DE19834008C2

DE19834008C2 - Monofile Bikomponentenfäden des Kernmanteltyps, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19834008C2
Application number: DE19834008A
Authority: DE
Inventors: Rex Delker
Original assignee: Johns Manville International Inc
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: ATE282103T1; US6254987B1; ES2227942T3; DE19834008A1; CA2278962A1; DE59911028D1; EP0976854A1; EP0976854B1; PT976854E

Description

Die Erfindung betrifft Monofile in Form von Bikomponentenfäden des Kernmanteltyps, welche einen Kern umfassen, der ein flüssig-kristallines Polymer enthält, deren Herstellung sowie deren Verwendung insbesondere für die Herstellung von Papiermaschinensieben bzw. Papiermaschinensiebgeweben.

Unter Monofil im Sinne der Erfindung ist ein Endlosgarn zu verstehen, das aus einer einzelnen Endlosfaser besteht, die mit oder ohne Drehung hergestellt ist und die einen Durchmesser von mindestens 0,01 mm aufweist. Es unterscheidet sich von Einzelfilamenten in Form von Kernmantelfäden, welche üblicherweise für textile Zwecke hergestellt werden, insbesondere durch den erheblich höheren Durchmesser.

Monofile werden vor allem für die Herstellung von technischen Artikeln, insbesondere technisch eingesetzten Flächengebilden, verwendet, im Gegensatz zu Multifilamentgarnen, die aus feinen Einzelfilamenten aufgebaut werden und vor allem in der Textilindustrie Einsatz finden.

Monofile in Form von Bikomponentenfäden des Kernmanteltyps sind an sich bereits bekannt und werden zum Beispiel in der EP 0 763 611 A1 beschrieben. Die Kernkomponente ist dort ein Polyester, wohingegen der Mantel ein Polyamid ist. Der Polyester des Kerns kann auch ein flüssig-kristallines Polymer sein. Um die Haftung zwischen Kern und Mantelkomponente zu verbessern, enthält der Mantel ein Polymer, welches die Haftung fördert.

Trotz des Einsatzes eines die Haftung unterstützenden Mittels läßt die Haftung noch zu wünschen übrig, so daß es, insbesondere bei starker mechanischer Belastung, zu einer Trennung von Kern und Mantelkomponente, zumindest teilweise, kommt, was sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des aus solchen Monofilen hergestellten Produktes auswirkt. Auch die Festigkeiten sind noch verbesserungswürdig.

Gemäß der Lehre der japanischen Patentanmeldung JP-07097719-A werden Mehrkomponentenfäden des Kernmanteltyps hergestellt, bei denen der Kern aus einem aromatischen Polyester besteht und der Mantel ein halbaromatisches Polyamid enthält. Hinweise zur Herstellung von Monofilen sind dem Abstract zu dieser japanischen Anmeldung nicht zu entnehmen; auch läßt hier die Haftung zwischen Kern und Mantel zu wünschen übrig.

Schließlich wird in der japanischen Patentanmeldung JP-07243128-A ein Kernmantelfilament beschrieben, das einen flüssig-kristallinen Polyesterkern aufweist und einen Mantel aus thermoplastischem Polymer. Dieses thermoplastische Polymer des Mantels bildet eine sog. Seekomponente und enthält einen anisotropen aromatischen Polyester als sog. Inselbestandteile. Das heißt, der Mantel ist aus einer Matrix aus einem thermoplastischen Polymer aufgebaut, in dem sich größere, mit der Matrix nicht kompatible Einlagerungen befinden.

Obwohl bereits eine Reihe von Monofilen des Kernmanteltyps, bei welchen der Kern ein flüssig-kristallines Polymer enthält, bekannt sind, besteht noch ein Bedürfnis nach verbesserten Monofilen dieser Art.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Monofile in Form von Bikomponentenfäden des Kernmanteltyps zur Verfügung zu stellen, welche einen Kern umfassen, der ein flüssig-kristallines Polymer enthält und einen diesen Kern umschließenden Mantel umfaßt, bei denen der Zusammenhalt zwischen Kern und Mantelkomponente sehr gut ist, die nicht zur Fibrillierung neigen, eine sehr hohe Abriebbeständigkeit und gute Festigkeiten besitzen und bei denen der Mantel eine ausgezeichnete Schutzwirkung für den Kern ausübt.

