DE69021147T2

DE69021147T2 - Verfahren zur Hydroverwirrung von nichtgewebten faserigen Flächen.

Info

Publication number: DE69021147T2
Application number: DE69021147T
Authority: DE
Inventors: Carl E Richard; Helen Viazmensky; James E Williamson
Original assignee: Dexter Corp
Current assignee: Dexter Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-06-02
Also published as: US5009747A; JPH0345796A; EP0411752B1; PT94539A; NO902521L; FI97629B; CA1307104C; EP0411752A1; FI97629C; NO902521D0; ATE125582T1; JP2817006B2; FI902813A0; DE69021147D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein neue Non-Woven-Textilmaterialien und Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie betrifft insbesondere ein neues und verbessertes, mit Wasserstrahlen verfilztes Non-Woven-Material, das über ein Papierherstellungsverfahren als ein im wesentlichen homogenes, Holzzellstoff-enthaltendes Substrat gebildet wird.

Hintergrund

Lose Gebilde aus Stapelfasern, üblicherweise als "Batts" bezeichnet, müssen auf irgendeine Weise bondiert bzw. gebunden oder gesichert werden, um aus ihnen brauchbare, einfach handzuhabende und abdichtfähigen Non-Woven-Produkte zu machen. Dieses Erfordernis hat zur Entwicklung von nicht nur verschiedensten Verfilzungsverfahren, die als mechanische Verfilzung bezeichnet werden, geführt, sondern auch zu sehr vielen Typen chemischer Bindemittel, wobei entweder Lösungsmittel oder synthetische Polymerdispersionen verwendet werden. Zusätzlich werden einige Verfahren angewendet, bei welchen die Energie von Wasserstrahlen mit hohem Druck eingesetzt werden, um das fäserige Substrat zu verfilzen. Die letzteren Verfahren werden als Hydroverfilzung oder als Wasserstrahlverfilzung bezeichnet.
Mechanische Verfilzungsverfahren binden oder sichern die Fasern im Substrat, in dem sie die Batts mit einer großen Anzahl von Nadeln mit Widerhacken verbinden, und zwar in einer Vorrichtung, die als Nadelwebstuhl bezeichnet wird. Dieser Vorgang stößt Fasern von der Oberfläche des Materials in das Innere des Batts. Während die Stärkeeigenschaften durch dieses Verfilzen der Fasern innerhalb des Batts verbessert werden, ist das Verfahren langsam, schädigen die Nadeln die Fasern und werden selbst rasch abgenützt, und ist das Verfahren inhärent lediglich für die Verfilzung sehwergewichtiger Substrate geeignet.
Die Verwendung chemischer Bindemittel verbessert auch das Zusammenhalten und die Stärke, weist jedoch ihre eigene Liste von Nachteilen auf. Das Substrat muß getrocknet werden, in die Latexbindungslösung eingetaucht werden, erneut getrocknet werden und erhitzt werden, um das Polymer zu vernetzen, wobei auf diese Weise der Energiebedarf zur Herstellung eines Endgegenstandes drastisch erhöht wird. Dazu kommt noch, daß die Polymerlatexe das Endprodukt versteifen, was zur Anwendung teurer Nachbehandlungen führt, um die gebundene Bahn weich zu machen.
Um diese Probleme zu vermeiden, sind Non-Woven-Verfahren entwickelt worden, welche die Energie von in hohem Ausmaß kohärenten Wasserstrahlen, die einen hohen Druck und einen kleinen Durchmesser aufweisen, anwenden, um die Verfilzungswirkung des älteren Nadelwebstuhls nachzumachen. Ursprünglich beinhaltete das Wasserstrahl-Behandlungsverfahren die Verwendung vorgeformter, trocken gelegter, faseriger Bahnmaterialien, die auf einer Oberfläche mit Löchern getragen wurden, so daß die Wasserströme, die auf das Bahnmaterial gerichtet sind, die Fasern bewegen oder trennen und ein Muster mit schwankenden Dichten und sogar Öffnungen darin verursachen. In den meisten Fällen bot die erhaltene Bahn einfach ein Umordnen der Fasern im vorgeformten Blattmaterial, wobei die umgeordneten Fasern nur eine sehr geringe, falls überhaupt vorhandene, tatsächliche Faserverfilzung aufwiesen. Die Umordnung kam von der Verwendung von Wasser mit einem Druck, der ausreichend ist, die Fasern seitlich zu bewegen, aber ungenügend ist, um sie wirksam zu vernetzen. Typische Beispiele dieses Typus von Blattmaterial können im U.S.Patent 2,862,251 für Kalwaites gefunden werden. Diese Bahnmaterialien mit umgeordneten Fasern und Öffnungen erforderten häufig signifikante Mengen Bindemittel, um eine Stärke zu verleihen, die ausreichend ist, um eine weitere Handhabung der Blattmaterialien zu gestatten.
- Es wurde auch gefunden, daß Wasserstrahlen unter hohem Druck als eine verfilzende Kraft angewendet werden können, welche auf vorgeformten Non-Woven-Bahnmaterialien angewendet wird, welche Materialien durch Kardieren oder Luftlegen hergestellt wurden. Die Wasserstrahlen verfilzen die Fasern, so daß das Material durch Reibungskräfte zwischen den Fasern in einer Weise ähnlich jener zusammengehalten wird, in welcher Stapelfasern zu einem Verbundgarn für die Herstellung herkömmlicher Textilien gesponnen werden. Das U.S.Patent 3,214,819 für Guerin beschreibt ein Verfahren, in welchem Wasserstrahlen angewendet werden, um eine Verfilzungswirkung ähnlich jener vorzusehen, die mit den Nadeln mit Widerhacken eines mechanischen Nadelwebstuhls vorgesehen wird. Diese Technik wird jedoch vielleicht am besten im U.S.Patent 3,485,706 für Evans beispielhaft dargestellt. Die Technologie entwickelte sich weiter und stellte ein verfilztes Non-Woven-Material ohne Öffnungen zur Verfügung, indem Flüssigkeitsstrahlen mit hohem Druck und ein relativ glattes Trägerelement verwendet werden, wie von Bunting et al. im U.S.Patent 3,493,462, U.S.Patent 3,508,308 und im U.S.Patent 3,620,903 beschrieben wird.
Die erhaltenen verfilzten Materialien wiesen vorteilhafterweise eine verbesserte physikalische Stärke und Weichheit relativ zu anderen, mechanisch verfilzten Materialien oder solchen Geweben auf, welche mit chemischen Bindemitteln gebunden wurden. Die Bindemittel-freien Gewebe werden vom polymeren Material nicht versteift, und die Wasserstrahlen schädigen die Fasern nicht, wenn sie sie verfilzen, und das Produkt kann als Teil seines Herstellungsverfahrens gemustert werden. Aus diesen und anderen Gründen hat das Hydroverfilzungsverfahren frühere Verfahren aus Bedürfnissen der Endanwendungen ersetzt. Es gibt jedoch sogar bei diesem Verfahren inhärente Nachteile. Die Energie, die zur Herstellung eines starken, Bindemittel-freien Produktes erforderlich ist, ist sehr groß, und die Geräte, die benötigt werden, um Wasserstrahlen mit sehr hohem Druck zur Verfügung zu stellen, sind sehr teuer. Eine in hohem Ausmaß gleichförmige Ausgangsbahn oder Batt wird benötigt oder das Hochdruckwasser erzeugt Löcher und andere Unregelmäßigkeiten im Produkt. Die Breite des Produktes war durch die Breite der Geräte limitiert, die zur Herstellung eines gleichförmigen Ausgangsmaterials erhältlich waren. Wirtschaftlichere Verfahren mit Fluidverfilzung, welche bei etwas geringeren Wasserdrucken arbeiten, sind auch von Suzuki et al. in den U.S.Patenten 4,665,597, 4,805,275, und von Brooks et al. im U.S.Patent 4,623,575 geoffenbart worden.
Bei praktisch allen diesen Techniken des Standes der Technik wurde ein Vorläufer oder ein vorgeförmtes Bahnmaterial gebildet, und zwar in der Regel durch Luftlegen oder Kardieren, und wurde anschließend mit dem Wasserstrahlverfahren verfilzt. Obwohl die meisten Vorläuferbahnen mit einem Luftlegesystem oder durch Kardieren gebildet wurden, wurden auch einige vorgeförmte, naß-gelegte Bahnmaterialien oder Papiere erwähnt. Die luftgelegten Gewebe wurden jedoch bevorzugt, da geglaubt wurde, da sie zum Vorsehen erwünschter isotroper Eigenschaften, das heißt gleiche physikalische Eigenschaften sowohl in der Maschinenrichtung als auch in der Maschinen-Querrichtung, am besten sind. Wo Kardierungstechniken angewendet wurden, wurde eine vorgeformte Bahn typischerweise unter Verwendung einer Querlegetechnik hergestellt, um die richtige Faserorientierung vorzusehen.
Wenn es gewünscht ist, Holzzellstoff-Fasern in das fertige Blattmaterial autzunehmen, wurden Techniken, wie z.B. jene, die im U.S.Patent 4,442,161 für Kirayoglu und im kanadischen Patent 841,938 für Shambelan geoffenbart sind, angewendet. Wie im U.S.Patent beschrieben, wird ein sehr leichtes, vorgeformtes Gewebepapier auf einer vorgeformten Textilfaserbahn aufgelegt, und werden Wasserstrahlen mit hohem Druck gegen das Gewebepapier gerichtet, um die beiden in einem Verfahren, daß an ein Nadelverfilzen erinnert, zu verbinden, indem die Struktur des Gewebes zerstört und die Holzzellstoff-Fasern in die Textilfaserbahn gezwungen werden, um die erwünschte, integrierte Verbundstruktur vorzusehen, welche verbesserte Flüssigkeitsbarriereneigenschaften aufweist. Es wurden jedoch keine Ansprüche auf irgendeine Steigerung der Bahnfestigkeit als Ergebnis des Einschlusses der Holzzellstoff-Fasern in die Verbundstruktur gemacht. Das kanadische Patent lehrt eine Verfilzung von papierbildenden Fasern, welche bis zu 25% textile Stapelfasern enthalten, wobei die Verfilzung vor dem Trocknen des naß-gelegten Blattes und ohne die Verwendung von Klebstoffen stattfindet. Das Patent betont eine hydroverfilzende Laminierung von Mehrfachschichten.

Kurzfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde nun gefunden, daß die Verfilzungstechnik mit Wasserstrahlen an naß-gelegte, faserige Materialien angepaßt werden kann, um nicht nur ein neues und verbessertes Verfahren zu geringeren Kosten, sondern auch sehr leicht verfilzte, naß-gelegte, faserige Bahnen mit einer in größerem Ausmaß isotropen Verteilung verschiedener Fasertypen und verbesserten, durch Verfilzung induzierten Stärkeeigenschaften zur Verfügung stellen zu können, welche Eigenschaften von Synergismus zwischen der sehr leicht vernetzten, naß-gelegten Bahn und einem geringen Zusatz von chemischem Bindemittel abgeleitet werden. Dies kann durch Wasserstrahlverfilzung mit sehr geringer Energie, im folgenden als "ULE" bezeichnet, erzielt werden, und zwar am nassen Ende einer Papiermaschine, während die faserige Bahn in hohem Ausmaß fluid ist, und vor der Trocknung. Unter Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, ULE in eine naß-gelegte Non-Woven-Bahn einzubringen und dadurch eine im wesentlichen homogene Integration herkömmlicher papierbildender Fasern und langer synthetischer Fasern bei ökonomischen Produktionsraten und relativ geringen eigebrachten Verfilzungsenergien zu erzielen.
Die Erfindung stellt ferner ein neues und wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen starker, obwohl weicher, Non-Wovens zur Verfügung, welche kleine Mengen Bindemittel aufweisen und Holzzellstoff enthalten, der im gesamten Produkt gleichförmig verteilt ist. Vorteilhafterweise weisen diese Non-Woven-Produkte verbesserte Stärke- und Weichheitseigenschaften auf, und zwar unter Anwendung von ULE In-line, während das faserige Material noch naß ist.
Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden teilweise offensichtlich sein und teilweise im folgenden herausgestrichen werden.
Diese und andere damit im Zusammenhang stehenden Vorteile werden erzielt, indem ein verdünnter, homogener Fasereintrag, welcher ein eingestelltes Gemisch aus papierbildenen Fasern und langen synthetischen Fasern enthält, gebildet wird, und die Fasern von diesem Eintrag auf einem Papierbildenden Sieb oder Netz am nassen Ende einer Papiermaschine abgeschieden werden, wobei ein fluidisiertes und im wesentlichen homogenes, faseriges Basisbahnmaterial mit einem Fluidgehalt von etwa 75 Gew.-% oder mehr vorgesehen wird, und indem die Basisbahn in ihrem fluidisierten Zustand einer Serie von verfilzenden Wasserstrahlen ausgesetzt wird, um die Fasern in der Basisbahn leicht zu verfilzen, ohne aus der Bahn eine wesentliche Menge der kurzen, papierbildenden Fasern wegzutreiben, Trocknen der verfilzten Bahn und Behandeln der getrockneten Bahn mit einem geringen Bindemittelpegel. Das erhaltene Blattmaterial besitzt eine ausgezeichnete Einheitlichkeit in der Faserverteilung und verbesserte Stärkeeigenschaften gegenüber jenen Materialien, die typischerweise mit Wasserstrahl- Verfilzungsverfahren erhalten werden, welche 300-2.000% der eingetragenen Verfilzungsenergie, welche in diesem Verfahren angewendet wird, erfordern.
Ein besseres Verstehen der Merkmale und Vorteile der Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen erhalten werden. Die Beschreibung bezieht sich auf veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung und zeigt den Weg an, auf welchem die Prinzipien der Erfindung angewendet werden. Die beigefügte Zeichnung hilft zum Verstehen des Verfahrens, einschließlich der Verfahrensschritte, die angewendet werden, und dem Verhältnis eines oder mehrerer solcher Schritte hinsichtlich jedes der anderen, und des erhaltenen Produktes, welches die erwünschten Merkmale, Charakteristiken, Zusammensetzungen, Eigenschaften und Elementbeziehungen besitzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 ist eine schematischer Seitenrißansicht einer Form einer Papiermaschine, welche die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist.
Figur 2 ist ein Graph, welcher Stärkeeigenschaften als eine Funktion der Faserzusammensetzungen für die Bahn der vorliegenden Erfindung zeigt.
Figur 3 ist ein Graph, der die Stärkeeigenschaften eines bevorzugten Faserverbundmaterials bei verschiedenen Verfilzungspegeln zeigt.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Beim Ausführen der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein faseriges Basispapier in der Form eines kontinuierlichen Bahnmaterials gemäß bekannten und herkömmlichen Langfaser-Papier-Herstellungstechniken produziert. Die faserige Non-Woven-Basisbahn, die zur Herstellung der Materialien der vorliegenden Erfindung verwendet wird, welche die verbesserten Eigenschaften, Charakteristiken und Verwendungen, wie sie hier angegeben sind, besitzen, wird durch ein nasses Papierherstellungsverfahren hergestellt, welches die allgemeinen Schritte einer Bildung einer fluiden Dispersion der erforderlichen Fasern und ein Abscheiden der homogen dispergierten Fasern auf einem Fasersammlungssieb bzw. -netz in der Form eines kontinuierlichen, fluidisierten, blattähnlichen, faserigen Bahnmaterials aufweist. Die Faserdispersion kann auf herkömmliche Weise unter Verwendung von Wasser als dem Dispergiermittel oder durch Anwenden eines geeigneten Fluid-dispergierenden Mediums gebildet werden. Vorzugsweise werden wäßrige Dispersionen gemäß bekannten Papierherstellungstechniken eingesetzt, und demgemäß wird die Faserdispersion als eine verdünnte wäßrige Suspension oder Eintrag aus papierbildenden Fasern gebildet. Da gefunden wurde, daß das Verhältnis von synthetischer Faser zu Holzzellstoff oder anderen kurzen Fasern im faserigen Gemisch für die Eigenschaften der fertigen Bahn wichtig ist, wird das Gemisch durch entweder ein halbkontinuierliches Chargenmischen oder durch eine getrennte Herstellung und Lagerung jedes Bestandteils mit anschließendem Abmessen jedes Bestandteils in den Stoffauflautkasten gesteuert, so daß die Anteile jeder Faser im fertigen Eintrag sorgfältig kontrolliert werden. Der Fasereintrag wird auf das bahnbildende Sieb oder Netz, wie z.B. ein Fourdrinier-Sieb einer Papiermaschine, übertragen, und die Fasern werden auf das Sieb abgeschieden, um eine fäserige Basisbahn oder Blatt zu bilden, welches anschließend auf herkömmliche Weise getrocknet werden kann. Das Basisblatt oder die Basisbahn, die so gebildet wurde, kann vor, während oder nach der vollständigen Trocknung mit der erwünschten Latexlösung behandelt werden, wird jedoch in der bevorzugten Ausführungsförm nach dem Trocknen behandelt.
