AT399169B

AT399169B - Verfahren zur steuerung der anisotropie von spinnvliesen

Info

Publication number: AT399169B
Application number: AT0166093A
Authority: AT
Inventors: Uwe Dipl Ing Bornmann; Manfred Ing Winkler; Heinz Schoergenhuber
Original assignee: Polyfelt Gmbh
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1995-03-27
Also published as: GB9416756D0; DE4428607A1; FR2709137A1; FR2709137B1; ATA166093A; US5525286A; GB2281747B; AU7020294A; AU679756B2; GB2281747A

Description

AT 399 169 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Steuerung der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften von Spinnvliesen mit Hilfe von schwingenden Prallblechen, sowie die Verwendung von schwingenden Prallblechen zur gezielten Steuerung der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften von Spinnvliesen in Längs- und Querrichtung. s Wie beispielsweise aus der AT-PS 375.969 oder DE-OS 23 00 331 bekannt ist, können Spinnvliese durch Extrusion von schmelzflüssigen Thermoplasten wie z. B. Polyolefinen, Polyestern oder Polyamiden durch Mehrfachlochdüsen, Abzug, Kühlung und Verstreckung, beispielsweise mittels Verstreckluft und Ablage der erhaltenen Endlosfäden in Form eines Wirrvlieses auf einem Transportband hergestellt werden. Diese Vliese können anschließend gegebenenfalls, beispielsweise durch Vernadeln, verfestigt werden. Die io erhaltenen Vliese weisen zumeist in Längs (L)- und Querrichtung (Q) unterschiedliche, mechanische Eigenschaften, wie z. B. unterschiedliche Festigkeit oder Dehnung auf, die sich in Abhängigkeit von den Herstellparametern und der Art der Vliese ergeben. Ein weitgehend isotropes Verhalten der Eigenschaftswerte, das heißt, möglichst ähnliche Werte in Längs- und Querrichtung, wie sie bei den bekannten Spinnvliesverfahren üblicherweise angestrebt werden, wird beispielsweise gemäß AT-PS 375.969 durch 15 anschließendes Verstrecken der Vliese, bzw. gemäß DE-OS 23 00 331 durch Verwendung eines schwingenden Prallblechs bei der Ablage der Fäden auf das Transportband erreicht. Dabei ist laut DE-OS 23 00 331 die Schwingungsfrequenz zur Erzielung der Isotropie, also eines L/Q-Verhältnisses von 1, ohne Einfluß, da angeblich mit Frequenzen von 1,6 bis 1000 Hz, gemäß den Beispielen bei 16,6 und 33,3 Hz, immer eine isotrope Festigkeitsverteilung erreicht wird. 20 Es ist jedoch zur Erzielung einer optimalen Vliesqualität für bestimmte Einsatzgebiete bzw. zur Optimierung des Vlies-Herstellungsverfahrens in vielen Fällen notwendig, eine ganz bestimmte Anisotropie der Vlieseigenschaften zu erzielen. So sind beispielsweise für den Fall, daß die Vliese, wie gemäß AT-PS 375.969 breitverstreckt werden, Vliese notwendig, die, entsprechend den Verfahrensbedingungen bzw. der Art der Vliese, wie z. B. dem Viiesgewicht, dem Material der Fäden, dem Verstreckungsgrad, der 25 Verstreckungsgeschwindigkeit, der Verstrecktemperatur, eine um etwa 10 bis 80 % höhere Festigkeit in Längsrichtung als in Querrichtung aufweisen. Es ist demnach für diesen Fall ein ganz bestimmtes Anisotropieverhältnis der Festigkeit in Längsrichtung (L) zur Festigkeit in Querrichtung (Q), entsprechend einem Verhältnis L/Q von etwa 1,1 :1 bis 1,8 :1 erforderlich. Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Anisotropie der Vlieseigenschaften in Längs- und 30 Querrichtung durch Variation der Schwingungsfrequenz der Prallbleche bei der Ablage der Fäden sehr genau, gezielt und definiert gesteuert werden kann. Dies war besonders überraschend, da, wie beispielsweise aus der DE-OS 23 00 331 bekannt ist, die Schwingungsfrequenz im Falle von isotropen Vliesen scheinbar keinen Einfluß auf das L/Q-Verhältnis (in diesem Fall von 1:1) hat.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur gezielten Steuerung der Anisotropie der 35 mechanischen Eigenschaften in Längs (L)- und Querrichtung (Q) von aus Thermoplastfäden bestehenden Spinnvliesen, bei dem die von der Spinndüse extrudierten Fäden gekühlt, verstreckt und mittels eines schwingenden Prallbleches auf einem Transportband zu einem Wirrvlies abgelegt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schwingungsfrequenz des Pralibleches in Abhängigkeit vom gewünschten Verhältnis der Anisotropie variiert wird. 4o Zur Herstellung der Spinnvliese können alle thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffe verwendet werden, wie z. B. Polyolefine, Polyester oder Polyamide, besonders bevorzugt sind Polyolefine und Polyester.

