DE2919576A1

DE2919576A1 - Metallfasern enthaltender faserverband, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung, insbesondere in der papierindustrie

Info

Publication number: DE2919576A1
Application number: DE19792919576
Authority: DE
Inventors: Jacques Terliska
Original assignee: Arjomari Prioux SA
Current assignee: ArjoWiggins SAS
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-05-15
Publication date: 1979-11-29
Also published as: GB2024885A; JPS6221919B2; FR2425937A1; NL189972B; JPS556577A; NL189972C; NL7903912A; GB2024885B; DE2919576C2; IT7968039A0; FR2425937B1; IT1120959B; US4265703A; BR7902985A; BE876272A

Description

■ Die Erfindung betrifft einen Metallfasern enthaltenden Faserverband, ein Verfahren .zu dessen Herstellung und seine Verwendung, insbesondere in der Papierindustrie.

: Die Erfindung befaßt sich vor allem mit einem zusammenhängen-

den Faserverband, der auf einer nassen Bahn,, wie z.B. einer Papierbahn, aufgebracht wird und der Metallfasern sowie gege-

j benenfalls Fasern aus anderen Grundmateriali-en enthält»

Es ist insbesondere nach der FR-PS J 150 6B9 bekannt, me ballische Faservliese*, die nicht für die Papierindustrie bestimmt sind, dadurch herzustellen, dall die Fasern in einer Flüssigkeit dispargiert werden, und daß das so erhaltene Vlies durch Sintern verfestigt wird. Aus der Literaturstelle O.A.Battista "Synthetic Fibers in Papermaking", Seiten Ί18-184 (John -Wiley & Sons, New York, 1964) ist es bekannt, daß Me ball fasern enthaltende Faser vorbände in nassem Zustand hergestellt v/erden können," wobei notwendigerweise das Faservlies gesintert worden muß (vergL. Tabelle auf Seite 16? der Literature teile).

Auch ist os bekannt, daß sich Im;im Einbringen */cm I-Iebü.Lfasern in ein organifjohes F:un>rvlie>n (wie 2,B, PapiorknJ/jr ein IHn^- ralfnservLiesCz.B. Ulajfasurn) zahlreiche bK:hni;3oh3 ik.lr./L·;-rigkeiten ergeben, Insbesondere habon die Met.U 1.t";i;Uirn ein im Verhältnis zu den anderen organischen oder M in-si-al i .-■

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sehen Fa.;;: η u;;s.;nr,LLch höhere;} iipsssLt:'i.-r-h^.; iiauhiu;, ;;-j.; έ FoLgu huf;, daß ο.ϊ sLch nut· sehr schLo^-hb, in -;b-wan lore in -t\ n-tm ui! .'oi LuLus ,»fasern bestehenden Brei., dL,;p -;r:;i ,-ν-αι, U u. tern in li.it; man festgestel, Lb, daß die IIefcal.Lt*>LLcIh;ii nut· ml ■■ ■ baLmäßig an don dan Papier' bLLdoiidoii Faüüi'n haften, und d ui der· Einv/Lriamg von ntichanlrjohen Donn^pruchuniitm (Ln.jrsj durch Knibfcern und B'alben) die) MüfcaLLtoLLchem kuu Reißen don Papiers beitragen und/oder auu dem PapLer auntrete η.

Zur Überwindung dLeser tüchniacheiL iiohwLorLfdctiifcoii vnu'de hareibö vorgeüchLagen, mit einem BiebaLLLnciien Übevziu; voraühtine Piisorii oder 'L'e:ctiifaHOi'n zu verwenden, die mit MagnatL- £5chor Tinte getränkt oder imprägniert nind. Auch b>b an η :·· ii der FR-Po 2 Mj 812 bekannt, i>yntheti.:i-.;he ml u¹ iii.neraLnKih:! Fasern mit einoni Hofcaiiüber"nj; an doi· Oberfläche in iJioher-1IeLtSPaX)IeX* eLinuiiagern, ho dal) nie £>pe:'.teLLe ELgen.u:häft.üi (uLe s,IL -mie elektrLoche LeLbfiihLgkeLb) haben, durch dl» I-te ilachahnung oder Verfäiijclnmg üch'./LerLger uird.

Dan Aufbringen eLney niebaLLLnohen Übor/.ugiJ auf naHifüche oder küiiübl ir-he Fanei'n Lnt im aLLgemeLnen ein roLahi/ einfaeher Bahandlung:-}Vorgang, Auch boreLtet dan KLnLagei'ii der mit einuin n-itaLLifJchon Überzug '/ersehenen Fa.«;ern in (lav, Pa-pier kaum technL^che .Schwierigkeiten, da i-sio fjohr J.ei und gleichmäßig ijelbsb bei hohen KonzentratLonnwerten disper gieren, da ihr «pezifiijclioa CiewLcht in der (irüßenordnung von ZüLluLoafifa:>5}rn Liegt.

Dennoch bringen dLe mLt einem uetaLLLnchen Überzug Turneh αι..ή Fa.sern Na.-hf.eile niA. η ich, die auf ilen metal Li .sehen iibetv.u^ ulf} ijolch-iii uu ü-iLzufülu'en sind, da dfit· IIotal.L.mt -LI. in b- u auf dLe ν or, t;L Lehen, das Faservl if.'s bLldeiiden i'Visein gering ist.. Au i -Ii j.;eii (Gründe sind die den IletaLL ^uk )iun_:*iι hin EU, u iu;haften nur ;u h:mv iiuL',bii'. iitihLLußl ich ist auch d i.j Auf

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bringen eines metallischen Überzugs im wesentlichen auf Aluminium als Metall beschränkt. ¥enn Aluminium nicht verwendet wird, muß das Metall unter starkem Unterdruck bzw» verstärktem Vakuum aufgebracht werden, wozu komplizierte Techniken und Anlagen benötigt v/erden.

