DE2314264C2

DE2314264C2 - Verfahren zur Herstellung von nichtgewebten, selbstgebundenen Faserverbundstoffen aus regellos angeordnetem synthetischen Fadenmaterial und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2314264C2
Application number: DE2314264A
Authority: DE
Inventors: Paul Hinkle Kings Mountain McGinnis jun.; William Dennis Charlotte N.C. McLaughlin jun.; Robert Ernest Swander
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1985-08-08
Also published as: CA1038571A; AU5353573A; FR2177924B1; FR2177924A1; NL7304095A; BR7302109D0; US3787265A; DE2314264A1; ES439943A1; BE797236A; ES412969A1; IT983605B; ZA731735B; SE7600443L; SE399573B; JPS5620383B2; SU608484A3; JPS496265A; GB1392408A

Description

Die Erfindung betrifft ein im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Aus der US-PS 35 09 009 ist es bekannt, eine Vielzahl von gesponnenen Endlosfäden zunächst geradlinig nebeneinander abzulegen und dann in Luftkanäle einzuführen, um die Fäden, ohne daß diese miteinander in Berührung kommen, parallel auszurichten. Weiterhin beschreibt die DE-AS 10 72 781 die Herstellung von Glasfasermatten aus kurzen Glasfasern, wobei die Zerfaserung des geschmolzenen Glases durch Gasströme erreicht wird, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Glasschmelze auftreffen, und zwar entweder mit asymmetrischen Auftreffwinkeln oder in unterschiedlichen Abständen zum Düsenaustritt

Die DE-OS 19 64 060 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines nichtgewebten Vlieses, bei dem die auf den Fadenstrahl zwecks Verstrecken der Fäden einwirkenden Gasströme sich zwar unter einem Winkel von weniger als 45° schneiden, aber in unmittelbarer Nähe der Düsenöffnungen austreten.

ίο Die US-PS 35 43 332 schließlich beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Spritzspinnen von geschmolzenen faserbildenden Polymerisaten, wobei das Fadenmaterial im wesentlichen axial durch eine Bohrung gesponnen wird und die gesponnenen Fäden verstreckt werden, indem an einer Stelle, an der sie noch nicht erhärtet sind, mit hoher Geschwindigkeit mehrere Gasströme in einer Bewegungsrichtung, die eine Hauptkomponente in Spinnrichtung der Fäden aufweist in einem flachen Winkel von tangentiaier Konvergenz zum Fadenstrahl aufgeblasen werden. Die Achsen der Gaskanäle und der entsprechenden Gasströme verlaufen schiefwinkelig so um die Spinnbohrung, daß sie sich nicht schneiden und mit Abstand am die Achse der Spinnbohrung angeordnet sind.

All diesen bekannten Verfahren gemeinsam ist nicht nur die Ausbildung zahlreicher unerwünschter Kurzfasern, also die Ausbildung einer Faserstruktur, die in bezug auf Gleichmäßigkeit noch Wünsche offen läßt, sondern darüber hinaus vo·· allem auch eine unbefriedigende Produktionsgeschwindigkeit Somit war es Aufgabe der Erfindung, das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche so abzuwandeln, daß mit wesentlich höheren Produktionsgeschwindigkeiten nichtgewebte, selbstgebundene Faserverbundstoffe hergestellt werden können, die sich gegenüber den mit den bekannten Verfahren erhaltenen Faserverbundstoffen durch eine äußerst gleichmäßige schmelzgesponnene Faserstruktur auszeichnen und wenn überhkaupt, dann nur eine äußerst geringe Anzahl von störenden Kurzfasern aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 zu entnehmen. Erfindungsgemäß handelt es sich somit um ein Verfahren mit mehreren erfindungswesentlichen Parametern, deren Einhaltung für die angestrebte Lösung der Aufgabe der Erfindung notwendig ist. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wirken erfindungsgemäß zwei im wesentlichen planare Gasströme auf den Strom der schmelzgesponnenen Fäden ein. Bei diesen planaren

so Gasströmen handelt es sich um Gasströme, die in einer Ebene liegen und aus öffnungen austreten, die den Querschnitt eines langgestreckten Rechteckes haben.

Die Intensität der Gasströme verändert die Verstrekkung und bestimmt den Titer des erhaltenen Fadenmaterials. Der Titer kann 0,1 bis 56 dtex oder mehr betragen, jedoch liegt er zur Erzielung einer maximalen Oberfläche und Festigkeit des Faserverbundstoffes vorzugsweise meistens unter 28 dtex. Tatsächlich weisen die Verfahrensprodukte einen Titerbereich auf, wo· durch Festigkeit und Gebrauchswert der Produkte gesteigert werden.

