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Verfahren zur Herstellung von aus endlosen, verstreckten Fäden bestehenden Vliesen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Faserflächengebilden aus hochpolymeren Substanzen und betrifft insbesondere die Erzeugung von aus endlosen, verstreckten Fäden bestehenden Vliesen aus diesem hochpolymeren Material durch Ausspinnen einer Schmelze in Gegenwart von strömender Luft. Mit der Erfindung wird angestrebt, die Herstellung eines reissfesten Vlieses durch direktes Ausspinnen von Fäden und Sammeln derselben unter Vermeidung der sonst üblichen Zwischenstufen bei der Vlieserzeugung, wie Zusammenfassen der aus einer Runddüse kommenden Fäden zu einem Garn, Kaltverstrecken, Zerschneiden zu Stapelfasern, Verpressen zu Ballen und Auffasem zu einem Flor, möglich zu machen.
Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, dass beim Ausspinnen gleichzeitig eine Vielzahl endloser, geradlinig nebeneinanderliegender Fäden gebildet wird. Die entstehende flächenförmige Fadenschar wird dabei so geführt, dass sich die Fäden erst nach dem Verfestigen berühren, was mit Hilfe meh- rererGas-bzw. Dampfströme erreicht wird, die die aus derDüse austretendenFäden ziehen, verstrecken sowie verfestigen. Diese Gas- bzw. Dampfführung bewirkt dabei eine gleichmässige Ausbildung der aus der Spinndüse kommenden Fadenschar, wobei unter Vermeidung des Zusammenlegen mehrerer Fäden zu einem Garn die gesamte Fadenschar bahnförmig von der Spinndüse weggeführt und schliesslich unter Überkreuzung und/oder schlingenförmigem Ablegen zu einer Matte od. dgl. Flächenfasergebilde aufgebaut wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die heisse Schmelze, vorzugsweise aus einem Rohr, das eine Vielzahl von auf einer Geraden nebeneinanderliegenden Düsen aufweist, in Form einer Fadenschar ausgesponnen wird, die nach dem Verlassen der Düsen von beiden Seiten von einem heissen Luftstrom hoher Geschwindigkeit, welcher parallel zur Fadenschar verläuft, zunächst vorverstreckt und anschliessend von weiteren derartigen in Abständen von den Austritts-Düsen angreifenden Luftströmen weiterverstreckt wird, bevor die nunmehr verstreckte Fadenschar auf eine vorzugsweise perforierte Unterlage in Vliesform abgelegt wird, wonach gegebenenfalls das so erhaltene Flächenfaserge-
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Die erfindungsgemäss erhältlichen Faserflächengebilde haben einen textilartig weichen Griff und können daher überall dort eingesetzt werden. wo derzeit Gewebe, Gewirkeod. ähnl. textile Gewebe verwendet werden. Das neue Verfahren vereinfacht jedoch die Herstellung solcher textiler Produkte wesentlich, weil die Vliesherstellung mit der Fasererzeugung gekoppelt ist. Es brauchen also nicht in einem eigenen Fabrikationsvorgang Fasern hergestellt zuwerden, die anschliessend verstreckt und mit Spinnöl und Avivagemitteln behandelt werden. Die Fasern bzw. Fäden brauchen auch nicht zu Garnen verarbeitet zu werden, die dann ihrerseits zur Gewebe- oder Gewirkeherstellung Verwendung finden.
Das Verfahren unterscheidet sich ebenfalls von der Herstellung herkömmlicher nicht gewebter Faservliese. Bei diesen wird von Stapelfasern ausgegangen, die in Vliesform gebracht werden und mit Hilfe von Bindemitteln gegenseitig verklebt werden. Hiebei ist es notwendig, eine relativ hohe Zahl von Bindungen zu erzeugen, um zu vermeiden, dass sich einzelne Fasern aus dem Verband lösen und somit zu einem"Auffasem"der Oberfläche führen. Diese Erscheinung bewirkt nicht nur eine Zerstörung des Flächenverbandes, sondern ist auch insofern störend, als die losgelösten Fasern wandern, z. B. bei Wäsche im Oberstoff. Zur genügenden Fixierung der Stapelfasern wird deshalb ein relativ hoher Bindemittelan-
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teil benötigt. Dieser bringt in vielen Fällen eine Versteifung oder eine Verschlechterung des textilen "Griffs" mit sich.