Obwohl praktisch alle kommerziellen Papiermaschinen, einschließlich Rotationsmaschinen, verwendet werden können, ist es dort, wo sehr verdünnte Fasereinträge und lange synthetische Fasern eingesetzt werden, zweckmäßig, ein geneigtes, Faser-sammelndes Sieb zu verwenden, wie z.B. jenes, welches im U.S.Patent 2,045,095, ausgegeben für Fay H. Osborne am 23. Juni 1936, beschrieben ist. Der Fasereintrag, der vom Stoffauflautkasten fließt, wird auf dem Sieb als ein statistisches, dreidimensionales faseriges Netzwerk oder Konfiguration mit leichter Orientierung in der Maschinenrichtung zurückgehalten, wahrend das wäßrige Dispergiermittel durch das Sieb schnell durchfließt und rasch und wirksam entfernt wird. Typischerweise wird der Fasereintrag, der bei der Papierherstellung verwendet wird, so eingestellt, daß besondere Eigenschaften im erhaltenen Endprodukt erzielt werden.
Da die Verwendung des Materials, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, breite und verschiedenste Anwendungen haben kann, wird anerkannt werden, daß zahlreiche verschiedene Fasereinträge gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Typischerweise wird ein Teil des Fasereintrags aus herkömmlichen, papierbildenden Holzzellstoff-Fasern sein, die nach dem gut bekannten Kraft-Verfahren hergestellt werden. Diese natürlichen Fasern sind von herkömmlicher, papierbildender Lange und besitzen den Vorteil, daß sie die Komponente zurückhalten, welche zur Stärke der faserigen Non-Woven-Struktur signifikant beiträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Menge an Holzzellstoff, die im Eintrag verwendet wird, beträchtlich in Abhängigkeit von den anderen Komponenten des Systems schwanken. Die angewendete Menge sollte jedoch ausreichend sein, daß sie zur Integrität und zur Stärke der Bahn, insbesondere nach der Verfilzungsbehandlung und der Zugabe des Bindemittels, welches gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beiträgt.
Zusätzlich ist bevorzugt, daß, um eine verbesserte Stärke vorzusehen, der einzelne Fasereintrag ein Gemisch oder ein Gemenge von Fasern verschiedenster Typen und Längen ist. In diesem Gemenge sind lange synthetische Fasern enthalten, die zur Fähigkeit der faserigen Bahn beitragen, die Verfilzung durchzumachen und den Transport der fluidisierten Bahn am nassen Ende der Papiermaschine zu unterstützen. Die synthetische Faserkomponente der naß-gelegten Bahn kann aus Kunstseide, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Nylon oder jedem anderen verwandten faserbildenden, synthetischen Material bestehen.
Ferner sollte die Geometrie der synthetischen Faser aus einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis oder Aspekt-Verhältnis von 500-3.000 sein. Faserstärke und -länge kann von 0,5 bis 15 Denier (0,6- 16,7 dtex) bzw. von 0,5 bis 1,5 Zoll (1,27-3,81 cm) reichen. Bevorzugt ist eine Stärke und eine Länge von 1,0-2,0 Denier (1,1-2,2 dtex) bzw. 0,5-1,0 Zoll (1,27-2,54 cm), was ein bevorzugtes L/D-Verhältnis von 1.000-1.500 ergibt. Es wird anerkannt werden, daß längere Fasern, wo dies erwünscht ist, verwendet werden können, solange sie in der wäßrigen Ausschlämmung der anderen Fasern bei geringen Konsistenzen leicht dispergiert werden können. Es scheint jedoch, daß ein signifikantes Erhöhen der Länge der Fasern über die hier angegebenen Längen hinaus nur einen geringen zusätzlichen Nutzen bietet. Wo die Längen kleiner als etwa 12-15 mm sind, ist es natürlich schwierig sie zu verfilzen, und werden geringere Stärkecharakteristiken erzielt.
Zusätzlich zu den herkömmlichen, papierbildenden Fasern, wie z.B. gebleichter Kraft, kann der Eintrag der vorliegenden Erfindung andere natürliche Fasern enthalten, welche geeignete und wünschenswerte Charakteristiken in Abhängigkeit von der erwünschten Endverwendung des faserigen Bahnmaterials vorsehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können daher lange Pflanzenfasern verwendet werden, insbesondere solche extrem langen, natürlichen, nicht-aufgeschlagenen Fasern, wie Sisal, Hanf, Flachs, Jute und Indischer Hanf. Diese sehr langen natürlichen Fasern ergänzen die Stärkecharakteristiken, die vom gebleichten Kraft vorgesehen werden, und sehen gleichzeitig ein beschränktes Ausmaß an Bulk und Absorptionsfähigkeit, gekoppeln mit natürlicher Stärke und Berstfestigkeit, vor. Dementsprechend können lange Pflanzenfasern gänzlich gestrichen oder in schwankenen Mengen verwendet werden, um den richtigen Ausgleich an erwünschten Eigenschaften im Endprodukt zu erzielen.
Obwohl die Menge an synthetischer Faser, die im Eintrag verwendet wird, in Abhängigkeit von den anderen Komponenten schwanken kann, ist es in der Regel bevorzugt, daß die Gewichtsprozent der synthetischen Faser größer als 30% sind, und vorzugsweise in den Bereich von 40%-90% fallen. Optimale Stärkecharakteristiken, einschließlich verbesserte Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Stärke, werden zusammen mit einem weicheren und geschmeidigeren Griff erzielt, wenn der Holzgehalt des Fasereintrags zwischen 20% und 60% und vorzugsweise etwa 30-40% ist. Wie in der Figur 2 angegeben ist, werden die maximalen Stärkecharakteristiken erzielt, wenn der Gehalt an synthetischer Faser in den Bereich von etwa 50-80% des Eintragsgewichtes fällt.
