DE2438770A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faechigen erzeugnisses mit faseriger oberflaeche - Google Patents

Description

METZELER SCHAUM GMBH - MEMMINGEN

30. Juli 1974 PA 74-10427 ö

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Erzeugnisses mit faseriger Oberfläche.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eine faserige Oberfläche aufweisenden und durch Umwandlung eines nichtfaserigen Polymers gebildeten Erzeugnisses mittels Auseinariderziehens an das Polymer angrenzender, anhaftender Flachen, von denen mindestens eine von einem Träger für das Polymer und damit für die Fasern gebildet wird, wobei der Träger von einem Fluidum durchströmt wird und wobei die in statu nascendi befindlichen Fasern umströmt, orientiert sowie unter Erhöhung ihrer Viskosität stabilisiert werden«

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind aus der DT - AS 1 753 695, der US-PS 3 309 425 und der GB - PS 1 072 236 bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eine ge tuft et e" Oberfläche aufweisender Erzeugnisse bekannt, bei denen wenigstens

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eine thermoplastische Schicht auf einem Teilbereich ihrer Dickenerstreckung gegen eine heizbare und mit Vorsprüngen bzw. Vertiefungen ausgestattete Oberfläche gepreßt und in einem anschließenden Entformungs» Vorgang davon abgezogen wird. Die durch das Anpressen geformte Oberfläche der Polymerschicht wird bei einem der Verfahren während des Entformungsvorganges überdies einer Temperierung unterworfen.

In der DT - PS 1.266.441 wird ein weiteres Verfahren beschrieben, bei dem ein Polymer zwischen zwei glatte Ziehflächen gebracht und im geschmolzenen Zustand senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung unter gleichzeitiger Kühlung zu unsymmetrischen Pasern zerrissen wird. Der Kühlmittelstrom wirkt hierbei erstmals entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Polymers auf den Faserbildungsraum ein. Nach einem neueren, sich an dieses Vorbild anlehnenden Verfahren wird gemäß der DT - OS 2 053 408 vorgeschlagen, das Polymer im geschmolzenen Zustand durch einen porösen Träger hindurch- und an die glatte Ziehfläche anzupreisen, worauf das Laminat anschließend unter Faserausbildung bei gleichzeitiger Kühlung abgezogen wird.

Ein weiterer Vorschlag, beschrieben in der DT - OS 2 157 510, betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses mit Plüschoberfläche, das unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, daß das Polymer mit Hilfe des Trägers an eine heizbare Ziehfläche angepreßt und

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nach Beginn der Faserausbildung bei gleichzeitiger Kühlung und nachträglicher Umlenkung des Trägers von dieser abgezogen wird. Dabei wirkt der Kühlmittelstrom wiederum entgegengesetzt zur Transportriehtung des Trägers in den Faserbildungsraum ein, zusätzlich dazu erfolgt eine Kontaktkühlung der Rückseite des Trägers. Verfahren dieser Art gereicht zum Nachteil, daß das Kühlmittel gleichzeitig auf die gesamte Länge der sich bildenden Fasern auftrifft, so daß es auf dahinterliegende Fasern nur sehr abgeschwächt einwirken kann; daran ändert die Kontaktkühlung der Rückseite nichts.

In Verfolgung dieses Vorschlages und unter Berücksichtigung seiner Nachteile beschreibt die DT - OS 2 057 149 ein solches Verfahren, bei dem ein strömendes Kühlmittel annähernd in Transportriehtung des Trägers auf dessen Rückseite einwirkt und diesem entlang und ihn zum Teil auch durchströmt. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Trägerschicht im Faserbildungsbereich nicht abgelenkt wird und sich bildende Fasern weiterhin der Temperaturwirkung der beheizten Ziehfläche ausgesetzt bleiben.

Diese bekannten Verfahren verwenden zur Kühlung einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom, der entweder eine zu schwache oder eine zu schroffe Kühlwirkung ergibt.

Das führt zu der Aufgabe, Maßnahmen zu verwirklichen,. mittels derer es gelingt, zu erreichen, daß das strömende Fluidum schon im Keimberti ich der Fasern, in statu nascendi dieser, wirksam wird und daß die Faserausge-

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staltung über den gesamten Faserbüdungsbereich aussteuerbar wird, so daß einerseits mit einer hohen wirtschaftlichen Produktionsgeschwindigkeit gearbeitet werden kann und andererseits die Güte des Produktes beeinflußbar ausfällt.

Die so charakterisierte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das sich erfindungsgemäß durch eine Führung des Fluidums kennzeichnet, bei der es nach dem Durchströmen des Trägers in den FaserbUdungsraum gelangt, wobei der einer Abzugswirkung unterworfene Träger innerhalb des Einwirkungsbereiches des strömenden Fluidums aus seiner Richtung von der anderen Ziehfläche weg abgelenkt wird.

Ein für die Weiterbildung der Erfindung wesentlicher Verfahrensschritt ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze im Faserbüdungsbereich mit einer Temperatur oberhalb, vorzugsweise weit oberhalb des Schmelzpunktes zugeführt wird.

