CS256492B1

CS256492B1 - A method for producing fissile film electret fibers

Info

Publication number: CS256492B1
Application number: CS86776A
Authority: CS
Inventors: Jan Popelka; Vaclav Mrstina
Original assignee: Jan Popelka; Vaclav Mrstina
Priority date: 1986-02-04
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS77686A1

Abstract

V popsaném známém způpobu se uděluje elektrický náboj nahřáté folie, která se pak ochladí a rozvlákní. Zařízení pro koronový náboj je napojeno,na zdroj stejnosměrného napětí a protipólem je vyhřívaná deska. Nevýhodpu je působení elektrostatického pole na folii ohřátou na teplotu vyhřívané desky, takže folie opouští pásmo elektrostatického pole v horkém stavu a tím ztrácí část náboje. V příkladu navrceného způsobu prochází polypropylenová folie dloužícím pásmem sestávajícím ze tři bloků, z nichž každý obsahuje dvojici ohřívacích desejc a skupinu chlazených dloužících válců. Folie při vstupu na první chlazený válec třetího bloku má teplotu 118 °C, která během opásání válce klesne na 63 °C. Proti části povrchu tohoto válce je umístěna nabíjecí hlava, jež vytváří pulzující elektrostatické pole působící na folii ve chvíli maximálního gradientu jejího chladnutí, avšak j^eště na hranici její plastifikace. Napětí koronových drátů Je střídavé, superponované na stejnoměrné napětí -4,9 kV. Velikost superpozice je 1,3 kV střídavého napětí o kmitočtu 50 Hz. Tím, že folie chladne v elektrostickém poli, dojde k vytvoření termoelektrej tu s remanentním nábojem nejméně 28 nC/cm Kmitočet střídavého napětí může být 50,Hz až 50 kHz a stejnosměrné napětí může být 4 až 10 kV. Nabitá folie se štěpí a pak předává k dalšímu zpracování, například se řeže na vlákna nebo/a se vytváří vlákenná vrstva. Elektretová vlákna jsou vhodná na výrobu vzduchových filtrů.In the described known method, an electric charge is given to the heated foil, which is then cooled and spun. The corona charge device is connected to a DC voltage source and the opposite pole is a heated plate. The disadvantage is the effect of an electrostatic field on the foil heated to the temperature of the heated plate, so that the foil leaves the electrostatic field zone in a hot state and thus loses part of the charge. In the example of the described method, the polypropylene foil passes through a stretching zone consisting of three blocks, each of which contains a pair of heating plates and a group of cooled stretching rollers. The foil, when entering the first cooled roller of the third block, has a temperature of 118 °C, which drops to 63 °C during the wrapping of the roller. A charging head is placed against a part of the surface of this roller, which creates a pulsating electrostatic field acting on the foil at the moment of the maximum gradient of its cooling, but still at the limit of its plasticization. Corona wire voltage It is alternating, superimposed on a constant voltage of -4.9 kV. The superposition is 1.3 kV of alternating voltage with a frequency of 50 Hz. As the foil cools in an electrostatic field, a thermoelectret with a remanent charge of at least 28 nC/cm is formed. The frequency of the alternating voltage can be 50.Hz to 50 kHz and the direct voltage can be 4 to 10 kV. The charged foil is split and then passed on for further processing, for example, it is cut into fibers and/or a fiber layer is created. Electret fibers are suitable for the production of air filters.

Description

Vynález se týká způsobu výroby elektretových vláken ze štěpitelné folie z vysokomolekulární nepolární polymerní látky, jako je polypropylen nebo polyester,, při němž se fólie vede vyhřívacím a dloužícím pásmem, působí se na ni elektrostatickým polem, rozvlákňuje se a v rozvlákněném stavu se předává k dalšímu zpracování, například k řezání na střížová vlákna nebo/a k vytváření vlákenné vrstvy. Élektretová vlákna jsou zejména vhodná k použití při výrobě vzduchových filtrůmFIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for producing electret fibers from a cleavable film of a high molecular weight nonpolar polymeric material, such as polypropylene or polyester, wherein the film is guided through a heating and drawing zone, treated with an electrostatic field, fiberized and passed in a fiberized state processing, for example to cut into staple fibers and / or to form a fiber layer. Electret fibers are particularly suitable for use in the manufacture of air filters