Diese Aufgabe wird durch Monofile gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Monofile werden in den Ansprüchen 2 bis 9 wiedergegeben.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Monofile gemäß Patentanspruch 10 sowie die Verwendung der Monofile gemäß der Erfindung gemäß den Ansprüchen 11 bis 13

Die Herstellung der Monofile gemäß der Erfindung kann auf folgende Weise geschehen:
Kern und Mantelkomponenten werden in Extrudern jeweils für sich aufgeschmolzen und in einem einstufigen Prozeß in einem Bikomponentenspinnpack versponnen. Nach Verlassen der Spinndüse werden die austretenden Monofile unterhalb der Spinndüse in einem Schacht zum Beispiel mit einem temperierten Gasstrom gekühlt. Es ist auch möglich, die Fäden mit Hilfe einer Flüssigkeit abzukühlen. Dabei werden die Fäden auf eine Temperatur herabgekühlt, die vorzugsweise mindestens 0 bis 30°C unterhalb der Glasumwandlung des Mantelmaterials liegt. Spritzgeschwindigkeit und Abzug (die sog. Spinngeschwindigkeit) werden so aufeinander abgestimmt, daß ein Verzug von mindestens 1 : 5 bis 1 : 30, vorzugsweise 1 : 8 bis 1 : 15, erreicht wird.

Da durch den Spinnverzug und auch durch den Abschreckprozeß die endgültigen Eigenschaften der Monofile bereits festgelegt werden können, ist weder eine Nachverstreckung noch eine Reduzierung des Schrumpfs über einen thermischen Fixierprozeß unter Schrumpfzulassung erforderlich. Es ist auch keine Nachverstreckung erforderlich. Durch Abstimmung der Abzugsbedingungen ist es möglich, den Monofilen eine Teilorientierung zu vermitteln, es können rein amorphe oder auch teil-kristalline Zustände erreicht werden.

Im allgemeinen werden die Monofile nach dem Spinnabzug aufgespult.

Es ist möglich, in einem weiteren Schritt die Monofile zu tempern. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn man das Tempern innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs durchführt. So ist es zum Beispiel möglich, die Temperung bei 200°C zu beginnen und dann kontinuierlich bis auf beispielsweise 270°C zu steigern. Die Temperbedingungen hängen selbstverständlich insbesondere von dem verwendeten Mantelmaterial ab. Die maximale Temperatur sollte 20 bis 30°C unter der Schmelztemperatur des Mantelpolymers liegen.

Als Kernkomponente kann ein übliches flüssig-kristallines Polymer verwendet werden. Es kann ein einziges Polymer zum Einsatz gelangen, es ist aber auch möglich, mehrere flüssig-kristalline Polymere im Gemisch zu nehmen. Dabei sollte das Gemisch in möglichst homogener Form versponnen werden. Anstelle von Gemischen aus rein flüssig-kristallinen Polymeren können auch Gemische aus einem oder mehreren flüssig-kristallinen und einem oder mehreren nicht flüssig-kristallinen Polymeren eingesetzt werden.

Bevorzugt werden als flüssig-kristalline Polymere Polykondensationsprodukte auf Basis von p-Hydroxybenzoesäure und 2,6-Hydroxynaphthoesäure, insbesondere solche, die aufgebaut sind aus 70 bis 80, vorzugsweise 72 bis 74 Mol-% p-Hydroxybenzoesäure und 20 bis 30, vorzugsweise 26 bis 28 Mol-% 2,6-Hydroxynaphthoesäure.

Als Mantelkomponente können übliche Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polypropylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, aber auch Polyethylen-2,6- naphthalat oder Poly-(1,4-bis(hydroxymethyl)-cyclohexanterephthalat zum Einsatz gelangen.

