DE2004176A1

DE2004176A1 - Verfahren zur Herstellung von Faserschichtmaterialien

Info

Publication number: DE2004176A1
Application number: DE19702004176
Authority: DE
Inventors: Rasmussen Torben Borup
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-02-04
Filing date: 1970-01-30
Publication date: 1970-08-06
Also published as: FI56414B; JPS5542174B1; DK149927B; NO139729C; US3669778A; FI56414C; AT309377B; NO139729B; NL7001350A; BE745419A; GB1276002A; DK149927C; SE364746B; FR2032695A5

Description

Verfahren zur Herstellung von Faserschichtmaterialien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Faserschichtmaterialien, bei dem eine Faserschicht, die überwiegend aus organischen Naturfasern besteht und durch einen trockenen Prozeß vorgefertigt ist, befeuchtet, gepreßt und geformt wird, sovie auf mach diesem Verfahren hergestellte Faserschichtmaterialien·

Fasermaterialien, die nach einer solchen Methode hergestellt sind, neigen zur Schichtenspaltung aufgrund der bei dem Be» mühen, das Bindemittel zum Eindringen in die Faserschicht zu bringen, auftretenden Schwierigkeiten· Es wurde versucht, die«* se Gefahr der Schichtenspaltung dadurch zu verringern, daß das Fasermaterial mit einer großen Menge an Bindemittel getrinkt wird· Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß das Fasermaterial steif wird und daß die Herstellungskosten erheb· lieh ansteigen, weil das Bindemittel ein verhältnismäßig teurer Bestandteil des Materials ist·

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Erzeugnis zu erhalten, das ohne Verwendung übergroßer Bindemittelmengen eine verringerte Neigung zur Schichtenspaltung hat.

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Diese Aufgabe vird erfindungsgemäß durch ein Herstellungsverfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Faserschicht auf einen Betrag von wenigstens 6 Gewichtsprozent eingestellt wird und die Faserschicht vor ihrer Formgebung bei einer Temperatur über 100° C gepreßt wird.

Während dieses vorgenannten, feuchten und warmen Pressens des Fasermaterials werden die verwendeten organischen Naturfasern verformt und die Berührungsflächen in den Kreuzungspunkten wesentlich vergrößert. Dadurch wird ein Kapillareffekt erzielt, durch den das Absorptionsvermögen des Fasermaterials wesentlich vergrößert wird« Dartiber hinaus wird durch die Deformierung der Fasern an den Berührungsflächen die Festigkeit des Fasermaterials erhöht* Aufgrund des erhöhten Absorptionsvermögen wird das Eindringen von Bindemittel in solche Flächen, das heißt in die Berührungsflächen verbessert, in denen im Vergleich zu in kaltem und trockenem Zustand ge» preßten Fasererzeugnissen das Bindemittel optimale Wirkung erlangt. Dies zeigt sich daran, daß eine Steigerung der Bruchfestigkeit si Inge erzielt wird und eintritt· Bei einem kalt gepreßten Fasermaterial steigt die Bruchfestigkeitslänge mit zunehmendem Bindemittelgehalt bis zu einem Bindemittelgehalt von etwa 50 % allmählich an, wonach die Bruchfestigkeitslänge abnimmt. Bei einem feucht und warm gepreßten Fasermaterial steigt hingegen die Bruchfestigkeitslänge bis zu einem Bindemittelgehalt von etwa 30 % rasch an und nimmt danach ab. Darüber hinaus ist die Bruchfestigkeitslänge bei einem Bindemittelgehalt von etwa 30 % beträchtlich höher als die Bruch- -2 -

