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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Industriestoffe und insbesondere
aber nicht ausschließlich
Industriestoffe wie Formstoffe zur Papierherstellung.
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Die
Struktur von Formstoffen zur Verwendung in Papierherstellungsvorrichtungen
beeinflusst die Bahnbildung aus der nassen Pulpe und hat daher eine
Auswirkung auf die Qualität
des hergestellten Papiers. Herkömmlicherweise
werden Formstoffe aus Stoffen hergestellt, die durch Weben von einzelnen,
zylindrischen Monofilamentsträngen
aus Polymermaterial oder Metalldrähten hergestellt werden. Die
Knoten, die an den Kreuzungspunkten solcher gewebter Stoffe gebildet
werden, hinterlassen auf der Papieroberfläche allerdings Eindrücke, wodurch
die Weichheit verringert wird. Es hat sich auch gezeigt, dass solche
Stoffe eine schlechte Loslösung
des Blattes zeigen.
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Um
die oben beschriebenen Nachteile abzuschwächen, sind Stoffe entwickelt
worden, bei denen wenigstens manche der einzelnen Garne innerhalb der
Struktur des Stoffes aus einer Mehrzahl einzelner, verbundener Monofilament-Polymerstränge zusammengesetzt
sind.
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In
US 4,636,426 (Huyck Corporation)
werden zwei benachbarte Monofilamentstränge unter Verwendung eines
wärmeaktivierten
Polymerklebstoffes zusammengeklebt. Die verbundenen Stränge werden
entweder in Maschinenlaufrichtung (MD), in Querrichtung (CD) oder
sowohl in MD als auch in CD des Stoffes verwendet. Der Klebstoff
wird auch verwendet, um die MD- und CD-Garne an ihren Kreuzungspunkten
zu kleben. Auf diese Weise wird die Gesamthöhe der Knoten verringert.
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In
US 5,591,525 (Shakespeare)
und ausgeschieden davon
US 5,597,646 (Shakespeare)
wird der Stoff durch Verwendung von Garnen gebildet, die durch Extrudieren
von wenigstens zwei einzelnen Filamenten aus Polymer durch eine
Düse um
eine Achse gebildet worden sind, wobei das Hervorquellen des Materials
an der Düse
die Filamente zusammenschmilzt. Die eine Achse bildet eine zentrale
Achse, die entweder ein Filament oder ein Hohlraum sein kann.
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Stoffe,
die durch Verwendung von verbundenen Garnen gebildet worden sind,
haben allerdings den Nachteil, dass sie nicht besonders stabil sind
und anfällig
für eine
Trennung der so genannten verbundenen (geklebten oder verschmolzenen)
Garne sind.
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In
US 5,944,062 (Christini
Forming Fabrics GmbH) ist das Webmuster des Stoffes so, dass benachbarte
MD- oder CD-Garne in Seite-an-Seite-Paaren eingewebt sind, so dass
sie sich gegenseitig berühren.
Das hat den Nachteil, dass das Problem der Trennung der Garne bleibt
zusammen mit der Tatsache, dass zwei Einsätze der Webmaschine während der
Bildung des Stoffes erforderlich sind, um solche Paare einzufügen.
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In
US 5,366,798 (Wangner Systems
Corporation) wird ein einfaches System von Kettgarnen mit gestapelten
Dreifach-Schussfäden
gewebt. Das mittlere Garn des Dreifach-Schusses weist einen Querschnitt
auf, der eine H-förmige,
sternförmige
oder X''-förmige Konfiguration
aufweist; dieser geformte Querschnitt bildet einen oberen und einen
unteren Kanal, in denen der jeweilige obere und untere Schuss des
Stapels aufgenommen und gehalten wird. Das hilft, das laterale Verschieben
der Garne innerhalb der gestapelten Struktur zu verhindern, das zu
einer Veränderung
im Knotenmuster führen
würde,
das auf der Trägeroberfläche des
Stoffes dargeboten wird, und zu einer Veränderung der Entwässerungseigenschaften;
US 4,705,601 (Chiu-Kai)
beschreibt einen dreilagigen Formstoff, bei dem Kettgarne, die einen
ovalen Querschnitt aufweisen, in die unterste, d.h. maschinenseitige
Schicht eingebaut werden. Ovale Kettgarne weisen eine größere Zugfestigkeit
auf als die zylindrischen Garne, die in der obersten, d.h. pulpenseitigen
Schicht verwendet werden, wodurch ermöglicht wird, dass eine vergleichsweise
geringere Anzahl an solchen ovalen Garnen als an zylindrischen Garnen
verwendet wird. Das ermöglicht
eine niedrigere Dichte in der untersten Schicht, wodurch eine größere Wasserextraktion
möglich
wird, da es möglich
ist, einen größeren Saugdruck
auf die unterste Schicht auszuüben.