Diese Polyester können allein oder im Gemisch verwendet werden.

Ein geeignetes weiteres Polymer für den Mantel sind Polycarbonate. Polycarbonate sind im Handel erhältlich; als sehr geeignet hat sich das unter der Handelsbezeichnung Makrolon vertriebene Produkt erwiesen. Polycarbonate eignen sich im Rahmen der Erfindung als Mantelkomponente besonders im Gemisch mit anderen Polyestern.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält der Mantel einen oder mehrere elastomere Polyester. Dies sind insbesondere Copolyester auf der Basis von Dicarbonsäuren wie Terephthalsäure bzw. deren Derivate und einem Diol wie 1,4-Butandiol oder Ethylenglykol und einem Polyglykol, insbesondere zum Beispiel dem Polyglykol auf der Basis von Tetrahydrofuran.

Bevorzugt wird Polytetrahydrofuranbutylenterephthalat. Dieser elastomere Polyester kann zum Beispiel durch Polykondensation von Dimethylterephthalat, Butandiol und Polytetrahydrofuran der Formel HO(CH₂CH₂CH₂CH₂O)_nH aufgebaut werden.

n ist ein Mittelwert und kann verschiedene Werte annehmen, entsprechend hoch liegt dann das Molekulargewicht, das in der Größenordnung von etwa 600 bis etwa 2.000, insbesondere in der Größenordnung von 1.000, vorteilhaft ist. Einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1.000 entspricht für n ein Mittelwert von 17.

Der Mantel des monofilen Bikomponentenfadens soll im wesentlichen homogen sein, d. h. keine makroskopisch feststellbare heterogene Struktur aufweisen, wie zum Beispiel eine Matrix mit eingelagerten diskreten Inseln. Bei Gemischen werden einphasige Gemische bevorzugt. Bei Komponenten, die bei der Extrudiertemperatur an sich zweiphasig nebeneinander vorkommen, ist durch starkes Vermischen, zum Beispiel intensives Rühren, für eine entsprechende Homogenisierung zu sorgen.

Geeignete Temperierbedingungen können durch einfache Vorversuche ausgewählt werden, um optimale Eigenschaften zu erhalten. Es ist zweckmäßig, das Tempern über einen gewissen Zeitraum, vorzugsweise über mehrere Stunden, durchzuführen.

Die physikalischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Monofils, wie Festigkeit, Modul, Schrumpf, Schrumpfkraft und Kriechverhalten unter Belastung und Temperatur, werden zu einem großen Teil von den physikalischen Eigenschaften des Kerns bestimmt. Hauptaufgabe des Mantels ist es, den Kern gegen Fibrillation, Abrieb und Anschmutzung zu schützen. Ferner erleichtert der Mantel die Verarbeitung und verbessert das Gebrauchsverhalten.

Die erfindungsgemäßen Monofilamente lassen sich vorteilhaft für eine ganze Reihe von Einsatzzwecken verwenden, wie zum Beispiel Herstellung von Geweben für die Papierherstellung, zum Beispiel für Siebgewebe, wie sie in der Blattbildungspartie, der Preßpartie und der Trocknungspartie von Papiermaschinen erwünscht sind, es lassen sich Filtergewebe herstellen, ferner Förderbandgewebe, beschichtet oder unbeschichtet. Dabei können die Monofilamente beispielsweise lediglich als Schußmaterial eingesetzt werden, es ist aber auch möglich, das Gewebe vollständig aus den erfindungsgemäßen Monofilamten herzustellen. Ein weiterer Einsatzzweck entsprechend hergestellter Gewebe ist die Verstärkungseinlage in Autoreifen; entsprechend hergestellte Gewebe können auch für den Siebdruck verwendet werden.

Es war besonders überraschend, daß die Monofile gemäß der Erfindung erheblich besser gegen Fibrillation geschützt sind, daß sie problemlos umgespult und sowohl als Kett- wie auch als Schußfaden beim Einsatz für die Herstellung von Geweben verwendet werden können. Die Monofile zeichnen sich durch eine besonders geringe Kriechneigung aus.

