DE2652789C2

DE2652789C2 - Spinnvliesstoff aus Polypropylenfilamenten

Info

Publication number: DE2652789C2
Application number: DE2652789A
Authority: DE
Inventors: C. Craig Appleton Wis. Sabee; Reinhardt Nils Sabee
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-11-19
Publication date: 1985-08-01
Also published as: FR2332357B1; FR2332357A1; US4013816A; DE2652789A1; CA1096569A; GB1569119A

Description

2. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes aus Polypropyienfüamenten nach Anspruch 1, bei dem Polypropylen niedriger Viskosität aus Schmelzdüsen zu Filamenten ausgesponnen wird, die Filamente mit hoher Geschwindigkeit auf eine Auffangeinrichtung mit glatter Oberfläche auftreffen unter Bildung einer Bahn aus an einer Mehrzahl ihrer Kreuzungspunkte zusammengehaltenen Filamenten, dadurch gekenn-

zeichnet, Haß die Viskosität des Polypropylens höchstens 12 beträgt, daß die Filamentabzugsgeschwindigkeit mindestery 900 Meter pro Minute beträgt, daß die Filamente zu einem Titer von weniger als 20 den (22 dtex) ausgezogen werden, daß die Temperatur der glatten Oberfläche höchstens 183° C beträgt, und daß das Rächengewicht G der Bahn und der Titer der Einzelfilamente Γ durch die folgende Formel miteinander korreliert sind: G =7 T —;J^+50.

Die Erfindung betrifft einen Spinnvliesstoff aus Polypropylenfilamenten.

Der größte Nachteil von zusammengesetzten polsterartigen Produkten beäteht darin, daß sich die Fäden der Materialbahn oereits bei geringen Spannungen voneinander lösen, so daß die darunter liegenden Schichten absorbierenden Materials losg« "öst werden und aus der Windel oder dem Polster rausfallen, was eine Reizung der Haut oder einen anderen Nachteil nach sich ziehen kann. Eine dehnbare Materialbahn vermeidet diese

J5 Nachteile.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung gespinstartiger Produkte bekannt, wobei insbesondere Schmelz-Blasverfahren Verwendung finden, wie sie bereits in den US-PSen 35 02 763 und 38 49 241 beschrieben sind. In diesen Patentschriften ist die Herstellung von schmelzgeblasenen Bahnen aus dünnen Fäden beschrieben, jedoch besitzen diese Bahnen nicht in ausreichendem Maße die notwendigen Eigenschaften, wie z. B. eine

entsprechende Bindungsfestigkeit an den Kreuzungspunkten der Fäden oder die notwendige Festigkeit (Bruchfestigkeit).

Die Dehnbarkeit wird im wesentlichen durch eine geringe molekulare Orientierung eines Fadens erzielt, die z. B. anhand seiner Doppelbrechung gemessen wird. Eine geringe Doppelbrechung setzt im allgemeinen eine relativ niedrige Spinngeschwindigkeit voraus (vgl. US-PS 35 502 736). Bei hohen Spinngeschwindigkeiten wer-

den im aligemeinen eine hohe Doppelbrechung und Festigkeit erzielt, während die Dehnbarkeit der Fäden gering ist, was in vielen Anwendungsfällen bevorzugt wird. Um eine wirtschaftlich praktikable Spinngeschwindigkeit zu erzielen und gleichzeitig die gewünschte niedrige molekulare Orientierung zu erreichen, ist es notwendig, daß mit extrem niedrigen Schmelzviskositäten gesponnen wird, welche hohe Temperaturen und die Verwendung von Polymeren mit sehr niedrigen Molekulargewichten erfordern. Die hohen Spinngeschwindig-

keiten und Fadengeschwindigkeiten sind außerdem deswegen erforderlich, damit feste Verbindungen an den Fadenkreuzungspunkten hergestellt werden, indem die Fäden auf eine Auffangoberfläche aufprallen, wobei die Fäden an der Oberfläche noch festkleben, wenn die Materialbahn geformt ist. Diese Verfahren ergibt jedoch eine Materialbahn mit niedriger Brechung, aber hoher Kristallinität, welche ihrerseits bei Fasern mit niedrigem Molekulargewicht, wie sie z. B. in diesem Verfahren Verwendung finden, eine Brüchigkeit verursacht, so daß

dadurch diese unerwünschte Trennung der Fasern hervorgerufen wird.

