DE2505710A1

DE2505710A1 - Fasergebilde aus folienfasern, verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung und ihre verwendung auf dem textil- und anderen gebieten

Info

Publication number: DE2505710A1
Application number: DE19752505710
Authority: DE
Inventors: Hemant Mehta; Johannes Cornelis Ma Theulings
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1974-02-14
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1975-08-21
Also published as: NO143032B; IT1030126B; BE825425A; AU7812575A; ZA75889B; IE40637L; NL7501632A; IE40637B1; ES434656A1; AR210989A1; GB1497540A; DE2505710B2; NO750451L; BR7500794A; FR2261128A1; FR2261128B1; NO143032C; CA1055669A; HU174505B

Description

SHELL IHTERKATIOITALE EESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Garel van Bylandtlaan 30, Den Haag, !Niederlande

betreffend:

Pasergebilde aus Folienfasern, Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung auf dem Textil- und anderen Gebieten - ■ -

Die Erfindung bezieht sich auf neuartige Pasergebilde aus zusammenhängenden, durch Aufschlitzen einer Folie gebildeten Pasern (im folgenden kurz als Folien- oder Filmfasern bezeichnet) mit quadratischem oder nahezu quadratischem Querschnitt und ein Verfahren zur Herstellung solcher Faserstrukturen.

Es ist bekannt, Fasern aus thermoplastischen polymeren Kunststoffen durch Verspinnen, d.h. durch Extrudieren einer Schmelze aus dem thermoplastischen Polymer über eine Spinndüse zu erzeugen. Solche durch Schmelzspinnen hergestellten Fasern sind in ihrem Querschnitt, allgemein gesprochen, nicht eckig und in den meisten Fällen rund, d.h. ihr Umfang entspricht einer Zylinderfläche. Ebenfalls bekannt ist es, aus dem Grundmaterial thermoplastische Polymerfasern auf anderen Wegen zu erzeugen, z.B. durch Aufschlitzen ("Fibrillieren") von Folien. Hierzu wird das geschmolzene thermoplastische Polymer durch einen linearen oder ringförmigen Schlitz zu einer

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Folie extr.udiert, die dann in ein Fasergebilde mit zusammenhängenden oder nicht zusammenhängenden Fasern überführt wird. Zu diesem Zweck kann die Folie z.B. einem Verfahren unterworfen werden, das dem Fachmann als mechanisches Fibrillieren bekannt ist und bei dem die Folie zunächst verstreckt wird, um eine molekulare Orientierung zu erzielen, worauf sie einer mechanischen Behandlung unterworfen, z.B. über einen rotierenden Zylinder geführt wird, der an der Oberfläche mit Nadeln versehen ist.

Bei diesem bekannten mechanischen Fibrillierungsverfahren erhält man ein aus flachen Fasern zusammengesetztes Fasergebilde,-d.h. der Querschnitt der Einzelfaser ist nicht nur trapezförmig und daher eckig, sondern ihre Breite, d.h. die längste Seite des viereckigen Querschnittes,ist mehrfach länger als ihre Dicke, wobei mit dem letzteren Ausdruck die zu der längsten Seite senkrechte Querschnittsdimension gemeint ist. Bei vielen Methoden zur mechanischen FibriMerung erhält man Jedoch Fasern mit einem rechteckigen oder doch im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und in solchen Fällen bedeuten die Ausdrücke Breite bzw. Dicke die längste bzw. die kürzeste Seite des Rechtecks.

Obwohl in vielen Fällen das bekannte Verfahren zur mechanischen Fibrillierung und andere bekannte Verfahren, bei denen die Folie aufgeschlitzt wird, bedeutende Vorteile gegenüber dem Schmelzspinnen aufweisen_?und obgleich die aus Folien erzeugten Fasern vielfach verwenduhgsfähig und manchmal sogar besser sind als die Spinnfasern, haben sie beim Verbraucher nicht immer Anklang gefunden, da sie, besonders im

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niedrigen Denierbereich, Eigenschaften aufweisen, die bis zu einem gewissen Grad mit dem flachen Querschnitt dieser Fasern zusammenhängen; so sind sie z.B. oft glänzend und haben eine weniger haltbare Kräuselung und eine nur mäßige Elastizität. Es ist einzusehen, daß diese Nachteile umgangen oder mindestens beträchtlich verringert werden können, wenn'' die aus Folien erzeugten Fasern einen weitgehend quadratischen Querschnitt aufweisen, jedoch sind derartige Fasern bisher weder beschrieben noch irgendwo erhältlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe-zugrunde, Fasergebilde aus zusammenhängenden Folienfasern bereitzustellen, bei denen mindestens 50 % der Fasern ein Dimensionsverhältnis (s. unten) von 1,5 oder weniger und mindestens 70 % ein Dimensionsverhältnis von 2,0 oder weniger aufweisen.

