DE2240437A1

DE2240437A1 - Hochfeste und dimensionsstabile spinnvliese und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2240437A1
Application number: DE2240437A
Authority: DE
Inventors: Lueder Dipl Ing Dr Gerking; Ludwig Dr Hartmann; Paul Dr Maahs; Ivo Dipl Ing Ruzek; Guenther Worf
Original assignee: Lutravil Spinnvlies GmbH and Co
Current assignee: Lutravil Spinnvlies GmbH and Co
Priority date: 1972-08-17
Filing date: 1972-08-17
Publication date: 1974-03-21
Also published as: FR2196415B1; DE2240437B2; GB1431400A; JPS49124376A; FR2196415A1; NL7311401A; US3975224A; IT992893B; BE803747A

Description

Unser Zeichens O₀Z. O588/OIO2I Gr/Wil 6750 Kaiserslautern, eic··.- lc.c.iy/2

Hochfeste und dimensionsstabile Spinnvliese und Verfahren zu

deren Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf hochfeste dimensionsstabile Spinnvliese und Verfahren zu deren Herstellung. Diese hochfesten dimensionsstabilen Spinnvliese dienen unter anderem als Verstärkungs- und Trägematerialien in der Nadelfilz- und Tuftteppichhersteilung„

Unter dem Begriff "hochfeste Spinnvliese" versteht man in dieser Anmeldung diejenigen Vliese, die wenigstens über eine relative Grabfestigkeit von 200 Pond, bezogen auf ein Gramm pro Quadratmeter Flächengewicht, verfügen» Insbesondere bezieht sich dieser Begriff jedoch auf diejenigen Spinnvliese, deren relative Grabfestigkeit größer als 30° ■ 2 ist» Die Grabfestigkeit ist dabei nach DIN 53 858 geprüft und anschließend durch das Flächengewicht des Vlieses dividiert.

Weiterhin sollen die hochfesten Spinnvliese einen textilartigen Charakter haben. Im Gegensatz zu Papier und papierartigen Vliesstoffen soll dieses Material eine relativ hohe Weiterreißfestigkeit besitzen. Die Weiterreißfestigkeit soll wenigstens 10 Pond pro Gramm pro Quadratmeter Flächengewicht· betragen.

Unter dimensionsstabilen Spinnvliesen versteht man Spinnvliese, deren Abmessungen sich weder durch Einwirkung von Feuchtigkeit noch durch Einwirkung von Temperaturen bis zu l60°C, noch durch Einwirkung von Temperatur und Feuchtigkeit um mehr als 7 % ändern.

Die Herstellung der Spinnvliese, bei denen schmelzspinnbare polymere in einer Operation zu Fäden verformt, abgekühlt, verstreckt und anschließend zu einem Faserverbundstoff gelegt werden, ist aus der Literatur und Patentschriften bekannt.

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Eine Zusammenfassung der Technologie ist in der Zeitschrift "Chemiefasern + Textil-Anwendungstechnik", Hefte 3/72 Seite 23I und 4/72 Seite 324 wiedergegeben. Keines der bisher bekannten Verfahren ermöglicht jedoch die Herstellung der obengenannten hochfesten und dimensionsstabilen Spinnvliese, die die genannten Anforderungen erfüllen.

Es wurde nun gefunden, daß man hochfeste und dimensionsstabile Spinnvliese aus einem Spinnsystem mit gruppenförmig nebeneinander geordneten Längsspinndüsen, aus denen simultan reihenförmig zwei Arten von synthetischen Fäden in Scharenform ausgesponnen werden, erhält, wenn man parallele lineare Fadenscharen von

a) Matrixfäden aus einem spinnbaren Polyester, vorzugsweise aus Polyäthylenterephthalat und

b) Bindefäden aus einem schmelzspinnbaren Polymeren mit einem Schmelzpunkt von höher als l60°C jedoch höchstens 30⁰C unterhalb des Schmelzpunktes der Matrixfäden

mit einem Schmelzdurchsatz von 3,5 bis 10 g/min pro Düsenbohrung, vorzugsweise jedoch mit einem Durchsatz von 4,0 bis 7#0 g/min pro Düsenbohrung ausspinnt, die Fadenscharen unter der Spinndüse abkühlt, diese gleichzeitig gruppenförmig in einem mit Längsschlitzen versehenen Abzugsorgan mit strömenden Gasen mit einer Fadengeschwindigkeit von 2 000 bis 15 000 m/min verstreckt, thermofixiert und gleichzeitig in Form zweier zusammengelegter paralleler Scharen vermischt, unter den aerodynamischen Abzugsorganen zu einem Wirrvlies ablegt, in einem oder mehreren Schritten bei ansteigender Temperatur thermisch verfestigt und gegebenenfalls vor oder zwischen den einzelnen Verfestigungsstufen mit Präparation und/oder Farbstoffen behandelt.

Der Forderung hoher Dimensionsstabilität genügen am besten schmelzspinnbare Polyester, deren Feuchtigkeitsaufnahme auf höchstens 0,5 Gew.% beschränkt ist und deren Schmelztemperatur oberhalb von 25O°C liegt.

Insbesondere eignet sich für die Herstellung von solchen Spinnvliesen das leicht zugängliche Polyäthylenterephthalat; jedoch auch andere schmelzspinnbare und hochschmelzende Polyester

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und/oder Co-Polyester können in die Auswahl der Rohstoffe mit einbezogen werden.

Um der Forderung der hohen Festigkeit gerecht zu werden, muß der Faserverbundstoff auf Filamenten aufgebaut sein, deren Einzelfaserfestigkeit wenigstens 20 Pond beträgt.

