Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2699jFachgruppe Textilforschung
Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten lIeinz Kühn
vom Minister für Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Prof. Dr. -Ing. Joachim Lünenschloß
Ing. Hans Külter
Institut für Textiltechnik
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Die Herstellung von Nadelfilzen
mit modifizierten Nadeleinstichgeometrien und die
Untersuchung ihrer Eigenschaften
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
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Inhalt
1. Abkürzungsverzeichnis
Symbole, Dimensionen und Begriffe ...................... 2
2. Einleitung............................................. 6
3. Versuchsplanung und Versuchsdurchführung .•..........••• 9
3.1 Die verwendete Labor-Nade1fi1zmaschine und
die Vernade1ungstechniken ........•.••...........•• 9
3.2 Vorversuche zur Fest1egung der konstanten
Versuchsbedingungen ..•.....•...••........•...••.•. 11
3.3 Der mehrfaktorie11e Versuchsplan •.•.....•..•...••. 13
3.4 Die Einflußgrößen und die mit ihnen im Zu-
sammenhang stehenden Größen •....•.•.......•..••..• 15
4. Ergebnisse aus den Faktorversuchen
Vergleich der "einseitigen" und "gleichzeitig beid
seitigen" Vernade1ung unter Einbeziehung ausgewähl-
ter Einflußgrößen .•.........................•.....•..•. 20
4.1 Die Zielgrößen ....••.......•...••••......•.••••.•• 20
4.2 Die Regressionsanalysen ..•.•...••••...•.•....••••• 21
4.3 Die Einzelergebnisse •.•...•.....•.•.....•...•.•••. 24
4.4 Modellversuche mit verschiedenfarbigen,
schichtenartig vernadelten Vliesen ......•.•.....•. 30
4.5 Zusammenfassung der Ergebnisse aus den
Faktorver suchen .....•.••...............••.•....... 31
5. Weiterführende Versuche mit "gleichzeitig beidseitiger"
Vernade1ung ••................••.•.•....•..••••.•••••••• 33
5.1 Vergleichende untersuchungen mit gestochenen
(konventionellen) und geprägten Filznadeln mit
unterschiedlichen Widerhakenabständen, jedoch
gleichen Widerhakentiefen .•.••..••.•..•.••...••••• 33
5.2 vergleichende untersuchungen mit geprägten Filz
nadeln mit unterschiedlichen Widerhakentiefen,
jedoch gleichen Dreikantschaftstärken •..•.•.•..••. 38
5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse aus den weiter-
führenden Versuchen ••..•.••••••.....•••••••••••••• 41
6. Schlußbetrachtung •.•....•••..••..••.•••••..•••.••••.•.• 42
7. Literaturverzeichnis 44
8. Abbildungen. • . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . • . . . . . . . . • . • . . •. 47
9. Tabellen ••.........................•...•........•....•. 85
- 2 -
1. Abkürzunqsverzeichnis
Symbole, Dimensionen und Begriffe
1.1 Vernade1unqstechniken
lIeins. 1I "einseitige", d.h. konventionelle, Verna
de1ung
"a1t.bds. " "alternierend beidseitige" Vernadelung
"glz.bds. " "gleichzeitig beidseitige" Vernadelung
1.2 Einf1ußqrößen
Ew Einstichwinkel, bezogen auf die Vliesober
fläche
Nf [10-2 mm] Nadelfeinheit, d.h. Dreikantschaftstärke
(Schaftdurchmesser vor dem Dreikantprägen)
WhT [10-2 mm] Widerhakentiefe,
Prägetiefe bei geprägten Nadeln
Halstiefe plus kick up bei gestochenen
Nadeln
lWh,K [mm] Abstand zwischen den Widerhaken auf
einer Kante
1Wh,R [mm] Abstand zwischen den Widerhaken in
einer Reihe (von Kante zu Kante)
1Sp-Wh [mm] Abstand zwischen der Nadelspitze und dem
1. Widerhaken
RB Regular-Barb-Nadeln, 1Wh,K 6,3 mm
MB Medium-Barb-Nade1n, 1Wh,K 4,5 mm
CB C1ose-Barb-Nadeln, 1Wh,K 3,3 mm
MuB Mu1ti-Barb-Nadeln, ~,K 1,3 mm
gepr geprägte Nadel
gest gestochene, konventionelle Nadel
HL Hochleistungs-Nadel
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Anzahl der Widerhaken auf einer Ka.nte
~h,K
NK Anzahl der mit Widerhaken besetzten Kanten
Anzahl der Widerhaken am Dreikantschaft
NWh,D
Et [rnm] Einstichtiefe, definiert als Abstand zwi
schen Nadelspitze und Oberseite der unte
ren Lochplatte beim Einstich von oben, bzw.