Bei einem Verfahren ähnlicher Art, das sich auf das Verspinnen von Glas oder andern
Mineralfasern unter Verwendung eines Luftstromes bezieht, kommt es nicht zur Bildung endloser Fäden, sondern von kurzenFasem, die schon vor der Ablage wirr durcheinandergeraten und einen Filz aus Glas- fasern ergeben. Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem durch Schmelzspinnen endlose Fäden aus thermoplastischem Material in der Weise gewonnen werden, dass die in einer Art Längsdüse erzeug- ten Fäden zu einem Garn zusammengefasst werden, das mit Hilfe eines das Garn allseits umgebenden
Luftstrahles abgezogen wird.
Es war jedoch nicht zu erwarten, dass durch Schmelzspinnen von hoch- polymeren Substanzen zu einer Schar parallel liegender, endloser Fäden durch beidseitig zur Fadenbahn verlaufende Luftströme eine Verstreckung unter Bildung einer Fadenschar von hoher Festigkeit möglich sein würde, die sich direkt zu einem brauchbaren Faservlies ablegen lässt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird somit unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile eine vereinfachte Herstellung textiler Flächengebilde erreicht. Als Ausgangsmaterialien dienen dabei hochpolymere Substanzen, wie z. B. Polyamide, Polyester, Polyolefine, Polyvinylacetat, Polyvinyl- chlorid, Polyvinylalkohol, Zelluloseacetat oder Zellulose in gelöster Form (Viskose). Die Materialien werden nach dem Schmelz- oder nach dem Lösungsspinnverfahren zu endlosen Fäden versponnen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Spinnverfahren bedient sich das erfindungsgemässe Verfahren einer sehr hohen Anzahl geradlinig nebeneinanderliegender Löcher pro Spinndüse, insbesondere in Form eines
Spinnrohres, wobei die einzelnen Spinnlöcher in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind.
Vorteilhaft werden solche Spinndüsen verwendet, die mehr als 500 Löcher pro Spinnkopf aufweisen. Die Spinngeschwindigkeit liegt beispielsweise zwischen 800 und 2 000 m/min, je nach Dicke der Fasern. Die Breite der Spinndüse, z. B. des Spinnrohres, entspricht etwa der Warenbreite, so dass beim Spinnen eine breite Bahn von endlosen Fäden gebildet wird.
Die Fadenbahn wird nach dem Verlassen der Spinndüse beidseitigvon einem primären Gas-bzw.
Dampfstrom, der sich viel schneller als die parallele Fadenschar bewegt, erfasst und beschleunigt. Es tritt dabei eine Verengung des Faserquerschnittes von z. B. 300 f. L auf 15 li ein. Aufgabedes primären Gas- bzw. Dampfstromes ist es, diese Verstreckung durchzuführen und die Fäden gegenseitig getrennt zu halten. Ausserdem bewirkt der primäre Gas-bzw. Dampfstrom in vielen Fällen bereits ein Erstarren bzw. Verfestigen der Fäden zumindest an der Oberfläche.
Anschliessend wird dieFadenbahn von sekundären Gas-bzw. Dampfströmen erfasst, die gegebenenfalls eine endgültige Verfestigung sowie eine Führung der Fäden bewirken und ein Zusammenlegen bzw. Verdrehen zu einem Garn verhindern. Die Gas- bzw. Dampfströme haben gegenüber dem Spinnen eine erhöhte Geschwindigkeit. Sie bewirken also nicht nur eine Verstreckung der aus der Spinndüse austretenden plastischen Masse, sondern auch eine Verfestigung der Fäden. Dies geschieht bei Verwendung thermoplastischer Massen durch Abkühlung der geschmolzenen und dünner werdenden Fäden.
Die Herstellung kann aber auch durch Ausfällen erfolgen, z. B. dadurch, dass zum Beschleunigen und Führen derFadenbahn solcheDämpfe verwendet werden, die Lösungen von Hochpolymeren in Fadenform ausfällen. Die Verfestigung der aus der Spinndüse austretenden Fäden kann ferner auch durch chemische Einwirkung erfolgen, z. B. dadurch, dass säurehaltige Dämpfe verwendet werden, die aus einer z. B. Xanthogenat enthaltenden Lösung die Fadenbahn ausfällen. Gegebenenfalls werden die die Spinndüse verlassenden Fäden einem weiteren Verstreckvorgang unterworfen, z. B. mit Hilfe von mit verschiedenen Geschwindigkeiten laufenden Walzenpaaren.