Von Bedeutung für das Verfahren ist es dabei, daß der Träger im Einwirkungsbereich des strömenden Fluidums von der heizbaren Ziehfläche abgehoben und nach Einstellung eines zwischen 0, δ und 40 mm, vorzugsweise zwischen 0, 5 und 10 min, liegenden Abstandes abgelenkt wird. Die hierbei von den Trägern zurückgelegte Strecke ist von der Krümmung der Oberfläche der heizbaren Ziehfläche abhängig, im Rahmen erfindungsgemäß vorgeschlagener Verjähren nimmt die Strecke Werte von wenigen Millimetern bis einigen

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Zentimetern, vorzugsweise zwischen 5 mm bis 50 mm und nur maximal von etwa 100 mm an. Infolge der Maßnahme dieser Ablenkung des Trägers wird der Wurzelbereich der Fasern der intensiven Einwirkung des strömenden Fluidum entzogen, wodurch dieser Wurzelbereich feiner ausgezogen wird und die Fasern eine molekulare Längsorientierung erfahren; erst danach erfolgt das Abreißen der Faserspitzen von'der beheizten Ziehfläche nahe deren Enden.

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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Proportionalität oder annähernd Proportionalität zwischen Erstarrungsgeschwindigkeit des Polymers und Fasertemperatur einzustellen. Würde beispielsweise die Erstarrung zu schnell zunehmen, so käme es nur zu einem zu grobfaserigen Zerreissen der Polymerschmel-ze, so daß Blättchen an Stelle der erstrebten Faserform bei hochviskosen Schmelzen entständen; die Schmelze wird nur zu feinen, dünnen Fäden mit knollenförmigen Wurzeln bei niedrigviskosen Schip.elzen von Polykondensaten ausziehbar.

Zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens eignen sich daher vorwiegend Polymerisationsprodukte., die ein geringes Molekulargewicht und damit einen hohen Schmelzindex aufweisen.

Vice versa ist der Einsatz stark kristallisierender Hochpolymeren, insbesondere solcher aus Polykondensaten durch die hohe Kristallisationsgeschwindigkeit erschwert. Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, durch Co- bzw. Misch-Polymerisationen bzw. durch Mischungen oder Legierungen nut anderen Polymeren deren Kristallisaiionsneigung zu verringern

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und den Erstarrungsbereich auszudehnen. So konnte reines Polyoxymethylen (POIvI), das allein eingesetzt eine feine und brüchige Faser ergibt, erst durch den Zusatz von 10% Hochdruck-Polyäthylen zur Erzeugung eines praktisch brauchbaren Faserprodukles mit katzenfellähnlichem Griff verwendet werden. Bei Mischungen von POM mit Polyamiden wird ebenfalls der Faserbildungsprozeß verbessert. Reines Polyamid 6 (PA 6) hingegen ergibt bei alleinigem Einsatz eine feine, watteartig aussehende Faser. Durch Co - Polymerisation mit Polyamid 66 (PA 66) oder mit Äthylen bzw. mittels einer Mischung mit 12% niedrigviskosem PMMA konnte ein textiles Plüschgev/ebe hergestellt werden. Mischungen aus Polyamid 6 (PA 6) mit Polyamid 11 (PA 11) bzw. PA 12 oder PA 6. 10 ergeben wieder einen größeren Erstarrungsbereich, wobei die Zweitkompcnente in einer Menge bis zu 30^₀ zugesetzt serin kann. Günstige Ergebnisse mit Mischungen konnten ebenfalls erzielt werden bei gesättigten Polyestern - wie z.B. Polyäthylentherephthaiat oder Polybutylenterephthalat mit Polyamid 6, PA 11, PA 12 bzw. Copolyamides Mittels einer zusätzlichen Vernetzung solcher Polymermischungen bei ihrer Verarbeitung können überdies Faserbildungsprozeß und Erzeugnisqualität positiv beeinflußt werden.

Bei reinem Polypropylen (PP) mit einem MFI = 190/5 von 20 ergibt sich normalerweise eine Faser mit einer Stärke von beispielsweise 10 Aim; durch einen Zusatz von Polyamid 12 werden die Fasern zunehmend feiner und dünner, bis sich schließlich bei einem Anteil an PA 12 eine watteähnliche Struktur einstellt.

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Der Einsatz von anorganischen Substanzen, z.B. Füll- und Farbstoffen oder Additiven, in der Schicht des Polymeres bewirkt auf Grund der höheren Wärmeleitfähigkeit dieser Substanzen eine raschere Erstarrung bei der Faserbildung, was größtenteils dazu führt, daß die Fasern früher abreißen. Die Verwendung derartiger Stoffe bis zu einer Konzentration von 50% wird beim erfindungsgernäßen Verfahren bevorzugt durch den Einsatz von Polymeren mit niedriger Schmelzviskosität begünstigt. Zur Durchführung er findung s gemäß ausgebildeter Verfahren haben sich insbesondere solche Polymere geeignet, deren Schmelze eine geringe Viskosität aufweisen.

Darunter fallen unter anderen:

PE mit einem MFI 190/2 von 10 - 300 g/10 Min,, EVA mit einem MFI 190/2 größer als 10 g/10 Min., PP mit einem MFI 190/5 von 10 - 70 g/10 Min., PMMA mit einem MFI 210/10 größer als 10 g/10 Min., CA (Cellulose Acetat), CAB (Cellulose Acetat Butyrat), CP (Cellulose Proprionat) mit einem MFI 190/2 größer als 8, POM mit einem MFI 190/2 größer als 13 g/10 Min., PVCA mit einem K-Wert kleiner als 60, h-PVC mit einem K-Wert kleiner als 55, w-PVC mit einem K-Wert kleiner als 60, bei einem Weichmacheranteil von mindestens 15%,

PA 6 mit einer relativen Lösungsviskosität zwischen 2,1

und 3,4, , . ■ "

PA 12 mit einer relativen Lösungsviskosität zwischen 1,7 und 2,1

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PETP mit einer relativen Lösungsviskosität größer als 1,6.