Der Ausdruck "Dimensionsverhältnis", wie er hier verwendet wird, bezeichnet das Verhältnis zwischen Breite und Dicke, wobei diese Ausdrücke im Sinn der obigen Erklärung zu verstehen sind.

Vorzugsweise haben mindestens 70 % der in den erfindungsgemäßen Fasergebilden enthaltenen Fasern ein Dimensionsverhältnis von 1,5 oder weniger.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Fasergebilde zeigen sich am deutlichsten im niedrigen Denierbereich, weswegen Fasergebilde aus Fasern mit einem Denier je Einzelfaser (dpf) von 10 oder weniger •bevorzugt sind. In den meisten Fällen erwies sich ein mittlerer dpf von 6 oder weniger als vorteilhaft für die Veiterverarbeitung der Fasergebilde., jedoch

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ist ein mittlerer dpf von 4 oder weniger besonders bevorzugt. Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Fasergebilde im niedrigeren Denierbereich für die Einzelfaser ist die Abwesenheit von selbst geringen Anteilen an Fasern mit stärkerem Denier. Es ist bekannt, daß bei einigen Folienfibrillaten, die mit Hilfe der vorbeschriebenen Verfahren zum ' ' ■ Aufschlitzen von Folien hergestellt worden waren, solche dickeren Fasern auftraten, was als einer der Hauptnachteile der Folienfasern gegenüber den Spinnfasern angesehen wurde. Der niedrige Faserdenier in Kombination mit der engen- Denierverteilung macht · die erfindungsgemäßen Faserstrukturen besonders geeignet zur gemeinsamen Verarbeitung mit Baumwoll- und/oder Wollfasern. Das Vermischen kann auf eine bei der Verarbeitung von Stapelfasern bekannte Weise erfolgen, wobei sich das sog. "Open-end-Spinnverfahren" besonders bewährt hat.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung der neuartigen Fasergebilde auf verschiedenen Gebieten. Es handelt sich dabei nicht nur um Textilien, wie Garne, Gewebe, Maschenware oder nicht gewebte Stoffe oder auch Seile, Cord, Polstermaterial und Auslegeware, sondern auch um Materialien auf anderen Gebieten, z.B. Cellulose- oder Kunststoffpapier und faserverstärkter Beton. Vorzugsweise werden die Gebilde jedoch verwendet für Mischgarne mit Baumwolle oder Wolle und für Textilsto'ffe aus derartigen Fäden.

Die Herstellung der Fasergebilde, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist, erfolgt dadurch, daß man eine Folie aus einem m.olekularorientierbaren thermoplastischen Polymer mit einer Dicke von iOO/um oder weni-

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ger in der länge verstreckt und sie, während man sie in Längsrichtung weiterführt, in Berührung bringt, mit einer Anzahl Nadeln, deren Spitzen in gleicher Sichtung mit der Vorwärtsbewegung der Folie mit einer 10- bis 60fach größeren Geschwindigkeit rotieren, wobei die Rotationsachse quer zur Folie verläuft und mindestens ein Teil der Nadeln in Eeihen angeordnet sind, in denen die Nadeldichte 15 Stück je cm beträgt.

Das Produkt, das man erhält, wenn man die Folie in oben beschriebener Weise mit den Nadeln in Berührung bringt, kann als solches bis zur Weiterverarbeitung gespeichert werden, jedoch ist es in manchen Fällen zweckmäßiger, es gleich anschließend an den Kontakt mit den Nadeln einer Streck-ReiB-Behandlung zu unterwerfen, um die Länge der in dem Gebilde enthaltenen Fasern auf die gewünschte Stapelfaserlänge zu verringern. Man kann zwar vor oder während der Weiterverarbeitung auch andere Methoden anwenden, um die Fasern zu verkürzen, z.B. kann man sie mit geeigneten Einrichtungen zerschneiden, jedoch hat die Streck- und Heißbehandlung den Vorteil, daß sie durchgeführt werden kann, ohne daß der Zusammenhang zwischen den Einzelfasern zerstört wird.