Als fadenbildende Materialien kommen alle Polymerisate in Frage, die plastifizierbar oder schmelzbar sind, beispielsweise Polyolefine, wie Homopolymerisate und Copolymerisate von Olefinen, insbesondere stereospezifisches oder kristallines Polyethylen und Polypropylen, Polyamide, wie Nylon 66 oder Nylon 6, Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Celluloseester, wie CeIIu-

loseacetat, insbesondere sekundäres Cellulosetriacetat, Polyurethane, Polystyrol Polymerisate von Vinylidenmonomeren, wie Vinylchlorid, Vinylacetat, Vinylidenchlorid und insbesondere Acrylnitril und Gemische der vorstehend genannten Polymerisate.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchfahrung des Verfahrens mit einer Spinndüse mit Düsenaustritt und zwei zu beiden Seiten des Düsenaustritts angeordneten, im wesentlichen rechteckigen Gasaustrittskanälen, die mit ihren Auslässen dichter als mit ihren inneren Bereichen an der Achse des Düsenaustritts liegen, und deren senkrechte Projektionen sich unter dem gleichen Winkel mit der Achse des Düsenaustritts schneiden, sowie mit einer im Abstand von 15 cm oder mehr zum Düsenaustritt angeordneten Fadenablagefläche, Diese Vorrichtung zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die senkrechten Projektionen der Gasaustrittskanäle sich in einem Punkt schneiden, der von der Achse dieses Düsena«stritts einen senkrecht gemessenen Abstand hat der wenigstens dem Durchmesser des Fadenstromes an einem neben dem Schnittpunkt ihrer planaren Projektionen liegenden Punkt entspricht, und daß der senkrechte Abstand zwischen dem Düsenaustritt und dem Schnittpunkt der senkrechten Projektionen mindestens 5,1 cm beträgt

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt schematisch eine Spinn- und Aufnahmevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig.2 zeigt in Draufsicht die bevorzugte Ausiührungsform;

Fig.3 veranschaulicht graphisch in Vektoren die Kräfte, die aus z*Vei konvergierenden planaren Gasströmen resultieren, Während

F i g. 4 schematisch wiedergibt, wie die in F i g. 3 dargestellte Vektorkraftkomponente den Fadenstrom sowohl ablenkt als %uch beschleunigt;

F i g. 5 zeigt ir¹ Draufsicht eine Spinndüse sowie Kanäle für planare Oasströme;

F i g. 6 zeigt perspektivisch eine Spinndüse mit zwei Kanälen für planare Gasströme, die an jeder Seite der Spinndüse angeordnet sind;

F i g. 7 zeigt perspektivisch einen der in F i g. 6 dargestellten Kanäle;

F i g. 8 zeigt schematisch in Seitenansicht die bevorzugte Anordnung von vier Spinndüsen.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird entsprechend F i g. 1 beispielsweise ein Polyolefin der Spinnvorrichtung 10 zugeführt, die mit einem Zwischenstück 12 zur Gaszufuhr versehen ist. Die Spinntemperaturen können beliebig oberhalb des Schmelzpunktes des Polymerisats liegen, doch werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn das Polymerisat auf eine Temperatur erhitzt wird, die um wenigstens 150⁰C, vorzugsweise um 250° C bis 350° C über dem Erweichungspunkt des Polymerisats liegt, bei Polypropylen im allgemeinen bei 325°C bis 400°C, bei Polyethylen dagegen bei 350⁰C bis 450°C.

Das geschmolzene Polymerisat wird als Polymerstrahl 16 durch die Spinndüse mit einer oder mehreren Spinnbohrungen oder Austrittsöffnungen 15 stranggepreßt, und der austretende Strom der Fäden kommt mit den planaren Gasströmen 17, die aus den Kanälen 18, die den Querschnitt eines langgestreckten Rechtecks aufweisen, austreten, in Berührung. Die Gasströme 17 wirken auf den Polymerstrah! 16 im Konvergenzbereich 20 ein und bilden einen verstreckten Faden 22. der im Konvergenzbereich 20 abgekühlt wird und teilweise erstarrt, während er sich in Richtung des Kollektors 24 bewegt und auf diesem den zylindrischen Körper 26 bildet Der Kollektor 24 dreht sich im allgemeinen mit einer solchen Geschwindigkeit daß eine sich mit 7,5 bis 38,1 m/min bewegende Ablagefläche ausgebildet wird. Der Kollektor 24 befindet sich in Oberflächenberührung mit der Walze 28, die als Mitläuferwalze wirkt und deren Druck gegen die Auflagefläche einstellbar ist Von der Größe des Druckes ist es abhängig, wie dicht und fest der noch klebrige Faden auf die vorherigen Schichten auf den Zylinder 26 gepackt wird. Sowohl der Kollektor 24 als auch die Walze 28 werden durch den Mechanismus 30, dessen Hub die Form des Zylinders bestimmt seitlich hin- und herbewegt. Dieser Hub kann konstant sein oder sich während des Aufbaues des Zylinders ändern, wenn für diesen eine bestimmte Form, beispielsweise zwecks Unterbringung in einem Behälter, gewünscht wird.