Aus diesen Angaben ist ersichtlich, daß in Durchführung des neuen Verfahrens vor allem Polymerisationsprodukte mit einem hohen Schmelzindex einsetzbar sind, während diese Möglichkeit bei Polykondensationsprodukten, wie sie beispielsweise bei PA und bei gesättigten Polyestern vorliegen, bereits bei marktgängigen Produkten gegeben ist.

Für die getroffene Auswahl der Polymere waren unter anderen folgende Gründe maßgebend:

- Eine geringe Sehmelsviskosität ergibt wegen der Erzielung verbesserter Ilaftungsverhältnisse wesentlich mehr Faserkeimprodukte als es bei hoher Schmelzviskosität der Fall ist;

- eine hohe Schmelztemperatur und die dadurch bedingte geringe Schmelzviskosität führen zu langen Faserziehzeilen, so'daß die verlängerten Einwirkzeiten zu der Möglichkeit führen, den zeitlichen Einflußbereich zu vergrößern, innerhalb dessen der Prozeßsteuerung dienende Maßnahmen anwendbar bleiben.

Ein weiterer Verfahrens sehritt kennzeichnet sich ferner dadurch, daß das Polymer im. Faserbildungsbereich nur teilweise in Fasern umgewandelt wird. Bei bisher üblichen Verfahren war stets angestrebt worden, nach dem Faserbildungsvorgang keine Polymerresie an der Ziehfläche in der Erwartung iuf-

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treten zu lassen, daß dann bei erneutem Durchgang eine Störung des Faserbildungsprozesses infolge Weiterbewegung der Ziehfläche zu vermeiden wäre. Jedoch haben Versuche bei erfindungsgemäß gestalteten Verfahren zu entgegengesetzten Ergebnissen geführt, der Faserbildungsprozeß läuft vielmehr so ab, daß sich die Fasern beim Erstarren infolge im Polymer wirksamer Cohäsionskräfte nahe der und nicht an ihrer Berührungsstelle mit der Ziehfläche sichtbar einschnüren und eindeutig im Abstand von der Ziehfläche abreißen. Das führt folgerichtig und gemäß einer durch die Erfindung ausgelösten Entwicklung zu einer neuen Technik, die darin besteht, in weiterer Durchbildung des vorgeschlagenen, Verfahrens den beim ersten Faserbildungsprozeß erzeugten Polymerbelag auf der Ziehfläche bewußt und planmäßig im Anschluß an diesen ersten Faserbildungsprozeß in einer Dicke von mindestens 10 um aufrecht zu erhalten und diesen Belag mittels Weiterbewegung der Ziehfläche erneut mit Polymer zu beschichten, gegebenenfalls auch während einer Faserbildung mit dem zurückgehaltenen PolymerfiLm. oder einer zurückgehaltenen Polymerschicht zu vermischen und. auf diese Weise ständig zu erneuern.

Diese Polymer-Restschicht hat beim Verlassen des Faserbildungsraumes infolge der voneinander infinitesimale Abstände aufweisenden Faserendabreißpunkte berg- und talartige Oberflächenstruktur. Die "Talbereiche" haben dabei die Mindestdicke von 10 um. Beim Umlauf auf der heißen Ziehfläche wird diese Oberfläche infolge der Oberflächenspannung und Elastizität des Belages allmählich ebeti> so daß die Polymerrest -

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schicht als gleichmäßig dicke Schicht mit über 10 um Dicke

unter das neue Polymer einläuft.

Die Vermischung eines auf der Ziehfläche aufrecht erhaltenen Polymerbelages mit einer wie vorher beschriebenen, neu aufgebrachten Polymerschicht kann dazu benutzt werden,, Schichten aus verschiedenartigen Polymeren mit einer Wirkung im Faserbildungsprozeß in Mehrkomponentenfasern umwandeln zu können, die sich nicht von derjenigen Wirkung unterscheidet, die auftritt, wenn die Fasern aus einer einzigen Schicht gebildet werden; gegenüber letzter unterscheiden sich Fasern aus Polymermischungen jedoch insofern, als in ihnen die einzelnen Polymerarten mehr schichtenweise als fein dispergiert auftreten. Damit ist erreichbar, Fasereigenschaften zu erhalten, die mittels einer Mischung aus Polymeren auf Grund unterschiedlicher Schmelzviskositäten nicht zu erhalten wären.

So kann man beispielsweise durch Zer- oder Auffasern von Schichten aus PVC und anderen Polymeren geschichtete Fasern erzeugen, wobei durch Steuerung der Verfahrensmaßnahmen erreichbar ist, daß beispielsweise in der Faser Schichten aus reinem PVC auftreten, an die sich weitere Schichten, gegebenenfalls mit allmählichen Übergängen anschließen, die ausschließlich aus dem anderen Polymer bestehen. Da diese Schichtung wieder für bestimmte Fasereigenschaften ursächlich ist, ergibt sich die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den gewollten Fasereigenschaften den Faseraufbau so einzustellen, daß die fertige Faser das Bündel von Eigenschaften entfaltet,

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die jeweils zur Deckung des auftretenden !Bedarfsfalles optimal sind.