Als Folie kann erfindungsgemäß eine Einzelfolie verwendet werden, wobei unter Folien auch Bänder u.dergl. zu verstehen sind, oder man verwendet eine Mehrfachfolie, d.h. einen Film oder eine Folie aus zwei oder mehr übereinander liegenden Schichten, die an gewissen Stellen untereinander verbunden sind. In beiden Fällen können mehrere Einzel- bzw. Mehrfachfolien gleichzeitig neben- oder übereinander verarbeitet werden und es hat sich insbesondere bei der technischen Durchführung des

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Verfahrens zwecks Herstellung von Gebilden aus Fasern mit sehr niedrigem Denier als vorteilhaft erwiesen, wenn man gleichzeitig zwei bis sechs, unter Umständen vorzugsweise vier Folien übereinander mit den Nadeln in Berührung bringt.

Die Nadeln können z.B. einfache Nadeln, Stifte oder Zähne von zugespitzten oder geschärften Streifen, Drähten oder Drahtborsten sein. In den meisten Fällen sind die Nadeln derart angeordnet, daß sie sich in bezug auf die Eotationsrichtung nach rückwärts neigen, da eine solche Neigung das Loslösen der Nadel vom Folienmaterial nach seinem Kontakt damit erleichtert. Geeignete Neigungswinkel liegen im Bereich von 10 bis 40'Grad, wobei ein Neigungswinkel von 30 Grad im allgemeinen ausreicht.

Eine geeignete Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man die verstreckte Folie unter Spannung über einen rotierenden Zylinder, z.B. eine Valze oder Trommel leitet, die an ihrer Oberfläche mit in Reihen angeordneten Nadeln versehen ist. Die Nadelreihen können gerade oder gebogen sein und können sich über die ganze Breite der zu bearbeitenden Folie erstrecken oder können wesentlich kürzer sein, wobei dann im letzteren Fall natürlich so viele Nadelreihen vorhanden sein müssen, daß die Folie über ihre ganze Breite mit Nadeln in Berührung kommt. In gewissen Fällen ist es zweckmäßig, wenn sich die Nadelreihen in spiraligen Windungen über die Zylinderoberfläche erstrecken oder wenn sie axial verlaufende Bänder von kurzen, nicht axialen Reihen darstellen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Zylinders mit axialen oder im wesentlichen axialen Nadelreihen,

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wobei man, wenn man unter den oben angegebenen Bedingungen arbeitet, Fasergebilde von attraktivem Aussehen erhält; diese setzen sich zusammen aus Fasern, die nur an wenigen, sehr unregelmäßigen Stellen untereinander verbunden sind und den bereits erwähnten Dimensionsanforderungen genügen.

Die Arbeitsbedingungen können beim erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedener Eichtung variiert werden. So ist in vielen Fällen ein Geschwindigkeitsverhältnis,"-d.h. das Verhältnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Nadelspitzen und der Lineargeschwindigkeit der PoUe₅ in einem Bereich von 25 bis 40 vorteilhaft,· wobei ein Geschwindigkeitsverhältnis von 30 bis 35 besonders bevorzugt ist. Die Laufgeschwindigkeit der Folie liegt normalerweise bei 3 bis 20 m/min, vorzugsweise bei 5 bis 15 m/min. Es wurde gefunden, daß Reihen mit einer Nadeldichte (d.h. Anzahl Nadeln je cm) von 20 bis 40 und vorzugsweise von 25 bis 35 für die Durch führung des Verfahrens günstig ist. Besonders vorteilhaft sind Reihen von ovalen oder flachen Nadeln, die so angeordnet sind, daß ihre längste Querschnittsdimension in Längsrichtung, d.h. praktisch in die Laufrichtung der Folie weist. In gewissen Fällen können zwei zusammenwirkende gegenläufige Walzen verwendet werden, die mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit laufen und bei denen die axialen Reihen von Nadeln ineinander greifen.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Folie kann aus einem beliebigen thermoplastischen Polymer bestehen, das, wie bereits bemerkt, durch Verstrecken eine molekulare Orientierung bekommen hat. Hierzu eignen sich viele polymere Stoffe, z.B. Homo- und Co-

