezember 1988 zur Angleichung der Rechts- und Vetwaltungsvorschriften der Mitgliedsstaaten uber Bauprodukte (89/106/EWG), geindert durch die Richtlinie 93/68/EWG des Rates vom 22. Juli 1993 1401 Gesetz uber das Inverkehrbringen von und den freien Warenverkehr mil Bauprodukten zur Umsetzung der Richtlinie 89/106/EWG des Rates v 21. Dezember 1988 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitglieds. ten uber Bauprodukte (Bauproduktengesetz - BauPG) vom 10.08.92, Bundesgesetzblatt, Teil I 14.08.92 (1992) Kiehne H (Hrsg.) Bauproduktengesetz - Materialsammlung, Beuth Verlag GmbH. Berlin, Wien. Zurich
Aus technischen Gründen bleibt diese Seite leer
19 Qualitatsiiberwachungssystemeund Qualitatssicherungssysteme ( N . Ritter; R. Gebhardt)
Die qualitatsgerechte Entwicklung und Produktion von Vliesstoffen mit definierten Eigenschaften erfordert die Einhaltung der fur die Qualitat charakteristischen KenngroBen bei gleichzeitiger Sicherung und Kontrolle der Produktionsparameter. Man spricht von Qualitatssicherung und -uberwachung. Dabei wird als Qualitat die Gesamtheit der Merkmale und Merkmalswerte eines Produktes oder einer Dienstleistung, bezuglich ihrer Eignung festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfullen, verstanden [I]. Aus dieser Definition folgt, daB man nicht so gut wie moglich, sondern so gut wie notig produzieren sollte. Der Kunde fordert vom Vliesstoffproduzenten die Gewahrleistung von Produkteigenschaften in einer notwendigen und gleichbleibenden Qualitat. Der Stand der Qualitatssicherung in der Textilindustrie wird in [2] ausfuhrlich beschrieben. Bei der Produktion von Vliesstoffen wurden bisher in den einzelnen Produktionsstufen Proben entnommen und im Labor nach vorgeschriebenen Normen die Eigenschaften bestimmt (siehe Kapitel 18). Die Priifergebnisse liegen dann zu einem spateren Zeitpunkt vor als die Produktion erfolgte. Bei auftretenden Abweichungen ist im allgemeinen eine EinfluBnahme auf die laufende Produktion nicht mehr moglich. Ruckschlusse uber notwendige Veranderungen der Produktionsparameter konnen nur durch Vergleich und Abstimmung mit den Aufzeichnungen der Anlagenbediener erfolgen und den Schichtprotokollen entnommen werden. Diese Aufzeichnungen und Offline-Qualitatskontrollen sind auch weiterhin fur die Dokumentation der Produktion notwendig. Wie dies im einzelnen zu erfolgen hat, ist in den Unternehmen unterschiedlich geregelt, sollte aber eindeutig im Qualitatsmanagement-Handbuch festgelegt sein [ I]. In zunehmendem MaBe erfordert die qualitatsgerechte Produktion jedoch eine direkte Uberwachung des Produktionsprozesses und EinfluBnahme auf die ProzeBstufen. Neben der Priifung der Eigenschaften mit von der Produktion abgekoppelten Priifverfahren, stellt jedoch die Online-Produktionsuberwachung immer komplexere Anforderungen an die Meo- und Priiftechnik. Neben dem Einsatz von neuen Sensoren fur die Messung der Kennwerte werden auch hohere Anforderungen an die Priif- und Auswerteverfahren gestellt. Waren es in der Vergangenheit die klassischen statistischen Kennzahlen [ 3 ] wie Mittelwert, Streuung, Variationskoeffizient, Vertrauensbereiche usw., deren Dokumentation mittels Kontrollkarten durchgefuhrt wurde, so bedient man sich heute der statistischen ProzeBregelung (SPC = Statistical Process Control) [ I ] . Ziel ist es, aus der Gesamtheit aller Prozeljparameter systematisch die entscheidenden herauszufinden, um den ProzeB mit diesen Parametern und dafur geeigneten Maonahmen
positiv zu beeintlussen. Stufen der SPC sind Maschinenfihigkeitsuntersuchung (MFU), ProzeBfiihigkeitsuntersuchung (PFU) und ProzeBuberwachung mit Qualitatsregelkarten (QRK). Die Kurzzeituntersuchung an Maschinen und Anlagen hinsichtlich der Erfullung vorgegebener Qualitatsanforderungen fur die gestellte Fertigungsaufgabe drucken die Maschinenfahigkeit cm (capability machine) und der Maschinenfiihigkeitskennwert cmb aus. Im Rahmen von Langzeituntersuchungen ist es moglich, alle EinfluBfaktoren des Herstellungsprozesses hinsichtlich ihrer Eignung zu uberpriifen. Mit der KenngriilJe ProzelJfahigkeit cp (capability process) als Verhaltnis der Toleranz zur Prozeljstreuung kann festgestellt werden, ob die Aufgabe hinsichtlich vorgegebener Qualitatsanforderungen erfullt werden kann. Der Prozeflfahigkeitskennwert cpk berucksichtigt die Lage des Mittelwertes gegeniiber den vorgegebenen Toleranzgren Zen. Die Tabelle 19-I zeigt die Ubersicht der Prozefifahigkeitskennwertbewertung. Tabelle 1Y-I. Ubersicht Pro/cBlihigkeitsbewertung Pro7eBbewertung
~~
~
21,33
2 I .33
21.33
21.33
21.33 > I .oo < I .oo
fiihig beheinch1 lihig bedingt hehcrrscht f2hig nicht behemcht nicht fahig nicht beherrscht
Fur die Uberwachung und Regelung eines Prozesses ist die Nutzung von Qualitatsregelkarten sinnvoll. Abb. 19-I zeigt eine Qualitatsregelkarte fur den Mittelwert, wobei die Warn- und Eingriffsgrenzen sowie die Grenzwerte sich aus den geforderten Sicherheiten, wie z. B. Konfidenzintervall, 2 o oder 3 ci, ergeben. Bisher wurden nur wichtige Produktionsparameter, wie Drehzahlen, Geschwindigkeiten, Hube u. 5. erfaBt. Von neuen Erfassungssystemen werden jedoch Aussagen zum Verlauf der ProzeBgroBen uber den Produktionszeitraum gefordert. Dies wird in der Regel mit einer entsprechenden Visualisierung der Daten verbunden. Hier bietet die MelJ- und Regeltechnik viele Moglichkeiten. Die Online-Prozefiuberwachung ermoglicht es, die erhaltenen Daten sofort auszuwerten, damit auf die Produktionsparameter EinfluB genommen werden kann, um die vom Kunden vorgegebene Qualitat bei hoher Produktivitat und minimierbaren Rohstoffverlusten zu sichern. Fur die Charakterisierung von Vliesstoffen sind folgende Parameter wichtig [4]: Flachenmasse, Vliesdicke, Spannkraft und Luftdurchlassigkeit. Fur den HerstellungsprozeB von Vliesstoffen sind daher folgende Gr6Ben relevant:
I
OGW: oberer Grenzwert
I
Abb. 19-1. Qualititsregelkarte fur den Mittelwert
-
flachenbezogene Masse- und/oder Dickenschwankungen Geschwindigkeiten Verzuge KenngroBen zu Charakterisierung der Vliesstruktur (Luftdurchlassigkeit [ 5 ] , Wolkigkeit u. a.)
Jeder HerstellungsprozeB ist mit Fehlern und Toleranzen verbunden. Ziel der Qualitatssicherung kann und wird es nicht sein, keine Fehler zu begehen oder Fehler ganz zu beseitigen. Eine grundlegende Kenntnis der Statistik und Fehlerrechnung kann jedoch helfen, die Fehlergrenzen auf ein notwendiges Ma13 zu verringern. Die Aufteilung des Produktionsprozesses von Vliesstoffen in Teilprozesse und ihre Beherrschung hat positive Auswirkungen auf den gesamten ProzeB. Durch die mogliche Verringerung der Streuung, z. B. bei der Faservorbereitung, kann eine Verringerung der Gesamtstreuung erreicht werden. Durch die Herstellung eines Vliesstoffes aus mehreren Florlagen kann somit die Streuung des Vlieses verringert und die GleichmaBigkeit erhoht werden. Die theoretischen Betrachtungen sind in Abb. 19-2 durch praktische Untersuchungen untermauert. Es ergibt sich, daB der Variationskoeffizient und damit die Streuung bei steigender Florlagenzahl n um den Faktor sinkt.
fi
Nach Bottcher/Kittelmann [4]erfolgt die Herstellung der Vliesstoffe uber die vier HauptprozeBstufen: -
-
Faservorbereitung Vliesbildung Vliesverfestigung Vliesstoffveredlung/-ausrustung
In den meisten Fallen werden die drei ersten Stufen zu einem kontinuierlichen Prozerj gekoppelt. Durch Soll-Wert-Vorgaben und Vergleich mit 1st-Werten der
EinfluR der Lagenanzahl auf den Variationskoeffizienten CV 10 9
8 $ 7 c s
6
2 1
0
1
2
4
6
8
10
12
14
16
20
25
30
40
Lagenanzahl
Ahh. 19-2. EinfluB der Lageniahl auf den Variationskoeffizienten GmbH Bremen)
(aus Unterlagen der Spinnhau
ProzeBdaten in den einzelnen Prozeljstufen und fur den GesamtprozeB ist die Grundlage fur die Steuerung der Vliesstoffproduktion gegeben. Die Kopplung der einzelnen Stufen erfolgt uber ein ProzeBleit- und ProzeBkontrollsystem, mit dessen Software eine einfache und sichere Bedienung miiglich ist. Wie ProzeBleiteinrichtungen arbeiten, zeigen die nachstehenden Abbildungen. In den Abb. 19-3 bis 19-5 sind die Grafikmeniis der Fa. Protec GmbH fur eine Doppelabnehmerkrempel, eine Vliesstrecke und eine Nadelmaschine mit zwei Nadelbrettern dargestellt. Wie im Ubersichtsschema Abb. 19-3 sichtbar ist, konnen die Antriebe von Einzug, Arbeitermender, Tambour, Abnehmer, Stauchwalzen und Walzenabzuge sowie Abzugsband separat eingestellt werden. Dadurch kann eine gute Auflosung des Materials gewahrleistet werden. Eine Geschwindigkeitseinstellung der einzelnen Walzenduos bzw. -trios in der Vliesstrecke (Abb. 19-4) ermBglicht den Verzug des jeweiligen Materials in Abhangigkeit von dessen Materialeigenschaften. Neben dem einstellbaren Verzug zwischen Einzug und Abzug der Nadelmaschine (Abb. 19-5) kann durch eine Einstellautomatik, auch wahrend des Betriebs, die jeweilige Einstichtiefe sowie der Spalt verstellt werden. Die Spaltbreite wird wiihrend der Verstellung konstant gehalten. sofern sich dieser Wert nicht andern soll. Abb. 19-6 zeigt das Ubersichtsschema fur den Wasserkreislauf der Verfestigungsanlage AQUAJET der Fa. Fleissner. Der Wasserdruck an jedem Dusenbalken und die erforderliche Absaugleistung wird produktspezifisch vorgegeben, wobei auch Zusammenschaltungen von Hochdruckpumpen moglich sind. Eine farbliche Zustandsanzeige aller Aggregate, Fullstande und Schaltzustiinde ermoglicht dem Bediener eine schnelle Erfassung des Maschinenzustandes. Soll-
Datum:27.09.99
Uhrzek08:04:28
s
s h i f
t
+ F
5 H
a
n
r d
Z
C
U
g
0
7
F1 F5
Eingeben Wert+ 1
F2 F6 F10
F9 F13
F14
27.09. 07:08:13 0504 I
I*
Ubernehmen Wert - 1
I
I D
F3 Verbundbetrieb F7 F11 ~ 1 5Anwahl Elnzug
AutomatlkschneldenangewWt
=
I d
F4 F8 F12 F16
Elnzelbetrieb Verbund - Einzel
a
Verb.-Emrichten
U S
verb.-Hn. oO:oO:oO 50 K
-
II II I
wickler
27.09. 07:10:05 0428 Vorwahlmeter erreichi 27.09. 0721:19 0405 ou(i
I
C
00:02:0850 G
0O:OO:OO So K
Abb. 19-3. Uberwhtswhema der Krernpel UhaeR:O8:04:28
Datum:27.09.99
mImumlumlmon;3IilmmlcEm
S
S h
+ F 1
g
P Y
F1 F5
Eingeben
F9 aufwarts F13
F2 F6
Ubernehmen Wert - 1
F3 F7
Verbundbetrieb
F10 F14
halt
F11 F15
abwarts
Abb. 19-4. Ubersichtsschema der Vliesstrecke
F4
F8
Elmelbetrieb Verbund - Eimel
F12 F 16 Verb.-Einnchten
a U
S
Daturn:27.0999
Uhrzeit 08 04 28
S h
Yo
m/min
I
f t
"C "C "C "C "C "C oben 22 25 23 22 26 24
+
F 1
2o O
o u
o u EM
EL
C
"C
0
24
P
y F1 Etngeben F5 Weii + 1 F9 F13 Service
F2 Ubernehmen F6 Welt - 1 F10 ohne Hauptantrieb F14
F3 F7 F11 F15
Verbundbetrieb Einstellautomatik
27.09. 07:08:13 0504 Automatik Schneiden angewahlt
E
I I II I I I I I I I I o u ER
o u
A1
"C "C
"C
24
23
F4
23
o u AM
c
22
Einzelbetrteb Verbund - Etnzel
F8 F12 F16 Verb -Einrichten
V&.-EliT.
