DE1635485A1 - Ungewebte Fasergebilde - Google Patents
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KOHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT
TELEFON: 555476 8000 MÖNCHEN 15, 17· April 1967
w. 15 075/67 13/Nie
The Dexter Corporation · Windsor Locks, Connecticut (V.St.A.)
Ungewebte Fasergebilde
Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges und verbessertes ungewebtes Fasergebilde mit hervorragenden Reißfestigkeitseigenschaften.
Es wurden Versuche ausgeführt, um die Reißfestigkeitseigenschaften von ungewebten faserigen Materialien, beispielsweise
von Cellulosepapierprodukten, dadurch au verbessern, daß
man den Papieren verschiedene Arten und Mengen von synthetischen
Fasern einverleibte. Seit kurzem wurden künstliehe synthetische
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Fasern, z.B. Polyamidfasern (Nylon), den Einträgen (furnishes) für die Papierherstellung erfolgreich zugesetzt und zur
Herstellung von reißbeständigen Papieren, bei welchen der Vorteil einer hohen Festigkeit, Zähigkeit, Reiß- oder Zugfestigkeit und Haltbarkeit dieser Fasern ausgenutzt wird,
verwendet. Die zur Anwendung gelangenden Polyamidfasern werden im allgemeinen als gebräuchliche Textil-nKabel" oder
-"Bündel" von Fäden zugeführt, auf welche besondere Ausrüstungen aufgebracht worden sind, um die Anpassung der Fasern
auf das zur Anwendung gelangende Naß- oder Trockenverfahren zu ermöglichen. Diese Fäden oder Bündel von Fäden werden im
allgemeinen durch Aufspritzen durch Spinndüsen in Übereinstimmung mit verschiedenen bekannten Arbeitsweisen und anschließendes Kaltziehen oder -strecken, um die Moleküle in
Längsrichtung der Fadenachse zu orientieren oder auszurichten, gebildet und liefern die Festigkeits- und Haltbarkeitseigenschaften, die normalerweise mit Textilfaden verbunden sind.
Das Strecken oder Dehnen, welchem die Fäden unterworfen werden, neigt zu einer dichteren Packung der Moleküle und zu einer
Erhöhung der intermolekularen Anziehungskräfte zwischen ihnen,
wodurch eine größere Zugfestigkeit und eine erhöhte Reißfestigkeit und erhöhter Modul innerhalb der gestreckten Fäden
die erzeugt wird. Papiere, denen Fasern,/aus diesen gestreckten
Fäden geschnitten wurden, einverleibt sind, weisen eine proportional größere Festigkeit, Zähigkeit und FaIt- oder
Falzdauerleistung auf als diese normalerweise von nur aus
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Cellulosefasern hergestellten Papieren aufgewiesen werden. Jedoch fanden Papiere unter Anwendung dieser künstlichen
Fasern keine weltverbreitete Aufnahme, hauptsächlich aufgrund des erhöhten Kostenfaktors, der mit der Einverleibung von
gestreckten künstlichen synthetischen Fasern verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von ungewebten faserigen Gebilden mit einem Gehalt an kaltverstreckbaren ungestreckten Fasern von verbesserter Reißfestigkeit
und verlängerter oder lang anhaltender struktureller Ganzheit oder Unversehrtheit.
In der Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis J>
graphische Darstellungen, die die typischen verbesserten Reißfestigjrfkeits ■
eigenschaften erläutern, welche in Blatt- oder Bahnenmaterialien erhalten werden, die gemäß der Erfindung hergestellt sind.
Gemäß der Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß ungewebte Fasergebilde eine wesentlich größere
Reißfestigkeit aufweisen, wenn kaitverstreckbare ungestreckte
Fasern anstelle der gebräuchlicheren gestreckten, wenngleich stärkeren, Fasern aus dem gleichen Material verwendet werden.
Den kaltverstreckbaren Materialien 1st vorwiegend eine nichtelastische oder nicht erholbare Deformation oder Verformung
eigen, die während der Dehnung in Verbindung mit der wesentlichen Ausdehnungsfähigkeit oder -Verlängerung, welche
von den Materialien vor dem Reißen oder Bruch aufgewiesen wird, auftritt, wobei die letztere Eigenschaft als
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Zerreißfestigkeit oder Dehnungsgrenze bis zum Bruch gemessen wird. Jedoch ist die Dehnung von gestreckten Materialien verhältnismäßig gering und ist vorwiegend das Ergebnis einer
erholbaren oder elastischen Streckung νςη den Fasern. Als Bezugspunkt für Vergleichszwecke weisen streckfähige Materialien im allgemeinen eine Enddehnung bis zum Bruch von etwa
200 % oderdartiber auf, d.h. sie sind um etwa mehr als das
Dreifache ihrer ursprünglichen Länge vor dem Auftreten eines Brechens streckfähig. Demgegenüber weisen im allgemeinen die
bisher verwendeten gestreckten Fasern eine Enddehnung bis zum Bruch auf, die etwa jifa 20 % oder wenige:pbefcrägt, wobei
einige gestreckte Polyamidfasern eine Bruchdehnung bis zu 40 bis 45 % erreichen. Demgemäß können gestreckte Fasern
auch als eiche angegeben werden, die eine Enddehnung oder
Bruchdehnung von weniger als etwa 200 % besitzen.
Die gemäß der Erfindung herbeigeführte Verbesserung in
der Reißfestigkeit, wobei diese Verbesserung bis zu einem dreifachen Wert oder darüber gehen kann, 1st in der Zeichnung
graphisch dargestellt, wobei die-Bern-Reißfestigkeit (tongue
tear strength)gegen die Menge an gestreckten und ungestreckten Polyamidfasern innerhalb Im übrigen Identischen Blatt- oder
bahnenartigen Materialien aufgetragen ist. Obgleich in der Praxis die Kaltveretreckbarkeit fast immer von einer niedrigeren Festigkeit begleitet wird, wird festgestellt, daß eine
hohe Reißfestigkeit nicht nur ermöglicht werden kann, sondern
/* Gestreckte Materialien weisen ebenfalls eine meßbare Enddehnung bis zum Bruch auf.