Diο Erfindung zielt darauf ab, die in Verbindung mit metallis«hon Überzügen versehenen Fasern auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden und Maßnahmen vorzuschlagen, die einen Einbau von reinen Metallfasern in ein Papier oder einen ähnlichen Faserverband gestatten. Weiterhin schlägt die Erfindung spezielle Einrichtungen vor, die zur Feststellung und zur Kontrolle dienen. Diese Einrichtungen sind insbesondere für Sicherheitspapier bestimmt. Sie umfassen hauptsächlich Bestimmungseinrichtungen für die spezifischen Eigenschaften der Metallfasern, wie z.B. die elektrische Leitfähigkeit, die magnetischen Eigenschaften, das Absorptionsvermögen von elektromagnetischen Wellen und die Wärmeleitfähigkeit. Selbstverständlich können zusätzlich zu diesen Einrichtungen auch visuelle Bestimmungseinrichtungen, wie z.B. Sicht schirme, verwendet werden. Der Sicherheitsgrad, d.h. die Schwierigkeit, . von einem Sicherheitspapier Nachahmungen und Fälschungen herzustellen, erhöht sich im Maße der Besonderheiten seiner Bestandteile: hierbei ermöglichen die Metallfasern eine sehr große Vielfalt ihr er. Original! tat. Zu dieser Originalität kommt noch die Schwierigkeit, daß die Metallfasern homogen in die ι Papierbahn einzubringen sind. Zur Erreichung dieses Ziels sind die Ermittlungsmethoden äußerst einfach, und insbesondere auf die spezifischen Eigenschaften der Metallfasern abgestimmt.

Man hat überraschenderweise gefunden, daß trotz der Tatsache, daß -;Me.tallfasern in. .· einer wäßrigen Suspension aus natürlichen oder künstlichen Fasern aufgrund ihres spezifischen Gewichts schlecht dispergieren, die Metallfasern in nassem ; Zustand bei der klassischen Papierherstellungstechnik in einen

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Faserverband eingebracht werden können, der Metallfasern enthält. Als Ausgangssubstanz wird eine homogene wäßrige Dispersion verwendet, die einerseits natürliche oder künstliche Fasern und andererseits Metallfasern enthält, die mit einem wasserlöslichen Bindemittel behandelt worden sind. Die Homogenität der wäßrigen Dispersion wird dadurch erzielt, daß auf den Metallfasern Bindemittelspuren zurückbleiben. Aufgrund der Homogenität können die Metallfasern in dem Faserverband gleichmäßig und erforderlichenfalls örtlich gebunden verteilt werden, wobei der Faserverband im nassen Zustand auf dem Siebgeflecht der Papiermaschine gebildet wird.

Als neuartiges Erzeugnis schafft die Erfindung einen Metallfasern enthaltenden zusammenhängenden Faserverband, der sich dadurch auszeichnet, daß die den Faserverband bildenden Fasern in nassem Zustand abgelegt werden, und daß die von dem Faserverband eingeschlossenen Metallfasern an ihre Oberfläche Spuren eines wasserlöslichen Bindemittels haben, das zuvor zur Imprägnierung der Metallfasern gedient hat.

Die minimale Menge der 'im Faserverband nach der Erfindung enthaltenen Metallfasern hängt von dem Bestimmungszweck ab, für das der Faserverband bestimmt ist. So kann man beispielsweise einen Faserverband mit 0,01 Gevi.-% Metallfasern her-

stellen, was etwa einer Metallfaser pro m Faserverband entspricht. In der Praxis beläuft sich die minimale Menge der in dem Faserverband enthaltenen Metallfasern auf 0,1 Gew.~%, bezogen auf das Gewicht des Faserverbands und vorzugsweise auf 0,5 Gew.-?o.

Gemäß eines Merkmals der Erfindung liegt der mengenmäßige Anteil der Metallfasern zwischen 0,1 und 95 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Faserverbands. Hiernach enthält ein Faserverband 0,1 bis 95 Gew.-?6 Metallfasern und 99,9 bis 5 j

Gew.-% einer Mischung aus nichtmetallischen natürlichen oder ^!

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künstlichen Fasern und bei der Papierherstellung übliche Zuschläge, wie z.B. Füllstoffe, Imprägnierungsmittel usw.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung enthält der Faserverband nur Metallfasern.

Hieraus ergibt sich, daß die Bezeichnung "andere Fasern" oder "nichtmetallische Fasern" nicht nur natürliche oder künstliche Textilfasern, die bei der Papierherstellung eingebracht werden können, wie z.B. Zellulosefasern, Fasern aus PVA, Polyäthylen oder Polyester, einschließt, sondern auch Mineralfasern, wie z.B. Fasern aus Kohlenstoff, Glas und Keramik und gegebenenfalls auch mit Metallüberzügen versehene Fasern. Vorzugsweise sind die nichtmetallischen Fasern Zellulosefasern, die jedoch auch mit anderen nichtmetallischen Fasern verbunden sein können.

Die metallischen Fasern des Faserverbands nach der Erfindung weisen an ihrer Außenfläche Spuren eines wasserlöslichen Bindemittels auf, mit dem sie vorher behandelt worden sind. Dieses mikroskopisch feststellbare Bindemittel trägt zusätzlich zur Sicherheit bei. Es soll noch erwähnt werden, daß die zuvor mit dem Bindemittel behandelten Metallfasern vor der Bildung des Faserverbands im nassen Zustand nicht einzeln, sondern in Form eines Agglomerats aus Metallfasern und Bindemittel vorliegen. Die Spuren des Bindemittels nehmen 5 bis 20% der Außenfläche der Metallfasern ein.

Weiterhin ist es im Hinblick auf die Herstellung des Faserverbands zweckmäßig, Metallfasern zu verwenden, deren Abmessungen in den Größenordnungen der anderen Fasern liegen, die

den Faserverband bilden, so daß die Metallfaserabmessungen ι 1 bis 10 mm betragen. Dennoch ist diese ähnliche Dimensionie-₍ rung nicht wesentlich. Zweckmäßigerweise kann man Metallfa- ; sern verwenden, die vorzugsweise einen mittleren Durchmesser ■

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von kleiner oder gleich 30 μ (gegebenenfalls kleiner als 10 μ) und eine Länge von kleiner oder gleich 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 6 mm haben. Auch können Metallfasern verwendet werden, die unterschiedliche Abmessungen haben, wenn sie wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllen: d.h. einen

j Durchmesser, eine Länge, einen Querschnitt und in Längsrich-

¹ tung eine Schnittfläche haben.-.-".