Für bestimmte Fasereigenschaften ist auch von Bedeutung, daß im Ablenkungsbereich des Trägers das strömende Fluidum bezogen auf eine im Ablenkungsbereich auf der Ziehfläche errichtete Normalebene - in einem Winkelbereich von + 65 bis - 45 , vorzugsweise von H- 55 bis -15 zur Einwirkung gebracht wird. Dabei ist wesentlich, daß das strömende Fluidum mit seiner maximalen Intensität nicht auf den Ort der Faserkeimbildung auftritt, sondern in dem Bereich den Träger durchströmt, in dem die Polym er schicht zerrissen und zu Fasern umgewandelt wird; die Strömungsrichtung des Mediums wird anschließend an der Ziehfläche abgeknickt, so daß es einerseits in den Faser keimbereich und andererseits in den Bereich des Faserbildungbraum.es umgelenkt wird, in dem die Fasern vollends erstarren. Solche Maßnahmen sind durch die Wahl des Anströmwinkels zu steuern. Die Intensität des strömenden Mittels bestimmt dabei weitestgehend die Faserausbildung. Das strömende Fluidum kann von Gasen, Dämpfen, versprühten Flüssigkeiten, von Gasen und/ oder Dämpfen getragenen Feststoffteilen und/oder.Mischungen dieser gebildet sein. Besonders bewährt irn Rahmen der vorgeschlagenen Verfahren haben sich hauptsächlich Mischungen aus Gasen und Flüssigkeiten, weil sie zu einem besonders hohen Wärmeübergang führen und eine große Wärmeaufnahme ermöglichen. Auch deshalb wird vorzugsweise mit Gas-■ Flüssigkeitsgemischen gearbeitet, weil durch die Verdunstungskälte der Flüssigkeit eine Herabsetzung der Temperatur des Fluidums erfolgt.

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Ein Einsatz von Gemischen aus Gasen und Flüssigkeiten sowie einem Stoff, der bei Reaktion mit der Flüssigkeit oder dem Gas diesen Wärme entzieht, hat sich ebenso als vorteilhaft und anwendbar erwiesen. Der chemische Stoff kann dabei sowohl in fester als auch in flüssiger Form vorliegen. Eine in einfacher Weise auf den Erstarrungsvorgang abstimm-bare Wirkung läßt sich darüber hinaus mit temperierten, versprühten Flüssigkeiten erzielen. Ferner kann durch Einsatz solcher Mischungen als Kühlmittel die Applikation mindestens eines Mischungsbestandteiles auf den Fasern erreicht werden.

Ein wesentliches Verfahrensmerkmal ist darin zu sehen, daß der Träger aus seiner Richtung mit mindestens 5 und höchstens 90 abgelenkt wird. Die Ablenkung des Trägers ist in erster Linie von der Art des Polymers und weiter von der gewünschten Güte abhängig. Bei weitgehend linearen Polymeren wird die Ablenkung zweckmäßig mit einem größeren Winkel als bei verzweigten Polymeren bewirkt, wobei optimale Verhältnisse zu erwarten sind, wenn bei Polyolefinen (mit Ausnahme von LD-PE) die Ablenkungswinkel zwischen 30 bis 80 liegen, während sie bei LD--PE in einem Bereich zwischen 10 und 60 liegen sollen. Das ändert sich bei gesättigten, linearen Polyestern dahin, daß ein zwischen 50 und 80 liegender Bereich zu bestreichen ist, der bei Verarbeitung von CA, CAB innerhalb der Grenzwerte 2 0 und 60 liegt. Zur Verarbeitung kommende Polymer mischung en und Legierungen führen zu guten Ergebnissen, wenn der Ablenkungswinkel mindestens 30 beträgt.

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Soll die Faserlänge bei den vorher aufgeführten Polymeren vergrößert werden, so bewegen sich die angegebenen Ablenkungswinkel im allgemeinen in der Nähe der größeren Grenzwerte.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, noch unaufgefasertes Polymer bzw. die Restschicht gegen Zutritt der Atmosphäre zu schützen, beispielsweise abzudecken, wobei sich die Verwendung von Schutzgasen als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Maßnahmen dieser. Art inhibieren die Oxydationsmöglichkeiten, welche den Verfahrensablauf stören, allerdings weniger die Faserqualität betreffen, als den Auftrag und den Kontakt des Polymers zur Ziehfläche unterbrechen könnten. Bei einigen Polymeren, wie zum Beispiel bei marktgängigen Polyolefinen, könnte ein in die Schicht eingearbeitetes Antioxydationsmittel hierzu bereits ausreichen, während bei anderen Polymeren, vorwiegend Polykondensationsprodukten, diese Wirkung unzureichend wäre, so daß der Zutritt von Sauerstoff unmittelbar unterbunden werden muß. So haben sich Abschirmungen und/oder Umspülungen von Polymerschichten mit einem Schutzgas insbesondere bei POM, PC, Polyamiden und gesättigten Polyestern als Vorzugs weise in Betracht kommend erwiesen. Hierzu wird parallel zur Ziehfläche in einem Abstand von etwa 5-10 mm ein Schirm angeordnet, der die Ziehfläche einerseits gegen die Umgebung abdeckt und andererseits als Reflektor wirkt. Mit der Maßnahme gelingt es, wie bekannt, schwierig zu verarbeitendes Polyamid gleich-

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mäßig zu zerfasern. Eine Umspülung des verbleibenden un·- aufgefaserten Polymers mit Schutzgas reduziert überdies dessen thermische Zersetzung, was sich sowohl günstig auf die Faserfestigkeit als auf Nachbehandlungsprozesse, wie z.B. das Färben von Polyamid- und Polyester-Fasern positiv aus wir let.