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polymere von Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylacetat und Acrylnitril sowie Polyester, Polyamide und Polylactone, wie Polypivalolacton. Bevorzugte polymere Stoffe sind u.a. Homo- und Copolymere von Monoolefinen, wie Äthylen und Propylen. Besonders bevorzugt sind Folien mit mindestens 80 Gew.-% Polypropylen, Niederdruckpolyäthylen oder einem Gemisch daraus, wobei man in gewissen Fällen zusätzliche Vorteile erhält, wenn die Folie außer den erwähnten Polyolefinen noch 2 bis 20 Gew.-% eines Homo- oder Blockcopolymers von Butadien und/oder.0,1 bis 4 Gew.-% Schlüpfmittel enthält (der Ausdruck "Gew.-%" bezieht sich auf das Gewicht der gesamten Folie). Es sei noch erwähnt, daß bei den oben beschriebenen besonderen Durchführungsformen, bei denen eine Mehrfachfolie oder mehrere Einzel- oder Mehrfachfolien, die nebeneinander und bzw. oder übereinander angeordnet sind, verwendet werden, auch zwei oder mehr verschiedene thermoplastische Polymere angewandt werden können. In solchen Fällen erhält man eine Faser- ' struktur aus zwei oder mehreren Komponenten. Unter geeigneten Bedingungen kann ein derartiges Produkt hinsichtlich seiner Beschaffenheit besonders attraktiv für die Weiterverarbeitung sein, da es als Ganzes oder da mindestens der größte Teil der Fasern eine spontane oder durch Erwärmen verursachte Kräuselung aufweist.

Die Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Eine Polypropylenfolie mit einem Schmelzindex von 1,5 (ausgedrückt in g/10 min; bestimmt gemäß ASTM D 1238-70,

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Bedingung E) wurde über den Weg eines geblasenen Filmes in einer Dicke von 50 ^m/^u für jede Schicht der flachliegenden Folie extrudiert. Nachdem die Folie in." Bänder von 10 cm Breite zerschnitten war, wurden diese bei 135⁰C mit einem Streckverhältnis von 1,8 verstreckt.

Die verstreckte Folie wurde dann in Doppelschicht mit einer Lineargeschwindigkeit von 5 m/min über eine Walze geführt, auf der in gleichem Abstand sechs axiale Reihen von je 32 Nadeln angeordnet waren und die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 200 m/min rotierte.

Man erhielt ein Fasergebilde, bei dem der Denier der Fasern im Bereich von 3»2 bis 6,5 lag» wobei 60 % der Fasern ein Dimensionsverhältnis (DR) zwischen und 1,5 und 80 % ein DR zwischen 1 und 2,0 aufwiesen.

(Es sei hier wiederholt, daß mit dem Ausdruck "Dimensionsverhältnis" das Verhältnis zwischen der größeren und der kleineren Seite des rechteckigen Faserquerschnittes, d.h. das Verhältnis zwischen Breite und Dicke der Einzelfaser, gemeint ist.)

Beispiel 2

Ausgehend von einer extrudierten Folie gemäß Beispiel 1 wurde durch Zerschneiden und Verstrecken von zwei flachliegenden Folien unter den obigen Bedingungen ein Vierschichtensystem aufgebaut.

Das Schichtgebilde aus verstreckten Folien wurde unter

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den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen fibrilliert, wobei in diesem Fall die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 150 m/min und die Nadeldichte 39 Stück je cm betrug.

Man erhielt ein Faserprodukt, das praktisch die gleichen Eigenschaften aufwies wie das nach Beispiel"1 erhaltene.

Beispiel 3

Ein Polypropylenfilm gemäß Beispiel 1 wurde in einer Dicke von 40m/u extrudiert und gemäß Beispiel 2 in eine verstreckte Tierschichtenfolie überführt und fibrilliert.

Man erhielt ein Produkt aus Fasern mit einem Denierbereich von 1,8 bis 3»7, bei denen 65 % ein Dimensionsverhältnis zwischen 1 und 1,5 und 83 % ein Dimensionsverhältnis zwischen 1 und 2 aufwiesen.