Durch den Zusatz von Carbodiimid, insbesondere in der Mantelkomponente, läßt sich die an sich schon bereits gute Hydrolysebeständigkeit noch erheblich verbessern. So erhöht sich die Restfestigkeit nach 85 Stunden bei 135°C Sattdampfbehandlung von 85% auf über 90%.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Für den Kern wurde als vollaromatischer Polyester das Produkt Vectra A 910 (LCP) ausgewählt, als Mantelmaterial ein Blend, bestehend zu 96,4% aus dem Polyethylennaphthalat Polyclear N 100 (PEN), zu 3% aus Vectra A 910, wie es auch im Kern verwendet wird, und zu 0,6% aus dem Carbodiimid Stabaxol 1.

Beide Materialien wurden jeweils in einem Extruder aufgeschmolzen und über Zahnradpumpen in ein Bikomponenten-Spinnpack gedrückt. Die Massetemperatur im Pack betrug 330°C. Das Vectra A 910 bildete den Kernstrom, das Blend den rotationssymmetrischen Mantelstrom.

Es wurde eine Spinndüse mit 40 Loch eingesetzt, jede Spinnöffnung mit einer Feinbohrung von 0,80 mm. Die Förderung pro Düsenloch betrug 5,79 g/min für den Kernstrom und 2,48 g/min für den Mantelstrom. Damit nimmt der Kern etwa 70% der Querschnittsfläche, der Mantel etwa 30% der Querschnittsfläche des unter der Düse entstehenden Monofils ein.

Unterhalb der Düse wurden die Monofile in ein Wasserbad mit Umlenkrolle geführt. Die Wassertemperatur betrug 95°C, der Abstand Spinndüse- Wasseroberfläche 20 cm. Hinter dem Wasserbad befand sich ein Abzugsstreckwerk.

Die Spritzgeschwindigkeit betrug rechnerisch 11,82 m/min, die Abzugsgeschwindigkeit des Streckwerks 130 m/min. Daraus ergibt sich ein Spinnverzug von 1 : 11. Dieser Zustand wurde im Wasserbad eingefroren. Hinter dem Streckwerk wurden die Monofile auf Scheibenspulen aus Metall aufgespult.

In einem zweiten Arbeitsschritt wurden die aufgespulten Monofile folgender thermischer Nachbehandlung in einem Umluftofen ausgesetzt:

- Aufheizen von Raumtemperatur auf 160°C in 70 min
- Temperung bei 160°C für 24 h
- Aufheizen von 160°C auf 180°C in 30 min
- Temperung bei 180°C für 24 h, anschließend Abkühlung auf Raumtemperatur (ca. 2 h)

Nach dieser thermischen Behandlung ergaben sich folgende Textilwerte:

Durchmesser: 0,50 mm
Modul: < 60 GPa
spez. Festigkeit: 85 cN/tex
Dehnung bei Bruch: 2,2% bis 2,5%
freier Thermoschrumpf bei 180°C: < 0,1%

Beispiel 2

Als vollaromatischer Polyester wurde ein LCP (Vectra A 910) für den Kern ausgewählt, als Mantelmaterial ein Blend aus einem mit 10% Isophthalsäure modifizierten Polyethylenterephthalat, dessen Anteil 40% an der Mischung ausmacht, und zu 40% aus einem elastomeren Copolyester (Riteflex 655).

Beide Materialien wurden in jeweils einem Extruder aufgeschmolzen und über Zahnradpumpen in ein Bikomponenten-Spinnpack gedrückt. Die Massetemperatur im Pack betrug 285°C. Das Vectra A 910 bildete den Kernstrom, das Copolyester-Blend den rotationssymmetrischen Mantelstrom.

Es wurde eine 40-Loch-Spinndüse eingesetzt, jede Spinnöffnung mit einer Feinbohrung von 0,80 mm. Die Förderung betrug 319,6 g/min, davon 147,3 g/min für den Kernstrom und 172,3 g/min für den Mantelstrom. Der Kern nimmt etwa 45%, der Mantel etwa 55% der Querschnittsfläche des unter der Düsse entstehenden Monofils ein.