Wenn man die Anwendung eines aerodynamischen Streckspinnverfahrens voraussetzt, dann liegen die erreichbaren relativen Faserfestigkeiten zwischen 2,5 bis 4,0 p/dtex und eignen sich für die Herstellung hochfester Spinnvliese, wobei Filamente mit einem Titer von wenigstens 6 dtex ersponnen werden,

je größer die Einzelfaserfestigkeit ist, umso höher ist auch die erreichbare Vliesfestigkeit.

Für die Herstellung hochfester und dimensionsstabiler Vliese ist die Anwendung von Filamenten mit Einzelfaserfestigkeit von mehr als 30 Pond und einem Titer von mehr als 8 dtex empfehlenswert O

Diese Filamente, die die Struktur des Flächenverbündstoffes bilden, bezeichnen wir in unserer Anmeldung als Matrixfasern.

Bei der Untersuchung des aerodynamischen-Streckspinnprozesses zeigte sich, daß Vliesstoffe mit den erwünschten hohen Festigkeiten dadurch erhalten werden konnten, daß die pro Düsenbohrung extrudierte Menge Schmelze wesentlich über das Maß erhöht wird, das normalerweise beim klassischen Spinnverfahren üblich ist. Dies war insofern überraschend, als man annehmen mußte, daß bei zu starker Erhöhung des Schmelzdurchsatzes die Verstreckung der Fasern eher schlechter wird.

Erfindungsgemäß zeigte es sich, daß die für die Herstellung hochfester und dimensionsstabiler Spinnvliese geeigneten optimalen Durchsatzmengen pro Düsenloch im allgemeinen zwischen 3,5 bis 10,0 g/min/ vorteilhafter jedoch bei Durchsätzen zwischen 4,0 und 7,0 g/min liegen. Dabei können die Durchmesser der

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Düsenbohrungen zwischen 0,1 und 1,0 mm variiert werden.

Die Anwendung hoher Pro-Loch-Durchsätze der faserbildenden Schmelze ist für die erfindungsgemäße Herstellung hochfester und dimensionsstabiler Vliesmaterialien von großer Bedeutung.

Die Strömung der Gasmedien in den aerodynamischen Abzugsorganen soll entsprechend der Erfindung so eingestellt werden, daß die Fadengeschwindigkeiten in den Abzugskanälen zwischen 2 000 und 15 000 m/min liegen. Die Fadenabzugsgeschwindigkeit richtet sich jeweils nach dem Pro-Loch-Durchsatz und den Kühlbedingungen unter der Spinndüse. Als optimale Spinnstreckgeschwindigkeiten gelten diejenigen. Einstellungen, die bei frisch ersponnenen· Matrixfäden einen Kochschrumpf von höchstens 8 % ergeben.

Für die Abkühlung der frisch ersponnenen Matrixfäden unter den Spinndüsen kann in bekannter Weise ein querströmendes Gasmedium verwendet werden. Es zeigte sich jedoch, daß es zweckmäßig ist, die Abkühlung der frisch versponnenen Matrixfäden in einem Schutzschacht, der gegebenenfalls auch wassergekühlt sein kann, vorzunehmen.

Für die Vliesbildung ist eine weitgehende Auflösung der Einzelfäden von besonderer Wichtigkeit, Daher werden bei diesem Verfahren reihenförmige Längsspinndüsen, die gegebenenfalls in einem Spinnbalken parallel nebeneinander geordnet sind, angewendet .

Die ersponnenen Fäden werden in Form einer linearen Fadenschar verstreckt, wobei rechteckige Abzugskanäle mit schmalem Schlitz angewendet werden und die Fadenscharen anschließend zum Vlies gelegt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Fäden vom Moment des Ausspinnens an bis zur Vliesbildung weitgehend voneinander getrennt bleiben, so daß der hohe Auflösungsgrad der das Vlies bildenden Filamente von Anfang an gegeben ist.

Die Verfestigung der nach der Erfindung hergestellten hochfesten und dimensionsstabilen. Vliese erfolgt durch Verkleben

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mit Hilfe geeigneter Bindefäden. Diese Bindefäden werden ebenfalls aus der Schmelze simultan ersponnen, unter der Spinndüse · abgekühlt, verstreckt/und abgezogen»

Bei der gleichzeitigen Erspinnung der Matrix- und Bindefäden soll eine möglichst gleichmäßige Vermischung beider Paserarten erreicht werden, um eine stochastische Verteilung der Bindungen in dem. Mischvlies sicherzustellen„

Die gleichzeitige gleichmäßige Durchmischung zweier Faserkomponenten während des Spinnprozesses bei hohen Fasergeschwindigkeiten ist technisch eine sehr schwierige Aufgabe= Aufgrund von hohen Luftgeschwindigkeiten kommt es zu Turbulenzen während des aerodynamischen Spinnens, die wiederum zur Entmischung einer Faserkomponente führen können.

Diese Schwierigkeiten konnten erfindungsgemäß überwunden werden, indem man die Bindefäden A simultan und paarweise mit den Matrixfäden B in Form einer Fadenschar, die zu der Fadenschar der Matrixfäden parallel liegt, ausspinnt. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Arbeitsweise bedient sich dabei paarweise nebeneinander angeordneter Längsspinndüseη nach dem Prinzip AB - AB - AB - AB. Zu einer Fadenschar von Bindefäden können auf einer Seite oder auch beidseitig Fadenscharen der Matrixfäden zugeordnet sein, Für die Durchführung des Verfahrens ist eine Fadenschargruppe erforderlich, die mindestens aus zwei Fadenscharen unterschiedlicher Fadenarten gebildet ist und weiterhin in einem aerodynamischen Abzugsorgan gründlich durchmischt und abgezogen wird.