Beim Auffangen der Fadenbahn, beispielsweise mit einem Sieb mit dahinterliegender Saugvorrichtung, werden die Einzelfäden unter Überkreuzung und/oder schlingenförmig übereinandergelegtundin Form einer Wirrfaserstruktur abgezogen. Die Abzugsgeschwindigkeit ist dabei stets kleiner als die Spinngeschwindigkeit.
Wie bereits erwähnt, kann das nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltene Flächenfasergebilde einer oder mehreren Nachbehandlungen unterworfen werden, wie sie zur weiterenVerbesserungvonVlie- sen bzw. zur Erzielung besonderer Eigenschaften an sich üblich sind.
Zur Erhöhung der Festigkeit wird z. B. das aus endlosen Fäden gebildete Vlies genadelt, z. B. mit Hilfe des in der Zeitschrift "Textile Industries" Sept. 1958, S. 117, beschriebenen Nadelstiches. Dazu dienen mit Bärten versehene Nadeln. Letztere erfassen dabei die andern Fäden, stossen sie durch das Vlies hindurch ; dabei bildet sich eine Schlinge von endlosen Fäden. Bei entsprechender vorheriger Verdichtung des Flächengebildes tritt hiebei eine Verstreckung der Fäden ein, die sich insbesondere bei mehrfacher Durchführung des Nadelvorganges auswirkt. Durch diesen Vorgang wird eine weitere erhebliche Verfestigung des Flächengebildes bewirkt. Die so hergestellten Materialien zeichnen sich durch hohe Festigkeiten bei einem weichen, gefälligen, textilartigen Griff aus.
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Sie können jedoch zur Erzielung besonderer Eigenschaften weiter veredelt werden. Zum Beispiel ist es möglich, durch Kalandrieren mittels geprägter Walzen gewebeähnliche Strukturen zu erzielen. Das
Material wird dadurch griffiger und kann schnell und sicher vernäht werden. Überraschenderweise wurde ferner gefunden, dass sich die Fäden in den erfindungsgemässen Materialien durch Kalandrieren bei nor- maler Temperatur derart gegenseitig verschweissen lassen, dass feste Bindungen resultieren. Es ist auf diese Weise möglich, papierähnliche Strukturen herzustellen.
Durch nachträgliches Imprägnieren mit Kunstharzen oder Appreturmitteln können die Eigenschaften der erfindungsgemässen Produkte verbessert werden. So hat sich z. B. zur Erhöhung der Bügelfestigkeit eine Ausrüstung mit Silikonharzen bewährt. Oftmals empfiehlt sich auch eine thermische Nachbehand- lung. Stellt man z. B. die Fasergebilde durch Verspinnen von Polyvinylalkoholher, so kann das Fertig- produkt durch anschliessendes Tempern bei erhöhten Temperaturen besser btigelfähig gemacht werden.
Durch Behandlung mit vernetzenden Harzen, z. B. solchen mit freien Methylolgruppen, ist eine wesent- liche Verbesserung der Waschbeständigkeit festzustellen.
Die Materialien lassen sich nach geeigneter Porenfüllung und Verdichtung an der Oberfläche be- schichten und zu lederartigen Gebilden verarbeiten. Der Vorteil der erfindungsgemässen Faserflächenge- bilde ist hiebei auch besonders der, dass die endlosen Fäden keinerlei Avivagemittel enthalten und so eine hervorragende Haftfähigkeit zu den bei der Kunstlederherstellung verwendeten Bindemitteln auf- weisen. Die Haftfähigkeit kann noch dadurch verbessert werden, dass der Spinnvorgang unter leichter
Anoxydation der Faseroberfläche durchgeführt wird. Es zeigte sich überraschenderweise, dass bei Ver- wendung der erfindungsgemässen Fasergebilde z. B. zur Oberflächenvergütung von Kunstlederprodukten besonders glatte gleichmässige Strukturen erhalten werden.
Beispiel 1 : Granulataus Polypropylen (Schmelzbereichl60-164 C, Schmelzindex ig 250 C-0, 3) wurde auf einer Schneckenpresse bei nach vorn ansteigender Temperatur von 230,260 und schliesslich
2950C aufgeschmolzen und einer Spinnpumpe zugeführt. Die Spinnpumpe förderte die Schmelze auf eine auf 2560C beheizte Düse in Form eines Rohres, das eine Lochreihe mit Löchern von 0, 3 mm Durch- messer und 5 mm Abstand aufwies. Die aus der Düse in Form eines breiten nicht zusammenhängenden
Bandes austretenden endlosen Fäden wurden von oben und unten von einem auf 265 C aufgeheizten Luftstrom erfasst und nach vorn gerissen.
