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Dokumentenidentifikation DE102005012906B3 14.12.2006
Titel Flächiges Bahnenmaterial, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung desselben sowie dessen Verwendung
Anmelder Corovin GmbH, 31224 Peine, DE
Erfinder Wittner, Manfred, 38106 Braunschweig, DE
DE-Anmeldedatum 21.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005012906
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.12.2006
IPC-Hauptklasse D04H 1/54(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse D04H 13/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein flächiges Bahnenmaterial aus einem Lagenmaterial sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dessen, wobei das flächige Bahnenmaterial ein Vlies beinhaltet und bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein flächiges Bahnenmaterial aus einem Lagenmaterial, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung des Bahnenmaterials und die Verwendung desselben.

Flächige Bahnenmaterialien auf Polymerbasis unter Verwendung von Vliesen sind bekannt. Je nach Anwendungszweck werden sie als ein- oder mehrlagige Produkte in unterschiedlichen Herstellungsverfahren erzeugt und zum Erhalt definierter Gebrauchseigenschaften in diskreten Bereichen verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden und können unterschiedliche Bondingmuster aufweisen.

Bei der weiteren Verarbeitung oder im Gebrauch dieser Bahnenmaterialien wird bei Auf- und Abwickelvorgängen eine Zugbelastung in Verarbeitungsrichtung, d.h. in x-Richtung auf das Bahnenmaterial ausgeübt, die in x-Richtung eine Dehnung des Bahnenmaterials und quer zur Belastungsrichtung, d.h. in y-Richtung eine zum Teil enorme negative Längenänderung in Form einer Querkontraktion des Bahnenmaterials zur Folge haben kann.

Das Verhältnis der Querkontraktion zur Längsdilatation ist auch als Poisson-Zahl &ngr; bekannt mit &ngr; = –(&Dgr;d/d)/(&Dgr;l/l) = –(&Dgr;y/y)/(&Dgr;x/x)

Für Feststoffe sind Poisson-Zahlen im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 bekannt. Vliese weisen durch ihre Faserstruktur eine Besonderheit im Vergleich zu kompakten Feststoffen auf. Wird auf ein Vlies eine Zugkraft ausgeübt, so werden die zufällig im Vlies verteilten Fasern in Zugrichtung ausgerichtet, wodurch eine verstärkte negative Längenänderung in y-Richtung eintreten kann. Herkömmliche Vliese können Poisson-Zahlen > 0,5 aufweisen.

Diese negative Längenänderung in Form einer Einschnürung der Materialbahn kann bei Weiterverarbeitung oder Verwendung des Bahnenmaterials

  • – eine Verringerung der Nutzung der Breite der Wahrenbahn,
  • – eine Veränderung der Materialeigenschaften durch die Strukturverschiebung in y-Richtung, d. h. quer oder senkrecht zur Maschinenlaufrichtung, verbunden mit einer Basisgewichtszunahme oder Dickenzunahme oder
  • – Faltenbildung
bewirken, wodurch aufwendige Maßnahmen zur Wahrenbahnführung, beispielsweise durch Installation von zusätzlichen Walzen und Breitstreckeinheiten erforderlich sind.

Bekannt sind weiterhin Produkte auf Polymerbasis mit mikroporösen Strukturen, bei denen definierte Bereiche des Polymeren mittels Laserverfahren entfernt werden, so dass die derart hergestellten Produkte bei einer Längsdehnung in x-Richtung nicht einschnüren oder sogar eine Längenzunahme in y- oder z-Richtung, das heißt quer oder senkrecht zur Dehnungsrichtung aufweisen. Zeigen diese Materialien eine Längenzunahme in y- und/oder z-Richtung, das heißt besitzen sie negative Poisson-Zahlen, so werden sie auch als auxetische Materialien bezeichnet.

Beispielsweise sind Schaumstoffe und nichtporöse Bahnenmaterialien mit auxetischem Verhalten bekannt, die in industriellen Bereichen als Absorber, Filtermedien, Schallisolatoren und Verpackungsmaterialien eingesetzt werden.

So ist beispielsweise aus WO99/2283A1 ist eine Filtermethode unter Verwendung eines porösen Barrierematerials aus Urethan-Coester oder Silikon bekannt. Die Porosität des Barrierematerials wird mittels eines Laserverfahrens erzeugt, wobei Poren und Stege gebildet werden, die ein ein- oder mehrschichtiges Gebilde ergeben und als zwei- oder dreidimensionale Barriere im Filtermedium wirksam werden. Vorzugsweise werden Porengrößen zwischen 1 &mgr;m und 5 cm erzeugt. An diesem Material wurde eine Poisson-Zahl < –0,1 ermittelt.

