avr Special
Special processing methods for nonwovens T
he basic processing methods for nonwoven production, such as the mechanic bonding or fibre or filament fleece by needlepunching, stitchbonding, sewing or hydroentangling, chemical bonding by application of solid or liquid bonding agents to the fleece, heat-bonding by melting thermoplastic fibres on or in the fleece, have a long tradition, as can be seen in the examples of first development steps in chart 1. It is estimated that of the 5,000 kt of nonwovens produced worldwide in 2008 at least 3,000 kt were mechanically bonded fibre or filament nonwovens (including spunbonds). Based on the most important fleece bonding methods, chart 2 shows a forecast of the development by 2010, predicting the largest percentages for drylaid and spunlaid nonwovens (including spunbonds, filament nonwovens). Given the strong development of the quantity and quality of technical textiles since 1990, classing fleece bonding methods have become more viable options in the field of nonwoven textiles with multiple functional properties. Especially since
Process
Verbundelement
Anordnung der Verbundelemente
Effects
Needlepunching
Fibre plugs
Vertical, from one layer to another
Compacting, light mixing
Comingling
Fibre tangle
Vertical to diagonal, from one layer to another
Compacting, light mixing
Stitchbonding
Fibre stitch
Vertical, from one layer to another
Slight compacting, light mixing
Sewing
Thread stitch
Penetrating both layers
Both layers retain their original structure
Adhesion
Spot or area application of adhesive
Between touching layers
Slight stiffening
Chart 3: Use of nonwovens processing methods to produce bonded textiles
these processing methods offer economic and structural advantages compared to the usual bonding methods using adhesives or sewing (chart 3). Economic and/or functional issues necessitate the production of nonwovens with a wide variety of properties, made from new raw materials, using new or modified methods. These are mainly new process modifications or combinations, or new additional treatment solutions.
A few current examples: of three-dimensional, voluminous nonwovens using the Kunit, multiknit and Struto methods since 1990 ➞ Hydroentangling of spunlaids since 2000 ➞ Steam-bonding of fibre webs and moulded part production by layering fibre in special moulding tools since 2007. n〉 ➞ Production
Linz: Innovation trifft Tradition
I
m Jahr 2005 übernahm die Oerlikon Neumag mit der Dr. Ernst Fehrer Textilmaschinen AG in Linz/A einen innovativen (Tabelle 1) und den Weltmarkt bestimmenden Hersteller von Nadelmaschinen zur mechanischen Vliesverfestigung, der heute den Namen Oerlikon Neumag Austria trägt. Nadelmaschinen finden weltweit Einsatz für die Verfestigung von Faser- oder Filamentvlies zum Nadelvliesstoff, für das mechanische Verbinden von textilen und nichttextilen Flächen zum Verbundstoff,
68
für das Velourisieren von Vliesstoffen, Geweben, Maschenstoffen, für die Oberflächenstrukturierung von Vliesstoffen mit Hoch-Tief-, Rippenstruktur und direkter Musterung. Bei der Oerlikon Neumag Austria GmbH werden moderne und leistungsfähige Nadelmaschinen für alle Anwendungen der Vernadelungstechnik gefertigt, wie das umfangreiche Produktionsprogramm in Tabelle 2 zeigt. Weltweit laufen 3500 Fehrer-Nadelmaschinen, ein Zeichen für Tradition, Qualität und Innovation.
avr – Allgemeiner Vliesstoff-Report 3 / 2009
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Typisch für diese Maschinen ist u.a. ➞ modulartiges System mit vollständig ab-
gedichteten Exzenterkästen ➞ Aufteilung des Nadelbalkens und der
Nadelbretter in kleine Einheiten über die gesamte Arbeitsbreite ➞ eigenentwickelte Nadelteilungen für markierungsfreie Vliesoberflächen und Sondermuster ➞ hohe Hubfrequenzen im Dauerbetrieb mit wirtschaftlichen Inspektionsabständen von jeweils mehreren Tausend Stunden.