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sich sehr vorteilhaft und günstig erweist, wenn sie zusammen
mit einer Kaltverstreckbarkeit im gleichen Material vorhanden
ist. Demgemäß werden gemäß der Erfindung Fasern verwendet, bei welchen trotz ihrer geringen Festigkeit faserige
Gebilde von verbesserter Reißfestigkeit erzeugt werden.
Diese nicht gewebten faserigen Strukturen oder Gebilde sind von besonderer Wihtigkeit mit Bezug auf Produkte, die
für Anwendungszwecke vorgeahen sind, bei welchen eine hohe
Beständigkeit gegenüber Rißausdehnung und/oder die anderen gemäß der Erfindung verbesserten Eigenschaften besonders
erwünscht sind. Beispielsweise können diese Materialien als Unterlageblätter für Matrizen oder Schablonen, beispiels-
bel
weise solche, die 0$ einem Mineographen oder Vervielfälti-
weise solche, die 0$ einem Mineographen oder Vervielfälti-
bei
gungsapparat oder jaffi Adressiermaschinen verwendet werden, oder als Unterlage: für Bänder für technische und Haushaltszwecke, als Ersatz für Fasson-gebende Steifleinen-Zwischenfütterungen oder als für kurzfristigen Gebrauch bestimmte Güter (disposable items), wie Ifandtücher, Was eh« oder Spüllappen, Wiech- oder Staubtücher, Kopflehnenbezüge, Tischtücher, Schürzen,(Diappers)Monatsbinden oder Babywindeln oder Bettücher für einmaligen Gebrauch, Kissenhüllen und Schlaf- oder Morgenröcke für den Gebrauch in Krankenhäusern, ebenfalls für kurzfristigen Gebrauch, insbesondere solche, die in Operationaräumen oder dergleichen verwendet werden,
gungsapparat oder jaffi Adressiermaschinen verwendet werden, oder als Unterlage: für Bänder für technische und Haushaltszwecke, als Ersatz für Fasson-gebende Steifleinen-Zwischenfütterungen oder als für kurzfristigen Gebrauch bestimmte Güter (disposable items), wie Ifandtücher, Was eh« oder Spüllappen, Wiech- oder Staubtücher, Kopflehnenbezüge, Tischtücher, Schürzen,(Diappers)Monatsbinden oder Babywindeln oder Bettücher für einmaligen Gebrauch, Kissenhüllen und Schlaf- oder Morgenröcke für den Gebrauch in Krankenhäusern, ebenfalls für kurzfristigen Gebrauch, insbesondere solche, die in Operationaräumen oder dergleichen verwendet werden,
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und ähnliche Materialien wie Wundpackungen und Vorhangoder Drapierstoffe. Die verbesserten Fasergebilde können
auch in vorteilhafter Weise für Güter mit längerer Gebrauchsdauer angewendet werden, beispielsweise als Teppichunterlagen,
für Bücher und Buchbindermaterialien, elektrische Isolierungen,
Schichtstrukturen einschließlich Verstärkungsschichten für Kunststoffilme und Leder von geringer Festigkeit, Kleidung
für technische und Haushaltszwecke, beispielsweise Kostüme, Modekleidung einschließlich Zwischenfutter für Kleider, Gangläufer, Planen oder Persenning-Materialien, Zeltplanen,
Vorhänge und Draperien, Polstermaterialien für Wohnungsmöbel und Kraftfahrzeuge, Sportausrüstungen, wie Jäger- oder kugelslc here Westen, Kissen und Auskleidungen für Sportzwecke,
Schutzhüllen oder -verpackungsmaterialien, beispielsweise
Grabenauskleidungen, wie Verpackungen, wie/Uewieklung für in der Erde verlegte Rohre,
und Fabrikations- oder Herstellungsstrukturen für Filtrations- oder Ausrüstzwed» einschließlich Gummisäcke (vacuum
bag), Tee- oder Kaffeebeutel, Staubsammler und Stützen oder Träger dafür» Viele andere Anwendungszwecke einschließlich Zahlung«- oder Umlaufsmittel (currency), Deckenlager für sanitäre und FerabnldjfAnwendungszwecke (sanitary
and personal products). Seil- oder Tauwaren, photographische Papiere, Zwischenfutter, aufblasbare oder Schlauchmaterialien,
Abdeckungen im Gartenbau (shrubbery protectors) und Ab-
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deckungen für Gruben oder Bassins sind als weitere Möglichkeiten offensichtlich, bei welchen diese Materialien
in vorteilhafter Weise benutzt werden können.
Die ungewebten Fasermaterialien gemäß der Erfindung, die die verbesserten Eigenschaften aufweisen, werden im
allgemeinen dadurch hergestellt, daß man eine fließfähige Dispersion von Fasern einschließlich der stark dehnbaren
oder verlängerbaren, kaitverstreckbaren, ungestreckten
Fasern in Form eines faserigen blatt- oder bahnenartigen Gebildes bildet. DleFaserdispersion kann in gebräuchlicher
Weise unter Anwendung von Wasser als Dispergiermittel oder unter Anwendung von anderen geeigneten Disperglermedlan,
beispielsweise Luft, hergestellt werden. Vorzugsweise werden wäßrige Dispergiermittel in Übereinstimmung mit bekannten Papierherstellugsarbeitsweisen angewendet und demgemäß
wird der Einfachheit und Klarheit halber die nachstehende Beschreibung hauptsächlich mit Bezug auf wassergelegte Bahnen
ausgeführt. Demgemäß wird eine Faserdispersion als verdünnte
wäßrige Suspension von Papierherstellungsfasern, d.h. Fasern
mit einer Länge von gewöhnlich gut unterhalb etwa 2,54 cm (1 inch), hergestellt, die dann einem Bahnbildungsgitter
oder -sieb, beispielsweise einem Fourdrinier-Drahtgeflecht, einer Papierherstellungsmaschine zugeführt und auf dem Drahtnetz unter Bildung einer faserigen Bahn oder eines Faser-
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blattes zur Abscheidung gebracht wird, wobei das blatt-
oder bahnenförraige Material anschließend in üblicher
Weise getrocknet wird. Das so gebildet® blatt» oder bahnenförmige
Material kam vor, während oder nach der Trocknungs»
stufe behandelt werden, um die Fasern, insbesondere di©
kaltverstreekbaren, unverstreckten Fasern, innerhalb des
blatt- oder bahnenförmigen Materials in geeigneter Weise zu binden und dadurch den vollen Vorteil von ihren einzigartigen
Eigenschaften zu gewinnen.
