DE102007009118A1

DE102007009118A1 - Elektrisch leitfähige Fäden, daraus hergestellte Flächengebilde und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102007009118A1
Application number: DE200710009118
Authority: DE
Inventors: Kurt-Günter Dr. Berndt; Rex Dr. Delker
Original assignee: Teijin Monofilament Germany GmbH
Current assignee: Perlon Nextrusion Monofil GmbH
Priority date: 2007-02-24
Filing date: 2007-02-24
Publication date: 2008-08-28
Also published as: EP1961845A2; EP1961845A3; JP2008214846A

Abstract

Beschrieben werden schmelzgesponnene Fäden mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 6 GPa und einer elastischen Dehnung von größer als 1,5%, enthaltend a) einen thermoplastischen Polymer, b) ein thermoplastisches elastomeres Block-Copolymer und c) Ruß- und/oder Graphitteilchen in der Form von entlang der Längsachse des Fadens ausgerichteten Aggregaten, welche entlang der Längsachse des Fadens elektrisch leitfähige Pfade bilden. Die Fäden weisen eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf und lassen sich zur Herstellung von Sieben oder anderen technischen Geweben einsetzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fäden mit sehr hohen elektrischen Leitfähigkeiten und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften. Diese Fäden, insbesondere in der Form von Monofilamenten, lassen sich beispielsweise in Sieben oder in Förderbändern einsetzen.
Es ist bekannt, dass Polyesterfasern für technische Anwendungen in den meisten Fällen beim Gebrauch hohen mechanischen und oder thermischen Belastungen unterworfen werden. Hinzu kommen in vielen Fällen Belastungen durch chemische und andere Umgebungseinflüsse, denen das Material einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen muss. Bei all diesen Belastungen muss das Material eine gute Dimensionsstabiliät und Konstanz der Kraft-Dehnungseigenschaften über möglichst lange Benutzungszeiträume aufweisen. Außerdem darf das Material sich während Verarbeitung und bei der Anwendung nicht elektrostatisch aufladen.
Ein Beispiel für technische Anwendungen, bei denen die Kombination guter mechanischer, thermischer, chemischer und elektrischer Beanspruchungen vorliegt, ist der Einsatz von Monofilamenten in Filtern, Sieben oder als Förderbänder. Dieser Einsatz verlangt Monofilamente mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, wie hohem Anfangsmodul, Reißfestigkeit, Knoten- und Schlingenfestigkeit, sowie mit einer hohen Abriebfestigkeit verbunden mit einer hohen Hydrolyseresistenz, um den hohen Beanspruchungen bei deren Einsatz zu widerstehen und um eine ausreichende Standzeit der Siebe oder Förderbänder zu gewährleisten.
In der industriellen Produktion, wie bei der Herstellung oder Verarbeitung von Papieren, werden Filter oder Förderbänder in Prozessen eingesetzt, die bei erhöhten Temperaturen ablaufen und in denen feucht-heiße Umgebungen vorliegen. Chemiefasern auf Polyesterbasis haben sich in solchen Umgebungen zwar bewährt, beim Einsatz in feucht-heißen Umgebungen neigen Polyester neben hydrolytischem Abbau auch zum mechanischen Abrieb.
Bei technischen Einsätzen kann Abrieb die unterschiedlichsten Ursachen haben. So wird das Blattbildungssieb oder Formiersieb in Papiermaschinen zur Entwässerung über Saugkästen gezogen mit der Folge eines erhöhten Siebverschleißes. In der Trockenpartie der Papiermaschine tritt Siebverschleiß durch Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Papierbahn und Sieboberfläche bzw. zwischen Sieboberfläche und Oberfläche der Trockentrommeln auf. Auch in anderen technischen Geweben tritt Gewebeverschleiß durch Abrieb auf; so z. B. in Transportbändern durch Schleifen über feststehende Oberflächen, in Filtergeweben durch das mechanische Abreinigen und in Siebdruckgeweben durch das Führen einer Rakel über die Sieboberfläche.
In den Formiersieben moderner Papiermaschinen werden mehrlagige Gewebe eingesetzt. Um eine möglichst schnelle Entwässerung des Papiers zu erreichen, wird auf der Siebunterseite mit Saugkästen gearbeitet, die durch Unterdruck die Entwässerung der Papierbahn beschleunigen. Die Kontaktflächen der Ränder dieser Saugkästen mit dem Forminggewebe bestehen in der Regel aus Keramik, um übermäßigen Verschleiß an den Saugkästen vorzubeugen.
Die hohen Produktionsgeschwindigkeiten, die Reibung der den Monofilen zugesetzten Füllstoffe und die Ansaugleistung der Papiermaschine führen andererseits zu einem hohen Verschleiß auf der Unterseite des mehrlagigen Formiersiebes.
Zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit der Siebunterseite wurde und werden heute noch Monofilamente aus Polyamid, z. B. aus Polyamid 6 oder aus Polyamid 6.6, eingesetzt. Wegen der höheren Formstabilität werden ansonsten vorwiegend Monofilamente aus Polyethylenterephthalat (nachstehend aus „PET" genannt) verwendet, aus denen das Formingsieb im wesentlichen besteht. Eine bewährte Konstruktion ist der sogenannte Wechselschuss auf der Siebunterseite: Hier wird alternierend ein Unterschuss aus einem Polyamidmonofil mit folgenden PET-Monofilen eingesetzt. Dadurch erzielt man einen Kompromiß aus Abriebbeständigkeit und Formstabilität.
Die höhere Wasseraufnahme der Polyamide gegenüber PET führt beim Betrieb des Siebes zu einer Verlängerung der Schußdrähte. Dadurch drehen sich die Siebränder nach oben und das Sieb liegt nicht mehr plan in der Papiermaschine. Diesen unerwünschten Effekt bezeichnet man als „edge curling".
Mit zahlreichen Entwicklungen wurde versucht, die Polyamid-Monofilamente durch solche aus anderen abriebbeständigen Polymeren zu ersetzen, die sowohl formstabil sind und die eine geringe Wasseraufnahme aufweisen sollen.
Zu nennen sind Monofilamente aus PET-Elends, denen 10–40% thermoplastisches Polyurethan (TPU) zugesetzt worden ist (vergl. z. B. EP-A-387,395 ). Auch wurden Mischungen aus thermoplastischem Polyester, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat-isophthalat, und thermo-plastischem Polyurethan mit Schmelzpunkten von 200 bis 230°C eingesetzt (vergl. z. B. EP-A-674,029 ).
Weiter sind aus dem Stand der Technik Monofilamente mit Kern-Mantel Struktur bekannt, bei denen der Mantel aus einer Mischung aus thermoplastischem Polyester mit einem Schmelzpunkt von 200 bis 300°C, z. B. PET, und aus thermoplastischem, elastomeren Copolyetherester mit ausgewählten Polyetherdiol-Baugruppen als Weichsegmenten besteht, die ebenfalls verbesserte Abriebbeständigkeit aufweisen (vergl. z. B. EP-A-735,165 ).
Weitere Polyesterzusammensetzungen aus kristallinen thermoplastischen Polyesterharzen, Polyesterelastomeren und Sorbitanester sind aus DE 691 23 510 T2 bekannt. Diese zeichnen sich durch gute Formbarkeit, insbesondere durch eine gute Trennfähigkeit, aus.
Aus der DE 690 07 517 T2 sind Polyesterzusammensetzungen bekannt, die eine aromatisches Polycarbonat, ein von Alkandiol und Benzoldicarbonsäuren abgeleiteten Polyester und ein Polyesterurethan-Elastomer oder ein Polyether-Imidester-Elastomer enthalten. Diese weisen verbesserte Fließeigenschaften bei Erhalt guter mechanischer Eigenschaften aus.
Während diese vorbekannten Fäden eine ausreichende Abriebbeständigkeit gewährleisten, lässt in vielen Fällen die elektrische Leitfähigkeit noch zu wünschen übrig. Es ist zwar seit langem bekannt, dass man Fäden zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit Ruß zusetzen kann. Mit den vorbekannten Lösungen lassen sich allerdings typischerweise nur elektrische Leitfähigkeiten bis zu 10^–6 Siemens/cm erzielen. Beim Einsatz von vorbekannten Rußen zur Vergrößerung der elektrischen Leitfähigkeit hat sich gezeigt, dass beim Verstrecken der erzeugten Fäden die durch den Ruß gebildeten leitfähigen Pfade unterbrochen werden und dass dadurch eine deutliche Absenkung der elektrischen Leitfähigkeit eintritt.
In der WO-A-98/14,647 wurde versucht, diesen Nachteil dadurch zu beheben, indem man ein Kern-Mantel-Filament mit einem Mantelpolymer erzeugt, das einen geringeren Schmelzpunkt als das Kernpolymer aufweist. Nach dem Verstrecken wird der Mantel angeschmolzen, so dass der Faden schrumpft und sich unterbrochene Brücken aus elektrisch leitfähigem Material wieder schließen können. Dadurch wird zwar die elektrische Leitfähigkeit wieder vergrößert; allerdings führt die thermische Behandlung zu einer Abnahme der Orientierung der Molekülketten und damit zu einer Verringerung der Festigkeit des Filaments.
In der EP-A-1,559,815 wird ein fertig ausgebildeter Faden mit einer Mischung aus Nano-Carbonröhrchen und einem Polymer beschichtet. Da der beschichtete Faden nicht weiter verstreckt wird, werden die Kohlenstoffbrücken der amorphen Beschichtung nicht aufgerissen, was sehr gute elektrische Leitfähigkeiten zur Folge hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Fäden, die eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, sowie gute mechanische Eigenschaften und ausgezeichnete Abriebbeständigkeit besitzen.
Es wurde jetzt überraschend gefunden, daß Fäden enthaltend eine ausgewählte Stoffkombination dieses Eigenschaftsprofil aufweisen.
Die Erfindung betrifft schmelzgesponnene Fäden mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 6 GPa, vorzugsweise von 0,1 bis 5,5 GPa, und einer elastischen Dehnung von größer als 1,5%, vorzugsweise von größer als 1,5 bis 4%, enthaltend