Abb. 19-5. Ubersichtsschema einer Nadelmaschine
Abb. 19-6. Ubersichtsschema einer Wasqerstrahlanlage - Wasserkreislauf
n
o u AR
c 23
a
OO:OO:OO 50 K
U
S
I 9 Qualitat.suberu~achung.ss~stemeund Qualitutssicherungs.s~.steme
7 19
Istwertabweichungen und Storungen im Wasserkreislauf werden in diesem Ubersichtsbild sofort durch Farbumschlag der betroffenen Aggregate gekennzeichnet und parallel dazu protokolliert. Diese umfangreicheren Datenmengen konnen mit konventionellen Steuerungstechniken sowie diskreten Bedien- und Anzeigeelementen nicht mehr effektiv vorgegeben bzw. verarbeitet werden. ProzeBkontrollsysteme bieten folgende Funktionen: -
-
-
vollgrafische Visualisierung der Maschine und deren Komponenten ProzelJbedienung und -parametrierung Storungsanzeige und -protokollierung Rezeptvenvaltung Datenerfassung und -protokollierung Trenddarstellung von ProzeBwerten Protokollierung aller Parameterveranderungen Speicherung von Stormeldungen und Parameterveranderungen uber lange Zeitraume
Weitere Voraussetzungen fur eine effektive Projektierung, Anlagensteuerung und Visualisierung der Kennwerte sind modulare Softwaresysteme fur die speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Uber Schnittstellen werden alle aktuellen ProzeBdaten, sowie alle Status- und Stormeldungen bereitgestellt. Diese Schnittstellen bieten der Qualitatssicherung die Moglichkeit, Statistiken uber Ausfallhaufigkeiten bestimmter Maschinenkomponenten zu erstellen und damit Plane zur vorbeugenden Wartung aufzustellen. Gleichzeitig konnen dem jeweiligen Produkt zugeordnete Produktionsprotokolle erstellt werden, die dem Nachweis der Einhaltung der Produktionsparameter dienen. In Abb. 19-7 ist das Ubersichtsmenu des ProzeBleitsystems einer Faserstreckstral3e der Fa. Fleissner dargestellt. In diesem Ubersichtsmenu werden alle wesentlichen Istwerte der ProzeBdaten, wie Geschwindigkeiten der Streckwerke in m/min, Belastung der Antriebe in Ampere (A), Temperaturen in "C und die Streckverhaltnisse dargestellt. Durch Auswahl einer gewunschten Anlagenkomponente, z. B. Krauselungseinrichtung (Abb. 19-S), kann eine Detaildarstellung der ausgewahlten Maschine zur Anzeige gebracht werden. Wie das Beispiel zeigt, konnen in der Detaildarstellung alle Betriebszustande der einzelnen Maschinenkomponenten bis in die letzte Einzelheit dargestellt werden. Die Motoren erhalten je nach deren Zustand z.B. eine Farbumschaltung (griin = Antrieb Iauft, rot = Antrieb gestort, grau = Antrieb abgewahlt, gelb = Antrieb einschaltbereit). Die Leitungen der Heiz-/Kuhlkreislaufe erhalten einen Farbumschlag, wenn die zugeordneten Ventile geoffnet werden. Durch EinJAusblenden von grafischen Symbolen konnen verschiedene Fahrweisen ubersichtlich dargestellt werden. Treten Storungen in der Anlage auf, konnen an der entsprechenden Stelle Hinweise fur Wartungs- und Servicearbeiten eingeblendet werden. Das eingesetzte ProzeBkontrollsystem erlaubt gleichfalls vorbeugende Wartungsarbeiten zeitlich zu planen und anzufordem, bzw. deren Ausfuhrung zu uberwachen.
Krausel und Aufleger Geschwindigkeit
Strom
165%
1287,3 rmmn
’
Temperature
CT
Walzendruck
PSI
r
Abb. 19-8. Detailansicht einer Faserkr~uselmaschine
Hube Geschwindigkeit
n
h
1155mhin
I 9 Qualitatsuhe~uchungssysremeund QuulitatssicherunRssvsrrmf
72 1
Generell wird beim Einsatz von ProzeBleitsystemen eine Rezeptverarbeitung vorgesehen. In produktspezifischen Rezepten, die durch klare Produktnamen selektiert werden konnen, sind alle fur den ProzeB relevanten Einstelldaten abgespeichert. Bei einem Wechsel des Produktes kann durch einfache Auswahl des jeweiligen Rezeptnamens der komplette Datensatz aller Sollwertparameter an die SPSSteuerung gesendet werden. Damit sind kurze Umstellzeiten bei Produktwechsel erreichbar, und es ist eine hohe Reproduzierbarkeit der technologischen Daten fur die Produkte gewahrleistet. Der EinfluB von fehlerhaften ProzeBparametern durch den Bediener wird weitgehend ausgeschlossen. Abb. 19-8 zeigt die Detailansicht einer Faserkrauselmaschine der Fa. Fleissner. Durch die vollstandige digitale Verarbeitung aller Daten von der Bedienereingabe bzw. Rezeptauswahl bis hin zur Drehzahlerfassung der Umrichter wird der gesamte technologische ProzeB uberwacht und optimal gesteuert bzw. geregelt. Alle Abweichungen der ProzeBwerte von den Vorgaben sowie alle auftretende Storungen werden erfaBt und gemeldet. Jede ProzeBparameteranderung durch den Bediener wird protokolliert. Mit der Entwicklung der ProzeBleitsysteme ist auch die Moglichkeit gegeben, bestimmte Vliesstoffeigenschaften, wie z. B. die Flachenmasse, die Dicke, die Luftdurchlassigkeit und die ,,innere Spannung" mit geeigneten Sensoren wahrend der Produktion an der Vliesstoffanlage zu bestimmen. Bei Kenntnis der Zusammenhange zwischen diesen online mel3baren Produkteigenschaften und den Prozeljvariablen kann die Qualitatsuberwachung und -steuerung wahrend der laufenden Produktion gesichert werden. Bei den MeBverfahren ergeben sich Probleme dadurch, dal3 in Breiten von iiber drei Metern produziert wird. Geeignete Online-MeBeinrichtungen mussen daher nicht nur Iangs der Warenbahn, sondern auch uber die gesamte Breite zuverlassige MeBwerte liefern. Dies stellt erhohte Anforderungen an die MeB- und Steuerungstechnik. Eine gleichzeitige Messung an ausgewiihlten Punkten, die uber die Breite verteilt sind, ist nur mit hohem Aufwand moglich. Daher werden MeBverfahren eingesetzt, die den MeBkopf uber die Warenbahn bewegen. Dabei werden unterschiedliche Kennwerte nach verschiedenen Verfahren [7] gemessen. Dementsprechend gibt es auch verschiedene Anbieter von Online-MeBsystemen. In [8] werden radiometrische Messungen fur Flachenmasse und dynamische Dickenmessungen beschrieben, die an Produktionsanlagen eingesetzt werden. Mit der Messung der Luftduchlassigkeit [ 5 ] konnen Ruckschlusse auf die FIachenmasse, die Dicke und die Tension gezogen werden. Bei der Auswertung der ProzeBdaten bieten die angebotenen Systeme neben der Visualisierung von ProzeBdaten auch Mechanismen zu ProzeBkontrolle und EinfluBnahme. Eines der wichtigsten Kriterien fur die Qualitat eines Vliesstoffes ist die FIachenmasse. So wird bei der Lieferung von Vliesstoffen neben den Qualitatsforderungen die Rollenlange und damit die Einhaltung der Vliesstoffmasse vereinbart. Eine EinfluBnahme auf die Maschineneinstellungen wird in der Regel dann vorgenommen, wenn die gemessene Flachenmasse um 10% von einem vorgegebenen Wert nach unten oder oben abweicht. 1st dieses zu ungenau, kann der Wert auf 5% abgesenkt werden.
Uberschreitet ein online-gemessener Wert die vorgegebene Grenze muB man eine Entscheidung treffen:
I . Anhalten des Prozesses und Veranderung der Maschinenparameter, um der Veranderung der Flachenmasse entgegen zu wirken, wobei zu beachten ist, daB die Uberschreitung der Grenze durchaus zufallig sein kann. 2. Betrachten des Mittelwertes der Flachenmasse uber den letzten Zeitraum und der Varianz. Somit konnen zufillige Abweichungen mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden. Um nicht uber den gesamten Zeitraum zu messen, bietet sich die Anwendung des gleitenden Mittelwertes an. Dabei werden uber einen definierten Zeitraum Werte in die Mittelwertsbildung einbezogen. Dadurch konnen Trends besser erkannt werden.
Literatur zu Kapitel 19 Hering E, Triemel. J. Blank H-P ( 1993) Qualititssicherung fur Ingcnieure. VDI-Verlag. Dusscldoti Wulthor.;t B. ( 1996) Qualititssicherung in der Textilindustrie: Methoden und Strategien. HanserVerlag Munchen Klemm L, Riehl H-J, Siege1 H, Troll, W (1974) Statistische Kontrollmethoden in der Textilindustrie, Fachbuchverlag Leipzig Biittcher P, Kittelmann W ( 1998) Trends der mechanischen Vliesverfestigung, ITB Vliesstoffc Techn Textilien, 4: 8-16 Exchweiler W (1997) Zuve essung von technischen Textilien und Vliesstoffen. ITB Vliesstoffe Techn Te Schmitt P, Schmitt K (1997) Quality control on line. Edana's 1997 Nordic nonwovens symposium. VIII: 1-12 Muller. P (1997) Carding plus airlaid. Edana's 1997 Nordic nonwovens symposium. VII: 1-6 Kittelmann W, Brodtka M: On-line-Messung der Qualitiit in der Nadelvliesproduktion. ITB Vlie.;stoffe - Techn Textilien 2: 42-46 Leifeld F ( 1989) Neueste Entwicklungen fur die Hcrstellung von Krempelvliesen. ITB Vlie\stoffe - Tcchn Textilien I : 26-3 I Holliday T ( 1998) Testing Properies of Nonwovens. Nonwovens Industry 04: 2X-30 ~
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20 Ausblick zur Entwicklung der Vliesstoffindustrie
Die Vliesstoffindustrie hat sich in den letzten Jahrzehnten von einer Industrie zur Venvertung von Textilresten aller Art zu einem eigenstandigen Textilzweig entwickelt, der gleichberechtigt die klassischen Textilproduktionen erganzt. Das gleichzeitig zu beobachtende schnelle Wachstum ist ein Zeichen fur die Bewahrung der Erzeugnisse im Markt und die vielfaltigen Moglichkeiten, die die Produktion bietet. Dabei hat sich zunehmend herausgestellt, dalj die Einzelfasereigenschaften die Grundlage fur die Spezialisierung in die verschiedensten Richtungen liefern. Daraus folgt, dal3 es wichtig ist, bei der weiteren Entwicklung der Vliesstoffindustrie immer wieder zu beachten, dalj die Fasereigenschaften die herausragenden Parameter fur die Produkt- und Mengenentwicklungen sind. Somit spielen die Auswahl der Grundsubstanzen, die Faserfeinheit und die auljeren Merkmale der Fasern - wie Krauselung, Faserlange, Faserquerschnitt - eine ganz entscheidende Rolle fur die Konstruktion und die Eigenschaften der Vliesstoffe. Das bedeutet in der Praxis, dalj die Vliesstoffindustrie an die Chemiefasererzeuger auch die Anforderung herantragen wird, Fasern mit Eigenschaften herzustellen, die in anderen Textilzweigen nicht gefragt sind. Nachdem nun aber die Vliesstoffproduktion ein solches Volumen angenommen hat, wie aus den Zahlen hervorgeht, die in den verschiedenen Kapiteln des Buches angegeben sind, und noch weiter wachst, durfte es kein Problem sein, die Einzelfasereigenschaften bei der Herstellung auch optimal bis hin zu biologisch abbaubaren Erzeugnissen auf das Endprodukt auszurichten. Die derzeitige Unterteilung der Vliesstofferzeugnisse in Einweg- und Mehnvegprodukte hat sich inzwischen versachlicht und bewahrt. Mit einem weiteren Mengenwachstum ist in beiden Gruppen zu rechnen. Das Mengenwachstum im Einwegsektor laljt sich mit der zunehmenden Anwendung von Hygieneerzeugnissen begriinden sowie mit ihrem Einsatz in den Landern, die bisher wenig oder gar keinen Gebrauch davon gemacht haben. Bei den Mehnvegerzeugnissen sind die bereits vorhandenen Artikelgruppen der tragende Anteil der Weiterentwicklung. Sie werden sicher noch durch weitere Technische Vliesstoffe erganzt: in der Elektronik, den Bautextilien einschlieljlich Geotextilien, dem Heimtextilsektor, im Bereich der Medizin- und Schutztextilien sowie fur die Verstiirkung von Matrices im weitesten Sinne. Fur die Zukunft ist zu envarten, dalj die Vliesstoffe in fast allen Sektoren leichter werden. Das bedeutet eine Einsparung an Fasern, verlangt aber auf der anderen Seite in den meisten Fallen auch eine Herabsetzung der Faserfeinheit. Damit werden Fasern mit Feinheiten zum Einsatz kommen, die bisher kaum venvendet wurden und deren maschinelle Verarbeitung noch gelost werden mulj. Diese Fest-
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20 Aushlick zur EntMicklung der
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stellungen gelten sowohl fur Spinnvlieserzeugnisse als fur Vliesstoffe, die aus Fasern hergestellt werden. Um hier allen Anforderungen gerecht zu werden, werden auch Heterofasern der verschiedensten Zusammensetzung und Konstruktion Verwendung finden. Auch die Frage des Querschnitts bis hin zu Hohlprofilen wird zur Optimierung der Fasereigenschaften - z. B. der Steifigkeit - noch eine zunehmende Rolle spielen. Im Zuge der Faserbindung bekommen die Bindepunkte zwischen den Fasern fur die Vliesstoffeigenschaften wachsende Bedeutung. Ihr laBt sich durch gezielte Auswahl der Polymere, der Faserfeinheit sowie der Konstruktion einschlagiger Heterofasern Rechnung tragen. Den Vliesstoff bildende Fasem so miteinander zu verbinden, daB eine hohere Ausnutzung des Festigkeits-Formanderungsverhaltens erfolgt, durfte jedoch noch eine Aufgabe fur die Forschung sein. Die Entwicklung der Vliesstoff-Herstellungsmaschinen, insbesondere fur die Vliesbildung, fuBt im wesentlichen auf den Grundprinzipien der Faservorbereitung und des Kardierens bei der Gamherstellung. Hier werden sich nicht nur durch neue Technologien, sondem auch wegen der Verarbeitung von Spezialfasem Entwicklungen ergeben, die uber das Bekannte hinausgehen. Dabei werden Fragen zur optimalen Faseranordnung im Vlies und der Luftfuhrung in den jeweiligen Maschinen eine bedeutende Rolle spielen. Ob hierbei elektrische Felder Unterstutzungsfunktionen ubemehmen konnen, bedarf der Untersuchung. Wahrend fur Massenprodukte die Produktivitat des Maschinenparks sicher einen hohen Stellenwert hat - Maschinengeschwindigkeit, Maschinenbreite, Integration von ProzeBstufen inklusive Prozeflsteuerung -, macht die Produktion von Spezialerzeugnissen auch die Entwicklung von Maschinen erforderlich, die den speziellen Anforderungen gerecht werden. Hierzu gehoren auch Uberlegungen zur direkten Herstellung von nicht ebenen, sondem dreidimensional geformten Vliesstoffen. Neu- und Weiterentwicklungen der Vliesstoffherstellungsverfahren, wie z. B. das Faserformblasen, die Spinnvliesverfahren und besonders die Folievliestechniken, bieten Moglichkeiten, Vliesstoffe nicht nur als Rollenware zu fertigen. Bei den Verfestigungsverfahren wird es nach Meinung der Herausgeber noch eine Reihe von Entwicklungen geben. Nachdem die Verfestigung von Vliesen mit Wasserstrahlen die Vemadelung erfolgreich erganzt hat, drangt sich die Frage auf, welche Effekte mit Luft oder anderen gasformigen Medien erzielt werden konnen. Im medizinischen Bereich sind Chemikalien fur die Vliesstoffverfestigung nur beschrankt einsetzbar. Aus den verschiedensten medizinischen Griinden wird der Cellulose eine wachsende Rolle zukommen, was auch dem Wunsch nach Abbaubarkeit der benutzten Produkte entspricht. Dies bedeutet, dafl mit dem Mengenwachstum solcher Vliesstoffe der Entsorgung eine noch grol3ere Aufmerksamkeit zugemessen werden muB. Die Entwicklung von Vliesverbundstoffen wird weiter an Bedeutung zunehmen. Die Vielzahl von Kombinationen bekannter Verfestigungsverfahren ermoglicht, die an das Erzeugnis gestellten Anforderungen zu erfullen. Ganz spezielle Effekte lassen sich erzielen, wenn die Einzelelemente aus verschiedenen Faserarten (Polymer, Feinheiten, Querschnitte) mit neuen Verfestigungstechniken fur die einzelnen Schichten und auch im Verbund genutzt werden. Die Entwicklung weiterer Endprodukte wird zunehmen. Die einsatzgerechte Veredlung ihrer Oberflachen durfte dadurch auch besondere Aufmerksamkeit verdienen. Dazu zahlen nicht nur chemische Veredlungsmittel - bis hin zu Geruchs-
20 Aushlick iur Entwicklung der VliesstofJindustrie
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und Heilmittelhilfen - sondern auch MaBnahmen zur ,,VergroBerung der Oberflachen" - zum Beispiel durch aufgeflockte Kurzfasern. Auch andere Veredlungsmoglichkeiten sind noch keineswegs ausgeschopft. Letzten Endes sind Vliesstoffe in angepaBter Struktur ein hervorragendes Tragermaterial fur alle moglichen Substanzen - bis hin zu Katalysatoren. Die vorstehenden Uberlegungen sind aus Entwicklungen in der Vergangenheit extrapoliert und aus den Anforderungen bekannter Sektoren abgeleitet. Dariiber hinaus wird es zunehmend darum gehen, Entwicklungsideen aufzugreifen, bei denen fur die Einstellung bestimmter Eigenschaften Masse eingespart werden kann. Es werden gunstige Verstarkungseffekte gesucht. Die Polymereigenschaften und die groBe Faseroberflache wird diese Effekte begunstigen. Die Vliesstoffindustrie ist ein Zweig der Textilwirtschaft mit beachtlichem Entwicklungspotential. Seine Realisierung erfordert aber - mehr als in anderen Sparten der Textilindustrie - eine endartikelorientierte enge Zusammenarbeit aller an der Vliesstoffherstellung beteiligten Produktionszweige.