Die ungestreckten. Jedoch kaltverstreckbaren. Fasern,
die gemäß der Erfindung verwendet werden, brauchen nur in einem geringeren Anteil der gesamten Fasermischung, aus
welcher das blatt- oder bahnenförmige Material gebildet wird,
vorhanden zu sein, um die vorteilhaften Wirkungen gemäß der Erfindung zu ergeben. Wie in den Fig. 1 und "5 der Zeichnung
erläutert ist, werden die günstigen und vorteilhaften Elgenschaftetfselbst
bei kleinen Mengen, beispielsweise von nur ein paar Prozent, aufgezeigt und scheinen bei etwa 70 %
gleichbleibend zu werden, so daß die Anwendung von mehr als 70 % ungestreckter Fasern innerhalb dieser blatt- oder bahnenförmigen
Materialien keine entsprechende Verbesserung in den Eigenschaften ergibt. Die verbesserten Eigenschaften
sind im wesentlichen bis zu und einschließlich einem Gehalt von 100 % ungestreckter Fasern offensichtlich, obgleich
die Verbesserung bei einem Gehalt von oberhalb 70 % an ungestreckten Fasern nicht so ausgeprägt in Erscheinung tritt
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bei Anwendung mit Bindesysteraen, die denjenigen ähnlich sind,
die bei den Materialien der Figuren 1 und 3 verwendet wurden.
Wie Jedoch durch Pig. 2 gezeigt wird, zeigt die Verbesserung durch die ungestreckten laltverstreckbaren Pasern bei Anwendung
von besseren Bindesystemen einen schärferen Anste/Tg,
ohne das Auftreten einer merklichen Angleichung oder eines Stetigwerdens bei Annäherung an den 70 ^-Gehalt von ungestreckten
Fasern. Der übrige Teil des Faserbreis innerhalb dieser Gemische kann aus einem üblichen Cellulpsebrel bestehen,
der nach dem gebräuchlichen Breiherstellungsverfahren einschließlich einer mechanischen, halbmechanischen oder
chemischen Breibereitung hergestellt ist oder er kann aus Gemischen von Cellulosefasern und gestreckten künstlichen
synthetischen Fasern der gleichen oder von einer verschiedenen chemischen Zusammensetzung mit Bezug auf die ungestreckten
jedoch streckbaren Fasern bestehen. Die Fasermasse kann nicht aufbereitet oder verfeinert oder in einem Holländer oder in
einer anderen Einrichtung aufbereitet oder verfeinert sein und kann gebleichte oder ungebleichte Massen umfassen. Die
ungestreckten dehnbaren Fasern erfordern andererseits im allgemeinen keine Schlagbehandlung oder andere vorbereitende
Behandlungen, sondern werden lediglich auf die gewünschte Länge geschnitten und in der Zuführung dispergiert, worauf
die Faeerdispersion auf die geeignete Konsistenz vor der
Bahnenbildung verdünnt wird. Übliche Papierherstellungszusätze,
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wie Füllstoffe, Naßfestigkeitsharze odgl. können ebenfalls
verwendet werden.
Die Faserlänge der verwendeten Materialien hängt von den Eigenschaften dsr Materialien sowie von der Arbeitsweise der
Paserdisperglerung und der -abscheidung ab. Es wird angenommen, daß die meisten Fasern mit einer geeigneten Länge
für die Anwendung in den besonderen zur Anwendung gelangenden Verfahren wirksam sind. Es wird jedoch im allgemeinen
die Verwendung von längeren kaltstreckbaren Fasern, falls zweckmäßig, bevorzugt.
Für den Gebrauch geeignete Fasern sind im allgemeinen synthetische künstliche Fasern, die aus organischen thermoplastischen Materialien gebildet sind, welche zur Erzeugung
von Fasern in einem ungestreckten jedoch streckfähigen Zustand geeignet sind. Dabei weisen die Fasern eine niedere
molekulare Seltenordnung oder -orientierung, eine verhältnismäßig geringe Festigkeit oder einen niederen Modul
und eine hohe Dehnung auf. Typische Beispiele für derartige Materialien sind die schmelzapinnbaren thermoplastischen
Stoffe, die im allgemeinen in Form von endlosen Fadenkabeln für die Textilindustrie erzeugt werden· Diese Materialien
werden im wesentlichen in dem Zustand, wie sie gesponnen werden ("as spun*), verwendet, d.h. sie werden keiner vorsätzlichen Streckbehandlung unterworfen. Jedoch können die
Fäden, selbst, wenn sie etwa« gestreckt sind, gemäß der Erfindung noch zur Anwendung gelangen, sofern sie noch weiter-
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hin die erforderliche Kaltstreekbarkeit aufweisen. Diese
Materialien umfassen beispielsweise synthetisch© organische
Polymerisate und Mischpolymerisate vois Polyamiden,
Acry!polymerisaten, Polyestern, wie Polyethylenterephthalat,
Vinylpolymerisaten, wie Polyvinylidenchlorid, Polyolefinen
einschließlich Polyäthylen md Polypropylen u.a.. Unter diesen Materialien werden Polyamide, wie Polyhexamethylenadipamid
(Nylon 66) s aufgrund ihrer günstigen Festigkeitseigenschaften in Verbindung mit der verhältnismäßig
leichten Bindung gegenüber den anderen genannten Materialien bevorzugt.