a) ein thermoplastisches Polymer, vorzugsweise ein Polyamid, Polybutylenterephthalat, Polypropylenterephthalat und/oder einen Polyetherester,
b) ein thermoplastisches elastomeres Block-Copolymer, und
c) Ruß- und/oder Graphitteilchen in der Form von entlang der Längsachse des Fadens ausgerichteten Aggregaten, welche entlang der Längsachse des Fadens elektrisch leitfähige Pfade bilden, wobei falls Komponente a) ein Polyetherester ist, Komponenten a) und b) identisch sein können.

Unter Fäden werden im Rahmen dieser Beschreibung ganz allgemein Fasern endlicher Länge (Stapelfasern), Fasern unendlicher Länge (Filamente) sowie daraus zusammengesetzte Multifilamente oder aus Stapelfasern sekundär gesponnene Garne verstanden. Bevorzugt werden die schmelzgesponnenen Fäden in Form von Monofilamenten eingesetzt.
Unter Elastizitätsmodul wird im Rahmen dieser Beschreibung der Sekantenmodul der Kraft-Dehnungs-Kennlinie zwischen 0 und 1% Dehnung verstanden.
Unter elastischer Dehnung wird im Rahmen dieser Beschreibung der lineare Verlauf der Kraft-Dehnungs-Kennlinie von deren Ursprung bis zur Abweichung von der Linearität verstanden. Einer elastischen Dehnung von 1,5% entspricht also ein linearer Verlauf der Kraft-Dehnungs-Kennlinie von 0% bis 1,5% Dehnung; einer elastischen Dehnung von 4% folglich ein linearer Verlauf der Kraft-Dehnungs-Kennlinie von 0% bis 4%.
Als Polymere der Komponente a) werden erfindungsgemäß fadenbildende thermoplastische Polymere eingesetzt, die nach dem Verspinnen, Verstrecken und gegebenenfalls Relaxieren Fäden mit den oben beschriebenen Elastizitätsmoduli und elastischen Dehnungen ergeben.
Die thermoplastischen Polymere der Komponente a) können beliebiger Natur sein, solange diese schmelzspinnbar sind und die Herstellung von Fäden mit den oben definierten elastischen Dehnungen und Elastizitätsmoduli erlauben.
Beispiele für geeignete thermoplastische Polymere sind Polyolefine, wie Polyethylen, Polypropylen oder Copolymere enthaltend Ethylen- und/oder Propyleneinheiten in Verbindung mit anderen damit copolymerisierten alpha- Olefin-Einheiten, wie alpha-Butylen, alpha-Pentylen, alpha-Hexylen oder alpha-Octylen; Polyester, wie Polycarbonat oder aliphatisch/aromatische Polyester; Polyamide, wie aliphatische oder alphatisch/aromatische Polyamide; oder Polyetherester, also Polymere, die mindestens Ether- und Estergruppen und in der Regel aromatische zweiwertige Reste, wie Phenylen, in der wiederkehrenden Kette aufweisen, beispielsweise TPE-E; oder Polyacrylnitril oder Polyacrylnitril-Copolymere mit anderen ethylenisch-ungesättigten Comonomeren, wie Acryl- oder Methacrylsäure.
Vorzugsweise werden als Komponente a) Polyamide, Polybutylenterephthalat, Polypropylenterephthalat oder Polyetherester eingesetzt.
Beispiele für Polyamide sind aliphatische oder aliphatisch/aromatische Polyamide, wie z. B. Polycaprolactam, Poly-(hexamethylen-1,6-diaminadipinsäurediamid), Poly-(hexamethylen-1,6-diamin-sebacinsäure-diamid), Poly-(hexamethylen-1,6-diamin-terephthalsäure-diamid) oder Poly-(hexamethylen-1,6-diamin-isopthalsäurediamid).
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyamide weisen üblicherweise Viskositätszahlen nach DIN 53727 von 120 bis 350, vorzugsweise 150 bis 320 cm³/g auf (gemessen bei 25°C in Schwefelsäure).
Die in den erfindungsgemäßen Fäden als Komponente a) bevorzugt zum Einsatz kommenden thermoplastischen Polyester sind ebenfalls an sich bekannt. Es sind jedoch Polyester auszuwählen, welche die Herstellung von Fäden mit den oben angegebenen Elastizitätsmoduli und Werten für die elastische Dehnung erlauben.