Die Anzahl der Bindungen, die bei der Verfestigung auf den Kreuzungspunkten der Bindefäden mit den Matrixfäden entstehen, wird weitgehend durch das Verhältnis zwischen der Anzahl der Einzelfäden der beiden Fadenkomporienten "bestimmt. Hierdurch werden die mechanischen Eigenschaften der thermisch verfestigten Spinnvliese weitgehend beeinflusst.

Bei einer ungenügenden Anzahl von Bindungen pro Volumeneinheit im Vlies ist die Festigkeit des thermisch verfestigten Vlieses

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gering. Bei einer Überzahl an Bindungspunkten zwischen Matrix- und Bindefäden kann die Grabfestigkeit noch steigen, während die Weiterreißfestigkeit eines solchen thermisch verfestigten Vlieses schon abnimmt. Das Vlies hat dann einen papierartigen Charakter.

Im Rahmen dieser Erfindung wurde festgestellt, daß man eine hohe Festigkeit erreichen kann, wenn das Verhältnis der Einzelfadenzahl der Bindefäden zu den Matrixfäden zwischen 1 ; 1 bis 1 · 5 eingestellt wird., Die besten Festigkeiten erreicht man jedoch bei der Einstellung eines Filament-Mischungsverhältnisses zwischen 1 · 1,5 bis 1 s2, 5. Die Gewichtsverhältnisse, in denen beide Faserkomponenten im Rahmen dieser Bedingungen versponnen werden, sollen zweckmäßig auf einen Bereich, in. dem Bindefäden zu Matrixfäden im Verhältnis von 10 ; 90 und 30 t 70 vorliegen, eingestellt werden, Optimale Festigkeiten erhielten wir bei Gewichtsverhältnissen beider Fadenkomponenten von I5 ι 85 bis 25 ι 75.

Die Bindefäden sollen bei höheren Temperaturen erweichen und darüberhinaus zu den Matrixfäden eine gewisse chemische und physikalische Affinität besitzen. Die für Bindefäden eingesetzten Polymeren sollen bei Temperaturen bis wenigstens l60°C thermisch beständig sein, um die thermische Stabilität des Vlieses zu gewährleisten= Weiterhin sollen die Bindefäden keinen hohen Schrumpf aufweisen, um die Vliesstruktur nicht zu verzerren.

Als Rohmaterial für die Bindefäden eignen sich schmelzspinnbare Polymere, deren Schmelztemperatur höher ist als l60°C, jedoch maximal 30⁰C unterhalb der Schmelztemperatur des für die Matrix fäden eingesetzten Polyesters. Die untere Grenze ist gegeben durch die oben definierte Temperaturbeständigkeit der Vliese. Die obere Schmelztemperatur der Bindefäden ist so gewählt, daß jede thermische Beschädigung der Matrixfäden bei der Verfestigung ausgeschlossen werden kann.

Für die Verfestigung ist von Vorteil, wenn die Bindefäden im unverfestigten Spinnvlies in möglichst amorphem Zustand vorliegen oder aber wenigstens über einen ausgeprägten Erweichungsbereich

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verfügen. Hochkristalline Bindefäden stellen bei der Verfestigung wesentlich höhere Anforderungen an die Genauigkeit, mit der die Temperatur bei dem Verfestigungsvorgang gesteuert werden muß, Daher sind Bindefäden aus Co-Polymeren besonders geeignete

Polymere, die sich als Rohstoffe für Bindefäden eignen, sind zum Beispiels

Polyamide oder Mischpolyamide wie Polycaprolactam, Mischpolyamid aus Polycaprolactam mit Polyhexamethylenadipamid, Polyester oder Mischpolyester, wie zum Beispiel PoIyethylenterephthalateo-Isophthalat, Polyethylenterephthalat«co-Äthylenadipat, quaternärer Mischpolyester der Terephthalsäure, Isophthalsäure, Ä'thylenglykols und 1,4-Cyclohexandien-thanols, isotaktische Polyolefine, z„ B. isotaktisches Polypropylen und lineare Polyurethane ο

Die Fadenschar, bestehend aus einem Gemisch der Matrixfäden und der Bindefäden, wird mittels schwenkender Bewegung auf eine bewegliche perforierte Unterlage, z„ B. auf eine rotierende, perforierte Trommel oder auf ein laufendes Siebband abgelegt. Die Vliesbildung wird im allgemeinen noch durch eine- Absaugung unter der beweglichen Unterlage begünstigt,,

Die Verfestigung eines nach diesem Verfahren hergestellten Spinnvlieses erfolgt durch gleichzeitige Einwirkung von Temperatur und Druck. Durch Kombination dieser beiden Parameter sowie durch entsprechenden Aufbau der Fi lamentmi schlingen ist es möglich, den VerfestigungsVorgang und auch die physikalisch mechanischen Eigenschaften der Vliese zu steuern. Dabei kann die Verfestigung in einem oder aber in mehreren Schritten vorgenommen werden. Wird die Verfestigung in mehreren Schritten durchgeführt, so gilt allgemein die Regel, daß der Verfestigungs■ effekt beim zweiten und den nachfolgenden Schritten größer sein soll als der Verfestigungseffekt in den ersten oder den vorangegangenen Schritten. Bei der Verfestigung ist es weiter wichtig, jeglichen freien Schrumpf des Fadenverbundstoffes zu vermeiden. Es werden Apparate eindeutig bevorzugt, die eine Behandlung im flächenfixierten Zustand ermöglichen»

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Für die Verfestigung eignen sich prinzipiell Kalander mit beheizten Walzen und/oder Trockner, in denen Padenverbundstoffe unter Druckausübung flächenfixiert werden, um den freien Schrumpf zu unterbinden. Die Trockner können auch mit Dampf oder mit Dampfatmosphäre arbeiten. Auch Kombinationen solcher Aggregate sind geeignet.