Bekannt aus EP0328518B1 ist weiterhin eine Stoffzusammensetzung mit einer negativen Poisson-Zahl von 0,7, wobei eine offenzellige Schaumstruktur erzeugt wird, die untereinander verbundene Rippen aufweist. Anschließend wird eine Kraft auf die Schaumstruktur aufgebracht, derart, dass das Material gleichzeitig in drei zueinander rechtwinkligen Richtungen zusammengedrückt wird und die Rippen der Zellen dabei einwärts zusammengedrückt werden. In diesem Zustand wird das Material über seine Erweichungstemperatur hinaus erwärmt und erst nach der Abkühlung unterhalb der Erweichungstemperatur entlastet, wobei die einwärts zusammengedrückten Rippen in ihre ursprüngliche Lage zurückspringen. Das Material kann beispielsweise in der Filtertechnik, zur Schallisolierung oder in der Medizintechnik, z. B. zur Stabilisierung von Blutgefäßen eingesetzt werden.

In WO2004/012785A1 wird ein Tubularliner für medizinische Anwendungen im Gefäßbereich, welches aus einem auxetischen Material gefertigt worden ist, offenbart, wobei der Liner aus einer Vielzahl von angrenzenden radialen Schlaufen besteht und jede Schlaufe eine Vielzahl von verbundenen umgekehrten Sechsecken aufweist und die Sechsecke über Streifen miteinander verbunden sind. Zur Erzeugung dieser Sechsecke wird ein Kaltlichtlaserverfahren genutzt. Als verwendete Polymere werden abbaubare Polymere, beispielsweise Caprolacton beschrieben.

Ebenfalls bekannt sind Materialien, bestehend aus Fibrillen und Knoten, die durch Extrusion und Verklebung aneinander haften und Strukturen mit auxetischem Verhalten bilden.

In WO00/53830A1 wird ein auxetisches Polymermaterial in Filament- oder Faserform beschrieben und eine Methode zur Formung des Materials offenbart. Hierbei wird ein thermoformbares Partikel-Polymer-Material, bei dem die Partikel nicht vollständig aufgeschmolzen sind, während des Spinnvorganges extrudiert und zusammengefügt. Die dabei entstehende auxetische Mikrostruktur besteht aus Fibrillen und Knoten, wobei die Knoten unregelmäßige Strukturen aufweisen und Durchmesser von bis zu 300 &mgr;m besitzen. Das Material kann zur Herstellung von Schutzbekleidung und Bandagen eingesetzt werden. In Kombination mit nichtauxetischem Material kann es im Bereich der Filtertechnik Anwendung finden.

Aus WO91/01210A1 ist ebenfalls ein Polymermaterial mit einer Mikrostruktur aus Fibrillen und Knoten bekannt, welches in einem ersten Prozessschritt durch Extrusion und Verdichten der Polymerpartikel hergestellt wird. Dem Extrusionsvorgang nachgeschaltet ist ein Ziehvorgang, bei dem das Materials Zug- und Scherspannungen bei > 100°C und einem Druck zwischen 1 bis 100 MPa senkrecht zur Ziehrichtung des Materials unterworfen wird. Die auxetische Mikrostruktur zeigt Poissonraten von –0,25 bis –12. Als Polymere werden Co- und Homopolymere, PO mit Füllstoffen sowie hochmolekulares PE mit Füllstoffen verwendet, wobei eine Dichte von 150 kg/m3 offenbart wird. Derartige Materialien können als Bestandteile von Sandwichverkleidungen eingesetzt werden sowie zur Schlag- und Erschütterungsabsorption und in medizinischen Anwendungen genutzt werden.

Weiterhin wird ein Papiersubstrat mit auxetischem Verhalten, welches in x- und y-Richtung dehnbar ist, in WO02/36084A2 beschrieben. Das Papiersubstrat mit erster Dicke weist nach einer Beanspruchung in Form einer plastischen Dehnung eine zweite Dicke auf, wobei das Verhältnis der zweiten Dicke zur ersten Dicke > 4 ist und als Dickenindex bezeichnet wird. Das Papiersubstrat besteht aus mindestens zwei verbundenen Lagen in face-to-face-Anordnung, wobei die plastische Dehnung in x- oder y-Richtung eine stärkere Längenänderung in z-Richtung bewirkt. Das Papiersubstrat wird durch Aufragen einer Zellulosefaser-Schlamm auf ein Siebband und anschließender Trocknung hergestellt, wobei unter Verwendung eines Walzenpaares mit einer Messerwalze Perforierungen im Papiersubstrat in Z-Richtung in definierter Anordnung eingebracht werden und anschließend eine Verstreckung des Papiersubstrats in x-y-Richtung erfolgt. Anwendungsgebiete für dieses Papiersubstrat werden in den Bereichen Hygienetücher, Windeln und Wischtücher gesehen.

Es ist wünschenswert, ein flächiges Bahnenmaterial auf Polymerbasis und unter Verwendung von faserigen Materialien zur Verfügung zu stellen, welches derart gestaltet ist, dass es bei Zugbelastung in x-Richtung nur eine minimale negative Längenänderung oder sogar eine positive Längenänderung in y-Richtung, zur Folge hat.

An dieser Stelle setzt die Erfindung ein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Anwendungsbereich und die Technik von Materialien mit sehr kleinen oder sogar negativen Poisson-Zahlen zu erweitern.

