DE102018108228A1

DE102018108228A1 - Verfahren zur Herstellung eines textilen Gebildes mit elektrostatisch geladenen Fasern und textiles Gebilde

Info

Publication number: DE102018108228A1
Application number: DE102018108228.2A
Authority: DE
Inventors: Ralph Berkemann; Fabian Stauss; Frank Endriss
Original assignee: Groz Beckert KG
Current assignee: Groz Beckert KG
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-10-10
Also published as: KR20200140234A; JP2021517063A; WO2019192837A1; RU2019144035A; TW201945061A; BR112020020184A2; US20210102318A1; EP3775346A1; CA3062606A1; CN111989429A; MX2020009389A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Gebildes, das triboelektrisch geladene Fasern aufweist, und ein textiles Gebilde. Es werden zumindest zwei separate Düsenbalken, jeweils für die Herstellung feinerer und gröberer Fasern mittels eines Schmelzspinnverfahrens oder eines Lösungsmittelspinnverfahren verwendet. Zudem werden Fasern aus verschiedenen Polymeren eingesetzt, wobei die Polymere einen geeignet großen Abstand in der triboelektrischen Reihe haben. Die aus den Polymeren hergestellten Fasern werden im Prozess zumindest bereichsweise durchmischt und triboelektrisch aufgeladen. Mit dem textilen Gebilde sind Filter mit Qualitätsfaktoren größer 0,2 herstellbar.

Description

Verfahren zur Herstellung eines textilen Gebildes mit elektrostatisch geladenen Fasern und textiles Gebilde.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines, vorzugsweise plissierbaren, textilen Gebildes, das elektrostatisch geladene Fasern aufweist, und ein plissierbaren textiles Gebilde das vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Das textile Gebilde wird hauptsächlich als Tiefenfiltermaterial eingesetzt. Filter, in denen dieses Tiefenfiltermaterial eingesetzt ist, zeichnen sich üblicherweise durch sehr gute Filtrationseigenschaften aus.
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Gebiet der Filtrationstechnik, sind bereits sogenannte bimodale Vliesstoffe bekannt, die aus zwei, zumindest bereichsweise miteinander durchmischten Fasertypen bestehen. Die beiden Fasertypen unterscheiden sich in ihren mittleren Durchmessern voneinander, d.h., der bimodale Vliessstoff ist aus groben und feinen Fasern aufgebaut, die zumindest bereichsweise intensiv miteinander vermischt sind.
Bei einer Verwendung eines solchen bimodalen Vliesstoffs als Filtermaterial dienen die feineren Fasern dazu, vor allem die feineren Partikel abzuscheiden, d.h., die Filtrationseffizienz bezüglich feinerer Partikel zu steigern. Die groben Fasern dienen einerseits dazu, die gröberen Partikel auszufiltern, andererseits gewährleisten die gröberen Fasern eine ausreichende mechanische Stabilität des bimodalen Vliesstoffs. Dies schließt auch ein, dass die feineren Fasern durch Mischen mit groben Fasern in einem solchen Vliesstoff einen gewissen Abstand voneinander haben. Bei einem Vliesstoff, der ausschließlich aus den feineren Fasern bestehen würde, würden die feinen Fasern zu dicht beieinander liegen, d.h., ein solcher Vliesstoff würde, in einem Filter eingesetzt, einen zu hohen Druckverlust verursachen und generell bei einer Bestaubung oder wenn er von einem Medium, das Partikel enthält, durchströmt wird, sehr schnell blockieren.
In US 2008/0026659 A1 wird die Herstellung eines bimodalen Vliesstoffs beschrieben, bei der ein einzelner Düsenbalken eingesetzt wird, der Düsen mit unterschiedlichen Kapillardurchmessern aufweist. Prinzipbedingt können mit einem solchen Düsenbalken jedoch nur bimodale Vliesstoffe erzeugt werden, bei denen der Unterschied zwischen den Mittelwerten der Durchmesser der gröberen und der feineren Fasern nicht allzu groß ist. Hinzukommt, dass alle Düsen einreihig über die Breite des verwendeten Düsenbalkens angeordent sind. Infolgedessen treten die beiden Fasertypen immer weitgehend an derselben Stelle und parallel zueinander aus dem verwendeten Düsenbalken aus. Die Durchmischung der beiden Fasertypen kann deshalb praktisch nicht beeinflusst werden.
US 8,372,175 B2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, in dem gröbere Fasern mittels eines Spinnvlies-Prozesses und feinere Fasern mittels eines Meltblow-Verfahrens hergestellt und im Herstellungsverfahren vermischt werden sollen. Nach der Herstellung des Vliesstoffes, können dessen Fasern, z.B. mit Hilfe von Koronaentladung oder mittels eines sogenannten Hydrochargings, elektrostatisch aufgeladen werden. Die bei Spinvlies-Prozessen üblichen geringen Filamentgeschwindigkeiten unterscheiden sich deutlich von den sehr hohen Filamentgeschwindigkeiten bei Meltblow-Prozessen, d.h., die Filamentgeschwindigkeiten weichen sehr stark voneinander ab. Des Weiteren können die erheblichen Luftgeschwindigkeiten des Meltblownprozesses die Filamentschar erheblich negativ beeinflussen. Deshalb ist zu erwarten, dass bei der Durchmischung der Fasern sehr starke Turbulenzen auftreten und infolgedessen mit dem Verfahren keine hochwertigen, gleichmäßigen Vliesstoffe hergestellt werden können.
Prinzipiell sind Düsenbalken bekannt, die mit Düsen mit einem linearen Aufbau, die auch als Exxon-Düsen bezeichnet werden, ausgestattet sind (nachfolgend: Exxon-Düsenbalken). Des Weiteren sind auch Düsenbalken bekannt, die Düsen mit einem konzentrischen Aufbau aufweisen (nachfolgend: Düsenbalken mit konzentrischen Düsen). Eine spezielle Bauform der Düsen mit konzentrischem Aufbau, wird als Biax-Düsen (benannt nach der Firma „Biax“, die diese Düsen herstellt) bezeichnet.
In DE 10 2006 013 170 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines bimodalen Vliesstoffs mittels zweier sogenannter Exxon-Düsenbalken vorgestellt, bei dem mit dem einen Düsenbalken die feineren und mit dem anderen Düsenbalken die gröberen Fasern hergestellt werden. Es wird aber weder angeregt, die Fasern im Verfahren elektrisch aufzuladen, noch wird vorgeschlagen, verschiedene Polymerarten für die feineren und die gröberen Fasern einzusetzen.
Des Weiteren ist in WO 2015/195648 A2 ein Verfahren für die Herstellung eines bimodalen Vliesstoffs gezeigt, bei dem die groben Fasern mit einem Düsenbalken mit konzentrischen Düsen und die feinen Fasern mit einem weiteren Düsenbalken, der entweder mit Exxon-Düsen oder konzentrischen Düsen ausgestattet sein kann, hergestellt werden. Eine elektrische Aufladung der Fasern des bimodalen Vliesstoffs wird auch bei diesem Verfahren nicht in Erwägung gezogen.
