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Die Erfindung betrifft ein fadenartiges Gebilde aus kristaRinem Kunststoff
mit einem Netzwerk aus vielen molekular orientierten bandartigen Fibrillen yon weniger
als 2 lt Dicke, die sich der Länge nach in regellosen Abständen miteinander
vereinigen und voneinander trennen.
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Fadenartige Gebilde dieser Art sind aus der australischen Patentschrift
211133 bekannt und werden hergestellt, indem man eine in einer Richtung orientierte
Folie aus kristallinem Kunststoff mit einem -Quellmittel behandelt und sie dann
mit Hilfe von mechanischen Kräften (quer zur Orientierungsrichtung hin- und herschwingenden
Walzen) oder Schallwellen in der Orientierungsrichtung in Fibrillen aufspaltet.
Nach den Angaben der Patentschrift weisen diese bekannten fadenartigen Gebilde ungefähr
die gleiche Zugfestigkeit auf wie nach normalen Spinnverfahren hergestellte und
durch Verstrecken orientierte Fäden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fadenartiges Gebilde
zur Verfügung zu stellen, das in dem Zustand, in dem es beim Spinnen erhalten wird,
eine sehr hohe Festigkeit und nach dem Verstrecken eine höhere Festigkeit als nach
herkömmlichen Spinnverfahren erzeugte und dann verstreckte Fäden aus den gleichen
kristallinen Kunststoffen und infolge seiner neuartigen Struktur in einem Fadenverband,
beispielsweise in einem Gewebe, eine ungewöhnlich hohe Deckkraft aufweist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem erfindungsgemäßen fadenartigen
Gebilde die Fibrillen sich in drei Dimensionen unter Bildung des Netzwerkes miteinander
vereinigen und voneinander trennen.
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Unter bandartigen Fibrillen sind Fäserchen zu verstehen, die im Mikroskop
einen bandförmigen Querschnitt zeigen. Die einzelnen Fibrillen sind kürzer als gewöhnliche
Stapelfasern, und wenn man sie für sich allein betrachtet, haben sie das Aussehen
von kurzen orientierten Folienstücken.
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Unter den Begriff »fadenartig« fallen auch einzelne und gesonderte
Stränge, deren Länge ein Vielfaches ihrer größten Querabmessung beträgt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die bandartigen
Fibrillen, vorwiegend in Richtung der Längsachse orientiert.
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Auf dem Gebiet der Cellulosekunstseide ist es schon seit langem bekannt,
Hohlfäden oder Fäden mit schaumartig eingeschlossenen Luftblasen herzustellen. So
beschrieb schon im Jahre 1922 die deutsche Patentschrift 346 830 ein
Verfahren zur Herstellung von Gasblasen enthaltenden Kunstseidefäden aus Viskose,
Kupferammoniakcellulose, anderen Cellulosederivaten, Kollodium oder Gelatine durch
Verspinnen einer Lösung, in der Luft oder ein anderes Gas emulgiert ist. Aus der
deutschen Patentschrift 370 471 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlfäden
aus Cellulose bekannt, nach welchem entweder in der Spinnlösung vor dem Verspinnen
ein Gas unter genügendem Druck gelöst gehalten wird oder der Spinnlösung ein Alkalicarbonat
zugesetzt wird, welches im sauren Fällbad Kohlensäure entwickelt. In beiden Fällen
entstehen Textilfäden, in denen geschlossene Gasblasen enthalten sind. Gemäß der
deutschen Patentschrift 378 711 werden diese eingeschlossenen Gasblasen durch
Abkochen der Fäden in Wasser geöffnet, so daß die den Hohlfaden bildenden Wandungen
erschlaffen. Die britische Patentschrift 253 953 beschreibt ebenfalls die