Aus der GB-PS 11 26 990 ist es bekannt, daß Polypropylenfäden mit einer Doppelbrechung von weniger als 0,02 amorph sind und sich besonders gut zum Binden von Filamenten an ihren Kreuzungspunkten eignen.

Aus der GB-PS 10 67 576 ist ein Spinnvliesstoff bekannt, bei dem die Mehrzahl der Fadenkreuzungspunkte miteinander verbunden sind.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Spinnvliesstoffe weisen aber die für derartige Produkte gewünschten Eigenschaften, wie insbesondere eine gute Bindungsfestigkeit an den Kreuzungspunkten der Fäden in Verbindung mit einer hohen Bruchfestigkeit (Bruchdehnung), noch nicht in zufriedenstellendem Ausmaß auf. Diese Nachteile können mit einem Spinnvlicsstoff gemäß Patentanspruch 1 überwunden werden, der durch eine Kombination bestimmter Materialeigenschaften und Verfahrensparameter gekennzeichnet ist. Weilerer Ge-

genstand der Erfindung ist auch das im Patentanspruch 2 beschriebene Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Spinnvliestoffes.

Gemäß der F.rfindung wird ein Spinnvliess'off bereitgestellt, bei welchem sich die Fäden an ihren Kreu/ungsstellen nicht voneinander trennen, sondern annähernd ihre ursprüngliche Lage beibehalten, wenn die Bahn bis

50% ihrer Ursprungslänge gedehnt wird, und der sich deshalb gut zur Verwendung mit unterschiedlichen Polstern, wie z. B. als Deckschicht für eine Windel, Bandagen, Polster, Binden und dgL eignet.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. i eine schematische Aufsicht auf einen Spinndüsenkopf mit einer bestimmten Extrusionsdüsenanord-η u ng,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Extrusionsdüse;

F i g. 3 eine Teilansichi eines Spinndüsenkopfes von unten, der mit den in der F i g. 2 dargestellten Extrusionsdüsen ausgestattet ist;

F i g. 4 ein«: vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Extrusionsdüse, welche zur Ausführung der Erfindung Verwendung finden kann;

F i g. 5 eine Ansicht der in der F i g. 4 gezeigten Düse von unten;

F i g. 6 eine schematische Ansicht der Spinnanlage mit Auffangfläche und

F i g. 7 ein Diagramm, in welchem die Korrelation der Bahndehnung mit dem Flächengewicht (Gramm/Meterquadrat) und der Fadenfeinheit (denier) aufgetragen ist (1 den = 1,1 dtex).

Die Figuren 1 bis 5 zeigen zwei für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Extrusionsdüsen. Bei der vorliegenden Erfindung kommt es nicht auf eine präzise Geometrie und genaue Anordnung dieser Düsen an, und es können auch andere Extrusionsdüsen zur Ausführung der Erfindung Verwendung finden. Jedoch beruhen die angegebenen Beispiele auf der Verwendung dieser Düsen.

Die in der F i g. 2 dargestellte Düse 10 bildet einen Teil einer Spinndüsenplatte 12, die mit einem in der F i g. 6 dargestellten Extruder 19 verbunden ist In die Kapillare 14 wird ein fasernbildendes thermopla-_visches Polymer mit einer bestimmten Geschwindigkeit eingespritzt. In die Leitung 18 wird heiße Druckluft eingeleit' t und durch die Luftkapiliaren 20 hindurchgeleitet Die f-äden werden auf der glatten Oberfläche einer gekühlten Trommel 21 (siehe F i g. 6) aufgefangen.