Eine sehr gute Vliesverfestigung wird erreicht, wenn das Vlies mit einem Kalander vorverfestigt und anschließend mit einem Gerät, das aus einer Lochtrommel und einem umlaufenden Siebband besteht, verfestigt wird. Das Vlies wird zwischen der Lochtrommel und dem Siebband angepresst und flächenfixiert. Dabei wird durch das Vlies ein heißes Medium (heiße Luft und/oder Dampf) durchgeblasen„

Der Verfestigungsgrad steigt mit der Verfestigungstemperatur und/oder mit dem bei der Verfestigung verwendeten Druck. Weiterhin steigt der Verfestigungsgrad mit der Verweilzeit. Der Anstieg des Verfestigungsgrades ist jedoch begrenzt. Nach Erreichen eines Maximums bringt eine weitere Erhöhung der Verfestigungstemperatur und/oder des Verfestigungsdruckes keine weitere Verbesserung der Grabfestigkeit. Auch die Weiterreißfestigkeit zeichnet sich durch ein von der Verfestigungstemperatur und/oder Druck abhängiges Maximum aus. Die Weiterreißfestigkeit erreicht ihren maximalen Wert in der Regel bei milderen Verfestigungsbedingungen als die Grabfestigkeit. Wird der Bereich der maximalen Weiterreißfestigkeit überschritten, wird das verfestigte Vlies papierartig. Optimale Verfestigungsbedingungen liegen zwischen den Einstellungen, die die maximale Grabfestigkeit und Weiterreißfestigkeit ergeben.

Die erfindungsgemäß zusammengesetzten und hergestellten Mischvliese benötigen zur Verfestigung eine Temperatureinstellung zwischen l60°C und 245⁰C. Optimale physikalisch-mechanische Eigenschaften werden jedoch in einem Temperaturbereich von l80°C bis 225°C erreicht. Selbstverständlich wird die Verfestigungstemperatur im wesentlichen auch durch die Art der Bindefasern bestimmt. Bei einer zweistufigen Verfestigung kann

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man in dem ersten Schritt mit einem Kalander bei Temperaturen zwischen 80°C und 13O⁰C eine Vorverfestigung durchführen, in dem zweiten Schritt kann die· Endverfestigung bei Temperaturen von 16O°C bis 245°C, vorzugsweise zwischen l80°C und 225⁰C, vorgenommen werden»

Je nach dem Verwendungszweck können die erfindungsgemäß hergestellten hochfesten und dimensionsstabilen Vliese mit Textilhilfsmitteln behandelt werden. Hiezu eignen sich speziell ausgewählte, aus der Reihe der in der Textilindustrie bekannten Gleitmittel, Anstistatica und/oder Netzmittel oder ein Gemisch von diesen Textilhilfsmitteln.

Es wurde gefunden, daß durch Auftrag geeigneter Textilhilfsmittel die Bindungskräfte zwischen den Matrixfäden beeinflusst werden können, wenn diese in geeigneter Weise vor dem Verfestigungsvorgang aufgebracht werden» Durch diese Maßnahme 'wird der Temperatur- und/oder Druckbereich, in dem eine optimale Einstellung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften möglich ist, wesentlich erweitert. Dies ist für die Technologie der Verfestigung sehr wichtig, da eine exakte Temperaturregelung im Bereich von +/- 2°C nicht erforderlich ist» Hiefür haben sich Gemische von Textilhilfsmitteln bewährt, die wenigstens einen Bestandteil aus polymeren Alkyl-, Aryl- und/oder Alkylarylsiloxanen enthalten»

Die Textilhilfsmittel können durch alle bekannten Verfahrensweisen aufgebracht werden, z. B. durch Tauchverfahren, Walzenauftragverfahren, DUsenspritzverfahren und Bürstenspritzverfahren» Die Auftragsmenge der Textilhilfsmittel muß jedoch regelbar sein» Zur einseitigen Auftragung bietet sich das Düsenspritz-, Bürstenspritz- oder Walzenauftragungsverfahren an. Es hat sich gezeigt, daß durch einseitige Auftragung der Textilhilfsmittel eine Verbesserung der· Eigenschaften der Vliese erreicht wird, wenn diese als Zwischenlage für die Herstellung von ·Nadelfilzteppichen oder als Unterlage für getuftete Teppiche verwendet werden sollen. Durch die einseitige Auftragung der Textilhilfsmittel wird eine unterschiedliche Verfestigung der beiden Vliesoberflächen erreicht. Bei der Weiterverarbeitung

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in Nadelfilz- oder Tuftteppichen müssen in die verfestigten Vliese Nadeln eindringen.

