DE2314264A1

DE2314264A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von nichtgewebten, selbst-gebundenen verbundstoffen

Info

Publication number: DE2314264A1
Application number: DE19732314264
Authority: DE
Inventors: Jun Paul Hinkle Mcginnis; Jun William Dennis Mclaughlin; Robert Ernest Swander
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1973-10-04
Also published as: ES439943A1; SU608484A3; ZA731735B; GB1392408A; US3787265A; ES412969A1; JPS5620383B2; NL7304095A; CA1038571A; SE399573B; DE2314264C2; FR2177924A1; IT983605B; BR7302109D0; BE797236A; JPS496265A; SE7600443L; FR2177924B1; AU5353573A

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Fadenmaterial, insbesondere eine neue Vorrichtung und ein Verfahren zum Spritzspinnen (spray spinning) von geschmolzenen faserbildenden Polymerisaten zur Herstellung von nicht-gewebten Verbundstoffen.

Verschiedene Vorschläge wurden bisher im Zusammenhang mit integrierten Systemen zur Herstellung von Faserverbundstoffen wie Faservliesen und dgl. unmittelbar aus geschmolzenen faserbildenden Materialien gemacht. Im allgemeinen umfassen die vorgeschlagenen Systeme einen Spinnvorgang mit anschließender Ablage des gesponnenen Fadenmaterials in Form eines endlosen Stoffs, einer Bahn oder eines anderen gewünscriten Faserverbundstoffs. Wenn jedoch die Einzelheiten betrachtet werden, ergeben sich wesentliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Vorschlägen.

Die USA-Patentschrift 3 ^3 332 beschreibt ein neuer, Verfahren zum Spritzspinnen von geschmolzenen fasorbil-dendeu Polymerisaten. Das Fadenmaterial v:i.rd im wesentlichen a/.ia] durch eine Bohrung gesponnen. Auf dan Fadenmaterial werden an einer· Stelle, an der es noch nicht erhärtet ist, zur

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Versti'eckung des Fadenstrahls mit hoher Geschwindigkeit mehrere Gasströme, die sich samt]ich in einer Richtung bewegen, die eine Hauptkomponente in der Spinnrichtung des Fadenstrahls aufweist, in einem fJachen Winkel von tangential) er Konvergenz zum Fadenstrah] aufgeblasen. Die Achsen der GaskanäDe und der entsprechenden Gasströme verlaufen schiefwinke]ig so um die Spinnbohrung, daß sie sich nicht schneiden und mit Abstand um die Achse der Spinnbohrung angeordnet sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur direkten Herstellung von Fadenmaterialien. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Spritzspinnen von geschmolzenen faserbildenden Materialien mit viel höheren Produktionsgeschwindigkeiten, als sie bei dem bekannten Verfahren möglich sind, verfügbar zu machen. Ferner stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die Herstellung von im wesentlichen gleichmäßigen spritzgesponnenen Faserverbundstoffen unter weitgehender Ausschaltung der Bildung von Bruchstücken oder unerwünscht kurzen Fasern, die die Güte des aufgenommenen Faserverbundstoffs beeinträchtigen, zu ermöglichen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spinndüse mit einer Bohrung zum Auspressen des faserbildenden Materials und mit mehreren im wesentl ichen rechtwinkliger-Gasaustrittskanälen versehen, die mit Abstand von der Spinnbohrung angeordnet sind und mit hoher Geschwindigkeit; Gasströme zur Verstreckung des gesponnenen Fadenstrah] i. vor der Erhärtung der Fäden ausstoßen. Das geschmolzeno Polymerisat und das verstreckende Gas strömen nicht durch die gleiche Düse oder einen gleichen anderen Teil der Spinnvorrichtung. Die GaskanäJ e sind von der· Spinnbohrune