; Die Metallfasern können durch Drahtziehen eines metallischen Faserbündels hergestellt werden, wie dies beispielsweise in \ der US-PS 2 050 298 beschrieben ist. Auch können Metallfasern mit unterschiedlichen Querschnittsformen, wie z.B. mit einem runden Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem rechteckigen Querschnitt, einem quadratischen, einem dreieckig oder einem L-, T- oder Y-förmig ausgebildeten Profil verwendet wer- ! den. Auch können Metallfasern verwendet werden, deren Querschnitt sich in Längsrichtung ändert, wie es beispielsweise in der US-PS 3 698 863 angegeben ist.

Vorzugsweise besitzen die Metallfasern nach der Erfindung eine rauhe Oberfläche. Insbesondere sind nicht glatte Oberflächen von Vorteil, die vorzugsweise in Längsrichtung verlaufende Rillen haben. Hierdurch wird das Haftungsvermögen der Metallfasern mit den anderen nichtmetallischen Fasern,und insbesondere mit Zellulosefasern verbessert.

Allgemein können die Metallfasern irgendein Metall, Aluminium, Kupfer, rostfreier Stahl, Titan, Nickel, Blei, Tantal usw., Metalloxide (insbesondere Oxide von Kupfer, Aluminium, Fe, Ti, Ni, Mo, Pb, V, Ta) und deren Legierungen enthalten. Auch können die Fasern einen bimetallischen Aufbau haben und eine Seele und einen Mantel umfassen.

Im Hinblick auf die Ermittlung der metallischen Fasern in dem Faserverband auf magnetischem Wege können die metallischen Fa-

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■ . - ■ - ^: -' · ' ' -■■-- ORIGINAL INSPECTED

sern selbst magnetisch oder magnetisierbar sein. Aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften können die Metallfasern in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet werden, wenn sie auf dem Siebgeflecht der Papiermaschine in nassem Zustand der Papierbahn aufgebracht werden, was beispielsweise mittels eines Magneten möglich ist, der in der Nähe des Siebgeflechts angeordnet ist.

Weiterhin können die Metallfasern auch in dem zusammenhängenden Faserverband regelbar eingebracht werden, d.h., die Metallfasern können an bestimmten Stellen und mit einer bestimmten Konzentration eingebracht werden. Hierbei können sie entweder auf der Oberfläche oder .auch in Richtung der Stärke des Verbands beispielsweise in Form von Streifen oder Bändern aufgebracht werden. Beim Aufbringen der Metallfasern auf der Oberfläche in Form von Streifen oder Bändern ist im allgemeinen über der nassen Seite an der üblichen Papiermaschine ein zweiter Behälter vorgesehen, der die Dispersion aus Metallfasern enthält. Wenn die Metallfasern in Richtung der Stärke oder der Tiefe des Faserverbands aufgebracht werden sollen, wird vorzugsweise nachstehendes Verfahren angewandt. Eine Zellulosefasern und Metallfasern mit der gewünschten Konzentration enthaltende Dispersion wird in Form einer Papierbahn hergestellt. Diese Faserbahn wird an beiden Seiten mit ähnlichen Bahnen ohne Metallfasern bedeckt. Diese Verbindung kann auf 'einer Maschine mit mehreren Platten als Arbeitstische oder von der Papiermaschine entfernt durch Kaschieren hergestellt werden. ^:

Selbstverständlich kann man auch Metallfasern unterschiedlicher Zusammensetzungen ablagern, wie z.B. magnetische oder magnetisierbare Fasern und andere Metallfasern. Auch können Metallfasern unterschiedlicher Zusammensetzungen an bestimmten Stellen, insbesondere in Form von mehreren nebeneinander liegenden Streifen aufgebracht werden, wobei jeder Streifen eine andere Zusammensetzung und nach Belieben eine andere Konzentration hat.

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Wenn ein Faserverband hergestellt v/erden soll, der nur Metallfasern enthält, reicht es aus, die Metallfasern in Gegenwart eines Bindemittels unter Bedingungen zu dispergieren, daß sich die Fasern beispielsweise in heißem Wasser oder einem erhitzter Schmelzmittel lösen. In Gegenwart von kaltem Wasser ermöglichen diese Fasern, daß die Metallfasern im Trocknen dispergieren, sich lösen oder erweichen, so daß auf diese Art und Weise eine Verbindung zwischen den Metallfasern sichergestellt wird. Diese Möglichkeit ist insbesondere von Interesse, wenn keine Zellulosefasern vorhanden sein sollen.

Das verwendete Bindemittel ist vorzugsweise eins in Wasser lösliche Substanz, da Wasser allgemein als Dispersionsmittel in der Papierindustrie verwendet wird. So können beispielsweise Polyvinylalkohol oder Stärke verwendet werden, und bevorzugt wird als Bindemittel Polyvinylalkohol verwendet. Wenn die mit dem Bindemittel behandelten Metallfasern im naßen Teil der Papiermaschine zugegeben werden, löst sich das Bindemittel teilweise derart, daß sich die Fasern allmählich trennen. Weiterhin wird durch das Umrühren des Faserbreis mit Hilfe von in der Papierindustrie üblicherweise verwendeten Rührwerken die völlige und schnelle Trennung der Fasern unterstützt, wobei eine gleichmäßige Verteilung der Metallfasern in dem Brei gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Metallfasern enthaltenden Faserverbands im naßen Zustand zeichnet sich dadurch aus, daß - ,-■ _ ;

(a) die Metallfasern mit einem wasserlöslichen Bindemittel derart behandelt werden, daß sich ein Agglomerat aus Fasern und Bindemittel bildet, in dem die Metallfasern vom Bindemittel umgeben sind,

(b) eine wäßrige Dispersion dadurch gebildet wird, daß unter Umrühren das Agglomerat mit nichtmetallischen Fasern und Wasser vermischt wird, und . ^;

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(c) die wäßrige Dispersion "bei der Herstellung des Faserverbands in Bahnform auf die nasse Bahn aufgebracht wird.