Die Schwingungsfrequenz des Prallblechs ist abhängig von dem gewünschten L/Q-Verhäftnis der Vlieseigenschaften und liegt bevorzugt bei etwa 10 bis 100 Hz. Die Schwingungsfrequenz wird besonders 45 bevorzugt auf einen solchen Wert gestellt, mit dem entsprechend den Eigenschaften des Ausgangsvlieses ein L7Q-Verhältnis für den Fall der Vliesfestigkeit (gemessen als Streifenzugfestigkeit gemäß DIN 53857/2) von 1,1 :1 bis 1,8 :1, besonders bevorzugt von 1,1 :1 bis 1,5 :1 erreicht wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von schwingenden Prallblechen, welche in einer Vorrichtung zur Herstellung von aus Thermoplastfäden bestehenden Spinnvliesen die von der so Spinndüse extrudierten und anschließend abgekühlten und verstreckten Thermoplastfäden auf ein Transportband ablegen, zur gezielten Steuerung der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften der Spinn Vliese in Längs- und Querrichtung durch Variation der Schwingungsfrequenz der Prallbleche.

Die Prallbleche sind in einem Winkel von etwa 100 bis 170" zur Abzugsrichtung der Fäden angeordnet und schwingen mit Frequenzen von bevorzugt 10 bis 100 Hz in Richtung von oben nach unten. 55 Es ist bevorzugt die Prallbleche derart auszubilden, daß sie im oberen Bereich, in dem die Fäden auftreffen, starr sind und nur der untere Teil schwingt. Die Schwingbewegung der Prallbleche wird durch übliche Methoden erzeugt, beispielsweise mittels Exzenter, mechanisch, elektrisch, magnetisch oder pneumatisch. Es ist weiters möglich, daß die Prallbleche zusätzlich zu der Schwingung von oben nach unten auch nach 2

AT 399 169 B links und rechts changieren, wobei die Changierfrequenz im Bereich von etwa 0,2 bis 5 Hz liegt.

Als Material für die Prallbleche kommen vor allem Metalle wie z. B. Stahl, Keramik, Glas, Graphit oder Kunststoffe, bevorzugt Hochleistungskunststoffe wie z. B. aromatische Polyamide, Polyimide, Polysulfone, Polyetherketone, Polyetherimide, Polyester, Epoxide, Melamin- oder Phenolharze in Frage. Insbesondere bei der Anwendung von höheren Schwingungsfrequenzen ab etwa 30 bis 40 Hz (Schwingungen pro sec) ist es bevorzugt, zumindest für den schwingenden Teil der Prallbleche faserverstärkte Kunststoffe oder Graphite zu verwenden. Als Verstärkungsfasern kommen beispielsweise Glas-, Kohle-, Keramik-, oder Aramidfasern in Frage.