Es zeigte sich nun, daß, wenn man bei den stufenweise ver festigten Vliesen beim Nadeln oder Tuften die Nadeln in die weniger verfestigte, faserige Oberfläche eindringen läßt, der Nadel- bzw. Tuftvorgang wesentlich erleichtert wird. Es treten weniger Fadenbrüche auf und dadurch erhält man. nach dem Nadeln oder Tuften einen geringeren Festigkeitsabfall,,

Um gefärbte, hochfeste, dimensionsstabile Vliese nach diesem Verfahren herzustellen, ist es ohne weiteres möglich, gefärbte Polymerschmelzen auszuspinnen und zum Vlies zu verarbeiten. Ist es jedoch nötig, das rchweiße Vlies in einem Textilfärbe- verfahren zu färben, so kann nach dem in diesem Patent beschriebenen Verfahren eine simultane Thermoso.lierung (Thermo- behandlung) durchgeführt werden. Dabei wird die Farbflotte der für die Thermo3Olierung geeigneten Farbstoffe auf das Vlies vor dem Verfestigungsvorgang aufgetragen, Die Auftragung erfolgt in gleicher Weise wie die oben beschriebene Behandlung mit Textilhilfsmitteln, Die Thermosolierung des mit einer Farb flotte vorbehandelten Vlieses wird dann gleichzeitig mit der thermischen Verfestigung durchgeführt.

Es zeigte sich, daß Farbflotte und Textilhilfsmittel in einer Operation auf das Vlies aufgetragen werden können. Dadurch wird das Verfahren wesentlich vereinfacht.

Die erfindungsgemäß hergestellten hochfesten und dimensionsstabilen Spinnvliese finden Anwendung z, B, als Zwischenschicht zur Dimensionsstabilisierung für Nadelfilzbodenbeläge, primäre Unterlagen für getuftete Teppiche ("primary tuftbacking"), Zweitunterlagen für getuftete Teppiche ("secondary backing"), hochwertige Unterlagen für die Beschichtung mit Kunststoffen, Einlagestoffe für hohe Ansprüche, Verstärkungsmaterial für textilverstärkte Kunststoffe (statt Glasfasern), Verpackungsmaterial und Filter für flüssige und gasförmige Medien.

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Durch diese Beispiele sind jedoch die Anwendungsbereiche dieser hochwertigen Spinnvliese nicht beschränkt.

Für die einzelnen Anwendungszwecke können engere Grenzen für die erforderliche Festigkeit und/oder Temperaturbeständigkeit festgelegt werden. Diese müssen jedoch innerhalb des erfindungsgemäß festgelegten Bereiches liegen. Entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck der Vliese und der dafür erforderlichen Eigenschaften können die Verfahrensparameter eingestellt und/oder das Polymere für die Bindefäden ausgewählt werden.

Bei der Auswertung der Werte werden folgende Meßmethoden verwendet %

Die Grabfestigkeit der Materialien wird nach DIN 53 858 bestimmt^ die Weiterreißfestigkeit nach DIN 5> 859, Blatt 2 (Schenkel^ weiterreißversuch).

Die relative Grabfestigkeit bzw. relative Weiterreißfestigkeit errechnet man aus dem Wert der Grabfestigkeit bzw. Weiterreißfestigkeit, dividiert durch Flächengewicht in Gramm pro Quadratmeter.'

Relative Grabfestigkeit:

/ ρ % _ Grabfestigkeit (p) g/m Flächengewicht (g/m )

Relative Weiterreißfestigkeits

/__P_\ _ Weiterreißfestigkeit (p) g/m Flächengewicht (g/m )₍

Der Schrumpf - als Parameter der Temperaturbeständigkeit - wird In einem Trockenschrank bestimmt, der auf die gewünschte Temperatur eingestellt wird. Auf die Vliesprobe wird ein Quadrat 100 χ 100 mm gezeichnet, bei dem die eine Seite parallel zur Maschinenlaufrichtung (Längsrichtung) und die andere senkrecht zur Maschinenlaufrichtung (Querrichtung) verläuft. Das Vlies kann frei schrumpfen. Die Verweilzeit bei der betreffenden Temperatur beträgt in der Regel 10 Minuten.

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Als Linearschrumpf wird dann die Veränderung der Seitenlänge des Quadrates jeweils in Längs- und Querrichtung bezeichnet;

S₁ (fo) = 100 - 1_T

S_Q {%) = 100 - 1_Q
wo S₁- und S_n Linearschrumpf in Längsrichtung bzw„ Querrichtung

Ij -Q

in Prozent und 1_T bzw,, 1 die nach dem Schrumpf Vorgang gemessene

Ly ■

Seitenlänge des Quadrates in Längsrichtung bzw. Querrichtung in Millimeter darstellt.

Der Flächenschrumpf S₁₁ in Prozent wird nach folgender Formel errechnet;

s. (#) = IQ QQQ -

100

Unter dem Begriff Schmelztemperatur versteht man bei Polymeren oder Fasern die Schmelztemperatur der kristallinen Bereiche, die entweder polarisationsmikroskopisch oder durch Differentialthepmo-Analyse bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert,

Beispiel 1

Für die Herstellung des Spinnvlieses wird eine Spinnahlage. verwendet, die aus zwei nebeneinander stehenden Spinndüsen länglicher Form besteht. Jede Spinndüse wird über eine als Meßpumpe eingesetzte Zahnradpumpe von einem Extruder mit Polymerschmelze beliefert.

Die Spinndüse A dient zur Herstellung von Matrixfäden und hat 64 Bohrungen mit einem Kapillarendurchmesser von 0,3 mm, die Kapillarenlänge beträgt 0,75 mm. Di^e Bohrungen werden in zwei Reihen über eine Länge von 280 mm angeordnet.