Z patentového spisu USA δ. 2,740 184 je známa výroba eléktrefového, to je elektricky nabitého syntetického materiálu ve formě nekonečných nití nebo plošných textilií. Materiál se nejprve vede mezi dvěma topnými tělesy, kde se zahřeje, aby poněkud změkl·, nato prochází mezi dvěma elektrodami nabitými stejnosměrným proudem o napětí alespoň 4000 V, přičemž je ve vzniklém elektrostatickém poli chlazen ventilátorem. Ochlazením se zafixuje elektrický náboj v syntetickém materiálu. Zahřívání a nabíjení materiálu lze provádět současně, jsou-li topná tělesa vložena do pouzder vytvářejících póly nabíjecího zařízení. Nevýhoda tohoto způsobu spočívá v obtížnosti dodat dostatečně trvalý náboj vlákennénru materiálu, protože vysoké napětí na elektrodách vyvolává průraz napětí skrze póry textilního materiálu.From U.S. Pat. No. 2,740,184, it is known to manufacture an electrefree, i.e., electrically charged, synthetic material in the form of continuous filaments or flat fabrics. The material is first guided between two heating elements, where it is heated to soften somewhat, then passes between two electrodes charged with a direct current of at least 4000 V, being cooled by a fan in the resulting electrostatic field. Cooling fixes the electric charge in the synthetic material. The heating and charging of the material can be performed simultaneously when the heating elements are inserted into the sleeves forming the poles of the charging device. The disadvantage of this method lies in the difficulty of supplying a sufficiently durable charge of the fiber material because the high voltage at the electrodes causes a voltage breakdown through the pores of the textile material.

Z patentového spisu USA č. 4»178 157 je známý způsob výroby elektretových vláken ze štěpitelné fólie, které se v nahřát ém stavu udělí elektrický náboj a nabitá fólie se po ochlazení rozvlákní. Dráty zařízení pro koronový výboj jsou napojené na zdroj stejnosměrného napětí o -10 kV a protipólem je vyhřívaná obloukovitá deska. Nabíjením fólie před jejím štěpením se odstranila nevýhoda prvně popsaného známého způsobu, protože fólie je bez pórů, takže nehrozí průraz napětí, ale způsob je přesto nevýhodný. Elektrostatické pole, vytvářené poměrně vysokým napětím, působí na fólii, která má teplotu vyhřívané desky, takže ve fólii zůstává nízký náboj. Počáteční rychlost postupu fólie je kolem 15m/min., což je poměrně málo. Jé nevýhodné, opouští-li horká fólie pásmo působení elektrostatického pole, protože ztrácí část náboje.U.S. Pat. No. 4,178,157 discloses a process for producing electret fibers from a fissile film which, when heated, imparts an electrical charge and the charged film is defibrated after cooling. The corona discharge device wires are connected to a -10 kV DC voltage source and the heated arc plate is the opposite. By charging the film before breaking it, the disadvantage of the previously described known method has been eliminated since the film is free of pores so that there is no risk of voltage breakdown, but the method is nevertheless disadvantageous. The electrostatic field generated by the relatively high voltage acts on the film having the temperature of the heated plate so that a low charge remains in the film. The initial film advance rate is about 15m / min, which is relatively low. It is disadvantageous if the hot film leaves the zone of electrostatic field because it loses part of the charge.

Výše popsané nevýhody odstraňuje způsob výroby elektretových vláken ze štěpitelné fólie z vysokomolekulární nepolární polymerní látky, jako je polypropylen nebo polyester, při němž se fólie vede vyhřívacím a dloužícím pásmem, působí se na niThe above-described disadvantages are overcome by a method of producing electret fibers from a cleavable film of a high molecular weight non-polar polymeric material such as polypropylene or polyester, in which the film is guided, treated and treated