Das ungestreckte fadenartige Material und demgemäß die daraus geschnittenen Fasern sollen im wesentlichen eine
gleichbleibende Ordnung der molekularen Orientierung über die gesamte Länge aufweisen. Obgleich der Grad der molekularen
Orientierung geringer ist als derjenige, welcher von einem völlig verstreckten Material aufgewiesen wird, und im wesentlichen
in Längsrichtung der einzelnen Fasern konstant ist, muß ihre äußere Konfiguration nicht gleichförmig sein. Vielmehr
können die Fasern Schwankungen oder Abweichungen aufweisen, z.B. einen variierenden Titer und/oder variierende
Querschnittsabnützungen, wodurch die Fasern leichtei?innerhalb
der Strukturen oder Gebilde zurückgehalten werden; beispielsweise können die Fasern eine "knollige" oder eine "stäbchen"-Konfiguration
besitzen. Außerdem sind rauhe oder unregelmäßige
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Oberflächeneigenschaften, die die mechanische Bindung des streckbaren Materials innerhalb der Fasergebilde steigern,
gemäß der Erfindung ebenfalls in Betracht gesogen. Die Fasern sollen auch die Fähigkeit zum Strecken auf wenigstens
das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge ohne Brechen aufweisen. Typischerweise beträgt die prozentuale Dehnung des
ungestreckten Materials mehr als das Fünffache derjenigen des entsprechenden gestreckten Materials. Beispielsweise
beträgt bei Polyethylenterephthalat die Enddehnung bis zum Bruch etwa 450 % für die ungestreckten Fasern gegenüber
lediglich 45 % für die gestreckten Fasern, was einen 10-fachen
Unterschied entspricht, während die entsprechenden Dehnungen bei Polyhexamethylenadipamid (Nylon 66) etwa 900 % bzw. 35 %
betragen, was einem 25-fachen Unterschied entspricht.
Die Festigkeit (Reißfestigkeit) von derzeitig erhältlichen
ungestreckten jedoch kaltverstreckbaren Materialien ist ziemlich niedrig verglichen mit derjenigen der gleichen Materialien
in gestrecktem Zustand. Tatsächlich werden zufriedenstellende Ergebnisse bei Zug- oder Reißfestigkeiten im ungestreckten
Zustand von lediglich etwa 15 # derjenigen, die von ihren gestreckten entsprechenden Materialien aufgewiesen
werden, wobei die bevorzugten Materialien, die derzeitig im Handel erhältlich sind, Reißfestigkeiten im Bereich von 20 bis
30 % der Reißfestigkeit der gestreckten Materialien aufweisen.
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Beispiele für den bevorzugten Bereich sind die Zug- oder ReJßfestigkeits-Paasentsätze im ungestreckten Zuäand für
Polyhexaraethylenadiparaid (Nylon 66)- und Polyäthylenterephthalatfasern,
die etwa 22 % bzw. 29 % betragen, wobei die
Festigkeiten der ungestreckten Fasern etwa 1,0 bzw. 1,4 g/den sind. Jedoch wird, wie vorstehend erläutert, feafeestellt,
daß ungestreckte Fasern, Äie die erforderliche Streckbarkeit aufweisen und merklich höhere Festigkeiten besitzen, sehr
vorteilhaft sind, wenn sie gemäßder Erfindung zur Anwendung
gelangen. Derartige Materialien sind zur Zeit auf technischer Basis nicht erhältlich.
Aufgrund der niedrigen Reißfestigkeiten, welche die ungestreckten, jedoch streckbaren, künstlichen synthetischen
Fasern besitzen, wurden diese bist» gegenüber den gestreckten, aus den gleichen synthetischen Materialien hergestellten
Fasern als unterlegen angesehen, insbesondere, wenn die Verbesserung der Festigkeit der daraus hergestellten
blatt- oder bahnenforraigen Materialien erwünscht war. Gemäß der Erfindung wurde jedoch in unerwarteter Weise gefunden,
da ß nicht nur diese Fasern von niedriger Festigkeit blatt- oder bahnenförmige Gebilde von gleicher Reißfestigkeit wie
diejenige, welche von den Blättern oder Bahnen mit einem gleichen Prozentsatz an gestreckten Fasern aufgewiesen wird,
ergeben, sondern, daß die Reißfestigkeit merklich gesteigert wird, wenn kaltverstreckbare Fasern von niedriger Festigkeit
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zur Anwendung gelangen. Dieses Ergebnis wird in den graphischen Darstellungen der Zeichnung veranschaulicht,
worin in jeder Figur klar gezeigt wird, daß die ungestreckten Fasern eine bemerkenswerte Verbesserung in der Reißfestigkeit
gegenüber den gestreckten Fasern bei gleicher Faserkonzentration ergeben.
Die ungestreckten künstlichen synthetischen Fasern gemäß der Erfindung werden im Zustand ihrer Bildung mit der Abweichung
angewendet, daß Wasserdispergier- und Antistatischmachende Zusätze aufgebracht werden können, um eine größere
Anpassung und Eignung der Fasern mit Bezug auf das zur Anwendung gelangende Naßlege- oder Trockenlegeverfahren
(wet oder dry-laid-process) zu ergeben. Es ist ersichtlich,
daß diese Materialien häufig gekräuselt oder gezwirnt sein können, nachdem sie aus einer Spinndüse austreten ^, um
sämtliche Fasern oder Fäden in Form eines "Kabels" zusammenzuhalten,
und demgemäß ergeben sie nicht unbedingt gleichförmig gestreckte Fasern, wenn sie auf die Länge zum Gebrauch
gemäß der Erfindung geschnitten werden.
Das gemäß der Erfindung erzielte vebesserte Ergbnis
variiert in Abhängigkeit von dem zur Anwendung gelangenden Bindemittelsystem. Eine geeignete Bindung kann dadurch ausgeführt
werden, daß man die dehnbaen Fasern an die anderen Komponenten des blatt- oder bahnenförmigen Materials und/oder
untereinander durch eine gebräuchliche Papierbindung mit
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Cellulosefasern oder unter Anwendung von Harzen, Lösungsmitteln oder Erhitzungsarbeitsweisen zum anhaften bringt.
