CH641845A5

CH641845A5 - Antistatisches fadengebilde.

Info

Publication number: CH641845A5
Application number: CH1014579A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Peschke; Diedrich Dr Dipl Ing Schilo; Chem Sipke Johannes Van D Meer
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1978-11-23
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1984-03-15
Also published as: SE7909640L; GB2036638B; DE2850713A1; DE2850713C2; AT387596B; CA1150019A; FR2442284B1; FR2442284A1; ATA735979A; SE435072B; DK149826B; DK493279A; GB2036638A

Description

Die Erfindung betrifft ein antistatisches Fadengebilde aus Mehrkomponentenfäden aus wenigstens zwei synthetischen Polymerkomponenten, von denen eine Komponente aus einem elektrisch nichtleitenden, thermoplastischen, fadenbil5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

denden Polymerisat und eine andere Komponente aus einem thermoplastischen Polymerisat mit darin dispergiertem, elektrisch leitenden Pulver besteht, welches Fadengebilde bei einer Messpannung von 1 kV einen spezifischen Durchgangswiderstand nach DIN 54 345 von weniger als IO13 Ohm-cm aufweist.

Unter einem Fadengebilde sollen im Rahmen der Erfindung Filamente, Stapelfasern, aus Filamenten und/oder Stapelfasern hergestellte Garne oder Fadenbündel verstanden werden.

Antistatische Fadengebilde dieser Gattung werden in der DE-OS 23 37 103 beschrieben, wobei das leitfähige Polymer den Kern in einem Kern-Mantelfaden bildet und der Mantel des Kern-Mantelfadens mindestens 50% der Fadenquerschnittsfläche einnehmen soll.

Zwar wird trotz der isolierenden Abschirmung des Kernes noch eine ausreichende antistatische Wirksamkeit erreicht, dieses jedoch hauptsächlich auf Kosten eines hohen Materialeinsatzes an leitfähigem Russ. Mit steigendem Russgehalt nimmt die Spinnfähigkeit des Russ-Polymer-Gemisches sehr stark ab, was zu Schwierigkeiten bei der Herstellung der Bikomponentenfäden führt.

Die Verstreckung ist insbesondere bei Verwendung von fadenbildenden Polymeren für die russhaltige Kernkomponente ohne erhebliche Erhöhung des elektrischen Widerstandes nur bei erhöhten Strecktemperaturen und mit Polymeren mit niedrigem Schmelzpunkt möglich. Bei der Verarbeitung zu Stapelfasergarnen machen sich die an den Schnittstellen zutage tretenden schwarzen Russquerschnitte störend bemerkbar. In der genannten DE-OS wird eine von der DIN-Vorschrift 54 345 abweichende Methode zur Messung des Fadenwiderstandes beschrieben, deren Ergebnisse nur für den jeweiligen Fadenquerschnitt Gültigkeit haben.

Aus der DE-OS 26 23 672 ist ein anderer antistatischer, synthetischer Bikomponentenfäden bekannt, der in einer Komponente elektrisch leitfähigen Russ enthält, wobei der eine Bestandteil den russhaltigen Bestandteil nur teilweise, mindestens jedoch zu 50%, umhüllt und eine gekrümmte Grenzfläche bildet. Das bedeutet, dass lediglich ausschliesslich Fäden mit asymmetrischer Querschnittsanordnung ersponnen werden können.

Darüberhinaus ist noch die DE-OS 27 18 343 bekannt geworden, die ein integrales elektrisch leitfähiges Textilfila-ment beschreibt, welches aus 2 bis 1000 elektrisch leitfähigen longitudial gerichteten Schichten aus faserbildenden poly-meren Material mit feinverteilten Teilchen aus elektrisch leitfähigem Russ in einer Konzentration von etwa 30 Gew.-% und in gemeinsamer Verbindung mit jeder elektrisch leitenden Schicht längs der Länge von mindestens einer Hauptoberfläche eine nicht leitende Schicht aus dem faserbildenden polymeren Material besteht. Derartige Fäden unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Färbung nur wenig von Fäden die nur aus einem Gemisch aus leitfähigem Russ und fadenbildendem Material hergestellt sind.

Matrixsegmentmehrkomponentenfäden, deren Herstellung und deren Spaltung werden in den deutschen Patentanmeldungen P 28 03 136.9 und P 28 09 346.1 beschrieben. Dort werden auch noch andere bekannte Mehrkomponentenfäden mit Matrixsegmentstrukturen beschrieben, von denen jedoch keine leitfähig und damit antistatisch wirksam ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, antistatische Fadengebilde, entsprechend der für den Rahmen der Erfindung angegebenen Definition zur Verfügung zu stellen, die eine gute antistatische Wirksamkeit und eine minimale optische Auffälligkeit in textilen Flächengebilden, wie Geweben, Gewirken, Fadengelegen, Teppichen, Vliesen, und dergleichen aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss entsprechend der

641 845

Lehre von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Ansprüchen 2 bis 29 beschrieben.

