DE2016359B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Fibrillieren einer oder mehrerer Folien aus thermoplastischen, synthe tischen Polymeren - Google Patents

Description

F i g. 8 eine schematische Seitenansicht einer praktischen Ausführungsform der in F i g. 7 dargestellten Vorrichtung mit endlosem Förderband,

F i g. 9 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung mit konischen Mittelwalzen.

In F i g. 1 ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbare Fasereinheit schematich vergrößert dargestellt. Sie besteht aus einem Stamm 1 von relativ großer Breite, einer Vielzahl von willkürlich mit dem Stamm zusammenhängenden Zweigen 2 und einer Vielzahl von Haaren 3, die willkürlich aus dem Stamm 1 und den Zweigen 2 vorstehen. Der Stamm 1, die Zweige 2 und die Haare 3 sind willkürlich und voneinander unabhängig gekräuselt und teilweise gedreht. Durch experimentelle Versuche wurde festgestellt, daß der Titer der Haare 3 an ihrer feinsten Stelle kleiner als 0,2 den ist.

Diese besondere ungleichmäßige äußere Beschaffenheit bietet Vorteile beim Verarbeiten der Fasereinheiten zu Garnen oder Geweben, wie z. B. vergrößerte Zug- und Reißfestigkeit, Voluminosität und bessere hygroskopische Eigenschaften.

Da die Fasereinheit ungleichmäßig aufgebaut ist und eine Ungleichmäßigkeit in der Feinheit, in der Länge, in der Kräuselung und in der Drehung besitzt, haben die daraus hergestellten Textilerzeugnisse fast die gleichen Eigenschaften wie die aus Naturfasern hergestellten Produkte, während die vorteilhaftem Eigenschaften der synthetischen Fasern, wie z. B. ausgezeichneter Widerstand gegenüber chemischen Einflüssen, erhalten bleiben.

In F i g. 2 ist eine mikroskopische Aufnahme des Querschnitts der Fasereinheit dargestellt, um auch deren inneren Aufbau zu zeigen. Es kann festgestellt werden, daß der Querschnitt der Fasereinheit durch eine Mannigfaltigkeit an polygonalen Profilen gekennzeichnet ist und daß der Querschnitt am Umfang und im Innern zahlreiche Klüfte aufweist. Im Vergleich hierzu ist das Querschnittsprofil von nach bekannten Spaltverfahren hergestellten Fasern beträchtlich glatter.

Als Material für die erfindungsgemäße Fasereinheit wird bzw. werden vorzugsweise eine oder mehrere Folien aus thermoplastischen synthetischen Polymeren wie Polypropylen, Polyäthylen, Polyamid, Polyacryl, Polyester, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polyvinylalkohol verwendet.

Die erhaltenen Fasereinheiten gemäß der Erfindung werden vorzugsweise für Textilerzeugnisse wie gewebte oder gestrickte Textilien, Vliesstoffe, synthetische Papiere, Fischernetze, Stoßdämpfer, Wärmeisolatoren, Schallschlucker und Wärmebehälter verwendet.

In F i g. 3 ist die grundsätzliche Ausbildung einer Verstreckvorrichtung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung enthält zwei hintere Walzen 11 und zwei vordere Walzen 12, welche in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Die betreffenden Walzenpaare 11 und 12 bestehen aus drehbaren Oberwalzen 11a und 12« sowie drehbaren Unterwalzen 11b und 12b, die gegen die entsprechenden Oberwalzen 11« und 12<7 gepreßt werden. Vorzugsweise sind die Oberwalzen 11a und 12a am Umfang mit elastischen Belägen 11 c und 12c bedeckt, um auf die Folie und die durch die Vorrichtung geförderten Fasereinheiten eine stabile Klemmwirkung auszuüben. Die Umfangsgeschwindigkeit der Vorderwalzen 12 ist größer als die der Hinterwalzen 11, und zwar um so viel, daß eine ausreichende Verstreck- bzw. Zugfibrillierung der Folie bewirkt wird. Es bildet sich so zwischen den Walzenpaaren 11 und 12 eine Verstreck- bzw. Zugzone 13 aus. Bei der beschriebenen Vorrichtung wird eme bzw. mehrere einachsig vonerstreckte Folien 14 durch die Verstreckzone 13 mittels der Wakenpaare 11 und 12 hindurchgeführt. Innerhalb der Jerstreckzone_13 wird die Folie 14 willkürlich zu einer Menge zahlreicher feiner Fasereinheiten 15 fibrilliert. „_3Rerl