Zui· Durchführung des geschilderten Verfahrens kann man hierzu geeignet ausgebildete Einrichtungen benutzen, die sich vorzugsweise dadurch kennzeichnen, daß ein den Träger berührender Teil mindestens eines Düsenkörpers als Ablenkvorrichtung für den Träger ausgebildet und im Bereich des Faserbildungsraumes angeordnet ist.

Die Ablenkung des Trägers wird, bezogen auf den Ausströraquerschnitt des Fluidums, durchweg mittels des Düsenkörpers - dort dann zweckmäßig unmittelbar durch Ausbildung des den Austrittsquerschnitt des Fluidums umgebenden Düsenkörperbereiches als abgerundeter oder nach Art einer Schneide auslaufender Düsenkamm mit geschlossenen oder einzeln auftretenden Zinken, aber auch kurz vor- oder hinterher, wobei der Toleranzbereich möglichst nicht größer als 10 mm sein soll, vorgenommen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorgeschlagenen Verfahren und Ausbildung zur Durchführung derselben geeignet ausgebildeter Ein- und Vorrichtungen sollen an Hand zeich-, nerisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden.

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Es zeigen Fig. 1 eine schematisch wiedergegebene Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer Gesamtdarstellung, Fig; 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine gegenüber der Fig. 1 abgeänderte Ausführung.

Gemäß Fig. 1 weist die unter vielen Ausführungsraöglichkeiten herausgegz^iffene Einrichtung eine angetriebene und über

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Heizmittel 11 sowie eine Leitung/beheizbare, trommelartig ausgebildete Walze 10 zur Bildung einer der Ziehflächen auf. Nahe der Oberfläche der Walze 10 ist ein in einer Lagerordnung 13 verschwenk- und gegen die Oberfläche verschiebbarer Düsenkörper 14 gebaltert, dessen über die Walzenbreite erstreckte Breitsehlitzdüsenöffnung 15 in allen Düsenkörperschwenklagen gegen die Wfil^e 10 zu richten ist. Der Düsenkörper 14 ist über eine Leitung an einen Druckerzeuger 16 für ein Fluidum angeschlossen, wobei der Leitung noch eine von Hand bedienbax'e oder in Abhängigkeit von veränderlichen Einflußgrößen selbsttätig arbeitende Mischbatterie 17 zuschaltbar ist.

Es sind Vorrichtungen vorhanden, um auf die Oberfläche der Walze 10 eine Schicht aus einem Polymer 18, weiter einen bahnenförmigen Träger 19 für das Polymer aufbringen zu können. Träger und Polymer umschlingen die Walze 10 über einen Bereich ihrer Oberfläche. Die Einrichtung ist so ausgebildet, daß nach dem Fas erbildungs vor gang, auf den noch

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näher einzugehen ist, auf der Walzenoberfläche ein Re st film aus dem Polymer unter einer durch einen Winkel 30 bestimmten Ablenkung über den Düsenkörper 14 hinweg erzeugt w.ird. Der Ablenkungswinkel 30 ist bezogen auf eine Mantellinie 31 der Oberfläche der Walze angelegte Tangentialebene 32, wobei längs der Linie 31 das A.bheben des Polymers 18 und des Trägers 19 von einer Zylindermantelfläche beginnt, der die Walzenoberfläche angehört.

Der Bereich der Walzenoberfläche, der in Drehrichtung (Pfeil 33} auf die Ablenkung folgt und die demgemäß xv.ischen Ablenkung und einem neuerlichen Aufbringen von Polymer liegt, ist von einer Abschirmung 21 umgeben. Der zwischen der Oberfläche der Walze und der Abschirmung 21 liegende Raum ist mittels eines Anschlusses 22 mit einem hier zuzuführenden Schutzgas zu befluten.

Der Düsenkörper 14 mit dem den Auslaßquerschnitt für das Medium bildenden Teil 15 ist weitestgehend verstellbar, um eine unbeschränkte Anpaßbarke it an alle auftretenden Variablen zu gewähren. Das Ausführungsbeispiel zeigt weiter, daß die Lagerhalterung 13, bezogen auf eine gedachte, den Düsenaustrittsquerschnitt schneidende Radialebene 34, um die Schnittlinie 3 5 dieser Ebene 34 mit der Oberfläche der Walze 10 über einen Winkelbereich von etwa + 75 verschwenkbar ausgebildet ist. Der Abstand 24 des Düsenkörperauslaßquerschnittes 15 von der Oberfläche 10 ist innerhalb eines Bereiches zwischen 0, 5 mm und 40 mm ver-, ein- und feststellbar.

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Das Polymer 18 wird, wie Fig. 1 erkennen läßt, in Bewegungsrichtung der Walze 10 gemäß Pfeil 33 bereits vor dem Träger 19 aufgebracht, was nicht ausschließt, die Auflauflinien von Polymer und Träger in einer und derselben Radialebene auftreten zu lassen.

