DE2618745C3

DE2618745C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses aus Kunststoff-Fasern

Info

Publication number: DE2618745C3
Application number: DE2618745A
Authority: DE
Inventors: Ernest Max Chapel Hill N.C. Sternberg (V.St.A.)
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Fiberweb North America Inc
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1979-04-12
Also published as: FR2309654A1; GB1503281A; DE2618745B2; FR2309654B1; CA1058692A; DE2618745A1; JPS5428508B2; LU74850A1; US3967118A; JPS51133581A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses aus Kunststoff-Fasern, bei dem die Fasern unter Luftbeaufschlagung zum Vereinzeln an einer Oberfläche und von dieser aus auf ein Aufniihmeband geblasen weiden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Blasdüse zum Aufblasen der Fasern auf eine schräg zur Blasrichtung gerichtete Oberfläche sowie mit einer auf die längs der Oberfläche geblasenen Fasern einwirkenden Einrichtung.

Bei einer bekannten Vorrichtung (DE-OS 22 20 575) werden extrudierte Fasern mit einem ersten Gasstrom gegen eine zu diesem schräg stehenden Prallplatte geblasen; ein zweiter Gasstrom, der senkrecht zum ersten auf dessen Auftreffstelle gerichtet ist, verwirbelt den die Fasern transportierenden Luftstrom und führt somit zu einer Vereinzelung der Fasern, die nachfolgend längs der Prallplatte gleiten und anschließend auf ein Förderband gebracht werden, auf dem sich das herzustellende Fadenvlies bildet

Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren sind allerdings nur für Endlosfasern anwendbar, da cie kräftige Verwirbelung des die Fasern transportierenden ersten Gasstromes Stapelfasern auseinanderblasen würde und somit daran hindern würde, sich kontrolliert auf dem Förderband zur Bildung eines Fadenvlieses abzulagern.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß sie zur Herstellung eines Fadenvlieses auch aus Stapelfasern heranziehbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fasern in einer dünnen Luftschicht über die Oberfläche bewegt werden und hierbei in einem Bereich, in dem die Luftgeschwindigkeit größer ist als die Fasergeschwindigkeit, zum Vereinzeln einem elektrischen Feld ausgesetzt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, daß zum Ausbreiten eines Bündels aus Stapelfa sern der Luftstrom so gegen die Prallplatte gelenkt wird, daß sich eine dünne Luftschicht ausbildet und daß die Fasern, während sie sich in dieser Luftschicht weiterbewegen, der vereinzelnden Wirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt werden, solange noch die Luftge schwindigkeit größer ist als die Fasergeschwindigkeit Durch die Ausbildung der verluJtnismäßig rasch strömenden Luftschicht entsteht längs der Oberfläche eine Zone des Unterdrucks, die die Fasern zuverlässig anzieht und innerhalb deren die Stapelfasern zuverlässig auf die Unterlage gelenkt werden können, auf der sich letztlich das Fadenvlies ausbildet Hierbei ist es von besonderer Wichtigkeit, daß ein elektrisches Feld trotz seiner allgemein bekannten vereinzelnden Wirkung auf Faserbündel die Luftschicht in keiner Weise stört so daß die Sog- und Förderwirkung der Luftschicht ungestört bleibt und somit auch zum Transport von Stapelfasern verwendbar ist

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwendung wenigstens zweier Korona-Entladungs elektroden, welche in der Bewegungsrichtung der Fasern hintereinander angeordnet sind, wobei der Luftstrom die Fasern zunächst durch das von einer der Elektroden erzeugte elektrische Feld und dann durch das von der anderen Elektrode erzeugte elektrische Feld hindurchbewegt Die Korona-Entladungselektroden sind zwischen der Stelle, an welcher die Fasern auf der Fangelektrode auftreffen, und der Stelle, an welcher die Geschwindigkeit des Luftstroms im wesentlichen auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Fasern abgesunken ist, an einzelnen Stellen entlang der Bewegungsbahn der Fasern angeordnet.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie deren weitere Ausgestaltungen ergeben

sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und den Ansprüchen.

Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht von sich in einem Luftstrom über eine ebene Platte bewegenden Fasern,

Fig.2 eine schematisierte Seitenansicht einer Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Darstellung der Anordnung von Koronaentladungselektroden in bezug auf eine Fangelektrode und die sich daran entlang bewegenden Fasern,

F i g. 3 eine Schrägansicht zur Darstellung der Anordnung der Korona-Stiftelektroden in bezug auf die Mittellinie der Bewegungsbahn der Fasern,

F i g. 4 eine grafische Darstellung der Aufladung der Fasern bei verschiedenen Anzahlen von Fasern und Koronastiftelektroden, welche in unterschiedlichen Abständen entlang der Bewegungsbahn der hier aus Polyäthylenterephthalat bestehenden Fasern angeordnet sind, und

Fig.5 eine grafische Darstellung der Aufladung verschiedener Anzahlen von Fasern aus Nylon 66 in bezug auf verschiedene Anzahlen von in verschiedenen Abständen entlang der Bewegungsbahn der Fasern angeordneten Korona-Stiftelektroden.

In F i g. 1 tritt ein Faserbündel 12 zusammen mit einem Luftstrom aus einer Düse 13 aus und trifft auf einer ebenen Platte 11 auf, entlang welcher es sich dann abwärts bewegt Beim Auftreffen auf die Platte 11 breitet sich der Luftstrom aus und strömt dann mit hoher Geschwindigkeit mit geringem Druck entlang der Platte abwärts und nimmt dabei die Fasern mit Der höhere Druck der umgebenden Luft hält die Fasern nahe an der Platte fest, ohne daß nennenswerte Zugkräfte auf die Fasern ausgeübt werden. Die Luft strömt also in Form einer dünnen Schicht, in welcher die Fasern verteilt sind, entlang der Platte.

Bei der Strömung der Luft entlang der Platte abwärts bei gleichzeitiger Ausbreitung des Luftstromes nimmt dessen Geschwindigkeit ab. Die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich aus der Reibung zwischen der Luft und der Platte, aus dem Mitreißen von Umgebungslt-.'t sowie daraus, daß sich die Querschnittsfläche des Luftstromes auf seinem Weg entlang der Platte vergrößert An einem Punkt der Platte 11 ist die Geschwindigkeit des Luftstroms etwa auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Fasern abgesunken. Unterhalb dieses in F i g. 1 mit 14 bezeichneten Punkts können die aufgeladenen Fasern an der Oberfluche der Platte 11 anhaften, so daß sie sich dann nicht mehr gleichmäßig von der Platte 11 lösen. Dieser Punkt, an welchem die so Geschwindigkeiten des Luftstromes und der Fasern einander gleich sind, kann i,)s »Anheftpunkt« bf :eichnet werden. Gemäß der Erfindung werden die Fasern mittels eine: Anzahl von Koronaentladungselektroden aufgeladen, welche zwischen der Stelle, an welcher die Fasern auf die Platte U auftreffen, und dem Anheftpunkt in einer sich in der Bewegungsrichtung der Fasern erstreckenden Reihe angeordnet sind.

Die Geschwindigkeit der Bewegung der Fasern durch die Düse 13 hindurch und entlang der Fangelektrode läßt sich berechnen, indem man das Volumen des durch die Öffnungen der Spinndüse gepreßten Polymers pro Zeiteinheit durch die Querschnittsfläche der Fasern an der Gutbahn-Auftragszone dividiert, wobei die Querschnittsfiäche der Fasern von der Fangelektrode bis zur Auftragszone konstant bleibt. Zum Messen der Luftgeschwindigkeit am A'isgang der Düse und an einzelnen Stellen der Fangelektrode gibt es bekannte Instrumente.

Sind die Geschwindigkeiten des Luftstromes und der Fasern beim Auftreffen auf die Fangelektrode bekannt, und ist ferner der Winkel, in welchem sich der Luftstrom auf der Fangelektrode ausbreitet, ebenfalls bekannt, so läßt sich der Punkt, an welchem die Geschwindigkeiten des Luftstroms und der Fasern einander gleich werden, ohne Messung ungefähr bestimmen. Ist die Geschwindigkeit des Luftstroms am Auftreffpunkt beispielsweise das Fünffache von der der Fasern, so werden die Geschwindigkeiten des Luftstroms und der Fasern einander ungefähr an der Stelle gleich, an welcher sich der Luftstrom bis zum etwa fünffachen seiner Breite am Auftreffpunkt ausgebreitet hat. Sofern der Winkel, mit welchem sich der Luftstrom auf der Fangelektrode ausbreitet, bekannt ist, läßt sich dieser Punkt mühelos finden.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der untere Rand der Fangelektrode oberhalb der Stelle, an welcher die Geschwindigkeiten des Luftstromes und der Fasern einander gleich werden, so daß also die Geschwindigkeit des Luftstroms am unteren Rand der Fangelektrode noch größer ist als die der Fasern.