Zur Bestätigung der Vorteile der ^dungsgemaßen Fasereinheit wurden mehrere Versuche durchgeführt. Einige Beispiele sind im folgenden aufgeführt.

Bei allen Beispielen wurde Polypropylen als Polymermaterial verwendet. Das P«¹^?¹^⁶™¹ wurde zu einer Folie von 40 μ Dicke und 650 mm Breite ausgepreßt. Nach dem Auspressen wurde die FoHe mit einem Verstreckverhältnis von 10 bei Temperaturen zwischen 70 und 120⁰C einachs,g verstreckt um eine einachsig verstreckte Folie von 10 μ Dicke und 210 mm Breite zu gewinnen.

Beispiel 1

Es wurde eine einachsig verstreckte Folie der erwähnten Art durch die in F i g. 4 dargestellte Anordnung hindurchgeführt, wobei die Hinter- und Vorderwalzen 11, 12 in ihrer Kombination und Anordnung etwas von der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung abwichen, um eine stabile und feste Klemmwirkung hinsichtlich der Folie zu erzielen. Bei diesem Beispiel wurden als Länge für die Verstreckzone 13 170 mm und als Verstreckverhältnis 3,2 gewählt.

Das erhaltene Resultat ist in der folgenden Tabelle 1 aufgezeichnet. Die erhaltenen Fasereinheiten ließen bei mikroskopischer Betrachtung eine große Ungleichmäßigkeit im Aufbau erkennen.
Tabelle 1

Durchschnittliche Länge der Fasereinheiten

in mm 105,0

Effektive Länge der Fasereinheiten in mm 126,0 Gehalt an kurzen Fasereinheiten in °/o ... 41.5

Die in der Tabelle aufgeführten Meßwerte wurden durch eine Analyse des erhaltenen Stapeldiagramms in der bei Baumwollspinnerei-Prüfverfahren üblichen Weise gewonnen.

In F i g. 5 ist schematisch eine Abwandlung der in F i g. 3 gezeigten Vorrichtung dargestellt. Mit der Vorrichtung nach F i g. 5 wird eine zweistufige Verstreckfibrillierung durchgeführt. Es sind drei Walzenpaare 11, 12 und 16 in gegenseitigem Abstand voneinander angeordnet. Die erste Verstreckzone 17 wird zwischen den Walzen 11 und den Mittelwalzen 16 und die zweite Verstreckzone 18 zwischen den Mittelwalzen 16 und den Walzen 12 gebildet. Es sei die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 11 mit V₁, die der Mittelwalzen 16 mit V₂ und die der Walzen 12 mit V₃ bezeichnet. Sodann muß die folgende Beziehung gelten:

V₁ < V₂ < V₃. (1)

Bezüglich der Länge der entsprechenden Verstreckzonen bestätigte sich, daß bei der mechanischen Anordnung der Walzen die folgende Beziehung eingehalten werden muß:

L₁ > L₂ , (2)

wobei L₁ die Länge der ersten Verstreckzone 17 und L₂ die der zweiten Verstreckzone 18 bedeutet.