avr Special Standard Needle Pattern
Optimized Needle Pattern
Bild 1: Einstichoptimierung durch Simulation der Nadeleinstichgeometrie
Eines von mehreren aktuellen Entwicklungsprojekten auf dem Gebiet der Vernadelung ist die Simulation und Erprobung von verfahrens- und produktoptimierenden Filznadelteilungen im Nadelbrett der Nadelmaschinen. Dazu nutzen die Entwickler der Oerlikon Neumag Austria GmbH neben dem eigenen großen Erfahrungsschatz in der Zusammenarbeit mit renommierten Instituten modernste Möglichkeiten zur Schaffung von Softwaretools zur Simulation der Nadeleinstichgeometrie. Ziel ist dabei eine möglichst optimale Gleichverteilung der Nadeleinstiche in das zu verfestigende Vlies oder in die zu strukturierende textile Fläche über einen großen Bereich der Prozessparameter hinweg. Die jeweiligen Verhältnisse von Nadeldichte, Nadelanordnung und Vorschub pro Hub beeinflussen im Vliesstoff Oberflächenbild und Verfestigungseffekt. Bei nicht optimaler Gleichverteilung der Nadeleinstiche im Vlies kommt es zu Markierungen wie z.B. Längsstreifen, Diagonalstreifen oder Quersteifen, die sich aus stärker und schwächer vernadelten Bereichen ergeben. Das Bild 1 dokumentiert diesen Zustand und die Auswirkungen der Optimierung. Es zeigt oben das Einstichbild einer klassischen Nadelanordnung im Nadelbrett mit Stellen mittlerer Einstichdichte (grün), geringer Einstichdichte (blau) und großer Einstichdichte (rot) und unten dieses Verhältnis bei optimierter Nadelanordnung und vergleichbaren Pro-
zessparametern, wie Vorschub pro Hub, Einstichdichte und Nadelanzahl. Anwendungstechnisch bedeutet diese Lösung für den Kunden eine optimal auf seinen Bedarf abgestimmte Nadelteilung, die bei seinen spezifischen Prozessparametern eine gleichmäßige Nadeleinsticheffizienz und damit hohe Produktqualität ergibt. Zusätzlich werden auch Softwaretools zur gezielten Erzeugung von geomet-
rischen Mustern im Sinne einer Oberflächenstrukturierung entwickelt. Mit dem Mitte 2006 in Linz eröffneten Carding Competence Center (Bild 2) hat Oerlikon Neumag hier ein modernes Technikum installiert, in dem alle aktuellen Technologien der Faservorbereitung, Vlieslegung und Vliesverfestigung für Faservliesstoffe anlagentechnisch für Entwicklungsarbeiten, Kundenversuche und Fachdemonstrationen genutzt werden können. Aktuell konnte sich die Redaktion des AVR bei ihrem Besuch in Linz von folgender Anlagennutzung in diesem Technikum informieren: Anlage 1: Krempel (Webmaster 2 + 2), Kreuzleger (Topliner CL 4006), Vliesstrecke, Nadelmaschine ( NL 21 S), Nadelmaschine (NL 21 RS), Flächenmassemeßsystem, Wickler. Arbeitsbreite 3,5 m. Anlage 2: Wirrvlieskrempel (V 21R/K 12), Nadelmaschine (NL 9 S), DoppelbandThermobondanlage, Wickler. Arbeitsbreite 2, 4 m. Anlage 3: Injektion High Speed Krempel (3 Abnehmer, Vliesabnahmesystem EVO 3, unterschiedliche Garnituren für Versuche mit verschiedenen Fasertypen), Arbeitsbreite 0,5 m. Anlage 4: Random-Velour Nadelmaschine (NL 21/SRV ) mit Ab- und Aufwicklung, Arbeitsbreite 2,4 m Anlage 5: Nadelmaschine zur Hochgeschwindigkeitsvernadelung (NL 21/SF) mit Ab- und Aufwicklung, Arbeitsbreite 2,4 m Damit wird dem Kunden maschinenund verfahrenstechnisch eine technologische Vielfalt zur gezielten Produktentwicklung zur Verfügung gestellt, die in Verbindung mit den von Oerlikon Neumag gepflegten engen Verbindungen zu erst-
Bild 2: Blick in das Anlagentechnikum des Carding Competence Centers in Linz
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avr – Allgemeiner Vliesstoff-Report 3 / 2009
69
avr Special ➞ Anpassung vorhandener Anlagen und
Jahr
Entwicklung
1953
Gründung der Dr. Ernst Fehrer Textilmaschinen AG
1959
Bau der ersten Nadelmaschine
Gebäude, ➞ Verfahrensoptimierte Produktionskon-