Die Behandlung in der Verfahrensstufe (a) wird vorteilhaft dadurch durchgeführt, daß die Metallfasern mit einem wasserlöslichen Bindemittel imprägniert werden, das von der PoIy-"-'--vinylalkohol und Stärke umfassenden Gruppe' ausgewählt wird.

Obwohl durch die Vorbehandlung der Metallfasern mit einem Bindemittel die Dispergierbarkeit der Metallfasern in dem Brei wesentlich verbessert wird, werden den Metallfasern dennoch noch andere Fasern vor dem Aufbringen des Bindemittels zugesetzt. Nach ,-dem Einbringen dieses Gemischs-in den zusammenhängenden Faserverband haben auch die anderen Fasern noch Spuren des Bindemittels.

Im allgemeinen sind die Metallfasern in dem Agglomerat mit einer Länge von im allgemeinen kleiner als 10 mm und einem Durchmesser von wenigstens 30 μ ohne Ordnung verteilt. Selbst wenn sie zweckmäßigerweise parallel angeordnet sind, so daß sich ein Agglomerat in Form eines Bands ergibt, hat das Agglomerat eine Länge von höchstens 10 mm in Längs erstreckung der Fasern, eine Breite von wenigstens, 15 mm und eine Stärke von wenigstens 3 mm. Das spezifische Gewicht des Agglomeratus aus Metallfasern läßt sich dadurch verringern, daß man den Bindemittelanteil erhöht. Der höhere Anteil an Bindemittel führt jedoch zu einem höheren Desintegrationsgrad, was zeitweilig eine heftigere Dispergierung oder längere Zeiten dabei zur Folge hat, was nicht erwünscht ist.

Das Bindemittel in dem Fas er agglomerat bildet im allgemeinen keine durchgehende Matrix, in der die Fasern vollständig von dem Bindemittel umgeben sind, sondern es bildet eine Art Netzstruktur. Dank dieser Netzstruktur beträgt das spezifische \ Gewicht eines Agglomerate beispielsweise weniger als 20 Vol.-%

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der nichtmetallischen Fasern und ist somit niedrig.

Die Faseragglomerate in Form eines Bandes können auf die folgende Weise hergestellt werden. Ein Bündel aus metallischen Endlosfäden oder Filamenten wird beispielsweise gemäß der US-PS 2 050 298 hergestellt. Dieses Bündel wird axial mit mehreren weiteren Endlosfäden durch ein Imprägnierungsbad durchgeführt, das das aufgelöste Bindemittel enthält. Das mit Bindemittel imprägnierte Bündel wird daraufhin getrocknet und anschließend in Querrichtung in Stücke geschnitten, die eine Länge von höchstens 10 mm haben. Die Konzentration des Bindemittels im Bad sowie die Viskosität des Bades bestimmten die von dem Bündel mitgerissene Bindemittelmenge. Wenn man nur ein Bündel aus Metallfilamenten imprägniert, ist es zweckmäßig, wenn eine beträchtliche Bindemittelmenge zwischen den Filamenten beim Zuschneiden vorhanden ist, da die Bindemittelmatrix die Trennung der Filamente unterstützt und eine metallische Verbindung verhindert wird, die durch Kaltverschweißen von Metallteilen unter dem Querdruck des Schneidmessers entstehen könnte. Eine größere Bindemittelmenge ist jedoch im Hinblick auf die Behandlung der Dispersion bei der Papierverarbeitung nachteilig. Durch das Einbringen anderer Fasern in das Bündel wird auch der Zweck erzielt, daß sich die metallischen Filamente voneinander trennen, so daß einerseits der Nachteil einer Verbindung von Metallpartikeln beim Schneiden _; und andererseits die Notwendigkeit vermieden werden, eine .j größere Bindemittelmenge zu verwenden. I

' Das Bündel aus metallischen Filamenten kann zwischen zwei Bün-' , dein aus anderen Fasern derart gelegt werden, daß sich die Metallfasern nach dem Zuschneiden überwiegend im Mittelteil des ; Bandes befinden. Im Gegensatz hierzu können Bündel aus nichtj metallischen Filamenten zwischen Bündel aus metallischen Pi-■ lamenten gelegt werden, damit die metallischen Fasern überwiegend an der Umfangsflache des Bandes liegen.

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. ' Im Prinzip können somit in dem Agglomerat metallische Filamente mit unterschiedlichem Durchmesser, unterschiedlicher Querschnittsform,unterschiedlicher Zusammensetzung, unter- ; schiedlicher magnetischer Eigenschaften und/oder unterschiedlicher Rauhigkeit sowie bimetallische Fasern enthalten sein. Ähnlich können auch alle anderen Arten von Fasern in das j Agglomerat und den zusammenhängenden Faserverband außer na- ^! türlichen und künstlichen Fasern eingelagert werden, wie z.B. j hochtemperaturbeständige Fasern, wie z.B. insbesondere Fasern, die unter der Bezeichnung Nomex und Kermel im Handel erhält-' lieh sind. Auch können Glasfasern, Kohlenstoffasern und sogar Fasern eingelagert werden, die mit einem metallischen Überzug versehen sind. Somit kann der zusammenhängende Faserverband eine Gruppe von künstlichen oder natürlichen und mineralische j Fasern sowie eine Gruppe von Fasern mit einem metallischen

ι Überzug und Fasern ohne einen metallischen Überzug enthalten.

Im allgemeinen ist die Zeitdauer für die Verfahrensstufe (b) von der Zeit abhängig, die benötigt wird, um alle Fasern des Agglomerats zu dispergieren. Diese Zeit beläuft sich etwa auf 15 bis 30 Minuten.