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durch eine Isolierung, z.B. einen Luftraum, getrennt. Dien hat zur Folge, daß der Gasstrom, wenn er nicht erhitzt ist, keinen Wärmeübergang vom Polymerisat zum Gas bewirkt. Eine solche Anordnung schaltet die Notwendigkeit aus, entweder das verstreckende Gas oder das Polymerisat auf eine solche hohe Temperatur oberhalb der erforderlichen Spinntemperatur zu erhitzen, daß der Wärmeübergang die Polymertemperatur nur auf die erforderliche Spinntemperatur senken würde. Die Gasdüsen sind so ausgerichtet, daß erheb!iche Mitreißkräfte auf den gesponnenen Fadenstrahl in Spinnrichtung zur Einwirkung kommen und d£s aus der Spinnbohrung austretende Material ausziehen oder verstrecken. Ferner sind die Gaskanäle so angeordnet, daß die planaren Gasströme im wesentlichen in der Bewegungsrichtung des Extrudatstrahls so verlaufen, daß die Gasstrcme auf dem Extrudatstrahl konvergieren. Die Ebenen der Gasströme und die planaren Projektionen der Gasaustrittskanäle schneiden sich an einem Punkt, der sich in einem senkrecht von der Achse des Extrudatstrahls gemessenen Abstand befindet, der wenigstens dem Durchmesser des Extrudatstroms entspricht. Die Ebenen der verstreckenden Gasströme treffen auf den gesponnenen Polymerstrahl in einem Winkel von etwa 45 bis 5 zur Achse der Spinndüse auf und schleudern ihn von der Spinnbohrung hinweg.

Ein verhältnismäßig schweres Monofilament wird gesponnen, und mehrere Gasströme, z.B. Wasserdampf oder Luft, werden in flachem Winkel in der Fließrichtung des frisch gesponnenen Monofilaments ausgerichtet. Hierdurch wird des Monofilament zu einem Material von verhältnismäßig feinem Titer gereckt und ebenso wie bei der üblicheren Verstrekkung auch die Reißfestigkeit dec erstarrten Extrudats gesteigert. In Abhängigkeit von den Spinnbedingungen werden als Fadenmaterial eine oder mehrere im wesentlichen endlose Strukturen oder verhältnismäßig lange Stapelfasern oder Fasern von üblicher Länge, möglicherweise gemischt

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mit unterschiedlichen Mengen von festen kurzen Fasern oder "Körnern" erhalten.

Die Schärfe der Gasströme verändert die Vers treckung und bestimmt den Titer des erhaltenen Faserrr.ateria] s. Der Titer kann etwa 0,] bis 50 den öder mehr betragen, jedoch liegt er zur Erzielung einer maximalen Oberfläche und Festigkeit vorzugsweise meistens unter etwa 25 den. In Wirklichkeit umfaßt jedes Produkt einen Bereich von Titern, wodurch seine Festigkeit und sein Gebrauchswert gesteigert wird.

Das Extrudat wird auf einer geeigneten AbIagefJache, . z.B. einer rotierenden Ablagetrornmel , abgelegt. Die Höhe oder Länge des erhaltenen Fasergebildes kann durch Hin- und Herbewegen oder durch Verwendung mehrerer nebeneinander angeordneter Spinnvorrichtungen, deren Spritzmuster sich überlappen, eingestellt werden. Die Bedingungen des Spinnens und Aufnehmens werden so gewählt, daß jede neue Schicht bei der Ablage genügend klebrig ist, um an der vorhergehenden Schicht zu haften, so daß das Gesamtgebilde ohne v/eitere Behandlung formbeständig ist.

Als fadenbildende Materialien kommen alle bekannten geeigneten Polymerisate in Frage, die plastifizierbar, löslich oder schmelzbar sind. Bei Verwendung löslicher Materialien in Verbindung mit einem Lösungsmittel tritt das Problem der Lösungsmittel entfernung auf, das natürlich bei Verwendung schmelzbarer Materialien vermieden wird. Als Beispiele geeigneter schmelzbarer Materialien sind zu nennen: Polyolefine, z.B. Homopolymerisate und Copolymerisate von Olefinen, beispielsweise A'thy3 en und Propylen, insbesondere stereospezifisches oder kristallines Polyäthylen und

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Polypropylen, Polyamide, z.B. NyDon 66, Nylon 6, Polyester, z.B. PoDyäthy]enterephthaDat, CeDDuDoseester, z.B. Celluloseacetat, insbesondere sekundäres Cellulosetriacetat, Polyurethane, Polystyrol, Polymerisate von Vinylidenmonomeren, wie Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylidenchlorid und insbesondere Acrylnitril und Gemische der vorstehend genannten Polymerisate.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Spinn- und Aufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch als Draufsicht die bevorzugte Spinnvorrichtung und das bevorzugte Verfahren gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die in Vektoren die Kräfte veranschaulicht, die aus zwei konvergierenden planaren Gasströmen resultieren.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch, wie die in Fig. 3 dargestellte Vektorkraftkomponente den Fadenstrom sowohl ab!enkt als auch besen!eunigt.