Herstellung von Hohlfäden aus Cellulosekunstseide durch Verspinnen von Viskose,
die einen leicht verdampfbaren Stoff oder Natriumcarbonat enthält, in ein saures
Fällbad. Gemäß der deutschen Patentschrift 496 085 erhält man Kunstseidefäden,
die ihrer ganzen Länge nach hohl sind, durch Trockenspinnen von Cellulosederivaten
in eine heiße Gasatmosphäre hinein, deren Temperatur beträchtlich üb.er dem Siedepunkt
des verwendeten Lösungsmittels liegt, wobei man die Fäden gleichzeitig bei ihrem
Austritt aus den Spinndüsen durch den mit erhöhter Umlaufgeschwindigkeit in den
Zellen kreisenden Gasstrom einer lebhaften Oberflächenverdampfung unterwirft. Ein
ganz ähnliches Verfahren, das zu dem gleichen Ergebnis führt, ist in der französischen
Patentschrift 868 830 beschrieben. Beim Verspinnen von Viskose, die ein Gasentwicklungsmittel,
wie Alkalicarbonat, enthält, in eine saure Regenerierlösung gemäß der USA.-Patentschrift
2 492 425 entstehen Hohlfäden mit einem dicken Fadenmantel, die im Inneren ihrer
ganzen Länge nach unregelmäßig geformte Hohlräume aufweisen. Die deutsche Patentschrift
508 920 beschreibt ein Verfahren zum Entspannungsspinnen von Viskosekunstseidefäden,
bei dem in der Spinnflüssigkeit unter Druck Luft oder ein anderes Gas frei wird.
Beim Austritt aus der Spinndüse bilden sich dann durch Entspannung Gasblasen, und
es entstehen Fäden, die in ihrem Inneren zahlreiche kleine Gasbläschen in gleichmäßiger
Verteilung enthalten. Gemäß der USA.-Patentschrift 2 200 946 werden wiederum Fäden
aus Cellulosederivaten unter Zusatz von Gase ent--# wickelnden Stoffen zur Spinnlösung
hergestellt. Diese Fäden besitzen ihrer Länge nach unregelmäßige, durch Gasblasen
verursachte Auswüchse an der Oberfläche.
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Die Herstellung der fadenartigen Gebilde gemäß der Erfindung erfolgt
durch Auspressen einer Lösung des kristallinen Polymerisats, die unter autogenem
oder höherem Druck steht und deren Temperatur über dem Normalsiedepunkt des Lösungsmittels
liegt, durch eine Düse in eine Zone niedrigeren Druckes. Der Normalsiedepunkt däs-Lösungsmittels
soll um mindestens 251 C über dem Erweichungspunkt des Polymerisats liegen,
und das Lösungsmittel soll das fadenbildende Polymerisat bei der erhöhten Arbeitstemperatur
in genügendem Ausmaße lösen, so daß bei dieser Temperatur eine homogene Lösung vorliegt.
Vorzugsweise wird die Polymerisatlösung bei einer Temperatur ausgepreßt, die um
mindestens 400 C über dem Normalsiedepunkt des Lösungsmittels liegt, und
das Lösungsmittel wird größtenteils durch Entspannungsverdampfung ohne Wärmezufuhr
von außen her abgetrieben. Vorzugsweise wird die Lösung vor ihrem Austritt aus der
Düse einer gesteuerten Druckentspannung unterworfen. Das fadenartige Gebilde kann
aus der Düse mit Geschwindigkeiten von mindestens 4570 ni/Min. und vorzugsweise
mit viel höheren Geschwindigkeiten abgezogen werden.
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Zur Erzielung hoher Produktionsgeschwindigkeiten wird die Lösung zweckmäßig
in Luft von Atmosphärendruck ausgepreßt. Die Lösung kann durch eine Düse direkt
in die freie Umgebung ausgepreßt werden, man kann sie aber auch vor dem Austritt
aus der Düse einer gesteuerten Druckentspannung
unterwerfen, indem
man sie z. B. eine Kammer oder ein Rohr passieren läßt, das einen größeren Durchmesser
als die Düsenaustrittsöffnung hat. Bei vielen Polymerisat-Lösungsmittel-Kombinationen
kann die Spinngeschwindigkeit mehr als 4570m/Min. und vorzugsweise bis zu
9150 oder sogar 13 700 m/Min. betragen.