In'jeweils 6 cm Entfernung von der Düse wurden weitere Fremd- luftströme in Breite der Faserbahn zugeführt, Die Fasern wurden schliesslich durch eine Siebtrommel mit Abzugvorrichtung inForm aus endlosen Fäden bestehender Matten abgezogen. Diese wurden durch einen
Nadelstuhl geschickt, dessen Nadeln auf je 2,6 cm Wirkungsbereich 9 Bärte aufwiesen. Der Nadelvorgang wurde derart durchgeführt, dass das Material 160 Einstiche/cm empfing.
Beispiel 2 : Granulat aus Polyamid (Polycaprolactam, rel. Viskosität 2, 28) wurde auf einer
Schneckenpresse bei nach vorn ansteigender Temperatur von 200,220, 250 und 2700C aufgeschmolzen und einer Spinnpumpe zugeführt, Die Spinnpumpe förderte die Schmelze auf eine auf 2200C beheizte Düse, die eine 4 cm lange Lochreihe mit 20 Löchern von 0, 3 mm Durchmesser aufwies. Die aus der Dise in Form eines breiten nicht zusammenhängenden Bandes austretenden endlosen Fäden wurden von oben und unten von einem auf 2200C aufgeheizten Luftstrom erfasst und nach vorn gerissen. Die Fäden wurden auf einer rotierenden, mit innenliegender Absaugung versehenen Siebform aufgefangen, die die Gestalt einer Unterhose (Slip) hatte, Das Rotieren der Form wurde derart durchgeführt, dass sich eine gleichmässige Faserschicht von 100 g/m2 bildete.
Durch Aufsprühen eines Bindemittels in Form einer Acrylharzdispersion und anschliessendes Trocknen wurde das Kleidungsstück verfestigt und konnte von der Form abgezogen werden.
Beispiel 3 : Granulat aus Polycaprolactam (rel. Viskosität in H. SO konz. 2,28) wurde auf einer Schneckenpresse aufgeschmolzen und bei einer Temperatur von 2600C einer Spinnpumpe zugeführt. Die Spinnpumpe förderte die Schmelze auf eine auf 2900C aufgeheizte Düse, die eine 180 mm lange Lochreihe aus 90 Löchern von 0,3 mm Durchmesser aufwies, Die Lochreihe wurde von oben und unten in einem Abstand von je 0, 4 mm von einem Luftschlitz begrenzt, aus dem ein auf 3000C aufgeheizter Luftstrom austrat. Die Geschwindigkeit des Luftstromes wurde dabei derart eingestellt, dass die aus den einzelnen Spinnlöchern austretenden Fäden innerhalb eines Abstandes von 2 mm von der Spinndüse entfernt von einer Dicke von 300 l auf 10 li verstreckt wurden.
Ausserdem wurde der Luftstrom so geführt, dass die aus den einzelnen Löchern austretenden Fäden sich nicht berühren konnten. Dies wurde auf längere Entfernung hin durch Einleiten sekundärer Luftströme in Breite der Faserbahn erreicht, In einer Entfernung von 90 cm von der Düse wurde die Fadenbahn mittels eines Siebbandes mitdahinterliegenderAbsaugung aufgefangen, wobei die Fäden sich schlingenförmig überkreuzen abgelegt wurden. Dies wurde durch ein Verhältnis von Spinngeschwindigkeit zu Abzugsgeschwindigkeit wie 1000 : 10 erreicht, wobei
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der Absolutwert der Spinngeschwindigkeit 1000 m/min betrug. Die aufgefangene Vliesbahn wurde in eine lillige Zinkchloridlösung eingeführt und anschliessend mittels zweier Presswalzen auf 1001o Nassaufnahme abgepresst.
Anschliessend wurde die Bahn in einen Trockner eingeführt, der das Wasser bei 1000 C verdampfte. Dabei wurde eine Konzentrierung der Zinkchloridlösung an den Faserkreuzungspunkten mit dabei erfolgender Quellung und Verklebung erreicht.
Das so erhaltene Produkt ergab ein besonders für Filterzwecke geeignetes Material.