zepte, ➞ Schnittstellenbetreuung, auch für Kun-
1965
Einführung des modularen Antriebssystems für die Nadelbalken
1967
Vorstellung der weltweit ersten Nadelmaschine mit 1000 Hüben/min (NL12)
1968
Fertigung der ersten Papiermacherfilz-Nadelmaschine mit schwenkbarem Nadeltisch Produktionsaufnahme der Quadro-Punch-Nadelmaschine NL 42 mit vier Nadelzonen zur gleichzeitigen Vernadelung von oben und unten
1975
Fertigung der ersten Papiermacherfilz-Nadelmaschine mit Innenvernadelung (NL19)
1983
Vorstellung der weltweit ersten Nadelmaschine mit 2000 Hüben/min (NL2000)
1991
Vorstellung der neuen Nadelteilung F 9 mit markierungsfreien Einstichen der Nadeln und großer Nadeldichte
1991
Vorstellung der weltweit ersten Nadelmaschine mit 3000 Hüben/min
1995
Vorstellung der Hochleistungs-Strukturierungs-Nadelmaschine NL 21/SRV Superlooper mit 2200 Hüben/min und einer Nadeldichte von bis zu 15000 Nadeln/m
1996
Vorstellung des H 1-Nadelverfahrens mit Nadelschrägeinstich durch Führung des Vlieses in einer gewölbten Lochplatte
2003
Vorstellung der Musterstrukturier-Nadelmaschine NL 11/Twin-SE Carpet Star zur Herstellung abgepasster, gemusterter Teppiche
Tabelle 1: Innovative Nadelmaschinenentwicklungen der Dr. Fehrer AG
Art
Typ
Arbeitsbreite in m
Nadeln in 1000 Stück je m Arbeitsbreite
Maximale Hubzahl in Hübe/min
Ein-Brett-Maschinen
NL 9/S NL 2000 NL 3000
1,0 – 8,1 1,0 – 8,1 0,7 – 6,2
1,5 – 7,5 2 – 7,5 5
1500 2300 3050
Doppel-Brett-Maschinen
NL 21
1,0 – 8,1
6 – 15
1800
Tandem-Maschinen
NL 9/SRS
1,0 – 8,1
6 – 26
1500
Quadro Punch und NL 88 Twin Punch Maschinen NL 9/S-TP NL 2000S-TP
1,2 – 8,1 1,2 – 8,1 1,2 – 8,1
12 – 30 6 – 15 6 - 15
1600 1300 1600
Velour-Maschinen
NL 21/SRV NL 21/SRV/D
1,2 – 6,7 1,2 – 6,7
10 – 15 20 - 30
2200 2200
StrukturierMaschinen
NL 2000/SLV
1,0 – 6,7
Bis 6
1800
Muster-StrukturierMaschinen
NL 11 SE NL 11/Twin SE
1,0 – 5,6 2,4 – 5,6
Bis 7 Bis 14
1500 1500
Spezial*-Maschinen *) für Keramik-,
NL 3/SK NL 3/SK Twin
1,6 1,6
1 2
500 500
Glas-, Mineralfasern
Tabelle 2: Auszug aus dem Produktionsprogramm für Nadelmaschinen der Oerlikon Neumag Austria GmbH, Linz
klassigen Anbietern von nachgeschalteten Maschinenanlagen ein Innovationsnetz für die Entwicklung von maßgeschneiderten Anlagen sowie diversifizierten Produkten bietet. Dem international zunehmenden Trend zur Übernahme der Gesamtkompetenz und -verantwortung durch ein Unternehmen für alle Anlagenteile einer Produktionslinie stellt sich Oerlikon Neumag auch
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stellungen, ➞ Umfassende Dokumentation für jeden
für Endlosfilze (NL18) 1975
denbeistellungen, ➞ Einkaufsspezifikationen für Kundenbei-
avr – Allgemeiner Vliesstoff-Report 3 / 2009
mit einem zusätzlichen Maximum an entsprechenden Randleistungen. Dieses von der Oerlikon Neumag Austria GmbH in Linz betriebene Engineering umfasst die folgenden Teile: ➞ Planung und kompletter Support bis zur Übernahme der Anlage, ➞ Maßgeschneiderte Anlagen für alle Verfahrensvarianten, ➞ Detaillierte Gebäudeplanungen,
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Projektstatus. Damit ergeben sich aus der Sicht des Kunden folgende Vorteile: ➞ langjährige Erfahrung in internationalen Großanlagenprojekten bilden die Grundlage für kundenorientierte Auftragsabwicklung, ➞ Minimaler Abwicklungsaufwand, ➞ Übernahme der Verantwortung für Produktqualität und Anlagen-Performance, ➞ Klare Zuständigkeiten durch Verantwortlichkeit eines Projektleiters für die gesamte Projektlaufzeit einschließlich einer Nachbetreuungsphase, ➞ Umfangreiche Engineering-Dokumentation mit Anpassung an Bedürfnisse von Unterlieferanten und Dienstleistungsfirmen, ➞ Komplette Schnittstellenbetreung. Aktuelle Beispiele solcher