Fig. 2 zeigt an Hand eines vergrößerten Ausschnittes aus Fig. 1 die innerhalb des Ablenkungsbereiches in Betracht zu ziehenden Verhältnisse im einzelnen.

Zunächst wird veranschaulicht, wie es zur Ausbildung von Fasern in dem mit 2 5 bezeichneten Faserbildungsraum, d.h. in dem Raum kommt, der in Bewegungsrichtung der Walze 10 zwischen Mantellinie 31, Faserabriß und Träger 19 auftritt.' Ferner ist gezeigt, wie der Düsenkörper 14 mit einem positiven Winkel 27 gegen die Radialebene 34 angestellt ist.

Das Polymer 18 hat an der Stelle, an der die Radialebene 34· die beheizte Walze 10 durchsetzt, eine Temperatur, derzufolge es bereits an-, wenn nicht durchgeschmolzen ist, wobei es einerseits am Träger 19 und andererseits an der Ziehfläche 23 anhaftet. Durch vorher beginnendes Abheben des Trägers von dem Ziehflächenbereich 23 der Oberfläche der , Walze 10 entstehen in der filmartig auftretenden Polymersehmelze 18 sowohl an der Ziehfläche 23 als auch an der oberen Trägerbegrenzungsfläehe bereits erste Äblösungserscheinungen, die sich mit fortschreitendem Abheben des-Trägers 19 von der Ziehfläche 23 vergrößern,, und, zwar quer zur Tangentialebene 32. Die durch die Ablösungen gebildeten,

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von beiden Begrenzungsflächen des Polymers 18 ausgehenden Spalten 36 schließen sich mit zunehmender Entfernung des Trägers 19 von der Ziehfläche 23 ihrerseits zu Hohlräumen 39 zusammen, die quer zur Zeichnungsebene im Inneren der PoIymermasse liegen. Da das im Bereiche der Breitschlitzdüse des Düsenkörpers 14 erfolgt, beginnen hier die ersten Auswirkungen des ausströmenden Fluidums und der bewußt vorgenommenen Ablenkung durch den Düsenkörper, der die Ausbildung eines Düsenkammes aufweist, der sich wiederum senkrecht zur Zeichnungs ebene über die gesamte Breite der Walze 10 erstreckt. Diese ersten Auswirkungen besteben darin, daß die zwischen den langen Hohlräumen 37 liegenden Stege 36 aus Polymermasse sich zunehmend verdünnen, so daß sich Einschnürungen 39 ausbilden, deren zunehmende,, peripher betrachtete Stärke schließlich Dimensionen annimmt, bei denen die durch die Abstandsverg.roßerung auftretenden Zugkräfte im Polymer die Cohäsionskräfte überwinden. Es kommt zur Ausbildung über die Walzenbreite verteilt auftretender Polymermassefäden, die sich in erstarrte, stabilisierte und in ihrer Längsrichtung 20 orientierte Fasern umbilden. Dabei werden maßgebende Einflußgrößen, wie Mengenzuführung des Polymers in der Zeiteinheit, dadurch bedingte Dicke des Polymerfilmes, Umlaufgeschwindigkeit und Oberflächentemperatur der Walze 10, Temperaturen, Drücke, Volumen und damit Geschwindigkeit des Mediums, bauliche Dimensionen der Einrichtung usw., so eingestellt, daß nicht die gesamte Polymermasse in Fasern umgesetzt wird. Vielmehr wird "bewußt und planmäßig das Auftreten eines zusammenhängenden Filmes 20 mit mindestens 10 um Dicke aus dem Polymerrest 30 betrieben, da sich die

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Erhaltung dieses Filmes als für das Verfahren notwendig und kennzeichnend herausgestellt hat. Einige dieser Größen sind dann wiederum, abhängig von der Oberiläclieneigenschaft und der spezifischen Adhäsion der Ziehfläche.

Der Düsenkörper 14 enthält, wie der Querschnitt durch den Düsenkörper 14 erkennen läßt, ein Strömungsgitter 26, um zu erreichen, daß das Medium nach dem Austritt aus der Breitschlitzdüse 15 über deren Querschnitt gleichmäßig verteilte Strömungsfäden bildet, die ihrerseits, insbesondere durch gleichhohe Geschwindigkeiten eine Gewähr dafür geben, daß sich über die Länge der Walze 10 gleichförmige Faserbildungsverhältnisse einstellen.

Die bereits erwähnte Ausbildung des Düsenkörpers 14 kann mit der Maßgabe gciroffen sein, daß der Düsenkamm die Form einer Schneide annimmt, was dazu führt, daß Ablenkstelle "41 und Düsenaustrittsquerschiritt auf kleinstmöglichem Raum zusammenfallen. Das gilt jedoch nur für bestimmte Anwenduiigsfälle. In anderen Fällen ist es vorteilhafter, bestimmte Abstände zwischen Ausströmöffnungsquerschnitt und Ablenkungsstelle vorzusehen. Wiederum andere Anwendungsfälle erfordern es, die Ablenkung der Polymerschicht längs einer Mantellinie der Walzenoberfläche durchzuführen, die, bezogen auf die Urnlaufrichtung der Walze 10, vor dem Austrittsquerschnitt des Düsenkörpers 14 liegt.