Dabei kann es sich um Polycarbonat handeln oder insbesondere um aliphatisch/aromatische Polyester der Typen Polybutylenterephthalat und/oder Polypropylenterephalat, die gegebenenfalls mit Mengen bis zu 40 Gew.%, vorzugsweise bis zu 15 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponente a), mit anderen Polyestern, wie mit Polyethylenterephthalat, vermischt sein können.
Eine weitere bevorzugte als Komponente a) eingesetzte Gruppe von Polymeren sind thermoplastische und elastomere Polyetherester. Diese Polyetherester sind an sich bekannt. Werden diese Polyetherester eingesetzt, so können diese mit Polymeren der Komponente b) identisch sein, d. h. es können Fälle auftreten, in denen Fäden nur die Komponente a) und keine zusätzliche Komponente b) enthalten.
Beispiele für geeignete thermoplastische und elastomere Polyetherester sind Copolymere, die neben Polyethylenterephthalat-, Polycyclohexandimethylterephthalat-, Polyethylennaphthalat- oder insbesondere Polybutylenterephthalat-Einheiten weitere Einheiten aufweisen, die sich von aromatischen und/oder aliphatischen und/oder cycloaliphatischen Dicarbonsäuren, insbesondere von Adipinsäure, Secacinsäure, Terephthalsäure, Cyclohexandicarbonsäure oder Isophthalsäure, und von Polyalkylenglykolen, insbesondere Polyethylenglykolen, ableiten.
Bausteine von thermoplastischen und elastomeren Polyetherestern sind vorzugsweise Diole, Polyetherdiole und Dicarbonsäuren, bzw. entsprechend aufgebaute polyesterbildende Derivate. Hauptsäurebestandteil der Copolyester sind Terephthalsäure oder Cyclohexandicarbonsäure, aber auch andere aromatische und/oder aliphatische bzw. cycloaliphatische Dicarbonsäuren können geeignet sein, vorzugsweise para- oder trans-ständige aromatische Verbindungen, wie z. B. 2,6-Naphthalin-dicarbonsäure oder 4,4'-Biphenyldicarbonsäure, sowie Isophthalsäure. Aliphatische Dicarbonsäuren, wie z. B. Adipinsäure oder Sebacinsäure, werden vorzugsweise in Kombination mit aromatischen Dicarbonsäuren eingesetzt.
Typische geeignete zweiwertige Alkohole sind aliphatische und/oder cycloaliphatische Diole, beispielsweise Ethylenglykol, Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol oder deren Gemische. Bevorzugt sind aliphatische Diole, die zwei bis vier Kohlenstoffatome aufweisen, insbesondere Ethylenglykol und Butandiol. Weiterhin bevorzugt sind cycloaliphatische Diole, wie 1,4-Cyclohexandimethanol. Diese zweiwertigen Alkohole bilden zusammen mit den Dicarbonsäureeinheiten die Hartsegmente des thermoplastischen und elastomeren Polyetheresters. Die Weichsegmente dieses Copolyesters werden von wiederkehrenden Struktureinheiten gebildet, die sich von Polyetherdiolen und Dicarbonsäuren ableiten. Typischerweise handelt es sich bei den Polyetherdiolen um Polyalkylenglykole, wie um Polyethylenglykol, Polypropylenglykol oder Polybutylenglykol.
Bevorzugt werden als Komponente a) Copolyetherester eingesetzt, die wiederkehrende Struktureinheiten aufweisen, die sich ableiten von einer aromatischen Dicarbonsäure und einem aliphatischen Diol sowie einem Polyalkylenglykol.
Bevorzugt eingesetzte thermoplastische und elastomere Polyetherester weisen wiederkehrende Struktureinheiten auf, die sich ableiten von Terephtalsäure, Ethylenglykol und Polyethylenglykol, von Terephthalsäure, Butylenglykol und Polyethylenglykol, von Terephthalsäure, Butylenglykol und Polybutylenglykol, von Naphthalindicarbonsäure, Ethylenglykol und Polyethylenglykol, von Naphthalindicarbonsäure, Butylenglykol und Polyethylenglykol, von Naphthalindicarbonsäure, Butylenglykol und Polybutylenglykol, von Terephtalsäure, Isophthalsäure, Ethylenglykol und Polyethylenglykol, von Terephthalsäure, Isophthalsäure, Butylenglykol und Polyethylenglykol, und von Terephthalsäure, Isophtalsäure, Butylenglykol und Polybutylenglykol.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyester der Komponente a) weisen üblicherweise Lösungsviskositäten (IV-Werte) von mindestens 0,60 dl/g, vorzugsweise von 0,60 bis 1,05 dl/g, besonders bevorzugt von 0,62–0,93 dl/g, auf (gemessen bei 25°C in Dichloressigsäure (DCE)).