Bei Verwendung einer herkömmlichen Papierherstellungstechnik werden die Fasern in einer Faserkonzentration im Bereich von 0,5 bis 1,5 Gew.-% dispergiert, in gerührten Tanks gehalten, um einen kontinuierlichen Fluß zum Stoffauflaufkasten vorzusehen, und werden vorzugsweise auf eine Faserkonzentration von 0,005% bis 0,15 Gew.-% verdünnt. Es wird anerkannt werden, daß Papierherstellungshilfsmittel, wie z. B. Dispergiermittel, Bildungshilfen, Füllstoffe und Additive für Naßfestigkeit in die Faseraufschlämmung vor einer Bahnbildung eingebracht werden können, um die Bahnbildung, das Handhaben und die endgültigen Eigenschaften zu unterstützen. Diese Materialien können bis zu etwa 1% der Gesamtfeststoffe innerhalb des Fasereintrags ausmachen und erleichtern eine einheitliche Faserabscheidung, während die Bahn mit genügend Zusammenhalt vorgesehen wird, so daß sie die nachfolgenden Behandlungen durchmachen kann. Dies sind z.B. natürliche Materialien, wie z.B. Guar- Gummi, Karaya-Gummi und dergleichen, sowie synthetische Polymeradditive.
Wie oben beschrieben, wird ein verdünnter wäßriger Fasereintrag dem Stoffauflaufkasten der Papiermaschine und dann dem Fasersammlungssieb zugeführt, wo die Fasern homogen und einheitlich abgeschieden werden, um eine kontinuierliche Basisbahn oder ein kontinuierliches Basisblatt mit einem Wassergehalt von über etwa 75 Gew.-% zu bilden. Der hohe Wassergehalt sieht ein fluides Medium vor, in welchen die Fasern eine relativ hohe Beweglichkeit besitzen, obgleich ein ausreichender Zusammenhalt beibehalten wird, um als ein einheitliches, hydratisiertes Wasserpapier zu wirken.
Während diese Basisbahn mit hohem Wassergehalt noch auf dem fasersammelden Sieb ist, und zwar vor jeglichem Trocknen davon, und zwar etwas anderes als herkömmliches Absaugen, um überschüssiges Fluid zu entfernen, wird die Basisbahn einer Behandlung mit Wasserstrahlen unterworfen, um die Fasern leicht zu verfilzen. Dies wird erzielt, indem die faserige Basisbahn unter eine Serie von Fluidströmen oder -strahlen transportiert wird, welche direkt auf das Basisbahnmaterial mit ausreichender Kraft auftreffen, um eine Verfilzung der Fasern darin zu verursachen. Es wird anerkannt werden, daß die Fasern innerhalb der Basisbahn aufgrund des hohen Wassergehaltes noch immer in einem quasifluiden Zustand sind und auf einfache Weise mit den Wasserstrahlen, die bei geringen oder moteraten Energiepegeln betrieben werden, manipuliert und verfilzt werden konnen. Vorzugsweise wird eine Serie oder eine Bank von Strahlen angewendet, wobei die Öffnungen und die Abstände zwischen den Öffnunggen im wesentlichen so sind, wie im oben erwähnten U.S.Patent mit der Nummer 4,665,597 für Suzuki angegeben ist. Die Strahlen werden unter einem Druck von etwa 20-70 Kilogramm pro Quadratzentimeter betrieben, es können jedoch geringere Drucke angewendet werden, wo Materialien mit geringerem Gewicht verfilzt werden oder die zu verfilzende Bahn sehr langsam durch die Behandlungszone bewegt wird. Vakuumkästen werden unterhalb des Siebes und unterhalb jeder Düsengruppe vorgesehen, um das überschüssige Wasser aus der Verfilzungszone des bahnbildenden Siebes schnell zu entfernen. Nach der Verfilzung wird das verfilzte Bahnmaterial ferner im Vakuum behandelt, vom bildenden Sieb entfernt, getrocknet, mit einem geringen Pegel an polymerem Bindemittel behandelt und erneut getrocknet, wie oben angegeben ist. Das Basisgewicht für das erhaltene Bahnmaterial fällt typischerweise in den Bereich von 15-100 Gramm pro Quadratmeter.
Es wurde gefunden, daß dann, wenn die interaktiven Matrixverbundwirkungen des faserigen Eintrages und Bindemittels mit den Wirkungen von ULE kombiniert werden, ein Synergismus auftritt, der zu einer 3-4fächen Steigerung in der TEA (Zugenergieabsorption, definiert und gemessen mittels dem TAPPI-Verfahren T 494 om-88)) oder Stärke führt. Die zwei Kurven in der Figur 2 zeigen dieses Phänomen graphisch. Die Versetzung nach oben ist einzig der Anwendung von lediglich 0,11 HP-h/lb (0,65 MJ/kg) Gesamtenergieeintrag zuzuschreiben, beschrieben durch die folgende Formel:
E = 0,125 YPG/bS
worin: Y = Zahl der Öffnungen pro Linearzoll Verteilerbreite
P = Druck der Flüssigkeit im Verteiler in psig
G = Volumetrischer Fluß in Kubikfuß pro Minute pro Öffnung
S = Geschwindigkeit der Basisbahn unter den Wasserstrahlen in Fuß pro Minute, und
b = das Basisgewicht des hergestellten Gewebes in Unzen pro Quadratyard.
Die Gesamtmenge an Energie E, die beim Behandeln der Bahn aufgewendet wird, ist die Summe der einzelnen Energiewerte für jeden Durchgang unter jedem Verteiler, falls mehr als einer vorhanden ist. Es ist wichtig anzumerken, daß die Stärkepegel, die im Bereich 50-70% Polyesterbeladung erhalten werden, größer als jene sind, die bei Verwendung von Techniken des Standes der Technik erhalten werden, wie z.B. jene, die z.B. in den U.S. 3,485,705, U.S. 4,442,161 und U.S. 4,623,575 geoffenbart sind, von welchen alle die 3-10fäche der aufgewendeten Energie der vorliegenden Erfindung anwenden.
Bezugnehmend auf die Figur 1 der Zeichnungen ist das nasse Ende einer Papiermaschine schematisch so gezeigt, daß es einen Stoffauflaufkasten 10 zum Liefern eines Fasereintrags 12 auf einheitliche Weise an eine bahnbildende Station 14 aufweist, welche einen geneigten Abschnitt 16 eines Fasersammlungssiebes 18 beherbergt. Der Eintrag, der am Sieb bei der bahnbildenen Station 14 eingreift, scheidet die Faser auf dem Sieb ab, während der Hauptteil des wäßrigen Dispergiermediums durch das Sieb geht und von einem üblichen Weißwasser-Sammelkasten 20 abgezogen wird. Das konsolidierte faserige Blatt oder Basisbahn weist zu diesem Zeitpunkt eine Faserkonsistenz von etwa 8-12 Gew.-% auf. Dieses in hohem Ausmaß hydratisierte aber einheitliche, faserige Wasserblatt wird vom Sieb 18 getragen, wenn es sich in Uhrzeigerrichtung, wie in der Figur 1 gezeigt ist, zu einer Verfilzungszone oder -station 22, die der Bildungsstation 14 unmittelbar benachbart ist, bewegt.