Die Spinndüse B dient zur Herstellung von Bindefäden und hat 32 Bohrungen, ebenfalls mit einem Kapillarendurchmesser von

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0,3 mm und einer Kapillarenlänge von 0,75 mm·. Die Bohrungen werden in einer Reihe über eine Länge von.280 mm angeordnet.

Die gebildeten Fäden werden unter der Spinndüse auf einer Länge von 150 mm quer zur Laufrichtung angeblasen und anschließend durch einen Schutzschacht zu einem aerodynamischen Abzugsorgan geführt» Als Abzugsorgang wird ein flächenförmiger Injektor mit einer Breite von 3OO mm und einer Eintrittsschlitztiefe von 4 mm verwendet. Dieser Injektor wird auf beiden Wandseiten mit einem Luftaustritt versehen« Der Luftaustritt dehnt sich über die gesamte Breite des Injektors aus und wird auf jeder Seite an eine Luf.ttasche angeschlossen» Die Lufttaschen des Injektors werden mit einem Druckluftsystem verbunden» Durch Einstellung des Druckes wird die Geschwindigkeit der Luftströmung im Strömungsprofil des Injektors und damit auch die Abzugsbedingungen gesteuert,, Unter dem Abzugsinjektor wird ein Endlosband aus einem metallischen Siebgewebe angebracht. Die in einem Abzugsinjektor gemischten Matrix- und Bindefäden werden unter der Absaugung der Treibluft zu einem Wirrfädenvlies gelegt. Die Laufgeschwindigkeit des Endlosablegebandes bestimmt das Flächengewicht des Vlieses.

Als Rohstoff für die Matrixfäden wird ein Poly(äthylenterephthalat) mit einer relativen Viskosität von 1,39 verwendet. Die relative Viskosität wird in einer 0,5$igen Lösung von ο-Dichlorbenzol (2 Gewichtsteile) und Phenol (3 Gewichtsteile) bestimmt. Das Poly-(äthylenterephthalat) wird über die Spinndüse A ersponnen bei einer Schmelzetemperatur von 290⁰C, die Fördermenge beträgt 320 g/min.

Als Rohstoff für die Bindefäden wird ein Polycaprolactam mit einer relativen Viskosität von 2,42 verwendet» Die relative Viskosität wird in einer l^igen Lösung in 96 % Schwefelsäure bestimmt. Das Polycaprolactam wird bei einer Schmelzetemperatur von 280°C über die Spinndüse B ersponnen, die Fördermenge beträgt 80 g/min. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft wird im Abzugsinjektor auf 1β 000 m/min eingestellt.

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Das Wirrfadenvlies wird vom Endlosband abgezogen und mittels eines Presswerkes, bestehend aus zwei beheizten Metallwalzen, weiterbefördert. Beide Walzen waren auf 120⁰C vorbeheizt. Der Walzenspalt wird auf 0,4 mm eingestellt. Dabei wird das Vlies gepreßt und vorverfestigt. Das zusammengepreßte Wirrfädenvlies wird dann einem Verfestigungsapparat zugeführt. Im Prinzip besteht dieses Gerät aus einem umlaufenden Endlossiebband, welches um eine Lochwalze gespannt ist.

Zwischen der gelochten Walzenoberfläche und dem umlaufenden Siebband wird das Wirrfadenvlies im flächenfixierten Zustand mit heißer Luft durchblasen. Die Lufttemperatur wird dabei auf 225°C eingestellt. Das so verfestigte Flächengebilde wird kontinuierlich aus dem Verfestiger entnommen und zu Rollen aufgewickelt.

Die Qualitätsmerkmale des verfestigten Vlieses sind aus der Tabelle 1 zu ersehen.

Beispiel 2

Für die Herstellung des Spinnvlieses wird die gleiche Einrichtung verwendet wie im Beispiel 1. Lediglich die Spinndüse B für die Bindefäden wird durch eine Düse mit 64 Bohrungen mit einem Kapillarendurchmesser von 0,3 mm und mit einer Kapillarenlänge von 0,75 mm ersetzt.

Es werden die gleichen Rohstoffe und die gleichen Spinnbedingungen verwendet, die im Beispiel 1 angegeben sind.

Wie aus den in der Tabelle 1 angegebenen Qualitätsmerkmälen zu ersehen ist, werden bei der Bruchlast vergleichbare Werte erreicht. Die Weiterreißfestigkeit nimmt jedoch stark ab.

Beispiel 3

Für die Herstellung des Spinnvlieses wird die gleiche Einrichtung verwendet, die im Beispiel 1 beschrieben ist. Lediglich die Spinndüse B für die Bindefäden wird durch eine Spinndüse

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mit 20 Bohrungen mit Kapillärendurchmesser von 0,3 mm und Kapillarenlänge von 0,75 mm ersetzt.

Es werden die gleichen Rohstoffe und die gleichen Spinnbedingungen angewandt wie sie im Beispiel 1 angegebenen sind.

Wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist, werden in diesem Fall nur niedrigere Festigkeiten des Vlieses erreicht.

Beispiel 4 .

Für die Herstellung des Spinnvlieses wird die Einrichtung, die Rohstoffe und auch die Spinnbedingungen verwendet, wie sie im Beispiel 1 angegebenen sind.

Das mit dem Preßwerk vorverfestigte Wirrfädenvlies wurde durch eine Sprüheinrichtung geführt, wobei dieses Vlies mit einem Gemisch aus einer Methylphenylsiloxan-Präparation (j50 g/l) im Wasser einseitig besprüht wird.