Unterseite der oberen Lochplatte beim Ein
stich von unten, jeweils im Totpunkt des
oberen bzw. unteren Nadelbrettes
Anzahl der Widerhaken, die in da.s Vlies
~,e
einstechen
Anzahl der widerhaken, die das Vlies
~,d
durchstechen
lLp [rnm] Lochplattenabstand
IV [rnm] Weg der Nadel durch das Vlies
bei Ew = 90°
1 ' [rnm] Weg der Nadel durch das Vlies
V
bei Ew = 75°, 60° und 45°
DLpb [rnm] Durchmesser der Lochplattenbohrungen
-2
EdHUB [cm ] Einstichdichte für den 1. Doppelhub
-2
EdpASS [cm ] Einstichdichte je Passage
EdF1LZ [cm- 2] Einstichdichte im Filz
Nd [dm -2] Nadeldichte,
Anzahl der Nadeln pro Flächeneinheit
des Nadelbrettes
Anzahl der bestückten Nadelreihen
NNr
NbT [dm] wirksame (bestückte) Tiefe des Nadelbrettes
NbB [dm] wirksame (bestückte) Breite des Nadelbrettes
1 [rnm] Abstand der Nadeln in der Nadelreihe
x
1 [rnm] Abstand zwischen den Nadelreihen bei Ew 90°
y
1 ' [rnm] Abstand zwischen den Nadelreihen bei
y
Betrachtung unter Ew = 75°, 60° und 450
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v [mm] Materialvorschub pro Doppelhub
[mo min-l] Materialabzugsgeschwindigkeit
Anzahl der Passagen
-1
[min ] Einstichfrequenz,
Anzahl der Doppelhübe pro Zeiteinheit
Ff [dtex] Faserfeinheit
1.3 Zielgrößen
AL längs Dimensionsänderung in Längs- (Materiallauf
[%]
AL quer richtung) bzw. Querrichtung
AA [%] Dimensionsänderung der Fläche
a2 Dicke, Meßdruck 2 cN' cm-2
[mm]
a20 Me ßdruck 20 cN • cm-2
Meßfläche = 25 cm2
mA [g . m-2] Flächengewicht (Meßfläche = 100 cm2)
PR,2 r~ cm-3 ] Rohdichte, Meßdruck = 2 cN • cm-2
PR,20 [g cm-3 ] Meßdruck 20 cN' cm - 2
(Dickenmessung)
[1/20 cm2 minl Luftdurchlässigkeit, Meßfläche
Unterdruck = 2 mbar (20 mmWS)
FH Höchstzugkraft in Längsrichtung
längs
FH quer [daN] Höchstzugkraft in Querrichtung
FH diagonal Höchstzugkraft in Diagonalrichtung
Höchstzugkraft, bezogen auf Flächengewicht
und Streifenbreite (Reißlänge)
-~E_ längs in Längsr ichtung
-RE.._ querr d aN/ (g . m- )] in Quer r icht ung
in Diagonalrichtung
-~E_ diagonal
-
5 -
Höchstkraftdehnung in Längsrichtung
EH längs
[%] Höchstkraftdehnung in Querrichtung
EH quer
Höchstkraftdehnung in Diagonalrichtung
EH diagonal
B [%] Bestimmtheitsmaß
N Anzahl der Messungen
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2. Einleitung
Die Bedeutung der Nadelfilztechnik hat in den letzten Jahren eine
ständige Zunahme erfahren [1,2]. Sie hat sich durch das Aufkom
men. hochwertiger Synthesefasern zu einer Technik für die Ferti
gung einer Vielzahl von Produkten entwickelt, die nicht nur mit
konventionell hergestellten textilen Flächengebilden konkurrie
ren,sondern auch neue, bisher unbekannte, durch andere Metho
den nicht erzielbare Eigenschaften aufweisen.
