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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung von Spinnvliesen aus thermopla- stischen Kunststoffen, bei denen die Eigenschaften, vor allem deren Reissfestigkeit, verbessert werden.
Spinnvliese, die aus praktisch endlosen, in annähernder Wirrlage abgelegten Fäden aus thermoplastischen Kunststoffen aufgebaut sind, sind seit längerer Zeit bekannt. Sie werden meist durch Ablage der Fäden unmittelbar nach dem Verspinnen und nach deren Verstreckung, vorwiegend mittels Luft, hergestellt. Mit der verwendeten Ablagemethode variiert auch das Mass des Vorhandenseins von Resten von parallelen Fadenbündeln. Eine ideale, völlig unorientierte Wirrlage wird meist nicht erreicht, so dass solche Vliese fast immer in einer Richtung eine höhere Reissfestigkeit besitzen, als in der dazu senkrecht stehenden Richtung.
Bei einer Reihe von Anwendungen, z. B. im Tiefbau, kommt es aber nicht auf die Festigkeit in einer Richtung sondern in allen Richtungen an. Das bedeutet, dass bei der Anwendung die geringste Reissfestigkeit massgebend ist, so dass auch die Stärke des Vlieses nach der niedrigsten Reissfestigkeit gewählt werden muss. Das bedeutet aber eine Verteuerung des Vlieseinsatzes, die manch grosstechnischem Einsatz im Wege steht.
In der DE-OS 2639466 ist beschrieben, dass sich die Eigenschaften von Stapelfaservliesen, deren Einzelfasern in Bahnquerrichtung orientiert sind, dadurch verbessern lassen, dass sie zuerst in Längsrichtung verstreckt, dann vernadelt, dann nocheinmal in Längsrichtung und schliesslich in Querrichtung verstreckt werden. Dadurch wird die Massbeständigkeit und Festigkeit dieser Vliese erhöht.
Ferner ist aus der DE-OS 2239058 bekannt, dass bei nicht verfestigten, in Wirrlage liegenden Stapelfaservliesen mit relativ kurzen Fasern die mittels mechanischen oder fluiden Kräften mit einem regelmässigen Muster versehen sind, durch Verstrecken in der Querrichtung bei gleichzeitiger Schrumpfung in der Längsrichtung die Querreissfestigkeit verbessert werden kann, ohne dass das aus regelmässigen Dick-und Dünnstellen bestehende Muster zerstört würde. Es kann vielmehr durch eine nochmalige Nachbehandlung mit fluiden Kräften, die eine Umorientierung der relativ kurzen Fasern bewirken, wieder voll hergestellt werden.
Auch bei Endlosfadenvliesen wurde bereits eine Verstreckung zur Verbesserung der Eigenschaften vorgeschlagen. Gemäss DE-OS 1900265 werden an den Kreuzungsstellen verschweisste oder verklebte Vliese soweit in mindestens einer Richtung verstreckt, dass sich die Oberfläche um einen Faktor bis etwa 15 vergrössert. Da die Kreuzungspunkte bei den für dieses Verfahren verwendeten Vliesen fixiert sind, wird auf diese Weise eine Verstreckung der im Einzeltiter stark schwankenden Einzelfäden bewirkt, wobei Titerschwankungen der Einzelfäden um eine Zehnerpotenz erzielt werden. Die Verstreckung erfolgt hiebei über einen erhitzten Bremsschuh.
Es konnte nun gefunden werden, dass die Reissfestigkeiten von Vliesen in senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen einander angenähert werden können, wobei die geringere Reissfestigkeit in einer der beiden Richtungen beträchtlich angehoben wird, ohne dass jedoch die Fäden selbst wesentlich verstreckt werden und der Fadentiter ungleichmässig wird, wenn man ein genadeltes Vlies in jener Richtung bei erhöhter Temperatur verstreckt, die die geringere Reissfestigkeit besitzt.
Durch diese Massnahme wird diese Reissfestikeit erhöht, obwohl gleichzeitig die Fläche des Vlieses auf Kosten des Gewichtes/m"vergrössert wird. Die Tatsache, dass trotzdem eine höhere Mindestreissfestigkeit erzielt wird, eröffnet nun die Möglichkeit eines wesentlich wirtschaftlicheren Vlieseinsatzes, vor allem im Erdbau, wie Strassen-, Tunnel-, Böschungs- und Wasserbau, da es hier praktisch nur auf das Kraft-Dehnungsverhalten, nicht aber auf das Gewicht des Vlieses/m"ankommt, und man somit mit dem gleichen Gewicht eines Vliesmaterials grössere Flächen belegen kann.