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Sachregister
A Abaca 240 Abdeckplanen 6 10 Abdeckung 83 Abdeckvliesstoffe 218 Abdichtungsbahnen 391 Abfallverringerung 624 Ableitfahigkeit 53 I Abnehmer 154 Abquetschen 376, 377 - am Foulard 427 Abreinigung 430, 564 Abreinigungsfilter 558, 560, 699, 703 Absaugen 376 Abscheideleistung 562, 570, 571 Abscheidemechanismen 559, 560 Absorberschicht 488 Abwasser 570 Aceton 372 Additionsauftragstechnik 375 Additive 97 - Pigmente 97 - Stabilisatoren 97 adhlsive Bindung, Grenzschicht 370 adhlsive Verfestigung 369, 373 aerodynamische Vliesbildung 168-172, 175, 177, 178 - Betriebsbedingungen 171 - Maschinen 172 - Verfahrensparameter 17 I - Vlieseigenschaften I70 - Vliesqualitat 171 Aerosolschutzbekleidung 529 Agglomerat 626 Agrartextilien 83 Agrarvliesstoffe 589-591, 593 - Anforderungen 590 - Anwendung 591, 593 - Herstellung 591 - Markt 593 Airless-Dusen 427 Airless-Zerstaubung 382 Aktivkohlefilterkerzen 572 Akustikdecken 550 Akustikvliesstoffe 55 1 Alcantara 537, 609 Aldolisation von PVAL 53 Almeter-Verfahren 663
Alpha-Kabine 550 Altautoverordnung 625 Alterungsgeschwindigkeit 597 Alterungstests 498 Alttextilien 77 Amaretta 609 Anatas 69 Anfangsmodul 24, 25 Anlagenleistung 365 anorganische Faserstoffe 242 AnpreSsieb fur die Vliesfiihrung 358 Anschwemmfiltration 574 Ansintern 451 Anstromgeschwindigkeit 565-568 Anstromseite 563 antibakteriell 43 1 antimykotisch 43 1 Antisoil-Schmutzabweisung 430 Antistatika 72 Antistatiktucher 430 antistatische Ausriistung 430 antistatische Polyamidfasern 73 Anwendungs- und Prufnormen 634 Apamat 550 Appretieren 427 APYRAL-Fullstoff 544 Aqudet 337 Arbeitsschaft 291 Arbeitsschutzmittel 466 Armaturenbretter 4 14 aromadichte Verpackungen 438 Artos-Variflex-Foulard 377 Asahi 22 atmungsaktive Kleberschicht 437 atmungsaktive Linersysteme 398 Atmungsaktivitit 453 AufgieBen der Binderdispersion 263 Autheizzeiten 356 Aufheller 70 Auflagen im Nanometerbereich 455 Aufmachen 4 I8 Aufrollen 4 I8 - NaBvliesstoffe 266 Aufwuchstrager 627 Ausriistung 3. 407. 419 - chemische 419 - von Pressenfilzen 615 AusschuSlinie 256
728
S[ic.hrrgister
Ausschuljwaren 623 Auto 595. 596, 602, 603. 607 - Anforderungen an Vliesstoffe 595 - Anwendung von Vliesstoffen 596 - Dachhimmel 414, 452. 603 - Filterstoffe 607 - FuBboden 603 - Verkleidung 602. 604 atitomatische Zuschneideanlagen 473 Automatisierung der Konfektion 481 Automohilbau 453 Automobilformteile 41 8 Automobilindustrie 595 Automobilsitze 4 I8 Autoteppiche 440 Avivage 107
B BadappliLierung 37 I . 374 Ballen(ilfner BDT 020 I4 I Bindchenfasern 29 Bandfilter 570. 57 I Bandmesssermaschine 472 Bandmuldenlagerung 479 Bandtrockner 348-350 BAR-Faser ( Bonding-Avisco-Rayon) 30 Bariumsulfat 69, 70, 100 Barriereeffekt 453 Barriereeigenachaften 490 Bamerewirkung 188. 487. 530, 694 BASOFJL 65 Basotlex-Verfahren 224 Batterieindustrie S54 Baumwolle 15-17, 239, 506 - Klassierung 16 Baumwoll-Linters 239 BHumwollproduktion 16 BauPG-PUZ-Anerkennungsverordnung 7 I 0 Bauproduktengesetz 709 Bauproduktenrichtlinie 89/106/EWG 706 Bausektor 4 I4 Baustolle 690 - Einteilung 690 - Klasse 8 2 690 Bauteile. Brandverhalten 690 Bauwesen 453. 574 Bearbeitungsmaschinen 143 Bedampfen 438 Bedienungsanleitung 5 0 0 Bedusungsverlahren 356 Beflocken 454 Begriinung S82 Begrunungsinatten 39. 392 Behaltergeriite, Entllammbarkeit 689 Bekleidung fur Wiederverwendung 529 Bekleidungsleder 445 Bekleidungstextilien 689, 461
Brennverhalten 689 Produktentwicklung 461 Beltex-Verfahren 614 Bemliese 67 - Eigenschaften 68 - Herstellung 68 Benetzbarkeit 379 Benetzungsgeschwindigkeit 374 Berstverfahren 227 Berstverhalten. Prufung 673 Beruhrungsschutr 55 I Beschichten 433 - beriihrungsloses 438 - im Umkehrverfahren 438 - Pflatschen 434 - Rakeln 436 - Rotationsdruck 435 - Streichen 436 - Tiefdmck 435 beschichtete Fasern 554 Beschichtungsanlage 439 Beschichtungseffekte 439 -
einlagen 447 Beschichtungstrigervliesstoffe 609 Beseitigung von Verzugen 409 Bespruhen 438 Bespruhverfahren 263 Bestreumaschinen 45 I Beutelfilter 572 Bewasserungsvliesstoffe 433 Bewehrung - durch Geokunststoff 577 - im Eisenbahnunterbau 580 Bewehrungsfunktion 58 I Berugskraft 24. 25 Be~ugskraft/Berugsdehnung,Prufung 669 BH-Einlagen 4 IS biaxiales Fliichenrecken 216 Bicoflex-Walze 378 Biegelinienkompensation 367 Biegesteitigkeit. Priifung 67 1 Bifilamente 189 Bikomponentenfasern 34-36. 60. 63, 130. 242. 354, 372, 514 - Eigenschaften 35 - Fibrillen 36 - Herstellungsschema 35 Bikomponentenfilamente 189. 204. 207 Bikomponenten-Spinnvliesstolfe 490 Bikomponentensplittfasern 509 Bikomponentenstrukturen 35 Bindeeffekte 189 Bindefasern 60-62, 119, 129. 133. 353, 354, 372. 563 - ELK 132 - I(isliche 129
Sachregister - Schmelzbindefasern 129 - Wirkungsweise 133 Bindeflussigkeiten 119-121, 123, 125, 127, 369 - Anforderungen 128 - chemischer Aufbau 121 - Entwicklungen 127 - funktionale Gruppen 123 - Merkmale 124, 125 - - anwendungsspezifische 125 - - Dispersion 124 --Film 124 - Verarbeitung 123 - Vernetzer 123 - Vliesstoffeigenschaften 125 - Wirkstoffe 124 Bindeflussigkeitsklassen 1 22 Bindemittel 119. 666 - Applizierung 378 - Dispersionen 245 - Eigenschaften 370 - NaSvliese 244 - Prtifung 666 Bindemittelgradient 506 Bindemittelsysteme, Aushartung 585 Bindemittelwanderung 34 1 Binden 421 Bindepulver 120, 386 Binderaufdruck 263 binderhaltige Vliesstoffe, Anwendungen I26 Bindestellen bei adhasiver Bindung 371 Bitumen 584 Bitumenmenge 586 Bitumierung 586 Blindstich 476 Bodenbelag 430 Bodenfliesen 444 Bodenreinigungssysteme 506 Bodenscheiben 5 I I - Eigenschaften 5 I I - Kennzeichnung 51 1 Bodentucher 504, 506 - Eigenschaften 506 Bodenverkleidungen 61 1 Bohrnadel 474 Bohrungsdurchmesser 204 Bohrungslange 204 bombierte Walze 377 Bondolane-Verfahren 372 Borfasern 76 Biischungsgitter 627 Brandnebenerxheinungen 685 Brechen 414, 415 Breitschlitzduse 381 Brennbarkeit 499 Brennverhalten 685
Bugeln 480 Bugeltechnik 480 Build-Up-Roofing 585 Butadiencopolynierisate 506 Buttenbehalter 248
C CADICAM-System 473 CAD-Technik 463 Caliweb 606 CARD MICROWEB I57 CE-Etikett 496 CE-etikettierte Erzeugnisse 500 CE-Zeichen 706, 709 Chamois-Naturleder 508 Chemiefasern 2 I , 32, 68, 7 1 - aus naturlichen Polymeren 22 - mit 2. Komponente 71 - Modifikation 68 - schwer entflammbare 71 - synthetische Polymere 32 Chemikalienbestandigkeit 57 Chemikalienschutzbekleidung 529, 530 - Anforderungsprofile 530 chemische Ausriistung 419 chemische Verfestigung 341, 369, 388 - Umweltaspekte 388 Chitin 455 Chitosan 455 Chromojet-Verfahren 425 Cirk-Pragung 4 I3 Clarino 537 Cleaner 247 Clupakverfahren 4 10, 4 1 1 CMR-Stoffe 456 CNC-gesteuerte Zuschnittautomaten 468 Codor-Verfahren 452 Colback 602 Colback-Vliesstoffe 204 Composites 572 Computerpunkt 380 Computerpunktschablonen 435 Copolyamide 97 Copolyamidfasern 33, 61, 62 - Verhalten 62 Copolyester 97 Copolymerisatfasern 242 Corfam 536 Crossflow-Filtration 569 Crushed Foam 437 Cupro-Fasern 24 I Cushioned Vinyl-Belage 443 Cyclodextrine 455 D Dachbahnen 216, 2 18, 428, 584-589 - aus Laminaten 589
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7 30
-
Snch register
Durchschlaghestindigkeit 588
Enttlammbarkeit 588 Fertigung 586 - Glasgittergelege 5x8 - lsotropie 587 - Markt 585 - PGT-Filamenteigenschalten 585 ReiB- und Nagelfestigkeit 587 - Untersuchung 586 Dachhimmelauskleidung 603 Damenbinden 101, 417, 432, 489 Damenhygiene 487. 489 Dimmstoffe 466 Dimmstoffmarkt 546 Dimmvliese 465 Dampfsterilisierung 493 Danaklon 132 Dead-Space-Gaschroinatographie 599 Decken 470 Dellektorschild 173 Deformations-Belastungsverfahren I85 Dehnverhalten 599 Dekofilze 5 I7 Dekontaminierung 493 Dekoration 5 I3 Dekorationsvliesstofle 4 13, 5 18 Demique 604 Deponien 623 Deutsche Zertifizierungsstelle Oko-Tex 692 Dichtungen 610 Dichtungsbahnen 574 Dicke, Prufung 669 Dickenniessungen 721 Dickstoffreiniger 247 Dielektriiitiitszahlen fur Fasern 552, 553 Dimensionsstabilit~~t409, 5 19, 586 DIN 71 460 609 DIN 75 200 599 DIN 75201 599 DIN 75202 597 DIN EN 340: 1993-09 528 DIN EN 420: 1994-06 528 Dispergierverhalten von Faserstoffen 238 Dispersion 1 I9 Disposables. Eigenschaften 507 Docan-Verfahren 209 Doppelhandanlage 360 Doppelhandleger 160 Doppelkettenstich 476 Doppelkolben-Siebwechsler 203 Doppelpunktbeschichtung 449 Doppelpunktverfahren 448 Doppelrakel 435 Doppel-RECOFIL-Spinnvliesanlage 2 1 8 Doppelschneckenextruder 202 -
-
-
doppelseitige Klebehinder 44 I Doppelsteppstich 476 Drainagebe\chichtung 446 Drinschicht 578 Drapierverhalten 599 Drehscheibenfilter KSF 203 Drehstrommotoren 552 Drucken 423. 424 - Leichtvliesstoffe 423 - schwerere Vliesstoffe 424 Druckvorrichtungen 45 I Duftstofle 455 Dunnstoffreiniger 247 Durables 507, 625 - Eigenschaften 507 - Verwertung 625 Durchstromtrockner 265. 344. 345. 347, 349 Durchstromverfahren 356 Durchverfestigung 353 Duschvorhang 5 I8 Dusenbandtrockner 350 Dusenblasverfahren 7.5 Dusenbohrungen 204 Dusentrocknungssysteni 349 Dusen/iehverfahren 74, 75 E Echtheiten, Priifung 678 Efpakal L90 63 Einfachkettenstich 476 Einfriertemperatur 353 Einheitspriitboden 579 Einkristallfasem 64 Einlagematerialien 39 I Einlagerung von Partikeln 582 Einlagevliesstoffe 446, 450. 522-526 - als Rationalisierungshilfen 524 - Eigenschaften 525 - Funktionen 522 - Verknuplungsmatrix 526 - zur Volumengehung 523 einlagiger Vliesctoff. Stoffaulhereitung Einmalwindel 488 Einachnecken-Extruder 202 Einstichdichte 275. 295 Einstichtiefe 295 Einstichwinkel 281 Einstoffdusen 427 Eintrommelanlagen 347 Einweg-Abdecktucher 499 Einwegbekleidung 529 Einwegprodukte, Verwertung 624 Einwegtucher, Eigenschaften 507 Einwegwischtucher 503 Eisenbahn 610 Eisenbahnbau 5x0 Eisenbahnbundesamt 61 I