Die verwendeten Harzbindemittel sollen mit den zur Anwendung gelangenden synthetischen Fasera verträglich sein
und können selbst etwas zu den Reißfestigkeitgeigeiaschaften
der sich ergebenden Blattstruktur beitragen, wie dies aus den Ergebnissen der Zeichnung ersichtlich ist. Derartige
Bindemittel können nach üblichen Arbeitsweisen zum Aufbringen von Bindemitteln einschließlich gleichförmigen
Auftragsverfahren, beispielsweise Aufbringen von Überzügen nach dem Tauchverfahren, und kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Auftragsverfahren, beispielsweise Musteroder Fleckenblndung, aufgebracht werden. Weiche oder schwache
Bindemittel werden im allgemeinen verwendet, um weichere biegsamere Gebilde zu bilden, wobei der zur Anwendunggelangende
besondere Binder sowohl von dem gewünschten Endresultat als auch von den zu bindenden Fasern vorgeschrieben wird.
Die Erfindung hängt nicht von der Verwendung irgendeines besonderen Bindas oder Bindemittelsystems ab und die meisten der
gebräuchlichen Binder, die normalerweise in Siieht gewebt en Fasergebilden verwendet werden, können vorteilhaft zur Anwendung
gelangen.
Es ist seit langem erkannt, daß die erforderliche Kraft für den Beginn oder Anfeng eines Risses wesentlich größer ist
als diejenige, die zur Fortsetzung oder Ausbreitung des Risses notwendig ist. Demgemäß wird hierin die Beständigkeit gegenübe:
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einer Rtßausbreitung oder -ausdehnung angewendet, um die
günstigen Ergebnisse gemäß der Erfindung zu veranschaulichen. Die Reißfestigkeiten der blatt- oder bahnenförmigen
Zungen-Materialien werden nach einem Säe»- oder Einzelrißverfahren
ähnlich der ASTM-Methode D2262-64T gemessen. Bei dem angewendeten
Verfahren wird eine Prüfmaschine mit konstantem Querzugsausmaß (constant-rate-of-traverse tensile testing
machine), beispielsweise Scott Tensile Tester, angewendet. Die Reißfestigkeit wird gemessen, indem man die langen
Seiten einer rechteckigen Probe von 5#O8 χ 7,62 cm (2 χ 35
inch), die am kürzeren Rand unter Bildung von zwei "Zungen" geschnitten ist, festhält. Die Zungen werden durch ein Paar
von Klammern gehalten und die Probe wird gezogen, um einen Riß vorzutäuschen oder nachzubilden. Somit ist die Reißfestigkeit,
die bei dieser Methode gemeesen wird, die maximale Kraft, die zur Fortsetzung oder Ausbreitung eines
vorhergehend angefangenen Risses in dem Probestück erforderlich ist. Die bei dem Versuch aufgezeichnete Kraft ist
die höchste Spitzenbelastung, die während des Weitergehens des Risses um einen gemessenen Abstand gewöhnlich von etwa
3,81 cm (1,5 inches) aufgezeichnet wurde.
Die Beobachtung des blatt- oder bahnenförmigen Materials während des Prüfverfahrens vermittelt eine wesentlich tiefere
Einsicht in die Erfindung, da die ungewöhnliche Form und das Aussehen des so erzeugten Schlitzes oder Risses ein vor/wiegendes
Merkmal der ungewebten Fasergebilde gemäß der Erfin-
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dung darstellt. Demgemäß sind zusätzlich zu der von diesen flat er lallen aufgewiesenen meßbaren Beständigkeit g&enüber
der Rißausbreitung oder -vergrößerung sichtbare Verbesserungen in der Reißbeständigkeit vorhanden. Diese umfassen
eine wesentliche Steigerung in der Länge der Zone der Rißausbreitung oder -Verlängerung, d.h. der Zone, in welcher
die Pasern fortfahren, den Riß zu durchqueren und von beiden Zungen&s blatt- oder bahnenförmigen Materials gehalten
werden, sowie eine wesentliche Zunahme in der Länge der diese Zone bildenden Fasern. Bei gebräuchlichen Materialien
ist diese Zone so klein, daß sie bei visueller Prüfung ohne Hilfsmittel häufig nicht sichtbar ist. Jedoch'wurde
gemäß der Erfindung die Zone der Rißausbreitung auf ein derartiges wahrnehmbares Ausmaß ausgedehnt, daß Zonen mit
einer Länge von etwa 2,54 cm (1 inch) und darüber üblich
sind.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß, wenn das ungewebte Material reißt oder aufschlitzt, sich die
streckbaren Fasern darin verlängern oder ausdehnen, bis ät entweder von ihren Berührungspunkten innerhalb der Masse
des Fasergebildes weggezogen werden oder ihre endgültige Dehnung erreichen und brechen. Demgemäß führt bei irgendeinem
gegebenen ungewebten Fasergebilde der Einsatz von kaltatreckbaren Fasern anstelle von gestreckten Fasern von
vergleichbarer Grdße im allgemeinen zu längeren ausgesetzten
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oder freiliegenden Pasern längs der Reiß- oder Schlitzkante.