Bei dieser Vorrichtung wird die zugeführte vor-

verstreckte Folie 14 zunächst bis zu einem gewissen Maß in der ersten Verstreckzone 17 fibrilliert und, wenn sie in die zweite Verstreckzone 18 gelangt, die teilweise fibrillierte Fasermasse vollständig fibrilliert. Die Folie verläßt die Klemmstelle der Vorderwalzen 12 in Form einer Masse zahlreicher feiner Fasereinheiten 15. Während der Verstreckfibrillierung in der ersten Zone bilden sich im Inneren der Folie zahlreiche Hohlräume bzw. Klüfte, und diese unterstützen wiederum zu einem großen Maß die Fibrillierung der zweiten Zone.

Obgleich in der vorhergehenden Beschreibung nur eine zweistufige Verstreckfibrillierung behandelt worden ist, können die erwähnten Beziehungen (1) und (2) auf Fälle erweitert werden, bei denen für die Fibrillierung drei oder mehr Stufen vorgesehen sind. Es gilt dann

Vi < V_i+1 , (3)

wobei

Lj > Ly₊₁ ,

(4)

Vi =die Umfangsgeschwindigkeit der /. Walzen

(gezählt von den ersten Walzen an),
Vt₊₁ = die Umfangsgeschwindigkeit der i+1. Walzen

(gezählt von der ersten Walzen an),
Lj- die Länge der j. Verstreckzone, die zwischen

den i. und den i+1. Walzen liegt,
Lj₊₁ = die Länge dery+1. Verstreckzone, die zwischen den /+1. und i+2. Walzen liegt.

Durch wiederholte betriebliche Untersuchungen wurde nachdrücklich bestätigt, daß die gewünschte Verstreckfibrillierung erhalten wird, wenn die Vorrichtung den folgenden Beziehungen genügt:

Vi₊₁

ύ 5,0,

0,2 S ^i¹ g 0,9 .
L)

Die im Falle einer zweistufigen Verstreckfibrillierung erhaltenen Ergebnisse werden durch das folgende Beispiel erläutert. Das verwendete einachsig vorverstreckte Folienmaterial war ähnlich dem bei dem vorhergehenden Beispiel verwendeten Material. Die Folie wurde durch die Vorrichtung nach F i g. 6 in der in dieser Figur dargestellten Weise hindurchgeführt.

Beispiel 2

Für die erste Verstreckzone wurde eine Länge von 170 mm festgelegt und für die zweite Verstreckzone eine Länge von 130 ram. Das Verstreckverhältnis der ersten Zone wurde zu 2,5 und das der zweiten Zone zu 1,7 gewählt. Es wurde eine Masse von Fasereinheiten mit verschiedener Konfiguration erhalten. Die Analyse des Stapeldiagramms ist in Tabelle 2 aufgezeichnet.

Tabelle 2 Durchschnittliche Länge der Fasereinheiten

in mm 60,5

Effektive Länge der Fasereinheiten in mm 93,0 Anteil der kurzen Fasereinheiten in % · ·· ⁵²,0

Die erfindungsgemäß hergestellten Fasereinheiten weisen Stapeldiagramme auf, die denen natürlicher Fasern wie Wolle sehr ähnlich sind.

In F i g. 7 ist eine Abwandlung der in F i g. 5 ge-

zeigten Vorrichtung dargestellt. Die Mittelwalzen 16 sind durch ein Paar Endlosbänder 19 ersetzt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Endlosbänder 19 ist so gewählt, daß sie der obengenannten Beziehung (3) genügt. Durch Einfügung dieser Endlosbänder 19 kann ein Schlagen der Fasereinheiten im Augenblick der Fibrillierung wirksam verhindert werden. Der Reibungskontakt der Bandoberflächen mit der teilweise fibrillierten Folie, die annähernd mit der gleichen

ίο Geschwindigkeit wie die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 12 zum Ausgang geführt wird, gewährleistet eine weitere Fortpflanzung der Fibrillierung der Folie. Es stellte sich empirisch heraus, daß die maximale Länge der erhaltenen Fasereinheiten wesentlich von der Entfernung L₃ zwischen der Achse der Hauptwalze des Endlosbandes 19 und der vorderen Klemmstelle abhängt. So kann als eine Nebenwirkung beim Gebrauch dieser Vorrichtung die maximale Länge der Fasereinheiten wie gewünscht dadurch verändert

ao werden, daß lediglich die örtliche Lage der Endlosbänder 19 verstellt wird, während die gegenseitige Lage zwischen den Walzen 11 und 12 aufrechterhalten bleibt.