25 I
Suchregister
Eisenhut-Verfahren 372, 436 Elastoplastbitumen 453 Elektret-Extrusionsvliesstoff 609 elektrisch leitfahige Vliesstoffe 554 elektrische Ahscheider 560 Elektrofilter 560 Elektroindustrie 552 Elektroisolation 55 I elektromagnetische Vertraglichkeit 554 Elektromaschinenhau 55 I Elektromotoren 552 Elektrostatik-Spinnvliesverfahren 222 elektrostatische Aufladungen 557 elektrostatisches Feld 454 elektrostatisches Spreizen 2 13 Emissionen 598 Emissionswerte 602 Emulsionen, Filtration 570 Emulsionspolymerisat I19 EMV siehe elektromagnetische Vertraglichkeit Endnadeln 288 Energieverluste 55 I Entfernen uberschussiger Flotte 376 Entflammharkeit 432 Entmischung 171 Entsorgung 456 - der Vliesstoffe 724 - Kosten 468 Entstaubungstechnik 565 Entstippen 247 Entwisserungsanlagen 578 Entzundharkeit - von Matratzen 687 - von Polstermoheln 688 Erosionsschutz 83, 582 Erosionsschutzmatten 39 I , 592 Erwachsenenhygiene 101 Erzeuger 496 Erzeugnisse aus Mineralwolle 549 Esparto-Zellstoff (Alfa-Gas) 240 Etikettierung 500 Evolution 6 I0 Extendern 431 Extraktionsmittel I13 Extruder mit Breitschlitzdusen 45 1 Extrudieren 50, 437 Extrusion 202 Extrusionseinheit, Durchsatzleistung 204 Extrusionsverfahren I38 Extrusionsvliesstoffe 185, 187, 190, 490 - Herstellung 190 - Materialeinsatz I87 Exzenterschneckenpumpen 248
F Fadenverbrauch 475 fadenverstarkter Vliesstoff 389
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Fahrzeugakustik 550 Fahrzeugindustrie 594, 6 I 1 - Markt 594 Fallvermogen, Prufung 676 Farbahstandsanderung 598 Farbechtheit 681, 682 - gegen Flecken 682, 683 - gegen SchweiB 682 - gegen Wasser 682 - Haushaltswasche 68 I Farbemethoden 422 Farben 420. 421 Farbstoffe 70 Farbstoffkuppler 72 Faseranordnung im Vlies 724 Faserarten, Auswahl I5 Faserauswahl 614 Faser-Benetzharkeit 370 Faserhindung, Bindepunkte 724 Faserhundelzugversuch 665 Faserdehnung 57 Fasereinsatz I5 Faserfehler 239 Faserfeinheitspriifung 660 Faserfestigkeit 57 Faserformblasen 724 Faserkrauselung. Bestimmung 664 Faserkurzschnitt, Herstellung 243 Faserllngen-MeRgerat USTERO AL I00 663 Faserrnatten 5 14 Fasern 57, 59, 353, 544, 659 - flammfeste 544 - Priifverfahren 659 - thermische 353 - Vergleich 57, 59 Fasernahen 392 Faser-Netzwerke 49 Faserquerschnitt 724 Faserquerschnittsfonn 557 Faserrichter USTERQ FL 100 663 Faseniickgewinnung, mechanische Verfahren 625 Faserschreiberspitzen 373 Faserspinnen, Hilfsstoffe 499 Faserspriihen 66 Faserstauh 454 Faserstoffanalyse 659 Faserstoffarten 239 Faservliese 168, 170. I7 1. 27 I - aerodynamische I68 - - Einsatzbereiche I7 1 - - Verfahrensbeschreihung 168 - Maschinen 172 - Vliesqualitat 170 Faservliesstoffe 138, I39 - Faservorbereitung 139 - Herstellungsverfahren 143
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Suchrqister
Faservorbereitung Dosieren 140
139, 246
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Mischen 140 NaUvliese 246 - ijftnen 139 Speisen 141 Farerwahl 13 Federkempolsterung 5 14 Fehlerstriime 55 I Feinfaserspinnvliesxtoff 138, 2 I9 - Herstellung 219 Feinheitsbestimmung 66 I Feinstaubfiltration 566 Feinstfiltration 568 Fensterlederimitate 420, 442 Feuchtreinigungsprodukte 504 Feuchttucher 487 Fiberfill 429 Fibre-woven-Verfahren 276 Fibrillation 26 Fibrillieren 225 Fibrillierneigung 47, 48 - Abhangigkeit von 48 Polymermischung 48 - - Streckverhaltnis 48 Filamentahzug, Optimierung 2 13 Filaniente, Verfeinerung 207 Filamentfeinheit 205. 206 - Bestimniung 206 Filamentformung 202 Filamentkuhlung 206 Filamentspinnvliesstoffe 138. 19 I . 201. 203. 210, 211. 215, 216 - chemische Verfestigung 216 Herstellung 201 ProLeUstufen 203 - Verfahrensprinzipien 191 - Verinaschen 216 Vernadeln 2 15 - VliesgleichmalJigkeit 2 I I Filamentverstreckung 206 Filter 556, 560, 564, 566 Anforderungen 560 - Ausriistungsvarianten 564 Eigenschaften 560 - Einteilung 566 - Faserauswahl 556 - im Auto 607 Filterauswahl 555 Filterbauart, Auswahl 570 Filterelement 567 Filtertlachenbelastung 563 Filterkerzen 572 Filterklasse F6 566 Filterkuchenoutbau 562 Filtermarkt 556 -
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Filtermatten 39 I , 566 Filtermedien 557, 564. 565. 700 - Aufiau 565 - Klassifizierung 700 - Konstruktion 557 Filterpapieranlagen 249 Filterpapiermaschine 254 Filterpatronen 564, 565 Filterprufstand MFP-2000 700 Filterprufungen 699 Filterschliiuche 28 1 Filterwiderstand 570 Filtenvirksamkeit 579. 608 Filterzellen 566, 567 Filtratabscheider 574 Filtration 21 7, 555, 563 - Kennwerte 563 von Sand 570 von Sirup 570 Filzkalander 396, 4 I3 Filznadeln 289 Finishvernadelung 279 fixierbare Einlagen, Verarbeitung 450 fixierbare Klebeeinlagen 4 I5 Fixiereffekt 360 Fixiereinlagen 446, 464. 478. 521 - Beschichtungsmassen 447 - Pulver 447 Fixiereinlagevliesstoff 435 Fixieren 39 FixierprozeB 478 Fixiertechnik 479 Fixiertemperaturen 360 Fixiervliesstoffe 450 Flachbettkaschieranlagen 396 Flachdruck 424 Flachenmasse, Priifung 668 Flichenmassemessungen 72 1 Fliichenstabilitit 460 Flachfaden 46 Flachnadeln 275 Flachs oder Lein 18, 239 Flachvemadeln 280 Flammenausbreitung. Messung 690 Flammfestausriistung 432 flammfeste Fasern 544 flammgeschiitzte Kabel 543 flammhemmende Ausrustung 544 -
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Flammschutz 99 Flammschutzmittel 70. 544 Fleckschutz-Effekt 330 Flexnip-Technik 375 Flexnip-Verfahren 376 Fliehkraftabscheider S60 Fliesen fur Fufibodenbeliige 4 I8 Flockefirhung 420
Sachregister Flockenspeiser Scanfeeder TSC 142 Flockkleber 454 Fluff 87, 488 Flugzeug 610, 61 I - Verkleidungen 61 1 Fluoreszenz 70 flussige Bindemittel, Applizierung 374 Fliissigfiltration 568 Flussigkeiten, Zerstaubung 383 Fliissigkeitsaufnahmeverm6gen. und -abgabevermogen 694 Flussigkeitsfilter 570, 571 - Bauarten 571 Flussigkeitstiltration 555. 557, 568 Fogging 454, 598 Foggingpriifung 599 Foggingwerte 115, 602 Folienfaservliesstoffe 138, 223, 228 - Anwendungsgebiete 228 - Herstellung 223 Folien 46, 50, 396 - Fibrillieren 46 - Schneiden 46 - Spalten 46 - SpleiBen 46 Folienextrusion 50 Folienvliesstoffe I89 Fonbestandigkeit 360 Formgebung durch Einlagevliesstoffe 522 Formpolster 597 Formpressen 414. 452 Formstabilitit 39 Fossfrber PET Type KB 133 Foulardierung 374 Fraktionsabscheidegrdd 699 Fransenbindung 305 Fron tti x ierein I age 523 Frontfixierung 447, 450 Frosting-Effekt 423, 425 Fullvliesstoffe 523 fungizid 431 Fumier-Vliesxtoffe 372 FuBbodenbelige 416, 437, 439, 441. 443, 513, 515. 603. 695 - Eigenschaften 515 - Priifung 695 FuBbodenreinigung 5 I I FWB-Fasem 58
G Gabelnadeln 283. 293 Garniturabmessungen I49 gasdichte Verpackungen 438 Gaufrierkalander 412 gedimmte Teile im Auto 601 Geogitter 574, 581 Geokunststoffe 574-578
733
Anfordemngen 576 Anwendung 578 - Einteilung 575 - Funktionen 576, 577 Geomembranen, Produktnormen 709 Geosynthetics 704 Geotextilien 83, 217, 218, 466, 574, 576, 704, 707, 709 - Produktnormen 709 - Priifverfahren 707 - Verbrauch 576 Geotextilrobustheitsklasse 579, 580, 704 Geovliesstoffe 574, 704 - Priifung 704 Geruch 598 Geruchsbelastigung I 15 Geruchspriifung 599 Gesamtabscheidegrad 699 Gesundheitsschutz 528 Cewissertoxizitat 456 gewebeverstarkter Vliesstoff 389 Gewichtsverringerung 612 gewickelte Filterkerzen 572 GieBverfahren von Gaston County 385 Glasfasern 74, 242, 250 - Diisenblasverfahren 75 - Diisenziehverfahren 74, 75 - Kurzschnittherstellung 75 - Stabziehverfahren 75 - Stoffaufbereitung 250 glasfaserverstkkte Verbundstoffe 398 Glasfaservliesstoffe 74, 453, 583 - fur GFK-Composits, Glattung 429 Glastilamentvliesstoffe 583 Glasgittergelege 588 Giastemperdtur 353 Glasvlies, Stoffaufbereitung 249 Glasvliesanlagen 249 Glasvliesmaschine 250, 25 I - Autbau 250 Glatten 412 Gleichstrommaschinen 552 GORETEX~ 533 Grabenfilter 578 Granulate, Priifung 666 Granulate 88, 89 - Eigenschaften 89 Graphit 76 Gravuren 368 Grilen K150 132 Grilen K170 132 Grilon K115 133 Grilon K140 133 GroBmagnete 553 Grolhnotoren 553 Grundplatte 273 Gummihaarniatte 605 -
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Gumniituchrakel 379 Giitegenieinschaft Mineralwolle e.V. 549 Guttertest 530
Nadelanzahl 282 Vernadelungakriifte 282 Hochleistungs-PVAL-Fasern 58 Hochleistungs-Siehtrommeltrockner 347 Hochleistungswirrvlieskarde I 73 hochquellfiihige Zellulosefasern 3 I Hochspannungskabel 553 Hiichstzugkraft 297, 665. 669 - Bestimmung 665 - Prufung 669 Hiichstzugkraftdehnung 665. 669 - Bestimmung 665 - Prufung 669 Hoch-Tief-Effekt 284 Hohlfasern 29, 30, 42 - Bindung von Vliesstoffen 30 - Querschnitte 30 Hollander 247 Horirontalspannrahmen 361 Hostacen 21 I Hostalen 21 I Hotmelt-Screenprint-Verlahren 38 I Hotmelt-Spray-Technik 383 Hotmelt-Verfahren 435. 441. 445 humantikologische Priifungen 692 Humusbedeckung 392 Hutablagen 414 hydrodynaniische Verfestigung 2 I6 Hydroentaglement 328 Hydroformer 257, 258 Hydrogel I0 I . I04 - Flussigkeitsspeichervermiigen 104 Hydrolace 340 Hydrophobicren 43 I Hygieneartikel 432, 466 Hygieneausrustung 43 I Hygienebereich 101 Hygienepapiere 6 I4 Hygienetucher 41 2. 465 Hygienevliesstoffe. Eigenschalten 487 HYPER-CARD HC 4-5 1.56 Hyraulikiile 570 ~