Die Tatsache, dass sich ein genadeltes Vlies, bei dem also die Kreuzungspunkte nicht so verfestigt sind, dass sie nicht aufgehen, verstärken lässt, ist überraschend, da zu erwarten war, dass eventuell vorhandene leichte Dünnstellen verschärft werden oder sogar Löcher auftreten. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn man in einem bestimmten Temperaturbereich abhängig vom Kristallitschmelzpunkt arbeitet.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Nachbehandlung von Spinnvliesen aus thermoplastischen Kunststoffen, die durch Ablage von frisch gesponnenen praktisch endlosen Fäden nach Verstreckung in einer annähernden Wirrlage erhalten wurden und die in einer Richtung
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eine wesentlich höhere Reissfestigkeit besitzen als in der dazu senkrecht liegenden Richtung durch Verstrecken bei erhöhter Temperatur unter gleichzeitiger Vergrösserung der Fläche, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vliese in vernadeltem Zustand der Verstreckung unterworfen werden und die Verstreckung bei einer Temperatur, die 85 bis 250C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes jenes thermoplastischen Kunststoffes liegt, aus dem die Fäden hergestellt sind, in jener Richtung, in der das Vlies die geringere Reissfestigkeit besitzt,
vorgenommen wird, während das Vlies in der senkrecht dazu liegenden Richtung soweit unter Spannung gehalten wird, dass sich dessen Länge in dieser Richtung vor oder während der Verstreckung gar nicht oder höchstens um 10% ändert, wobei der Grad der Verstreckung vorzugsweise 20 bis 100% der ursprünglichen Länge beträgt.
Voraussetzung für das Gelingen des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass von einem durch Vernadelung verfestigten Vlies ausgegangen wird. Für die Erzielung guter Eigenschaften, vor allem bei höheren Dehnverhältnissen ist es zweckmässig, keine allzu leichte Vernadelung zu wählen. Bevorzugt wird von Vliesen ausgegangen, die so weit vernadelt sind, dass ihr Festigkeitszuwachs durch die Vernadelung mindestens 50% des optimal erzielbaren Festigkeitszuwachses durch Vernadelung beträgt. Das ist z. B. bei Verwendung von Nadeln der Type 15 x 18 x 34/3 Zoll bei etwa 100 Einstichen/cm2 bzw. bei solchen der Type 15 x 18 x 36/6 Zoll bei 120 Einstichen/cm'gegeben.
Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn man Vliese einsetzt, die mit den genannten Nadeltypen mit etwa 180 bis 200 Einstichen/cm2 verarbeitet wurden.
Endlosfadenvliese der oben genannten Art besitzen meist in der Querrichtung eine geringere Reissfestigkeit. Diese Vliese werden gemäss der Erfindung in der Querrichtung im erfindungsgemässen Ausmass gereckt, was z. B. in einem an sich bekannten Spannrahmen möglich ist. Es können aber auch Streckapparate dienen, bei denen das Vlies durch am Umfang mit Zähnen versehene Scheiben aufgenommen wird, deren Ebene annähernd senkrecht zur Vliesebene steht und die im spitzen Winkel zur Laufrichtung des Vlieses so angeordnet sind, dass das Vlies beim Passieren des Umfanges der Scheiben auseinandergezogen wird. Eine solche Vorrichtung ist z. B. in der DE-OS 2401614 beschieben.
Wird das Endlosfadenvlies jedoch vor der Nadelung durch Täfeln auf eine bestimmte Vliesdicke gebracht, so ist es meist die Längsrichtung, die die geringere Reissfestigkeit aufweist. In diesem Fall muss das Vlies dann in Längsrichtung verstreckt werden, was beispielsweise besonders günstig durch ein an sich bekanntes Walzenstreckverfahren mit kurzem Walzenspalt gemacht werden kann. Es ist aber auch jedes andere bekannte Längsstreckverfahren brauchbar, wobei ein zu starkes Einspringen des Vlieses vermieden werden muss, um die erfindungsgemässen Grenzen einzuhalten. Dies kann man z. B. indem man Längsreckzonen durch Zonen unterbricht, in denen man das Vlies in einer Querspannvorrichtung wieder auf die erfindungsgemäss vorgeschriebene Breite, die innerhalb von 10% der ursprünglichen Breite liegen soll, bringt.
