DE102009053588A1

DE102009053588A1 - Abriebbeständige Monofilamente

Info

Publication number: DE102009053588A1
Application number: DE102009053588A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Meid; Rex Dr. Delker
Original assignee: Teijin Monofilament Germany GmbH
Current assignee: Teijin Monofilament Germany GmbH
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-05-19
Also published as: DE202009016244U1

Abstract

Monofilamente aus Polyestern oder Polyamiden werden Kugeln aus bereits vernetzten Duroplasten vor der Verspinnung zudosiert, bevorzugt aus Melamin-Formaldehydharz. Die aus der Oberfläche der Monofilamente herausragenden Kugelkalotten der Duroplaste bewirken eine deutlich verbesserte Abriebbeständigkeit der Monofilamente. Die Kugeldurchmesser betragen bis zu 5% der Durchmesser von Monofilamenten mit rundem Querschnitt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf Drähte aus schmelzspinnbaren Kunststoffen, in die Partikel aus Formaldehyd-Harzen eingearbeitet werden. Diese abriebbeständigen Monofilamente lassen sich in technischen Geweben verwenden, insbesondere in Maschinen zur Papierherstellung und in der Lebensmittelindustrie.
Stand der Technik
Förderbänder zum Transport bestimmter Artikel werden in der Regel über Leitorgane geführt. Die Leitorgane unterstützen das zu transportierende Gut. Ein Teil der Leitorgane ist mit Antriebsmotoren versehen und sorgt damit für den Lauf des Förderbands. An den Leitorganen entsteht erhöhter Verschleiß auf der Unterseite des Förderbands durch Reibung.
Kontinuierlich laufende Siebe sind Sonderformen von Transportbändern. Einerseits wird ein Material transportiert, andererseits soll eine andere Materialkomponente von der ersten getrennt werden.
Ein Beispiel hierfür ist die Forming-Partie von Papiermaschinen. Die Papierfasern werden in wässriger Suspension auf das Formiersieb aufgetragen. Das Wasser soll dann so schnell wie möglich abgeschieden werden. Auf dem Sieb verbleibt ein feuchtes Blatt (ca. 90% Restfeuchte), das sich abheben lässt und in die nächste Sektion der Papiermaschine befördert wird. In modernen Papiermaschinen wird hierzu ein umlaufendes Formiersieb verwendet, auf dessen Unterseite stehende Saugdüsen das Wasser entfernen. Durch die Reibung der Siebunterseite an den Saugkästen entsteht erhöhter Siebverschleiß.
Formiersiebe sind mehrlagige Kunststoff-Gewebe aus Monofilamenten, meist auf Basis Polyester. Auf der Gewebeunterseite wird wegen des Verschleißes ein sogenannter Wechselschuss eingesetzt, d. h. auf einen Polyesterfaden(-monofilament) folgt anschließend ein Polyamidmonofilament abwechselnd als Schussfaden. Durch diese Konstruktion ist die Siebunterseite abriebfester. Der Nachteil: Wegen der unterschiedlichen Wasseraufnahme zwischen Polyester und Polyamid quillt das Polyamid stärker auf. Dadurch drehen sich die Siebränder nach oben und liegen nicht mehr plan auf der Maschine auf. Diesen unerwünschten Effekt bezeichnet der Fachmann als Edge-Curling.
Durch andere Schusstypen auf der Siebunterseite versuchte man, dieses Edge-Curling zu vermeiden. Die kanadische Asten-Johnson Gruppe z. B. beschreibt in der EP 287395 A2 Monofilamente aus einem Blend aus thermoplastischem Polyurethan in Polyester, das abriebbeständig ist und den Wechselschuss aus PA 6 bzw. PA 6.6 in Formiersieben ersetzen kann. Ähnliche Eigenschaften haben Monofilamente aus Blends von mit Isophthalsäure modifiziertem PET mit thermoplastischem Polyurethan (TPU), wie sie in der DE 4410399 A1 beschrieben sind. Auch Kern-Mantel Monofilamente mit einem tragenden Kern aus PET und einem Mantel aus isopthalsäuremodifiziertem PET mit TPU – beschrieben in der DE 19511852 A1 – oder einem Kern aus PET mit einem Mantel aus thermoplastischem Polyetherester (TPE-E) mit PET – beschrieben in der DE 19511853 A1 – weisen vergleichbare Eigenschaften auf.
Allen vorgenannten Erfindungen ist gemeinsam, dass dem Polyester ein relativ weiches, abriebbeständiges Material hinzugefügt wird. Durch die Weichheit ändert sich aber auch die Charakteristik des Monofilaments: Bei gleichem Durchmesser und gleicher Spannung sind die Kröpfungspunkte des Schussfadens breiter, wenn er über einem Kettfaden abgelegt wird. Damit verändert sich auch die Entwässerungsleistung des Formiersiebs.