H HI -Verfahren 276 Haare 20 Haftklebeausriistung 440 Haftkleher 452 Haftkleberbeschichtung 441 Haftkriifte 479 Haftung von Klebstoffen 479 Handtucher 432 Hanf 19. 239 harzverfestigte Glasfasermatten mit Dekovliesen 398 harzvernetrter Schaum 442 Haspelkufen 4 I9 Haushaltserzeugnisse 503, 695 - Prutting 695 Haushaltstucher 4 I2 Heftpllaster 44 I Heinitextilien 5 13. 695 Prufting 695 Heilllichtbelastung 597 HeiBlichtechtheit 684 HeiBluftbehandlung 340 HeiBluftilxierung 36 I HeiBIuftgeschwindigkeit 357 Heil3luftschweiBen 476, 478 Heil~luftveriestigung 353, 355. 358 - Anlagentechnik 358 Heil3priigen 4 I2 HeiBprellverfahren 604 Heillsiegelbcschichtung 435, 446 HeiAeilschweiBen 476. 478 HEPA 703 Her~tcllungsverf~thren 137, I38 - Systematik I38 Heterofasern 724 Heterotilfasern 63, 372 Highloft-Vliesstoffe 354 High-Loft-Walze 173 Himmelverkleidung 6 I 0 Hinterpreswn 604 Hinterspritren 604 Hitze und Flammen. Flammenausbreitung Hitzebestiindigkeit 394 Hitzeisolationsmoterialieii 544 Hitzcschutzhekleidung 533 Hochdruck-Gravurwalrc 380 HochfrequenzschweiBen 41 8, 476, 477 HochfrequenzschweiBpressen 450 HochIeistungsdurchstr(initrochner 347 Hochleistungskrernpel I56 Hochleistungsnadeltechnik 282 - Hubfrequenzen 282 ~
686
I Impedanzrohr 550 lmpriignieren 427 imprignierte Tucher SOX. 5 I 0 Infektionsrisiko 499 lnformationspflicht 528 INJECTION CARD 157 Inkontinenzprodukte 391. 41 7. 438. 487. 488 Innendruckprufveifahren 697 lnnenraumfilter 608, 609 - Anforderungen 609 lnnenverklcidung im Auto 602 in-situ Polyrnerisation 104 in-Tank-Filter 608
Suchregister lntegralschaurn 442 Intumeszenzsysterne 544
Inventa-Fischer-Verfahren 2 13 IR-Strahler 352 IR-Strahlungsenergie 352 island in a sea 207 IS0 9000-9004 600 Isolation 83, 2 I6 - gegen Feuerklitze 543 lsolationsmaterial 394 lsolationssektor 414 Isolierstoffe 552. 553 Isolierstoffklassen 552 lsolierungen 583 lsolierzwecke 453
J Janus-Aggregat 385 JETLACE 336 Jet-Test 697 Jute 17, 18, 240 - Bestandteile I8
K Kabel 553 Kabelschneidtechnik 73 Kabelurnmantelungen 28 I Kalander 366. 367, 396 - Vliesverfestigung 366 Kalandem 215, 340. 412 Kalanderverfestigung 190, 363 Kalibrienverk 358 Kalithermtechnik 606 KPlteschutzbekleidung 53 1 Kaltvenveilverfahren 422 Kanaltrockner 265 Kappenvliesstoffe 428 Kardieren 148 Kardierstellen, Anzahl I53 Kardierverfahren 145 Kaschieren 450 Kaschierkleber 452 Kaschierung 435, 452 Kegelschleudem 247 Keirnbelastung von Produkten 694 KEMAFIL-Verfahren 627 Kenaf 240 Keramik-Fasem 243 Kerben 290 Kerbenmalk 20 I Kern-[Mantel-Bikomponentenfasem 132 Kerzentilter 572 Kettenwirkeinlagen 522 Kettenwirken 324 Kettenwirkrnaschine 324 Kissenabdeckungen 4 I3 Klirfiltration 569
Klebebander 441 Klebeflachen, Schrnelzbereiche 395 Klebefolien 395, 452 Kleben 475, 478 Klebenetze 452 Kleber 119, 454 Klebevliese 395. 396. 5 I6 Klebevliesstoffe 452, 52 I Klebstoffe 450, 479 - Haftung 479 Klebsysterne, Vergleich 396 kleinflachiger Auftrag 380. 38 I Klimatechnik 565 Knoptbrechrnaschinen 4 I5 Koandenvalzen 2 I3 Kofferraurnauskleidungen 414 kohasive Bindung 371 - durch angeloste Faseroberflache 372 - Pragekalandrierung 37 I - Thermofusion 371 - Verfahren 371 kohasive Verfestigung 369 Kohlensaurepolyester 1 1 0 Kohlenstoff-Fasern 76, 243 Kokos 20 Kokosfasern 19, 240 Kolrnationsfilter 582 Kombifilter 609 Kompaktfilter 560 Kornpaktfilterelemente 566 Kompostierung 624 Kondensationsharze. Eigenschaften 65 Konfektion 461 konfektioniette Filter 466 Konfektionsprozesse 462 Konstruktion fur Vliesstoffteile 463 Kontakt-Punkte 370 Kontakttrocknung 264, 35 I Kontaktzeit 365 Kontinuefarben 423 Konvektionstrocknung 341, 344 Kraft-Dehnungs-Diagramm 671 Kraft-Dehnungsverhalten 670 Kraftfahrzeuginnenausstattung, Brennverhalten 69 1 Kraftstoffilter 608 Krankenhaus 496 Krankenhaushygiene 101, 508 Kranznadeln 392 Krauseleffekt 225 Krauselung 27 - Ursachen 28 Kreiselpumpen 248 Kreislaufwirtschaftsgesetz 600 Krempel 149. 150. 154, 156 - Abnehrner 154 - Arbeitsorgane 149
735
Florabnahme 156 Walmwbzug 155 Krempelleistung 153 Krempeln 145, 146 - Aufgaben 146 Baugruppen 146 Krempeltechnik 155 Krempeltheorie 147 Kreppen 4 10. 4 I I Kreuzlagenvliese I58 Kreuzleger I58 Kriechverhalten 582 Kristallinitiit 91 Kristallisation. spinninduzierte 9 I Kristallisationsgrad 361 Kristallisationsverhalten 91 Krdnchennadeln 392 Kronennadel 285, 293 KSB-Verfahren .siche Kunit-SchichtBindeverfahren Kuchenbildung 572 Kuchenliltration 569 Kuhlmittelfiltration 571 Kuhltrornmel 361 Kundtsches Rohr 550 Kunit 606 Kunit-Schicht-Bindeverlahren 303, 323, 324 Kunitverfahren 303. 321 Kunstkopf 550 Kunstleder 412, 443. 535, 609 Kunstlederbeschichtungen 438 Kunststoffdispersionen I 19, 246 Kunststofflosungen 246 Kurvenscheibengetriebe 308 Kurzfasern 454 Kurzschnitt 73 Kurz\tapelanlage 144 Kiisters-Wake 384 ~
-
~
I, Lackabscheider 570 Logenlegcma.;chine 469 Lagenzahl 7 I6 Lambrequin 5 1 8 Lamellar-Extrusion 48 Laminate 413 in Dachbahnen 589 Laminiervliesstolfe 605. 606 Landwirtschaft 589 Llngenbestimmung an Fasern 662 Langfaserpapier 235 Langstapelanlage I44 Langzeithestandigkeit 609 Langzeitverhalten 582 Laserstrahl 47 1. 475 Lasertechnik 418 Latex I19 ~
Latexschaurnbeschichtung 442 Lederabfalle 240 Ledersubstitute 536 Legen der Stofflagen 468 Legerbauforrnen I 59 Leichtbaudiimmplatte 453 Leimpresse 263 leitfihige Umrnantelung 555 Leitfiihigkeit 55 1 Leitungen 543 Lichtbestandigkeit 93, 597 Lichtechtheit 680. 684 - Bestimmung 680 - fur Kraftfahrzeuginnenausstattung 684 Lichtachutzmittel 69 Lichtwandler 70 Liniendruck 365 Linitest-Geriit 680 LOI-Wert (Limited Oxygen Index) von Faserstoffen 533 Lorica 537 losliche Bindefasern 60 losliche Fasern, PVA-Bindefasern 130 Losungspolyrnerisation 102 Luftdurchlissigkeit. Priifung 674 Luftdurchl~ssigkeitshereiche 342 Luftdurchlrssigkeits-PriifgerrtFX 3300 674 Luftlilter 608 - fur Kraftfahrzeuginnenraurn, Priifung 703 Luftgeschwindigkeit 357 Luftkissenrahmen 35 1 Luftrakel 378 Luftschall 550 Luftschallabsorption 55 I Luftrerstaubung 382 Lutradur 592. 603 Lutrasil 592 Lutravil-Verfahren 204. 208 Lyocell SO6
M 3M-Thinsulate-Warmeisolatiorisvliese 53 1 Mahlgrad ( S R ) 247 Mahlmaschinen 247 Malivlies 393 Malivliesstoffe 606 Maliwatt 393 Maliwattverlahren 394 Mangan-11-Verbindungen 69 Manilahanf 19, 239 Manilapapier 19 Martindale-Verfahren 677
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zur Vliesverfestigung
Maschenreihendichte
305 308
Sachregister Maschenstabchendichte 308 Maschen-Vliesgewirke 3 13-3 15 - Festigkeit 313 - Festigkeits-Dehnungseigenschaften 3 15 - MaschengleichrnaBigkeit 3 14 Maschen-Vlieswirken 303 Maschen-Vlieswirkverfahren 3 12, 3 18, 323 - rnit doppelter Vermaschung 321 - ohne Grundbahn 320 - zur Verbindung zweier Flachengebilde 323 Maschinenanlagen, Auswahl 143 Maschinenfahigkeit 7 I4 Maschinen~~higkeitskennwert7 14 Maschinenparks 724 Maschinentypen 144 MasseungleichmaBigkeit 3 14 Materialeinsatzberechnung 3 10 Matrix-Fibrillen-Fasern 537 Mattierungsrnittel 69 Maulbeerbast 240 rnechanische Ausriistungen 409 Mechanisierung der Konfektion 48 I Medizin- und Hygienetextilien, Bewertung 694 rnedizinische Artikel 432 Medizinprodukte 493495, 499, 500, 694 - 9 ~ r 4 2 1 ~ 500 ~c - Gesetzgebung 495 Mehrfach-Spinnbalken 204 Mehrkomponenten-Filamente 204 Mehrkomponentenfolien 47, 48 rnehrlagige Vliesstoffe, Stoffaufbereitung 252 Mehrschichtisolatoren 554 Mehrtromrnelanlagen 347 Melaminfasem 65 Meltblown-ProzeB 66 Meltblown-Verfahren 189, 207 Meltblown-Vliesstoffe 490, 564 Melted fabrics 5 18 melt-print-Verfahren 380 MELTY 4080 132 Mernbranen 564 Membranfilterkerzen 572 Membranfolien 453 Mernbranpurnpen 249 Mercerisierverhalten 25 Metallbeschichtungen 438 Metalldrahte 77 Metallfasem 77, 243 Metallocen-Katalysatoren 93 Micrex-Mikrokrepp-Verfahren 410, 41 1 Mietwascherei 496 Mikrofaservlies 94 Mikrofaservliesstoffe 505, 509, 609 - Reinigungseffizienz SO9 Mikrofibrillierung 557 Mikroglas-Fasern 243
Mikrokapseln 532 Mikroorganismen 499 mikroporose Beschichtung 445 Milchfilter 4 12 Milchfiltration 570 Millitron-Verfahren 425 Mineralfasern 546 Mineralwolle 549 Minibond 606 Minikarde 326 Minirnalauftrag 385 Minirnalauftragsverfahren 427 Mischpolyrnerisatfasern 63 Mischungsschrnelze 626 Mittelwert 715 Modacryl 96 Modacrylfasern, Schwerentflamrnbarkeit 53 Modal 22 Modifier 71 Molekulargewichtsverteilung 94 Montage 475 Morphologie der Bindestelle 370 MP-Fasern 63 Muldenlagerung 469 Muldenpressen 4 I3 Multidenier-Verfahren 2 I7 Multifunktionsanlagen 38 I Multiknit-Vliesstoffverbund 322 Multikunitverfahren 303
N Nachvernetzung 103 Nadel 271 Nadelabrnessungen 290 Nadelbalken 273 Nadelbewegung. elliptische 279 Nadelbrett 273 Nadelcharakteristik 289 Nadelelernente 289 Nadelfeinheit 39 I Nadelhilfen 108 Nadelholzzellstoff 88 Nadeln - Arbeitsschaft 291 - KerbenrnaBe 291 - Spitze 292 Nadelvliesbodenbelag 42 Nadelvliesstoffe 274, 293-295, 300, 302 - Durchlassigkeit 300 - Eigenschaften 293, 294 - EinfluBgroIien 294 - Flachenrnasse 295 - Maschenbildungsverfahren 302 - Oberflachenstrukturierung 283 - Verfestigungsgrad 274 Nadelvliesstoff-FuSbodenbelage, Drucken 424
737
73 8
Sachregister
Nodelvliesstoffobertl~che 284, 5 I5 Musterung 284 - Strukturierung 5 I5 Nadelvliesstoffschliiuche 28 I Nadelvliesstoffvelour 285 Niiheinlagen 52 I Niihen 417. 475 Nihplan 465 Niihtechnik 476 Nahtelastizitit 476 Nahtfestigkeit 476 Niihwirken 303, 393 Niihwirkstrukturen 309 -
technische Daten 3 I9 Niihwirkverfahren 302 Niihwirkvliesstoff Maliwatt 305 Narbung 413 NaBabscheider 560 Nissesperren 533 naljgelegte Vliese 235 - Spezialpapiere 235 - technische Vliesstoffe 235 - textiliihnliche Vlieastoffe 235 NalJ-in-NaB-Auftrag 375 -
NiiUreinigungsprodukte 504 NaBschrurnpfung 409 Naljspinnverfahren, PAC-Fasem 5 I NaBverfiihren 138. 235-237, 262 Bindernittelzugabe 262 - Entwicklung 236 Faservorbereitung 237 Fertigungsabschnitte 236 - Rohstoffe 237 - Verfahrensprinzip 235 NalJvliesanlagen 249 Aufoau 249 - Siebwasserkreislauf 260 - Wasaerkreislauf 259 NaBvliese - Bindemittel 244 - Faservorbereitung 246 Vliesbildung 255 NaHvlies-Laboranlage 255 NalJvliesstoffe 26 I , 522, 564, 567 - Aufrollung 266 - Pressen 264 Trocknung 264 Verfestigung 261 NaBvliesverfahren 3 Naturfasern I5 New Spunband Technology 209 New-Approach-Dokumente 494 Niederdruckplasma 455 Niederhnlter 27 I . 273 -