Beispiel 4

Im Taumelmischer wurde folgendes Gemisch bereitet:

87 Gew.-% Propylen gemäß Beispiel 1; 1o Gew.-% granuliertes Styrol-Butadien-Blockcopolymer

(Handelsbezeichnung "CARIELEX"-TR 1101) und 3 Gew.-% Gleitmittel (Handelsbezeichnung "UNISLIP").

Das Gemisch wurde zu einer flachliegenden Folie extrudiert, die gemäß Beispiel 1 zerschnitten, verstreckt und fibrilliert wurde, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 150 m/min betrug.

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Man erhielt ein Produkt aus Fasern mit sehr weichem Griff, deren Denierbereich zwischen 3,2 und 4,9 lag, wobei 82 % der Fasern ein Dimensionsverhältnis zwischen 1 und 1,5 aufwiesen.

Beispiel 5

Ausgehend von dem in Beispiel 4 verwendeten Gemisch wurde das Verfahren gemäß Beispiel 3 wiederholt.

Man erhielt ein Produkt aus Fasern mit sehr weichem Griff und einem Denierbereich von 1,8 Ms 2,7» von einen 85 % ein Dimensionsverhältnis zwischen 1 und 1,5 aufwiesen.

PAIENTAESPEÜCHE:

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(ti)) Fasergebilde aus aneinander haftenden, durch Aufschlitzen einer Folie gebildeten Fasern, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens 50 % der Fasern ein Dimensionsverhältnis, d.h. ein Verhältnis zwischen Breite und Dicke, von 1,5 oder weniger und mindestens 70 % ei** Dimensionsverhältnis von 2,0 oder weniger aufweisen.

(2) Fasergebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens 70 % · der Fasern ein Dimensionsverhältnis von 1,5 oder weniger aufweisen.

(3) Fasergebilde nach Anspruch leder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einzelfasern einen Denier von höchstens 10, vorzugsweise von höchstens 6 und insbesondere von höchstens 4 aufweisen.

(4) Verfahren zur Herstellung von Fasergebilden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Folie aus molekular orientierbarem thermoplastischem Polymer in Längsrichtung verstreckt, worauf man sie mit Hilfe einer Anzahl entsprechend angeordneter Nadeln der Länge nach zu Einzelfasern aufschlitzt, die an einzelnen Stellen noch aneinander haften.

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(5) "Verfahren nach. Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man das Gebilde nach dem Aufschlitzen noch einer Streck-Reiß-Behandlung, unterwirft.

(6) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß man als Folienmaterial ein Schichtgebilde aus zwei bis sechs, vor- - .-zugsweise vier übereinander liegenden Einzelfolien verwendet.

(7) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man Folien verwendet, bei denen mindestens 80 Gew.-% des thermoplastischen Polymermateriäls Polypropylen, Niederdruck-Polyäthylen oder ein Gemisch aus beiden ist.

(8) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß man Folien verwendet, die 2 bis 20 Gew.-% eines Homo- oder Blockcopolymers von Butadien enthalten.

(9) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß man Folien verwendet, die 0,1 bis 4 Gew.-% Gleitmittel enthalten.

(10) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 9 ₅ gekennzeichnet durch eine Walze mit darauf angeordneten Spitzen oder Nadeln, deren Umfangsgeschwindigkeit bei der Rotation das 10- bis 6Ofache der Lineargeschwindigkeit beträgt, mit der die Folie betrieben

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wird, wobei die Rotationsachse quer zur Laufrichtung der Folie angeordnet ist und die Spitzen oder Nadeln in einer Dichte von. mindestens 15 Stück je cm auf der Walze angeordnet sind.

(11) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Spitzen oder Nadeln einen ovalen oder langgestreckten Querschnitt aufweisen und derart angeordnet sind, daß die Längsachse ihres Querschnitten in der Laufrichtung der Folie liegt, wobei sie gegebenenfalls gegenüber der Umlaufrichtung nach rückwärts geneigt angeordnet sind.

(12) Verwendung der Fasergebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Textilien einschließlich Garnen, Seilen, Cord, Polsterstoffen und Auslegeware oder für Papier auf Cellulose- oder synthetischer Grundlage oder als Faserverstärkung für Beton.

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