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Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die mit einem um die Walze 10' umlaufenden und beheizbaren Band 50 ausgerüstet ist, wobei das Band 50 die Ziehfiäche 23' für das Polymer 18' bzw. den Träger 19' liefert. Der Träger 19' wird wiederum im Faserbildungsbereich 25' - um einen Düsenkörper 14' - abgelenkt. Der Vorteil dieser Ausführung besteht in der Verringerung der Raumbeanspruchung.

Anschließend ist noch folgendes zusätzlich auszuführen.

Durch mit dem Faserbildungsprozeß untrennbar verbundene Fließvorgänge wird der auf der Oberfläche der Walze 10 erzeugte Film aus zur Faserbildung nicht benutztem Polymer mit weiterem Polymer oder weiteren Polymeren erneut beschichtet. Bei Überführung in den schmelzflüssigen Zustand vermischen sich die Polymerschichten, es kommt aber zu keiner dispersen Verteilung, wie sie eintreten würde, wenn die Polymeren mittels eines Rührgerätes vermischt wurden, sondern es tritt eine Mischungsbildung in Schichten auf. Werden diese Schichten dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren unterworfen, so erreicht man die Erzeugung beschichteter Fasern, die dabei in Richtung ihrer Längsachse orientiert sind.

Bezüglich der Ziehflächen ist auszuführen, daß bei deren Ausbildung auf eine gute Haftung des Polymers an der Ziehfläche zu achten ist. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird man gemäß den vorher erörterten Ausführungsbeispielen Ziehflächen als Bereiche vorzugsweise zylindrischer Körper aus-

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bilden, da diese durch Dreharbeit mit kleinsten Gestehungskosten herstellbar sind. Weiter besteht die Möglichkeit, sämtliche zum Stande der Technik gehörigen Oberflächenveredlungsverfahren anzuwenden, soweit dadurch nicht Oberflächen entstehen, an denen das Polymer nicht oder nur sehr schlecht anhaften würde. Es können also die Ziehflächen verchromt, poliert, geläppt auftreten. Dasselbe gilt für Bänder, wie sie nach Fig. 3 der Zeichnung zur. Anwendung kommen können. Ziehflächen gehören zweckmäßig metallischen Begrenzungsflächen an, ohne hieran gebunden zu sein. Metallische .Zieh.-" flächen haben aber den Vorteil, leicht bearbeitet werden zu können und eine besonders gute und gleichmäßige Wärmeleitung aufzuweisen. . · .

Für die Aufheizung erfindungsgemäß zur Verwendung kommender Flächen können ebenfalls alle bekannten Maßnahmen der Technik verwirklicht werden, wobei eine Wärme zuführung durch Leitung, Konvektion und/oder Strahlung in Betracht ■ kommt. ■

Bezüglich der Ausbildung des .Düsenkörpers ist bereits darauf hingewiesen worden, daß er zweckmäßig verschwenk-., dreh- und/oder verschiebbar ausgebildet sein soll, um in Anpassung an die jeweils auftretenden Bedürfnis se-in eine .optimale Lage gebracht werden zu können. Vorzusehen ist auch die Möglichkeit, den. durch den Träger und den Faserbildungsraum entstehenden Strömungswiderstand dazu zu benutzen, wenigstens einen Teil des strömenden Fluidums entgegengesetzt zur

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Fortbewegungsrichtung des Trägers und gegebenenfalls fast parallel zum Träger umzulenken. Abschrägungen und/oder Abrundungen am Düsenkörper (Bezug 41) sind hierzu verwendbar.

Im übrigen verfügt die Strömungstechnik in ausreichendem Maße über Möglichkeiten, das Fluidum so zu beeinfluss en, daß es die von ihm verlangten Aufgaben zu erfüllen vermag. Dazu gehört es auch, dem Fluidum, das im allgemeinen aus Gasen, Dämpfen, strömungsgetragenen Flüssigkeit^- und/oder Feststoffteilchen bestehen kann, bereits vor der Einführung in den Düsenkörper derartige Flüssigkeiten und/oder Feststoffteilchen zuzusetzen. Besonders einfach ist das Einspritzen von Wasser in strömende Luft, wobei die Zuführungs stellen vor dem Austrittsquerschnitt des Düsenkörpers, in diesem selbst oder zAvischen Düsenkörper und Träger bzw. Polymer vorgesehen sein können. Es ist auch nicht ausgeschlossen, derartige Zuführungsstellen örtlich verschieden anzuordnen. Bei Verwendung von Gasen als Fluidum sind chemisch inerte zu bevorzugen, wobei hauptsiichlich Stickstoff und Kohlensäure in Betracht kommen.

Von größter Bedeutung sind bestimmte Zustände des Fluidums, die in bekannter Weise durch Druck, Temperatur, Ionisation und/oder andere elektrische, elektrostatische, elektrodynamische, magnetische und elektromagnetische Aufladungen, sowie andere Zustandsgrößen auf das jeweils erford er liehe Verhalten einzustellen sind. Dabei ist man von der Einhaltung be-

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stinimter Grenzwerte abhängig, zwischen denen die Bereiche liegen, in denen im wesentlichen die verlangten Fasereigenschaften die jeweils einzuhaltenden Zwischenwerte bestimmen. Ist beispielsweise die Intensität, mit der das Fluidum bei der Faserbildung wirksam ist, zu gering, so ist die Faserbildung unzureichend und die Produktionswirtschaftlichkeit ungenügend. Steigert man-dagegen die intensität über einen bestimmten Grenzwert, so erstarrt die.Polymersch.m.elze zu schnell und die Faserbildung wird aus diesem Grunde unzureichend. Weiter hat sich gezeigt., daß für die molekulare Orientierung der Faser einerseits der Ablenkwinkel und andererseits der Abstand der Ablenkvorrichtung von der Ziehfläche maßgebend sind. Da es sich dabei um empirische Werte handelt, gibt die Zahlentafel eine Übersicht über die Größenordnungen der in Betracht kommenden Richtwerte und über die Variationsbreite derselben, so daß durch Interpolation auch für Polymer mischungen die Werte ableitbar sind, bei deren Verwirklichung Fasern mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen sind.