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Nipco-Walze 377 Non-Gel-Schaum 442 Normnlkrempel I 52 Normen 466 Normenorganisation E N 0 494 Norminstitute. Anschriften 635 NST siehe New Spunband Technology Nusselt-Zahl 197 Nylon 32, 95
0 Oberfliichenaktivierung 455 Oberfliicheneffekte 438 - durch Spruhen 427 - von Einlagevliesstoffen 429 Oberfliichenfilter 560. 699 Obertliichenfiltration 558. 565. 569 Oberflichenstrukturierung von Nadelvliesstoffen 283 Oberflichenwiderstand 53 1 Offnungsweite 579 Okobilanz 456 Okologie 456 Okonomie 456 Oko-Tex Standard 100 692 Oko-Tex-Produktklassen und Prutkriterien 693 (ikotoxikologische Eigenschaften 1 15 Olefine, bicyclische 93 Oleophobieren 43 I Online-Benadeln 61 3 Online-Produktionsuberwachung 7 I3 Online-ProzeUuberwachung 7 14 OP-Bekleidung 487 OP-Bezuge 438 Optimax-Technik 375 Outdoor-Bodenfliesen 446 Ovalliufer 382 P PA-6.6-Kem/PA-6-Mantel I33 PA-6-Mantel 133 PAC-Fasern 5 I,52 - Bestiindigkeiten 52 - Eigenscbaften 52 - Feuchtigkeitsaufnahme 52 - Querschnitte 52 Pads 511 Pad-steam-Verfahren 423 Papiermaschinenbespannungen 287. 6 12, 628 - Zweitverwertung 628 Papierrnaschinenfilz 389 Papiermaschinenvliesstoffe 437 Parallellagenvliese 157 Paramoll NIF 602 Paraphon 55 1 Paratherm-Walze 368 Partikelemissionen 694
Such register Partikelfilter 609 Partikel-Luftfilter fur Raumlufttechnik, Prufung 701 PartikelmeBgerat 700 Pastenpunktverfahren 435, 448 Patronenfilter 560. 564 PCM-Materialien .sic& Phase Change Materials Penetration 530 Penetrationsprufung 697 Perforieren 4 14 Perlon 32. 95 Permeation 530 Permeationswiderstand 697 Persiinliche Schutzausrustung 696 PET-Fasern 40. 42, 44. 63 - fixierte 40 - Pillingkurven 44 - Prufwerte 44 - Querschnittsformen 42 - unfixierte 40 - unverstreckt 64 PET-HS-Fasern, Schrumpfeigenschaften 40 Pfirsichgriff 416 Pflanzenzucht 592 pflanzliche Fasern I5 - aus Holzern 241 - Baumwolle 15 - Flachs oder Lein 18 - Jute 17 - Kokosfasern 19 - Manilahanf 19 pflanzliche Faserstoffe 239 Pflatschen 380. 434 Pflatschwalze 434 Pflegeverhalten, Priifung 69 I Pfropfung 455 PGT-Filamenteigenschaften fur Dachbahnen 585 Phase Change Materials 53 I - Speicherwarme 532 Phasentrennung 558 Phenolharzfasern 543 Phenoplast-Pulver 386 Phosphate 69 Phosphatierbader 570 Piezo-Technik 383 Pigmente 99, 100 - anorganische 99 - farbgebende 100 - organische 99 Pigmentfarbstoffe 424 Pikieren 476 Pill, Entstehung 43 Pillbildung, Beeinflussung 43 Pilling 42 Plasmastrahl 475 Plasma-Vorbehandlung 125
Plastisole 435. 45 I Plattenbandtrockner 349 plissierte Filterkerzen 573 Poliermittel fur Optik, Prufung 695 Polstermaterialien 394. 5 13. 5 I4 - Anforderungen 514 Polstermiibel 465 Polstertextilien 83 Polsterung mit Fasern 612 Polsterwatten 607 Pol-Vliesgewirke 3 19. 321 - Kontinueanlage 319 - Kunit 321 Pol-Vlieswirken 303 Pol-Vlieswirkstoffe 389 Pol-Vlieswirkverfahren 3 18, 320 - mit Grundbahn 3 I7 - ohne Grundbahn 320 Polyacrylatbindemittel 506 Polyacrylnitril 96 Polyacryhtrilfasern, Herstellung 5 I Polyamid 12 133 Polyamid 6 (PA6) 95 Polyamid 6.6 (PA6.6) 95 Polyamide 95, I33 Polyamidfasern 32. 34, 36. 37. 242 - Angebot 33, 34 - charakteristische Werte 34 - Modifikation 36 - Polyamid 6 32 - Polyamid 6.6 32 - Typen 37 polyhonisches Verfahren 3 1 Polybutylenterephthalat (PBT) 94 Polycarbonat (PC) 189 Polycarbonatfasern 45, 64 Polyester 38, 94, 132 - Herstellung 38 Polyesterfasern 37, 39, 40, 242 - Schrumptkraft 41 - Schrumpfverhalten 40 - vliesstoffrelevante Eigenschaften 39 Polyestertilamente. Spinnvliesstoffe 38 Polyesterfiillfasern 514 Polyesterspinnfaserangebot 38 Polyethylen 45, 92 Polyethylenterephthalat (PET) 94 Polyisopren 92 Polylactid-Produkte I89 Polymerdispersion I I9 Polymermischungen 189 Polymerpulver 96 Polynosicfasern, naflfibrillierte 27 Polynosics 22 Polyolefine 92, 93, 100, 132 - Charakterisierung 93 - FlieBverhalten 93
739
init enger Molckulargewichtsvertcilung 93 Pigmentierung I00 Polyolelinfasern 45, SO ;IUS Folicn 45 - Eigenschalten 50 Firbharkeit S O - Feuchtigkeitsaufnohine 5I - halter FluR 5I - Lichthestindigkeit SO Polypropylen 45, 92, 98, I 8.5 isotaktisches 92 Polypropylenlasern 2-12 Polystyrol (PS) Y?. 189 Polytetratluorethylendispersion 430 Polytetratluorethylenfasem (PTF), Einsntz 60 Polytritluorchlorethcn 1 89 Polyurethan (PUR) 189 Polyurethanhartschauni 453 Polyurethan-Schaumheschichtung 444 Polyvinylolkohol 55 - Eigenschalten 55 Synthese 5 5 Polyvinylalkoholfasern 53, 242. 244 - Herstellung 54 - Weltproduktion 53 Polyvinylalkohol-Vliesstofftucher 5 I0 Eigenschnlten 5 10 - Herstellung 5 10 Polyvinylchlorid Y7 Polyvinylchloridpasten 437 Polyvinylchlorid-Schaumheschichtung 443 PorengriilJenverteilung 572 Poromerics 536 poromerische Syntheseleder 36 Power-Bonding I29 PPDM31 608 Prageeffekte 4 13 Priigekalander 4 I 1 Prallbleche 2 I 3 Priiparationen 107- I I I, 1 13- I I S - Abhiingigkcit vom Einsatzgehiet 1 15 - Ahhangigkeit v o n der Vliesstoftherstellung II 4 - aerodynamische Vliesbildung 1 15 - Anforderungen I08 - Aufbringung I10 - chernische Verfestigung I 15 - Definitionen 107 hydrotechnische Vliesbildung 1 15 Prufmethoden I I I - thermische Verfestigung I I5 - Vliesstoffc I13 - Zusanimensetzungcn 109 p r'iparationsauftrag ' . I07 Praparationsinittel. Prufungen I I 1 priipariertes Fasermaterial, Prufungen I I 2 Preo x fasern 5 4 3 -
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PreRarbeiten 414 Pre\sen 396. 412 von NaBvliesen 264 Prcssenfilze 6 12. 6 I3 - Anforderungen 6 I3 Autbau 612. 613 print-bonding-Technik 37 I Prohenahme 633 Produktionsahfille 623 Produktionsentwicklung I 8 5 Produktionsprotokollc 7 I 9 Produktion\vorbereitung fur Konfektion 466 Produktverantwortung 623 progressiver Querschnittsaufhau 566 ProielJfiihigkeit 714 ProLeUfahigkeitsbeweitung 7 I 4 ProLeBfahigkeitskennwert 714 ProxBleiteinrichtungen 7 I 6 Proielilufttechnik 565 ProzeBsteuerung 724 ProLeBstufen 137 Prulklima 634 - DIN EN 20 139 634 Prufverfahren 659. 694 - der EDANA 636 - einsatzbezogene 6Y4 PSA-Schutzhekleidung 528 Pulp 488 Pulper 246 Pulver 96, 386, 451 - ftir Fixiereinlagen 447 PulverappliLierung 386 Pulverdosierung 387 Pulverkalander 45 I Pulverpunktverfahren 435 Pulver-Streuaggregat 387 Pulvertypen 386 Pulververteilung 387 Pumpen 248 Punktauftrag 448 Punkt-Riesel-Anlage 449 Put/vliesstolf 433 PVA 54, 55 - Eigenschalten 5.5 (PVAL-)FWB-Fasern. Eigenschaften 59 PVAL-Fasern 53, 56. 5 8 , 5 Y Eigenschalten SX - Einsatz 59 - Gelspinnen 58 - wasserliisliche 59 PVA-Liisung. Verspinnung 56 PVC-Kunstleder 437 -
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Q Qualitlo 608 Qualitatsmanagement-Handbuch Qualitiitsregelkarte 714. 715
7 I3
Qualitatssicherung 7 13 Qualitltsiiberwachung 7 13 Quarzfasern 76 Quer- und Langsschneideautomaten 47 I
R Radkastenabdeckungen 41 4 Rakelauftrag 37 I Rakeleinrichtungen 436 Rakel-Funktionsweise 379 Rakeln 378, 436 RAL-Gutezeichen 549 RAL-Testat 5 I6 Ramie 240 Randomvelour 285 Randstreifen 623 Rapport-Muster 380 Raschelmaschine 325 Rasmussen-Prinzip 48, 49 - Polymeranordnung 49 Rauchgasentwicklung 543 Rauhen 416 Raumabschirmung 554 Raumausstattung 5 I3 Raumlufttechnik 565 REICOFIL 3 210, 21 I Recycling 61 I Recyclingfahigkeit 600. 623 Refiner 247 reflektierende Schutzanzuge 439 Regranulierung 626 Reibechtheit 683 Reicofil-3-Verfahren 205 Reicofil-Spinnvliesverfahren 197 Reicofil-Verfahren 209 Reinigungsleistung 504, 509 Reinigungsprodukte 503 Reinigungstucher 465, 470 - Priifung 695 Reisezuge 6 I I ReilJen 625 ReiRfasem 77, 81. 83. 84 - Anforderungsprofile 84 - Charakterisierung 8 I - Eigenschaften 81 - Einsatz 83 - Herstellung 77, 80. 625 - - aus Alttextilien 80 - Nachbehandlung 81 - Produktion 623 - Qualitatsanforderungen 84 Release-Coating 438 Resimelt-Verfahren 441 Restfestigkeit 57 Reverse Roll Coating 380, 434 Rezeptverarbeitung 72 I Richtlinie 89/686/EWG 528
Rindsleder 535 Ringdusen 46 Risiko fur klinischen Betrieb 498 Risikomanagement 498 Rohrdrinagen 28 I Rohrsanierungen 28 1 Rohstoffe 13 Rollen 418 Rollenkufen 4 I9 Rollkalander 41 2 Rollos 427, SIX Riintgenbestrahlung 493 Riintgenkontrastgarne 70 Rotationsdruck 424. 425. 435 Rotationsdruckmaschinen 435 Rotationsfilmdruck 423 Rotationsschablonen 448 Rotationssenkrechtleger R-2 18 I Rotationssiebdruckverfahreti 506 ROTIS-Fertigungsanlage I 80 ROTIS-L-Laminiermaschine I 80 Rotorbefeuchtungsanlagen 427 Rucklieferungen 63-3 Runddusen 203 Rundmesser 470. 47 I Rundmessermaschine 472 Rundschablone 38 I , 387 Rundsiebschablone 38 I Rundstrickmaschinen 325 Rundvernadelung 280 Rutil 69 Rutschbremsen 5 I6 Rutschfestausriistung 439
S Safety-Nahmaschine 476 Sagezahnrakel 44 I Sandwich-Artikel 41 3 Sanforisierverfahren 41 0 SAP sirhe Superabsorber Sattdampffixierung 361 saugfahige Disposables 508 Saugkapazitat 506 Saugkissen, thermoverfestigte 106 Saugkiirper 394 Schablonendruck 423 Schabracke 5 18 Schafwolle 20, 240 Schallabsorption 550 - bei Tuftingteppichen 55 I Schallabsorptionskoeffizient 55 I Schallausbreitung 551 Schalldammung 550 Schallisolierung 550. 601, 602 - Fahrgastzelle 601 - Motorraum 602 SchallmeRgr(iRen, Bestimmung 550