Die Wahl des Verstreckungsgrades innerhalb des erfindungsgemässen Bereiches, richtet sich
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eine leichte Verstreckung von 20 bis 30% zu wählen sein. Je höher der Verstreckungsgrad in der schwachen Richtung gewählt wird, desto mehr wird die Reissfestigkeit in der stärkeren Richtung vermindert, so dass z. B. bei Verstreckungen um 60% hinsichtlich Reissfestigkeit annähernd isotrope Vliese erhalten werden, deren Reissfestigkeiten im mittleren Bereich zwischen ursprünglicher Längsund Querfestigkeit liegt. Da massgebend für den Verwendungszweck die niedrigste Reissfestigkeit ist, kann das Vlies somit nach erfindungsgemässer Behandlung einer stärkeren Belastung ausgesetzt werden, als das Ausgangsvlies.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auf Endlosfadenvliese aus allen thermoplastischen Kunststoffen wie Polyamid, Polyester, Polyolefin anwendbar. Besonders bevorzugt sind Vliese aus Propy-
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werte sind nach DIN 53857 bestimmt.
Beispiel 1 : Ein genadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Fadentiter <SEP> 11 <SEP> dtex
<tb> Flächengewicht <SEP> 240 <SEP> g/m2
<tb> Vernadelung <SEP> 60 <SEP> Einstiche/cm"
<tb> mit <SEP> Nadeln <SEP> 15 <SEP> x <SEP> 18 <SEP> x <SEP> 34/3 <SEP> Zoll <SEP> c. <SEP> b. <SEP> entsprechend <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 40% <SEP> der <SEP> mit <SEP> Vernadelung <SEP> erzielbaren <SEP> optimalen <SEP> Festigkeit
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 640 <SEP> N
<tb> Bruchdehnung <SEP> längs <SEP> 85%
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 305 <SEP> N
<tb> Bruchdehnung <SEP> quer <SEP> 120%
<tb>
wird ohne Längsverzug in einen Spannrahmen eingespannt, bei einer Temperatur von 1300C in kontinuierlicher Fahrweise in der Querrichtung um 20% gedehnt.
Nach Verlassen des Heissluftofens wird das Vlies aus dem Spannrahmen herausgenommen und kontinuierlich aufgewickelt. Es besitzt folgende Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Flächengewicht <SEP> 220 <SEP> g/m2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 653 <SEP> N
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 352 <SEP> N
<tb> Bruchdehnung <SEP> längs <SEP> 61%
<tb> Bruchdehnung <SEP> quer <SEP> 84%
<tb>
Das Vlies besitzt also bei etwa gleichbleibender Längsreissfestigkeit eine um 50 N erhöhte Querfestigkeit.
Im Gegensatz dazu besitzt ein nach dem üblichen Spinnverfahren hergestelltes, nichtverstrecktes Vlies mit einem Flächengewicht von 220 g/m2 folgende Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 600 <SEP> N
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 245 <SEP> N
<tb> Bruchdehnung <SEP> längs <SEP> 90%
<tb> Bruchdehnung <SEP> quer <SEP> 130%
<tb>
Das erfindungsgemäss hergestellte Vlies ist also hinsichtlich Reissfestigkeit überlegen.
Beispiel 2 : Das gleiche Vlies wie in Beispiel 1 beschrieben, wird in einen Spannrahmen eingeführt und mit solcher Geschwindigkeit abgezogen, dass es vor Erfassen der Seitenränder durch die Halterungsorgane bei Zimmertemperatur in der Längsrichtung 10% verstreckt wird. Anschliessend wird es bei 1300C 20% querverstreckt.
Das nach Ausspannen und Auskühlen erhaltene Vlies besitzt folgende Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Flächengewicht <SEP> 208 <SEP> g/m2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 624 <SEP> N
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 348 <SEP> N
<tb> Bruchdehnung <SEP> längs <SEP> 57%
<tb> Bruchdehnung <SEP> quer <SEP> 86%
<tb>
Hingegen besitzt ein durch Verspinnen und Ablage hergestelltes Endlosfadenvlies aus Poly-
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propylen eines Flächengewichtes von 200 g/m2 längs nur eine Reissfestigkeit von 570 N und quer von 230 N, sowie die Bruchdehnung von 90% längs und 135% quer.