kompletten Anlagenrealisierung durch die Oerlikon Neumag Austria GmbH in Linz sind folgende: ➞ Ahlstrom, USA: Komplettlinie Krempel/ Leger/Vernadelung ➞ Fibertex AS, Dänemark: Airlay-Karde und Vernadelung in Werk in Tschechien ➞ BNP Brinkmann GmbH & Co. KG, Deutschland: Komplettlinie Krempel/ Leger/Vernadelung ➞ Renksan Ltd., Türkei: Komplettlinie Krempel/Leger/Vernadelung ➞ Exeed Geotextiles, Vereinigte Arabische Emirate: Stapelfaser-Anlage; Krempel, Vliesleger, Nadelanlage ➞ Changsu YY., China: Airlay-Karde und Vernadelung ➞ Heimbach GmbH, Deutschland: Krempel, Leger, Nadelanlage (Papierfilz). Für weitere Informationen und Anfragen zur Produktion von Nadelmaschinen und zur Nutzung des Carding Competence Centers in Linz folgende Kommunikationsmöglichkeiten: Post: Oerlikon Neumag Austria GmbH Wegscheider Straße 15, A-4021 Linz Telefon: 0043 732 3739 213 Fax: 0043 732 381674 www.neumag.oerlikontextile.com n〉
avr Special
Linz: Innovation meets tradition I
n 2005, Oerlikon Neumag took over Dr. Ernst Fehrer Textilmaschinen AG in Linz, Austria, an innovative (chart 1) world market leader for needle punching machines for mechanical nonwoven bonding, now called Oerlikon Neumag Austria. All over the world, needle punching machines are used to bond fibre or filament webs into needlefelt nonwovens, to produce composites by mechanically bonding textile and non-textile areas, to nap nonwoven, woven and knitted textiles, to give texture to nonwoven surfaces, e.g. raised or rib textures and direct patterns. Oerlikon Neumag Austria GmbH, Linz, produces modern performance needle punching machines for all needle punching applications, as shown by the extensive product portfolio in chart 2. 3,500 Fehrer needle punching machines are in use worldwide, which is a testimony of tradition, quality and innovation. Typical features of the machines include:
➞ A modular system with eccentrics in
sealed housing ➞ Division of the needle beam and need-
le boards into smaller units across their entire length
➞ Proprietary needle gauges for mark-free
surfaces and special patterns ➞ High stroke frequencies in continuous operation, with economically efficient maintenance intervals of several thousand hours.
One of several current development projects in the field of needle punching is the simulation and testing of process- and product-optimized felting needle gauges in the needle board of the machines. Apart from using their own vast store of experience, developers at Oerlikon Neumag Austria GmbH work with reputable institutions to use the latest technology to create software tools to simulate needle punch geometry. The goal is to achieve the most balanced spread of needle punches into the web or the textile area to be structured, covering as many of the process parameters as possible. The surface texture and bonding effect of nonwovens is influenced by needle density, needle arrangement and feed per stroke. If the punches are not well balanced, marks such as vertical, horizontal or diagonal stripes will appear on the nonwoven surface, created by more or less felted areas. Photo 1 illustrates this issue and the effect of optimized needle bal-
Year
Development
1953
Foundation of Dr. Ernst Fehrer Textilmaschinen AG
1959
Production of the first needle punching machine
1965
Introduction of the modular drive system for needle boards
1967
Presentation of the world’s first needle punching machine with 1,000 strokes/min (NL12)
1968
Production of the first needle punching machine for paper-making felt with a swivel-mounted needle table for continuous felts
1975
Production launch for Quadro-Punch Needle Punching Machine NL 42 with four needle zones for simultaneous top and bottom needle punching.