Bevorzugt werden Fäden aus Polyestern oder Polyetherestern mit einem Gehalt an freien Carboxylgruppen von kleiner gleich 3 mval/kg.
Diese enthalten vorzugsweise ein Mittel zum Verschluß von freien Carboxylgruppen, beispielsweise ein Carbodiimid und/oder eine Epoxidverbindung.
Derartig ausgerüstete Polyesterfäden sind gegenüber hydrolytischem Abbau stabilisiert und eignen sich besonders zum Einsatz in feucht-heißen Umgebungen, insbesondere in Papiermaschinen oder als Filter.
Bei den thermoplastischen und elastomeren Block-Copolymeren der Komponente b) kann es sich um unterschiedlichste Typen handeln. Solche Block-Copolymeren sind dem Fachmann bekannt.
Beispiele für Komponenten b) sind thermoplastische und elastomere Polyurethane (TPE-U), thermoplastische und elastomere Polyester (TPE-E), thermoplastische und elastomere Polyamide (TPE-A), thermoplastische und elastomere Polyolefine (TPE-O) und thermoplastische und elastomere Styrol-Blockcopolymere (TPE-S).
Die thermoplastischen und elastomeren Block-Copolymeren b) können aus unterschiedlichsten Monomerkombinationen aufgebaut sein. In der Regel handelt es sich um Blöcke aus sogenannten Hart- und Weichsegmenten. Die Weichsegmente leiten sich bei den TPE-U, den TPE-E und den TPE-A typischerweise von Polyalkylenglykolethern ab. Die Hartsegmente leiten sich bei den TPE-U, den TPE-E und den TPE-A typischerweise von kurzkettigen Diolen oder Diaminen ab. Neben den Diolen bzw. Diaminen werden die Hart- und Weichsegmente von aliphatischen, cycloaliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäuren oder Diisocyanaten aufgebaut.
Beispiele für thermoplastische Polyolefine sind Block-Copolymere, die Blöcke aus Ethylen-Propylen-Butadien und aus Polypropylen (EPDM/PP) oder aus Nitril-Butadien und aus Polypropylen (NBR/PP) aufweisen.
Besonders bevorzugte Komponenten b) sind thermoplastische und elastomere Styrol-Blockcopolymere. Beispiele dafür sind Block-Copolymere, die Blöcke aus Styrol-Ethylen und aus Propylen-Styrol (SEPS) oder aus aus Styrol-Ethylen und aus Butadien-Styrol (SEES) oder aus Styrol und aus Butadien (SBS) aufweisen.
Unter thermoplastischen und elastomeren Block-Copolymeren sind im Rahmen dieser Beschreibung Block-Copolymere zu verstehen, der sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigen. Diese thermoplastischen und elastomeren Block-Copolymeren haben in Teilbereichen physikalische Vernetzungspunkte (z. B. Nebenvalenzkräfte oder Kristallite), die sich bei Wärme auflösen, ohne dass sich die Polymermoleküle zersetzen.
Als Komponente c) kommen ausgewählte Ruß- und/oder Graphitteilchen zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Ruße oder Graphite, deren Primärteilchen in der Form von Aggregaten angeordnet sind, die vorzugsweise die Form eines Knäuels aufweisen, insbesondere die Form langgestreckter Fäden besitzen. Die erfindungsgemäß eingesetzten Ruße bestehen aus nanoskaligen Primärteilchen. Diese sind in der Regel kugelförmig und haben typischerweise Durchmesser im Bereich von 10 bis 300 nm. Infolge der starken Anisotropie der erfindungsgemäß eingesetzten Aggregate aus Rußteilchen oder der Graphitplättchen bilden sich beim Verspinnen des Fadens in Längsrichtung ausgerichtete Aggregate, welche entlang der Längsachse des Fadens elektrisch leitfähige Pfade bilden. Im unverstreckten Faden liegen diese Aggregate teilweise in geknäulter Form vor und werden durch das Verstrecken in Fadenlängsrichtung gedehnt, aber nicht zerrissen. Auf diese Weise werden die elektrisch leitfähigen Pfade im Faden erhalten.