Für die Eigenschaften der Nadelfilzerzeugnisse sind in erster
Linie
die Art des Faserstoffes,
die Art der Vliesbildung und
die Art der Vernadelungstechnik in Kombination
mit dem Nadelwerkzeug
verantwortlich zu machen.
Die Herstellung von Nadelfilzprodukten besteht im wesentlichen
aus zwei Verfahrensschritten: der Vliesbildung und der Vlies
verfestigung.
Bei der Vliesbildung gilt es, eine Faserverteilung in bezug auf
Auflösung, Gleichmäßigkeit, Gewicht und orientierung einzustel
len, die zur Fertigung des Endproduktes notwendig ist. Schon mit
der Vliesbildung lassen sich das Aussehen und die Qualität der
Nadelfilzprodukte beeinflussen. Die Herstellung von Spinnfaser
vliesen erfolgt entweder durch die mechanische oder aerodynami
sche Vliesbildung. Als ein weiteres Verfahren der Vliesbildung
ist das Filamentvliesverfahren (Spinnvlies) zu nennen.
Die mechanische Vliesverfestigung wird durch das Vernadeln er
reicht. Sie läßt sich funktional mit der Gewebebindung oder Ma
schenbildung der klassischen Flächengebilde-Verfahren verglei
chen, wobei allerdings der Einfluß der verfestigungsmaßnahmen
auf die physikalischen Endartikeleigenschaften der Nadelfilze
wesentlich größer ist.
Ober die konventionelle Nadelfilztechnik sind zahlreiche Ver
öffentlichungen bekannt geworden, die sich mit der Problematik
des Vernadelungsvorganges beschäftigen. So wurde von J. Lünen
schloß der Einfluß der Faserparameter [3] und der Herstellungs
bedingungen [4] auf die Nadelfilzeigenschaften untersucht. Dar-
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über hinaus haben sich J. Lünenschloß und J. Janitza [5-7] mit
der Messung der Nadeleinstichkräfte und dem Einfluß verschiede
ner Nadelarten, Maschinen- und Faserparameter auf den Vernade
lungsvorgang und die Eigenschaften der Nadelfilze eingehend be
schäftigt. Diese Untersuchungen wurden mit der konventionellen
Nadelfilztechnik durchgeführt, bei der der Nadeleinstich ein
seitig und senkrecht zur Vliesfläche erfolgt.
Erst in den letzten Jahren sind Verfahren angewandt worden, bei
denen die Nadeln nicht in der herkömmlichen Weise einstechen.
Ziel dieser Techniken ist eine Modifikation der Nadelfilzeigen
schaften gegenüber den nach dem konventionellen Verfahren ge
fertigten Produkten sowie eine Ausweitung der Einsatzgebiete.
Aus den Forderungen, die die Industrie und der Verbraucher an
neuartige Vliesstoffprodukte stellen, werden die Veränderungen
verständlich, die in Patentliteratur und Veröffentlichungen be
schrieben sind, in der praktischen Anwendung jedoch nur begrenz
ten Eingang gefunden haben. Zu nennen sind dabei Verfahren, bei
denen das Vlies dachgiebelförmig geführt wird und von einem kon
ventionell ausgebildeten Nadelbalken schräg durchstochen wird
[8]. Bekannt wurde auch der Einstich mit gebogenen Nadeln, die
kreisförmig bewegt werden [9]. Einer kreisförmigen Führung des
Vlieses wird ein guter Quer- und Längsverbund durch tangentia
les Nadeln und damit ständig wechselnder Einstichrichtung zuge
schrieben [10,11]. Für das tangentiale Vernadeln kreisförmig be
wegter Vliese ergeben sich interessante technische Einsatzge
biete.
Dagegen hat ein Teil der beschriebenen Verfahren keine prakti
sche Bedeutung erlangen können, da die technische Ausführung
teilweise zu kompliziert, die Nadel- und Vliesbeanspruchung zu
groß war.
Die Chatham Manufacturing & Co. (USA) [12-14] entwickelte mit
ihrer als "Fiberwoven" bezeichneten neuen Nadeltechnik ein Ver
fahren, bei dem das horizontal geführte Vlies unter einem klei
nen Winkel alternierend beidseitig vernadelt wird.