1975
Construction of the first needle punching machine for paper-making felt with inside needle punching (NL 19)
1983
Presentation of the world’s first needle punching machine with 2000 strokes/min (NL2000)
1991
Presentation of the new needle gauge F9 with mark-free punches and high needle density
1991
Presentation of the world’s first needle punching machine with 3000 strokes/min
1995
Presentation of the performance structure needle punching machine NL 21/SRV Superlooper with 2200 strokes/min and a needle density of up to 15,000 needles/m
1996
Presentation of the H 1 needle punching method with an angled needle punch by feeding the web onto a curved plate
2003
Introduction of the pattern texture needle punching machine NL 11/Twin-SE Carpet Star for the production of patterned carpets
Chart 1: Innovative developments for needle punching machines by Dr. Fehrer AG
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ance. The result of a board with a classic needle arrangement is shown on the left, with medium punch density (green), low punch density (blue) and high punch density (red). The result of an optimized needle arrangement and comparable process parameters, such as feed per stroke, needle density and number. In terms of applications, this solution means that customers receive optimized needle gauges according to their needs and specific process parameters, which will result in balanced, efficient needle punching and quality products. In addition, the company develops software tools that create geometrical patters for textured surfaces. In the summer of 2006, Oerlikon Neumag opened the Carding Competence Center (photo 2) as a modern research facility for development projects, customer tests and demonstrations for all modern technologies of fibre preparation, web laying and bonding for fibre nonwovens. The AVR editorial staff visited the Linz facility to gather information about the following machines and production lines at the Center: Line 1: Carder (webmaster 2 + 2), cross lapper (Topliner CL 4006), web drafter, needle punching machine (NL 21 S), needle punching machine (NL 21 RS), area mass measuring system, winder. Working width 3.5 m. Line 2: Random web carder (V 21 R/K 12), needle punching machine (NL 9 S), double band heat bonding system, winder. Working width 2.4 m. Line 3: Injection High Speed Carder (3 doffers, web doffing system EVO 3, different sets for test with different fibre types), working width 0.5 m. Line 4: Random napping needle punching machine (NL 21/SRV) with unwinding and winding system, working width 2.4 m. Line 5: High-speed needle punching machine (NL 21/SF) with unwinding and winding system, working width 2.4 m. The Center offers customers a wide range of machines, processes and technologies for targeted product development. In combination with Oerlikon Neumag's close connections to first-rate providers of down-stream machines, this creates an innovation network for developing customized production lines and diverse product ranges. In order to keep in step with the international trend toward overall corporate competence and responsibility for all parts of a production line, Oerlikon Neumag also avr – Allgemeiner Vliesstoff-Report 3 / 2009
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avr Special Typ
Versions
Width in m
1000 needles/m (width)
Maximum number of strokes/min
Single-board machines
NL 9/S NL 2000 NL 3000
1.0 – 8.1 1.0 – 8,1 0.7 – 6.2
1,5 – 7.5 2 – 7.5 5
1500 2300 3050
Twin-board machines
NL 21
1.0 – 8.1
6 – 15
1800
Tandem machines
NL 9/SRS
1,0 – 8.1
6 – 26
1500
Quadro Punch and Twin Punch machines
NL 88 NL 9/S-TP NL 2000S-TP
1.2 – 8.1 1.2 – 8.1 1.2 – 8.1
12 – 30 6 – 15 6 - 15
1600 1300 1600
Napping machines
NL 21/SRV NL 21/SRV/D
1.2 – 6.7 1.2 – 6.7
10 – 15 20 - 30
2200 2200
Structuring machines
NL 2000/SLV
1.0 – 6.7
Bis 6
1800
Pattern texture machines
NL 11 SE NL 11/Twin SE
1.0 – 5.6 2.4 – 5.6
Bis 7 Bis 14
1500 1500
Special* machines *) for ceramic,
NL 3/SK NL 3/SK Twin
1.6 1.6
1 2
500 500
glass, mineral fibres
Chart 2: Excerpt from the needle punching machine portfolio of Oerlikon Neumag Austria GmbH, Linz
offers the maximum range of additional services. The Engineering Division of Oerlikon Neumag Austria GmbH in Linz includes the following services:
➞ Planning and full support of the entire
line installation process ➞ Customized lines for all process varia-
tions ➞ Detailed facility planning ➞ Adaption of existing lines and facilities ➞ Process-optimized production concepts ➞ Interface support, including non-propri-
etary components ➞ Purchasing specifications for non-pro-
prietary components ➞ Comprehensive documentation for all
project stages.