Besonders bevorzugt eingesetzte Komponenten c) sind Ruße, die in Form von länglichen aus mehreren miteinander in Kontakt stehenden Primärteilchen aufgebauten Aggregaten im Faden vorliegen und dem verstreckten Faden der eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 0,5·10^–6 Siemens/cm, vorzugsweise mindestens 1,0·10^–5 Siemens/cm, gemessen in der Längsrichtung des Fadens, verleihen.
Die Mengen an Komponenten a), b) und c) in den erfindungsgemäßen Fäden können in weiten Bereichen gewählt werden. Typischerweise enthalten die Fäden 20 bis 70 Gew.% an Komponente a), 15 bis 40 Gew.% an Komponente b) und 5 bis 50 Gew.% an Komponente c), jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Fadens.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Kombination der Komponenten a), b) und c) verleiht den Fäden neben einer ausgezeichneten Abriebbeständigkeit gute textiltechnologische Eigenschaften, insbesondere gute dynamische Eigenschaften und eine ausgezeichnete Formbeständigkeit, sowie eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fäden benötigten Komponenten a), b) und c) sind an sich bekannt, teilweise kommerziell erhältlich oder können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen Fäden können neben Komponenten a), b) und c) noch weitere Hilfsstoffe d) enthalten.
Beispiele dafür sind neben dem bereits erwähnten Hydrolysestabilisator Verarbeitungshilfsmittel, Antioxidantien, Weichmacher, Gleitmittel, Pigmente, Mattierungsmittel, Viskositätsmodifizierer oder Kristallisationbeschleuniger.
Beispiele für Verarbeitungshilfsmittel sind Siloxane, Wachse oder längerkettige Carbonsäuren oder deren Salze, aliphatische, aromatische Ester oder Ether.
Beispiele für Antioxidantien sind Phosphorverbindungen, wie Phosphorsäureester oder sterisch gehinderte Phenole.
Beispiele für Pigmente oder Mattierungsmittel sind organische Farbstoffpigmente oder Titandioxid.
Beispiele für Viskositätsmodifizierer sind mehrwertige Carbonsäuren und deren Ester oder mehrwertige Alkohole.
Die erfindungsgemäßen Fäden können in beliebiger Form vorliegen, beispielsweise als Multifilamente, als Stapelfasern, als sekundär gesponnene Garne, auch in der Form von Zwirnen, oder insbesondere als Monofilamente.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen die erfindungsgemäßen Fäden als Mehrkomponentenfäden vor. Beispiele dafür sind Seite-an-Seite-Fäden oder insbesondere Kern-Mantel-Fäden. Bei letzteren besteht der Mantel vorzugsweise aus einer Zusammensetzung enthaltend Komponenten a), b), c) und gegebenenfalls d) und der Kern besteht aus einem fadenbildenden Polymer, das die mechanischen Eigenschaften, hauptsächlich die Festigkeit und Reißdehnung, des Gesamtfadens bestimmt.
Eine besonders bevorzugte Kombination ist ein Kern-Mantel-Faden, dessen Kern aus Polyamid, ausgewähltem Polyester oder elastomerem Polyetherester, vorzugsweise aus Polybutylenterephthalat, Polypropylenterepthalat, Polyamid 6 oder Gemischen dieser Polymeren besteht und dessen Mantel die Komponenten b), c) und gegebenenfalls d) in Kombination mit einem thermoplastischen Polymer, bevorzugt einem thermoplastischen Polyester oder Polyamid, insbesondere Polyethylenterephthalat-Homopolymere, Polyethylenterephthalat-Copolymer oder Polyamid 6 enthält.
Bei bevorzugten Kern-Mantel-Fäden beträgt das Gewichtsverhältnis von Kern und Mantel 95:5 bis 20:80, vorzugsweise 75:25 bis 45:55, insbesondere 70:30 bis 50:50.
Der Titer der erfindungsgemäßen Fäden kann in weiten Bereichen schwanken. Beispiele dafür sind 1 bis 45.000 dtex, insbesondere 100 bis 4.000 dtex.
Die Querschnittsform der erfindungsgemäßen Fäden kann beliebig sein, beispielsweise rund, oval oder n-eckig, wobei n größer gleich 3 ist.
Die erfindungsgemäßen Fäden können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
Ein typisches Herstellverfahren umfasst die Maßnahmen:

i) Extrudieren eines Gemisches enthaltend Komponenten a), b) und c) durch eine Spinndüse,
ii) Abziehen des gebildeten Filaments,
iii) Verstrecken, und
iv) gegebenenfalls Relaxieren des gebildeten Filaments.

Die Herstellung von Mehrkomponentenfäden erfolgt analog. Nur werden hier die Spinnmassen, welche die unterschiedlichen Komponenten bilden, in unterschiedlichen Extrudern aufgeschmolzen und durch eine Mehrkomponenten-Spinndüse gepresst.
Die Zusammensetzung enthaltend ein thermoplastisches Polymer, Komponenten b), c) und gegebenenfalls d) oder enthaltend Komponenten a), b), c) und gegebenenfalls d) wird vorzugsweise in Form eines Masterbatches eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Fäden werden bei der Herstellung ein- oder mehrfach verstreckt.
Besonders bevorzugt wird zur Herstellung der Fäden als Komponente a) und/oder als Komponente des Kernfadens ein durch Festphasenkondensation hergestellter Polyester eingesetzt.
Nach dem Verpressen der Polymerschmelze durch eine Spinndüse wird der heiße Polymerfaden abgekühlt, z. B. in einem Kühlbad, vorzugsweise in einem Wasserbad, und anschließend aufgewickelt oder abgezogen. Die Abziehgeschwindigkeit ist dabei größer als die Spritzgeschwindigkeit der Polymerschmelze.
Der so hergestellte Faden wird anschließend ein- oder mehrfach nachverstreckt, gegebenenfalls fixiert und aufgespult, wie aus dem Stand der Technik für die genannten schmelzspinnbaren Polymere bekannt ist.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Fäden zur Herstellung von textilen Flächenkonstruktionen, insbesondere von Geweben, Spiralgeweben, Gelegen oder Gestricken, eingesetzt. Diese textilen Flächenkonstruktionen werden vorzugsweise in Sieben eingesetzt.
Textilen Flächenkonstruktionen enthaltend die erfindungsgemäßen Fäden sind ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung.
Die erfindungsgemäßen Fäden lassen sich auf allen industriellen Gebieten einsetzen. Bevorzugt kommen sie bei Anwendungen zum Einsatz, in denen mit einem erhöhten Verschleiß sowie mit der Aufladung statischer Elektrizität durch mechanische Belastung zu rechnen ist. Beispiele dafür ist der Einsatz in Siebgeweben und Filtertüchern für Gas- und Flüssigkeitsfilter, in Trockenbändern, beispielsweise zur Herstellung von Lebensmitteln, in Verpackungsbehälter oder in Schläuchen zur Förderung kleiner Teilchen. Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäßen Fäden in der Form von Monofilamenten betrifft deren Einsatz als Förderbänder oder als Komponenten von Förderbändern.
Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäßen Fäden in der Form von Monofilamenten betrifft deren Einsatz als Förderbänder oder als Komponenten von Förderbändern.
Die erfindungsgemäßen Fäden können auch in Sieben, die zum Einsatz in Papiermaschinen vorgesehen sind, eingesetzt werden.
Diese Verwendungen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen.
Beispiele: Arbeitsvorschrift zur Herstellung von Kern-Mantel-Monofilamenten der Beispiele 1 bis 3
Die Komponenten für den Kern wurden im Extruder aufgeschmolzen. Die Komponenten für den Mantel in Form eines Masterbatches (Deltacom PET 1917 EC3, Firma Delta Kunststoffe Produktions- und Handelsgesellschaft mbH, Weeze, Deutschland) aus Polyethylenterephthalat („PET"), thermoplastischem Elastomer, Leitfähigkeitsruß und Additiven wurden in einem anderen Extruder vermischt und aufgeschmolzen. Die aufgeschmolzenen Spinnmassen aus beiden Extrudern wurden einer Bikomponenten-Spinndüse mit 20 Loch mit einem Lochdurchmesser von 1,0 mm bei einer Fördermenge von 488 g/min und einer Abzugsgeschwindigkeit von 31 m/min zu Monofilamenten mit Kern-Mantel-Struktur versponnen, verstreckt sowie im Heißluftkanal bei 255°C unter Schrumpfzulassung thermofixiert.
Der Masterbatch bestand zu 50 Gew.% aus der oben beschriebenen PET-Type sowie zu 27 Gew.% aus einem thermoplastischen, elastomeren Styrol-Blockcopolymer, zu 20 Gew.% aus einem Leitfähigkeitsruß und zu 3 Gew.% aus Verarbeitungsstabilisator, Gleitmittel, sterisch gehindertem Amin und Silan.