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Die Temperatur- und Druckbedingungen in dem Spinnbehälter sollen ausreichen,
damit der größte Teil des Lösungsmittels unmittelbar nach dem öffnen des Ventils,
d. h. sofort bei der Druckentspannung, durch Entspannungsverdampfung abgetrieben
wird. Dieses Ventil stellt einen Teil der Spinnanlage dar und kann vor oder hinter
der Austrittsöffnung angeordnet sein. Das Verfahren arbeitet bei einer Auspreßtemperatur
(Temperatur der Lösung unmittelbar vor dem Auspressen), die wesentlich, vorzugsweise
um mindestens 40' C, über dem Normalsiedepunkt des Lösungsmittels liegt.
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Die rasche und wesentliche Verringerung des auf der eingeschlossenen
Polymerisatlösung lastenden Druckes beim öffnen der Auspreßöffnung führt zu einem
heftigen Entweichen des Lösungsmittels, das zahlreiche Auseinanderreißungen des
ausgepreßten Materials in Längsrichtung verursacht. Es ist überraschend, daß man
trotz der nahezu explosionsartigen Natur dieses Vorganges endlose Stränge erhält.
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Zur Erzielung bester Ergebnisse soll die Lösung mindestens 5Gewichtsprozent
fadenbildendes Material enthalten, der Polymerisatgehalt kann auch auf etwa 701/o
erhöht werden, vorzugsweise beträgt er aber weniger als 30%. Wenn für eine gegebene
Spinnanlage die Konzentration der Lösung zu niedrig ist, wird das Polymere auseinandergeblasen,
und man erhält kein zusammenhängendes Erzeugnis. Wenn bei der gleichen Spinnanlage
die Lösungstemperatur zu hoch ist, kann das polymere Material je nach den
thermischen Eigenschaften des Lösungsmittels schmelzen oder auseinandergeblasen
werden. Wenn umgekehrt für die betreffende Spinnanlage die Konzentration der Lösung
zu hoch oder die Temperatur der Lösung im Spinnbehälter zu niedrig ist, kann sich
ein schaumförmiges, nicht fibrillenartiges Produkt bilden. Es ist wichtig, daß der
Siedepunkt des Lösungsmittels wesentlich unter dem Schmelzpunkt des Kunststoffs
liegt und daß das Lösungsmittel bei der Auspreßtemperatur einen erheblichen Dampfdruck
aufweist.
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Bei konstanten Bedingungen von Konzentration, Temperatur und Druck
bestimmt sich das Gewicht des Produkts je Längeneinheit durch die Größe,
Form (Auslaß und Innenfläche) und Länge der Düseneinheit. Der Querschnitt der Spinndüse
einschließlich des Ventils oder anderer, vor der Austrittsöffnung gelegener Verengungen
und die Menge des in dem die Austrittsöffnung erreichenden Gutstrom enthaltenen
Dampfes bestimmt die Gesamtform des entstehenden endlosen bzw. zusammen-
hängenden
Stranges.
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Das Verfahren kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Bei kontinuierlicher Durchführung wird die Polymerisatlösung auf die Temperatur
erhitzt, bei der die günstigsten Bedingungen für das Erspinnen von fadenartigen
Erzeugnissen der gewünschten Struktur herrschen. Man kann die Lösung der Austrittsöffnung
mittels einer Dosierpumpe zuführen. Dabei können mehrere Behälter zur Ergänzung
der Lösung und mehrere Druckbehälter zum Erhitzen der Lösung auf den notwendigen
Druck verwendet werden. Die Lösungen werden dann abwechselnd aus diesen Behältern
entnommen und durch die Austrittsöffnung ausgepreßt. Man kann aber auch das fadenbildende
Polymerisat und das Lösungsmittel kontinuierlich vermischen, erforderlichenfalls
durch einen Wärmeaustauscher leiten und dann stetig durch die Austrittsöffnung ausstoßen.
