30 April 2009

Nassvliesverfahren: Geeignet auch für Holz- und andere Naturfasern

Verfahren ermöglicht konstante Flächenmasse, steuerbare Faserorientierung und geringe Flächenmassen

Nassvliesstoffe werden heute für Anwendungen in den Bereichen Filtration, Bau, Beschichtung, Kunststoffverstärkung, Batterieseparatoren Automobil, Hygiene/Medizin, Haushalt und Reinigung eingesetzt. Bezogen auf die Gesamtproduktion von Vliesstoffen ist der Anteil von Nassvliesstoffen relativ gering. Von der für das Jahr 2010 weltweit prognostizierten Vliesstoffproduktion von rd. 5 Mio. t werden ca. 870.000 t nach dem Nassvliesverfahren hergestellt.

Prognose der Anteile der Hauptverfahren an der Vliesstoffproduktion 2010 in 1000 t. <br />Quelle: David Rigby: DRAs fiber and textile end-use consumption forecasting system, <br />Chemical Fibers Int. (2005) 4, S.210.”></td>
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<td style=Prognose der Anteile der Hauptverfahren an der Vliesstoffproduktion 2010 in 1000 t.
Quelle: David Rigby: DRAs fiber and textile end-use consumption forecasting system,
Chemical Fibers Int. (2005) 4, S.210.

Ausschlaggebend dafür, ob ein Faserstoff im Nassverfahren verarbeitet werden kann ist seine Dispergierfähigkeit in Wasser. Hydrofile Fasern, wie Cellulosefasern, dispergieren im allgemeinen gut; problematisch sind Synthesefasern wie Polyester-, Polypropylen-, Polyamid-, Aramid- und Carbon-Fasern. In Abhängigkeit von den Oberflächeneigenschaften des Polymers müssen geeignete Faseravivagen eingesetzt werden. Neben der Dispergierbarkeit ist auch eine hohe Schnittqualität erforderlich, um eine gute Formation der Fasern im Vlies sicherzustellen. Im Nassvliesverfahren verarbeitbare Faserstoffe sind u. a.:

  • Synthesefasern (PES, PA, PP,…)
  • Bindefasern (PVA, Co-Polyester, Bicomponetenfasern,…)
  • High-Tech-Fasern (Aramid, Carbon, …)
  • Mineralfasern (Glasfasern, Microglas, Steinwolle,…)
  • Metallfasern (Titan, Stahl,…)
  • Cellulosefasern (Zellstoff, Viskosefasern,…)
  • Naturfasern (Flachs, Hanf, Abaca ….)
  • Abfall- und Recyclingfasern (Leder, Teppich, Scherstäube,…)
  • Chitosanfasern

Das Besondere an Nassvliesstoffen sind eine hohe Konstanz in der Flächenmasse, eine in Längs- und Querrichtung steuerbare Orientierung der Fasern bei gleichzeitig geringen Flächenmassen (20g/m2 bis 400 g/m2). Nassvliese können mit hohen Porositäten eingestellt werden, wodurch eine gute Durchströmbarkeit gegeben ist und damit eine Imprägnierung mit flüssigen Harzsystemen möglich ist. Durch die Zugabe von Additiven im Vliesbildungsprozess oder in nachgelagerten Prozessstufen können die Nassvliese gezielt für spezifische Anforderungen optimiert werden. Durch Mehrkomponenten – Fasermischungen lassen sich verschiedene Funktionen miteinander kombinieren. Mit dem Zusatz von Zweitfasern mit thermoplastischen Eigenschaften sind thermisch umformbare Vliese mit hohen Freiheitsgraden in der Formgestaltung herstellbar. Die Faserindustrie hat sich dieser Aufgabenstellung angenommen, so dass verschiedene Faserspezialitäten für Nassvliesanwendungen angeboten werden.

In diesem Beitrag soll aufgezeigt werden, dass bisher im Nassvliesverfahren nur wenig genutzte Naturfasern wie Flachs, Hanf, Sisal u.a. und auch Holzfasern für die Verarbeitung mit der Nassvliestechnologie geeignet sind. Die maximal verarbeitbare Faserlänge im Nassvliesverfahren richtet sich dabei nach dem Schlankheitsgrad (Verhältnis von Faserlänge zu Faserdurchmesser) und dem Nassmodul der Fasern. Natürlich haben auch maschinentechnische Prozessparameter wie die technische Auslegung des Stoffauflaufes und des Rohrleitungssystems sowie die Faserkonzentration in der Suspension einen Einfluss auf die verarbeitbare Faserlänge.