Eine in bezug auf die Fasern 12 gegenüber der Fangelektrode 11 angeordnete Aufladungselektrode 16 erzeugt ein starkes elektrisches Feld, durch welches sich die Fasern hindurchbewegen. Die Elektrode 16 hat einen Körper 17 aus Isoliermaterial mit einer Ausnehmung 18, in welcher mehrere Korona-Entladungselektroden 19 angeordnet sind. Diese sind als zylindrische Stifte ausgebildet und haben jeweils eine scharfe Spitze 20, an welcher eine Koronaentladung stattfindet

Die Stifte 19 sitzen an einer metallenen Leiterplatte 23, welche über einen Leiter 24 mit dem einen Pol einer eine hohe Spannung liefernden Gleichspannungsquelle 25 verbunden ist Der andere Pol der Spannungsquelle 25 ist über Masse mit der Fangelektrode 11 verbunden, so daß zwischen dieser und den Stiften 19 ein starkes elektrisches Feld entsteht

Die Stifte 19 sind in einer Reihe angeordnet wdche sich in der Bewegungsrichtung der Fasern erstreckt, so daß diese nacheinander an den Stiften 19 vorüberlaufen. Ein beliebiger Punkt einer der Fasern 12 bewegt sich also während der Bewegung der Fasern entlang der Fangelektrode nacheinander an den einzelnen Stiften 19 vorüber. Damit bewegen sich die Fasern also nicht nur durch ein elektrisches Feld, sondern nacheinander durch mehrere elektrische Felder hindurch.

Die Achse des einem der Stifte 19 zugeordneten elektrischen Felds verläuft von dem betreffenden Stift aus senkrecht auf die Fangelektrode. Die Stifte 19 sind so angeordnet, daß die Achsen ihrer elektrischen Felder zwischen der Stelle, an welcher der Luftstrom auf die Fangeleksrode auftrifft, und dem Anheftpunkt liegen. Anders ausgedrückt liegen die elektrischen Felder entlang der Bewegungsbahn der Fasern zwischen der Stelle, an welcher der Luftstrom auf die Fangelektrode auftrifft, und der Stelle, an welcher die Geschwindigkeiten der Fasern und des Luftstroms einander gleich sind.

Die Düse 13 kann als Injektordüse oder als eine andere für den Transport von Fasern geeignete Düse ausgebildet sein. Sie ist so ausgerichtet und angeordnet, daß die Fasern und der Luftstrom in einem Winkel von 0 bis 60°, vorzugsweise zwischen 0 und ca. 20^c auf der ebenen Fläche der Fangelektrode auftreffen. Selbst bei einem Auftreffwinkel von 0° breitet sich der mit hoher Geschwindigkeit strö n?nde Luftstrom aus und fließt in einer dünnen Schicht über die Fangelektrode. Beträgt

der Winkel zwischen dem Luftstrom und der Fläche der Fangelektiode 0°, so findet das Auftreffen in dem Sinne statt, daß sich der Luftstrom in bekannter Weise an die Oberfläche der Fangelektrode anlegt.

Wird das elektrische Feld im Bereich der Fangelektrode entlang der Bewegungsbahn der Fasern gemessen, so zeigt das dazu verwendete Meßinstrument, beispielsweise ein mit einem Faraday-Käfig arbeitendes Elektrometer, gegebenenfalls keine einzelnen Felder an, da die elektrischen Felder nicht getrennt nebeneinander liegen, sondern sich überschneiden und gegenseitig verstärken. Es kann jedoch das Vorhandensein mehrerer getrennter elektrischer Felder in dem Sinne angenommen werden, daß das im Bereich der Fangelektrode vorhandene elektrische Feld von mehreren entlang einer zur Bewegungsbahn der Fasern parallelen Linie angeordneten Punkten ausgeht.

Es hat sich erwiesen, daß eine beträchtliche stärkere Aufladung der Fasern erzielbar ist, wenn diese unter geeigneten Bedingungen durch mehrere eiekirische Felder nacheinander hindurchgeführt werden. So ist etwa in Fig. 4 und 5 die mittels einer einzigen Stiftelektrode erteilte Aufladung im Vergleich zu der mittels mehrerer in verschiedenen Abständen entlang der Bewegungsbahn der Fasern angeordneter Stiftelektroden erteilten Aufladung dargestellt. Die Stärke der Aufladung ist in den Diagrammen in Elektrostatischen Ladungseinheiten pro m² und in Mikrocoulomb pro m² angegeben. Die Maßeinheit MikrocoulnmK'm² (μΟπι²) läßt sich durch Multiplikation mit der Konstanten 3 χ 10³ in Elektrostatische Einheiten/m² (esu/m²) umrechnen.