256 492256 492

- 2 elektrostatickým polem, rozvlákňuje se a v rozvlákněném stavu se předává k dalšímu zpracování, například k řezání na střížo* vá vlákna nebo/a k vytváření vlákenné vrstvy, a jeho podstata spočívá podle vynálezu v tom, že se na folii působí elektrostatickým polem, vytvářeným střídavým napětím s kmitočtem 50 Hz až 50 kHz superponovaným na stejnosměrné napětí 4 kV až 10 kV, ve chvíli maximálního gradientu jejího chladnutí, avšak ještě na hranici její plastifikace, což je v rozmezí od 150 °C do 55 °C. Elektrostatické pole působí na fólii ihned po jejím výstupu z vyhřívacího pásma a vytváří se soustavou koronových drátů napájených střídavým napětím superponovaným na stejnosměrné napětí. Maximální gradient chladnutí se vytváří dotykem postupující fólie s povrchem chlazeného váloe, přičemž maximální gradient chladnutí se nachází u polypropylenové fólie mezi 125 °0 a 55 °0 a u polyesterové fólie mezi 150 °C a 70 °C.2 electrostatic field, fiberized and passed in the fiberized state for further processing, for example for cutting into staple fibers and / or for forming a fiber layer, according to the invention in that the foil is treated with an electrostatic field produced by alternating voltage with a frequency of 50 Hz to 50 kHz superimposed on a DC voltage of 4 kV to 10 kV, at the moment of its maximum cooling gradient, but still at the limit of its plasticization, which is in the range of 150 ° C to 55 ° C. The electrostatic field acts on the film as soon as it exits from the heating zone and forms a set of corona wires powered by an AC voltage superimposed on the DC voltage. The maximum cooling gradient is formed by contacting the advancing film with the surface of the cooled roll, the maximum cooling gradient being between 125 ° C and 55 ° 0 for the polypropylene film and between 150 ° C and 70 ° C for the polyester film.

Hlavní výhoda způsobu podle vynálezu je v tom, že se elektret vytváří za chladnutíj horká fólie se přivede do elektrostatického pole a v něm zchladne. Tím se vytvoří tak zvaný termoelektretj efekt se podobá známému fyzikálnímu jevu v karnaubském vosku. Dalšího zvýšení remanentního náboje se dosahuje směrováním korony soustavou elektrod a mřížek a zejména užitím střídavé složky elektrostatického pole. Tento způsob udělování náboje umožňuje zvýšit odtahovou rychlost fólie při dosažení poměrně značného remanentního náboje.The main advantage of the method according to the invention is that the electret is formed with cooling and the hot foil is fed into the electrostatic field and cooled therein. This creates a so-called thermoelectric effect similar to the known physical phenomenon in carnauba wax. A further increase in retentive charge is achieved by directing the corona through an array of electrodes and grids, and in particular using an alternating component of the electrostatic field. This method of imparting a charge makes it possible to increase the drawing speed of the film while achieving a relatively high remanent charge.

Výhody vynálezu lépe vyniknou z popisu příkladu jeho provádění, doprovázeného schématickým výkrese», na němž znázorňuje obr. 1 schéma výrobního postupu a obr. 2 detail nabíjecí hlavy.The advantages of the invention will become more apparent from the description of an exemplary embodiment thereof, accompanied by a schematic drawing, in which FIG. 1 shows a flow chart and FIG.

Tavenina vysokomolekulární nepolární polymerni látky, zde polypropylenu MOSTEN'58 412, ee vytlačuje extrudérem 1 do tvaru hadicové fólie 2, kterou odtahuje skupina odebíracích válců 2· Nato fólie 2 prochází dloužícím pásmem sestávajícím ze tří dloužících bloků, z nichž každý obsahuje dvojici ohřívacích desek 4a,4b| 6a,6bj 8a,8b; vyhřívaných na teplotu 120 °C, a skupinu chlazených dloužících válců 2» 1» 2*The melt of the high molecular weight non-polar polymeric material, here polypropylene MOSTEN'58 412, is extruded through the extruder 1 into the form of a tubular film 2 drawn by a group of take-up rolls 2. , 4b | 6a, 6b and 8a, 8b; heated to 120 ° C, and a group of cooled drawing cylinders 2 »1» 2 *

Folie 2 opouští extrudér 1 rychlostí kolem 20 m/min. a rychlost skupin dloužících válců se zvyšuje od jednoho dloužio/ho bio ku k dalšímu bloku. JtyJílost dloužících válců 2 prvního bloku je v rozmezí od 105 do 109 m/min., rychlost dloužících válců J druhého bloku je 110 až 119 m/min. a rychlost dloužících válců 2The film 2 leaves the extruder 1 at a speed of about 20 m / min. and the speed of the attenuator groups increases from one elongate to the next block. The drawing capacity of the drawing blocks 2 of the first block ranges from 105 to 109 m / min, the speed of the drawing rolls J of the second block is 110 to 119 m / min. and drawing roller speed 2

256 492256 492

- 3 třetího bloku ee pohybuje od 117 do 127 m/min.- 3 of the third block ee ranges from 117 to 127 m / min.