Das fadenbildende Polymerisat kann auch in dem zum Spinnen dienenden Lösungsmittel
selbst hergestellt, z. B. durch Polymerisation gewonnen werden, so daß man unmittelbar
eine Lösung der richtigen Konzentration erhält. Diese Arbeitsweise bietet Vorteile,
da in der Spinnlösung verschiedene andere Stoffe enthalten sein können, ohne den
Spinnvorgang zu stören. Die homogene Polymerisatlösung kann verschiedene Farbstoffe,
Antioxydationsmittel, Fette usw. und sogar geringe Mengen an unlöslichen Verbindungen
enthalten, deren Teilchengröße wesentlich unter der Größe der Düsenöffnung liegt,
z. B. Katalysatorrückstände, Tone, Pigmente, Asbest, Gasruß, Siliciumdioxyd, Vernetzungsbeschleuniger,
Inhibitoren usw. Selbst bei einem größeren Gehalt an Verunreinigungen in der Spinnlösung
wird auf Grund des feinen Unterteilungszustandes des Polymerisats in dem Produkt
ein sehr weißes bis schneeweißes Produkt erhalten. Wenn das Polymerisat zur Verfärbung
bei höheren Temperaturen neigt, wird die Luft in dem Spinnbehälter vorteilhaft durch
ein inertes Gas ersetzt.
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Die fadenartigen Gebilde gemäß der Erfindung bestehen aus kristallisierbaren,
fadenbildenden synthetischen Kunststoffen. Zu solchen Kunststoffen gehören Kohlenwasserstoffpolymerisate,
wie beispielsweise Polyäthylen, Polyamide, wie Polyhexamethylenadipinsäureamid,
Polyhexamethylensebacinsäureamid und Polyeaprolactam, Polyester, wie Polyäthylenterephthalat,
Polycarbonate, Polyurethane, Polyäther, wie Polyformaldehyd, andere Kohlenwasserstoffpolymerisate,
wie Polypropylen, Polyisobutyläthylen, kristallisierbare Mischpolymerisate des Äthylens
mit Alkenen und Vinylacetat.
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Als Lösungsmittel sind diejenigen Verbindungen besonders geeignet,
die bei höheren Temperaturen und Drücken homogene Lösungen bilden. Hierzu gehören
die aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie Benzol und Toluol, aliphatische Kohlenwasserstoffe,
wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan und deren Isomere und Homologe, alicyclische
Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan, Alkylhalogenide, wie Methylenehlorid, Tetrachlorkohlenstoff,
Chloroform, Äthylchlorid, Methylchlorid, Alkohole, Ester, Äther, Ketone, Nitrile,
Amide, fluorierte Verbindungen, wie Fluorkohlenwasserstoffe, Schwefeldioxyd, Nitromethan,
Wasser und Gemische derselben.
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Beim Entspannungsspinnen flndet ein sehr rasches Verdampfen des Lösungsmittels
nach dem Austritt aus der Düse statt. Dies führt zu einer sehr schnellen Vergrößerung
der Dampfblasen und zur Bildung von äußerst dünnen bandartigen Fibrillen unter gesteuerten
Bedingungen. Die sehr feinen Fibrillen haben im Verhältnis zu ihrem Volumen naturgemäß
eine große Oberfläche, wodurch ein schneller Wärmeübergang von dem Polymerisat zur
Außenluft und eine rasche Verdampfung des restlichen Lösungsmittels
zustande
kommt. Hierdurch wird die beim Spinnen erzeugte Orientierung gewissermaßen eingefroren.
Daher ist das aus Fibrillen bestehende fadenartige Gebilde kristallin und orientiert,
was auch die Ursache für die hohe Festigkeit des Fadens ist, da die einzelnen molekular
orientierten Fibrillen über die ganze Länge und Breite des iadenartigen Gebildes
hinweg wieder mit solchen Fibrillen verbunden sind.