Fig.4 zeigt die Aufladung von Fasern aus Polyäthylenterephthalat mit einer Stärke zwischen ca. 3,8 und 4,7 dpf bei einem Abstand von ca. 13 mm zwischen den Spitzen der Stiftelektroden 19 und der Fangelektrode Die an die Elektroden gelegte Spannung beträgt 20 kV wobei die negative Spannung an den Elektrodcnstifter

19 liegt. Wie man in Fig. 4 erkennt, liegt die stärkste mittels einer einzigen Korona-Stiftelektrode erzielbarc Aufladung etwas über 20 μ(Ι/ιη², während die Fasern be Verwendung von wenigstens drei in einer Reiht angeordneten Stiftelektroden eine Ladung vor 25 μΓ/m² und darüber erhalten.

ίο Bei Verwendung von fünf Stiftelektroden in gegensei tigen Mittelabständen von 7,5 mm und einer zwischer etwa 18 und ca. 36 liegenden Anzahl von durch der Aufladebereich geführten Fasern liegt die diesen erteilu Aufladung im Bereich von ca. 37 μΟιτι². Eine dcrar starke Aufladung gewährleistet, daß sich die Fascrr ausreichend voneinander trennen, so daß ein gleichmä ßiges Endprodukt entsteht.

Fig. 5 zeigt die mittels einer einzigen Korona-Stift elektrode erzielbare Aufladung von Fasern aus N)

Λ) ion 66 im Vergleich im iier iniiieis mehrerer ir verschiedenen Abständen entlang der Bewcgungsbahr der Fasern angeordneter Elektroden erzielbaren. Dk Stärke der Fasern liegt zwischen etwa 2,6 und ca. 2,9 dpf Die an die Elektroden gelegte Spannung beträgt 20 kV wobei die Stiftelektroden 19 mit dem negativen Pol dei Spannungsquelle 25 verbunden sind. Der Abstanc zwischen der Fangelektrode 11 und den Spitzen 20 dei .Stiftelektroden 19 beträgt ca. 13 mm. Wie man au« dieser Vigur erkennt, beträgt die mit einer einziger Korona-Stiftelektrode erzielbare Aufladung weniger ah

20 μΟίτι², während bei Verwendung mehrerer ir verschiedenen Abständen entlang einer Reihe angeordneter Stiftelektroden eine Aufladung der Faserr zwischen etwa 20 μΟιη² und ca. 26 μΟ/πι² erzielbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses aus Kunststoff-Fasern, bei dem die Fasern unter Luftbeaufschlagung zum Vereinzeln an einer Oberfläche und von dieser aus auf ein Aufnahmeband geblasen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in einer dünnen Luftschicht über die Oberfläche bewegt werden und hierbei in einem Bereich, in dem die Luftgeschwindigkeit größer ist als die Fasergeschwindigkeit, zum Vereinzeln einem elektrischen Feld ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld von einer Anzahl entlang einer in der Bewegungsrichtung der Fasern verlaufenden Reihe liegender Elektroden aus erzeugt wird.

3. Vorrichtung zur Herstellung eines Faservlieses aus Kunststoff-Fasern, mit einer Blasdüse zum Aufblasen der Fasern auf eine schräg zur Blasrichtung ausgerichtete Oberfläche sowie mit einer auf die längs der Oberfläche geblasenen Fasern einwirkenden Einrichtung zum Vereinzeln der Fasern, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche als Fangelektrode (11) ausgebildet ist, und daß dieser gegenüberliegend zum Vereinzeln der Fasern (12) eine Korona-Entladungseinrichtung (16) zum Erzeugen eines auf die sich in dem Luftstrom bewegenden Fasern einwirkenden elektrischen Feldes angeordnet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korona-F'Hladungseinrichtung (16) eine Anzahl von in einer sich in der Bewegungsrichtung der Fasern '12) erstreckenden Reihe angeordneten Stiftelektroaen (19) aufweist

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangelektrode (11) eine ebene Oberfläche hat

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Fangelektrode (11) mit der Richtung der auftretenden Fasern einen Winkel von 0 bis 60° zum Ausbilden einer Luft-Strömungsschicht auf der Oberfläche einschließt, und daß die Korona-Entiadungseinrichtung (16) nahe der Luft-Strömungsschicht angeordnet ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Oberfläche der Fangelektrode (11) und der Richtung der auftreffenden Fasern (12) zwischen 0 und 20° liegt

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie derart ausgebildet ist, daß die Geschwindigkeit der Luft-Strömungsschicht am abströmseitigen Rand der Oberfläche der Fangelektrode (U) größer ist als die Geschwindigkeit der Fasern (12).