Wie dargestellt, ist das bahnbildende Sieb horizontal, wenn es durch die Verfilzungszone 22 geht, welche in der dargestellten Ausfuhrungsförm eine Bank aus drei Dusenverteilern 24 beherbert. Fachleute der Papierherstellung werden wissen, daß das Sieb nicht horizontal sein braucht, sondern daß vergleichbare Wirkungen erzielt werden, ob die Wasserstrahlen oberhalb eines horizontalen Siebes sind, oder ob ein Sieb da ist, welches sich entweder nach unten oder nach oben neigt. Jeder Düsenverteiler 24 innerhalb der Düsenbank wird mit einem einzelnen Vakuumkasten 26 versehen, der unterhalb des bahnbildenden Siebes 18 angeordnet ist und in direkter Ausrichtung mit seinem jeweiligen Verteiler vorliegt. Jeder Verteiler weist eine Düsenplatte mit 2 versetzten Düsenreihen auf, wobei jede Düse eine Öffnungsgröße besitzt, die in der Regel innerhalb des Bereiches von 0,05 bis 0,2 mm und vorzugsweise etwa 0, 1 mm im Durchmesser ist. Die Öffnungen innerhalb jeder Reihe sind in einem Abstand von etwa 0,2 bis 2 mm und vorzugsweise etwa 1,0 mm beabstandet. Wasser wird durch die Öffnungen als feine Säulen oder Strahlen mit einem Druck von etwa 1.200 psi (8.273 kPa) gepumpt. Die Wasserstrahlen treffen dirckt auf die fluidisierte, faserige Bahn auf, um eine leichte Verfilzung des faserigen Bahnmaterials ohne Beeinträchtigung seiner Homogenität vorzusehen. Wenn das faserige Material unter den Strahlen durchgeht, wird eine leichte Verfilzung erzielt, welche etwa vergleichbar mit jener ist, die gemäß der ersten Stufe erzielt wird, die im U.S.Patent 4,665,597 für Suzuki beschrieben ist, und ist signifikant geringer als jene, die im U.S.Patent 4,623,575 für Brooks erzielt wird. Unter diesen Bedingungen kann die Gesamtenergie, die der Bahn verliehen wird, von etwa 0,01 bis 0,20 HP-h/lb (0,059 bis 1,18 MJ/kg) in Abhängigkeit vom Bahn-Basisgewicht, dem Verteilerdruck und der Maschinengeschwindigkeit reichen. Ausgezeichnete Ergebnisse sind bei einem Gesamtenergieeintrag im Bereich von 0,05 bis 0,12 HP-h/lb (0,3 bis 0,71 MJ/kg) erzielt worden. Der hohe Wassergehalt des Basis-Bahnmaterials neigt dazu, etwas von der Kraft des Wasserstrahls zu absorbieren, während zur gleichen Zeit eine freie Bewegung der Fasern, insbesondere der langen Fasern, zugelassen wird, um die erwünschte verschlungene Verfilzung vorzusehen.
Anders als bei den früher geoffenbarten Verfilzungsverfahren mit Wasserstrahlen muß das im geoffenbarten Verfahren verwendete Sieb eine zweifache Rolle spielen. Es muß als das Bildungsgewebe für den bahnbildenden Teil des Verfahrens spielen, und zwar mit den damit verbundenen Bedenken über eine gute Faserzurückhaltung und leichte Abgabe für die Bahn. Es muß auch als ein Träger für das Verfilzungsverfahren wirken. Die Gestaltung und die Konstruktion des Siebes muß daher einen guten Blatt-Träger, eine Zurückhaltung der Fasern beim ersten Durchgang, eine gute Lebensdauer und ein minimales Durchbluten von Fasern, insbesondere im Fall von Langfasereinträgen, vorsehen. Zur gleichen Zeit muß das Sieb auch einen Träger für die Bahn während der Verfilzungsphase vor einer Entfernung der Bahn für den Transport durch die trocknenden Abschnitte der Vorrichtung vorsehen. Beim Verfilzungsteil des Verfahrens muß das Sieb einen Faserverlust minimieren, während ein Stapeln der langen synthetischen Faserkomponente des Eintrags in die Zwischenräume des Fourdrinier-Gewebes verhindert wird. Es wurde gefunden, daß ein Fourdrinier-Gewebe einer Einzelschichtkonstruktion ein Haupterfordernis beim Verhindern des Stapelns ist. Für nicht-gemusterte Bahnen werden Gewebe mit mehr als 60 Mesh und vorzugsweise im Bereich von 80-100 Mesh verwendet. Fourdrinier-Gewebe mit einer Konstruktion aus 2 und 3 Schichten neigen dazu, eine unakzeptable Menge der synthetischen Faserkomponente des Eintrags während der Verfilzung einzuschließen, so daß dann, wenn die Bahn vom Sieb entfernt wird, eine flaumige Oberfläche aus abstehenden synthetischen Fasern zurückbleibt, was nicht nur ein Siebreinigungsproblem, sondern auch einen Ausbeuteverlust, der beträchtlich sein kann, darstellt.
Die Vakuumkästen 26 unter dem Bildungssieb 18 weisen ein oder mehrere Vakuumschlitze auf. Zusätzlich können ein oder mehrere zusätzliche Vakuumkästen oder Schlußvakuumkästen stromabwärts der Verfilzungszone 22 beabstandet sein um weiteres überschüssiges Wasser vom Basis-Bahnmaterial zu entfernen, bevor dieses Material die Gautschwalze 30 erreicht, wo es vom Bahnbildungssieb für ein anschließendes Trocknen auf Trommeln 32 und eine Behandlung mit einem geeigneten Latexbindemittel entfernt wird.
Das verfilzte, getrocknete, faserige Bahnmaterial gelangt zu einer Station 34 zur Auftragung von Bindemittel, welche herkömmlich gestaltet ist. Zum Beispiel kann das leicht verfilzte Bahnmaterial durch eine Druckbondierungsstation geschickt werden, welche einen Satz von gegensinnig routierenden Walzen anwendet, es wird jedoch vorzugsweise in einer Größenpresse behandelt, um das Bindemittel gleichförmig auf das Blattmaterial aufzutragen. Die Bindemittelaufnahme fällt typischerweise in den Bereich von etwa 3-20%, bezogen auf das Gesamtgewicht des behandelten Materials. Der bevorzugte Bereich des Bindesmittelgehaltes ist 3-15%.