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Die meisten der Struktureinheiten der fadenartigen Gebilde sind äußerst
schmale Fibrillen, die wie sehr dünne Bänder aussehen und untereinander in drei
Dimensionen verbunden sind. Die einzelnen Fibrillen weisen im allgemeinen kaum freie
Enden auf. Die fadenartigen Gebilde weisen in dem Zustand, wie sie beim Spinnvorgang
anfallen, eine sehr hohe Festigkeit und nach dem Verstrecken eine erheblich höhere
Festigkeit auf als solche Fäden, die bei gleicher chemischer Zusammensetzung nach
dem üblichen Spinnverfahren hergestellt und dann verstreckt worden sind. Dies ist
wahrscheinlich auf das »Einfrieren« der sich beim Spinnen ausbildenden Orientierung
zurückzuführen.
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Unabhängig von dem äußeren Aussehen wird beim Auseinanderziehen des
fadenartigen Gebildes in seiner Querrichtung eine feine, netzartige Struktur beobachtet.
Bei Betrachtung des ungereckten Produkts unter geringer (8facher) Vergrößerung erscheint
ein Teil der Fibrillen intermittierend mit anderen feinen Fibrillen vereinigt. In
anderen Zonen tritt eine Vielzahl dieser feinen Fäden zu einem dickeren Strang
zusammen, der sich an anderen Stellen wieder in eine größere Zahl feinerer
Fibrillen mit unterschiedlichem Titer trennt.
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Besonders gute physikalische Eigenschaften werden erreicht, wenn das
fadenartige Gebilde aus einem Polymerisat, wie einem Kohlenwasserstoffpolyinerisat,
insbesondere von hohem Molekulargewicht, besteht. Gute Eigenschaften besitzen auch
die fadenförmigen Gebilde aus Polykondensationsprodukten, wie Polyhexamethylenadipinsäureamid.
Die fadenartigen Erzeugnisse können eine Reißfestigkeit von mehr als
13 g/den
aufweisen. Die Tabelle I zeigt eine Gegenüberstellung von durch Entspannungsspinnen
hergestellten fadenartigen Gebilden aus Polyäthylen in seinen Eigenschaften gegenüber
den besten, durch Lösungsspinnen oder Schmelzspinnen gewonnenen Fasern aus linearem
oder verzweigtkettigem Polyäthylen.
| Tabelle 1 |
| Entspannungs- Schmelz- |
| 1 |
| gesponnen - |
| Reißfestigkeit, g/den 10 ' 7 11,4 |
| Bruchdehnung, D/o ...... 9,1 7,6 |
| Elastizitätsmodul, g/den 174 199 |
Ferner besitzen die fadenförmigen Gebilde infolge ihrer äußerst großen Fibrillenoberfläche
im Verhältnis zum Volumen und der sich daraus ergebenden Lichtstreuung in einem
Fadenverband eine sehr hohe Deckkraft. Bereits in ersponnenem Zustand ist die Deckkraft
dieser Gebilde besser als diejenige von Baumwolle.
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Die meisten der bandartigen Fibrillen sind bei den fadenartigen Gebilden
gemäß der Erfindung bereits unmittelbar nach dem Erspinnen molekular orientiert.
Dies ist ungewöhnlich und überraschend, da Fäden in frisch ersponnenem Zustand normalerweise
keine molekulare Orientierung aufweisen. Je
nach der besonderen Art der Herstellung
des Produktes kann die Orientierung entweder eine sogenannte uniplanare Orientierung
oder eine Orientierung von höherer Ordnung, z. B. eine uniaxiale Orientierung oder
sogar eine selektive uniaxiale Orientierung sein. Die verschiedenen Orientierungsarten,
die bei den erfindungsgemäßen fadenartigen Gebilden auftreten können, und ihre Eigenschaften
sind z. B. in dem Werk »X-ray Diffraction of Polycrystalline Materials« von H.