Fig. 5 zeigt in Draufsicht eine AusfUhrungsform einer Spinndüse sowie von Düsen für planare streckende Gasströme für die Vorrichtung und das Verfahren, die in Fig. 2 veranschaulicht sind.

Fig. 6 zeigt schematisch und perspektivisch eine Spinndüse mit zwei planaren Düsen für streckende Gase, die an jeder Seite der Spinndüse angeordnet sind.

Fig. 7 zeigt perspektivisch eine in Fig. 6 dargestellte Gasdüse zum Ausstoß eines planaren Gasstroms.

Fig. 8 zeigt schemätisch als Seitenansicht die bevorzugte Anordnung zur Verwendung von vier Spinndüsen.

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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung v/ird ein faserbildendes thermoplastisches Polymerisat, vorzugsweise ein Polyolefin, einer Spinnvorrichtung 10 zugeführt, die mit einem Zwischenstück 12 versehen ist, dem ein Gas, z.B. Wasserdampf oder Luft, zugeführt-wird. Die Spinntemperaturen können beliebig oberhalb des Schmelzpunkts des Polymerisats liegen, jedoch wurde gefunden, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn das Polymerisat auf eine Temperatur erhitzt wird, die um wenigstens 150⁰C, vorzugsweise um etwa 250⁰ bis 350°C über dem Erweichungspunkt des zu spinnenden Polymerisats liegt. Beispielsweise wird Polypropylen mit den später genannten Eigenschaften im allgemeinen auf Temperaturen von 525° bis 400°C erhitzt. Polyäthylen wird dagegen auf etwa 350° bis 450°C erhitzt. Ein heißer geschmolzener Polymerstrahl l6 wird durch eine Düse 14 ausgepreßt.

Natürlich können Düsen mit einer oder mehreren Bohrungen für-das*Polymerisat verwendet werden. Ebenso können mehrere Düsfeh fijr einen Kollektor verwendet werden. Es sind jedoch wenigstens zwei planare Gasströme für jede Spinnbohrung erforderlich. Die öffnungen 18 für das streckende Gas haben den Querschnitt eines langgestreckten Rechtecks, wie in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt, und stoßen im wesentlichen planare Gasströme IJ aus.

Die Gasströme 17 wirken auf den Polymerstrabi 3 6 im Konvergenzbereich 20 ein und bilden einen verstreckten Faden 22, der im Konvergenzbereich 20 abgekühlt wird und teilweise erstarrt, während er in Richtung zu einer AbIageflache 24 bewegt wird, auf der er als runde Hülse 26 aufgenommen wird. Die Ablagefläche 24 wird im allgemeinen mit einem Motor mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht, daß eine Fläche, die sich mit etwa 7,5 bis j58,l m/ftinute b ■ regt, ausgebildet wird. Die Ablagefläche 24, der ^vin /achhex, nalber

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im folgenden Dorn 24 genannt, befindet sich in OberflächenberUhrung mit der Rolle 28, die als Andruckrolle wirksam ist, und deren Andruckkraft gegen den Dorn einstellbar ist. Es ist von der Größe der Andruckkraft abhängig, wie dicht und fest der klebrige Faden auf die vorherigen Schichten auf der Hülse 26 gepackt wird. Sowohl der Dorn 24 als auch die Rolle 28 erhalten durch den Mechanismus 30 eine seitliche hin- und hergehende Bewegung, deren Länge die Form der Hülse bestimmt. Die Länge der Hin- und Herbewegung kann konstant sein oder sich während des Aufbaues des Formkörpers ändern, wenn eine bestimmte Form gewünscht wird, wie sie für die Unterbringung in einem Behälter von bestimmter Form erforderlich sein kann.