Diese Aufgabe wird mit einem flächigen Bahnenmaterial aus einem Lagenmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Verfahren, Vorrichtungen und Anwendungen sind in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung stellt ein flächiges Bahnenmaterial aus einem Lagenmaterial zur Verfügung, wobei das flächige Bahnenmaterial ein Vlies beinhaltet und erste und zweite diskrete Bereiche aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden und dass das flächige Bahnenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt. Vorzugsweise weist das flächige Bahnenmaterial Poisson-Zahlen zwischen < 0,2 und –2 auf.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das flächige Bahnenmaterial in ersten diskreten Bereichen verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden ist, derart dass die ersten diskreten Bereiche in Form von Stegen, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, ausgebildet sind und dass das flächige Bahnenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

Der Wortlaut „umgekehrte Vielecke" wird hier verwendet, um flächige vieleckige Gebilde zu beschreiben, die eingesprungene Ecken aufweisen.

Der Ausdruck „verdichtet" wird hier verwendet, um einen Zustand innerhalb eines Lagenmaterials zu beschreiben, bei dem ein Vlies oder ein faseriges Material im Allgemeinen stark zusammengedrückt ist.

Der hier verwendete Ausdruck „verfestigt" wird dann genutzt, wenn das Vlies oder faserige Material stark zusammengedrückt ist und zusätzlich partiell aufgeschmolzen ist und vereinzelt Klebestellen aufweist.

Das Wort „gebunden" bezieht sich auf Lagenmaterialien, in denen das Vlies oder die faserigen Bestandteile in diskreten Bereichen fast vollständig oder vollständig aufgeschmolzen sind und die einzelnen Schichten des Lagenmaterials in diesen diskreten Bereichen aneinander haften.

Der Wortlaut „erste diskrete Bereiche" wird hier verwendet, um Bereiche im oder auf dem Bahnenmaterial oder dem Lagenmaterial zu beschreiben, die die Umrandung der umgekehrten Vielecke oder Sechsecke oder Dreiecke bilden.

Der Wortlaut „zweite diskrete Bereiche" wird hier verwendet, um Bereiche im oder auf dem Bahnenmaterial oder dem Lagenmaterial zu beschreiben, die innerhalb der Umrandung der umgekehrten Vielecke oder Sechsecke oder Dreiecke liegen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung weist das flächige Bahnenmaterial in ersten diskreten Bereichen Stege auf, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden. Dabei besitzen die Schenkel ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 und sind im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet, so dass das flächige Bahnenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das flächige Bahnenmaterial zweite diskrete Bereiche aufweist, die unverdichtet sind und als umgekehrte Vielecke ausgebildet sind und das flächige Bahnenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

In einer weiteren Ausbildung weist das flächige Bahnenmaterial zweite diskrete Bereiche auf, die perforiert sind und als umgekehrte Vielecke ausgebildet sind.

Weitere Ausbildungen sehen vor, dass das flächige Bahnenmaterial Vielecke in Form umgekehrten Sechsecken aufweist, die aus gleichschenkligen oder ungleichschenkligen Dreiecken gebildet werden. Die ersten diskreten Bereichen weisen Stege auf, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Sechsecke bilden, wobei die Schenkel ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 besitzen und im Winkel zwischen > 0° und < 90° zueinander angeordnet sind.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das flächige Bahnenmaterial zweite diskrete Bereiche aufweist, die unverdichtet sind und aus gleichschenkligen Dreiecken gebildet sind, die so zueinander angeordnet sind, dass sie paarweise im Bereich ihrer spitzen Winkel miteinander verbunden sind und umgekehrte Sechsecke bilden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das flächige Bahnenmaterial in zweiten diskreten Bereichen Perforationen auf, die aus gleichschenkligen Dreiecken gebildet sind, die so zueinander angeordnet sind, dass sie paarweise im Bereich ihrer spitzen Winkel miteinander verbunden sind und umgekehrte Sechseckebilden.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass das flächige Bahnenmaterial einerseits Eigenschaften besitzt, die von Vliesen, faserigen Materialen im Allgemeinen oder Filmen, allein oder in Kombinationen untereinander bekannt sind.

Andererseits weist dieses Bahnenmaterial erste und zweite diskrete Bereiche auf, die bei Zugbelastung in x-Richtung Längenänderungen in y-Richtung bewirken, die bisher bekannte flächige Bahnenmaterialien unter Verwendung von synthetischen Fasern nicht aufweisen. Die umgekehrten Vielecke, die durch die Ausbildung der ersten und/oder der zweiten diskreten Bereiche im Bahnenmaterial ausgebildet sind, können dabei in einheitlicher Größe oder unterschiedlich groß gestaltet sein.

Das Ausmaß der Dehnung und Querkontraktion des flächigen Bahnenmaterials bei Zugbelastung ist einstellbar durch

  • – die Form der Schenkel der Stege, d.h. die Schenkellänge, -dicke und -tiefe,
  • – die Anordnung der Schenkel, d.h. deren Richtung und Winkel zueinander und
  • – den Anteil an gebundenen und/oder verfestigt und/oder verdichteten und/oder perforierten Bereichen im flächigen Bahnenmaterial.