Leitfähige Pulver, die im Rahmen der Erfindung in ein thermoplastisches Polymer dispergiert werden können und eine gute antistatische Wirksamkeit hervorrufen, sind feintei-lige Metallpulver, wie beispielsweise Chrompulver oder leitfähige Metalloxide oder Metalloxidmischphasen wie z.B. Zinn-Antimonoxid. Bevorzugt sind wegen der guten Wirksamkeit und der guten Beschaffungsmöglichkeiten elektrisch leitfähige Russorten, die als elektrisch leitfähige Pulver in ein thermoplastisches Polymer dispergiert werden.

Unter Matrix-Segmentfäden sind solche Mehrkomponentenfäden zu verstehen, bei denen die einzelnen Segmente und die Matrix kontinuierlich durchgehend entlang der Fadenachse angeordnet sind, so dass der Fadenquerschnitt im wesentlichen über die Fadenlänge gleich ist. Beispiele für Fadenquerschnitte, die im Rahmen der Erfindung geeignet sind, werden in den Figuren 1 bis 11 dargestellt, wobei a jeweils die Matrix und b Segmente bedeuten.

Die Fäden können aussen rund, oder wie beispielsweise in den Figuren 10 und 11, aussen profiliert geformt sein. Sie können auch aussen in beliebiger Form gestaltet sein.

Sollen die erfindungsgemässen Fadengebilde in Form ungespaltener Matrix-Segmentfäden eingesetzt werden, ist es vorteilhaft, in der Matrixkomponente das elektrisch leitfähige Pulver zu dispergieren. Insbesondere wenn die erfindungsgemässen Fadengebilde in Form von Filamenten Anwendung finden sollen, ist dieses von besonderem Vorteil, wobei dann auch zweckmässigerweise im Kern des Fadens ein oder mehrere zentrale Segmente angeordnet sind, das bzw. die von den peripheren Segmenten durch das Matrixpolymer, welches das elektrisch leitfähige Pulver enthält, vollständig getrennt sind. Bei einer solchen Anordnung genügen bereits relativ geringe Mengen an leitfähigem Pulver zur Erzielung hoher elektrischer Leitfähigkeit.

Die Matrix-Segmentmehrkomponenten aus ausgewählten Polymeren mit unterschiedlichem Schrumpfverhalten mit Hilfe von schrumpfauslösenden Mittel zu spalten, ist dann vorteilhaft, wenn die antistatischen Fadengebilde im Gemisch mit anderen, nicht leitfähigen Fasern zu einem Stapelfasergarn verarbeitet werden sollen. Durch die Spaltung werden sehr feintitrige Segmentspaltfäden (beispielsweise ca. 0,1 dtex) erhalten, die im Stapelfasergarn so weitgehend von den übrigen, das Garn bildenden Fasern mit Einzeltitern von beispielsweise 8 dtex bedeckt werden, dass sie für das Auge unauffällig bleiben und der Eindruck eines gleichmässig gefärbten oder weissen Garnes entsteht.

Erfindungsgemässe Fadengebilde lassen sich nach bekannten Verfahren, beispielsweise nach dem in der deutschen Patentanmeldung P 28 03 136.9 beschriebenen Verfahren und mit den dort beschriebenen Vorrichtungen, herstellen. In der deutschen Patentanmeldung P 28 09 346.1 wird ein Verfahren beschrieben, welches sich auch für erfindungsgemässe Fadengebilde eignet, wenn die Mehrkomponentenfäden gespalten werden sollen.

Dort werden Lehren für die Auswahl der Polymeren und für die Durchführung der Spaltung gegeben, die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung Gültigkeit haben.

Für die hohe Wirksamkeit der erfindungsgemässen antistatischen Fadengebilde ist offensichtlich der Umstand verantwortlich zu machen, dass die leitfähigen Polymeranteile bis an die Fadenoberfläche reichen. Enthält beispielsweise die Matrixkomponente leitfähigen Russ, und ist diese beispielsweise als drei- oder vierzackiger Stern mit engen Strahlen im Innern der Mehrkomponentenfaser angeordnet, dann ist lediglich auf einem sehr geringen Teil des Fadenumfanges Kontakt der leitfähigen Matrixkomponente mit der Oberfläche vorhanden, der aber bereits ausreicht, dass die Wirk-

3

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

641845

samkeit in unerwartet hohem Masse verstärkt ist, wobei andererseits der Russ optisch kaum in Erscheinung tritt.