Die wesentlichsten Merkmale der vorliegenden Erfindung sollen anhand der nachfolgend beschriebenen Beispiele angegeben werden.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wurde Polypropylen mit einer Schmelzflußgeschwindigkeit 35 (ASTM Verfahren 1232-62T) und einer Intrinsic-Viskosität von 1,6 in einen 1 "Extruder 19 eingeleitet, dessen Schnecken-Längen/ Durchmesser-Verhältnis 24/1 betrug.

Der Kunstharz wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 27 gram/min, durch ein Werkzeug extrudiert, das mit 18 Düsen ausgestattet war, die in der in F i g. 1 gezeigten Weise .zueinander angeordnet waren. Die in der Fig. 1 dargestellte Düsenanordnung weist eine erste und eine zweite übereinander angeordnete Düsengruppe 40 bzw. 50 auf. Zur ersten Düsengruppe 40 gehören die Düsenreihen 42 und 44, deren Düsen in einem gleichen Abstand R entlang der Achsen 45 und 46 angeordnet sind. Zur zweiten Düsengruppe 50 gehören die Düsenreihen 52 und 54, deren Düsen in gleichen Abständen entlang der Reihenachsen 55,56 angeordnet sind, wobei ihr Abstand größer als der Abstand R ist. Die Achsen 55 und 56 schneiden sich mit den Achsen 45 und 46 in der Mitte zwischen zwei benachbarten entlang der Reihen 42 und 44 angeordneten Düsen oder auf ein Halb R. Der Abstand zwischen der Düse 60 und den Düsen 62 und 64 entspricht R.

Bei dem Beispiel 1 betrug die Temperatur 370⁰C. Die konusförmigen Düsen besaßen einen Konuswinkel E (siehe F i g. 4) von 40°, besaßen einen Abstand voneinander von R — 4,35 mm, während der Abstand D 9,5 mm betrug. Die innerhalb des Konus' gelegene Extruderkapillare 14 wies eine Länge von 9,5 mm und einen Durchmesser von 0,6 mm auf. Jede Düse besaß am unteren Ende des Konus' drei Luftbohrungen 20 von 0,5 mm Durchmesser, die jeweils im Winkel von 120° zueinander angeordnet waren, einen Neigungswinkel A von 20° besaßen und parallel zur Konusflärhe verliefen, wobei sie auf die Spitze 24 der Düse wiesen. Die Temperaturzonen des Extruders wurden verändert, um an den Extruderdüsen unterschiedliche Absinkgeschwindigkeiten und Schmelzviskositäten zu erzielen. Durch eine Einstellung des Luftdruckes an den Düsen wurde erreicht, daß der Fasertiter in denier pro Faden annähernd konstant auf 3 den ( = 3,3 dtex) gehalten werden konnte. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse fü¹" Materialbahnen, bei denen die Fäden in einem Abstand von 30,48 cm von den Düsen auf einer rotierenden hohlen Trommel 21 aufgefangen wurden, deren Temperatur ?0°C betrug. Aus der Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß die Doppelbrechung der Fäden mit der Zunahme der Viskosität der Bahnfäden zunimmt, während die Bruchdehnung abnimmt.

	Versuch	26 57	! 789	4	5	b	7
Tabelle I	1

		2	j	204	204	204	204
Extruder	204			(400)	(400)	(400)	(400)
Zone	(400)			287,5	287,5	287.5	287.5
I⁰C(⁰F)	260	204	204	(550)	(550)	(550)	(550)
	(500)	(400)	(400)	315	315	315	315
2	287.5	260	260	(600)	(600)	(600)	(600)
	(550)	(500)	(500)	343	370.7	398.5	426.2
3	315	287.5	287,5	(650)	(700)	(750)	(800)
	(600)	(550)	(550)	1.0	0,8	0.6	0.5
4	1.4	343	370.7	0,010	0,006	0.004	0.002
	0.020	(650)	(700)	3.2	2.0	2,8	2.9
Intrinsicviskosität	3,1	1.3	1.1		OA		ft
Doppelbrechung der Fäden		0.015	0.012	0,703	0,49	0,35	0,28
Fasertiter in denier	1,76	3.0	3,2	(10)	(7)	(5)	(4)
	(25)		"JA	60	150	80	75
Luftdruck, kp/cm² (psi)	40	1.27	0.91	25	26	27	26
	25	(18)	(13)
Bruchdehnung. %		45	50
Grundgewicht/Flächeneinheit g/m²	26	25
	Beispie! 2