Die Kraft des reckenden Gases auf den Polymerstrahl bewirkt eine starke, z.B. 10- bis 500-fache Verstreckung, bezogen auf die Durchmesserverhältnisse, und möglicherweise eine leichte Fibrillierung, wobei ein im wesentlichen endloser Faden gebildet wird. Eine gewisse Turbulenz und ein dadurch bedingtes Umherschleuderη des Polymerstrahls findet statt. Demzufolge entsteht eine im allgemeinen regellose, raumnetzartige Struktur von Fasern, wenn das Material auf dem Kollektor auftrifft. Da das Polymerisat sich beim Auftreffen auf dem Kollektor noch in einem etwas geschmolzenen oder klebrigen Zustand befindet, findet eine gewisse Verklebung an den Kreuzungspunkten der Fäden statt. Der Kürze halber wird diese Verklebung nachstehend als Verklebung von Faden zu Faden bezeichnet, obwohl diese Verklebung selbstverständlich im allgemeinen eine Folge des Umherwirbelns des Einzelfadens und des Haftens an sich selbst ist. ·

Zur Erzielung bester Ergebnisse sollte die Oberfläche des Dorns 24 einen Abstand von etwa 15 bis 122 cm, vorzugsweise

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25,4 bis 76 cm von der Polymeraustrittsdüse 14 haben. Bei größeren Abständen ist das Spritzbild schwierig zu beherrschen, und die erhaltene Bahn pflegt ungleichmäßig zu sein. Kürzere Abstände ergeben eine Bahn, die eine zu große Menge "Schrot", d.h. Perlen oder Knoten von nichtverstrecktem Polymerisat enthält, die die anschließende Verarbeitung, die Gleichmäßigkeit der Bahn und die Oberfläche unerwünscht beeinträchtigen.

Die Andruckkraft der Rolle 28 gegen die Hülse 26 oder der Abstand zwischen der Hülse 26 und der Düse 14, die Spinngeschwindigkeit und die Kraft und Menge des Gases oder dergl. können v.'ährend des Betriebs verändert werden.

Über den Dorn 24 ist ein Trichter 32 angeordnet', aus dem pulverförmiges Material, z.B. Kohle, während des gesamten Fertigungsablaufs oder während eines Teils des Fertigungsablaufs auf die Hülse fällt. Da die Hülse sich hin- und herbewegt und dreht, kann die Kohle gleichmäßig verteilt werden, auch wenn der Trichter feststeht. Im wesentlichen alle Fäden, die die Hülse bilden, haben Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5Qu und unter- bevorzugten Bedingungen im Bereich von etwa 1 bis 20 u. Die Dichte an jedem gegebenen Teil der Filterhülse ist geringer als 50 % der Dichte des Polymersubstrats. Wenn beispielsweise Polypropylen mit einer Dichte von 0,9 g/cm spritzgesponnen wird, ist die Dichte an jedem gegebenen Teil der Filterhülse geringer als 0,45 g/cm . Vorzugspreise beträgt die Dichte 0,1 bis 0,5 g/cm- .

Fig. 2 zeigt schematisch als Draufsicht die bevorzugte Vorrichtung zur Herstellung von Filtcrhülcen. Mehrere konvergierende, im wesentlichen p.l anare Gasströme 17 (die planaren Projektionen der Gasaustrittswege entsprechen) treten aus im wesentlichen rechteckigen Gasaustritts-

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Öffnungen l8 aus. Die Achse 19 der Düse 14 entspricht der Richtung, in der der Polymerstrahl ausgepreßt wird. Die Gasdüsen l8 sind neben der Spinndüse 14 so angeordnet, daß die Gasströme 17 im wesentlichen in der Fließrichtung des Polynierextrudats längs der Düsenachse 19 ausgerichtet sind.Die Ebenen der Gasströme(und püanaren Projektionen der Gasaustrittsöffnungen)schneiden sich an einem Punkt 2] in einem Abstand B, gemessen senkrecht vom Schnittpunkt 21 .zur Düsenachse 19. Der Abstand B ist wenigstens ebenso groß wie der Durchmesser des ExtrudatStrahls an einem