Die ovalen Garne weisen allerdings die selbe vertikale Höhe auf wie
die zylindrischen Garne, damit die allgemeine Dicke des Stoffs nicht
durch die Verwendung solcher Garne verändert wird und damit die Oberfläche der
obersten Lage nicht verändert
wird.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoff bereitzustellen,
bei dem die Auswirkung, die der Knoten auf das darauf transportierte
Produkt hat, verringert wird, und der die oben beschriebenen Nachteile überwindet
oder erleichtert.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Monofilamentgarn mit einem
binodalen Querschnitt bereitgestellt.
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Das
binodale Monofilamentgarn kann zwei Knoten umfassen, die unmittelbar
benachbart sind, oder die Knoten können durch eine einstückige Verbindungsbrücke getrennt
sein.
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Die
binodalen Garne weisen vorzugsweise ein Längenverhältnis zwischen maximaler Breite
und maximaler Höhe
im Bereich von 1,1 bis 1,7, vorzugsweise von 1,3 bis 1,6 und am
meisten bevorzugt von etwa 1,4 auf.
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Die
binodalen Garne können
symmetrisch oder asymmetrisch in Bezug auf Ihre Längsachse sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung können
die Knoten auf einer Seite des Garns flach sein.
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Die
binodalen Garne sind vorzugsweise aus einem Polymermaterial hergestellt.
Das Polymermaterial umfasst vorzugsweise PA, PE, PET alleine oder in
Kombination.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Industriestoff bereitgestellt,
der wenigstens einige Monofilamentgarne mit binodalem Querschnitt umfasst.
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Durch
Bereitstellen eines Garns, das aus einem einfachen Filament hergestellt
ist, weist das Garn mehr strukturelle Einheit auf und ist dadurch stabiler
und weniger anfällig
für Trennung
im Vergleich zu einem verschmolzenen Garn, zu Garnen, die während der
Düsenquellung
verbunden werden, oder zu Garnen, die einfach nebeneinander gelegt werden.
Die erhöhte
Stabilität
ermöglicht
des Weiteren die Verwendung von dünneren (vertikal betrachtet)
Garnen, wodurch die Stoffdicke weiter verringert wird, während das
Hohlraumvolumen erhalten bleibt oder abnimmt. Zum Beispiel könnte ein
binodales Garn ein Garn mit dickerem Durchmesser aber mit der selben
Masse ersetzen, um die Stoffdicke zu verringern.
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Während die
Masse die selbe bleibt, nimmt das Hohlraumvolumen ab. Eine Abnahme
des Hohlraumvolumens führt
zu einer geringeren Wassertragfähigkeit
und verringert dadurch die Wahrscheinlichkeit von Rücknässung. Das
ist besonders vorteilhaft für
Formstoffe. In Zusammenhang mit der Herstellung führt das
zu einem trockeneren Blatt, was Energieeinsparungen oder eine Möglichkeit
zur Beschleunigung der Papiermaschine bedeutet.
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Die
entstehende Verringerung der Knotenhöhe führt zu einer verbesserten Glattheit
des Papiers und einer leichteren Blattablösung. Der Kanal zwischen den
Knoten führt
zu einer verbesserten Entwässerung.
Die Knoten stellen auch Punktkontakte mit dem Produkt, das auf dem
Stoff bewegt wird, bereit, was zu viel feineren Drahtmarkierungen
führt.
Es gibt auch eine Verringerung der Zeit, die erforderlich ist, um
den Stoff zu weben, da das binodale Garn an die Stelle von zwei
getrennten Garnen tritt.
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Ein
Stoff, der mit binodalen Garnen aufgebaut wird, weist auch eine
verbesserte Steifheit auf, was auf Hochgeschwindigkeitsspaltformern
mit ihren geschlossenen Formzonen vorteilhaft ist. Steifheit entspricht
einer guten Makro-Blattbildung durch die Verringerung von Streifen
(Dichtevariationen), die dadurch verursacht werden, dass ein Stoff
mit geringer Steifheit nicht in der Lage ist, den hydraulischen Druck
auszuhalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die binodalen Garne Kettgarne und/oder Schussgarne
des Stoffes.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist der Stoff ein mehrlagiger Stoff, der binodale
Garne auf der papierseitigen Schicht und/oder der verschleißseitigen
Schicht und/oder auf der mittleren Schicht des Stoffes umfasst.