Unterhalb der Düse wurden die Monofile in ein Wasserbad mit Umlenkrolle geführt. Die Wassertemperatur betrug 92°C, der Abstand Spinndüse- Wasseroberfläche 8 cm. Hinter dem Wasserbad befand sich ein Abzugsstreckwerk.

Die Spritzgeschwindigkeit betrug rechnerisch 11,82 m/min, die Abzugsgeschwindigkeit des Streckwerks 130 m/min. Der Spinnverzug betrug 1 : 11. Dieser Zustand wurde im Wasserbad eingefroren.

Hinter dem Streckwerk wurden die Monofile auf Scheibenspulen aufgespult. Eine thermische Nachbehandlung (wie in Beispiel 1) fand nicht statt.

Es ergaben sich folgende Textilwerte für die Monofile:

Durchmesser: 0,60 mm
Titer: 3.803 dtex
Modul: 28 GPa
spez. Festigkeit: 40 cN/tex
Dehnung bei Bruch: 2,5% bis 2,8%
Thermoschrumpf bei 180°C: < 0,2%

Claims

1. Monofile in Form von Bikomponentenfäden des Kernmanteltyps umfassend einen Kern, der ein flüssig-kristallines Polymer enthält, und einen im wesentlichen homogenen Mantel, der einen oder mehrere Polyester aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylen-2,6-naphthalat, Poly-(1,4- bis(hydroxy-methyl)-cyclohexanterephthalat, elastomere Polyester, vorzugsweise Polytetrahydrofuranbutylenterephthalt oder Polycarbonat enthält.

2. Monofile nach mindestens einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einer Mischung von 1 bis 5 Gew.-% Polycarbonat und dem Rest zu 100 aus einem oder mehreren Polyestern besteht, die kein Polycarbonat sind.

3. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel 1 bis 15 Gew.-% des flüssig-kristallinen Polymers enthält, aus dem der Kern aufgebaut ist.

4. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einer Mischung besteht, welche 1 bis 20 Gew.-% eines fluorhaltigen Polyolefins und den Rest zu 100 Gew.-% Polyester enthält.

5. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Kerns 40 bis 90% und die Querschnittsfläche des Mantels 10 bis 60% der gesamten Querschnittsfläche des Monofils ausmacht.

6. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Monofil einen runden, ovalen, rechteckigen oder n-eckigen Querschnitt mit n ≧ 3 aufweist.

7. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern zentriert angebracht ist.

8. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern asymmetrisch angeordnet ist.

9. Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und/oder der Mantel 0,1 bis 3 Gew.-% Mono- und/oder Polycarbodiimid als Verschlußmittel enthält.

10. Verfahren zur Herstellung von Monofilen in Form von Bikomponentenfäden des Kernmanteltyps, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kernmaterial, welches ein flüssig-kristallines Polymer enthält, und ein im wesentlichen homogenes Mantelmaterial, welches einen Polyester enthält, als Schmelze durch ein Werkzeug zur Herstellung von Kernmantelfäden extrudiert, die austretenden Monofile unterhalb der Spinndüse mittels eines temperierten Gasstroms oder einer Flüssigkeit auf eine Temperatur abkühlt, welche mindestens 0 bis 30°C unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des Mantelmaterials liegt, wobei man Austrittsgeschwindigkeit (Spritzgeschwindigkeit), ausgedrückt in Volumen pro Fläche und Zeit, und Abzugsgeschwindigkeit so aufeinander abstimmt, daß ein Spinnverzug von 1 : 5 bis 1 : 30, vorzugsweise 1 : 8 bis 1 : 15, erhalten wird und die Monofile gegebenenfalls aufspult und sowie gegebenenfalls tempert.

11. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10 zur Herstellung von Sieben oder Filtern.

12. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10 zur Herstellung von Papiermaschinenbespannungen, insbesondere für die Forming-, die Preß- und die Trockenpartie.

13. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10 zur Verstärkung von Elastomeren.