Die Fadengeschwindigkeil bei einem Fasertiter von 3 den wurde bei dem gleichen Schmelz-Blaswerkzeug

dadurch verändert, daß der Durchsatz des Polymers pro Düse und Ιοτ Luftdruck geändert wurden. Obwohl die Doppelbrechung der Fäden bei niedrigeren Geschwindigkeiten sehr niedrig war, wurde die Fadenverbindung an den Kreuzungss! 'Ilen schlechter unterhalb von 15 m/sec, was unter einem Mikroskop nach einer Dehnung eines Γ-Streifens auf 50% beobachtet werden konnte.

Tabelle 2

Extruderzonen wie bei Beispiel 1,5 Versuche Versuche

12 3 4 5

Intrinsicviskosität	0,8	Be	0.8	0.7	0.7	0.7
Fasertiter in denier	3,1	2,9	2,9	2,8	2,8
Durchsatz/Düse, gram/min	1,65	1,20	0.68	037	0,28
Fadengeschwindigkeit, m/sec.	80	62	35	20	15
Doppelbrechung	0,007	0,005	0,003	0,002	0,001
% Kreuzungspunkte	0	0	10	10	50
gebrochen bei 50% Dehnung
	ispiel 3

Anhand der vorausgehenden Beispiele wurde gezeigt, daß die Fadengeschwindigkeit ein gewisses Minimum überschreiten muß und daß die Doppelbrechung unter einem gewissen Maximum liegt, damit eine Materialbahn erzielt wird, bei welcher die Verbindungen eine gute Festigkeit und eine minimale Dehnung von 50% aufweisen.

Diese Beispie' demonstriert, daß außer diesen Veränderlichen eine gegenseitige Abhängigkeit der Fadenfeinheit (den) und des Gesamtgewichtes erforderlich ist, um eine gute Verstreckbarkeit zu erzielen. Die Werte sind in der Tabelle 3 angegeben urd im Diagramm 7 graphisch dargestellt.

Die Bahnen, die geeignete Eigenschaften aufweisen, befinden sich alle innerhalb der Kurve A gemäß F i g. 7 (minimale Bahnverlängerung von 50%). Die Kurve A kann durch eine einfache Formel mathematisch angegeben werden:

200
G =7-7"— ⁺ 50, wobei G das Gesamtgewicht pro Flächeneinheit (in g/m²) und Tden Einzelfasertiter

(denier) bedeuten.

Es wurde festgestellt, daß die Wirkung und die Geschwindigkeit der Abkühlung einer Bahn, die dadurch hergestellt wurde, daß die Fäden auf eine kalte glatte Oberfläche auftrafen, sowohl von dem Fasertiter (denier) als auch von dem Grundgewicht abhängig sind und daß der Wärmeübergang sehr komplex erfolgt.

Gemäß dem in der F i g. 7 dargestellten Diagramm liegt das maximale Gesamtgewicht pro Flächeneinheit bei 116 g/m² und 16 den, und der maximal zulässige Einzelfasertiter liegt bei etwa 20 den, da bei über 20 liegenden Werten die Abkühlung selbst in einem einzigen Faden zu langsam erfolgt um zu verhindern, daß die Bahn brüchig wird.