Beispiel 1:

Auf einer Laborspinnanlage wurden mit einem Durchsatz von 180 kg/h Fäden aus Polypropylenhomopolymer mit einem MFI (melt flow index gemäß DIN 53735 bei 230*C/2,16 kg) von ca. 20 g/10 min (Daplen PT 551) bei 230 ° C aufgeschmolzen, durch eine Spinndüse mit 1500 Kapillaren extrudiert, gekühlt, über 3 pneumatische Abzugssysteme verstreckt und mittels 3 schwingender Prallbleche als 100 cm breites Vlies mit einem Flächengewicht von 100 g/m2 mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 24 m/min auf ein Transportband abgelegt. Die Prallbleche bestanden aus Kohlefaser -verstärktem Polyetheretherketon, die Länge des schwingenden Teils betrug 100 mm, die Breite an der Unterkante 200 mm. Die Schwingungsfrequenz der Prallbleche konnte im Bereich von 0 bis 100 Hz stufenlos geregelt werden. Die Schwingungsfrequenz wurde auf 30 Hz eingestellt. Die Amplitude der Schwingung betrug ca. 15 mm, die Neigung der Prallbleche zur Abzugsrichtung ca. 120e.

Das erhaltene Vlies zeigte eine gemäß DIN 53857/2 gemessene Festigkeit in Längsrichtung von 293 N, in Querrichtung von 210 N, entsprechend einem UQ-Verhältnis von 1,4 :1.

Beispiel 2:

Analog zu Beispiel 1 wurden Vliese hergesteilt, jedoch mit den in Tabelle 1 angeführten Flächengewichten und Schwingungsfrequenzen der Prallbleche. Die jeweils erzielten L/Q-Verhältnisse der Vliesfestigkeiten sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengestellt.

Beispiel 3:

Um die Steuerung des L/Q-Verhältnisses der Vliesfestigkeit durch Variation der Schwingungsfrequenz der Prallbleche aufzuzeigen, wurden analog zu Beispiel 1 und 2 Vliese mit einem Flächengewicht von 400 g/m2 und 700 g/m2 hergestellt, wobei jedoch die in Tabelle 2 angegebenen Schwingungsfrequenzen eingestellt wurden. Die L/Q-Verhältnisse der Festigkeiten sind ebenfalls in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 1

Flächengewicht (g/m2) Frequenz (Hz) L/Q-Verhältnis 100 30 1,4:1 200 32 1,4: 1 300 37 1,4:1 400 42 1,4:1 500 45 1,4:1 700 48 1,3:1 900 50 1,3 :1 1200 53 1,3:1 3

Claims

AT 399 169 B Tabelle 2 Vliesgewicht: 400 g/m2 Frequenz (Hz) L/Q-Verhältnis 25 1,1 :1 33 1,2 :1 38 1,3:1 43 1,4:1 48 1,5 :1 Vliesgewicht: 700 g/m2 Frequenz (Hz) UQ-Verhältnis 25 0,9:1 38 1,1 :1 43 1,2:1 48 1,3:1 Patentansprüche 1. Verfahren zur gezielten Steuerung der Anisotropie der mechanischen Egenschaften in Längs (l)- und Querrichtung (Q) von aus Thermoplastfäden bestehenden Spinnvliesen, bei dem die von der Spinndüse extrudierten Fäden gekühlt, verstreckt und mittels eines schwingenden Prallbleches auf einem Transportband zu einem Wirrvlies abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz des Prallbleches in Abhängigkeit vom gewünschten Verhältnis der Anisotropie variiert wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz des Prallbleches 10 bis 100 Hz beträgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anisotropie der mechanischen Eigenschaften, gemessen als L/Q-Verhältnis der Festigkeiten der Vliese, 1,1 : 1 bis 1,8 : 1 beträgt.
4. Verwendung von schwingenden Prallblechen, welche in einer Vorrichtung zur Herstellung von aus Thermoplastfäden bestehenden Spinnvliesen die von der Spinndüse extrudierten und anschließend abgekühlten und verstreckten Thermoplastfäden auf ein Transportband ablegen, zur gezielten Steuerung der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften der Spinnvliese in Längs- und Querrichtung durch Variation der Schwingungsfrequenz der Prallbleche. 4