Das spezifische Latexbindemittel, welches im System verwendet wird, wird in Abhängigkeit von den eingesetzten Fasern und den Charakterisitiken, die im Endprodukt gewünscht sind, variieren. Im allgemeinen werden jedoch Acryllatexbindemittel angewendet, da sie helfen, die erwünschte Festigkeit, Stärke und andere wünschenswerte Zugeigenschaften vorzusehen. Diese Bindemittel helfen auch, den weichen und gefälligen Griff, der für das Verfilzungsverfahren charakteristisch ist, beizubehalten. Aus diesen Gründen ist es in der Regel bevorzugt, daß das Bindemittelsystem ein vernetzbares Acrylmaterial ist, wie z.B. jenes, welches von B.F. Goodrich unter dem Handelsnamen "PV Hycar 334" hergestellt wird. Es wird angenommen, daß dieses Material ein Latex mit einer Ethylacrylatbasis ist.
Wie oben erwähnt, zeigen die Eigenschaften des erhaltenen Bahnmaterials nach ULE and Behandlung mit einer kleinen Menge Latexbindemittel signifikante Stärkecharakteristiken. Tatsächlich wurde entdeckt, daß es eine synergistische Wirkung zwischen der leichten Verfilzung des im wesentlichen homogenen, Holzzellstoff-enthaltenden Gewebes und der Latexbehandlung gibt, welche gestattet, daß das Produkt hohe Stärken sogar bei geringen Latexzusätzen erzielt, das sind Zusätze von 10 Gew.- % und weniger. In diesem Zusammenhand wurde gefunden, daß Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine normalisierte mittlere Trockenzug-Energieabsorption, TEA, aufweisen, oder eine Stärke, welche vier- bis sechsmal größer als ein identisches Material ist, welches die Wasserstrahl-Verfilzungsbehandlung nicht erhalten hat, welches jedoch mit einer identischen Menge Bindemittel imprägniert worden war. Figur 3 zeigt eine typische Auftragung der Stärke gegen die Bindemittelmenge bei variierenden Verfilzungspegeln. Es ist aus dieser Figur klar, daß ein signifikanter Nutzen resultiert, wenn geringe Verfilzungspegeln mit der Zugabe von Latexbindemittel zu einer Holzzellstoff/Langpolyestersubstrat-Bahn gekoppelt werden.
Das Basis-Bahnmaterial, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, ist ein Gemenge aus synthetischen und natürlichen Fasern, die auf dem Bahnbildungssieb dispergiert und abgeschieden sind. Anders als bei den früheren, trocken geformten Bahnen, bei denen versucht wurde, in Wasser dispergierbare Fasern darin aufzunehmen, ist die Basisbahn der vorliegenden Erfindung ein im wesentlichen homogenes und isotropes Gemenge aus natürlichen und synthetischen Fasern, welche so gestaltet sind, daß die nutzbringenden Eigenschaften von jeder erzielt werden. Typischerweise führen größere Mengen Holzzellstoff, der dem Fasereintrag zugegeben wird, zu geringeren Kosten, aber auch zu einer geringeren Stärke bei den erhaltenen Produkten, während erhöhte Mengen an synthetisehen Fasern variabel höhere Stärken bei gesteigerten Kosten ergeben. Es ist daher leichter, Fasergemenge vorzusehen, welche maßgeschneidert werden können, um eine geeignete Anpassung zwischen wünschenswerten Stärkeeigenschaften und geringen Kosten zu ergeben, wobei das Naßbildungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Die bevorzugte Faserzusammensetzung, gekoppelt mit einem Bindemittelgehalt, welcher größer als 3% ist, und der praktisch homogene Charakter der Fasern innerhalb des Bahnmaterials helfen, die wünschenswerten und einzigartigen Merkmale des erhaltenen Endprodukts vorzusehen. Das Verfahren, welches diese Mengen an Materialien verwendet, kann signifikante Kosteneinsparungen vorsehen. Ein weiteres Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist die Energieersparnis, die beim Anwenden geringerer Wasserdrucke für die Verfilzung beteiligt sind. Tatsächlich ist es in der Industrie gut bekannt, daß die eingetragene Energie, die in den früheren Verfahren angewendet wurde, in der Nähe von etwa 1,0 HP- h/lb (5,92 MJ/kg) ist. Im U.S.Patent 4,623,575 für Brooks et al. fallen zwei Beispiele ihrer "leichten" Verfilzung in den Bereich eingetragener Energie von 0,48-0,52 HP-h/lb (2,84 bis 3,08 MJ/kg).
Der Stand der Technik wendet daher signifikant höhere Pegel an Verfilzungsenergie an und stellt daher ein teureres zu betreibendes Verfahren zur Verfügung als der Energieverbrauch von 0,01- 0,20 HP-h/lb (0,059 bis 1,18 MJ/kg der vorliegenden Erfindung.
Ein signifikanter Vorteil des geoffenbarten Verfahrens betrifft die isotrope Bahnstruktur, welche ein inhärentes Charakteristikum des Naßlegeverfahrens, aber kein Charakateristikum der trocknenen Verfahren, wie z.B. Kardierung oder Luftlegen, ist. Obgleich die Trockenlegeverfahren in der Regel Bahnen mit CD/MD-Zugverhältnissen im Bereich von 0,10-0,50 produzieren, kann das Naßlegeverfahren sehr leicht Zugverhältnise zwischen 0,10-0,80 produzieren, welche im gesamten Bereich kontrollierbar und reproduzierbar sind. Für Produktanwendungen, wie z.B. medizinische Kleidung und Wegwerf- Kleidung für industrielle Zwecke, ist es äußerst wünschenwert, daß das CD/MD-Verhältnis für optimale Eigenschaften oberhalb 0,5 liegt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß Produkte dieses Verfahrens relativ lintfrei sind, verglichen mit Produkten von Verfilzungsverfahren des Standes der Technik oder den Produkten anderer Non-Woven-Verfahren. Die Volumina an Wasser, die verwendet werden, die Fasern in der Bahn zu verfilzen, sind ausreichend und bei einem genugend hohen Druck, um alle kleinen, locker angebrachten Faserfragmente und Kontaminantien zu entfernen. Die Zugabe von kleinen Mengen Bindemitteln verbessert die Lintfrei-Charakteristiken durch sicheres Befestigen jeglicher zurückbleibender Fragmente in der Bahn. Die erhaltenen Bahnmaterialien dieser Erfindung sind zur Verwendung in Umgebungen geeignet, in welchen niedriger Lint, wie z.B. Verpackungshüllen für die Medizin, Wischtücher, insbesondere Wischtücher für Sauberräume, Tapetenunterlagen, Wegwerfgewand und dergleichen, zweckmäßig ist.
Damit die vorliegende Erfindung besser verstanden wird, wird sie mit Bezug auf die folgenden spezifischen Beispiele weiter beschrieben, welche lediglich für Illustrationszwecke angegeben werden und die Praxis dieser Erfindung nicht besehränken sollen.