Darüber hinaus sind Methoden bekannt, mit denen die Fasern von Filtermaterialien elektrostatisch aufgeladen werden können. Durch die elektrostatische Aufladung der Fasern kann die Filtrationseffizienz von Filtrationsmaterialien, insbesondere bezüglich feiner Partikel, deutlich verbessert werden. Denn Partikel, die lediglich in die Nähe der elektrostatisch geladenen Fasern kommen, können von deren elektrischem Feld angezogen und infolgedessen vom Filter zurückgehalten werden, während der betreffende Partikel im Falle einer ungeladenen Faser nicht zurückgehalten worden wäre. Damit ändert sich das mechanische Filtrationsprinzip, das aussagt, dass feine Partikel nur mittels feiner Fasern ausgefiltert werden können. Denn es können feine Partikel auch mittels elektrisch geladener, grober Fasern ausgefiltert werden.
Eine bekannte Methode ist die Aufladung der Fasern mittels Koronaentladung. Mit den zur Zeit bekannten Verfahren, die eine Koronaentladung nutzen, ist jedoch keine so potente/effektive elektrostatische Aufladung der Fasern möglich.
Bei einer weiteren Methode werden Fasern mit Hilfe des Lenard Effekts (Hydrocharging; s. EP 2 609 238 B1 ) unter Verwendung von elektrisch geladenen Wassertröpfchen geladen.
Schließlich ist aus EP 1 208 900 A1 ein Verfahren bekannt, in dem Stapelfasern, die aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren bestehen, vermischt und anschließend kardiert oder vernadelt werden. Hierdurch werden die Fasern triboelektrisch geladen. Allerdings müssen vor dem Kardiern/Vernadeln von den Stapelfasern mit vergleichsweise hohem Aufwand die Avivagen entfernt werden. Nachteilig ist auch, dass in diesem Verfahren nur vergleichsweise grobe Fasern eingesetzt werden können. Hinzu kommt, dass durch das Kardieren und insbesondere durch das Vernadeln Einstichkanäle gebildet werden, die sich ungünstig auf die Filtereigenschaften auswirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren zu finden, mit dem in einem Arbeitsschritt (vorzugsweise plissierbare) textile Gebilde, vorzugsweise zur Verwendung als Filtermaterial für einen Elektretfilter, mit einem Lagenaufbau und/oder mit einem graduellen Verlauf der Größe der Faserdurchmesser hergestellt werden können. Dabei sollen die Fasern schon bei der Herstellung und/oder durch eine geeignete Nachbehandlung auf unkomplizierte Weise semipermanent elektrostatisch geladen werden können.
Für die Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von elektrisch geladenen, textilen Gebilden wird eine Düsenanordnung eingesetzt, die zumindest zwei separate Düsenbalken aufweist. Das Verfahren wird bevorzugt mit genau zwei Düsenbalken durchgeführt, bei speziellen Anwendungen können in dem Verfahren aber auch drei oder mehrere Düsenbalken zum Einsatz kommen.
Mit den Düsenbalken wird üblicherweise ein aus dem Stand der Technik bekannter Meltblow-Spinprozess (Schmelzspinnprozess), z.B. ein sogenannter Spun-Blown®-Spinprozess, oder alternativ ein Lösungsmittelspinnverfahren, wie z.B. ein Solutionblowverfahren, ein Elektroblowverfahren, ein Elektrospinnverfahren oder ein Zentrifugenspinnverfahren, durchgeführt. Dabei können entweder mit allen Düsenbalken dieselben Arten von Spinnprozessen durchgeführt werden oder es können auf den Düsenbalken jeweils verschiedene Arten von Spinnprozessen durchgeführt werden.
Der erste Düsenbalken weist vorzugsweise konzentrische Düsen auf, z.B. Biax-Düsen, er kann aber auch Düsen mit einem linearen Aufbau (Exxon-Düsen) aufweisen. Als zweiter Düsenbalken (und ggf. dritter/weiterer Düsenbalken) kann wahlweise ein Düsenbalken, der mit Düsen mit einem linearen Aufbau (Exxon-Düsen) oder konzentrischen Düsen, z.B. Biax-Düsen, ausgestattet ist, eingesetzt werden. Alternativ kann auch jeweils für den ersten, zweiten und ggf. für weitere Düsenbalken auch ein Düsenbalken für Lösungsmittelspinnverfahren, wie z.B. ein Solutionblowverfahren, ein Elektroblowverfahren, ein Elektrospinnverfahren oder ein Zentrifugenspinnverfahren, (einzeln oder in Kombination) eingesetzt werden.
Bei Meltblow-Spinprozessen (Meltblowing) wird die Schmelze eines Polymers durch die Kapillaröffungen eines Düsenbalkens gedrückt. Beim Austreten des Polymers aus den Kapillaröffungen gelangt das Polymer in einen Gasstrom, üblicherweise in einen Luftstrom, mit sehr hoher Geschwindigkeit. Das austretende Polymer wird von dem Gasstrom mitgerissen und dabei verstreckt, sodass Polymerfasern entstehen, die wesentlich kleinere Durchmesser haben, als die Durchmesser der zugehörigen Kapillaröffnung/Kapillare. Bei Meltblow-Spinnprozessen entstehen längere Fadenstücke (d.h. längere Fasern), wobei aber im Vergleich zu Spinnvlies-Spinnprozessen wesentlich mehr Filamentabrisse auftreten können.
Alternativ kann auch ein Spinnverfahren mit einem bohrungslosen Düsenbalken, wie dies zum Beispiel in US 7,628,941 B2 (Polymer Group, Inc, später Avintiv Specialty Materials Inc) in den 3 bis 5 beschrieben ist, zur Anwendung kommen.
Bei Lösungsmittelspinnprozessen wird statt der Schmelze eine Lösung eines Polymers in einem Lösungsmittel versponnen. Das Solutionblowverfahren, Elekroblowingverfahren, Elektrospinnverfahren und das Zentrifugenspinnverfahren wird bis auf diesen Unterschied weitgehend analog zu den Meltblow-Spinnprozessen durchgeführt.
Zur Durchführung des Verfahrens wird mit Hilfe des ersten Düsenbalkens die Schmelze oder alternativ die Lösung eines ersten Polymers zu Fasern eines ersten Fasertyps ausgesponnen. Mit Hilfe (mindestens) eines zweiten Düsenbalkens wird die Schmelze oder alternativ die Lösung (mindestens) eines zweiten Polymers zu Fasern (mindestens) eines zweiten Fasertyps ausgesponnen. Ggf. wird mittels eines dritten Düsenbalkens ein drittes Polymer zu Fasern eines dritten Fasertyps ausgesponnen. Es können auch mittels weiterer Düsenbalken Fasern von weiteren Polymeren zu weiteren Fasertypen ausgesponnen werden.
Aus den Fasern aller Fasertypen, zumindest aber aus den Fasern des ersten Fasertyps und den Fasern des zweiten Fasertyps wird mittels einer Sammeleinrichtung das erfindungsgemäße textile Gebilde ausgeformt. Die Prozessparameter werden dabei so gewählt, dass die Fasern des ersten Fasertyps einen größeren mittleren Faserdurchmesser haben als die Fasern des zweiten Fasertyps.