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festigkeitslänge eines kalt gepreßten Fasermaterials mit dem besten Bindemitteigehalt von etwa 50 %, Infolgedessen kann mit der erfindungsgemäßen Herstellungsmethode unter Vervendung von wesentlich veniger Bindemittel als bei den vorbekannten Herstellungsmethoden die gleiche Festigkeit erzielt verden. Wie bereits erwähnt, soll der gesamte Feuchtigkeitsgehalt der Faserschicht wenigstens 6 % betragen· Versuche haben gezeigt» daß mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt die Bruchfestigkeit solange bei einem gesamten Feuchtigkeitsgehalt von rund 6 % bedeutend gesteigert ist und daß diese Zunahme der Bruchfestigkeitslänge anhält« wenn der Feuchtigkeitsgehalt veiter gesteigert wird. Die Zunahme der Bruchfestigkeitslänge hält bis zu einem gesamten Feuchtigkeitsgehalt von etva 15 % an, vonach eine veitere Steigerung des Feuchtigkeitsgehaltes nicht veiter zu einer Zunahme der Bruchfestigkeitslänge führt· Die Steigerung des Feuchtigkeitsgehaltes erfordert die Anwendung größerer Energiemengen zum Trocknen des Erzeugnisses, und es ^Jst deshalb normalerweise nicht angebracht» den gesamten Feuchtigkeitsgehalt der Faserschicht über einen Betrag von 15 % zu steigern. Wie ferner bereits erwähnt, soll die Preßtemperatur über.100° C liegen· Es vurde gefunden, daß ein Pressen bei Temperaturen unter 100° C keine Steigerung der Bruchfestigkeitslänge bevirkt· Bei 100° C jedoch nimmt die Bruchfestigkeitslänge plötzlich zu und sie vergrößert sich veiter mit ansteigenden Temperaturen· Angesichts dessen, daß sich Zellulosefasern bei Temperaturen von etva 260° C verfärben können, ist es normalerweise nicht angebracht, mit derart hohen Temperaturen zu arbeiten· Eine besonders bevorzugte Preßtemperatur für normale Zellulosefasern liegt bei

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ungefähr 250° C, vorausgesetzt, daß die Preßgeschwindigkeit dieser Temperatur entsprechend angepaßt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand vnn Beispielen und der Zeichnung näher erläutert:

A.Pressen von Faserschichten·

Ua die Auswirkung der Preßtemperatür, der Preflgeschwindigkeit, des Preßdruckes und des Feuchtigkeitsgehaltes des Erzeugnisses auf die Bruchfestigkeitslänge zu veranschaulichen, wurden die nachstehend genannten Versuche ausgeführt. Die Bruchfestig-) keitslänge errechnet sich aus der Gleichung

^{B c} * ¹°³

Darin ist

B » Bruchfestigkeitslange in Metern P * Summe der Bruchbelastungen in kg

η « Anzahl der Versuche

g « Gewicht der Schicht in Gramm pro Quadratmeter b » Breite der Probe in cm·

Bei den Versuchen wurde ein Preßwalzensatz angewendet, der aus einer Stahlwalze und einer nachgiebigen Gummiwalze be» ι stand» Die Stahlwalze hatte einen Durchmesser von 240 mm und eine Länge von 400 mm« Sie war mittels elektrischer Heizelemente beheizt, die eine Leistung von 16 rilowatt hatten und mit denen die Stahlwalze regelbar auf gewünschte Temperaturen bis zu 350° C gebracht werden konnte. Die Gummiwalze hatte einen Durchmesser von 100 mm und eine Shore-Härte von 75· Das angewendete Preßmuster entsprach dem von Samt mit einem Ab-

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stand zwischen den gepreßten Flächen von 1,4 mm und einer Breite der gepreßten Flächen von 0,3 mm. Alle Versuche wurden mit Proben ausgeführt, die eine Länge von 18 cm und eine Breite von 2,5 cm hatten· Im Falle der Befeuchtung waren die Proben mittels eines Druckluftzerstäubers behandelt worden. Mit den erhaltenen Meßwerten wurden lurven angefertigt, die die Beziehung zwischen der Bruchfestigkeitslänge und den variablen Faktoren zeigen.