F i g. 2 zeigt schematisch als Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung von Filterhülsen. Zwei konvergierende Gasströme 17 treten aus rechteckigen Kanälen 18 aus. Die Achse 19 der Spinndüse 14 entspricht der Richtung, in der der Polymerstrahl ausgepreßt wird. Die Kanäle 18 sind neben der Spinndüse 14 so angeordnet, daß die Gasströme 17 im wesentlichen in der Fließrichtung des Polymerstrahls längs der Düsenachse 19 ausgerichtet sind. Die senkrechten Projektionen 17 der Gaskanäle 18 schnei den sich an einem Punkt 21 in einem senkrecht gemesse nen Abstand B, der wenigstens dem Durchmesser des Fadenstroms an einem neben dem Schnittpunkt ihrer planaren Projektionen liegenden Punkt 23 entspricht Vorzugsweise· beträgt der Abstand B wenigstens 1,52 mm, insbesondere etwa 5,1 bis 51 mm. Der senkrechte Abstand A zwischen dem Düsenaustritt 15 und dem Schnittpunkt 21 der senkrechten Projektionen 17 beträgt mindestens 5,1 cm, vorzugsweise 6,35 bis 17,8 cm. Die Kanäle 18 sind neben dem Austritt 15 der Spinndüse 14 so angeordnet, daß die Ebenen der Gasströme 17 den Strom der schmelzgesponnenen Fäden 16 mit einem Winkel von weniger als 4-5° bis mehr als 5°, vorzugsweise von 10° bis 40°, schneiden und die Fäden von der Spinndüse hinwegschleudern.

In F i g. 3 ist die Kraft der Gasströme 17 in Vektoren dargestellt Die Kraftkomponente Y ist in Richtung der Spinndüsenachse und der Polymerfäden ausgerichtet und dient zur Beschleunigung und Verstreckung der Fäden.

F i g. 4 veranschaulicht, daß hierdurch nicht nur der Faden 16 verstreckt, sondern zuerst nach der einen Seite und dann zur anderen Seite abgelenkt wird.

Die in F i g. 5 dargestellte Spinndüse weist im Mittelpunkt einen Düsenaustritt 15 auf, der im allgemeinen einen Durchmesser von 0,254 bis 2,54 mm, vorzugsweise von 0,38 bis 0,76 mm hat.

Wie in F i g. 5 und F i g. 6 dargestellt, sind neben dem Düsenaustritt 15 mehrere, im wesentlichen rechteckige, langgestreckte Gaskanäle 18 angeordnet, die eine Brei te von 0,051 bis 1,27 mm, vorzugsweise von 0,102 bis 0,635 mm und eine Länge von wenigstens 12,7 mm, vorzugsweise von 25,4 bis 76,2 mm haben.

F i g. 6 und F i g. 7 zeigen perspektivisch eine bevorzugt Ausführungsform der Kanäle 18 zum Ausstoßen eines im wesentlichen planaren Gasstromes. Das Gas tritt durch die Eintrittsöffnung 25 ein und wird durch den rechteckigen, langgestreckten Kanal 18 ausgestoßen.

5 6 §

Beispiel) U

Isotaktisches Polypropylen mit einer Grenzviskosität $

von 1,5 und einem Schmelzflußindex von 30 wird durch ||

vier Spinnöffnungen, die auf die in F i g. 8 dargestellte 5 f

Weise angeordnet sind, bei einer Temperatur dei ,i

Schmelze von 39O⁰C spritzgesponnen. Jede Spinnöff- j?:'

nung hat einen im wesentlichen runden Querschnitt mit §

einem Durchmesser von 0,41 mm. Bei der in F i g. 8 dar- ψ

gestellten Anordnung waren zwei Gaskanäle 18 (wie in io Ii-

F i g. 6 dargestellt) für planare Gasströme in einem Ab- ij;

stand von 5,1 cm von der Achse jeder Spinnöffnung 15 V;

ungefähr parallel zueinander an der Seite jeder Spinn- Sj

öffnung angeordnet Die langgestreckten rechteckigen %

Kanäle hatten eine öffnungsweite von 0,254 mm und 15 S

eine Länge von 47,75 mm. Jede stieß Raumluft in einer

Menge von 1,59 mVmin unter einem Überdruck von |;

4,5 bar aus. );

Gemäß F i g. 2 sind die Kanäle !8 so angeordnet, daß ί

die Ebenen der Gasströme 17 sich an einem Punkt 21 20

schneiden, der einen Abstand B von 7,9 mm von der ".