Nach Maßgabe der Erfindung werden für ein Polymer und für ein mindestens ein anderes Polymer jeweils (mindestens) zwei verschiedene Stoffe derart ausgewählt, dass sich die aus diesen (mindestens) zwei verschiedenen Polymeren gesponnenen Fasern mittels triboelektrischer Effekte zwischen den (mindestens) zwei verschiedenen Fasertypen zumindest hinreichend gut aufladen lassen. Der Einfachheit wegen werden nachfolgend immer zwei verschiedene Fasertypen beschrieben, die sich aufgrund von tribolelektrischen Effekten elektrisch aufladen. Gemäß einer bevorzugten Variante kommen auch zwei verschiedene Fasertypen zum Einsatz. Im Sinne der Erfindung soll hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass auch drei oder mehr Fasertypen zum Einsatz kommen können, die sich in der Kombination aufgrund von triboelektrischen Effekten besonders intensiv und/oder nachhaltig aufladen lassen.
Des Weiteren können der erste Fasertyp und der zweite Fasertyp, durch die die mechanische Struktur des textilen Gebildes gebildet wird, und die Fasertypen, die aus dem einen Polymer und dem mindestens einen anderen Poylmer gebildet werden, und durch die die tribolelektrischen Eigenschaften des textilen Gebildes bestimmt werden, übereinstimmen. Sie können aber alternativ auch ganz oder teilweise voneinander abweichen.
So kann das eine Polymer mit dem ersten Polymer und das mindestens eine andere Polymer mit dem mindestens einen zweiten Polymer identisch sein. Alternativ kann das eine Polymer mit dem mindestens zweiten Polymer und das mindestens eine andere Polymer mit dem ersten Polymer identisch sein. Auf diese Weise fallen die mechanischen und die triboelektrischen Eigenschaften zusammen, d.h., die groben und feinen Fasern bestehen aus unterschiedlichen Polymeren, die sich triboelektrisch aufladen können.
In einer alternativen Variante kann das eine Polymer mit dem mindestens einen zweiten Polymer identisch sein und das mindestens eine andere Polymer mittels mindestens eines weiteren (dritten) Düsenbalkens zu einem weiteren (dritten) Fasertyp ausgesponnen werden. Auf diese Weise kann ein textiles Gebilde erzeugt werden, das aus einem Gerüst aus weitgehend ungeladenen, groben Fasern und zwei, üblicherweise dünneren Fasertypen besteht, die sich triboelektrisch gut aufladen lassen.
Unter der weiter oben beschriebenen „hinreichend guten triboelektrischen Aufladung“ soll im Sinne der Erfindung verstanden werden, dass sich die Fasern bereits durch Reibungsprozesse, die bei der Herstellung des textilen Gebildes auftreten und/oder durch Reibungsprozesse, die im Zuge einer Nachbehandlung herbeigeführt werden, so stark und nachhaltig aufladen, dass eine nachhaltige und signifikante Verbesserung der Filtrationsleistung von Filtern erreicht wird, in denen erfindungsgemäß hergestellte textile Gebilden eingesetzt sind. Als signifikante Verbesserung eines Filters wird eine Erhöhung der Rückhalterate um mindestens einen Faktor 2, um mindestens einen Faktor 5 oder mindestens um einen Faktor 10 gegenüber einem ansonsten von seinem mechanischen Aufbau weitgehend identischen, d.h. mechanisch gleichwertigen, jedoch aus einem elektrisch ungeladenen textilen Gebilde hergestellten Filter, angesehen.
Damit sich die aus den beiden Polymeren gesponnenen Fasern gut oder zumindest hinreichend gut aufladen lassen, müssen das eine Polymer und das mindestens eine andere Polymer in einer triboelektrischen Reihe einen ausreichend großen Abstand voneinander haben. Die meisten tribolektrischen Reihen machen allerdings keine quantitativen Angaben bezüglich der triboelektrischen Eigenschaften der enthaltenen Stoffe, sondern durch die betreffenden triboelektrischen Reihen werden lediglich Reihenfolgen festgelegt, d.h., es wird eine Sortierung der betreffenden Stoffe vorgenommen. Ein großer Abstand zweier Stoffe in einer solchen triboelektrischen Reihe ist demnach zwar ein Hinweis darauf, dass eine merkliche Aufladung erfolgt, wenn sich die beiden Stoffe aneinander reiben. Eine quantitative Aussage ist jedoch nicht möglich.
Eine der wenigen Tabellen, in denen den enthaltenen Stoffe eine quantitative Größe bezüglich ihrer triboelektrischen Eigenschaften zugewiesen wird, ist die unten dargestellte Tabelle (copyright 2009: AlphaLab, Inc.; Trifield.com). In der Tabelle wird jedem Stoff ein Zahlenwert zugeordnet, der beschreibt, wie stark und mit welcher Polarität sich der entsprechende Stoff auflädt, wenn es unter definiertem Energieeinsatz an einem Referenzstoff gerieben wird. Ein Stoff mit einem positiven Wert lädt sich dann positiv und ein Stoff mit einem negativen Wert negativ auf. Der Zahlenwert wird „charge affinity“ genannt und wird nachfolgend als „Ladungsaffinität“ bezeichnet. Die Ladungsaffinität hat die Einheit nC/J und wird üblicherweise in Nanoamperesekunden/Wattsekunden angegeben.

Die Tabelle enthält eine weitere Spalte in der ein Korrekturfaktor angegeben ist: W (weak) bedeutet, dass die triboelektrische Aufladung geringer ausfällt, als gemäß dem Wert der Ladungsaffinität erwartet würde, N (normal) bedeutet, dass die Aufladung erwartungsgemäß ausfällt. In der Tabelle ist im Original eine weitere Spalte enthalten, welche die Leitfähigkeit des jeweiligen Stoffes angibt. Diese Spalte musste aus Platzgründen weggelassen werden. Die genauen Messbedingungen zur Ermittlung der Ladungsaffinität sind auf https://www.trifield.com/content/tribo-electric-series/ angegeben. Für Stoffe, die nicht in der Tabelle enthalten sind, sollen diejenigen Werte der Ladungsaffinität gelten, die unter Verwendung des auf der Seite www.trifield.com detailliert beschriebenen Messverfahrens ermittelt werden würden, oder die alternativ mit Hilfe eines ähnlichen Messverfahrens, dass im Rahmen der Messtoleranzen dieselben Werte liefert, ermittelt werden würden. Tabelle 1: Verschiedene Stoffe und deren Ladungsaffinitäten (copyright 2009 AlphaLab, Inc.)