BEISPIEL 1

Eine Serie von Handblättern wurde unter Verwendung einer Blattform vom Williams-Typus hergestellt. Der Fasereintrag bestand aus varierenden Mengen von Polyethylenterephthalat-Stapelfasern von 20 mm x 1,5 Denier (1,67 dtex) und Zedernholzzellstoff, der von Consolidated Celgar unter dem Handelsnahmen "Celfine" verkauft wird. Die Handblätter variierten im Polyestergehalt von 0-75%. Das unbehandelte Basisgewicht wurde bei etwa 53 Gramm pro Quadratmeter (1,56 Unzen pro Quadratyard) gehalten. Die Handblätter wurden mit einem vernetzbaren Acryllatexbindemittel imprägniert, welches von B.F. Goodrich unter dem Handelsnamen "HYCAR 2600 x 330" verkauft wird, und zwar bis zu einem Bindemittelgehalt von 13 Prozent. Nach dem Trocknen wurden die Handblätter in einem Ofen bei 350 Grad Fahrenheit (177ºC) 1 Minute gehärtet. Das Endbasisgewicht betrug 60 Gramm (1,77 Unzen pro Quadratyard). Diese Blätter wurden mit 1-A bis 1-F bezeichnet.
Eine weitere Serie von Handblättern wurde hergestellt, wobei der gleiche Eintrag und das gleiche unbehandelte Zielbasisgewicht verwendet wurden. Der Unterschied zu diesen Blättern bestand darin, daß der Polyestergehalt von 30-90% reichte, und bevor jedes Handblatt getrocknet wurde, wurde es unter einem hydraulischen Verfilzungsverteiler zweimal bei einem Düsen-zu-Bahn-Abstand von 3/4 Zoll (19 mm) und einer Geschwindigkeit von 40 Fuß pro Minute (12,2 m/min) durchgeführt. Der Verteiler wurde mit 500 psig (3447 kpa Meßwert) betrieben und wies einen Düsenstreifen mit Löchern mit einem Durchmesser von 92 Mikron auf, welche 0,5 mm beabstandet waren. Unter Verwendung der früheren Referenzformel war die Gesamtenergie, die jedem Blatt aufgetragen wurde, 0,11 HP-h/lb (0,65 MJ/kg). Die verfilzten Bahnen wurden dann imprägniert und auf identische Weise zu den nicht-verfilzten Handblättern gehärtet. Die verfilzten Blätter wurden mit 1-G bis 1-N bezeichnet. Die Tabelle I stellt eine Zusammenfassung der gemessenen physikalischen Testeigenschaften der Probebahnen dar. TABELLE I Probe
1. Prozent Polyethylenterephthalat-Fasern im Blatt
2. Mittlere Streifenzugfestigkeit im trockenen Zustand in g/25 mm gemäß TAPPI-Verfahren T494 om 81 (MD + CD)/2
3. Prozent Dehnung bei höchstem Zug.
4. Mittl. TEA (cm-g/cm²) nach TAPPI-Verfahren T494 om 81 (MD + CD)/2
5. Normalisierte Stärke (MD + CD)/2 geteilt durch Basisgewicht
Die Daten für die nicht-verfilzten Handblätter zeigen klar, daß die Zugfestigkeit mit steigenden Prozentsätzen Polyester im Eintrag abfällt. Der Holzzellstoff im Eintrag trägt daher am meisten zur Entwicklung der Zugfestigkeit in diesen Blättern bei. Andererseits bleibt die Blattdehnung praktisch konstant, bis hohe (etwa 75%) Polyesterfasergehalte erreicht werden. Die Stärke nimmt zu und erreicht ein Maximum bei einem Polyestergehalt von 60% und fällt dann allmählich ab. Offenbar trägt die lange synthetische Faser signifikant zur Dehnung und zur Energieabsorption unter Zugbeanspruchungen bei. Der Anstieg und das Abfallen, welche in der Stärke offenkundig sind, ist scheinbar das Ergebnis kumulativer Trends einer fallenden Zugfestigkeit und steigenden Dehnung, da beide zur Stärke (TEA) beitragen.
Die Daten, die in der Tabelle I für die verfilzten Handblätter angegeben sind, zeigen einen Anstieg in der Streifenzugfestigkeit, in der Dehnung und in der Stärke, und dann einen Abfäll, wenn die Polyesterfaser zunimmt. Das rasche Ansteigen der Dehnung mit den Prozent Polyester wird dem steigenen Beitrag der verfilzten langen Polyesterfaser zugeschrieben, und zwar sogar bei dem sehr geringen Energiepegel, der hier verwendet wird. Der anschließende Abfall in der Zugfestigkeit mit weiter steigendem Polyestergehalt wird dem abnehmenden Beitrag des Holzzellstoffs zu den Blatteigenschaften insgesamt zugeschrieben.
Figur 2 ist eine Auftragung der normalisierten Stärkesspalten von Tabelle I. Die überraschende Zunahme in der Stärke ist das Ergebnis der Auftragung einer kleinen Menge an Verfilzungsenergie gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Stärkepegel, die im Polyestergehaltsbereich von 50-70% erhalten werden, zeigen nicht nur die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung, sondern überschreiten auch die Stärke, die typischerweise erhalten wird.

BEISPIEL 2

Eine naß-gelegte Non-Woven-Bahn wurde aus einem Eintrag gebildet, bestehend aus 60% Polyethylenterephthalatstapelfaser mit 20 mm x 1,5 Denier und 40% Holzzellstoff, der aus einem Gemenge aus Zedernzellstoff und Eukalyptusfaser von 50/50 bestand. Die Bahn wurde mit 250 Fuß pro Minute auf einer Einzelschicht von 84 mesh eines Polyesterfilament-Fourdriniersiebes gebildet und wurde unter zwei Wasserstrahlverteilern bei einem Wasserdruck von 1.000 psig transportiert. Der Bahn-zu-Düsen-Spalt betrug 0,75 Zoll, und die aufgetragene Gesamtverfilzungsenergie war 0,052 HP- h/lb. Dann wurde das Gewebe vom Sieb entfernt, getrocknet und zur Sättigung behandelt (auf einer Imprägniervorrichtung) bis zu einem Gehalt von 15% des vernetzbaren Acrylatexbindemittels von Beispiel 1. Die Bahn wurde auf Dampfkannen erneut getrocknet und gehärtet, wobei ein Durchlufttrockner verwendet wurde, der bei etwa 450 Grad Farenheit betrieben wurde. Die Bahn wurde mit einem Mikrokräuselgerät, genannt "Micrex" desjenigen Typus, der in den U.S.-Patenten Nr. 3,260,778, 3,416,192 und 3,426,405 beschrieben ist, naehbehandelt.
Die erhaltene Bahn hatte ein Basisgewicht von 58 Gramm und eine Greifbeständigkeit, gemessen mittels TAPPI T494 om-81 von 34,5 lbs in der Maschinenrichtung und von 29,2 lbs in der Querrichtung für ein Stärkeverhältnis von 1,18. Sie wies eine Dehnung von 47 Prozent in der Maschinenrichtung und von 80 Prozent in der Querrichtung und eine Berstfestigkeit von 61,7 psi auf. Der Steifigkeitstest mit dem Handle-o-Meter von TAPPI T498 su-66 ergab einen Wert von 18 Gramm in der Maschinenrichtung und von 14 Gramm in der Querrichtung.

BEISPIEL 3

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde verwendet, um vier Proben herzustellen, von welchen jede 70% Polyester mit 1,5 Denier und 30% Zedernholzzellstoff (Celfine) enthielt. Die Länge der Polyesterfaser wurde von 15 bis 25 mm mit Zuwächsen von 5 mm variert. Die Produktionsgeschwindigkeit auf der Maschine mit geneigtem Sieb betrug 90 Fuß pro Minute. Jede Probe wurde mit zwei Verteilern verfilzt, die bei 1.000 psi betrieben wurden und durchlöcherte Streifen mit Löchern mit 92 Mikron Durchmesser enthielt, die 50 pro Zoll beabstandet waren. Es wurde ein 5 Shed-Polyesterbildungsgewebe von 84 mesh verwendet. Jede Probe wurde mit einem Energieeintrag von 0, 11 HP-h/lb vor Entfernung vom Bildungssieb verfilzt. Die Proben wurden getrocknet und zur Sättigung bis zu einem 10% Bindemittelgehalt mit einem Acryllatexbindemittel gebunden. Tabelle II führt die gemessenen physikalischen Eigenschaften der Proben an und zeigt klar die Wichtigkeit der Faserlänge bei der Entwicklung der Stärke in Blättern, die mit dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurden. TABELLE II Faserlänge (mm) L/D-Verhältnis Mittlere Trockenzugfestigkeit (g/25 mm)* Mittlere Trockenfestigkeit (cm-g/cm²)* Mittlere Greifbeständigkeit (g)* *Mittlere Werte sind das Mittel von CD und MD.