Ein anderer Ansatzpunkt, abriebbeständige Monofilamente herzustellen, besteht durch Hinzufügen harter Partikel. So werden in der DE 10 2004 041 755 A1 dem Polyester kugelförmige Nanopartikel aus anorganischen Oxiden zudosiert. Die DE 10 2005 033 350 A1 beschreibt plättchenförmige Teilchen aus anorganischen Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten, Hydrogencarbonaten, Nitriden und Carbiden von weniger als 100 nm Dicke, die einem Polyester gute Abrieb- und Biegebeständigkeiten verleihen.
Die Praxis zeigt jedoch, dass durch harte Zusätze zwar gute Abrieb- und Biegebeständigkeiten des Monofilaments erzielt werden, dafür erkauft man dies jedoch durch erhöhten Abrieb an den Saugkästen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Monofilamente mit guter Abriebbeständigkeit zu erzielen. Dabei sollen die Zusatzkomponenten „weicher” sein als die zuvor genannten anorganischen Kristallite, um erhöhten Maschinenverschleiss zu verhindern, andererseits darf das Monofilament in seiner Gesamtheit nicht so weich sein, dass es sich beim Weben in den Kröpfungspunkten mit anderen Gewebefäden merklich verbreitert.
Gelöst wird die Aufgabe durch Einbau duroplastischer Teilchen in die Monofilament-Matrix. Bevorzugt werden hierzu Kügelchen aus Melamin-Formaldehydharz mit Durchmessern kleiner 10 μm verwendet, die bereits vernetzt und somit ausgehärtet sind. Duroplaste ändern ihre Form nicht mehr, sie sind hart und abriebbeständig. Die Melamin-Formaldehydharzkügelchen werden statistisch über das Volumen der Polymermatrix des Monofilaments verteilt. Da das Melamin-Formaldehydharz reaktive Gruppen an der Oberfläche aufweist, verbindet es sich chemisch mit reaktiven Gruppen des Monofilamt-Polymers.
Ein Teil der Kugelkalotten der Duroplastteilchen überragt die Monofilamt-Oberfläche, so dass beim Gleiten des Monofilaments über eine feste Fläche vorwiegend nur die Kugelkalotten aus Melamin-Formaldehydharz die Energie aufnehmen. Damit werden die gewünschten Abrieb-beständigkeiten erzielt.
Die bereits vernetzten Melamin-Formaldehyd-Kugeln können in verschiedenen Durchmessern eingesetzt werden. Verwendet wurden mittlere Durchmesser von 0,5 μm bis zu 30 μm. Die Duroplastkugeln liegen entweder als Pulver vor oder bereits eingearbeitet in ein Compound auf Basis Polyester oder Polyamid.
Vor der Extrusion werden die Duroplastkugeln dem Hautstrom des Polyester- oder Polyamidgranulats beigemischt, wobei Pulver aufgepudert bzw. Compounds gravimetrisch zudosiert werden. Im Extruder werden die Werkstoffe vermischt, über eine Zahnradpumpe einem Spinnpack zugeführt und durch eine Düsenplatte mit Feinbohrungen zu Filamenten gepresst. Dabei ist natürlich zu beachten, dass im Spinnpack nur eine Grobfiltration verwendet wird, die mindestens der Maximalgröße der Duroplastkugeln entspricht.
Die Filamente werden anschließend in einem Spinnbad abgekühlt, über mehrere Streckwerke unter Temperatureinwirkung mehrfach verstreckt und einzeln zu Monofilamenten aufgespult. Der Herstellprozess von Monofilamenten ist dem Fachmann seit Jahren bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Monofilamente aus Grundpolymeren Polyethylenterephthalat (PET) oder den Polyamiden PA 6 und PA 6.6 gefertigt. Als duroplastische Kügelchen verwendet man bevorzugt Melamin-Formaldehydharz. Die typische Zudosierrate der duroplastischen Kugeln im Durchmesserbereich von 0,5 μm bis 30 μm beträgt 0,1 Gew.-% bis 15,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 2,0 Gew.-% bis 8,0 Gew.-%.
Es ist darauf zu achten, dass die Kugeldurchmesser im Vergleich zum Querschnittsdurchmesser runder Monofilamente 5% nicht überschreiten sollten. Sonst besteht die Gefahr von Einrissen oder Lufteinschlüssen im Monofilament. Dies gilt entsprechend auch für Monofilamente gleichen Titers mit nicht runden Querschnitten.
Verwendet werden die erfindungsgemäßen Monofilamente in Transportbändern und Sieben, z. B. als Unterschuss in Formiergeweben von Papiermaschinen, aber auch mit Hydrolysestabilisatoren in der Trockenpartie von Papiermaschinen. Entsprechend hergestellte Monofilamente auf Polyamidbasis lassen sich insbesondere in der Presspartie von Papiermaschinen verwenden.
Da die verwendeten Kunststoffe für den direkten Kontakt mit Lebensmitteln geeignet sind, werden sie auch in Sieben und Transportbändern in der Lebensmittelindustrie verwendet, z. B. in Saftpressen für Obst, Gemüse, Speiseöle, etc., sowie in Lebensmittel-Trockenbändern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 287395 A2 [0006]
DE 4410399 A1 [0006]
DE 19511852 A1 [0006]
DE 19511853 A1 [0006]
DE 102004041755 A1 [0008]
DE 102005033350 A1 [0008]