Polyurethane foam	+60	+N
Sorbothane	+58	-W
Box sealing tape (BOPP)	+55	+W
Hair, oily skin	+45	+N
Solid polyurethane, filled	+40	+N
Magnesium fluoride (MgF2)	+35	+N
Nylon, dry skin	+30	+N
Machine oil	+29	+N
Nylatron (nylon filled With Mofo)	+28	+N
Glass (soda)	+25	+N
Paper (uncoated copy)	+10	-W
Wood (pine)	+7	-W
GE brand Silicone II (hardens in air)	+6	+N
Cotton	+5	+N
Nitrile rubber	+3	-W
Wool	0	-W
Polycarbonate	-5	-W
ABS	-5	-N
Acrylic (polymethyl methacrylate) and adhesive side of clear carton-sealing and office tape	-10	-N
Epoxy (circuit board)	-32	-N
Styrene-butadiene rubber (SBR, Buna S)	-35	-N
Solvent-based spray paints	-38	-N
PET (mylar) cloth	-40	-W
PET (mylar) solid	-40	+W
EVA rubber for gaskets, filled	-55	-N
Gum rubber	-60	-N
Hot melt glue	-62	-N
Polystyrene	-70	-N
Polyimide	-70	-N
Slicones (air harden & thermoset, but not GE)	-72	-N
Vinyl: flexible (cleartubing)	-75	-N
Carton-sealing tape (BOPP), sanded down	-85	-N
Olefins (alkenes): LOPE, HOPE, PP	-90	-N
Cellulose nitrate	-93	-N
Office tape backing (vinyl copolymer ?)	-95	-N
UHMWPE	-95	-N
Neoprene (polychloroprene, not SBR)	-98	-N
PVC (rigid vinyl)	-100	-N
Latex (natural) rubber	-105	-N
Viton, filled	-117	-N
Epichlorohydrin rubber, filled	-118	-N
Santoprene rubber	-120	-N
Hypalon rubber, filled	-130	-N
Butyl rubber, filled	-135	-N
EDPM rubber, filled	-140	-N
Tef Ion	-190	-N

Vorzugsweise wird das eine Polymer und das mindestens eine andere Polymer so gewählt, dass der Unterschied zwischen der Ladungsaffinität der Fasern des aus dem einen Polymer gebildeten Fasertyps und der Ladungsaffinität der Fasern des aus dem mindestens einen anderen Polymer gebildeten Fasertyps mindestens 30 nC/J, mindestens 50 nC/J, mindestens 70 nC/J, mindestens 85 nC/J oder mindestens 100 nC/J beträgt. Alternativ kann das eine Polymer und das mindestens eine andere Polymer so gewählt werden, dass der Unterschied der Ladungsaffinität zwischen dem einen und dem mindestens einen anderen Polymer mindestens 30 nC/J, mindestens 50 nC/J, mindestens 70 nC/J, mindestens 85 nC/J oder mindestens 100 nC/J beträgt. Denn die Ladungsaffinitäten der Fasern lassen sich nur schwer ermitteln, die Ladungsaffinitäten werden aber in guter Näherung der Ladungsaffinität der Polymere, aus denen sie hergestellt sind, entsprechen. Unter dem Unterschied der Ladungsaffinitäten soll immer ein positiver Zahlenwert verstanden werden, d.h. der Betrag der Differenz der beiden Ladungsaffinitäten.
Als das eine der Polymere kann vorteilhafterweise Polypropylen, Polycarbonat, Polyactid, Polyamid, Polystyrol, Polyvinylchloridoder ein Gemisch aus diesen Polymeren eingesetzt werden. Diese Polymere zeichnen sich durch vergleichsweise negative Werte (negative Werte mit hohem Betrag) der Ladungsaffinität aus.
Als das mindestens eine andere Polymer kann Nylon, Polyurethan, Zellulose, Polycarbonat, ein Kunstharz, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, PVDF POM, PEEK, PAN, PMMA, Melamin oder ein Gemisch aus diesen Polymeren eingesetzt werden. Diese Polymere zeichnen sich durch vergleichsweise hohe, positive Werte der Ladungsaffinität aus.
Bei einer geeigneten Kombination aus dem einem Polymer und dem mindestens einen anderen Polymer, z.B. wenn die Werte der Ladungsaffinitäten der beiden Polymere einen vergleichsweise großen Unterschied aufweisen, sowie einer geeigneten Anordnung der Düsenbalken, kann überraschenderweise schon durch Reibungsprozesse, die bei der Herstellung des textilen Gebildes auftreten, eine signifikante triboelektrische Aufladung der Polymerfasern erreicht werden.
Ein Grund dafür kann in dem sogenannten „whipping“-Effekt gesehen werden, der bei Meltblow-Spinprozessen praktisch immer auftritt. Der „whipping“-Effekt zeichnet sich dadurch aus, dass die Fasern in einem bestimmten Abstand vom zugehörigen Düsenbalken eine Art Taumel / bzw. Peitschenbewegung ausführen, d.h., die Fasern bewegen sich nicht direkt in die Richtung vom zugehörigen Düsenbalken weg und zur Sammeleinrichtung hin, sondern sie führen zusätzlich schnelle und ausgeprägte Querbewegungen aus. Werden also die Düsenbalken so angeordnet, dass sich die Fasern des ersten Typs (bestehend aus einem ersten Polymer) in relativ kurzem Abstand, d.h. weit bevor die Fasern die Sammeleinrichtung erreichen, mit den Fasern des (mindestens einen) zweiten Typs (bestehend aus einem zweiten Polymer) mischen, finden aufgrund des „whipping“-Effekts, bereits während des Spinn- und Ablageprozesses (in-situ, d.h. bevor die Fasern des ersten Typs und die Fasern des (mindestens einen) zweiten Typs die Sammeleinrichtung erreichen), intensive Reibungsprozesse zwischen den beiden Fasertypen statt.
Als relativ kurzer Abstand, bezüglich des Abstands, an dem sich die beiden Fasertypen das erste Mal zumindest teilweise mischen, soll ein Abstand von höchstens 2 cm, höchstens 5 cm, höchstens 10cm oder höchstens 15 cm zwischen dem Punkt, an dem sich die beiden Fasertypen das erste Mal zumindest teilweise mischen, und dem von diesem Mischungspunkt weiter entfernten Düsenbalken derjenigen beiden Düsenbalken gelten, die zum Verspinnen des einen der Polymere und des mindestens einen anderen Polymers eingesetzt werden. Dieser Düsenbalken wird nachfolgend als der weiter entfernte Düsenbalken bezeichnet. In analoger Weise kann auch als relativ kurze Distanz ein Abstand zwischen dem Mischungspunkt und dem weiter entfernten Düsenbalken angesehen werden, die höchstens 5%, höchstens 10%, höchstens 20%, höchstens 30% oder höchstens 50% des Abstands zwischen der Sammeleinrichtung und dem weiter entfernten Düsenbalken beträgt.
Alternativ oder ergänzend können nach dem Spinn- und Ablageprozess auch die Elektreteigenschaften des textilen Gebildes weiter verbessert werden (oder ggf. überhaupt erst aktiviert werden) indem inline oder offline ein mechanisches Reiben der Fasern, die aus dem einen Polymer bestehen, und der Fasern, die aus dem mindestens einen anderen Polymer bestehen, aneinander verursacht wird.
Alternativ oder um die in den vorherigen Kapiteln beschriebene in-situ Aufladung zu erhöhen, können hierzu die Faserfreisträhle, z.B. höherfrequent, mechanisch und/oder pneumatisch und/oder durch ein (pulsierendes) elektrisches Feld angeregt werden. Hierzu könnte z.B. eine pulsierende Luftströmung und/oder eine Anregung durch Ultraschall eingesetzt werden. Es können dazu aus dem Stand der Technik bereits bekannte Methoden verwendet werden, die eingesetzt werden, um höhere Vliesgleichmäßigkeiten zu erreichen.