Punkt 2j5 längs der Düsenachse neben dem Schnittpunkt 21.. Vorzugsweise beträgt der Abstand B wenigstens 1,52 mm, ''■ insbesondere etwa 5*1 bis 51 mm. Der Punkt 2J>, der den ; senkrechten Abstand von der Düse 14 zum Schnittpunkt 21 festlegt, hat einen Abstand A von wenigstens 51 mm, vorzugsweise etwa 63,5 bis I78 mm, zur Spitze der Spinndüse 14. Die verstreckenden Gasdüsen l8 sind neben der ' Spinndüse so angeordnet, daß die Ebenen der Gasströme · 17 die Düsenachse I9 (auch die Achse des Extrudatstrahls) ! in einem Winkel (α, und a„) von weniger als 45° bis mehr ^; als etwa 5°» vorzugsweise von etwa 10° bis 40° schneiden und den Extrudatstrahl von der Spinndüse hinweg schleudern.

In Pig. J, ist die Kraft der Gasströme 17 in Vektoren j dargestellt. Die Kraftkomponente Y ist in der Richtung der Spinndüsenachse und des PolymerextrudatStrahls aus- ■ gerichtet und dient zur Beschleunigung und Verstreckung des Extrudatstrahls. \

Die in Pig. 2 dargestellten Winkel ct.. und oc_ sind verschieden, so daß der Schnittpunkt der Ebenen der Gasströmo außerhalb der Düsenachse und des Extrudatstrahls liegt. Fig. 2b veranschaulicht _t daß hierdurch nicht nur das Extrudat verstreckt, sondern der Extrudatstrahl l6 außerdem zuerst· nach einer Seite und dann zur anderen Seite

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abgeJenkt wird. Wenn die Winkel et, und a„ gleich wären, wurden die planaren Gasströme YJ sich auf der Düsenachse und im wesentlichen auf dem Extrudatstrahl sehneiden. Wie die Beispiele zeigen, führt dies zu einer viel kleineren Oberfläche im Vergleich zu der in Fig. 2 veranschaulichten bevorzugten Methode. Es ist wahrscheinlich, daß Gasströme, die sich auf dem Extrudatstrahl sehneiden würden,· den Fadenstrahl zerschneiden und ein weniger offenes Produkt mit kleinerer Oberfläche bilden wurden.

Die dargestellte Spinndüse 14 hat im Mittelpunkt eine in Fig. 5 dargestellte Polymeraustrittsbohrung 15* die gewöhnlich einen Durchmesser von etwa 0,254 bis 2,54 mm, vorzugsweise von etwa 0,^8 bis 0,76 mm hat. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das Polymerisat im allgemeinen durch die Düse in einer Menge von etv/a 0,46 bis 15,6 kg/Stunde, zweckmäßig in einer Menge von 2,27 bis 6,8 kg/Stunde ausgepreßt.

Wie in Figur 5 und Figur 6 dargestel1t, sind neben der Polymeraustrittsbohrung 15 mehrere zum Verstrecken dienende, im wesentlichen rechteckige, langgestreckte Gasdüsen 38 angeordnet, die eine Breite von etwa 0,053 bis 3,27 mir., Vorzugspreise von etwa 0,102 bis O,6j55 mm und eine Länge von wenigstens etv/a 12,7 mm, vorzugsweise von etwa 25,4 bis 76,2 mm haben. Die zum Verstrecken dienenden Gasdüsen 38 stoßen im wesentlichen planare Gasströme 37 aus und sind in der in Fig. 2 und Fig. 8 dargestellten V/eise angeordnet.

Figur 6 und Figur 7 zeigen perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Gasdüse zum Ausstoßen eines irn wesentlichen planaren Gasstromes. Das Gas tritt durch die Eintrittsöffnung 25 ein und wird durch die rechteckige, langgestreckte Gasdüse 18 ausgestoßen.