Schall\chutzmal.(nahmen 5.50 Schaum 383 Appliiierung 384 - Herstellung 383 - M Z I S S ~384 - Stahilitat 3x4 Schaumuuftragsaggre~~it 385 Schaumheschichtung 44 I . 342 Schauriihillsmittel 136 Schaumiinpriignierung 263 Schaunimixer 383 Schaumstoftkcrn 5 I 5 Schaumverlestigung. Eigenschaften 38.5 Scheren 416 Scheucrhestandigkeit. Prulung 677 Scheuermedien 5 10 Eigenschalten 5 I0 - Herstellung 5 10 Scheuerprulgeriit 678 Scheuer\chwiimnie S I I Scheuervliese 453 Scheuervliesstolfe 503 Schichthindeverfahreii 393 Schichtenstruktur 389 Schiehelcstigheit 375 Schiebernadel, Schliekeitpunkt 3 15 Scliiehei-riadelhnhen 3 I2 Schiff 610 Schiff'shau 61 I Schirnidiiniptl\crte 554 Schlaggrenze 72 Schlamm ti I trat ion S70 Schlankhcitsgrad 24. 25 Schlauchlertigung 28 I Schlauchtilter 560-562 schlauchliimiige Nadelvliesstoffe 280 Schlauchputnpen 249 Schleilen 416 Schleifkorn 453 Schlitrahstande 4 I S Schlitzdii\en 36 Schlitzen 414. 414 Schluplrietnen 416 Schniilicn I 0 8 Schmelihindcfasern 130. I3 I. 245 - Bikomponentenfascrn I30 - SchmelAdehcfasern I30 Schnielihlas-Spinnvliesverl~lhren 2 19 Schmelzhlasverlahren 220 Schmelihlasvlicsstollkem 608 Schmeliedosierung 202 schrnelzende Bindefasern 61 Schrnelikleber 380. 45 I Schmeliklebstolle 129, 398 Schrnelispinnen (melt-hlown) 3. 185 Schmelispinnverlahren 33, 45 - Her\tellungsprinzip 33
schiniegsanic PreBwalic 377 schmutzabweisende Ausru\tung 430 Schinutzfiinger 433 Schniutzruckhaltekapazitiit 608 Schneckendurchmesser 202 Schneiden 418. 626 Schneidmahlen 626 Schneidmedien 47 I Schneidde 570 Schnitthild fur Vliesstoffteile 467 Schnitthildgestaltung 466 Schnittbildinlormntion 468 Schnittbildprogramme 467 Schnitte, PET-Fasern 13 Schnittgradution 463 Schnittkantenlestigkei~ 394. S I9 Schnittkantciivetlstigung 47 I. 476 Schnittkonstruktion 163 Schnittkontur 468 Schnitt\tellen 7 I9 Schnittweg 468 Schonheziigc 6 I0 Schriigeinstich 276 Schrigschnitt 243 Schriigsiehmnschinen 236 Schreddern 626
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Schrumpf
40. 41
Diolen-Spinnfasern 41 Polyesterlasem 40 Schrumpfen 409 Schrumpflasern 409 Schrumpfkraft 4 I Schuhe 416 Schuhinnenltitter 416 Schuhkappe 428 Schuhoherleder 445 Schuhachaftmaterialien S35, 536 - physikalische Kcnnwerte 535 Schuhwerk 428 Schutzanzuge 438 Schutihekleidung 526. 528. 529. 696-698 - Anlorderungen 528. 698 gegen Chernikalien 697 - - Produktnormen 697 - - spczielle Prulnormen 697 - gegen Feuchte, Wind und Kalte 698 gegen Hitze und Feuer 697 Produktnormen 697 - apeziellc Prufnormen 697 gegen niechanische Einwirkungen 698 Produktnormen 698 - speriellc Prufnormen 698 gegen radioaktive Kontamination 698 Anforderungen und Prufungen 698 - Prulung 696 - Schutzziele 529 Schutzschicht 578 ~
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Suchregister - auf Brennsubstrat 545 Schutztextilien 2 17, 526 Schwarte 442 Schwebetrockner 35 I Schwebstoflilter, Prufung 703 Schwebstoffilterelemente 566 SchweiBen 340, 417. 476 SchweiUzone, Temperaturverlauf 477 schwer enttlammbare Chemiefasem 7 1 Schwerbeschichtung 445 Schwerentflammbarkeit 394, 599 Schwerkraft-Bandfilter 571 schwimmende Walze 377 segmented pie 207 Seide 21 Sekundarpriiparation 108 Selbstklebebeschichtungen 438. 440 selbstklebende FuSbodenfliesen 440 Selbstliegebeschichtung 444 Semidisposables, Eigenschaften 507 Sengen 417 senkrecht gelegtes Vlies 178 Sentrex 610 Servietten 412 S-Filter 567 Shieldex 554 Sicherheitsdatenblatt 456 Sicherheitsfunktion 528 Sicherheitstextilien 526 side by side 204, 223 Siebbinder 169 Siebbandtrockner 348 Siebdruck 423 Siebfiltration 569 Siebtrommel 169 Siebtrommeltrockner 344, 346-348 - Ausfuhrungsformen 346 - Beispiele 347 - Durchmesser 346 Siebwasserkreislauf 260, 261 Siebwechsler 203 SIFM-Verbundstoff 548 Silikate 69 Silikatfasern 76 Silikonweichmacher 429 Sitzkissen 606 Sitzpolstervliesstoffe 605 Slipeinlagen 417 Smith-Nephew-Verfahren 41 5 SM-Verbundstoffe 208 Sofrina 537 Soil-Release 430 Sonnenschutzlamellen 427 Sonotrode 4 17, 417 Sontara 328 Spaltdruck 366 Spalten 47. 415
Spaltmaschinen 416 Spannmaschine 350 SPC siehe Statistical Process Control Speichel- und SchweiBechtheit 685 Speicherfilter 558, 699 Spezialeffekte 427 Spezialfasem 60 spezielle Schutzbekleidung, Prufung 698 Spielzeug, Entflammbarkeit 686 Spinlace-System 339 Spinndusen 205 - Herstellung 205 - Verstreckung 205 - Vliesbildung 205 SpinnFirbung 420 Spinnfaserherstellung 33 Spinnfaserpraparation 109 spinngefsrbte Fasem 70 Spinnvliesanlagen, Leistung 192 Spinnvliese. zellulosische 22 Spinnvliesstolfe 33. 67. 335. 519 - aus Cellulose 67 - mit Pulp 217 - Kupferverfahren 67 - Schmelzespinnverfahren 67 Spinnvliesverfahren 3 Spinnvliesvemadelung 278 Spiralmesser 470 Spitze 292 SpleiBen 47 Splitfahigkeit I89 Splitfaktor 47 Splitten 225 Sprayspun-Kerzen 573 Spritzdruck 425 Spritzdrucksysteme 425 Spruhapplizierung 382 Spriihauftrag 37 I Spriihen 382 Spriihstrahl 382 spruhverfestigte Vliesstoffe 382 Spunbond-spunlace-System 2 I6 Spunfab-Klebevliese 397 Spunlaced nonwovens 328 Spunlaced-Produkte 5 18 Spunlaced-Vliesstoffe 522 spunlaid nonwoven 185 Stabilisatoren 93, 98, 99 Stabziehverfahren 75 Stahlfasern 73. 77 Stanzen 414. 418 Stanztechnik 47 I Stanzwerkzeug 474 Stapelfaserpraparation 108 Startfloor-Verfahren 5 16 Statistical Process Control 7 I3 Statistik der Priifungen 633
743
statistische Auswcrtung 633 Stauhhindematten 433 ctaubhindende Au\rti\tung 433 Statihschutibehlridtiiig 529 Stauchen 410 Stegtromrneltrockner 345 Steiliippreturen 427 Steiligheit I19 Steilarmleger I60 Steinwoll-Fasern 243 Stempeldurchdruchhl.alt 2 IS. 2 I6 Stenipeldurchdruch\er\uch 705 Steppdechen 465. 476 Steppen 417 Sterilfiltration 569 Sterili\ieren 498 Sterilisicrung 493 Stichdichte 392 Stichmcsser 473 Stichplatte 27 I. 273 Stichtiele 392 Stichtypenklasaen 475 Stoffiullauf 257 Stolluu\nutzung 468 Stolfehlerhehandlung 469 Stolfl\antenfixierung 476 Stoftkosten 468 Stoftliiscr 246 Strahlhlenden 2 I3 /I-Striihlen 493 Strahlenvernetzung 374. 455 Strahlung 493 Strahltingstrocknung 265, 352 Strata Pore 60X Strecklaktor 29X. 299 Streckwerk 298 - V E 167 Streichen 378, 436 streilenlreie SchluStrocknung 504 StreulDiimpf-Verlahren 387 Streuheschichtung 438 Streuverfuhren 448 Stricken 325 Stroh-Zellatoff 240 strukturierte Wirhelvliesstofle 332 Strukturierungsnadeln 293 STRUTO-Fertigungsanlage I 80 STRUTO-ROTIS-Verfahren 1 7X STRUTO-Verfahren 607 STRUTO-Vliesatoffe I85 SUPER SERVO-CARD SSC 4-5 156 Superahsorber 101. 104. 105. 391. 433 Ahsorption 101 - Anwendung 101 - Faser/Granulat-Vergleich I06 Herstellung 101. 102 Kenndaten 105 -
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Marhtdahlen 105 Testmethoden 101. 104. 105 Supercchlurfer 3 1 Suprajet 376 Suspension 568 Suspensionspolymerisation 102 SYMPATEX" 5.33 Synthesela\ern 353 Syntheaeleder 72, 228. 409. 4 I3 - Varianten 445 - zum Trocknen SOX - - Eigen\chaften SOX Zusammenset.mng 508 Syntheserasen 446 Synthetihlinie 256 cynthetische Chemielasern 32 aynthetische Polymere 90. 242 - Eigenschalten 90 synthetiache Spezialfasern 60 synthetiacher Zellstoll 242 SYNTHOFIL 53 Systemlieleranten 600 -
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T Tampons 489 Tara Looh 603 Taschenfilter 566. 567 Tischnerwnren 4 16 Tauchbadimpriignierung 263 Tausendpunktwalre 435 technische Anwendungen 543 technische Textilien. Produktentwicklung 466 technische Vliesstofle 723 - Bautextilien 723 - Elektronik 723 - Geotextilien 723 - Heimtextilien 723 - Medizin- und Schutztextilien 723 Verstiirkung von Matrices 723 Teeheutel 19, 417. 418 Teeheutelpapierma~chine 249, 25 I , 253 TEGEWA 456 Temaforg 414 Temperaturhest~ndigkeit 597 Temperaturachwankungen 584 Teppichruchen 437. 5 I8 - Eigenachaften 5I8 Tergal T 190 133 Textilabfiillc 78 Aufbereitung 79 ReiBfaserherstellung 79 - Zerfaserung 79 Textilbeton 627 Textilglaalasern 74 Textilien lur den O P 496 textilphysikalische Prufung von Vliesatoffen 668 -
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Sachregister
Textilschnitzel 626 TextilschweiRen 475. 476 Textural 108-1 10 - Thermostabilitit I10 thermische Barrierewirkung 545 thermische Kalanderverfestigung 363 thermische Verfestigung 354 - Verfahren 340 Thermobestlndigkeit der Priparation 1 15 Thermobondanlage 362 Thermobondier-Fasem I32 Thermobondierverfahren 363 Thermobondings mit Polyurethanschaum 398 Thermobondverfahren 190, 364, 367 - Dreiwalzen-Kalander 367 - Zweiwalzen-Kalander 367 Thermofixieranlage 362 Thermofixierbedingungen 361 Thermotixierung 360 - HeiRluft 360 - HeiRwasser 360 - Sattdampf 360 Thermofusion 215, 353. 354, 372 Thermoplaste 45 I thermoplastische Fasem 353 Thermoplastpulver 438 Thermoumdruckverfahren 426 Thermoverfestigung 357 - mit HeiRluft 356 Thermoverfestigungsanlage 358. 359 Thermovliesstoffe 53 1 Tiefdruck 435 Tiefdruckwalze 380, 435 Tiefenfilter 217, 394. 565, 699 Tiefenfiltration 558, 565, 566, 569 tierische Fasern 20, 240 - Schafwolle 20 - Seide 21 Tintenstrahldruck 425 Tischdecken 413 Tischrakel 379 Tissue 508 Titandioxid 100 Titenvahl 22 Topfkratzer, Kennzeichnung 51 I Topfreiniger 453 Topliner CL 4000 164 Toxizitit 498 Tragdusentrockner 35 I Tragermaterial von Federkemen 5 I5 Tragsystem von Eisenbahnstrecken 581 Tragtrommelsystem 266 Transferdruck 420, 426 Transformatoren 553 Transport 456 Trennschicht bei Baustrafien 579
745
TrennschweiBen 4 17 Trevira 254 132 Trevira 255 132 Trevira 259 133 Trikotbindung 305 Trinkwasserfiltration 570 Trittschall 550 Trocken- und Feuchtreinigungstucher 509 Trockentilter, Einteilungskriterien 558 Trockenfiltration 5.55. 558 Trockenkaschierung 45 I Trockenreinigungsechtheit. Bestimrnung 68 1 Trockenschrumpfung 409 Trockenspinnverfahren. PAC-Fasem 5 I Trockensubstanzgehalt 385 Trockenverfahren 138. I39 Trockenverfestigung 353 Trockenvliesverfahren 3 Trockenzylinder 352 Trocknung 341, 351 - imprignierte Vliese 341 - Kontakttrocknung 35 I - Konvektionstrocknung 341. 344 - von NaRvliesstoffen 264 Trocknungsgeschwindigkeit 343 Trog-Applizierung 374 Trommelfilter 573, 574 Trommelwischer 4 19 Tuch aus Mikrofaservliesstoff 505 Tuftingtrager 5 18-520 - Anforderungen 519, 520 - Einsatzbereiche 520 TunnelheiRluftkammern 182 Tupfer 487 Turinnenverkleidungen 4 I4 Turverkleidungen 604 Twin-Streuaggregat 387 Tyvek 188 TYVEKO 1431N 531 T Y V E K ~c 531 TYVEKO F 531 TYVEK-PRO.TECH~ 53 I Tyvek-Spinnvliesstoffe 22 I