Diese Eigenschaftskombination verleiht dem erfindungsgemäßen flächigen Bahnenmaterial Vorteile hinsichtlich des Handlings im Vergleich zu bisher bekannten Bahnenmaterialien. Beispielsweise ist bei diesem Material der so genannte „Neck-down-Effekt", der bei herkömmlichen Bahnenmaterialien während des Aufwickelprozesses, der Umformung, der Formgestaltung oder Anwendung eintritt, in reduziertem Maße oder gar nicht zu beobachten.

Bedingt durch die damit verbundene Dicken- oder Basisgewichtskonstanz des Bahnenmaterials über die gesamte Bahnenbreite wird mit dem erfindungsgemäßen Bahnenmaterial ein Produkt zur Verfügung gestellt, welches eine erhöhte Eigenschaftskonstanz über die gesamte Bahnenbreite aufweist und während des Herstellungs- und Anwendungsprozesses keine aufwendigen Maßnahmen zur Warenbahnführung erfordert.

Zur Herstellung des flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das flächige Bahnenmaterial ein Vlies beinhaltet und erste und zweite diskrete Bereiche derart zueinander angeordnet werden, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden und dass das flächige Bahnenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

Eine Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial sieht vor, dass in dem flächigen Bahnenmaterial erste und zweite diskrete Bereiche derart zueinander angeordnet werden, dass sie Muster in Form von umgekehrten Sechsecken bilden und dass das flächige Lagenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

Zur Herstellung des Bahnenmaterials können

  • – verfestigte, teilverfestigte und unverfestigte Lagenmaterialien,
  • – dehnfähige, elastische und unelastische Lagenmaterialien,
  • – Filme,
  • – Vliese wie z.B. Meltblown- und Spinnvliese, die in einem Schmelz-, Elektro- oder Lösungsspinnprozess erzeugt worden sind, oder kandierte Vliese, Wetlaids, Airlaids und
  • – Laminate aus Filmen und/oder Vliesen
verwendet werden.

Gemäß einer Ausgestaltung wird beispielsweise ein mehrlagiges Bahnenmaterial dadurch produziert, dass ein Lagenmaterial zur Verfügung gestellt wird. Dieses Lagenmaterial kann beispielsweise ein Produkt aus einer oder mehreren Lagen eines Vlieses sein, welches mittels einer Spinnvliesanlage mit einem oder mehreren Balken hergestellt worden ist, wobei die Vliese unverfestigt oder bereits vorverfestigt oder nur verdichtet sein können. Im Anschluss daran wird das Lagenmaterial in diskreten Bereichen verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden und die ersten diskreten Bereiche derart zueinander angeordnet, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden. Die Muster können dabei als Stege ausgebildet werden, wobei diese Stege derart angeordnet sind, dass sie die Umrandung von umgekehrten Vielecken bilden.

Weiterhin kann auf ein vorgefertigtes Material, ausgebildet als Vlies oder Film oder Kombinationen daraus eine zweite Lage aufgebracht werden und danach die Ausbildung der Stege erfolgen. Es besteht auch die Möglichkeit, eine erste und zweite Lage In-Line herzustellen und in einem davon getrennten Arbeitsvorgang die Ausbildung der Stege vorzunehmen. Ebenfalls können Kombinationen von Filmen und Vliesen hergestellt werden, indem beispielsweise ein Film auf ein kardiertes Vlies extrudiert wird und anschließend die Ausbildung der Stege erfolgt.

Alternativ hierzu können auch Lagenmaterialien in Form von Filmen, Vliesen oder Laminaten bereitgestellt werden, wobei diese anschließend beispielsweise mit einem Vlies, Film oder Laminat durch Verkleben in Kontakt gebracht werden und in einem weiteren Verfahrenschritt die Ausbildung der Stege, die derart angeordnet sind, dass sie umgekehrte Vielecke bilden, in oder auf dem Lagenmaterial erfolgt.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das flächige Lagenmaterial bereitgestellt wird und in zweiten diskreten Bereichen perforiert wird, die derart zueinander angeordnet sind, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken ausgebildet werden.

Die Perforationen können ebenfalls als umgekehrte Sechsecke ausgebildet sein, indem gleichschenklige oder ungleichschenklige Dreiecke in Kombinationen untereinander so angeordnet sind, dass sie umgekehrte Sechsecke bilden und dass das so erzeugte flächige Bahnenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt.

Beispielsweise kann das Bahnenmaterial nach dem Perforationsvorgang als Netz mit gleichmäßig oder unterschiedlich großen Perforationen ausgebildet sein.

Außerdem können die Perforationen in einer Weiterbildung der Erfindung durch Zugbelastung aufgeweitet werden.

Weiterhin wird gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens das Lagenmaterial bereitgestellt und ein Hotmelt-Kleber auf erste diskrete Bereiche der Oberfläche des Lagenmaterials aufgetragen, derart, dass nach Verfestigung des Hotmelt-Klebers in den ersten diskreten Bereichen ein Muster in Form von Stegen, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, ausgebildet wird.