Fig· 1 zeigt die Abhängigkeit der Bruchfestigkeitslänge von der Temperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt der Faserschicht, wobei die Preßgeschwindigkeit, der Preßdruck und das Gewicht ' der Schicht konstant sind. Die angewendete Preßgeschwindigkeit betrug 75 Meter pro Minute, der Preßdruck 17 kg pro cm und das Gewicht der Schicht 70 Gramm pro Quadratmeter· Bei der Kurve a beträgt der Feuchtigkeitsgehalt 11,6 %, bei der Kurve b 8,6 %₉ bei der Kurve c 6,6 % und bei der Kurve d 0 %, Aus Fig. 1 ergibt sich, daß bei Anwendung von Temperaturen bis 100° C die Zunahm« der Bruchfestigkeitslänge unbeachtlich ist, gleichgültig wie hoch der Feuchtigkeitsgehalt der

> Schicht ist« Bei Anwendung eines Feuchtigkeitsgehaltes von 6,6 % steigt die Bruchfestigkeitslänge bei 100° C plötslich an, und bis su Temperaturen von etwa 260° C wird eine weitere Zunahme ersielt· Die die Bruchfestigkeitslänge einer Schicht mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 6,6 % zeigende Kurve veran-

> schaulicht, daß die Kurve bei einer Temperatur von etwa 160° C abflacht. Dies beruht darauf, daß der grüßte Teil des Wassers bei Temperaturen zwischen 100° und 150° C verdampft ist und daß die bei Temperaturen von etwa 160° C vorhandene

. Vassermenge so gering ist, daß keine weitere Verformung der

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Fasern stattfindet·

Fig. 2 zeigt die Bruchfestigkeitslange als Funktion der Preßgeschwindigkeit und des Feuchtigkeitsgehaltes, wobei die Preßtemperatür und der Preßdruck konstant sind. Bei der Kurve s beträgt der Feuchtigkeitsgehalt 11,6 %₉ bei der Kurve t 8,6 %, bei der Kurve u 6,6 % und bei der Kurve χ O %, Fig. 2 veranschaulicht, daß bei niedrigen Preßgeschwindigkeiten eine_; maximale Bruchfestigkeitslänge erreicht wird, wenn man Faserprodukte preßt, die einen verhältnismäßig hohen Feuchtigkeitsgehalt haben·

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Bruchfestigkeitslänge von dem Preßdruck und der Preßtemperatur, wobei der Feuchtigkeits*> gehalt konstant ist· Bei der Kurve η beträgt die Preßtemperatur 250° C, bei der Kurve ο 200° C₉ bei der Kurve ρ 150° C, bei der Kurve q 120° C und bei der Kurve r 15° C. Fig· 3 veranschaulicht, daß sich die Festigkeit nicht wesentlich erhöht, wenn höhere Valxendrticke als 17 kg pro ca angewendet werden.

Fif· 4 seigt die Bruchfestigkeitslänge als Funktion des

Feuchtigkeitsgehaltes und der Preßtemperatür. Bei der Kurve y1 beträgt die Preßtemperatur 250° C₉ bei der Kurve y2 200° C₉ bei der Kurve y3 150° C₉ bei der Carve y4 120° C and bei der Kurve y5 15° C. Diese Figur veranschaulicht, daß sich ungeachtet der Preßtemperatur die Brackfestigkeitslänge bei einem Feuchtigkeitsgehalt bis *u etwa 6 % nicht nennenswert erhöht. Bei einem gesamten Feuchtigkeitsgehalt »wischen 6 und 10 % nimmt jedoch die Bruchfestigkeitslänge bei Anwendung von Preßtemperaturen svtehen 120° und 250° C bedeutend

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zu. Oberhalb einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12 ^ ist die Zunahme der Festigkeit nicht mehr bedeutend, man würde hingegen ein steifes Erzeugnis erhalten und verhältnismäßig hohe Energiemengen benötigen, um das Produkt zu trocknen. Vie bereits erwähnt, beruht die Zunahme der Festigkeit bei heißem Pressen feuchter Faserschichten darauf, daß eine bleibende Verformung eintritt. Venn eine Faserschicht mittels kalter Valzen gepreßt wird, werden die Fasern lediglich zusammengedrückt, und aufgrund ihrer Flexibilität nehmen sie nach dem Pressen ihre ursprüngliche Form wieder an·

B. Formgebung von gepreßten Faserschichten.

Aufgrund der bleibenden Verformung, die hauptsächlich an den Berührungspunkten zwischen den Fasern stattfindet und die Berührungsflächen vergrößert, wird in diesen Flächen ein wichtiger Kapillareffekt erhalten. Dies beruht zum Teil darauf, daß die Luft, die sich zwischen benachbarten Fasern befindet nd das Eindringen von Bindemittel verhindert, herausgedrückt ist.