Aus Kostengründen werden bei der Gewinnung von Naturfasern speziell für technische Anwendungen mechanische Aufschlussverfahren eingesetzt. Aufgrund dessen handelt es sich bei den Naturfasern um sehr grobe Fasern, deren Faserdurchmesser sich in Abhängigkeit von der Faserart und der Effektivität des Aufschlussverfahrens Faserfeinheiten in einem Bereich von 40 bis 140 µm bewegt. Die Feinheiten dieser Naturfasern liegen damit deutlich über den Feinheiten anderer cellulosischer Fasern wie Baumwolle oder Viskosefasern und können deshalb mit Faserlängen von bis zu 20 mm und darüber im Nassverfahren verarbeitet werden. Viskosefasern werden mit Faserlängen unter 15 mm verarbeitet. Für die Herstellung von kurzen Naturfasern werden Faserbänder auf die notwendigen Faserlängen geschnitten.

Neben der Verarbeitung von Naturfasern ist auch der Einsatz von Holzfasern im Nassvliesverfahren sehr interessant. Holzfasern werden in Mahlprozessen aufgeschlossen und die resultierenden Faserlängen liegen in Abhängigkeit vom Mahlscheibenabstand gewöhnlich unter 1 mm. Holzfasern können mit Trockenlegeverfahren zu Fasermatten gestreut werden und finden u.a. Einsatz bei der Verstärkung von Kunststoffen.

Naturfasern wie auch Holzfasern sind cellulosischen Ursprungs und lassen sich in Wasser ohne Hilfsmittel und Avivagen dispergieren. Dies ist eine wichtige Vorraussetzung für die Verarbeitung im Nassvliesverfahren. Die Nassvliese lassen sich sehr homogen und in Wirrlage mit niedrigen Flächenmassen herstellen. Damit ist eine gute Imprägnierung mit flüssigen Harzsystemen gegeben und die Vliese können für die Herstellung von Formteilen im Pressverfahren eingesetzt werden. Die erforderlichen Prozessschritte für die Herstellung derartiger Formteile unter Einsatz von Nassvliesen sind im Bild unten dargestellt.

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Mögliche Anwendungsbeispiele könnten formgepresste Teile für die Möbelindustrie sein. Hier werden bei der Herstellung von Formholz Schälfurniere beleimt, geschichtet und anschließend in einer Presse unter Druck umgeformt und der Leim ausgehärtet. Die geringe Dehnung der Holzfurniere schränkt dabei die Freiheitsgrade bei der Umformung und damit im Design ein.

Der Einsatz von Natur- und Holzfaservliesen bei der Herstellung von Formteilen in der Möbelindustrie könnte zu folgenden Effekten führen:

  • Beeinflussung der Umformeigenschaften und damit auch der Designfreiheiten
    Der Einbau von Naturfaservliesen in den Schichtaufbau des Formholzes könnte die Umformgrade aufgrund der größeren Faserlängen der Naturfasern im Vergleich zu den Holzfasern im Furnier deutlich verbessern.
  • Spezielle Effekte bei der Gestaltung neuer Dekore.
    In den Deckschichten eingearbeitet, könnte die einzigartige Optik der Natur- und Holzfaservliese für innovative optische Effekte genutzt werden.
  • Entwicklung von Sandwichaufbauten mit Wabenkern.
    Mit Waben als Kernmaterial und den entsprechenden Deckschichten aus Natur- und Holzfaservliesen können leichte und hochsteife Strukturen hergestellt werden. Sandwichbauteile bieten gegenüber der Massivbauweise außer der Gewichtseinsparung auch die Vorteile guter Schallisolation und Wärmedämmung.

Die Verwendung der Nassvliese aus Natur- und Holzfasern hängt von den erreichbaren mechanischen Eigenschaften, der Verarbeitbarkeit in großserientauglichen Prozessen und vor allen Dingen auch dem Preis ab.

Die Erstveröffentlichung dieses Beitrags erfolgte unter dem Titel “Chancen und Möglichkeite für neue Produkte nach dem Nassvliesverfahren, Teil 1: Vliesstoffe aus Naturfasern und Holzfasern” in der Fachzeitschrift Technische Textilien, Ausgabe 1/2009, S.32-33.

Source: Technische Textilien, 2009-03.

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