In der Verfahrens stufe (c) wird die Dispersion eventuell mit Wasser verdünnt und in den Füllkorb der Papiermaschine in Höhe des nassen Teils eingespeist.

Allgemein kann man 0,1 bis 95 Gew.-% Metallfasern, bezogen auf das Gewicht des Faserverbandes verwenden. Wenn man einen Faserverband herstellen will, der nur Metallfasern enthält, verfährt man wie zuvor beschrieben.

Ein Hauptgedanke der Erfindung liegt in einem Metallfasern enthaltenden Faserverband, der sich dadurch auszeichnet, daß die den Faserverband bildenden Fasern im nassen Zustand abgelegt werden, und daß die in den Faserverband einzubringenden Metall-

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fasern an ihrer Außenfläche Spuren eines wasserlöslichen Bindemittels haben, das zu Beginn zum Ummanteln der Metallfasern gedient hat. Auch befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines derartigen Faserverbandes sowie mit der Verwendung desselben insbesondere zur Herstellung von Sicherheitspapieren, fälschungssicheren Dokumentenpapieren, metallischen Filterelementen und Schutzelementen vor elektromagnetischen Wellen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Beispielen und Erläuterungen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Meßgerät für den spezifischen Ober

flächenwiderstand bzw. den spezifischen Flächenwiderstand und

Fig. 2 ein Meßgerät für die Echtheitsprüfung

eines Papiers.

Beispiel 1

Ein Bündel mit 10 000 rauhen Endlosfäden bzw. Filamenten aus Edelstahl bzw. rostfreiem Stahl, 316 L und einem Durchmesser von 12 μ (hergestellt von der Firma N.V. Bekaert S.A., Zwegen, Belgien) wird mittels einer Rollenanordnung durch ein Bad ge- ' führt, das eine Polyvinylalkohol^sung enthält. Nach Verlas- · sen des Bades geht das Bündel, das in Querrichtung mehr oder weniger abgeflacht ist, über eine Heizplatte, damit das Bindemittel trocknet und sich das imprägnierte Bündel verfestigt. Daraufhin wird das Bündel axial in eine Schneideinrichtung eingeführt, und es wird zu Stücken oder Agglomeraten geschnitten. Die Stücke haben eine Länge von 5 mm, eine Stärke von 2 mm im Durchschnitt und eine Breite von 8 mm im Durchschnitt. Eine Untersuchung mit dem Mikroskop zeigt, daß das Bindemittel in dem Bündel zwischen den Fasern in Form von einzelnen Linien

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oder Strichen verteilt ist.

Beispiel 2

Es wird eine Suspension zubereitet, die gewichtsbezogen 1000 Teile Wasser auf 8 Teile Metallfasern und 2 Teile Zellulose enthält. Die Metallfasern haben einen Durchmesser von 12 μ und eine Länge von 5 mm. Die Metallfasern liegen in Form von Agglomeraten vor, die man nach Beispiel 1 erhält. Nach 20 minü'bigem kräftigem Umrühren haben sich die Metallfasern ausreichend voneinander gelöst. Die Suspension wird dann der Papiermasse zugesetzt, deren Rezeptur für Standardpapier bestimmt ist. Der Anteil wird hierbei derart geregelt, daß die MetallfaserkOnzentration, bezogen auf das Papier, etwa 0,5 Gew.-Jo beträgt. Das dann erhaltene Papier kann die Grundsubstanz für ein Sicherheitspapier bzw. ein fälschungssicheres Papier sein, das für Banknoten, Urkunden oder Pässe bestimmt ist.

Beispiel 5

Es wird eine wäßrige Suspension nach Beispiel 2 hergestellt. I Diese Suspension wird nicht homogen auf die gesamte Papiermas- ; se verteilt, sondern sie wird auf die Papierbahn in feuchtem ] Zustand derart aufgebracht, daß sie sich auf einer schmalen i Fläche in Form eines durchgehenden Bandes oder Streifens nie- ^: derschlägt. Auch dieses Papier kann als Trägermaterial für ein ' Sicherheitspapier dienen. ; '

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Beispiel 4 ' ■ : . . r

Bei dem Verfahren nach Beispiel 2 werden die Fasern von Beispiel 2 in den Fülltrichter der Papiermaschine gegeben. Ein Elektromagnet wird auf der Naßseite der Papiermaschine am Beginn der Bahnbildung auf dem Siebgewebe der Maschine angeordnet. Hierbei können die Metallfasern nach Belieben ausgerichtet bzw. orientiert werden.. insbesondere können die Metallfa-

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sern derart ausgerichtet werden, daß sie eine Orientierung
senkrecht zur Vorzugsorientierung haben, die die Papierbahn-' bildungsrichtung ist. Wenn die gleichen Pasern gemäß dem Verfahren nach Beispiel 3 aufgebracht werden, wird ein Elektro-
! magnet in der Nähe der Stelle angeordnet, v/o sich die Metallfasern auf dem Papier niederschlagen. Auch hier können die [ j Metallfasern nach Belieben orientiert werden. .

Unter diesen Bedingungen erhält man Magnetfeldspektren, die

aufgrund ihrer Lage und ihrer magnetischen Signatur bei Si- : ' ^!

cherheitsdokumenten bzw. fälschungssicheren Dokumenten sehr

wichtig sind. ^:

Beispiel 5

Es wird eine wäßrige Dispersion nach Beispiel 2 zubereitet.
Diese Disperion wird etwa zehnmal mit Wasser verdünnt und dann
unverändert bei der Papierherstellung verwendet. Das Papier
enthält,auf das Gewicht des Papiers bezogen, 80 Gew.-% Metallfasern. Dieses Papier ist als metallisches Filterelement verwendbar. ■ ;

Beispiel 6 j

Es wird eine Suspension hergestellt, die gewichtsbezogen ■: 1000 Teile Wasser, 8 Teile Metallfasern und 2 Teile Fasern aus
Polyvinylalkohol enthält. Die Metallfasern haben einen Durch- ' messer von 10 μ und eine Länge von 5 mm und liegen in der / ■ Form vor, wie man sie in Beispiel 1 erhält. Nach 20 Minuten _: Rühren sind alle Fasern gut dispergiert. Diese Dispersion wird
mit Wasser verdünnt und dann unverändert für die Papiermaschine verwendet. Das so erhaltene Papier ist als metallisches Filterelement verwendbar, wobei das Papier nur Metallfasern enthält.