Beispiel 3

Durch die in F i g. 8 dargestellte Vorrichtung wurde eine einachsig vorverstreckte Folie, wie sie bei den vorhergehenden Beispielen verwendet worden ist, hindurchgeführt. Die Entfernung zwischen der Klemmstelle der ersten Walzen und der Achse der Hauptwalzen des Bandes wurde auf 150 mm festgelegt, die gesamte Länge der Verstreckzone wurde auf 240 mm festgesetzt, und als gesamtes Verstreckverhältnis wurde 1,9 gewählt. Zu Vergleichszwecken wurde der gleiche Folientyp unter den gleichen Prozeßbedingungen durch dieselbe Vorrichtung hindurchgeleitet, nachdem bei dieser die Endlosbänder entfernt worden waren.

Ein Vergleich der Stapeldiagramme der erhaltenen Fasereinheiten bestätigt, daß die Einfügung der Endlosbänder eine merkliche Auswirkung auf die Länge der erhaltenen Fasereinheiten hat.

Tabelle 3	45	Mit Band	Ohne Band
Durchschnittliche Länge der Fa sereinheiten in mm EffektiveLängeder Fasereinheiten 50 in mm Anteil der kurzen Fasereinheiten in %	52 82 61,5	67 132 72,0

In F i g. 9 ist eine weitere Abwandlung der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung dargestellt. Die Mittelwalzen 16 sind durch ein Paar konischer Walzen 20 ersetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die mechanische Anordnung so gewählt werden, daß die kleinste Umfangsgeschwindigkeit der konischen Walze 20 größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 11 und die größte Umfangsgeschwindigkeit der konischen Walze 20 kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 12. Wird der so bemessenen Vorrichtung eine Folie 14 zugeführt, so beginnt der Folienteil, der zwischen dem größeren Durchmesserteil der konischen Walze 20 hindurchläuft, zuerst zu fibrillieren. Die Ursache hierfür liegt im relativ großen Unterschied der Umfangsgeschwindigkeit zwischen der

Walze 11 und dem Teil des größeren Durchmessers 0,053 g/cm und etwa 900 mm Breite erhalten. Diese der konischen Walze 20. In der Zone zwischen den Folie wurde durch die in F i g. 9 dargestellte Vorkonischen Walzen 20 und den Walzen 12 beginnt der richtung hindurchgeführt. Die Entfernungen zwischen Folienteil zu fibrillieren, der im Bereich des kleineren den drei Walzenpaaren wurden auf 200 mm festgelegt. Durchmessers der konischen Walze 20 liegt. Der 5 Die Umfangsgeschwindigkeit der konischen Walzen Grund hierfür liegt im relativ großen Unterschied der war so gewählt, daß das Verstreckverhältnis zwischen Umfangsgeschwindigkeit zwischen dem kleinen Durch- der Walze 11 und dem größten Durchmesser der messer der Konuswalze 20 und der Walzen 12. Da die konischen Walze 2 betrug und das Verstreckverhältnis größte Umfangsgeschwindigkeit der konischen Walze zwischen der Walze 11 und dem kleinsten Durchmesser 20 so gewählt ist, daß sie kleiner ist als die Umfangs- io der konischen Walze 1. Das Verstreckverhältnis zwigeschwindigkeit der Walzen 12, wird der zuerst sehen dem größten Durchmesser der konischen Walze fibrillierte Folienteil einer zusätzlichen Verstreck- und der Walze 12 betrug 1, und das Verstreckverhältnis fibrillierung unterzogen, wenn er die zweite Zone-pas- zwischen dem kleinsten Durchmesser der konischen siert. Es kann bei dieser Vorrichtung in Querrichtung Walze und der Walze 12 betrug 2.
der Folie eine beträchtliche Variation in der Fibrillier- 15 Es konnte beobachtet werden, daß in der ersten wirkung erzielt werden. Verstreckzone die Fibrillierung zunächst in dem