S. D e i s e r und Mitarbeitern, London, 1955, S. 489 bis 493, beschrieben.
In Anbetracht der äußerst geringen Dicke der bandartigen Fibrillen läßt sich die
Orientierung sehr gut nach der Methode der Elektronenbeugung messen.
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Wenn fadenartige Polyäthylengebilde gemäß der Erfindung hergestellt
werden, können sie, den gleichen Behandlungen unterworfen werden, die im allgemeinen
als für die Modifizierung von nach bekannten Methoden erhaltenen Polyolefinfäden
günstig gelten.
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Die erfindungsgemäßen fadenartigen Gebilde sind auch Pfropfbehandlungen
und verschiedenen anderen Modifizierungsverfahren zugänglich.
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Die durch Entspannungsspinnen gewonnenen Produkte können gegebenenfalls
verzwirnt werden, oder sie können einer zusätzlichen Reckung bei Raumtemperatur
oder höheren Temperaturen unterworfen werden, um ihnen eine zusätzliche molekulare
Orientierung zu erteilen. Durch zusätzliches Verstrecken kann man zu fadenartigen
Gebilden gelangen, deren Reißfestigkeit höher als diejenige der Baumwolle und gleichwertig
oder überlegen derjenigen von Polyamidfäden ist und die aber hinsichtlich ihres
Elastizitätsmoduls der Baumwolle und den Polyamiden überlegen sind.
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Die fadenartigen Polyäthylengebilde sind auf Grund ihrer hohen chemischen
Beständigkeit, niedrigen Dichte und ihrer Beständigkeit gegen Mikroorganismen, Säuren
und Basen besonders wertvoll. Die äußerst geringen Kosten, zu denen sie auf Grund
des hohen Ausstoßes, der Einfachheit des Herstellungsverfahrens und der Billigkeit
der Ausgangsstoffe zur Verfügung stehen, ermöglichen ihre Verwendung zur Herstellung
von Fischnetzen, Zeltstoffen, billigen Stoffen für Behälter u. dgl. für das Versand-
und Transportwesen, wie grober Leinwand, Planen und Segeln. Sie eignen sich ferner
zur Herstellung von Filtertüchern zum Filtrieren korrodierend wirkender Flüssigkeiten
bei Temperaturen bis zu 100o C, Sitzbezügen, Regenmänteln, Teppich- und Läuferunterlagen
und für die Erzeugung von Textilstoffvliesen für die Papierherstellung.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 die Längsansicht des erfindungsgemäßen fadenartigen Gebildes,
F i g. 2 im Querschnitt die Struktur des Fadens in 420facher Vergrößerung,
F i g. 3 das fadenartige Gebilde beim Spinnen, F i g. 4 das fadenartige
Gebilde, das zunächst beim Spinnen zwei geteilte Strangsegmente aufweist, F
1 g. 5 bis 7 im Querschnitt eine Düse 4 mit Austrittsöffnung
3, wobei die Austrittsöffnung 3 nach
F i
g. 7 in der trichterförmigen Fläche der Spinndüse zurückversetzt ist, F i
g. 8 eine graphische Darstellung der Bedingungen, bei denen mit Polyäthylen
als Kunststoff und Cyclohexan als Lösungsmittel ein fibrillöses fadenartiges Erzeugnis
erhalten wird, und F i g. 9 eine der F i g. 8 entsprechende Darstellung
der Arbeitsbedingungen, wenn als Polymerisat Polyäthylen und als Lösungsmittel Methylenchlorid
verwendet wird.
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Das zur Herstellung der fadenartigen Gebilde gemäß der Erfindung angewandte
Entspannungsspinnverfahren kann gekennzeichnet werden, indem man die Mindestbedingungen
an Lösungsmittelgehalt und Temperatur der zu verspinnenden Ausgangskunststofflösung
definiert. Alle möglichen Kombinationen von Lösungskonzentration und Temperatur
können in drei Zonen unterteilt werden, die in F i g. 8 für das System Polyäthylen-Cyclohexan
und in F i g. 9 für das System Polyäthylen-Methylenehlorid dargestellt sind.