Die Eigenschaften des gemäß dem Verfahren nach Beispiel 2 erhaltenen Papiers ergeben sich auch hierbei.

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Zur Feststellung der Echtheit des Papiers können qualitative und quantitative Messungen zur Bestimmung der Metallfasern vorgenommen werden. So können beispielsweise die Konzentration sowie die Lage der Metallfasern bestimmt werden. Eine qualitative Erstprüfung wird mit Hilfe eines Geräts Testafa 2000 der Firma Reiners Elektronik durchgeführt. Dieses Taschengerät gestattet die Bestimmung der Metallfasern auf der Basis ihrer elektrischen Leitfähigkeit, und das schon bei einer Konzentration von 0,5 Gew.% an Metallfasern in dem Papier.

Eine zweite qualitative Untersuchung basiert auf den magneti- : • sehen Eigenschaften des Papiers. Es läßt sich sehr deutlich' ! eine magnetische Anziehung bei der Annäherung eines Magneten j in der Nähe eines vertikal hängenden Papiers feststellen.

Es wurde festgestellt, daß die magnetischen Eigenschaften bei abnehmendem Durchmesser der Fasern aus rostfreiem Stahl 316 L und bei zunehmender Länge und Konzentration in der Struktur deutlicher werden.

Zur quantitativen Messung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet man ein Meßgerät für den spezifischen Oberflächenwiderstand, das konzentrisch angeordnete Elektroden enthält und beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Das Gerät weist eine erste, in der Mitte liegende Elektrode 1 in Form eines zylindrischen Schafts aus Kupfer und eine zweite Elektrode in Form eines Ringes aus Kupfer auf, der konzentrisch zu dem in der Mitte angeordneten Schaft 1 unter Einhaltung eines Zwischenraumes angeordnet ist· Hierzu sind Distanzstücke 3 vorgesehen, die aus .einem Isolierwerkstoff, wie z.B. Polyäthylen, bestehen. Der Papierbogen bzw. die Papierbahn 4 wird auf eine Platte 5 gelegt, die aus isolierendem Werkstoff (wie z.B. aus Polytetrafluorethylen { Teflon)) besteht. Das Gerät wird von oben auf den Papierbogen 4 aufgesetzt. j

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Ein Papier ohne Metallfasern besitzt einen spezifischen Ober-

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flächenwiderstand von größer 10 Ohm/Flächeneinheit. Ein Probestück des Papiers nach Beispiel 2 hingegen besitzt einen mittleren spezifischen Widerstand von 7 x 10 Ohm/Flächeneinheit.

Eine zusätzliche Messung ermöglicht unter allen Umständen eine Echtheitsprüfung des Papiers. Bei dieser Messung wird das Papier mit elektromagnetischen Wellen, insbesondere mit Mikrowellen, in einem Gerät bestrahlt, das in Fig. 2 gezeigt ist. Dieses Bestimmungsgerät weist einen elektromagnetischen Wellenerzeuger 8 auf, der mit einem Rohr 6 verbunden ist, das zur Führung der von dem Erzeuger gelieferten Wellen bestimmt ist. Am anderen Ende des Rohrs 6 ist ein Detektor 7 vorgesehen. Das zu untersuchende Papierprobenstück 4 wird in Querrichtung des Rohrs 6 derart angeordnet, daß die Strahlung senkrecht auf das Papier auftrifft. Wenn zur Bestrahlung Mikrowellen verwendet werden, kann der Erzeuger 8 ein Magnetron mit einer Frequenz von 2,45 GHz sein. Hierbei wird einerseits die Strahlungsenergie P^ gemessen, die erzeugt wird und auf das Papier auftrifft, und andererseits wird die Energie P,, die durch das Papier geht, sowie die reflektierte Energie Pp , gemessen. Die Werte für den

- ρ

Reflexions verlust r = 10 los i, und den Absorptions- : verlust _; , ; , _p_ _p P_±-P_r

A = 10 log ——£

P.
(in dB) hängen im allgemeinen

von der Zusammensetzung der Metallfasern, ihren Abmessungen und der Konzentration im Papier ab. Bei einem nach Beispiel 2 : hergestellten Papier ergaben sich bei neun Proben hierfür folgende Werte: 0,6 dB £ R ^ 0,8 db und 0,3 dB < A $ 0,4 dB in einer Richtung und bei einer dazu senkrechten Richtung ^ 0,6 dB £ R £ 0,3 dB und 0,2 dB $ A £ 0,4 dB. Hieraus ergibt sich, daß die Metallfasern eine Vorzugsorientierung in Bahnbildungsrichtung der Papierbahn haben. (Diese Tatsache ergibt : sich auch aus den nachstehend erläuterten magnetischen Messun-.,.,, gen.

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Schließlich wird die magnetische Induktion (die magnetische Flußdichte) des Papiers mit Hilfe eines Magnetometers gemessen, das eine einseitig gerichtete Sonde und eine Aufzeichnungseinrichtung enthält. Dieses Gerät kann von der Firma CD.C bezogen werden. Das Papier wird in einem Abstand von 20 mm unter der Sonde vorbeigeführt, und das Gerät ermittelt eine magnerische Flußdichte von 1,5 nT. Wenn das Papier bezüglich seiner Ebene um 90° gedreht und wiederum unter der Sonde vorbeigeführt wird, ergibt sich für die magnetische Flußdichte ein Wert von 3,5 nT.

Die Werte für die magnetische Flußdichte sind wesentlich höher, wenn das Papier zuvor magnetisiert worden ist.