Folienteil einsetzte, der dem größeren Durchmesserteil

Beispiel 4 der konischen Walzen entsprach, und daß sie sich in

der zweiten Verstreckzone auf den restlichen Folienteil

Es wurde eine Polypropylenfolie im Verstreck- au ausbreitete. Die Folie IS war am Ende vollständig zu

verhältnis von 7 bis 8 vorverstreckt und eine einachsig einer Masse zahlreicher feiner Fasereinheiten unter-

vorverstreckte Folie mit einer linearen Dichte von schiedlichen Aufbaus fibrilliert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 mit einem ähnlichen Aufbau wie Naturfasern liefert, Patentansprüche: damit beim Endprodukt die obenerwähnten gewünschten Eigenschaften, durch die sich Textilprodukte

1. Verfahren zum Fibrillieren einer oder mehrerer aus Naturfasern auszeichnen, erhalten werden.
Folien aus thermoplastischen synthetischen Poly- 5 Bei einem Verfahren der einleitend genannten An meren, insbesondere aus Polypropylen, durch Ver- ist dies erfindungsgemäß dadurch möglich, daß die Streckung der Folien, dadurch gekenn- unverstreckten Folien im erwärmten Zustand zuersi zeichnet, daß die unverstreckten Folien im einachsig vorverstreckt werden und anschließend durcl erwärmten Zustand zuerst einachsig vorverstreckt eine erneute Verstreckung fibrilliert werden,
werden und anschließend durch eine erneute io Es hat sich herausgestellt, daß durch eine Ver-Verstreckung fibrilliert werden. streckfibrillierung einer einachsig vorverstreckten Folie

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Fasereinheiten erhalten werden, die sich von den durch zeichnet, daß die erneute Verstreckung zum bekannte Verstreckfibrillierungsverfahren erhaltener Fibrillieren der Folie in mehreren Stufen erfolgt, Fasereinheiten wesentlich im Aufbau unterscheiden wobei die Längen der aufeinanderfolgenden Ver- 15 Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Streckzonen so zu wählen sind, daß jede Verstreck- Fasereinheit besteht aus einem Stamm relativ großei zone jeweils kleiner als die vorangehende Verstreck- Breite, einer Vielzahl willkürlich mit dem Stamm zuzone ist. sammenhängender Zweige und einer Vielzahl feinei

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Haare, die willkürlich aus dem Stamm und den Zweinach Anspruch 2 mit mehreren Streckwalzen, 20 gen hervorstehen, wobei das Ganze dreidimensional dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Streck- gekräuselt und willkürlich gedreht ist. Das Querwalzen der mehrstufigen fibrillierenden Verstreck- schnittsprofil der Fasereinheit ist polygonal und durch vorrichtung konische Walzen sind, deren Umfangs- zahlreiche feine Klüfte im Innern und auf der Obergeschwindigkeit an der Stelle mit dem größten fläche geteilt. Bei dem bekannten Verstreckfibrillier-Durchmesser kleiner ist als die der in Laufrichtung 25 verfahren entstehen hingegen nur Fasereinheiten, der Folie nachgeordneten Streckwalzen und deren die aus einem Stamm und mit diesem zusammen-Umfangsgeschwindigkeit an der Stelle des kleinsten hängenden Zweigen bestehen, d. h., es sind keine feiner Durchmessers größer ist als die der in Laufrichtung Haare vorhanden, die willkürlich aus dem Stamm und der Folie vorgeschalteten Streckwalzen. den Zweigen hervorstehen, und es können auch