Claims

Beansprucht wird 1. ein Monofilament aus einem schmelzspinnbaren Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass es a) Teilchen aus Duroplasten enthält und b) zusätzlich Stabilisatoren und/oder Farbstoffe enthalten kann. 2. ein Monofilament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzspinnbare Polymer ein Polyester, bevorzugt ein Polyethylenterephthalt, oder ein Polyamid, bevorzugt ein Polyamid 6 oder Polyamid 6.6 ist. 3. ein Monofilament nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus Duroplasten bevorzugt aus Melamin-Formaldehydharz bestehen. 4. ein Monofilament nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus Duroplasten die Form von Kugeln haben, deren mittlerer Durchmesser zwischen 0,5 μm und 30 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 20 μm liegt. 5. ein Monofilament nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament Hydrolyse-, Temperatur- oder UV-Stabilisatoren enthalten kann. 6. ein Monofilament nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Monofilament Farbstoffe enthalte kann. 7. ein Monofilament nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sein Titer zwischen 100 dtex und 10.000 dtex, bevorzugt 400 dtex und 4.000 dtex beträgt. 8. ein Monofilament nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sein Querschnitt punkt- oder achsensymmetrisch ist, bevorzugt ein regelmäßiges n-Eck mit n ≥ 3, oder besonders bevorzugt einen runden Querschnitt aufweist. 9. die Verwendung von Monofilamenten nach den Ansprüchen 1 bis 8 in Bespannungen von Papiermaschinen. 10. die Verwendung von Monofilamenten nach den Ansprüchen 1 bis 8 in Sieben oder Transportbändern, die direkten Kontakt mit Lebens- oder Genussmitteln haben.