Obgleich die Theorie der Erfindung noch nicht völlig geklärt ist, wird angenommen, daß die größere
Anzahl von dehnbaren Pasern, die die Reißlinie durchqueren, zusammen mit der fortschreitenden EAöhung der
Zugfestigkeit der einzelnen Pasern, wenn diese eine?' Dehnung unterworfen sind, eine kombinierte und möglicherweise
Synergistisehe Beständigkeit gegenüber der Reißkraft
ergeben. Eine wesentlich größere Anzahl von Pasern widersteht der auf das Blatt oder die Bahn aufgebrachten
Reißkraft oder belastung entlang einer beachtlich verlängerten Zone der Rißausbreitung oder -vergrößerung. Gleichzeitig
neigt die Dehnung der stark dehnbaren Fasern zur Orientierung und Ausrichtung der Fasermoleküle entlang der Faserachse,
wodurch die Beständigkeit gegenüber Dehnung der einzelnen Fasern erhöht wird und ferner ein Widerstand gegenüber der
Reißkraft entgegengesetzt wird. Die Dehnung der Fasern in ihrer Längsrichtung unterstützt die Verteilung der Kraft
über die Fasern. Jedoch ist es unabhängig von der Theorie oder möglichen Erklärung offensichtlich, daß wesentlich verbesserte
Ergebnisse gemäß der Erfindung erhalten werden·
Von weiterer Bedeutung ist das Aussehen des nichtgewebten
Materials sowie der von dem Material vermittelte Eindruck beim Aufreißen. Die gedehnten Fasern in der Reißzone
hinterlassen den Eindruck, daß die Fasern ursprünglich eine Länge besaßen, die wenigstens derjenigen der diese Zone
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überbrückenden Fasern gleich ist. Es ist natürlich offensichtlich,
daß dieser Eindruck nicht zutreffend isti da die
überbrückenden Fasern eine wesentlich größere Länge als die
sächlich zur Herstellung des blatt- oder bahnenförmigen Materials tat-/
verwendeten Fasern aufweisen. Dieser Eindruck ist in sich selbst günstig, da er sogar dem unterrichteten Beobachter
die Vorstellung eineyVerbesserten Festigkeit, die lang mit den gedehnten fadenartigen Fasern verbunden ist} vermittelt,
insbesondere, da die Einverleibung von derartigen Fasern in naßgelegte Bahnen in der Technik lange vermieden worden war.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
Dieses Beispiel erläutert die Wirkung, welche geringe Mengen von stark dehnbaren ungestreckten Fasern auf die Reißfestigkeit
von diese Fasern enthaltenden blatt- oder bahnenförmigen Materialien aufweisen.
Eine Faserdispersion wurde durch Schlagen eines gebleichten Kraft-Holzbreies während etwa IJ Minuten bis auf eine
Konsistenz von 1,5 % in einem l-l/SNr.Valley-Laboratoriumsholländer
mit einem 2,27 kg (5 pound) Gewicht und Gegengewicht auf dem Bodenplattenhebelarm hergestellt. Handblätter
(handsheets) wurden aus einem Teil dieser Dispersion hergestellt, die eine geringe Menge an Naßfestigkeitsharz enthielt,
und sowohl in Luft bei Raumtemperatur als auch
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auf einem Trommeltrockner bei etwa 104°C (2200P) getrocknet.
Es wurde keine Nachbildungsbehandlung angewendet. Der Zungenriß von diesen Blättern, gemessen gemäß der Methode ASTH
D2262-64T , ist in Spalte A der nachstehenden Tabelle I angegeben.
Die vorstehende Dispersion wurde dann in zwei Teile geteilt. Jeder dieser Teilmengen wurden 10 Gew.-% von PoIyamldfasern
mit einer Länge von etwa l,9ö?f cm (3/4 inch) und
einem 1 lter von 15 den zugegeben. Die einer Teilmenge zugegebenen
Polyamidfasern waren dabei gestreckt und wiesen eine Festigkeit von 4,5 g/den und eine Dehnung am Bruch von etwa
35 % auf, während die der anderen Teilmenge zugegebenen
Polyamidfasern ungestreckt waren, eine Festigkeit von l,0g/den besaßen und eine Dehnung am Bruch von 900 # aufwiesen. Der
Zungenriß von aus diesen Teilmengen hergestellten Blättern ist in der nachstehenden Tabelle I angegeben. Die Blätter
waren nicht mit einem Bindemittel behandelt und sämtliche Blätter besaßen ein Bads- oder Grundgewicht von etwa
21,3 kg (47 pounds). Es ist ersichtlich, daß die Reißfestigkeit
der Blätter, die aus ungestreckten Fasern hergestellt waren, eine Verbesserung von etwa 100 % gegenüber solchen,
die mit den stärkeren Fasern hergestellt waren, aufwies.
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1635A85
Polyamidmenge PoJ/amidart
Reißfestigkeit luftgetrocknet
heißgetrocknet
(104°C)
L B £ 0 10 % 10 %
gestreckt ungestreckt
228 g 308 g 618 g 225 g 244 g 566 g
Etwa 300 g von gebleichtem KraffcHolzbrei wurde bei
einer Konsistenz von 1,5 % während etwa 13 Minuten in
einem 1-1/2Nr. Valley-Laboratoriumsholländer mit einem 2,27 kg (5 pound) Gewicht und Gegengewicht auf dem Bodenplattenhebelarm
hergestellt. Diesem Brei wurden Polyhexamethylenadipamidfasern (Nylon 66) mit einem Titer von 15 den
und einer Länge von etwa 1,9O^ cm (3/4 inch) zugesetzt.
Es wurde eine Anzahl von Handblättern unter Anwendung von Polyamidfaser- zu-Holzfaser-Verhältnissen im Bereich von
0 bis 70 % Polyamid gebildet. Bei der Hälfte der Blätter wurden ungestreckte Polyamidfasern mit einer festigkeit von
1*0 g/den und einer Bruchdehnung von $00 % verwendet. Bei
der anderen Hälfte der Blätter wurden Breimassen verwendet« die gestreckte Polyhexamethylenadlpamidfasern (Nylon 66)
mit einer angegebenen Festigkeit von 4,5 g/den und einer
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Bruchdehnung von 35 % enthielten.
Die Blätter wurden zwischen Löschblättern gekautscht
und auf einem Trommeltrockner bei 104°C (2200F)getrocknet.
Sämtliche der trockenen Blätter wurden dann mit 6 Gew.-Ji
von vernetztem Polyvinylalkohol (Elvanol 72-60 - E,I. duPont
de Nemours & Co.) behandelt und getrocknet. Die Reißfestigkeit der sich ergebenden Blätter wurde dann gemäß der Methode
ASTM D-2262-64T geprüft und die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung von Fig. 1 aufgetragen. Wie in
Fig. 1 gezeigt, wiesen die aus ungestreckten Polyamidfasern hergestellten Blätter eine wesentlich größere Reißfestigkeit
bei sämtlichen Polyamidkonzentrationswerten trotz ihrer geringeren Faserfestigkeit auf. Tatsächlich kann mühelos
festgestellt werden, daß lediglich 5 % der dehnbaren ungestreckten
Polyamidfasern Ergebnisse lieferten, die mit dem 10-fachen der Menge von gestreckten Polyamidfasern vergleichbar
waren.
Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß der PolyvlnylaKoholblnder durch 25 Gew.-^
Butadien-Acrylnltril-Latex (Hycar 1561, B.F. Goodrich Chemical
Co.) ersetzt wurde. Die gemessenen Reißfestigkeiten er-
gegen
gaben beim Auftragen/den prozentualen Polyaeidgehalt die graphische Daasbellung von Fig.2, worin wiederum die günstigen Ergebnisse, die bei Verwendung der ungestreckten stark
gaben beim Auftragen/den prozentualen Polyaeidgehalt die graphische Daasbellung von Fig.2, worin wiederum die günstigen Ergebnisse, die bei Verwendung der ungestreckten stark
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streckbaren Fasern von niedrigerer Festigkeit erhalten werden, klar veranschaulicht sind.
Die Arbeitsweise von Beispiel 3 wurde mit der Abänderung
wiederholt, daß ein Acryllatex (Resyn X-Link 2873,
National Starch and Chemical Co.) anstelle des Butadien-Acrylnitril-Latex
verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 aufgetragen.
Es wurden ähnliche Blattmaterialien wie diejenigen in Beispiel 4 hergestellt, wobei der Polyamidgehalt bei 30 %
gehalten wurde, während das Verhältnis von gestreckten zu ungestreckten Fasern variiert wurde. Sämtliche Polyamidfasern
ή
besaßen eine Länge von etwa 1,99% cm (3/4 inch), wobei die gestreckten Fasern einen Titer von I5 den aufwiesen, während die kaltverstreckbaren Fasern mit einem Titer von 19 den angegeben wurden. Der für Jedes Mischfaserblatt gemessene Zungenriß ist in*r nachstehenden Tabelle Il aufgeführt.
besaßen eine Länge von etwa 1,99% cm (3/4 inch), wobei die gestreckten Fasern einen Titer von I5 den aufwiesen, während die kaltverstreckbaren Fasern mit einem Titer von 19 den angegeben wurden. Der für Jedes Mischfaserblatt gemessene Zungenriß ist in*r nachstehenden Tabelle Il aufgeführt.
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Tabelle II | Beispiel 6 | Zungenriß (g) |
Bestreckt : Ungestreckt (J*) |
1270 | |
100 : 0 | 1^20 | |
75 : 25 | I59O | |
50 : 50 | I7O6 | |
25 : 75 | 1988 | |
0 : 100 |
Es wurden ungewebte Bahnen aus 100 % synthetischen
Pasern hergestellt. Eine Bahn wurde aus vollständig unstreckbaren,
gestreckten Polyhexamethylenadipamidfasern (Nylon 66) mit einer Länge von etwa 1,905 cm (2/4 inch)
und einem Titer von I5 den hergestellt, während eine andere
Bahn aus kaltstreckbaren unverstreckten Polyhexamethylenadipamidfasern
mit einer Länge von l,9£ff cm (2/4 inch) und
einem Titer von 19 den gebildet wurde. Die Bahnen wurden gebildet, indem man trockene Polyamidfasern langsam in eine
Saugnutsche (Buchner funnel) unter Vakuum zuführte. Die ungebundenen Bahnen besaßen jeweils ein Basis- oder Grundgewicht
von etwa 22,.$* kg/267$$i (50 punds per 2880 square
feet).
Die Bahnen wurden mit dem selbst-veraetzenden Acryllatex
wie in Beispiel 4 beschrieben (Royn X-Link 2873)
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gesättigt und bei etwa 1320C (2700F) 5 Minuten lang getrocknet.
Jede der gebundenen luftgelegten Bahnen besaß ein Grundgewicht von etwa 29,5 kg (65 painds). Bei Prüfung
des Zungenrisses gemäß der Methode ASTM D2262-64T wies die aus den dehnbaren ungestreckten Polyamidfasern hergestellte
Bahn eine Verbesserung von 30 % gegenüber der aus den gestreckten
Fasern hergestellten Bahn auf.
Faserzufuhrmassen mit einem Gehalt von 30 % Holz und
30 $> Polyamid wurden gemäß der in Beispiel 1 beschriebenen
Arbeitsweise hergestellt, wobei die Ansatzmassen 0,2 $>,
bezogen auf das Fasergewicht, eines Epichlorhydrin-Polyamid-Naßfestigkeitsharzes
(Kymene 557, Hercules Powder Co.) enthielten. Die Polyamidfasern in einem Beschickungs- oder
Zufuhransatz waren aus gestreckten Fäden geschnitten, während die Polyamidfasern in dem anderen Zufuhransatz
unverstreckt waren. Blätter mit einem Grund- oder Basisgewicht von etwa 21, *T kg (47 pounds) je 267 in2 (2880
square feet) wurden aus jeder Zufuhrmasse hergestellt und bei etwa 121°C (25O0F) getrocknet. Sie wurden dann heiß
gebunden, indem die Biäter einer Temperatur von etwa 204°C
(400°F) während I5 Sekunden bei einem Druck von etwa
21 j# kg/cm (300 p3i) unterworfen wurden. Die Zungenrfäeeder
Blätter aue unverstreckten Fasern waren merklich höher
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als diejenigen der entsprechenden Blätter aus den gestreckten Pasern sowohl vor als auch nach der Bindung.
Blätter mit einem Grund- oder Basisgewicht von etwa 9,07 kg/267 m (20 pounds/ 2880 square feet) wurden gemäß
der in Beispiel 7 öeschriebenen Arbeitsweise hergestellt und nach Trocknen mit dem Acryllatexharz von Beispiel 4 (Resyn X-Link 2873) gesättigt. Die mit gestreckten
Polyamidfasern hergestellten Blätter wiesen eine Zujjenreißfestigkeit
von 635 g auf, wähend die unter Verwendung
der dehnbaren unverstreckten Polyamidfasern hergestellten Blätter eine Zungenreißfestigkeit von 975 g ergaben.