So steigen beim Beispiel 2 die Werte auf etwa 332 nT und auf ■ 688 nT nach dem Verdrehen der Probe um 90° an. Um eine sicherere R e duzierbarkeit der Meßergebnisse zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Fasern vor der Messung der magnetischen Induktion bis zur Sättigung zu magnetisieren, obgleich festgestellt worden ist, daß sich die Meßwerte zeitlich ziemlich gut nachermitteln lassen. Auch hat sich herausgestellt, daß selbst bei einer sehr schwachen Metallfaserkonzentration in dem Papier ; (insbesondere 0,5%) sidi dLemagnetis ehe Induktion nach der Magnetisierung bestimmen läßt. --■■ - ' '

Die Papierarten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen sind I nach den Beispielen 1 bis 6 hergestellt. Die mittleren Werte für den spezifischen Oberflächenwiderstand, den Absorptions- ; verlust A, den Reflexions verlust R bei einer Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen und die magnetische Flußdichte, gemessen in Papierbahnbildungsrichtung und in einer Richtung senkrecht hierzu, sind in den Tabellen I und II nachstehend angegeben. Die Tabelle I bezieht sich auf Metallfasern mit einem Durchmesser von 12 μ, und die Tabelle II auf Metallfasern : mit einem Durchmesser von 22 μ.

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ORlGiMAL INSPECTED

Auch kann man mit denselben Verfahrensmaßnahmen andere Papiersorten herstellen, die Metallfasern enthalten, die folgende Kennwerte haben:

Konzentration in

Durchmesser: Länge: Gew.%,bezogen auf

Papiergewicht:

(a) 12 μ 3 mm 80 .%

(b) 12 μ 5 mm 80 %

(c) 22 μ 3 mm 25 %

(d) 22 μ 3 mm 80 %

(e) 22 μ 5 mm 25 %

(f) 2Z μ 5 mm 80 %

Anschließend lassen sich die Kenngrößen für den spezifischen Oberflächenwiderstand, die Absorptionsverluste A und die Reflexionsverluste B sowie für die magnetische Induktion bestimmen.

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ORlGiNAL INSPECTED

Tabelle I

Lange- der Fasern (mm) <» te ■«» <·* 5 "■. • Λ 5	I speziii' '' scher , • Oberfla- ^{ chenwi- ^:'tiers tanc R	v _:/-:- R (dB) ι - ■	*'' 90"*	A » '/ (dB) ι	90°	Magnetische Induktion¹ (m)	: 90*	mi't"' vorheriger Magnetisieriing	90°
I (Z)An- I. teil di I Metall- ; fasern I im Pa-^ ' pier .in I Gew4?6 ■ ■	i 8,5 . 10⁷ 2,75. 10²	; 0°	t 6,5. : 3 . ■ 8	I	14 3 • 17	ohne vorherige , - Magnetisierung..	! 78 ■ !· ⁶ I : 124	: ο°	2320 608 3920
! 25 ■ 5 ^: 25 ι	' 6,5 3,5.	■ ! 14 4,5 I ι 14	ί ■ ο^β	! 1940 · ί 444 ί 1880
• 49 3 ' 64

23

CO-

CO —i CD cn

Tabelle Il

■Ζ CO "D

FTI

CD O to a» *>■	Länge . der ' '. Fasern'- ', (mm)	(%) An-^{! :} teil d.^! __„, ^! Metall-⁵ Iff ^! fasern ^: Z ' ' ^:Oier" '' !.Oberflä- ' in ^l* ^ck^enwi~ *'•Gew.%* ;^/Q^tanC	R ^S • (dB) ί	: O '- 0,2 ) Q	90° ¹	• ·) · a ; (dB) !	90° '	Magnetische Indul· ohne vorherige _: ■ Magnetisie- . rung '.	90°	:tion (nT) nach vorheriger -Magneti sierung -¹	90°
OO σ> ««	3 .5	I ft : 5 :4,48.1O¹⁰ t β '- 5 52,23.10^1D t * » *		O ; .0,1	ο !	O J · ο	; °^e ;	1 ι ; l	o·· ;	383 ; 452
I : O .	ί 0,5	\ 288 I ; 272

N)

C0

CO Cn

CJ)

Selbstverständlich können die Bestimmungsgeräte und/oder die Meßgeräte zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit j Absorptionsvermögen und dem Reflexionsvermögen bei Bestrahlung j mit elektromagnetischen Wellen und der magnetischen Flußdichte ι kombiniert werden.

Für die Faserverbände nach der Erfindung schließlich stehen ! folgende Anwendungen zur Verfügung.

Ά) Sicherheitspapier bzw. fälschungssicheres Papier

; Die Fasersrerbände sind für Sicherheitspapier bzw. fälschungs-■ sicheres Papier, insbesondere für Banknoten, Urkunden und Ausf weispapiere, !wie z.B. Personalausweise und· Pässe, verwendbar.

B) Filterpapier

Die Faserverbände- · nach der Erfindung sind auch als Papierfilter und als Filterelement für einen Magnetfilter verwendbar, der beispielsweise in der FR-PS 1 214 348 beschrieben ist. Auch sind die erfindungsgemäßen Faserverbände _i} als Schutzfolien vor elektromagnetischen Wellen geeignet.

Ein Papier mit einem geringen Anteil an Metallfasern und einem großen Anteil an synthetischen Fasern ist antistatisch, das insbesondere bei der Gasfiltrierung von Bedeutung ist, wenn explosive Komponenten vorhanden sind. Auch sind antistatische Papiere bei anderen Anwendungsgebieten zweckmäßig, wie z.B. bei Hüllen bzw. Taschen für Schallplatten, Filme und Diapositive, oder als Umhüllung für Kunststoffrohre oder Kunststoffschläuehe.

Faser.verbände : mit Bleifasern dienen insbesondere zur Absorption von /"-Strahlen.

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ORiGfNAL INSPECTED

C) Elektroden

Auch bei der Erstellung von Elektroden können die Faserverbände nach der Erfindung vorteilhaft verwendet werden, wenn sie wenigstens 80 Gew.-?£ Metallfasern enthalten, so daß sie eine angemessene elektrische Leitfähigkeit haben.