Achse 19 der Düse hat. Der Abstand A, d. h. der Abstand
vom Austritt 15 der Spinndüse 14 zum Schnittpunkt 21,
beträgt 10,2 cm. Demzufolge schneiden die Ebenen der
Gasströme den Strom der Fäden mit einem Winkel λ\ 25
von 30° und mit einem Winkel λ₂ von 25°. Die ausgepreßten Polypropylenfäden werden auf einer Metalltrommel, die einen Durchmesser von 25,4 mm hat, aufgenommen, wobei ein hohlzylindrischer Formkörper
gebildet wird. Der Gesamtdurchsatz an Polypropylen 30
beträgt 2,72 kg/h.

Der Versuch wird wiederholt, wobei jedoch der
Durchsatz der Spinnvorrichtung so erhöht wird, daß der

Gesamtdurchsatz an spritzgesponnenem Polypropylen ?-.

4,08 kg/h beträgt. 35

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 beschriebene Polypropylen wird
durch eine oder mehrere runde Spinnöffnungen oder 40
-bohrungen 15 spritzgesponnen, wobei Kanäle gemäß
F i g. 6 planare Gasströme ausstoßen, die die Fäden verstrecken. Diese Kanäle haben einen Abstand von 5,1 cm
von der Achse jeder Spinr.öffnung. Die Fäden werden
auf einer zylindrischen Trommel aufgenommen. Die Ar- 45

beitsbedingungen für 14 Versuche sind in der folgenden ;\

Tabelle angegeben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von nichtgewebten, selbstgebundenen Faserverbundstoffen aus regellos angeordnetem synthetischen Fadenmaterial, bei dem ein im wesentlichen Filamente bildendes synthetisches organisches Polymerisat in Richtung einer im Abstand von 15 cm oder mehr vom Düsenaustritt angeordneten, die noch klebrigen Fäden aufnehmenden Ablagefläche unter gleichzeitigem Verstrecken der sich bildenden Fäden mit Hilfe von zwei zu beiden Seiten des Düsenaustritts angeordneten Kanälen austretender, aufeinander zugerichteter ebener Gasströme schmelzgesponnen wird, deren Hauptkraftkomponente in Richtung des Fadenstromes wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (18) im Abstand vom Austritt (15) der Spinndüse (14) angeordnet sind und die Ebenen der Gasströme (17) den Strom der schmelzgesponnenen Fäden (16) mit einem Winkel (<*) von weniger als 45° bis mehr als 5° und sich selbst in einem Punkt (21) schneiden, der von der Mittellinie (19) des Fadenstromes (16) einen senkrecht gemessenen, wenigstens dem Durchmesser des Fadenstromes (16) an einem neben dem Schnittpunkt der Gasströme liegenden Punkt (23) entsprechenden Abstand (B) hat und der senkrechte Abstand (A) zwischen dem Düsenaustritt (15) und dem Schnittpunkt (21) der Gasströme (17) mindestens 5,1 cm beträgt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Spinndüse mit Düsenaustritt und zwei zu beiden Seiten des Düsenaustritts angeordneten, im wesentlichen rechteckigen Gasaustrittskanälen, die mit ihren Auslässen dichter als mit ihren inneren Bereichen an der Achse des Düsenaustritts liegen, und deren senkrechte Projektionen sich unter dem gleichen Winkel mit der Achse des Düsenaustritts schneiden, sowie mit einer im Abstand von 15 cm oder mehr zum Düsenaustritt angeordneten Fadenablagefläche, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Projektionen (17) der Gasaustrittskanäle (18) sich in einem Punkt (21) schneiden, der von der Achse dieses Düsenaustritts (15) einen senkrecht gemessenen Abstand (B) hat, der wenigstens dem Durchmesser des Fadenstromes an einem neben dem Schnittpunkt ihrer planeren Projektionen liegenden Punkt (23) entspricht, und daß der senkrechte Abstand (A) zwischen dem Düsenaustritt (15) und dem Schnittpunkt (21) der senkrechten Projektionen (17) mindestens 5,1 cm beträgt.