Um die Elektreteigenschaften zu verbessern (oder ggf. auch erst zu aktivieren) kann das fertiggestellte textile Gebilde gewalkt oder geknetet werden, z. B. indem es durch eine Schlaufe oder eine Öse gezogen wird. Dass textile Gebilde kann hierzu auch gereckt oder, z.B. mittels eines Filzprozesses, gestoßen werden. Des Weiteren kann das textile Gebilde, z. B. beim Krumpfen/Sanforisieren (vorzugsweise kalt und ohne Feuchtigkeit) gedehnt und/oder relaxiert werden. Eine weitere Möglichkeit, die Fasern zum Schwingen zu bringen oder anderweitig in Bewegung zu versetzen und infolgedessen Reibungsvorgänge auszulösen, besteht darin, das textile Gebilde Vibrationen oder einer Beschallung, z. B. mittels Ultraschalls, auszusetzen. Zur Verbesserung seiner Elektreteigenschaften kann des Weiteren das textile Gebilde auch mit Gasen oder Dämpfen durchströmt werden.
Des Weiteren können auch unterstützend bekannte Verfahren zur elektrischen Aufladung von Fasern in-situ verwendet werden, wie z.B. Hydrocharging oder eine Koronaentladung.
Denkbar ist es auch, dass bei aus mit dem erfindungsgemäßen textilen Gebilde hergestellten Filtern während des Betriebs und/oder in Wartungspausen die Fasern derart in Schwingungen versetzt werden oder anderweitig bewegt werden, dass während des Betriebs und/oder während der Wartungspausen die im Filter enthaltenen Fasern (insbesondere paarweise die Fasern aus unterschiedlichen Stoffen) aneinander reiben und somit triboelektrisch nachgeladen werden. Hierzu kann im Betrieb eine geeignete (z.B. eine turbulente) Luftführung erzeugt werden und/oder eine Beschallung bzw. Vibration verwendet werden. In Wartungspausen können zudem alle übrigen Methoden zum triboelektrischen Nachladen der Fasern eingesetzt werden, die im vorherigen Absatz im Zusammenhang mit der Nachbehandlung des (frisch erzeugten) textilen Gebildes beschrieben sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in also einem einstufigen Prozess, ggf. in Verbindung mit einer vergleichsweise einfachen Nachbehandlung, textile Gebilde erzeugt werden, die einen lagenartigen und/oder graduellen Verlauf (d.h. Gradientenverlauf) des Anteils der gröberen sowie der feineren Fasern aufweisen und deren Fasern potent/effektiv elektrostatisch geladen sind. Da konzentrische Düsen, wie z.B. Biax-Düsen, für die Herstellung der gröberen Fasern verwendet werden, können die gröberen Fasern noch größere Durchmesser aufweisen, als dies bei der Verwendung von Exxon-Düsen üblicherweise der Fall wäre.
Das erfindungsgemäße (plissierbare) textile Gebilde besteht dementsprechend aus Fasern, die mit einem Schmelzspinnverfahren oder mit einem Lösungsmittelspinnverfahren hergestellt sind. Die Fasern setzen sich aus einem ersten Fasertyp, der aus Fasern eines ersten Polymers besteht, und (mindestens) einem zweiten Fasertyp zusammen, der aus Fasern eines zweiten Polymers besteht. Der mittlere Durchmesser der Fasern des ersten Fasertyps ist dabei größer ist als der mittlere Durchmesser des zweiten Fasertyps. Zumindest in einem Teilvolumen des textilen Gebildes weisen die Anteile der Fasern des ersten Fasertyps und der Fasern des zweiten Fasertyps über den Querschnitt des textilen Gebildes einen Gradientenverlauf auf. Zumindest ein Teil der Fasern des ersten und/oder des zweiten Fasertyps ist dabei elektrostatisch geladen.
Unter Verwendung des textilen Gebildes als Filtermaterial können verbesserte Filter hergestellt werden, die über eine hohe Filtrationseffizienz und ein hohes Partikelspeichervermögen (ein hohes Staubspeichervermögen im Falle von Luftfiltern) verfügen. Zudem kann der Durchmesser der gröberen Fasern so groß gewählt werden, dass das Filtermaterial (Vliesmaterial) ohne Substrate, wie z.B. Spinnvliese, eingesetzt werden kann. Insbesondere sind Qualitätsfaktoren von größer 0,2 erreichbar. Der Qualitätsfaktor QF ist hierbei definiert als $QF = (- ln (NaCl%Penetration/100) {Druckverlust in mmH}_{2} O)$
Die genaue Bestimmung des „NaCl% Penetration“ (Durchdringungsfaktor eines unbeladenen Filters) und auch des Druckverlusts kann mit einem Filtertester TSI Model 8130 bei einer Durchströmgeschwindigkeit von 0,1m/s und mit einer 2%igen NaCl Lösung gemessen werden.
Die Sammeleinrichtung ist bevorzugt ein mit einer Ansaugeinrichtung ausgestattetes Transportband oder eine Transporttrommel. Die die Fasern des ersten und des (mindestens) zweiten Fasertyps werden von der Ansaugeinrichtung des Transportbands bzw. der Transporttrommel angesaugt und gemeinsam auf dem Transportband/auf der Transporttrommel abgelegt.
Üblicherweise wird das textile Gebilde aus den Fasern des ersten Fasertyps und den Fasern des (mindestens) zweiten Fasertyps mittels der Sammeleinrichtung so ausgeformt, dass vor und/oder während des Sammelns der Fasern, z.B. durch Ablegen der Fasern auf einem Auffangband oder einer Auffangtrommel, eine Durchmischung der beiden (oder weiterer) Fasertypen stattfindet. Durch das Sammeln der Fasern wird das textile Gebilde ausgebildet. Im fertigen textilen Gebilde sind dann die Fasern des ersten Fasertyps mit den Fasern des (mindestens) zweiten Fasertyps zumindest bereichsweise durchmischt. Der Bereich kann aber so klein sein, dass quasi zwei (bzw. drei oder mehr, falls drei oder mehr Düsenbalken eingesetzt werden) diskrete Lagen vorliegen, die lediglich durch einen sehr dünnen Durchmischungsbereich zusammengehalten werden
Bevorzugt werden die Prozessparameter, z.B. der Winkel zwischen den Austrittsrichtungen des ersten und des (mindestens einen) zweiten Düsenbalkens oder die sonstige räumliche Anordnung der Düsenbalken und der Sammeleinrichtung, so gewählt, dass bei dem erzeugten textilen Gebilde, zumindest in einem Teilbereich, der Anteil der Fasern des ersten Fasertyps und des zweiten Fasertyps einen graduierten Verlauf aufweist. Vorzugsweise erstreckt sich dieser Teilbereich über mindestens 50%, 90% oder 98% des Volumens des textilen Gebildes.