U Uberdeckstich 476 Uberkopfmuldeneinzug 148 Ubemahen 417 Uberwendlichstich 476 ULPA 703 Ultraschall 475 Ultraschallkalander 369 Ultraschallschneiden 475 UltraschallschweiRen 417, 476, 477 Ultraschall-SchweiRmaschine 478 Ultraschallverfestigung 368. 475 Umdruckkalander 413, 426
Unikehrverfahrcn 438. 44 I lJinstell/citen hei Produktwechsel 72 I Uinwelthelastung 456 Uniweltiiinnagemcnt 456 Urnweltpanorama 388 Umweltschut/ 456 ungesponnene F a w n . Verhrauch 88 Unitika 7080 I32 Unterteppiche 439 unverstrcckte PET-Fasern 63 US-Norm FMVSS 302 599 UTAC-NR ST 18-502/1 600 LJTAC-NR ST IX-502/2 600 UV-Stahilisierung 99 UV-Testgeriit 706
V Va ku- Fonm 385 Vakuuiiihandtilter RT 57 I Vukutim-Tronimel ti I ter 5 73 Vaktiumverpackeii 4 I8 VAPORWEB-Technologie 2 I8 VAPORWEB-Verhund 2 I7 VarioprelS-Geriit 384 Vario-Schnitt 614 VDA-Richtlinie 270. 595. 599 VDE 0.530 5.53 Velourieren 4 I6 Ventilator 344 Verarbcitharkeit der Vliesstoffe 599 Verhinden - durch Niihwirkcn 393 - durch Verkleben 395 - durch Vernadeln 390 durch Verwirheln 393 von Stoffteilen 475 VerhindtingsmGglichkeitcn 390 Verhindungsprorcl3 475 Verbundherstellung 389 Verhundkonstruktionen 6 I I Verhundstoffe 20 I . 388 Herstellung 201 Verbundstrukturen 490 Verhundvliesstofle 389, 392. 567 Verdamplungs-Spinnvliesve~ahren 22 1 Verdampf'ungsverfiihren (flash-spun) 3 Verdeckstofle fiir Cabriolets 609 Verdichtung 409 Verdunkelungsvorhiinge 437 Veredlung 724 Verfahren 490 Verfestigung 3. 340 - chemische 388 - durch Muschenhildung 302 thennische 340 v o n NalSvliesstoffen 26 I - von Spinnvliesen 2 I4 -
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Wasserstrahlverleatigung Verles[iEtingsanl~i~en. 336 Verfestigungsclfekt 334. 368 Veriestigungsinteiisitiit 200 Verlestigungsnadeln 289. 290 - Beieichnung 290 - Charakteristik 289 Verfestigungsverfahren I 90, 269. 724 verformbare Beschichtting 440 Verforniungsarheiten 4 I4 Verklehen 390. 395 verklehende Fasen1 63 Verkleidungen 597 Verniaschungsgrad 3 I5 Vemadeln 392 Vemadelung 272. 276. 390 - GrundprinLipien 276 - Vlieszuluhrung 272 Vernadelungseignung 393 Vernadelungspnrarneter 391 Vemadelungstechnik 190, 272 Vernadelungsverfahren. Funktionsprin/ip 270 Vemadelungscone 273 Verpacken 4 18 von Fertigtextilien 480 Verpackung 433 Verpackungsqualitiit 49X verschiumte Bindeflussigkeiten 383 verschlis5ene Vliesstoffe 623 Verschrnutzungen durch Altpapier 615 Verstiirkungen 465 Vertikalmecsermaschine 472 Verwertung 623, 624 Venvertungsmiiglichkeiten 625 Verwirheln 393 Verwirhelungsverfahren 326. 334 - Einflullfaktoren 334 Verwirhelungsvorgang hei der Wasserstrahlverfestigung 330 Verzugszonen. Walzenanordnung 167 Vibrationssenkrechtleger V-2 I8 I Vibrationstrommelwascher 419 Vihrodyn 661 Vihroakop 66 I Viereckdusen 203 Vierwalzen-Verlahren 376 Vilene"" Fire Blocker 533, 534 Vinylacetat 54 Alkoholyse 54 - Polymerisation 54 - Synthe\e 54 Vinylacetatsynthese 54 - Acethylen-ProzeB 54 - Ethylen-Prole13 54 VINYLON 53 Viskose 22, 506 Viskose FR 543 -
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Suchregister Viskosetilamente 28 Viskose-Kurzschnitt 241 Viskosespinnfasern 23-27 - Eigenschaften 23 - Faserstrukturen 25 - Grundtypen 23 - hochgekrauselte 27 - Querschnitt 25, 26 - Wasseniickhaltevermogen 24 Vliesabzug aus der Vernadelungszone 282 Vliesbildner 008-0445 I76 Vliesbildung 157, 255 - fur Filter 557 - im elektrostatischen Feld 66 - Kreuzlagenvliese 157 - Parallellagenvliese 157 - Verfahrensentwicklung 255 Vliesdammatten 546 Vliesfestigkeit 357 Vliesgeschwindigkeit 365 Vlieskuhlung 359 Vlieskunstleder 537 Vlieslegen, Prinzip 158 Vliesleger 158, 161, 162 - Bauelemente 161 Vlieslegerbauformen 159. I6 1 - Horizontalleger 159 - Maschinen- und Steuerungstechnik 161 - Steilarmleger 159 Vliesinaschinen 1004 und 1044 176 Vlies-NPhgewirke 308. 310 - Festigkeits-Dehnungs-Diagramm 3 10 - Strukturen 309 - Verfestigungsgrad 308 Vlies-NYhwirken 303 Vlies-Niihwirkmaschine Typ Maliwatt 306 Vlies-Nlhwirkstoffe 309 - gemusterte 309 - mit Pol 309 Vlies-Nfhwirkverfahren 304, 308, 3 I3 - Einarbeitung 313 Vliesprofilregelung 143 Vliesqualitlt, EinlluBgriil!en I70 Vliesrohstoffe 659 - Normen/Richtlinien 639ff. - Prufverfahren 63 1 ff., 659 Vliesstofiabfille 624, 628 - nach Gebrauch 624 - Zweitvenvertung 628 Vliesstoffausrustung 407 - chemische 407 - mechanische 407 Vliesstoffbegriffe I86 Vliesstoffdicke 184 Vliesstoffe I ff.. 113, 521. 668 - Definition I , 13 - Eigenschaften 4
Einfuhrung I Einsatzgebiete 9 - Entsorgung 724 - fur Bekleidung 521 - fur Schuhe 534 - fur Schutzbekleidung 526 - fur Verbundwerkstoffe 398 - Gewichtsreduzierung 723 - Grundbausteine I86 - mit senkrechter Faserlage 178, 179, 183 - - Eigenschaften 183 - - Herstellungsverfahren 179 - - STRUTO-ROTIS-Verfahren I78 - Normen/Richtlinien 639 ff. - Praparationen I I3 - Prufung 668 - Prufverfahren 63 1 ff. - Rohstoffe 13 - technische 723 - Verwendung 9 Vhesstoffeigenschaften 13. 125 - Beeinflussung 13 - Bindeflussigkeit 125 Vliesstofferzeugnisse. Mengenwachstum 723 Vliesstoffestigkeit 120 Vliesstoff-Fertigteile 464 Vliesstolf-GieBen 66 Vlies~toftherstellting 3 - Verfahren 3. 137 Vliesstoftindustrie 5. 6 . 9. 723 - AuBenhandelsbilanr II - Entwicklung 6 . 723 - Europa II - Faserverbrauch I0 - Okologie 5 - Perspektiven II - Umsatz 9 Vliesstoftkombinationen 6 I I Vliesstoff-Metallverbund 573 Vliesstoffproduktion 6 - europiische Lander 6 . 7 - - nach Herstellungsprozel! 8 - fur Hygiene 489 - in Westeuropa 186 - weltweit 7 Vliesstoffreinigungsprodukte.Eigenschaften 505 Vliesstoffverbrauch im Reinigungssektor 503 Vliesstoffverbunde 21 7. 572 Vliesstoffveredelung mit Bindepulvern 386 Vliesstoffverstarkung 325 Vliesstrecke VST 4 I66 Vliesstreckung 165 Vliestucher 430 -
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Vlie\verbunde 394 Vlie\verbund\toffe 307. 389. 390. 392. 530, 612 aus Schichten 389 durch Fadenschlingen 389 - Entwicklung 724 - Herstellung 390 Vliesverdichtung 296 Vliesverfestigung 119. 269, 384 Bindemittel I19 - chemisehe Verfahren 269 - fur Filter 557 Kettenwirken 324 - mit Schaum 384 - mittels Kalander 366 physikalischc Verfahren 269 Vliesvermaschen 270 Vliesvernadeln 270 Vliesverwirbeln 270 Vliesverwirbelung. Prinzip 33 I Vliesvorbereitungsanlagen 144 Vliesiufuhrungs~ysteni 273 Vollhindung, Bindemittel 245 Voltex 389 Volumenfullung 465 volumindse Vliesstoffe 178. I83 - tigenschaften 1x3 Herstellungsverfahren I79 vorbeugender Brandschutz 543 Vorhindung. Bindemittel 244 Vornadel masch i ne 2 78 Vornadeltechnologie 614 Vorvernadelung 272 Vorvliesbildner I73 - V21IR 172 ~
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w Wagenleger I6 I Wulienauftragsvertahren 384 Wulzenauftragungsaggregate 45 I Wulienbespannungeii 28 I W~ilienbrechniaschinen 4 I5 Wnliendurchmesser 365 Walienkrenipeln I48 Wulzenrnantel-Verformung 377 Wulrenrakel 379 Walientemperatur 364 Wandabspannungen 5 I7 Wmdbespannungcn 5 13 Wandtapeten 41 3, 453 Wandverkleidung 5 17. 61 1 Wirmediimniatten 627 Wiirmedlmni s t offe 5 46-5 4 8 - Auswahl 547 - Bewertungskritericii 548 - Produktion 546 Wiirmeleittllhigkeit 548
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Warmedimmung 465 Warmeisolierung 546. 60 I . 602 - Fahrgastielle 601 - Motorraum 602 Warmeleitwiderstand I84 Warmeubertragung 365 Wamschutikleidung 698 Wasch- und Entfettungsbider 570 Waschechtheit 680, 68 I - Bestinimung 680 Waschen 419 Wascher 560 Wasseraufnahnievermigen 506 wasserbindende Eigenschaften 432 Wasserbindevermdgen 432 Wasserdichtigkeit 453 Wasserkreislauf 259 wasserldsliche PVA-Fasem 58 Wasserspeicherfunktion 392 Wasserspeichervermiigen 506 Wasserstopp 433 erstrahl m m Schneiden 475 Wasserstrahlhehandlung 394 Wasserstrahldruck 333 Wasserstrahlverfestigung 67. 326. 330. 333. 334, 336 Eintlul3laktoren 334 Verfahrensentwicklung 327 - Verfestigungsanlagen 336 Vliesfestigkeit 333 Wasserstrahlverwirbelung 507. 509 Water blocking tapes 554 Weichmachen 427, 429 WeiterreiBverhalten, Prufung 675 Wellbond 1429 132 Wellbond 1440 132 Wetterbe\tiindigkeit 57 Wetterschutzhekleidung 5 3 I Whiskers 64 Widerhakennadeln, Ahmessungen 291 Winddichtigkeit 453 Windelh6schen 432, 487 Windeln 101. 417. 487, 488 - ,.All in One" 488 Winterbekleidung 464 Wirbelvliesstoffe 328. 329. 332. 522, 539 - Eigenschaften 332 - Struktur 332 - Verfahrensentwicklung 328 Wirbelvliesstoff-Verbund 395 Wirkvlies-Spunlace-Verbunde 394 WirkwerkLeuge 308 Wirrpunkt-Muster 380 Wirrvelours 285 Wirrvlieskarde K 1 2 172 Wirrvlieskrernpel 156 Wischtucher 420, 504, 507 ~
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Scichrrgistrr
- Eigenschaften 507 Wohn- und Heimtextilien, Produktentwicklung 465 Wolle 20 - Produktion 21 Wundabdeckung 431 Wundpflaster 441
X Xironet-Verfahren 4 IS 2 Zahnradpumpen 202 Zeilendusen 203 Zellstoff 87, 241, 244 - Anforderungen 87 Zellstofflinie 256 Zellulosederivate 22 Zellulosefasern, hochquellfahige 3 I zellulosische Bindefasern 29, 244 zellulosische Chemiefasern 22 zellulosische Spinnfasern 24 I Zentrifugalsortierer 247 Zerfasern 625
Zerstiubung 383 Ziegler-Natta-Katalysatoren 93 Ziehen von Faserkollektiven 65 Zigarettentilter 373 Zimmer-Magnet-Roll-System 381 Zinkoxid 100 Zinksulfat 100 Zugkraft-Dehnungsdiagramm 299 Zugprufmaschine 670 Zulassungsmodalitaten 466 Zuschneidetechnik 471 Zuschnitt 470 Zuschnittautomat 474 Zuschnittautomatisierung 473 Zustandsanzeige 7 I6 zweilagiger Stoffauflauf 259 zweilagiger Vliesstoff, Herstellung 252 Zweistoffdusen 427 Zweitriicken fur Bodenbelige 83. 453 Zweitverwertung 628 Zwickel-Applizierung 374 Zyklone 560 Zylindertrockner 35 1 zylindrische Walze 377
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