BEISPIEL 4

Dieses Beispiel zeigt, daß andere Typen natürlicher Cellulosefasern neben Holzzellstoff verwendet werden können, um brauchbare Produkte gemäß den Verfahren dieser Erfindung herzustellen. Indem die gleichen Bildungs-, Verfilzungs- und Bondierungsbedinungen angewendet wurden, wie sie in Beispiel 3 verwendet wurden, wurde ein Vielzahl von Proben hergestellt, welche 70% einer Polyesterfaser von 20 mm und 1,5 Denier und 30% natürliche Faser enthielten, und zwar wie folgt:
Blatt 4-A 20% Hartholz, 10% Zedernzellstoff(Kontrolle)
Blatt 4-B 30% Sisal
Blatt 4-C 30% Abaca-Hanf
Tabelle III präsentiert die physikalischen Testergebnisse dieser Blätter und zeigt, daß die Nichtholz-Pflanzenfäsern in diesem Verfahren Produkte mit höherer Reißfestigkeit und einem erhöhten Bulk ergeben, verglichen mit Holzzellstoff.

BEISPIEL 5

Um die Eigenschaften von Bahnen zu zeigen, welche andere polymere Fasern als Polyethylenterephthalat enthalten, wurde Beispiel 2 wiederholt, außer daß die Polyesterfasern durch 3/4" x 1,5 dpf Polypropylenfäsern (Herculon Type 151 von Hercules) und 1/2" x 1,5 dpf Kunstseide-Stapelfaser von North American ersetzt wurden. Die Bahnen wurden verfilzt, wobei ein Gesamtenergieeintrag von 0,11 HP-h/lb angewendet wurde und wiesen eine mittlere, normalisierte Stärke von 6,2 für das Polypropylenblatt und 4,4 für das Kunstseideblatt auf. TABELLE III Blatt Basisgewicht (g/m²) Dicke (Mikron) Dichte (g/cc) Luftströmung (1/min/100 cm²) Trockenzugfestigkeit (g/25 mm) Dehnung (%) Trockenstärke (cm-g/cm²) Greifbeständigkeit (g) Trapezriß** (g) Zungenweiterriß** (g) Handle-o-Meter (g) Trockenzugfestigkeit/Handle-o-Meter * ASTM D1117-77 **ASTM D2261-83

BEISPIEL 6

Unter Anwendung der Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde mit einer Maschine hergestelltes Papier auf einer Fourdrinier-Papiermaschine mit geneigtem Sieb mit Basisgewichtpegeln von 30 und 60 g hergestellt. Beide Papiergewichte wurden aus einem Fasereintrag von 60% 20 mm x 1,5 dpf Polyester in 40% Holzzellstoff (Celfine) hergestellt und einer Verfilzung durch zwei Wasserstrahlverteiler ausgesetzt. Das Papier mit 30 g wurde Verteilerdrucken von 400 und 700 psi bei einer gesamten angewendeten Energie von 0,098 HP-h/lb unterworfen, während das Material mit 60 g Drucken von 700 und 1.000 psi bei einer gesamten aufgetragenen Energie von 0,092 HP-h/lb unterworfen wurde. Aus dem mit der Maschine hergestellten Papier wurden Handblätter geschnitten, und die Handblätter wurden im Labor bis zur Sättigung bondiert, und zwar mit variierenden Pegeln an Bindemittelaufnahme von 5- 30%. Das Bindemittel war ein Acryllatex, der von B.F. Goodrich unter dem Handelsnamen "HYCAR 2600 x 334" verkauft wird. Die behandelten, getrockneten und gehärteten Blätter wurden auf ihre physikalischen Eigenschaften geprüft. Figur 3 zeigt eine mittlere normalisierte TEA als eine Funktion der Bindemittelaufnahme. Diese Figur zeigt klar, daß die leicht verfilzten Bahnen dieser Erfindung Stärkewerte bei einer Aufrahme von 5-10% aufwiesen, was vergleichbar ist mit den unverfilzten Bahnen bei einer Aufnahme von 30%. Es ist daher möglich, eine 20-25% Reduktion in der Bindemittelaufnahme und die damit verbundenen Kostenersparnisse zu realisieren. Es traten auch Verbesserungen in der Weichheit zusammen mit einer Reduktion im Bindemittelgehalt auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines faserverfilzten, Non-Woven-Bahnmaterials, welches Verfahren die Schritte umfäßt:

Bilden eines verdünnten, homogenen Fasereintrags aus papierbildenden Fasern und langen synthetischen Fasern, die geeignet sind, in einem wäßrigen Medium dispergiert zu werden;

Abscheiden der Fasern aus dem Eintrag auf ein papierbildendes Sieb am nassen Ende einer Papiermaschine, um ein fluidisiertes, homogen dispergiertes, faseriges Basisbahnmaterial vorzusehen;

Unterwerfen der faserigen Basisbahn einer Serie von verfilzenden Fluidstrahlen; und

Trocknen der verfilzten Bahn,

dadurch gekennzeichnet, daß der Fasereintrag mehr als etwa 30 Gew.-% lange synthetische Fasern enthält, daß das homogen dispergierte, faserige Basisbahnmaterial einen Fluidgehalt von etwa 75 Gew.-% oder mehr besitzt, daß die faserige Basisbahn mit diesem Fluidgehait einer Serie von verfilzenden Fluidstrahlen ausgesetzt wird, um Energie von insgesamt bis zu etwa 0,2 HP-h/lb (1,18 MJ/kg) einzubringen, um die Fasern in der Basisbahn sehr leicht zu verfilzen, und daß die Bahn mit einem Bindemittel in einer Menge behandelt wird, die ausreichend ist, um eine Bindemittelaufnahme von weniger als etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des behandelten Materials, vorzusehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die faserige Basisbahn vom papierbildenden Sieb zu dem Zeitpunkt getragen wird, in welchem es verfilzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fasereintrag etwa 10-60 Prozent Naturfasern umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehalt an synthetischen Fasern etwa 50-80 Gew.-% ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die synthetischen Fasern eine Faserlänge im Bereich von etwa 15 bis 30 mm aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei die gesamte Energieeinbringung in den Bereich von 0,01 bis 0,15 HP-h/lb (0,059 bis 0,89 MJ/kg) fällt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die gesamte Energieeinbringung in den Bereich von 0,05 bis 0,12 HP-h/lb (0,3 bis 0,71 MJ/kg) fällt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Serie der verfilzenden Strahlen mehrere Verteiler mit Düsen mit einer Lochgröße innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,2 mm aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Düsen in jedem Verteiler in einem Abstand von etwa 0,2 bis 10 mm voneinander beabstandet sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die verfilzenden Fluidstrahlen mit einem Druck von etwa 20 bis 70 Kilogramm pro Quadratzentimeter betrieben werdcn.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Bindemittel als eine Latexdispersion in Mengen aulgetragen wird, die ausreichend sind, um eine Aufnahme von etwa 3 bis 15 Gewichtsprozent Bindemittel vorzusehen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bindemittel ein vernetzbares Acrylmaterial ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Bindemittel gleichförmig auf die Basisbahn aufgetragen wird.