Als Russ kommen die im Handel erhältlichen elektrisch leitfähigen Russorten in Betracht, sofern sie eine für die erfindungsgemässen Fadengebilde ausreichende Dispersität aufweisen, d.h. dass ihre maximale Teilchengrösse weniger als 0,035 jorn beträgt.

Geeignete Russorten sind solche mit einer DBP-Absorp-tion von mehr als 120 ml/100 g Russ, beispielsweise derartige Acetylenrusse. Die DBP-Zahl ist der Netzpunkt mit Dibu-tylphthalat, der in einem Spezialkneter nach ASTM D 2414-25 T bestimmt wird und eine Masszahl für die Russstruktur darstellt.

Russorten mit einer DBP-Absorption von 200 ml/100 g Russ und darüber hinaus sind besonders gut geeignet, weil es sich dabei um hochleitfähige Russe handelt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung führen die hochleitfähigen Russe zu guten elektrischen Leitfähigkeiten der Fäden.

Der Gehalt an Russ kann zwischen 12 und 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Russ-Polymergemisches liegen. Bevorzugt werden Russgehalte zwischen 20 und 35 Gew.-%.

Der Russ kann in die Polymerschmelze in der von der Pigmentierung von synthetischen Polymeren her bekannten Weise eingemischt werden. Es kann auch zweckmässig sein, den Russ bereits vor bzw. während der Polymerisation dem Polymerisationsansatz zuzusetzen. In beiden Fällen ist eine gute Dispersität erreichbar, die sich auch in einer guten Leitfähigkeit bei relativ geringer Russmenge auswirkt.

Die erfindungsgemässen antistatischen Fadengebilde können ganz oder teilweise aus Mehrkomponentenfäden bestehen, deren eine Komponente ein Polymerisat ist,

welches elektrisch leitfähigen Russ dispergiert enthält. Neben den Mehrkomponentenfäden können also auch andere Faden- bzw. Faserarten vorliegen, die nicht leitfähig sind, wie beispielsweise übliche Monokomponentenfäden bzw. -fasern aus Polyamid, Polyester und dergleichen. Für ein Teppichgarn reicht es beispielsweise aus, zum üblichen Teppichgarn weniger als 3% der russhaltigen Mehrkomponentenfäden beizumischen, damit der Teppich in hohem Masse gegen elektrostatische Aufladungen geschützt ist. In manchen Fällen genügen bereits wesentlich geringere Mengen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es werden erfindungsgemässe antistatische Fasern, wie sie in den Figuren 8 und 9 dargestellt sind, mit einer Spinndüse entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 28 03136.9 unter sonst üblichen Spinnbedingungen ersponnen, wobei die Matrixkomponente aus einem Polyamid 6 mit 31% Russ mit einer DBP-Absorptions von 125 ml/100 g Russ bestand und als Segment-Komponente ebenfalls Polyamid eingesetzt wurde, welches mit 7% TÌO2 pigmentiert war. Die Flächenverhältnisse Matrixkomponente zu Segmentkomponente betrugen je 1:10 und 1:5. Es wurde mit einer Spinngeschwindigkeit von 1200 m/min gesponnen und anschliessend einstufig mit einem Streckverhältnis von 1:2,6 verstreckt.

Von den erhaltenen Fäden wurde der spezifische Durchgangswiderstand nach DIN 54345 bei einer Einspannlänge von 5 cm und einer Messpannung von 1 kV bei 21 °C und 25% relativer Luftfeuchtigkeit ermittelt. Die Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle zusammengestellt.

Probe

Querschnitt

Fadentiter

Flächen Verhältnis Matrix- zu Segmentfläche

Spezifischer Durchgangswiderstand Ohm • cm a

Fig. 8

57 dtexf2

1:10

3,6-10"

b

Fig. 8

34 dtexf2

1: 5

1,3 • 108

c

Fig. 9

55 dtexf2

1:10

9,6-10"

d

Fig. 9

33 dtexfl

1: 5

6,8 • 107

Ein nichtleitfähiger Faden aus Polyamid 6 wies im Vergleich dazu unter gleichen Bedingungen einen spezifischen elektrischen Durchgangswiderstand von 5 • IO13 Ohm • cm auf.

Beispiel 2

Die Fadenproben c und d aus Beispiel 1 wurden je mit 2 Garnen 1260 dtexf64 zu einem Teppichgarn verarbeitet. Aus den erhaltenen Teppichgarnen wurden Teppiche hergestellt, die einem Begehtest unterworfen wurden. Der Teppich wurde bei 20°C und 25% relativer Luftfeuchtigkeit von einer Prüfperson begangen und dabei die Aufladungsspannung registriert. Die Spannung stieg zunächst auf einen Maximalwert an, der konstant blieb und das Messergebnis bildete.