Handelt es sich bei dem textilen Gebilde um einen Vliesstoff, der als Tiefenfiltermaterial für ein elektrostatisch geladenes Filtermedium eingesetzt werden soll, dann wird der Gradient vorzugsweise so ausgebildet, dass auf derjenigen Seite des Vliesstoffes, die im Filter auf der Anströmseite angeordnet werden soll, der Anteil der gröberen Fasern höher ist als der Anteil der feineren Fasern, und auf der Seite, die auf der Abströmseite angeordnet werden soll, der Anteil der feineren Fasern höher ist als der Anteil der gröberen Fasern. Dadurch wird erreicht, dass ein großer Anteil der groben Partikel, bereits im Bereich der gröberen Fasern zurückgehalten wird und die feineren Partikel verstärkt in den Bereichen zurückgehalten werden, in denen der Anteil der feineren Fasern relativ hoch ist. So wird vermieden, dass die Bereiche, in denen der Anteil der feineren Fasern relativ hoch ist, rasch mit groben Partikeln zugesetzt werden. Durch den graduellen Verlauf werden zudem Grenzflächen mit großen Faserdurchmesserunterschieden vermieden, die dazu neigen, dass sich Partikel an diesen anreichern und letztendlich Blockaden verursachen. Infolgedessen wird nahezu der gesamte Querschnitt der Struktur zur Filtration genutzt.
Wird ein erfindungsgemäßer Vliesstoff für die Herstellung eines plissierten Filters verwendet, kann als Tiefenfiltermaterial ein dünnerer Vliesstoff gewählt werden, der jedoch dieselbe Partikel oder Staubaufnahmekapazität hat, wie ein konventionell hergestellter, dickerer Vliesstoff. Bei plissierten Filtern tragen üblicherweise die Falze bzw. Kuppen der Falten nicht oder lediglich minimal zur Filtration bei. Infolgedessen ist Filtrationswirkung von aus den erfindungsgemäßen, dünnen Vliesstoffen hergestellten Filtern besser als bei aus dickeren Vliesstoffen hergestellten Filtern. Denn im Falle der dünneren Vliesstoffe ist die für die Filtration unwirksame Fläche der Falze/der Kuppen der Falten kleiner als im Fall der dickeren Vliesstoffe.
Die Fasern des ersten Fasertyps, d.h., die gröberen Fasern, werden bevorzugt derart ausgesponnen, dass der Mittelwert der Faserdurchmesser größer 10 µm, größer 15 µm, größer 25 µm oder größer 50 µm ist. Der Mittelwert der Faserdurchmesser kann in einem Bereich von z.B. 2 µm bis 200 µm, 5 µm bis 60 µm oder 10 µm bis 30 µm liegen. Bevorzugt liegt der Mittelwert der Faserdurchmesser im Bereich 5 µm bis 60 µm.
Die Fasern des zweiten Fasertyps, d.h. die feineren Fasern, werden bevorzugt derart ausgesponnen, dass der Mittelwert der Faserdurchmesser kleiner 11 µm, kleiner 5 µm oder kleiner 3 µm ist. Die Faserdurchmesser der kleinsten Fasern des zweiten Fasertyps können dabei minimale Durchmesser von bis zu 20 nm erreichen. Die betreffenden Fasern werden vorzugsweise mit einem Lösungsmittelspinnverfahren hergestellt.
Die Mittelwerte der Durchmesser der beiden Fasertypen sollen so weit auseinanderliegen, dass in der Gesamtverteilung der Faserdurchmesser zwei Maxima deutlich erkennbar sind. Eine solche Faserverteilung wird als „bimodale Faserverteilung“ bezeichnet.
Um eine solche bimodale Verteilung der Faserdurchmesser zu erreichen, kann ein erster Düsenbalken verwendet werden, der Düsen aufweist, die einen Durchmesser aus einem Bereich von 500 bis 850 Mikrometer haben, und ein zweiter Düsenbalken verwendet werden, der Düsen aufweist, die einen Durchmesser aus einem Bereich von 100 bis 500 Mikrometer haben.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich bewährt, (als erstes und als zweites Polymer für die Fasern des ersten und zweiten Fasertyps) generell Polymere einzusetzen, die Schmelzflussindizes (nachfolgend: MFI; melt flow index) von kleiner 1000, kleiner 500 oder kleiner 300 haben. Die Ermittlung des MFI soll, falls möglich, gemäß ISO 1133 erfolgen. Ansonsten soll nach der ASTM D1238 vorgegangen werden. In der untenstehenden Tabelle sind weitere Standardbedingungen für verschiedene Polymere aufgeführt. Sind in beiden Normen und in der angegebenen Tabelle keine Standardparameter für die Ermittlung des MFI des betreffenden Polymers vorhanden, soll auf vorhandene Tabellenwerke zurückgegriffen werden, wie z.B. das DIN Taschenbuch „Thermoplastische Formmassen“, die CAMPUS-Datenbank oder die Werkstoffdatenblätter der Hersteller des betreffenden Polymers. Da oftmals für dasselbe Polymer für die Ermittlung des MFI mehrere Parametersätze, insbesondere mehrere Prüftemperaturen und/oder Prüflasten, angegeben sind, soll in einem solchen Fall immer der Parametersatz mit der höchsten Temperatur und ggf. der Parametersatz gewählt werden, der neben der höchsten Temperatur zusätzlich die höchste Prüflast vorgibt. Tabelle 2: Standardparameter für die Messung der MFIs verschiedener Polymere

	Prüflast/kg
Prüftemperatur /°C	0,325	1,2	2,16	3,8	5	10	21,6
125	EVA
150			EVA
190			PE		PE		PE
			EVA		PP		WPC
			POM
200					PS
220						ABS
						SAN
						ASA
230			PP	PMMA	PP
					PVDF
235			PA-12		PA-12	PA-11
			PA-11		PA-11
250			PBT
260			PBT		PMP	PMMI
275					PA
280		PPE/PS	PET	PPE/PS	PPE/PS
			PPE/PS
300		PC	PPE/PS		PA-GF	PPE/PS
					PPE/PS
315					PPS
330			PC			PA6T
340			PC			PEI
343			PSU
360						PES
						PPSU
						PSU
400			PES
			PPSU
			PEEK

Es hat sich auch bewährt, mindestens ein Polymer zu verwenden, das mindestens ein Additiv enthält, das als inneres Gleitmittel (Migrationshilfsstoff) wirken kann, wie z.B. einen Stoff aus der Gruppe der Steramide. Als besonders geeignet hat sich Distearylethylendiamid erwiesen (sogenanntes EBS: Ethylene bis(stearamide), auch bekannt unter dem Handelsnamen Crodamide® EBS).
Vorzugsweise werden Polymere eingesetzt, die mindestens eines der oben genannten Additive, das als Radikalfänger wirken kann und gleichzeitig mindestens eines der oben beschriebenen Additive, das als inneres Gleitmittel wirken kann, enthalten. Eine besonders gute Wirkung dieser Zusätze/Additive wurde in Verbindung mit Polypropylen beobachtet.
Die als Radikalfänger wirkenden Stoffe sind in der Lage, elektrostatische Ladungen vergleichsweise langfristig zu binden. Durch die inneren Gleitmittel wird bewirkt, dass sich Stoffe, die in der Lage sind, Ladungen langfristig zu binden, in einem geschmolzenen Polymer leichter an die Oberfläche des Polymers bewegen können. Da eine elektrostatische Aufladung immer über die Oberfläche erfolgt, steht damit ein größerer Anteil dieser Stoffe für die Bindung der elektrostatischen Ladungen zur Verfügung. Die betreffenden Stoffe haben praktisch keine Wirkung, wenn sie sich im Innern des Polymers (der Polymerfaser) befinden.