Weiterbildungen des Verfahrens sehen vor, dass die ersten diskreten Bereiche im flächigen Bahnenmaterial mittels Thermobonding oder auch beispielsweise über Wasserstrahl oder Luftstrahl oder Ultraschall oder Kombinationen aus diesen Verfahren erzeugt werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens können in den zweiten diskreten Bereichen des Lagenmaterials Prägepunkte durch Thermobonding erzeugt werden.

Gemäß einem zusätzlichen Gedanken der Erfindung wird eine Vorrichtung umfassend mindestens eine Prägewalze zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial vorgeschlagen, wobei die Prägewalze längliche Erhebungen in Form von Stegen aufweist, die zueinander so angeordnet sind, dass sie die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, derart, dass die Schenkel ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und eine Höhe zwischen 0,2 mm und 2 mm besitzen und im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind.

Ebenso können die umgekehrten Vielecke in einer Weiterbildung der Vorrichtung als umgekehrte Sechsecke ausgebildet sein, derart dass die Schenkel der Umrandung umgekehrter Sechsecke ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und eine Höhe zwischen 0,2 mm und 2 mm besitzen und im Winkel zwischen > 0° und < 90° zueinander angeordnet sind.

Die Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial, kann dabei ein Walzenpaar mit einer Prägewalze und einer Glattwalze aufweisen.

Alternativ hierzu kann die Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials ein Walzenpaar aufweisen, bei dem der Walzenspalt durch zwei Prägewalzen mit gleichen Prägemustern gebildet wird. Die Prägewalzen sind dabei so angeordnet und hinsichtlich ihrer Umfangsgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt, dass die die Prägemuster bildenden Stege punktgenau aufeinander treffen und ein Point-to-Point-Bonding ermöglichen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die länglichen Erhebungen der Prägewalze in deren Randbereichen hinsichtlich ihrer Steghöhe stärker auszubilden als die länglichen Erhebungen, die sich in unmittelbarer Nähe der Mitte der Prägewalze befinden.

Die länglichen Erhebungen können gleichmäßig auf der Oberfläche der Prägewalze verteilt sein oder nur im Randbereich der Prägewalze ausgebildet sein.

Die länglichen Erhebungen auf der Prägewalze können hinsichtlich ihres Aspektverhältnisses einheitlich ausgebildet sein. Daneben können sich aber auch stärker ausgebildete Erhebungen in Richtung der seitlichen Ränder der Prägewalze als vorteilhaft erweisen.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial vor, die eine drehbar gelagerte Siebtrommel beinhaltet, wobei die Siebtrommel auf ihrer Oberfläche längliche Öffnungen aufweist, die zueinander so angeordnet sind, dass sie die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, derart, dass die Schenkel ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind.

Gemäß einem zusätzlichen Gedanken der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials vorgeschlagen, die eine Einrichtung zum Auftragen eines Hotmelt-Klebers auf diskrete erste Bereichen beinhaltet, wobei die Einrichtung Bohrungen und/oder Düsen aufweist, die zueinander so angeordnet sind, dass sie die Schenkel der Umrandung umgekehrte Vielecke bilden, derart, dass die Schenkel ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind.

Das flächige Bahnenmaterial kann einlagig sein oder aus zwei oder mehreren Lagen bestehen. Die einzelnen Schichten des Laminats können untereinander auf gleiche oder unterschiedliche Art und Weise miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Schichten in ersten diskreten Bereichen verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden sein, wobei die Stege, die in Form von Schenkeln der Umrandung umgekehrter Vielecke oder Sechsecke gebildet werden, mittels Thermobonding oder mittels Klebemittel oder auch beispielsweise über Wasserstrahl oder Luftstrahl oder Ultraschall oder Kombinationen aus diesen Verfahren erzeugt werden.

Die ersten diskreten Bereiche, die in Form von Schenkeln der Umrandung umgekehrter Vielecke oder Sechsecke gebildet werden und/oder zweiten diskreten Bereiche in Form von Perforationen können unterschiedliche Größen aufweisen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die ersten und/oder zweiten diskreten Bereiche in den Randbereichen des flächigen Bahnenmaterials in ihrer flächigen Ausdehnung in x- und y-Richtung kleiner zu gestalten als diejenigen diskreten Bereiche, die sich in unmittelbarer Nähe der Mitte des Bahnenmaterials befinden.

Die diskreten ersten und zweiten Bereiche können gleichmäßig auf der Oberfläche des flächigen Bahnenmaterials verteilt sein oder nur im Randbereich des Bahnenmaterials ausgebildet sein.

Des weiteren können die ersten und zweiten diskreten Bereiche auf dem Bahnenmaterial hinsichtlich ihres Aspektverhältnisses und ihrer flächigen Ausdehnung einheitlich ausgebildet sein. Daneben können sich aber auch stärker ausgebildete erste diskrete und zweite diskrete Bereiche in Richtung der seitlichen Ränder des Bahnenmaterials als vorteilhaft erweisen.