Beispiel 3 : Ein stark vernadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Fadentiter <SEP> 10 <SEP> dtex <SEP>
<tb> Flächengewicht <SEP> 290 <SEP> g/m2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 690 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> längs <SEP> 91%
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 357 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> quer <SEP> 139%
<tb> Vernadelung <SEP> 180 <SEP> Einstiche/cm <SEP> 2 <SEP>
<tb> mit <SEP> Nadeln <SEP> 15 <SEP> x <SEP> 18 <SEP> x <SEP> 34/3 <SEP> Zoll <SEP> c. <SEP> b. <SEP> entsprechend <SEP> 85% <SEP> der <SEP> optimalen, <SEP> durch <SEP> Vernadelung <SEP> erzielbaren <SEP> Festigkeit
<tb>
wird im Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei 135 C um 40% querverstreckt.
Nach Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Flächengewicht <SEP> 230 <SEP> g/m2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 558 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> längs <SEP> 76%
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 438 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> quer <SEP> 84%
<tb>
Im Gegensatz dazu hat ein Vlies mit 230 g/m2, hergestellt wie das als Ausgangsmaterial verwendete Vlies eine Reissfestigkeit längs von 650 N und quer von nur 290 N, sowie eine Bruchdehnung längs von 85%, quer von 125%.
Beispiel 4 : Ein Vlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen :
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<tb>
<tb> Fadentiter <SEP> 10 <SEP> dtex
<tb> Ausgangsgewicht <SEP> 240 <SEP> g/m2
<tb> Vernadelung <SEP> 200 <SEP> Einstiche/cm'
<tb> mit <SEP> Nadeln <SEP> 15 <SEP> x <SEP> 18 <SEP> x <SEP> 36/3 <SEP> Zoll <SEP> c. <SEP> b. <SEP> entsprechend <SEP> 85% <SEP> der <SEP> optimalen <SEP> Festigkeit
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 656 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> längs <SEP> 85%
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 310 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> quer <SEP> 136%
<tb>
wird in einem Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei 135 C um 60% quer verstreckt.
Das so erhaltene Vlies hat folgende Kenndaten :
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<tb>
<tb> Flächengewicht <SEP> 188 <SEP> g/m2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 490 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> längs <SEP> 75%
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 364 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> quer <SEP> 51%
<tb>
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Im Vergleich dazu hat ein Vlies, das nach dem gleichen Verfahren wie das Ausgangsvlies hergestellt ist, das jedoch ein Flächengewicht von 180 g/m2 besitzt eine Längsfestigkeit von 530 N und eine Querfestigkeit von 200 N, sowie eine Bruchdehnung von längs 95% und quer von 150%.
Beispiel 5 : Das in Beispiel 4 beschriebene Vlies wird bei 1400C um 60% querverstreckt, wobei es gleichzeitig in der Längsrichtung 10% schrumpfen gelassen wird. Man erhält dadurch ein Vlies mit folgenden Kennzahlen :
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<tb> Flächengewicht <SEP> 195 <SEP> g/m2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> längs <SEP> 502 <SEP> N
<tb> Reissfestigkeit <SEP> quer <SEP> 389 <SEP> N
<tb> Dehnung <SEP> längs <SEP> 78%
<tb> Dehnung <SEP> quer <SEP> 50%
<tb>
Im Vergleich dazu hat ein Vlies, das nach dem gleichen Verfahren wie das Ausgangsvlies hergestellt ist, jedoch ein Flächengewicht von 200 g/m2 besitzt, eine Reissfestigkeit längs von 570 N, Reissfestigkeit quer von 230 N und eine Bruchdehnung längs von 90%, sowie eine Bruchdehnung quer von 135%.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Nachbehandlung von Spinnvliesen aus thermoplastischen Kunststoffen, die durch Ablage von frisch gesponnenen praktisch endlosen Fäden nach Verstreckung in einer annähernden Wirrlage erhalten wurden und die in einer Richtung eine wesentlich höhere Reissfestigkeit besitzen als in der dazu senkrecht liegenden Richtung durch Verstrecken bei erhöhter Temperatur unter gleichzeitiger Vergrösserung der Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliese in vernadeltem Zustand der Verstreckung unterworfen werden und die Verstreckung bei einer Temperatur, die 85 bis 25 C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes jenes thermoplastischen Kunstoffes liegt, aus dem die Fäden hergestellt sind, in jener Richtung, in der das Vlies die geringere Reissfestigkeit besitzt, vorgenommen wird,
während das Vlies in der senkrecht dazu liegenden Richtung sowie unter Spannung gehalten wird, dass sich dessen Länge in dieser Richtung vor oder während der Verstreckung gar nicht oder höchstens um 10% ändert, wobei der Grad der Verstreckung vorzugsweise 20 bis 100% der ursprünglichen Länge beträgt.