Der Durchmesser des erzeugten Monofilamente, die Zusammensetzung des Kerns, die Mantel- und Kernanteile sowie die textiltechnologischen Daten der erhaltenen Monofilamente sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
Kernmaterial	Polyamid 6	Polybutylenterephthalat	Polyetherester¹⁾
Anteil Kern:Mantel (Gew.%)	90:10	90:10	75:25
Durchmesser (μm)	453	401	254
Titer (dtex)	1856	1616	638
Zugfestigkeit (cN/tex)	38,4	10,4	30,2
E-Modul (GPa)	4,0	2,7	1,1
Elastische Dehnung (%)	2	2	19
Reißdehnung (%)	41,7	16,7	69,5
el. Widerstand²⁾ (S/cm)	1,0·10^–5	1,0·10^–5	1,0·10^–5
el. Widerstand³⁾ (S/cm)	4,0·10^–6	7,0·10^–6	-
el. Widerstand⁴⁾ (S/cm)	-	-	3,0·10^–7
el. Widerstand⁵⁾ (S/cm)	-	-	2,0·10^–9
el. Widerstand (S/cm)	-	-	> 10·10^–12

¹⁾Elastomeres Polyetherester-Copolymer Riteflex^® RKX192
²⁾vor der ersten Verdehnung
³⁾nach 100 Verdehnungen auf jeweils 1,5%
⁴⁾nach 100 Verdehnungen auf jeweils 2%
⁵⁾nach 100 Verdehnungen auf jeweils 3%
⁶⁾nach 100 Verdehnungen auf jeweils 4%

Die Fasereigenschaften wurde wie folgt ermittelt:

Zugfestigkeit gemäß DIN EN/ISO 2062
Reißdehnung gemäß DIN EN/ISO 2062

Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit erfolgte wie folgt:
Das Monofilament wurde unter leichter Vorspannung zwischen zwei Klemmen eingespannt und an zwei Positionen versilbert. An den versilberten Stellen wurden elektrische Klemmen angebracht, die mit einem Widerstandsmessgerät (Metra Hit 15 S; Meßbereich bis 30 MΩ) verbunden waren. Als Klemmenabstand wurden zwischen 10 mm und 300 mm gewählt. Standardmäßig ist ein Klemmenabstand von 100 mm verwendet worden. Gemessen wurde der Widerstand pro cm, also Ω/cm. Der Leitwert ist der reziproke Widerstand für 1 Zentimeter Monofillänge.

Beispiel: R = 620 kΩ/10 cm entspricht R = 62 kΩ/cm entspricht L = 1,6·10^–5 S/cm.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 387395 A [0011]
- EP 674029 A [0011]
- EP 735165 A [0012]
- DE 69123510 T2 [0013]
- DE 69007517 T2 [0014]
- WO 98/14647 A [0016]
- EP 1559815 A [0017]

Claims

Schmelzgesponnener Faden mit einem Elastizitätsmodul von kleiner als 6 GPa und einer elastischen Dehnung von größer als 1,5% enthaltend a) ein thermoplastisches Polymer, b) ein thermoplastisches elastomeres Block-Copolymer, und c) Ruß- und/oder Graphitteilchen in der Form von entlang der Längsachse des Fadens ausgerichteten Aggregaten, welche entlang der Längsachse des Fadens elektrisch leitfähige Pfade bilden, wobei falls Komponente a) ein Polyetherester ist, Komponenten a) und b) identisch sein können.
Faden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente a) ein Polyamid, Polybutylenterephthalat, Polypropylenterephthalat und/oder ein Polyetherester ist.
Faden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Elastizitätsmodul von 0,1 bis 5,5 GPa und eine elastische Dehnung von größer als 1,5 bis 4% aufweist.
Faden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente b) ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomeres, ein thermoplastisches Polyester-Elastomer, thermoplastisches Styrol-Blockcopolymer oder eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Komponenten ist.
Faden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente b) ein thermoplastisches, elastomeres Styrol-Blockcopolymer ist, insbesondere ein Styrol-Butadien-Styrol Blockcopolymer oder ein Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol Blockcopolymer ist.
Faden nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) ein Ruß ist, der in Form von länglichen aus mehreren miteinander in Kontakt stehenden Primärteilchen aufgebauten Aggregaten im Faden vorliegt und der eine elektrische Leitfähigkeit des Fadens von mindestens 0,5·10^–6 Siemens/cm, vorzugsweise mindestens 1,0·10^–5 Siemens/cm, gemessen in der Längsrichtung des Fadens, bewirkt.
Faden nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden ein Kern-Mantel Faden ist, dessen Kern aus thermoplastischem Polymer gebildet wird und dessen Mantel ein thermoplastisches Polymer, vorzugsweise Polyethylenterephthalat, und Komponenten b) und c) oder Komponenten a), b) und c) enthält.
Faden nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Polymer nach Anspruch 2 gebildet wird.
Faden nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Kern und Mantel 95:5 bis 20:80 beträgt, vorzugsweise 75:25 bis 45:55, insbesondere 70:30 bis 50:50.
Faden nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden ein Monofilament ist.
Textile Flächenkonstruktion, insbesondere Gewebe, enthaltend Fäden nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Textile Flächenkonstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese neben Fäden nach einem der Ansprüche 1 weitere Fäden aus Polyester, insbesondere aus Polyethylenterephthalat enthalten.
Verwendung eines Fadens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in textilen Flächenkonstruktionen für technische Einsatzgebiete, insbesondere in Siebgeweben und Filtertüchern für Gas- und Flüssigkeitsfilter, in Trockenbändern, vorzugsweise zur Herstellung von Lebensmitteln, in Verpackungsbehältern, in Schläuchen zur Förderung kleiner Teilchen oder als Förderbänder oder als Komponenten von Förderbändern.