Das so vorbehandelte Vlies wird anschließend verfestigt unter Bedingungen, die im Beispiel! angegeben sind_o

Die Qualitätsmerkmale dieses Vlieses sind in der Tabelle 1 angegeben. Es zeigt sich, daß in diesem Falle besonders hohe Weiterreißfestigkeiten erreicht werden.

Beispiel 5

Es wird nach der Arbeitsweise des Beispieles 4 verfahren.

In der Sprüheinrichtung wird das vorverfestigte Vlies mit einem Gemisch von Methylphenylsiloxan-Präparation 30 g/l und palanilschwarz GEL flüssig 50 g/l im Wasser einseitig besprüht»

Das so 'vorbehandelte Vlies wird anschließend im Verfestigungsapparat verfestigt und gleichzeitig thermosoliert„

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Dabei erhält man ein grau-gefärbtes Spinnvlies, dessen Qualitätsmerkmale mit denen des ungefärbten Materials gut vergleichbar sind (Tabelle 1).

Beispiel 6

Es wird nach dem Beispiel 1 verfahren.

Als Rohstoff für die Bindefäden wird jedoch das Mischpolyamid, bestehend aus 85 Mol.$ Poly(caprolactam) und 15 Mol.# Poly(hexamethyleneadipamid) mit einer Schmelztemperatur von 19O⁰C verwendet.

Dieses Mischpolyamid wird bei einer Temperatur von 24O⁰C versponnen, die Fördermenge beträgt 80 g/min.

Zum Unterschied von Beispiel 1 wird die Vorverfestigung mit

dem besä

geführt.

dem beschriebenen Preßwerk bei einer Temperatur von 90°C durch-

BeI der Verfestigung wird die Lufttemperatur auf 193°C eingestellt.

Die Qualitätsmerkmale des so verfestigten Vlieses sind aus der Tabelle 2 zu ersehen.

Beispiel J

Es wird nach dem Beispiel 1 verfahren.

Als Rohstoff für die Bindefäden wird das Poly-(ethylenterephthalat) -co- (äthylenisophthalat) mit 20 Mol.# Isophthalsäure-Einheiten verwendet, mit einer Schmelztemperatur von 22j5°C.

Dieser Co-Polyester wird bei einer Temperatur von 28O⁰C versponnen, die Fördermenge beträgt 80 g/min.

Die Walzen des Preßwerkes werden zur Vorverfestigung auf 100⁰C beheizt. Die Lufttemperatur im Verfestigungsapparat wird auf

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215°C eingestellt.

Beispiel 8

Es wird nach dem Beispiel 1 verfahren.

Als Rohstoff für die Bindefäden wird jedoch ein Poly-(äthylenterephthalat)-co-(äthylenadipat) mit 20 Mol„$ Adipinsäure verwendet. Die Schmelztemperatur dieses Co-Polyesters ist 220⁰C.

Dieser Co-Polyester wird bei einer Temperatur von 28O⁰C versponnen, die Fördermenge beträgt 80 g/min„

Die Walzen des Preßwerkes werden auf 110⁰C beheizt. Die Lufttemperatur im Verfestigungsapparat wird auf 21j5°C eingestellt.

.Beispiel 9

Es wird nach dem Beispiel 1 verfahren.

Als Rohstoff für die Bindefäden wird jedoch Polypropylen mit einem Schmelzindex von 14 verwendet.

Dieses Polypropylen wird bei einer Temperatur von 28O C versponnen und die Fördermenge beträgt 80 g/min.

Die Walzen des Preßwerkes werden zur Vorverfestigung auf 90°C beheizt. Die Lufttemperatur im Verfestigungsapparat wird auf 16O⁰C eingestellt.

Die Qualitätsmerkmale des so verfestigten Vlieses sind aus der Tabelle 2 zu entnehmen.

409812/0 543 ~^l8~

- 18 - O.Z. 0588/01021

7240437

Beispiel 10

Es wird nach dem Beispiel 1 verfahren.

Als Rohstoff für die Bindefäden wird jedoch ein Kondensat ions produkt auf Basis eines Poly-(äthylenadipates) und eines Diphenylmethan-4,4'-diisocyanates (100 Teile), vernetzt mit einem Butandiol-1,4 (30 Teile), verwendet.

Dieses Polyurethan wird bei einer Temperatur von 205 C versponnen, die Fördermenge beträgt 56 g/min.

Die Walzen des Preßwerkes sind unbeheizt. Die Lufttemperatur im Verfestigungsapparat wird auf l60°C eingestellt.

Die Qualitätsmerkmale dieses Vlieses sind in der Tabelle 2 angegeben.

4098 1 2/0543

Tabelle

co 00

cn

CaJ

Bei spiel Nr.	Relative Grabfestigkeit ( ^P )	quer	Relative Weiter reißfestigkeit / P \	quer	Linearer Schrumpf bei 16O°C {%)	quer	Bemerkungen
		311	g/m^	18		0,6
	längs	328	längs	7	längs	0,5
1	306	199	22	13	0,6	1,2	Verhältnis der Kapillarenanzahl Matrix- zu Bindefäden 2 ; 1
2	320	324	8	43	0,5	0,5	Verhältnis der Kapillarenanzahl Matrix- zu Bindefäden 1 ; 1
³	196	311	13	39 '	1,5	0,8	Verhältnis der Kapillarenanzahl Matrix- zu Bindefäden J5,2 ; 1
4	318	45	0,6	mit Siliconpräparation be handelt
5	308	41	0,6	mit Siliconpräparation behandelt und gefärbt

1—' VO

ro ο 1

Tabelle

CD CD OO

O CT!