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Binodale
Garne, die auf der Papierseite des Stoffes verwendet werden, führen zu
einer Verringerung der Knotenhöhe,
was zu einer glatteren, mit dem Papier in Berührung stehenden Oberfläche führt mit
einer geringeren Tendenz zu Drahtmarkierung. Binodale Garne, die
auf der Verschleißseite
des Stoffes vorzugsweise aber nicht ausschließlich als CD-Garne verwendet
werden, haben den Vorteil, dass sie den Schabvorgang der Fasern
von Elementen verbessern und die Reibungs/Antriebslast durch eingeschlossenes
Wasser verringern, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer des
Stoffes führt.
Binodale Garne können,
wenn sie zur mittleren oder oberen Schicht zum Beispiel eines Dreifach-Schuss-Stoffes hinzugefügt werden,
gute Steifheit bereitstellen, was eine zusätzliche Faserunterstützung in
der obersten Schicht bringt.
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Vorteilhafterweise
sind alle Kettgarne der papierseitigen Schicht mit binodalem Querschnitt
versehen.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn alle verschleißseitigen Kettgarne mit binodalem
Querschnitt versehen sind.
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Um
die Flachheit der papierseitigen Schicht zu erhöhen, haben wenigstens einige
der binodalen Garne, die auf der papierseitigen Schicht bereitgestellt
sind, eine flache Seite zur Papierseite gerichtet.
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Um
die Verschleißbeständigkeit
der verschleißseitigen
Schicht zu erhöhen,
haben wenigstens manche der binodalen Garne, die auf der verschleißseitigen
Schicht bereitgestellt sind, eine flache Seite zur Verschleißseite gerichtet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weisen die binodalen Garne, die auf
der papierseitigen Schicht bereitgestellt sind, das selbe Längenverhältnis auf
wie die binodalen Garne, die auf der verschleißseitigen Schicht bereitgestellt
sind.
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Um
eine feine und glatte Papierseite und eine verschleißbeständige Verschleißseite zu
erhalten, haben vorzugsweise wenigstens manche binodalen Garne,
die auf der papierseitigen Schicht bereitgestellt sind, eine kleinere
Gesamtquerschnittsfläche
als die binodalen Garne, die auf der verschleißseitigen Schicht bereitgestellt
sind.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung eines Industriestoffes bereitgestellt, umfassend den
Schritt des Extrudierens eines Einfachfilamentgarns durch eine Düse, um ein
binodales Monofilamentgarn herzustellen.
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Als
Beispiele werden nun nur spezielle Ausführungsformen der Erfindung
mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
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1 ist
eine grafische Darstellung von vier veschiedenen binodalen Garnen,
wobei jedes gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist;
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2a und 2b sind
Schnittseitenansichten eines einlagigen Stoffes, der mit asymmetrischen
binodalen Garnen gewebt ist;
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3a ist
eine Schnittseitenansicht eines bekannten einlagigen Stoffes, bei
dem Monofilament-MD-Garne verwendet werden;
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3b ist
eine Ansicht ähnlich
wie 3a, vergleicht aber den selben Stoff, aufgebaut
aus binodalen Garnen an Stelle von bekannten Monofilament-MD-Garnen, und stellt
die Gesamtverringerung der Dicke für einen Stoff dar, der gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist;
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4 ist
eine Schnittseitenansicht eines doppellagigen Stoffes, bei dem binodale
MD-Garne verwendet werden;
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5 ist
eine Schnittseitenansicht eines doppellagigen Stoffes, der papierseitige
und verschleißseitige
binodale CD-Garne umfasst;
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6 ist
eine Schnittseitenansicht, die eine Dreischuss-Struktur unter Verwendung
von binodalen MD-Garnen
darstellt;
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7 ist
eine Schnittseitenansicht, die eine Dreischuss-Struktur unter Verwendung
von binodalen CD-Garnen
darstellt;
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8 ist
eine Schnittseitenansicht, die einen Dreischuss-Stoff unter Verwendung
von binodalen MD-Garnen
darstellt; und
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9 ist
eine Schnittseitenansicht, die einen Dreischuss-Stoff unter Verwendung
von binodalen CD-Garnen
darstellt.
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Die
binodalen Garne der vorliegenden Erfindung werden durch Extrudieren
eines einfachen Filaments hergestellt, um ein binodales Garn zu
bilden. Beispiele für
die Formen solcher binodaler Garne sind in 1 gezeigt,
wobei Garn (a) und (b) um ihre X-Achse symmetrisch sind und Garn
(c) und (d) nicht um ihre X- Achse
symmetrisch sind. Im Garn von 1(a) und 1(d) sind die zwei Knoten 10, 12 einstückig gebildet
und sind unmittelbar zueinander benachbart, während im Garn von 1(b) und 1(c) die zwei
Knoten 10,12 durch eine einstückig gebildete Verbindungsbrücke 14 voneinander
beabstandet sind.