Als bevorzugte Klebemittel können Polymere, in Form von Hotmelt-Klebern eingesetzt werden, die erhitzt werden und bei der Abkühlung eine Verbindung zwischen den Schichten schaffen. Der Auftrag der Klebemittel erfolgt vorzugsweise durch Versprühen des erhitzten Polymers auf diskrete erste Bereiche des Lagenmaterials oder auch in Form des Schaumauftrags.

Als vorteilhaft haben sich Bahnenmaterialien erwiesen, die mit ersten diskreten Bereichen zwischen 10 % und 60 % bezogen auf die Gesamtfläche des Bahnenmaterials ausgeführt sind.

Zur Herstellung des flächigen Bahnenmaterials können synthetische Materialien, wie beispielsweise Homo- und Copolymere, vorzugsweise Polyolefine verwendet werden. Die Polymere können Zusätze aufweisen, die besondere Oberflächeneigenschaften im Bahnenmaterial hervorrufen. Des Weiteren können die Polymere mit Füll- und Verstärkungsstoffe ausgerüstet sein.

Daneben können auch Kombinationen aus synthetischen und natürlichen Materialien zum Einsatz kommen.

Zur Ausbildung der faserigen Bestandteile des Bahnenmaterials in Form von faserigen Materialien im Allgemeinen oder Vliesen sind sowohl Mono- als auch Multikomponenten-Filamente geeignet, die nach bekannten Spinnverfahren hergestellt werden. Dabei können die Querschnitte der Filamente rund, flach, tri- oder mehrlobal sein. Ebenso können die Filamente Hohlräume besitzen oder als Hohlfasern ausgebildet sein. Die Oberflächen der Filamente können glatt oder zerklüftet sein.

Die so erzeugten flächigen Bahnenmaterialen können sehr unterschiedliche Eigenschaftsbilder aufweisen. Beispielsweise kann das Bahnenmaterial hydrophil, hydrophob, antistatisch, elektrostatisch, alkoholabweisend, oder flammabweisend ausgerüstet sein.

Das erfindungsgemäße flächige Bahnenmaterial kann als Bestandteil in einem Hygieneartikel oder Wegwerfartikel Anwendung finden. Dieses können Windeln, Binden, Inkontinenzartikel oder anderes sein.

Als Bestandteil eines Hygieneartikels, beispielsweise in Form einer Windel, kann das flächige Bahnenmaterial als perforiertes Topsheet eingesetzt werden. Bei Zugbelastung werden die Poren aufgeweitet und die Flüssigkeit kann schnell ins Innere der Windel gelangen, um dort absorbiert zu werden.

Auch im Bereich der Medikalartikel zum Beispiel als Abdeckung oder Schutzbekleidung oder als Bandage können diese flächigen Bahnmaterialien eingesetzt werden. Weitere Anwendungen werden im Bereich der Filtertechnik oder im Sanitär- oder Haushaltsbereich, beispielsweise als Wischtuch gesehen. Ebenfalls ist der Einsatz der flächigen Bahnmaterialien als Bestandteil in einem Verpackungsmaterial oder Geotextil möglich.

Beispielsweise kann ein derartiges Material ein flächiges Bahnenmaterial mit ersten und zweiten diskreten Bereichen aufweisen, welches mit einem herkömmlichen Vlies oder Film oder einem Laminat aus einem oder mehreren Vliesen oder Filmen oder Kombinationen aus diesen in Kontakt gebracht ist. Durch die Kombination dieser Materialien wird ein mehrschichtiges Bahnenmaterial erzeugt, welches eine höhere Steifigkeit im Vergleich zu bisher bekannten Bahnenmaterialien unter Verwendung von Vliesen aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Zeichnungen hervor, die jedoch die Erfindung in ihrer Ausgestaltung nicht beschränken sollen. Die dort dargestellten Merkmale und Weiterbildungen sind auch mit den oben beschriebenen und ansonsten nicht näher aufgeführten Ausgestaltungen der Erfindung kombinierbar.

Es zeigen:

1a und 1b: Vergleich von herkömmlichem und erfindungsgemäßem Bahnenmaterial

2a und 2b: Bahnenmaterial mit Perforationen vor (a) und während der Zugbelastung (b)

3: Vorrichtung zur Herstellung des Bahnenmaterials mit Glatt- und Prägewalze

4: Dehnung und Neck-down-Effekt

In den 1a und 1b sind schematisch ein Bahnenmaterial 1 mit bekannten Bondingmustern 2 und ein erfindungsgemäßes Bahnenmaterial 3 mit umgekehrten Vielecken und ersten 4 und zweiten 5 diskreten Bereichen dargestellt. Beispielhaft wurden umgekehrte Sechsecke 6 mit eingesprungenen Ecken 7 dargestellt. Beim Vergleich der Dehnung senkrecht zur Belastungsrichtung weist das Bahnenmaterial 1 mit herkömmlichen Bondingmustern 2 bei einer Dehnung in x-Richtung den typischen Neck-down-Effekt in y-Richtung auf. Beim erfindungsgemäßen Bahnenmaterial 3 richten sich die im Winkel aufgebrachten Stege 8, die die eingesprungenen Ecken 7 bilden, in Zugrichtung aus und drücken die orthogonal anliegenden Stege 9 nach außen, wodurch eine negative Längenänderung des gezogenen Materials senkrecht zur Belastungsrichtung vermieden wird.