Horká fólie 2 po opuštění dvojice ohřívacích desek 8a, 8b třetího dloužícího bloku se vede kolem prvního, vodou chlazeného dloužícího válce třetího dloužícího bloku. Teplota fólie při vstupu na tento válec je 118 °C a během opásání válce klesne na 63 °C. Proti částí povrchu prvního dloužícího válce třetího bloku je umístěna nacíječí hlava 10, tvořená soustavou dvojích koronových drátů 11 s mřížkou 12 a vnitřní elektrodou 13» jež vytváří pulsující elektrostatické pole. Napětí koronových drátů 11 je střídavé, superponované na stejnosměrné napětí -4,9 kV. Velikost superpozice je 1,3 kV střídavého napětí o kmitočtu nejméně 50 Hz. Mřížka 12 je spojena přes reaistor i uzemněným pólem zdroje 6. Vnitřní elektroda 13 je napojena přes další resistqřRg ^ua neuzemněný pól zdroje £· .The hot film 2, after leaving the pair of heating plates 8a, 8b of the third drawing block, is guided around the first, water-cooled drawing roll of the third drawing block. The film temperature at the entrance to the roll is 118 ° C and drops to 63 ° C during wrapping of the roll. Opposite part of the surface of the first attenuator cylinder of the third block is located a pouring head 10, consisting of a set of double corona wires 11 with a grid 12 and an internal electrode 13, which creates a pulsating electrostatic field. The voltage of the corona wires 11 is alternating, superimposed on a DC voltage of -4.9 kV. The size of the superposition is 1.3 kV AC with a frequency of at least 50 Hz. The grid 12 is connected through a grounded pole reaistor and sources 6. The inner electrode 13 is connected via a further resistqřRg ^ua ungrounded pole of the source · £.

Tím, že fólie chladne v elektrostatickém poli popsaných vlastností, dojde k vytvoření termoelektretu a remanentním nábojem nejméně 28 nC/cm^,As the film cools in the electrostatic field of the described properties, a thermoelectret is formed with a remanent charge of at least 28 nC / cm 2,

Nabitá vydloužená fólie se vede k roz vlákno vacímu. válci který ji rozštěpí na vlákna 2a obdélníkového příčného řezu, jež padají do kontejneru 15» v němž se přepravují k dalšímu zpracování k řezání na střížová vlákna nebo/a k vytváření vlákenné vrstvy.The charged elongated foil is fed to the disintegrating fiber. a roll which splits it into fibers 2a of a rectangular cross-section, which fall into a container 15 in which they are transported for further processing for cutting into staple fibers and / or to form a fibrous layer.

V případě, že vysokomolekulární nepolární polymerní látkou není polypropylen, ale polyester, pak se maximální gradient chlad nutí fólie bude nacházet mezi 150 °C a 70 °C, kdežto u polypropylenové fólie je mezi 125 °0 a 55 °C_t a také teplota ohřívacích desek bude při zpracování polyesterové fólie úměrně vyšší, to je kolem 153 °C«In case that the high-polar polymeric material is not polypropylene but polyester, the maximum gradient of cold forcing the foil will be located between 150 ° C and 70 ° C, whereas the polypropylene film is between 125 ° 0 and 55 ° C _t and the temperature of the heating boards will be proportionally higher when processing polyester film, that is around 153 ° C «

Claims

A method for producing electret fibers from a Cleavable Film of a high molecular weight non-polar polymeric material, such as polypropylene or polyester, wherein the film is guided through a heating and stretching zone, is applied thereto through an electrostatic field, fiberized and passed in a fiberised state for further processing. for example, for cutting staple fibers and / or for forming a fiber layer, characterized in that the film is subjected to an electrostatic field generated by an alternating voltage at a frequency of 50 Hz to

50 kHz superimposed on a DC voltage of 4 kV to 10 kV, at the moment of maximum cooling gradient, but still at the limit of its plastification, ranging from 150 ° C to 55 ° G.

2. Method according to claim 1, characterized in that the film is treated with an electrostatic field immediately after it exits from the heating zone.

3. Method according to claim 1, characterized in that it is electrostic

From the field it creates a system of corona wires powered by alternating voltage superimposed on DC voltage.

Method according to claim 1, characterized in that the maximum cooling gradient is formed by contacting the advancing film with the surface of the cooled roll, wherein the maximum cooling gradient ae is between 125 ° C and 55 ° C for polypropylene film and between 150 ° C and 70 ° C for polyester film. Deň: 32 ° C.