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2a und 2b stellen
die Verwendung von asymmetrischen binodalen Garnen (c) und (d) in einem
einlagigen Stoff 34 und 36 dar. Es versteht sich
von selbst, dass die Garne entweder in MD- oder in CD-Richtung oder sowohl
in MD- als auch in CD-Richtung liegen können. Die Garne können auch in
jeder Position mit ihrer flacheren Seite zu (wie in 2a)
oder weg (wie in 2b) von den Garnen gewebt werden,
die in die Gegenrichtung gewebt sind. Die Ausrichtung der Garne
wird in Abhängigkeit von
den erforderlichen Maschinenbedingungen ausgewählt.
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Es
versteht sich auch von selbst, dass andere Arten von binodalen Garnen,
wie z.B. (a) und (b) in einem solchen einlagigen Gewebe verwendet
werden könnten.
Zum Beispiel ist in 3b das Garn mit dem Querschnitt,
der in 1 (a) gezeigt ist, als MD-Garn in einer einlagigen Struktur 38 dargestellt.
In 3a ist ein herkömmlicher Stoff mit dem selben
Muster wie dem von 3b gewebt dargestellt, aber
mit herkömmlichen
zylindrischen Garnen und nicht mit binodalen Garnen. Die Messung
der Dicke A des herkömmlichen
Stoffes (3a) verglichen mit der Dicke
B des Stoffes, der aus binodalen Garnen (3b) aufgebaut
ist, zeigt, dass die Gesamtdicke des binodalen Stoffes B kleiner
ist als die Dicke A des herkömmlichen
Stoffes, wodurch die Gesamthöhe der
Knoten verringert wird und in der Folge die Tendenz, sich durchzudrücken, wenn
er zum Beispiel als Formstoff zur Papierherstellung verwendet wird.
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Außerdem ist
es durch Bilden des binodalen Garns aus einem einfachen Garn möglich, ein
Garn mit erhöhter
struktureller Einheit im Vergleich zu einem gepaarten, verbundenen
oder verschmolzenen Garn herzustellen. Die erhöhte Stabilität erlaubt
die Verwendung von dünneren
Garnen, um die Stoffdicke zu verringern, während das Hohlraumvolumen beibehalten
oder verringert wird. Zum Beispiel könnte ein binodales Garn ein
zylindrisches Garn mit dickerem Durchmesser aber mit der selben
Masse ersetzen, um die Stoffdicke zu verringern. Während die Masse
die selbe bleibt, nimmt das Hohlraumvolumen ab. Eine Abnahme des
Hohlraumvolumens führt
zu geringerer Wassertragfähigkeit
und verringert daher die Wahrscheinlichkeit einer Rücknässung. Das
ist besonders vorteilhaft bei Formstoffen, die zur Herstellung eines
trockeneren Blattes führen,
was Energieeinsparungen oder eine Möglichkeit zur Beschleunigung
der Papiermaschine bedeuten würde.
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Außerdem ist
ein Kanal für
die Entwässerung zwischen
den zwei Knoten bereitgestellt, was bei einem flachen Garn, das
nicht die Fähigkeit
zur Entwässerung
aufweist, nicht der Fall ist. Die Knoten des binodalen Garns zeigen
auch nur einen Punktkontakt, wodurch ein viel feineres Drahtmuster
hergestellt wird verglichen mit dem breiteren Kontakt, der durch
ein flaches Garn bereitgestellt wird.
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4 stellt
die Verwendung von binodalen Garnen als Maschinenrichtungsgarn 16 in
einem doppellagigen Stoff 22 dar, während 5 die Verwendung
von binodalen Garnen 16, 18 sowohl in Maschinenrichtung
als auch in Querrichtung eines Stoffes 24 darstellt. Die
Bezugsziffer 18 bezeichnet Garne mit binodalem Querschnitt
und die Ziffer 20 Bindegarne.
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6 stellt
eine Dreischuss-Struktur 26 dar, wobei das binodale Garn
als Maschinenrichtungsgarn 16 verwendet ist, während in
der Ausführungsform
von 7 das binodale Garn als Querrichtungsgarn 18 in
einer Dreischuss-Struktur 28 verwendet ist. In der Ausführungsform
von 8 ist das binodale Garn als Maschinenrichtungsgarn 16 nur
auf der Maschinenseite einer Dreischuss-Struktur 30 verwendet,
während 9 eine ähnliche
Struktur 32 mit dem binodalen Garn als Querrichtungsgarn 18 darstellt.
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Andere
Variationen bei der Verwendung von binodalen Monofilamentgarnen
werden Fachleuten leicht begegnen.