D) Verschiedenes

Papiersorten mit einem hohen Anteil an Metallfasern sind auch als Schmelzmittel bzw. Schmelzsicherungen verwendbar.

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Claims

PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER

DIPL-ING

H. KINKELDEY

OR-ING

2919576 W. STOCKMAlR

OR-ING. · AeC(CALTECH

K. SCHUMANN

OR RHR NAT. · OPL-PHTS

P. H. JAKOB

CKPL-ING.

G. BEZOLD

OR RER. NAT.· OPL-CHÖA

ARJOMAEI-PRIOUX 3, rue du Pont de Lodi £-75261 PARIS CEDEX 06

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 13 823
15. Mai 1979

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung eines Metallfasern enthaltenden Faserverbunds, insbesondere für die .Papierindustrie, dadurch gekennzeichnet,
daß: · .

(a) die Metallfasern mit einem wasserlöslichen Bindemittel derart behandelt werden, daß sich ein Agglomerat aus Fasern und Bindemittel bildet, in dem die Metallfasern vom Bindemittel umgeben sind,

(b) eine wäßrige Dispersion dadurch gebildet wird, daß unter Umrühren das Agglomerat mit nichtmetallischen Fasern und Wasser vermischt wird, und

(c) die wäßrige Dispersion bei der Herstellung des Faserverbands ' in Bahnform auf die nasse Bahn aufgebracht wird.

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TELEFON (OBB) 32 2862

TELEX OO-2O3BO

teleqramme monapat

TELEKOPIERER

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Agglomerat nach (a) durch Imprägnieren eines Bündels aus metallischen Endlosfäden bzw. Endlosfilamenten, die jeweils einen mittleren Durchmesser von kleiner oder gleich 30 μ haben, mittels eines Bades gebildet wird, das ein wasserlösliches Bindemittel, Polyvinylalkohol und/oder Stärke enthält, und daß das so imprägnierte Bündel derart zugeschnitten wird, daß streifenförmige Metallfasern mit einer Länge von kleiner oder gleich 10 mm entstehen.

-3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verfahrensstufe (b) zwischen 15 und 30 Minuten dauert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die nichtmetallischen Fasern in der Verfahrensstufe (b) Fasern aus Polyvinylalkohol sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.die nichtmetallischen Fasern in der Verfahrensstufe (b) Zellulosefasern sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Agglomerat aus Fasern und Bindemittel nach der Verfahrensstufe (a), jedoch vor der Verfahrensstufe (b), getrocknet wird.

7. Metallfasern enthaltender Faserverband, dadurch

'■' gekennzeichnet, daß .er. gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wird, und daß die in dem Faserverband eingeschlossenen Metallfasern an der Oberfläche Spuren eines wasserlöslichen Bindemittels

haben.

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COPY ■■v>:S!NAL INSPECTED -

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8. Faserverband, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Faserverband enthaltenen
Metallfasern einen mittleren Durchmesser von kleiner oder
gleich 30 μ im Durchschnitt und eine Länge von kleiner oder
gleich 10 mm im Durchschnitt haben.

9. Faserverband nach Anspruch 7, dadurch gekenn-.zeichnet , daß der Anteil der Metallfasern größer--

oder gleich 0,1 Gew.-?6, bezogen auf das Gewicht des Faser- ^: Verbands ist.

10. Faserverband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Anteil der Metallfasern zwischen : 0,1 und 95 Gew.-?6, bezogen auf das Gewicht des Faserverbands liegt. !

11. Faserverband nach Anspruch 9> dadurch gekenn-, zeichnet, daß er nur Metallfasern enthält.

2. Faserverband nach Anspruch 7> dadurch gekenn -^ zeichnet , daß die eingeschlossenen Metallfasern an
der Oberfläche rauh sind. j

3· Faserverband nach Anspruch 7> dadurch gekenn-'

i zeichnet , daß die eingeschlossenen Metallfasern j

eine rauhe Oberfläche haben, die in Längsrichtung rillen- j ·' \ förmig gestreift ist. '; · ' j

4.""Faserverband nach Anspruch 7, dadurch gekenn-' zeichnet , daß die Metallfasern bimetallische Fasern, insbesondere bestehend aus Seele und Mantel, sind. :

5. Faserverband nach Anspruch 7, dadurch gekenn-' zeichnet , daß v/enigstens ein Teil der Metallfasern
magnetisch und magnetisierbar ist. I

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COPY
UGINAL INSPECTED

16. Faserverband nach Anspruch 15, dadurch gekenn ζ ei ch net , daß die magnetisierbaren Metallfasern in dem Verband in einer Vorzugsriohtung orientiert sind.

17« Faserverband nach Anspruch 7, dadurch g e -

k e η η τ. e i c Ii net, daß die He tall fasern in dem Verband lokalisier- und kontrollierbar sind.

18. Faserverband nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzei chnet , daß die Metallfasern durch Imprägnieren mit einem wasserlöslichen Bindemittel versehen sind, das aus der Gruppe von Polyvinylalkohol bis Stärke gewählt, das in Wasser zusammen mit dem Agglomerat dispergiert ist und nichtmetallische Fasern enthält, und daß der Faserverband in Bahnform vorliegt, auf die die Dispersion aus Wasser, wasserlöslichem Bindemittel, Agglomerat und nichtmetallischen Fasern im nassen Zustand der Bahn aufgebracht wird.

19· Metallfasern enthaltender Faserverband, dadurch gekennzeichnet, daß er bahnförmig ausgebildet ist, und daß die Metallfasern an ihrer Oberfläche Streifen eines wasserlöslichen Bindemittels haben, das zuvor zur Imprägnierung der Metallfasern gedient hat, und daf3 das wasserlösliche Bindemittel eine Oberfläche von 5 bis 20% der Außenfläche der Metallfasern bedeckt.

20. Verwindung des Faserverbands nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfaserverband insbesondere als Grundmaterial für Sicherheitspapier, als metallisches Filterelement oder als Schutzelement vor elektromagnetischen Wellen bestimmt ist.

ORIGINAL INSPECTED