In jeder dieser allgemein typischen graphischen Darstellungen stellt die Gerade
1 eine Reihe von Polyäthylenkonzentrationen und Temperaturen dar, die die
ungefähre Grenzlinie zwischen den Bedingungen, unter denen die fadenartigen Gebilde
gemäß der Erfindung entstehen, und den Bedingungen bildet, unter denen ein schaumartiges
Produkt entsteht. Die Gerade 2 stellt eine ähnliche Grenzlinie zwischen den Bedingungen
für die Entstehung von gesinterten Produkten und denjenigen für die Entstehung anderer
fibrillenartiger und schaumförmiger Produkte dar.
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In den folgenden Beispielen beziehen sich alle Teil- und Prozentangaben,
wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht.
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Beispiel 1
Es werden 100Teile eines 13%igen Gemisches aus Linearpolyäthylen
mit einem Schmelzindex von 0,36 und Methylenchlorid hergestellt. Das Gemisch
wird unter Rühren in einem geschlossenen Behälter auf 200" C erhitzt, wobei
man eine homogene Lösung erhält, deren autogener Druck 42,2 at beträgt. Der dabei
verwendete Behälter ist mit einem geradlinigen Nadelventil mit einem Ventilkörper
aus einer geschmiedeten Legierung versehen, das zu einer runden Austrittsöffnung
von 1,27 mm Durchmesser und 1,52 mm Länge führt. Beim plötzlichen
öffnen des Ventils wird die Lösung mit einer Geschwindigkeit von 4572 m/Min. zu
einem netzartigen Fadenstrang ausgespritzt. Der Ausstoß der einzelnen Austrittsöffnung
beträgt etwa 15,9 kg Polymerisat je
Stunde. Das fadenförmige Gebilde
besitzt im ersponnenen Zustand einen Titer von 300 den, eine Reißfestigkeit
von 1,5 g/den, eine Bruchdehnung von 50% und einen Elastizitätsmodul von
4 g/den. Nach Drehung mit 197 Drehungen je Meter unter Verstreckung
über einer heißen Platte mit einer Temperatur von 1101 C auf das 3fache beträgt
die Reißfestigkeit 8,0 g/den, die Bruchdehnung 13 % und der Elastizitätsmodul
100 g/den.
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Wenn diese Polyäthylenlösung unter den gleichen Bedingungen durch
eine rechteckige Schlitzöffnung von 0,51 mm Höhe, 5,33 mm Breite und
1,27 mm Länge ausgepreßt wird, erhält man einen fibrillierten Faden.
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Das Verfahren kann unter den gleichen Arbeitsbedingungen auch mit
einem Gemisch aus 90% Methylenchlorid und 101/o Butan als Lösungsmittel, durchgeführt
werden.
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Beispiel 2 Nach dem Verfahren des Beispiels
1 wird unter Verwendung
einer runden Austrittsöffnung von
1,91 mm Länge und
1,91
mm Durchmesser ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von
0,5 verformt;
die Temperatur- und Konzentrationswerte sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.
| Tabelle II |
| Versuch Lösungsmittel Temperatur Konzentration
Produktart |
| Nr. |
| - |
| OC 0/0 |
| 1- Methylenchlorid 210 7,0 Zusammenhängender
hochfibrillierter Fadenstrang |
| 2 Methylenchlorid 200 10,1 Fester, voluminöser, zusammenhängender,
hochfibril- |
| lierter Fadenstrang |
| 3 Methylenchlorid 170 7,0 Fester, fibrillierter
Fadenstrang |
| 4 Methylenehlorid 180 10,1 wie 3 |
| 5 Methylenchlorid 190 13,0 wie
3 |
| 6 Methylenchlorid 200 15,7 wie 3 |
| 7 Methylenehlorid 210 18,3 wie 3 |
| 8 Methylenchlorid 210 20,7 wie 3 |
Beispiel
3
Eine 101/oige Lösung eines Linearpolyäthylens (Schmelzindex
0,5) in Cyclohexan von
195'C, die stetig unter einem Druck von
126,6 at erzeugt wird, wird zunächst einer Druckentspannung auf
35,2 at unterworfen, indem man sie durch ein Nadelventil leitet, und dann
unter weiterer Entspannung auf Atmosphärendruck in einen offenen Behälter auspreßt.