Eine Faserdispersion wurde durch Zerfasern eines Kraft-Holzbreies in einem Laboratoriums-Holländer
hergestellt. Etwa 30 Gew.-Ji von Polypropylenfasern mit
einer Länge von etwa 0,635 cm (1/4 inch) wurden zu zwei
Anteilen der Breidispersion zugegeben, die kein Naßfestigkeitsharz enthielt. Die erste Teilmenge erhielt gestreckte
Fasern mit einem TIter von 3 den und einer Dehnung von etwa
32 % und einer Festigkeit von 6 g/den, während der anderen
Teilmenge unverstreckte Polypropylenfasern mit einem Titer von etwa 6 den und einer Bruchdehnung von etwa 500 % und
einer Festigkeit von etwa 1,4 g/den zugegeben wurden.
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Handblätter mit einem Grund- oderBasisgewicht von
etwa 21,S kg/267 m (47 pounds/2880 square feet) wurden
aus Jeder Teilmenge hergestellt und mit Toluollösungen
eines Acrylesterharzes (Acryloid K-7OO4, Rohm & Haas)
unter Bildung Wi verschiedenen Konfigurationen oder Aus-
«aßen an Harzbeibehaltung behandelt. Die Zungenreißfestigkeit
der sich ergebenden Blätter ist in der nachstehenden Tabelle III zusammengestellt.
. Tabelle III | Beispiel | Zungenreißfestigkeit (g Gestreckte Ungestreckte Fasern Fasern |
10 | 492 | |
Probe | Harzbeibehaltung (*) |
335 | 652 | ||
A | 12 | 482 | 860 | ||
B | 10 | 602 | |||
C | 30 | ||||
Die Arbeitsweise von Beispiel 9 wurde mit der Abänderung wiederholt, daß Polyesterfasern anstelle der Polypropylenfasern
verwendet wurden. Die gestreckten Polyesterfasern besaßen eine Länge von etwa 0,635 cm (1/4 inch) und bestanden
aus R&yäthylenterephthaktfasern mit einem Titer
von 2,5 den, einer Festigkeit von etwa 5*5 g/den und einer
Dehnung von 30 %, während die kaltverstreckbaren Fasern
aus 0,035 cm (1/4 inch) langen Polyäthylenterephthalatfasern mit einem Titer von 3 den, einer Festigkeit von
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1*5 g J© den und einer Dehnung von 450 # bestanden.
Die hergestellten Handblätter wurden mit Harz bis zu einer Beibehaltung von 24 $ behandelt. Die aus ungestreckten
Polyesterfasern hergestellten* Blätter ergaben eine Zungenreißfestigkeit von 494 g, während die aus
gestreckten Pasern hergestellten Blätter eine Zungenreißfestigkeit
von 320 g ergaben.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Ungewebte Pasergebilde mit verbesserter Reißfestigkeit und der Fähigkeit zur Bildung einer verlängerten Zone der Rißausbreitung und einer wahrnehmbaren Anzahl von gedehnten den Ri^Überbrückenden Pasern innerhalb dieser Zone, dadurch gekennzeichnet, daß sie kaltverstreekbare Pasern mit einer im wesentlichen konstanten Ordnung der molekularen Orientierung in Längsrichtung der einzehen Pasern und einer Bruchdehnung von oberhalb 200 % enthalten, wobei diese Pasern bei Aussetzung an Reißbedingungen den Anschein für eine ursprüngliche Länge ergeben, die wenigstens gleich derjenigen der gedehnten, diese Zone überbrückenden Pasern ist.2. Fasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreekbaren Pasern fließfähige dispergierbare künstliche Fasern sind, die innerhalb der faserigen Struktur gebunden sind, um vollständiger deren reißbeständige Dehnbarkeit auszunutzen.3. Pasergebilde nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreekbaren Fasern aus synthetischen organischen Polymerisatfasern bestehen.20983 3/08344. Fasergebilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreckbaren Pasern aus Polyamid, Polyathylenterephthalat oder Polypropylen bestehen.5. Pasergebilde nach Anspruch p, dadurch gekennzeichnet, daß die kaltverstreckbaren Pasern aus Polyamidfasern bestehen.6. Pasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem luftgelegten ungewebten Fasermaterial bestehen, das kaltverstreckbare künstliche Pasern mit einer im wesentlichen konstanten molekularen Orientierung in Längsrichtung der einzelnen Pasern und einer Bruchdehnung von oberhalb 200 % enthält, wobei die Pasern innerhalb des faserigen Materials gebunden sind.7. Fasergebilde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die künstlichen Pasern aus Polyamidfasern bestehen und das Fasermaterial etwa 45 Gew.-^ oder weniger eines Harzbindemittels enthält.δ. Pasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem wassergelegten ungewebtem Fasermaterial bestehen, das in Wasser dispergierbare, kaltverstreckbare Pasern aus einem künstlichen synthetischen Material enthält, wobei die synthetischen Fasern innerhalb des Faser-, materials in Porm von getrennten einzelnen unverschmolzenen Fasern dispergiert sind.209833/08349. Fasergebilde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie künstliche synthetische Pasern enthalten, wobei wenigstens ein Teil der künstlichen Pasern aus kaltverstreckbaren Pasern besteht.10. Pasergebilde nach Anspruch 9# dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen 70 % oder weniger, bezogen auf den Fasergehai"o, an kaltversfcreckbaren künstliehen Fasern enthalten.11. Pasergebilde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der kaltverstreckbaren Fasern wenigerkls 75 % der Festigkeit der gleichen Fasern im völlig gestreckten Zustand beträgt und daß die Bruchdehnung größer als die 5-fache Bruchdehnung der gleichen Faser im vollständig gestreckten Zustand ist.12. Fasergebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchdehnung der streckbaren Fasern wenigstens das 5-fache der Bruchdehnung der gleichen Fasern in völlig gestrecktem Zustand beträgt.Leerseite
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