30 keine feinen Klüfte im Innern der Fasereinheit beob-

achtet werden. Bei einer Verstreckfibrillierung ohne

Vorverstreckung wird also, wie ein Vergleich dei Herstellungsprodukte zeigt, ein gänzlich anderer Effeki

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fibrillieren erzielt als bei einer Verstreckfibrillierung mit Vorvereiner oder mehrerer Folien aus thermoplastischen, 35 Streckung, der auch nicht durch eine mehrstufige synthetischen Polymeren, insbesondere aus Poly- Verstreckfibrillierung allein erhalten werden kann,
propylen, durch Verstreckung der Folien. Außerdem Vorzugsweise erfolgt das erneute Verstrecken zui

bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Fibrillierung der Foüe in mehreren Stufen.
Durchführung dieses Verfahrens. Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung

Durch die Zeitschrift »Textilpraxis«, 1968, Heft 6, 40 des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die S. 361 bis 363, ist ein Verfahren zur Herstellung von mittleren Streckwalzen der mehrstufigen, fibrillierender Zwirnen aus Polypropylen-Folienbändern bekannt- Verstreckvorrichtung konische Walzen sind, derer geworden, bei dem die Folienbänder in einem Ver- Umfangsgeschwindigkeit an der Stelle mit dem größter hältnis von 1:10 und darüber verstreckt werden. Bei Durchmesser kleiner ist als die der in Laufrichtung hoher Längsfestigkeit sinkt dann die Querfestigkeit so 45 der Folie nachgeordnete". Streckwalzen und derer sehr ab, daß die Polypropylenbänder schon beim Umfangsgeschwindigkeit an der Stelle des kleinster Aufspulen aufzuspalten beginnen. Dreht man sie ein, Durchmessers größer ist als die der in Laufrichtung um ein Garn zu erhalten, dann fasern sie noch weiter der Folie vorgeschalteten Streckwalzen,
auf. Ein solches Polypropylengarn besteht aus faser- Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele ar

förmigen Gebilden unterschiedlicher Feinheit und 50 Hand von neun Figuren näher erläutert. Es zeigt
teilweise auch noch aus ganz schmalen und noch nicht F i g. 1 eine vergrößerte schematische Darstellung

gänzlich aufgefaserten Bändchen. der durch das erfindungsgemäße Verfahren her-

Werden die durch das bekannte Verfahren oder auch gestellten Fasereinheit,

durch andere Fibrillierungsverfahren erhaltenen syn- F i g. 2 eine photographische Darstellung des Quer-

thetischen Fäden zu Geweben, Gewirken usw. ver- 55 Schnitts dieser Fasereinheit,

arbeitet, dann haben die erhaltenen Textilprodukte Γ i g. 3 eine teilweise im Schnitt dargestellte schema-

nicht die Weichheit, die Elastizität, das Wärmehaltungs- tische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchvermögen, die Griffqualität, die Bauschigkeit und die führung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
hygroskopischen Eigenschaften eines Gewebes oder Fi g. 4 eine schematische Seitenansicht einer weiterer

Gewirkes aus Naturfasern. Es wurde festgestellt, daß 60 Vorrichtung, mit der einige Beispiele durchgeführl dies an dem Aufbau der einzelnen Fasereinheiten liegt, wurden,

die durch die bekannten Herstellungsverfahren beim F i g. 5 eine schematische Seitenansicht einer Vor-

Fibrillieren aus den Folien gebildet werden, und aus richtung zur Durchführung einer zweistufigen Verdenen die erhaltenen Fäden zusammengesetzt sind. streckfibrillierung,

Die synthetischen Fasereinheiten unterscheiden sich 65 F i g. 6 eine schematische Seitenansicht einer Vorim Aufbau wesentlich von den Naturfasern. richtung, mit der einige Beispiele durchgeführt wurden,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein F i g. 7 eine schematische Seitenansicht einer modi-

Verfahren anzugeben, das synthetische Fasereinheiten fizierten Vorrichtung,