Dabei wird eine Austrittsöffnung von
0,76 mm Durchmesser und
0,76
mm Länge verwendet, der das im Beispiel
1 verwendete Ventil vorgeschaltet
ist. Der endlose fibrillierte Fadenstrang bildet sich mit einer Geschwindigkeit
von
10 973 m/Min.; er besitzt einen Titer von
250 den, eine Reißfestigkeit
von
1,0 g/den, eine Bruchdehnung von
93 % und einen Elastizitätsmodul
von
2,8 g/den. Nach dem Recken besitzt dieses Fadengut einen Titer von 134
den, eine Reißfestigkeit
von
2,5 g/den, eine Bruchdehnung
von 30% und einen Elastizitätsmodul von 24 g/den.
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Beispiel 4 Eine Lösung von Linearpolyäthylen in Methylenchlorid mit
einem Polyäthylengehalt von 1311/o wird bei 1971C und einem Druck von 51,Oatü
(mittels Bombenstickstoff erzeugt) unter Verwendung der Spinndüse gemäß Fig.7 dem
Entspannungsspinnverfahren unterworfen. Die Spinndüse gemäß F i g. 7
erweitert
sich innen unter einem Winkel von 120' und nach außen unter einem Winkel von
87', und zwar von der Austrittsöffnung aus, die einen Durchinesser von 1,02
mm und eine Länge von 1,27 mm aufweist, auf einer Strecke von 12,70
mm. Es wird ein glattes netzartiges Fadengut mit ungewöhnlich hoher Reißfestigkeit
erhalten, das sich während eines Teiles des Spinnvorganges zunächst in zwei Stränge
spaltet und später in Form eines Einzelstranges zu-sammengeführt wird. Der
in zwei Stränge unterteilte Teil des fadenartigen Gebildes ist in F i
g. 4 dargestellt. Das Fadengut besitzt einen Titer von 300 den, und
seine Reißfestigkeit (im frisch gesponnenen Zustand) schwankt zwischen
3 und 4,5 g/den.
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Beispiel
5
Eine Lösung von Linearpolyäthylen in Methylenchlorid
mit einem Polyäthylengehalt von 13% wird bei
1951 C und 43,9 at durch eine
runde Austrittsöffnung von 1,24 mm Länge und 1,02
mm Durchmesser ausgepreßt,
der keinerlei Verengung vorgeschaltet ist. Unmittelbar hinter der Spinndüse befindet
sich ein Düsenteil, der sich unter einem Gesarntwinkel von
901 auf einer
Strecke von 12,7 mm erweitert. Es entsteht ein netzartiges filmförmiges Material,
das bereits im frisch gesponnenen Zustand eine sehr hohe und nach dem Verstrecken
bzw. nach dem Drehen und Verstrecken eine ungewöhnlich hohe Reißfestigkeit aufweist.
| Tabelle III |
| Eigenschaften: |
| Titer 1 Reißfestigkeit Bruchdehnung Elastizitätsmodul |
| den g/de, 0/» g/den |
| Behandlung des Fadengutes im frisch gesponnenen |
| Zustand .......... .......... ................ 406
2,7 75 2,1 |
| Zu Konusspulen aufgespult und gereckt ............ 112
14,8 7,7 205 |
| Zu Konusspulen aufgespult, gedreht und gereckt .... 96
15,6 7,5 233 |