Für den Teppich mit der Fadenprobe c betrug die Aufladung 1,4 kV, während bei der Probe d die Aufladung 1,1 kV betrug. Die an einen antistatischen Teppich gestellten Anforderungen sind damit voll erfüllt worden.

4

s

10

15

20

25

30

35

40

45

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

641 845

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Antistatisches Fadengebilde aus Mehrkomponentenfäden aus wenigstens zwei synthetischen Polymerkomponenten, von denen eine Komponente aus einem elektrisch nichtleitenden, thermoplastischen, fadenbildenden Polymerisat und eine andere Komponente aus einem thermoplastischen Polymerisat mit darin dispergiertem, elektrisch leitenden Pulver besteht, welches Fadengebilde bei einer Messspannung von 1 kV einen spezifischen Durchgangswiderstand nach DIN 54 345 von weniger als IO13 Ohm • cm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Fadenquerschnitt durch eine der Komponenten - die Matrix-Komponente -wenigstens zwei Segmente der anderen Komponente bzw. Komponenten - die Segment-Komponente bzw. Komponenten - gegeneinander getrennt sind und mindestens zwei Segmente peripher angeordnet sind.
2. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Segmente durch die Matrix-Komponente vollständig getrennt sind.
3. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 6 Segmente peripher angeordnet sind.
4. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Fadenquerschnitt mindestens 12 Segmente peripher angeordnet sind.
5. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jeweils 20% des Umfangs der peripheren Segmente nicht von der Matrix-Komponente umgeben sind.
6. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass etwa 50% des Umfangs der peripheren Segmente nicht von der Matrix-Komponente umgeben sind.
7. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Matrix-Komponente umgebene Teil des Segmentumfangs der peripheren Segmente eine konvexe, im wesentlichen rundliche Form aufweist.
8. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Matrix umgebene Teil des Segmentumfangs der peripher angeordneten Segmente eine unregelmässige, gegebenenfalls gezackte Form aufweist.
9. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Segmente im Fadenquerschnitt symmetrisch angeordnet sind.
10. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die peripheren Segmente nicht symmetrisch im Fadenquerschnitt angeordnet sind.
11. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Fadenquerschnitt neben den peripheren Segmenten noch ein zentral angeordnetes Segment aus dem gleichen oder einem dritten Polymeren vorhanden ist, das von den peripheren Segmenten vollständig durch das Matrixpolymer getrennt ist.
12. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fadenquerschnitt weitere, von der Matrix-Komponente völlig umgebene Segmente in regelmässiger oder unregelmässiger Anordnung enthält.
13. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix-Komponente aus einem thermoplastischen, synthetischen Polymerisat mit darin dispergiertem elektrisch leitendem Pulver besteht.
14. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Segment-Komponente bzw. eine der Segment-Komponenten aus einem thermoplastischen, synthetischen Polymerisat mit darin dispergiertem elektrisch leitendem Pulver besteht.
15. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Pulver ein elektrisch leitender Russ ist.
16. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Russ ein hochleitfähiger Russ ist.
17. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Russ 12 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Russ-Polymer-gemisches, beträgt.
18. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Russ 20 bis 35 Gew.-% beträgt.
19. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse des Russes weniger als 0,035 um beträgt.
20. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Matrix-Komponente und Segment-Komponente Polyamide sind.
21. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass Matrix-Komponente und Segment-Komponente Polyamide mit unterschiedlichem Schrumpfverhalten sind.
22. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix-Komponente und/oder die Segment-Komponente Copolyamide sind.
23. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Komponente ein Polyamid und eine Komponente ein Polyester oder Copoly-ester ist.
24. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächeninhalt der leitfähigen Komponente im Fadenquerschnitt mindestens 5% des Gesamtflächeninhaltes beträgt.
25. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkomponentenfäden in Segmente und Matrix aufgespalten sind.
26. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch Matrix- und Segmentfasern endlicher Länge in regelloser Anordnung mit unterschiedlicher Krümmung, wobei die Segmentfasern insgesamt stärker gekrümmt sind als die Matrixfasern.
27. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch fixierte Bereiche mit ungespaltenen Mehrkomponentenfaseranteilen.
28. Antistatisches Fadengebilde nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch verdichtete, regelmässig angeordnete fixierte Bereiche.
29. Antistatisches Fadengebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch eine ganze und/oder teilweise Spaltung in Matrixfasern und Segmentfasern, wobei die nur teilweise aufgespaltenen Mehrkomponentenfasern noch einen mechanischen Zusammenhalt der Matrix- und Segmentanteile aufweisen und zum Teil Schlitze zwischen den Matrix- und Segmentfasern besitzen und zum Teil am Rand des Mehrkomponentenfadens entsprechend den Phasengrenzen lediglich Längsriefen aufweisen.