The services offer the following customer benefits: ➞ Many years of experience with international large-scale production line projects are the basis for customer-oriented project management ➞ Minimum processing expenses ➞ Responsibility for product quality and line performance ➞ Transparent organization with a responsible project manager assigned for the
entire duration of the project, including follow-ups ➞ Comprehensive engineering documentation with adjustments for sub-contractors and service providers ➞ Complete interface management. The following is a sample selection of production line projects realized by Oerlikon Neumag Austria GmbH in Linz: ➞ Ahlstrom, USA: Complete line carder/ layer/needle punching ➞ Fibertex AS, Denmark: Airlay carder and needle punching for facility in the Czech Republic ➞ BNP Brinkmann GmbH & Co. KG, Germany: Complete line carder/layer/ needle punching ➞ Renksan Ltd., Turkey: Complete line carder/layer/needle punching ➞ Exeed Geotextiles, United Arab Emirates:: Staple fibre line, carder; lapper, needle punching system ➞ Changsu YY., China: Airlay carder and needle punching system ➞ Heimbach GmbH, Germany: Carder, layer, needle punching system (paper felt). For more information and queries about the company’s production of needle punching machines and availability of the Carding Competence Center in Linz, please use the following communication options. Mail: Oerlikon Neumag Austria GmbH Wegscheider Straße 15, A-4021 Linz Phone: 0043 732 3739 213 Fax: 0043 732 381674 www.neumag.oerlikontextile.com n〉
Nassvliesstoffe mit vielfältigem Faserstoffeinsatz V o n H e l m u t h P i l l , P ill N a ssvli e st e c hni k G m b H , R e u t l i n g e n
V
liesstoffe, die im Nassvlies (Wetlaid)Verfahren hergestellt werden, haben seit Jahrzehnten in der Gesamtvliesstoffmenge einen Anteil von ca. 5 – 8 %. Diese Produkte besitzen meistens Eigenschaften, die oft nur auf solchen Spezialsystemen hergestellt werden können. Sie sind wegen der Eigenschaften, Gleichmäßigkeit und Homogenität sowie der Möglichkeit, kurze Fasern und Mischungen verschiedenster Materialien herzustellen, kaum durch andere Verfahren zu ersetzen. Nassvliesanlagen Nassvliesanlagen bestehen im Wesentlichen aus folgenden Baugruppen:
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avr – Allgemeiner Vliesstoff-Report 3 / 2009
➞ Stoff-Aufbereitung und -Zuführung mit
Verteilersystem ➞ schräge Formationsstrecke mit Siebbandführung und Entwässerungskastenblock mit Einzelkammern ➞ Rohrsauger zur weiteren Entwässerung ➞ Zusatzkomponenten – falls erforderlich ➞ weitere erforderliche Anlagenkomponenten richten sich nach den Faserarten und den herzustellenden Produkten. Die neXline wetlaid Technologie aus dem Hause Andritz Küsters bietet komplette Produktionsanlagen für verschiedenste Anwendungsgebiete von der Stoffaufbereitung über den neXformer bis zur Trocknung und Wicklung. Andritz Küsters
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und Pill Nassvliestechnik sind hierzu eine exklusive Kooperation eingegangen. Fasermaterial Das Nassvliesverfahren ermöglicht den Einsatz von fast allen vorkommenden Fasersorten - von in der Papierindustrie üblichen und exotischen Cellulosefasern bis zu High-Tech-Fasern. Auf Grund der Entwicklung von neuen High-Tech-Fasern und der Wiederentdeckung von natürlichen Fasern als moderne Baumaterialien entstehen ständig neue Anwendungsgebiete für Vliesstoffe in nahezu allen industriellen Bereichen. Einsatzgebiete sind die Industrie, Kraftfahrzeug-Hersteller, Flugzeugbau und die