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ι·

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Beispiel ]

Isotaktisches Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 3,5 und einem Schmelzflußindex von JO wird durch vier Spinnöffnungen, die auf die in Fig. 8 dargestellte Weise angeordnet sind, bei einer Temperatur der Schmelze von 390 C spritzgesponnen. Jede Bohrung hat einen im wesent-1ichen.runden Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa Ο,4θ6 mm. Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung waren zwei Gasdüsen 18 (wie in Fig. 6 dargestellt) für planare verstreckende Gasströme in einem Abstand von 53 mm von der Achse jeder Spinnbohrung 15 ungefähr parallel zueinander an der Seite jeder Spinnbohrung angeordnet. Die langgestreckten rechteckigen Luftdüsen hatten eine öffnungsveite von 0,254 mm und eine Länge von etwa 47,75 mn. Jede stieß Raumluft in einer Menge von etwa 1,59 nr/Minute unter einem Druck von etwa 4,57 atü aus.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind die Gasdüsen l8 so angeordnet, daß die Ebenen der Gasströme 17 sich an einem Punkt 21 schneiden, der einen Abstand B von 7,9 ^{mm von} der Achse des Extrudatstrahls, die der Achse 3 der Düse entspricht, hat. Der Abstand A, d.h. der Abstand von der Spinndüse 14 zum Schnittpunkt 21, beträgt 10,2 cm. Demzufolge schneiden die Ebenen der Gasströme die Achse des Extrudatstrahls in einem V/inkel α, von etwa JO und in einem Winkel α« von etwa 25 . Das Polypropy]enextrudat wird auf einer Metall trommel, die einen Durchmesser von 25,4 mrn hat, aufgenommen, wobei ein hohlzylindrischer Formkörper gebildet wird. Der Gesamtdurchsatz an Polypropylen beträgt etwa 2,72 kg/Stunde.

Der Versuch wird wiederholt, wobei jedoch der Durchsatz der Spinnvorrichtung so erhöht wird, daß der Gesamtdurchsatz an spritzgesponnenem Polypropylen 4,08 kg/Stunde beträgt.

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Beispiel 2

Das in Beispie] ] beschriebene FoJypropyJen wird durch eine oder mehrere runde Spinnbohrungen spritzgesponnen, wobei Gasdüsen, wie sie in Fig. 6 dargeste]]t sind, p]anare verstreckende Gasströme auss-toßen und einen Abstand von 5] mm von der Achse jeder Spinnbohrung haben, verwendet werden. Das Spinngut wird auf einer zy]indrischen Tromme] aufgenommen. Die Arbeitsbedingungen für ]4 Versuche sind in der fo]genden Tabe]]e angegeben.

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Tabelle

	Ver	Spinn-	Durch	Zahl	Luft	Druck	Polymer	A	B-. «y.	(	7,94	!rad	Grad	KoI-	Abstand	Ober
	such	temp.	messer	der	menge	der	durch	cm	cm		7,94			lektor-	von Düse	fläche
	Nr.		der	Boh		Luft	satz			7,94			geschw.	zu Auf	ρ /
			Spinn	run		atü	kg/Std.			7,94			m/Min.	nahme	BT/g
			bohrung	gen	Minute				0	30	25		trommel
			mm						0 ..	30	25		cm
	2	395	0,406	4	1,59	4,57	2,72	10,2	7,94	30	25		1 91,44	0,46
O	2 a	395	0,406	4	1,59	4,57	2,72	10,2	7,94	30	25		72,4	0,45
CO OO	2b	395	0,406	4	1,59	4,57	4,08	10,2	0	27	27		91,44	0,33
fy	2c	395	0,406	4	1,59	4,57	4,08	10,2	0	27	27		21,6	0,35
	2d	380	0,406	4	1,67	4,57	2,72	10,2	0	38	29		81,3	0,31 _χ
O <D	2e	380	0,406	4	1,67	4,57	4,08	10,2	7,94	38	29		81,3	0,27 χ
0»	2f	395	0,406	4	1,61	4,2	2,72	7,62	0	34	34	22,25	100,3	v> 0,53 "7
	2g	395	0,406 ,	4	1,61	4,2	4,08	7,62	7,94	34	34	22,25	100,3	0,42
	2h	• 395	0,406	4	1,61	4,2	2,72	7,62		34	34	22,25	100,3	0,36
	. 2i	395	(3,406	4	1,61	4,2	4,08	7,62	38	29	22,25	100,3	0,31
	2J	350;	0,457	1	0,85 .	2,46	1,13	7,62	27	27	6,1	104,1-4	0,48
	21c	350	0,457	1	0,85	2,46	1,13	7,62	30	25	6,1	104,14	0,58
	- 21	350	0,457	1	0,85 .	2,46	1,13	10,2		6,1	104,14	0,38
	2m	350	0,457	1	0,85. '	2,46	1,13	10,2		6,1	104,14	0,43 κ,