Die Festigkeit von gepreßten und geformten Faserschichten ist in Fig. 5 dargestellt, die die Bruchfestigkeitslänge als Funktion des BindemittelZusatzes in Prozent des Gewichtes des Schichtmaterials zeigt. Bei den ausgeführten Versuchen betrug der Feuchtigkeitsgehalt vor dem Fressen 10,7 %» und es wurde ein Preßdruck von 17 kg pro cm angewendet, um ein Schichtmaterial, das ohne Bindemittel ein Gewicht von 70 Gramm pro Quadratmeter hatte, bei einer Preßgeschwindigkeit von 75 Metern pro Minute zu pressen« Das verwendete Bindemittel war

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ein Acryl-Latex «it einer Konzentration an festen Bestandteilen von 25 %· Das Bindemittel wurde mittels Druckluftzerstäuber aufgetragen«

Die Kurve 1 in Figur 5 zeigt die Ergebnisse, die mit einem bei einer Temperatur von 250° C gepreßten Faserschichtraaterial erhalten wurden, und die Kurve 2 zeigt die Versuchsergebnisse, die unter gleichen Bedingungen mit einem bei einer Temperatur! von 15° C gepreßten Faserprodukt erhalten wurden. Fig. 5 veranschaulicht, daß bei der Kurve 1 mit zunehmendem Bindemittelgehalt bis zu etwa 30 % die Bruchfestigkeitslänge ansteigt. \ Danach sinkt die Bruchfestigkeitslange ab. Während die Reißfestigkeit mit zunehmendem Bindemittelgehalt ansteigt, nimmt die Bruchfestigkeitslänge ab, weil das Gewicht d#s Schicht- ■ materials in vergleichsweise stärkerem Ausmaß ansteigt als die Reißfestigkeit. Bei einem FaserSchichtmaterial, das mit- : tels kalter Walzen gepreßt ist, nimmt die Bruchfestigkeitslänge mit ansteigendem Bindemittelgehalt bis zu etwa 50 % zu (Kurve 2), wonach die Bruchfestigkeitslänge abzusinken be- [ ginnt. Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt deutlich, daß

) die größte Briachfestigkeitslänge des heiß gepreßten Erzeugnisses beträchtlich höher ist als die des kalt gepreßten Erzeugnisses und daß die größte Bruchfestigkeitslänge des heiß gepreßten Erzeugnisses mit einem Bindemittelgehalt erreicht ] wird, der bedeutend geringer ist als der Bindemittelgehalt des kalt gepreßten Erzeugnisses.

Bemerkenswert ist noch, daß das heiß gepreßte, noch kein Bindemittel enthaltene Erzeugnis eine beträchtlich größere Bruchfestigkeit slänge hat als das kalt gepreßte Erzeugnis.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

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.y Verfahren zur Herstellu!: 3 von ?fcSer3^h3ekt«j?tfMrialⁱ">*n_f bei de» ein Gisstrua, der in der Schwebe gehaltene organische Naturfasern enthält, durch eine gasdurchlässige Formgebungsflache geleitet wird mv Bildung ein«r /asex-scÄicht auf dieser Fläche und die Faserschicht jeprsät und geformt vi?-3_t dadurch gekenn·· zeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Faserschicht <£a£ einen Betrag von wenigstens 6 Gewichtsprozent eingestellt wird und die Faserschicht vor der Formgebung bei einer Temperatur \ über 100° C gepreßt wird,

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Faserschicht auf einen Betrag zwischen 6 und 15 Gewichtsprozent eingestellt wird,

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht bei einer Temperatur von etwa 250° C -m€ mittels Walzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von er*a 73 Meter pro Minute gepreßt wird·

4· Verfahren nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet, daß die Faserschicht mit einem Druck von etwa 17 kg pro cm gepreßt wird.

5* FaserSchichtmaterial_t dadurch gekennzeichnet« daß es mittels des Verfahrens nach «inem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.

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