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Claims (18)

METZELER SCHAUM GMBIi MEMMMGEN 30. JuM 1974 PA 74 - 10427 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines; eine faserige Oberfläche aufweisenden und durch Umwandlung eines nichtfaserigen Polymers gebildeten Erzeugnisses mittels Auseinanderziehens an das Polymer angrenzender, anhaftender Flächen, von denen mindestens eine von einem Träger für das Polymer und damit für die Fasern gebildet ist,, wobei der Träger mittels: eines: Fluidums durchströmt wird, das die in statu nascendä befindlichen Fasern umströmt, orientiert und unter Erhöhung 'ihrer: Viskosität stabilisiert, gekennzeichnet dadurch, daß das Fluiduni anschließend an die Durchströmung des. Trägers· in einen Faserbildungsraum geführt wird, in dein" der einem Abzug unterworfene Träger innerhalb des Einwirkungsbereiches des strömenden Pluidnins aus· seiner Richtung, von der anderen Ziehfläche weg, abgelenkt, wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeich.-■·. net, daß der Träger innerhalb des Einwirkungsbereiches des strömenden Fluidums von der heizbaren Ziehfläche

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abgehoben und nach Erreichen eines Abstandes zwischen 0, 5 mm und 40 mm, vorzugsweise zwischen 0, 5 mm und 10 mm unter Ausbildung eines im wesentlichen zusammenhängenden Polymer-Restfilmes in einer Mindestdicke von 10 pm auf der Ziehfläche abgelenkt wird.

3. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze dem Faserbildungsbereich mit einer Temperatur oberhalb, vorzugsweise 10 bis 200 C ober
des Polymers zugeführt wird.

zugsweise 10 bis 200 C oberhalb des Schmelzpunktes

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geke nn zeichnet, daß als Polymer ein

PE mit einem MFI 190/2 von 10 - 300 g/10 Min., PP mit einem MFI 190/5 von 20 - 70 g/10 Min., PMMA mit einem MFI 210/10 größer als 10 g/10 Min., CA, CAB, CP mit einem MFI 190/2 größer als 8, POM mit einem MFI 190/2 größer als 13 g/10 Min., h-PVC mit einem K-Wert kleiner als 55, w-PVC mit einem K-Wert kleiner als 60 bei einem Weichmacheranteil von mindestens 15% PA 6 mit einem ETA relativ zwischen 2,1 und 3,4, PA 12 mit einem ETA. relativ zwischen 1,7 und 2, 1

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verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer innerhalb des Faserbildungsbereiches nur teilweise in Fasern umgewandelt wird.

6. Verfahren nach einem, der Ansprüche .1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidium innerhalb des Ablenkungsbereiches, bezogen auf eine im Ablenkungsbereich auf die Ziehfläche gerichtete Normalebene, in einem Winkelbereich zwischen + 65 und - 45 , vorzugsweise zwischen + 55 und - 15 , zur Einwirkung gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Verwendung von Gasen.. Dämpfen, Flüssigkeiten, strömungsgetragenen Feststoffteilchen und/oder von Mischungen dieser als strömendes Fluidum.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus seiner Richtung mit mindestens 5 abgelenkt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8_} dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus seiner Richtung mit höchstens 90 abgelenkt wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger bei Verwendung von

Polyolefinen mit Ausnahme von HD-PE vorzugsweise mit 30 bis 80 , bei Verwendung von

HD-PE mit 10 bis 60 , bei Verwendung von

gesättigten Polyestern mit 50 bis 80 , bei Verwendung von

CA, CAB, CP mit 20° bis 60°, bei Verwendung von Polymermischungen und Polymerlegierung en mit mehr als 30 aus seiner Richtung abgelenkt wird.

11. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unaufgefasertes Polymer bzw. die Polymer-Restschicht gegen Zutritt der Atmosphäre abgedeckt wird.

12. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unaufgefasertes Polymer "gegen die Atmosphäre mittels mindestens eines Schutzgases abgeschirmt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung von Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Träger (19) berührender Teil (15) mindestens eines Düsenkörpers (14) als Ablenkvorrichtung für den Träger ausgebildet und im Bereich eines Faserbildungsraumes (25) angeordnet ist.

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (14) verschwenk- und/oder verschiebbar (Lagerung 13) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (17) zum Eindüsen mindestens einer Flüssigkeit in das Fluidum vorgesehen sind.

16. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (17) zur Einmischung von Feststoffteilchen in das Fluidum vorgesehen sind.

17. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Fas er bildungsraum (25) angrenzende Ziehfläche (23) der unstrukturierten, adhäsiven Oberfläche einer Förderfläche, vorzugsweise einer Walze (10) angehört.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Faserbildungsraum angrenzende Ziehfläche (23) einer unstrukturierten adhäsiven Bandbegrenzungsfläche (50) angehört.

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