Des Weiteren kann mindestens ein Polymer eingesetzt werden, das mindestens ein weiteres Additiv enthält, das in der Lage ist, z.B. physikalisch, zusätzliche Ladungen zu binden, wie z.B. ferroelektrische Keramiken (z.B. Bariumtitanat) oder alternativ ein weiteres Additiv enthält, das dazu geeignet ist, zu verhindern, dass Ladungen, die sich bereits auf den betreffenden Fasern befinden, zu schnell abgegeben werden (d.h. das quasi einen Schutz der vorhandenen Ladungen bewirkt). Hierfür können auch vorteilhafterweise Flourchemikalien, wie z.B. fluorhaltiges Oxazolidinon, fluorhaltiges Piperazin oder ein Stearatester von Pefluoralkholen, eingesetzt werden.
Zur weiteren Verbesserung des Filters können den Fasern des ersten Fasertyps und/oder den Fasern des zweiten Fasertyps Feinstfasern (d.h. Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von kleiner 1 Mikrometer) beigemengt werden. Alternativ oder zusätzlich können den Fasern des ersten Fasertyps und/oder den Fasern des zweiten Fasertyps auch Stapelfasern, z.B. mittels eines sogenannten Rando Webers, oder Partikel, wie z.B. Aktivkohlepartikel, z.B. mittels einer Streurinne, beigemengt werden.
Die Beimengung erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren vor und/oder während der Ausformung des textilen Gebildes in der Sammeleinrichtung. Die Feinstfasern werden üblicherweise nicht als fertige Fasern/Partikel sondern mittels einer separaten Spinneinrichtung, z.B. mittels einer Solution-Blow-Spinneinrichtung, welche die Feinstfasern direkt vor ihrer Beimengung erzeugt, zugegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigen:

1 Einen schematischen Aufbau einer Meltblow-Anlage mit einer Düsenanordnung, die aus einem Exxon- und einem Biax-Düsenbalken besteht,
2 Einen schematischen Aufbau einer Meltblow-Anlage mit einer Düsenanordnung, die aus zwei Biax-Düsenbalken besteht,
3 Einen schematischen Aufbau einer Anlage mit einer Düsenanordnung, die aus einem Solutionblow- und einem Biax-Düsenbalken besteht,
4 Eine schematische Darstellung der Geometrie einer Meltblow-Anlage mit zwei Düsenbalken,

Wie aus der 1 entnommen werden kann, wird beim mehrreihigen Biax-Düsenbalken 1 (mit einem konzentrischen Aufbau) ein flüssiges Polymer 2 in die Polymerzuleitung 4 eingeleitet und tritt am Ende des Düsenrohrs 5 wieder aus. In die Biax-Düsen des Biax-Düsenbalkens 1wird zudem komprimierte Heißluft 6 eingeleitet, die an der Austrittsöffnung 7 als Verstreckluft 8 wieder austritt. Das austretende Polymer 2 wird von der Verstreckluft 8 erfasst, wodurch eine Verstreckung der vom austretenden Polymer 2 gebildeten Polymerfasern bewirkt wird. Die Polymerfasern des Polymers 2 werden auf der Auffangtrommel 9 abgelegt.
Mit Hilfe des Exxon-Düsenbalkens 10 wird ein anderes Polymer 3, das typischerweise einen Wert der Ladungsaffinität aufweist, der sich vom Wert der Ladungsaffinität des einen Polymers 2 stark unterscheidet, zu Polymerfasern gesponnen. Der mittels des Exxon-Düsenbalkens 10 durchgeführte Spinnprozess verläuft ganz ähnlich wie der mittels des Biax-Düsenbalkens 1 durchgeführte Spinnprozess. Der Exxon-Düsenbalken 10 weist jedoch, im Gegensatz zum Biax-Düsenbalken 1, einen linearen Aufbau auf.
Die Polymerfasern des einen Polymers 2 und des anderen Polymers 3 mischen sich auf ihrem Weg zur Auffangtrommel 9 zum ersten Mal, zumindest teilweise, im Mischungspunkt 11. Der Abstand des Mischungspunktes 11 von den beiden Düsenbalken 1, 10 ist nicht maßstäblich gezeichnet und liegt im realen Prozess üblicherweise näher an den beiden Düsenbalken 1, 10 als in den Figuren dargestellt. Die bei der Vermischung auftretenden Reibungsvorgänge führen bereits in-situ zu einer triboelektrischen Aufladung der Polymerfasern. Sofern diese triboelektrische Aufladung nicht ausreicht, können die Polymerfasern des erzeugten Faservlieses durch eine mechanische Nachbehandlung, durch die intensive Reibungsvorgänge zwischen den Polymerfasern (paarweise zwischen den Polymerfasern, die aus dem einen Polymer 2 und die aus dem anderen Polymer 2 bestehen) verursacht werden, triboelektrisch noch weiter aufgeladen werden.
In 2 ist ein ähnlicher Aufbau gezeigt, in dem jedoch zwei Biax-Düsenbalken 1 zum Einsatz kommen, wobei mit dem einen Biax-Düsenbalken 1 ein eines Polymer 2 und mit dem anderen Biax Düsenbalken 1 ein anderes Polymer 2 zu Polymerfasern gesponnen werden. 3 zeigt einen analogen Aufbau, in dem ein Solutionblow-Düsenbalken 12 in Kombination mit einem Biax-Düsenbalken verwendet wird.
In 4 ist schematisch dargestellt, wie prinzipiell die Geometrie einer Meltblow-Anlage, die einen ersten Düsenbalken 13 und einen zweiten Düsenbalken 14 aufweist, eingestellt werden kann. Um erstens eine intensive triboelektrische Aufladung der Fasern zu erreichen und um zweitens den Schichtaufbau der mit der Anlage erzeugten Faservliese gezielt einzustellen, wird erstens die Achse A, B oder C des zweiten Düsenbalkens 14 um einen Winkel θ bezüglich der Achse D des ersten Düsenbalkens 13 verkippt und/oder der Abstand des ersten Düsenbalkens 13 zu der Auffangtrommel 9 variiert. Typischerweise erfolgt eine Verkippung um 15° bis 60°. Zudem kann die Länge der Achse D, d.h., der Abstand des ersten Düsenbalkens 13 zu der Auffangtrommel 9, variiert werden.
Um hochwertige Faservliese zu erhalten, sind die Durchmesser der Kapillaren der Düsen sowie die Anzahl der Düsen, der jeweilige Polymerdurchsatz und die Verstreckluftmengen so zu wählen, dass eine ausreichende Anzahl von feinen und groben Fasern ausgesponnen wird und gleichzeitig ein möglichst homogenes Vlies erzeugt wird. Um eine intensive triboelektrische Aufladung der Polymerfasern zu erreichen, sollte der Mischungspunkt 11 möglichst weit entfernt von der Auffangtrommel 9 liegen.