Die Moleküle in der Oberflächenschicht eines Feststoffs sind an einer Seite an innere Moleküle gebunden, es be- : steht Jedoch Ungleichgewicht von atomaren und molekularen Kräften auf der anderen Seite. Die Oberflächenmoleküle _; ziehen Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsmoleküle an, um diese letztgenannten Kräfte auszugleichen. Die Anziehung kann in Abhängigkeit vom jeweiligen System und von der angewandten Temperatur physikalisch oder chemisch sein. Eine physikalische Adsorption (häufig als Van der Waals-Adsorption bezeichnet) ist die Folge einer verhältnismäßig schwachen Wechselwirkung zwischen einem Feststoff und einem Gas. Dieser Adsorptionstyp hat eine primäre Charakteristik. Im wesentlichen die Gesamtmenge eines adsorbierten Gases kann durch Evakuierung bei der gleichen Temperatur, bei der es adsorbiert wurde, entfernt werden.

i Während die ersten Gasmoleküle, die mit einem sauberen Peststoff in Berührung kommen, mehr oder weniger stark durch Van der Waals-Kräfte festgehalten werden, werden die bei der Kondensation von Dämpfen wirksamen Kräfte in zunehmendem Maße verantwortlich, für die Bindungsenergie

bei der anschließenden Schichtausbildung. Der Ausdruck

V CP

(P₅ - P) /I₊(C- 1) P/P_s_7

worin V_ft das Volumen des beim Druck P adsorbierten Gases, V_m das Volumen,daß bei Bedeckung der gesamten adsorbierenden Oberfläche durch eine monomolekulare Schicht adsorbiert ist, C eine Konstante und P der Sättigungsdruck

des Gases ist (tatsächlich der Dampfdruck bei einer gegebenen Temperatur einer großen Gasmenge, die in einer

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Flüssigkeit kondensiert ist), wird durch Gleichsetzung ;er Kondensationsgeschwindigkeit von Gasmolekülen an einer adsorbierten Schicht mit der Verdampfungsgeschwindigkeit aus dieser Schicht und Summierung für eine unend liche Zahl von Schichten erhalten. Der Ausdruck beschreibt die große Mehrzahl der Tieftemperatur-Adsorptionsdaten. Physikalische Messungen des in Abhängigkeit vom Druck bei einer bestimmten Temperatur adsorbierten Gasvolumens er möglichen daher die Berechnung von V . des Oasvolumens, * m

das erforderlich ist, um eine monomolekulare Schicht zu bilden. Die Gleichung 1 kann zur linearen Form umgruppiert werden:

- P) VC VVC/ P

Dann ergibt eine graphische Darstellung von Daten für P/V {P «- P) in Abhängigkeit von P/P_g eine Gerade, deren

Abschnitt l/V C und deren Neigung (C - I)V C beträgt, ■ι w

Der Wert von V_ läßt sich somit leicht aus einer Reihe

BI

voti Messungen ermitteln. Aus dieser Information und Kenntnis der physikalischen Dimensionen von EinzelmolekUlen wird die Oberfläche des adsorbierenden Feststoffs 'berechnet.

Die in Tabelle genannten Werte wurden durch Oberflächenmessungen mit einem Orr-Oberflächen-Flächenporen-Volumen-Analysator (Modell 2100A) ermittelt. Die Versuche» die nach dem bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt wurden (2, 2a, 2b, 2c, 2f, 2g, 2k und 2m), ergaben Produkte mit einer größeren Oberfläche als die Versuche, bei denen die verstreckenden Gasströme sich auf der Achse des ExtrudatStrahls schnitten. Zwischen den Versuchen 2f und 2h, 2g und 2i, 2j und 2k sowie 21 und 2m ist ein direkter Vergleich möglich. Zunahmen

2 der Oberfläche von 0,05 bis 0,17 m /g werden erreicht. Je größer die Oberfläche, umso höher ist die Filterwirkung des Formkörpers.