Aus 2a ist ein Bahnenmaterial 3 ersichtlich, in welchem verfestigte Stege, bestehend aus Stegen 8 und 9 ausgebildet sind, derart, dass sie die Umrandung gleichschenkliger Dreiecke bilden. Die Dreiecke sind dabei so angeordnet, dass sie paarweise miteinander verbunden sind und umgekehrte Sechsecke 6 bilden. Des weiteren weist das Bahnenmaterial 3 in zweiten diskreten Bereichen 5 Perforationen auf, die innerhalb dieser Umrandungen liegen.

Durch eine derartige Anordnung von Perforationen in einem Bahnenmaterial wird beispielsweise bei Zugbelastung eine Kraftübertragung entlang der verfestigten Stege 8 und 9 ermöglicht.

2b zeigt das Bahnenmaterial während der Zugbelastung, wobei das Bahnenmaterial eine Dehnung in x-Richtung erfährt. Ein Neck-down-Effekt quer zur Belastungsrichtung liegt nicht vor, das heißt das Bahnenmaterial behält bei Zugbelastung die ursprüngliche Bahnenbreite bei.

In 3 wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials 3, die eine beheizbare Prägewalze 10 mit Prägemustern 11 und als Gegenwalze eine Glattwalze 12 beinhaltet, gezeigt. Die Prägemuster 11 der Prägewalze 10 ragen dabei als Erhebungen in Form von Stegen 8, die umgekehrte Sechsecke bilden und die wiederum durch orthogonal anliegende Stege 9 verbunden sind, aus dieser heraus. Die Stege weisen ein Aspektverhältnis, das heißt das Verhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 auf und sind im Winkel zwischen > 0° und < 90° zueinander angeordnet.

Die, das zu verdichtende und/oder zu verfestigende und/oder zu bindende Lagenmaterial 3a bildenden Lagen werden in Form eines Vlieses 13 über eine Spinneinrichtung 14 mit Extruder 14a und in Form eines Films 15 und/oder Laminats 16 über Abwickeleinrichtungen 17 und Umlenkrollen 18 sowie Führungsrollen 19 separat bereitgestellt und einem Walzenspalt 20, der durch die Glattwalze 12 und die Prägewalze 10 gebildet wird, zugeführt. Durch das Zusammenspiel der Gegenwalze mit der Prägewalze wird das Bahnenmaterial im Walzenspalt 20 in diskreten Bereichen auf eine Temperatur, die oberhalb seiner Erweichungstemperatur liegt, gebracht und verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden und anschließend einer Aufwickeleinrichtung 21 zugeführt. Die verdichteten und/oder verfestigten und/oder gebundenen Bereiche 8 und 9 sind auf dem Bahnenmaterial 3 als steife Stege, die umgekehrte Sechsecke 6 darstellen, ausgebildet.

4 zeigt einen Vergleich der Dehnung für Bahnenmaterialien, die aus dem Stand der Technik bekannt sind und für das erfindungsgemäße Bahnenmaterial. Hierbei werden die eingetretenen Neck-down-Effekte für ein herkömmliches Bahnenmaterial mit Standard-Bondingmustern analog 1a, ein herkömmliches Bahnenmaterial mit Perforationen sowie ein erfindungsgemäßes Bahnenmaterial mit Bondingmustern gemäß 1b und ein erfindungsgemäßes Bahnenmaterial mit Perforationen gemäß 2a dargestellt.

Während herkömmliche Bahnenmaterialien beispielsweise bei 2% Dehnung Neck-down-Werte zwischen 2,5% bis 5% aufweisen, werden bei dem erfindungsgemäßen Bahnenmaterial Neck-down-Werte < 1% beobachtet und Poisson-Zahlen &ngr; zwischen 0,18 und –1,83 ermittelt. Überaschenderweise zeigt das erfindungsgemäße Bahnenmaterial mit Perforationen bei 2% Dehnung eine Längenzunahme in y-Richtung in der Größenordnung von > 2%.


Anspruch[de]
Flächiges Bahnenmaterial aus einem Lagenmaterial, wobei das flächige Bahnenmaterial ein Vlies beinhaltet und erste und zweite diskrete Bereiche aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden und dass das flächige Lagenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt. Flächige Bahnenmaterial aus einem Lagenmaterial nach Anspruch 1, wobei das flächige Bahnenmaterial in ersten diskreten Bereichen verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden ist, derart dass die ersten diskreten Bereiche in Form von Stegen, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, ausgebildet sind. Flächiges Bahnenmaterial nach Anspruch 1 und 2, wobei das flächige Bahnenmaterial in ersten diskreten Bereichen Stege aufweist, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden und die Schenkel

– ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und

– im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind.
Flächiges Bahnenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zweite diskrete Bereiche aufweist, die unverdichtet sind und als umgekehrte Vielecke ausgebildet sind. Flächiges Bahnenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zweite diskrete Bereiche aufweist, die perforiert sind und als umgekehrte Vielecke ausgebildet sind. Flächiges Bahnenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielecke umgekehrte Sechsecke sind, die gleichschenklige Dreiecke beinhalten. Flächiges Bahnenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielecke umgekehrte Sechsecke sind, die ungleichschenklige Dreiecke beinhalten. Flächiges Bahnenmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flächige Bahnenmaterial in ersten diskreten Bereichen Stege aufweist, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Sechsecke bilden und die Schenkel

– ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und

– im Winkel zwischen > 0° und < 90° zueinander angeordnet sind.
Flächiges Bahnenmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zweite diskrete Bereiche aufweist, die unverdichtet sind und aus Dreiecken gebildet sind, die so zueinander angeordnet sind, dass sie paarweise im Bereich ihrer spitzen Winkel miteinander verbunden sind und umgekehrte Sechsecke bilden. Flächiges Bahnenmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in zweiten diskreten Bereichen Perforationen aufweist, die aus Dreiecken gebildet sind, die so zueinander angeordnet sind, dass sie paarweise im Bereich ihrer spitzen Winkel miteinander verbunden sind und umgekehrte Sechsecke bilden. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial, wobei das Bahnenmaterial ein Vlies beinhaltet und erste und zweite diskrete Bereiche derart zueinander angeordnet werden, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden und dass das flächige Lagenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt und wobei die ersten diskreten Bereiche durch Thermobonding oder Wasserstrahlbonding oder Luftstrahlbonding oder Ultraschall erzeugt werden. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial, wobei das Bahnenmaterial ein Vlies beinhaltet und erste und zweite diskrete Bereiche derart zueinander angeordnet werden, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden und dass das flächige Lagenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt und wobei die zweiten diskreten Bereiche durch Thermobonding erzeugt werden oder perforiert sind. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial nach Anspruch 11 oder 12, wobei in dem flächigen Bahnenmaterial erste und zweite diskrete Bereiche derart zueinander angeordnet werden, dass sie Muster in Form von umgekehrten Sechsecken bilden und dass das flächige Lagenmaterial bei Dehnung in Maschinenrichtung eine Poisson-Zahl < 0,2 besitzt. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial nach Anspruch 11, wobei das Lagenmaterial bereitgestellt wird und dieses in ersten diskreten Bereichen verdichtet und/oder verfestigt und/oder gebunden wird und die ersten diskreten Bereiche derart zueinander angeordnet sind, dass sie Muster in Form von umgekehrten Vielecken bilden. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lagenmaterial bereitgestellt wird und ein Hotmelt-Kleber auf erste diskrete Bereiche der Oberfläche des Lagenmaterials aufgetragen wird, derart, dass nach Verfestigung des Hotmelt-Klebers in den ersten diskreten Bereichen ein Muster in Form von Stegen, die die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, ausgebildet wird. Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial, umfassend mindestens eine Prägewalze, wobei die Prägewalze längliche Erhebungen in Form von Stegen aufweist, die zueinander so angeordnet sind, dass sie die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, derart, dass die Schenkel

– ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und

– eine Höhe zwischen 0,2 mm und 2 mm besitzen und

– im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial nach Anspruch 16, wobei die umgekehrten Vielecke als umgekehrte Sechsecke ausgebildet sind, derart, dass die Schenkel der Umrandung umgekehrter Sechsecke

– ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und

– eine Höhe zwischen 0,2 mm und 2 mm besitzen und

– im Winkel zwischen > 0° und < 90° zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial, umfassend eine drehbar gelagerte Siebtrommel, wobei die Siebtrommel auf ihrer Oberfläche längliche Öffnungen aufweist, die zueinander so angeordnet sind, dass sie die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, derart, dass die Schenkel

– ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und

– im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind und Mittel zur Bondierung über Wasserstrahl oder Luftstrahl oder Ultraschall.
Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Bahnenmaterials aus einem Lagenmaterial, umfassend eine Einrichtung zum Auftragen eines Hotmelt-Klebers, wobei die Einrichtung Bohrungen und/oder Düsen aufweist, die zueinander so angeordnet sind, dass sie die Schenkel der Umrandung umgekehrter Vielecke bilden, derart, dass die Schenkel

– ein Aspektverhältnis ihrer Länge zur Breite zwischen > 2 und < 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 aufweisen und

– im Winkel zwischen > 0° und < 180° zueinander angeordnet sind.
Verwendung des flächigen Bahnenmaterials gemäß einem oder mehreren der vorigen Ansprüche in einem Hygieneartikel. Verwendung des flächigen Bahnenmaterials gemäß einem oder mehreren der vorigen Ansprüche in einem Filtermaterial. Verwendung des flächigen Bahnenmaterials gemäß einem oder mehreren der vorigen Ansprüche in einem Verpackungsmaterial. Verwendung des flächigen Bahnenmaterials gemäß einem oder mehreren der vorigen Ansprüche in einem Geotextil.






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