Durch eine geeignete Wahl der Parameter können generell jeweils Faservliese mit triboelektrisch intensiv geladenen Fasern und mit einem Lagenaufbau, mit einer teilweisen Durchmischung (mit Gradientenstruktur) der beiden Fasertypen oder mit einer vollständigen Durchmischung (weitgehend homogenen nur geringe Gradientenstrukur) der beiden Fasertypen hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Biax Düsenbalken mehrreihig
2: Erstes Polymer
3: Zweites Polymer
4: Polymerzuleitung
5: Düsenrohr mit Kapillare
6: Komprimierte Heißluft
7: Austrittsöffnung für Verstreckluft
8: Verstreckluft (koaxial)
9: Auffangtrommel
10: Exxon-Düsenbalken
11: Mischungspunkt
12: Solutionblow-Düsenbalken
13: Erster Düsenbalken
14: Zweiter Düsenbalken
A, B, C: Achsen des zweiten Düsenbalkens
D: Achse des ersten Düsenbalkens
θ: Kippwinkel zwischen der Achse des ersten Düsenbalkens und den Achsen des zweiten Düsenbalkens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0026659 A1 [0005]
US 8372175 B2 [0006]
DE 102006013170 A1 [0008]
WO 2015/195648 A2 [0009]
EP 2609238 B1 [0012]
EP 1208900 A1 [0013]
US 7628941 B2 [0019]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines textilen Gebildes mit elektrostatisch geladenen Fasern, vorzugsweise zur Verwendung als Filtermaterial für einen Elektretfilter, wobei in dem Verfahren eine Düsenanordnung verwendet wird, die zumindest zwei separaten Düsenbalken aufweist, und mittels des ersten Düsenbalkens ein erstes Polymer zu Fasern eines ersten Fasertyps ausgesponnen wird und mittels des mindestens einen zweiten Düsenbalkens ein mindestens eines zweites Polymer zu Fasern eines zweiten Fasertyps ausgesponnen wird, wobei die Fasern des ersten und des zweiten Fasertyps derart ausgesponnen werden, dass die Fasern des ersten Fasertyps einen größeren mittleren Faserdurchmesser haben als die Fasern des mindestens einen zweiten Fasertyps, wobei ein eines Polymer und mindestens ein anderes Polymer derart gewählt werden, dass sich die aus dem einen Polymer hergestellten Fasern durch Reibungsprozesse mit den aus dem mindestens einen anderen Polymer hergestellten Fasern so stark aufladen, dass eine signifikante Verbesserung der Filtrationsleistung von Filtern erreicht wird, die unter Verwendung des textilen Gebilden hegestellt werden, wobei die Reibungsprozesse vor und/oder bei der Ausformung des textilen Gebildes auftreten und/oder die Reibungsprozesse im Zuge einer Nachbehandlung herbeigeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der triboelektrischen Aufladung der Fasern die Rückhalterate von aus dem textilen Gebilde hergestellten Filtern um mindestens einen Faktor 3 größer ist, als die Rückhalterate von mechanisch gleichen, jedoch elektrisch ungeladenen Filtern.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eines Polymer und mindestens ein anderes Polymer gewählt werden, bei denen der Unterschied zwischen der Ladungsaffinität des einen und der Ladungsaffinität des mindestens einen anderen Polymers mindestens 30 nC/J beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Polymer das erste Polymer ist und gleichzeitig das mindestens eine andere Polymer das mindestens eine zweite Polymer ist oder dass das eine Polymer das mindestens eine zweite Polymer ist und gleichzeitig das mindestens eine andere Polymer das erste Polymer ist.
Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Polymer das mindestens eine zweite Polymer ist und das mindestens eine andere Polymer mittels mindestens eines dritten Düsenbalkens zu einem weiteren Fasertyp ausgesponnen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des ersten Fasertyps, die Fasern des mindestens einen zweiten Fasertyps, die aus dem einen Polymer gesponnenen Fasern und die aus dem mindestens einen anderen Polymer gesponnenen Fasern jeweils entweder mittels eines Schmelzspinnverfahrens oder mittels eines Lösungsmittelspinnverfahren hergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Düsenbalken konzentrische Düsen aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde, nachdem es ausgeformt wurde, mechanisch derart behandelt wird, dass sich die Fasern des textilen Gebildes untereinander reiben.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gebilde, nachdem es ausgeformt wurde, mit Gasen oder Dämpfen durchströmt wird, um es triboelektrisch zu laden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während der Ausformung des textilen Gebildes die Fasern des ersten Fasertyps mit den Fasern des mindstens einen zweiten Fasertyps derart durchmischt werden, dass, zumindest in einem Teilvolumen des textilen Gebildes, die Anteile der Fasern des ersten Fasertyps und der Fasern des mindestens einen zweiten Fasertyps über den Querschnitt des textilen Gebildes einen Gradientenverlauf aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Polymer für die Herstellung der Fasern des ersten Fasertyps ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von kleiner 800 eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung der Fasern des mindestens einen zweiten Fasertyps ein Düsenbalken mit konzentrischen Düsen verwendet wird, und als das mindestens eine zweite Polymer ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von kleiner 2000 eingesetzt wird oder eine Polymerlösung versponnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung der Fasern des mindestens einen zweiten Fasertyps ein Düsenbalken, der Exxon-Düsen aufweist, verwendet wird, und als das mindestens eine zweite Polymer ein Polymer mit einem Schmelzflussindex von größer 300 eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eines der Polymere Polypropylen, Polycarbonat, Polyactid, Polyamid, Polystyrol, Polyvinylchloridoder ein Gemisch aus diesen Polymeren eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das mindestens eine andere Polymer Nylon, Polyurethan, Zellulose, Polycarbonat, ein Kunstharz , Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, PVDF, POM, PEEK, PAN, PMMA, Melamin oder ein Gemisch aus diesen Polymeren eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Polymer und/oder ein mindestens eines zweites Polymer verwendet wird, das mindestens ein Additiv enthält, das Radikale binden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Polymer und/oder ein mindestens eines zweites Polymer verwendet wird, das mindestens ein Additiv enthält, das als inneres Gleitmittel wirken kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Fasern des ersten Fasertyps und den Fasern des mindestens einen zweiten Fasertyps vor und/oder während der Ausformung des textilen Gebildes mittels der Sammeleinrichtung Feinstfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von kleiner 1 µm beigemischt werden.
Textiles Gebilde bestehend aus Fasern, die mittels eines Schmelzspinnprozesses oder mittels eines Lösungsmittelspinnverfahren hergestellt sind, wobei sich die Fasern aus einem ersten Fasertyp, der aus einem ersten Polymer besteht, und einem mindestens zweiten Fasertyp, der aus dem mindestens einen zweiten Polymer besteht, zusammensetzen, wobei der mittlere Durchmesser der Fasern des ersten Fasertyps größer ist als der mittlere Durchmesser der weiteren Fasertypen, und zumindest in einem Teilvolumen des textilen Gebildes, die Anteile der Fasern des ersten Fasertyps und der Fasern der weiteren Fasertypen über den Querschnitt des textilen Gebildes einen Gradientenverlauf aufweisen, wobei zumindest ein Teil der Fasern des ersten und/oder des zweiten Fasertyps triboelektrisch geladen ist, wobei mit dem textilen Gebilde Filter mit einem Qualitätsfaktor von größer 0,2 herstellbar sind.
Textiles Gebilde nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des ersten Fasertyps derart ausgesponnen werden, dass der Mittelwert ihrer Faserdurchmesser größer als 10 µm ist.
Textiles Gebilde nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des zweiten Fasertyps derart ausgesponnen werden, dass der Mittelwert ihrer Faserdurchmesser kleiner als 10 µm ist.