CO

Bei spiel Nr.	Relative Grabfestigkeit ( ^P )	quer	Relative Weiter reißfestigkeit ( ^P )	quer	Linearer Schrumpf bei l60°C {%)	quer	Bemerkungen
6	längs	278	g/m^' längs	12	längs	0,9	Co-Polyamid als Bindefaser
"7 ί	276	314	16	39	0,9	0,0	Co-Polyester mit 20 % Iso phthalsäure als Bindefaser
8	357	354	42	48	0,0	0,0	Co-Polyester mit 20 % Adipin säure als Bindefaser
9	432	316	49	26	0,0	1,0	Polypropylen als Bindefaser
10	308	285	26	38	1,0	0,8	Lineares Polyurethan als Bindefaser
281	32	0,8

ro ο

NJ

ι ro

U rsj CD

O O

Claims

Patentansprüche

Aj Verfahren zur Herstellung von hochfesten, dimensionsstabilen Spinnvliesen, wobei aus einem Spinnsystem gruppenförmig mit nebeneinander geordneten Längsspinndüseη simultan reihenförmig zwei Arten von synthetischen Fäden in Scharenform ausgespönnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß parallele lineare Fadenscharen von

a) Matrixfäden aus einem spinnbaren Polyester, vorzugsweise aus Polyäthylenterephthalat und

b) Bindefäden aus einem schmelzspinnbaren Polymeren mit einem Schmelzpunkt von höher als l60°C, jedoch höchstens 30⁰C unterhalb des Schmelzpunktes der Matrixfäden,

mit einem Schmelzdurchsatz von 3,5 bis 10 g/min pro Düsenbohrung, vorzugsweise jedoch mit einem Durchsatz von 4,0 bis 7,0 g/min pro Düsenbohrung, ausgesponnen werden, die Fadenscharen unter der Spinndüse abgekühlt, gleichzeitig gruppenförmig in einem mit Längsschlitzen versehenen Abzugsorgan mit strömenden Gasen mit einer Fadengeschwindigkeit von 2000 bis 15 000 m/min verstreckt, thermofixiert und gleichzeitig in Form zweier zusammengelegter paralleler Scharen vermischt, unter den aerodynamischen Abzugsorganen zu einem Wirrvlies abgelegt, in einem oder mehreren Schritten bei ansteigender Temperatur thermisch verfestigt und gegebenenfalls vor oder zwischen den einzelnen Verfestigungsstufen mit Präparation ,und/oder Farbstoffen behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden in einem Verhältnis der Kapillaranzahl der beiden Komponenten von 1 s 1 bis 1 ; 5* vorzugsweise jedoch von 1 : 1,5 bis 1 : 2,5 zu den Matrixfäden versponnen werden,, wobei ein Gewichtsverhältnis von 10 s 90 bis 30 s 70, vorzugsweise jedoch von 15 t 85 bis 25 : 75, eingestellt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus Polyamid, Mischpolyamid, Polyester, Mischpolyester, isotaktischen Polyolefinen und Polyurethanen ersponnen werden.

409812/0543 -²²~

- 22 - O. Z. 0588/01021

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus Polycaprolactam ersponnen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus einem Mischpolyamid, bestehend aus Caprolactarn mit höchstens 20 Mol.#, vorzugsweise 15 Mol.$ Hexamethylenadipamid ersponnen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus einem Poly-(ethylenterephthalat)-co-(äthylenisophthalat) mit 5 bis 30 Mol.#, vorzugsweise mit

8 bis 25 Mol.# Isophthalsäure ersponnen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus einem Poly-(äthylenterephthalat)-co-(äthylenadiphat) mit 5 bis 40 Mol.#, vorzugsweise mit 10 bis 30 Mol.# Adipinsäure ersponnen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus isotaktischem Polypropylen ersponnen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindefäden aus linearem Polyurethan ersponnen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete Wirrfaservlies zunächst mittels beheizter Walzen bei Temperaturen von 70 bis HO⁰C, vorzugsweise jedoch bei 85 bis 95°C, auf eine Dicke von 0,05 bis 1,0 mm gepreßt und dabei vorverfestigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirrfaservlies im flächenfixierten Zustand unter Anpressung mittels einer Strömung eines Heizmediums, vorzugsweise mittels Heißluft- und/oder Wasserdampf-Strömung bei Temperaturen von 160 bis 245⁰C, vorzugsweise von I80 bis 225°C, verfestigt wird.

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-. - 2j5 - ■ O. Z. O588/OIO2I

1-2. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem VerfestigungsVorgang auf das Wirrfaservlies eine Präparation, die aus einem Gemisch von Gleitmittel, Antistatica und/oder Netzmittel besteht, aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur stufenweisen Verfestigung die Präparation auf das Wirrfaservlies einseitig aufgetragen-wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis Ij5, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Wirrfaservlies vor der Verfestigung eine Farbflotte eines für die Thermosolierung geeigneten Farbstoffes, gegebenenfalls simultan mit einem Präparationsmittel, aufgetragen wird, wobei der Thermosolierungsvorgang gleichzeitig mit dem Verfestigungsvorgang abläuft.

15. Hochfeste und dimensionsstabile Spinnvliese, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 mit einer relativen Festigkeit von mindestens 200 , vorzugsweise von mehr als J500 > einer Bruchdehnung von nicht mehr als 50 % und mit Schrumpfwerten von maximal 1 %, gemessen bei l60°C:

Lutravil. Spinnvlies GmbH & Go.,

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