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A3s faserbildende Polymerisate werden für die Zwecke der Erfindung vorzugsweise Polyolefine, z.B. Polyäthylen oder Polypropylen, verwendet. Diese Polyolefine haben vor dem Spinnen gewöhnlich einen Schmelzindex von etwa 5 bis 60, vorzugsweise von etwa 15 bis 40. Die Grenzviskosität beträgt etwa 1,0 bis 2,5* vorzugsweise etwa 1,0 'bis 2,0.

Anstelle von Polyolefinen können auch andere thermoplastische schmelzspinnbare, faserbildende Polymerisate, z.B. Polyamide, Polyester, Phenol-Formaldehydharze, Polyacetale und Celluloseester, z.B. Celluloseacetat, verwendet werden. Bei gewissen Polymerisaten wird das Spritzspinnen durch Mischen des Polymerisats mit einem den Schmelzpunkt herabsetzenden Mittel begünstigt, wodurch das Schmelzen ohne Zersetzung erleichtert wird.

Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wird normalerweise Luft als verstreckendes Gas verwendet. Auch andere Gase, z.B. Wasserdampf, Stickstoff und Helium, sind geeignet. Das verstreckende Gas wird gewöhnlich bei Raumtemperatur verwendet, Jedoch kann auch ein erhitztes Gas, das beispielsweise eine Temperatur von 250° bis 500⁰C hat, vorteilhaft verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von nichtgewebten, selbstgebundenen Verbundstoffen aus unregelmäßig angeordnetem synthetischen Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst ein im wesentlichen Endlosfäden bildendes· synthetisches organisches Polymerisat in flüssiger Phase als Fadenstrom unter Bildungsbedingungen für ein Fasermaterial in Richtung einer Ablagefläche spinnt und dann das Spinngut mit Hilfe mehrerer konvergierender Gasströme, deren Hauptkraftkomponente in Richtung des Fadenstromes wirkt,, unter Verkleben des beim Auftreffen klebrigen Fasermaterials mit anderen bereits vorher abgelegten Schichten streckt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im wesentlichen planare Gasströme verwendet, deren Ebenen sich in einem Punkt schneiden, der von der Achse des Extrudatströmes einen senkrecht gemessenen Abstand hat,,der wenigstens dem Durchmesser des Extrudatstromes an einem neben dem Schnittpunkt des Gasstromes liegenden Punkt entspricht.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand zwischen der Spinnöffnung und dem Schnittpunkt der Gasströme mindestens 51 nun beträgt.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Gasströme die Achse des Extrudatstromes mit einem Winkel von weniger als 4 5 bis mehr als etwa schneiden.

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5.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet im wesentlichen durch eine Düse (14) mit Spinnbohrung (15) und mehreren im wesentlichen rechtwinkligen Gasauslaßkanalen (l8) für im wesentlichen planar austretende Gasströme (17) > wobei diese Gasauslaßkanäle (l8) sich im Abstand von der Spinnbohrung (15) befinden, von der Düse (14) durch eine Isolierung getrennt und so in bezug auf die Düse (14) angeordnet sind, daß 1. die Gaskanäle mit ihren Auslässen dichter als mit inneren Bereichen an der Achse der Spinnbohrung (15) liegen, wodurch die Gasströme mit einem Konvergenzwinkel (α,, ctg) von etwa 5 bis 45° auf die Achse der Spinnbohrung gerichtet werden, 2. keine zwei der planaren Projektionen der Auslässe der Gaskanäle zusammenlaufen und sich unter dem gleichen Winkel mit der Achse der Spinnbohrung (15) schneiden und 3. die planaren Projektionen der Auslässe der Gaskanäle (l8) sich in einem Punkt schneiden, der von der Achse der Spinnöffnung einen senkrecht gemessenen Abstand hat, der wenigstens dem Durchmesser des Extrudatstromes an einem neben dem Schnittpunkt der planaren Projektion der Auslässe der Gaskar/äle liegenden Punkt entspricht, sowie schließlich durch Mittel zur Versorgung der Gaskanäle (18) mit einem unter Druck stehenden, auf den aus der Spinnbohrung (15) austretenden Fadenstrom streckend einwirkenden Gas.

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