Die Werte für den Titer pro Faden der in der Tabelle 3 und der F i g. 7 beschriebenen Bahnen wurden dadurch erzielt, daß der Durchsatz pro Düse und der Luftdruck im Spinnwerkzeug verändert wurden, während das

Gesamtgewicht der Bahn dadurch eingestellt wurde, daß die Drehzahl der zylindrischen Auffungirommcl 21 verändert wurde. Die Trommel bcsaU eine glatte Metalloberfläche und eine Oberflächenlemperatur von 7,2' C.

Bestimmung der Bahndehnung beim Bruch:

Die Verlängerung beim Bruch wurde durch einen Dehnungsmesser festgestellt, wobei ein Bahnstreifen von !2,7 mm Breite Verwendung fand und der .Klammerabstand 50,8 mm betrug und die Zuggeschwindigkeit 5 254 mm/min, war.

Tabei:« 3

Nach dem Schmelz-Blasverfahren hergestellte Bahnen mit unterschiedlichem Titer und Gesamtgewichten pro Flächeneinheit:

Durchsatz pro Luftdruck Titer, den Flächcngewich Bruchdehnung. % _!5

Düse, g/min kp/cm²(psi) g/m^J

0,3 0.42 (6)

30 85

20 45 42

1.1 0,70 (10)

60 49

70 34

1.2 0.84 (12)

3.1 0,84 (12) 10 60 74 30

4.5	0.70 (10)
4,5	0,57 (8,1)
4.5	0,49 (7)

20	125
30	85
40	51
45	42
40	75
60	49
70	34
80	31
60	68
70	52
80	38
100	29
60	74
80	62
100	52
120	39
90	62
110	53
130	35
60	58
80	50
100	41
25	48
40	42
60	30
100	28

130 35

20 25 48 40

Beispiel 4 4-,

Diese Beispiel demonstriert die Wichtigkeit der Oberflächentemperatur der Auffangfläche: eine 30 g/ m²-Bahn mit Fadenabmessungen von etwa 3 den wurde unter den bei Versuch 5 in Tabelle I angegebenen Bedingungen extrudiert. Die Tabelle 4 zeigt die Bruchdehnung der Bahn in Abhängigkeit von der Trommeltemperatur, woraus zu entnehmen ist. daß bei einer Temperatur über 12.21⁰C die Bahn nicht mehr die gewünschte 50 Verstreckbarkeit besitzt.

Das Verhältnis zwischen dpF und dem Fadendurchmesser für rundes Polypropylen ist:

Durchmesser= 12,5-/Titer

55 Tabelle 4

Oberflächentemperatur der Trommel in ° C (° F) Bruchdehnung in %

4,44(40) 120

7.22(45) 95

939(50) 74

12.77(55) 61

15,54(60) 43 65

1832(65) 35

ZD OA

Die in die F i g. 7 eingetragene Kurve basiert auf Werten der Tabelle 3 und zeigt die Prozent-Bruchdehnung für Bahnen mit unterschiedlichen Gesamtgewichten pro Flächeneinheit ui.J unterschiedlichen denier pro Faden. Nur eine Materialbahn, die auf die Kurve fällt oder sich innerhalb der Kurve befindet, besitzt die gewünschte Bruchdehnung von mehr als 50%.

In der F i g. 7 sind mit den Kreuzen Bahnen gekennzeichnet, die eine größere Bruchdehnung als 50% besitzen, während mit den Kreisen Bahnen gekennzeichnet sind, deren Bruchdehnung unter 50% liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

1. Spinnvliesstoff aus Polypropylenfilamenten, die an der Mehrzahl ihrer Kreuzungspunkte durch Verschmelzen zusammengehalten sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

— der Titer der Einzelfilamente beträgt weniger als 20 den {22 dtex),

— die Filamente weisen eine Doppelbrechung von weniger als 0.012 auf,

Of\C\

_]0 — das Flächengewicht G und der Filamenttiter Tsind durch die Beziehung G-T-T— +50 miteinander korreliert,

— mindestens 70% der Filamentkreuzungspunkte sind durch Verschmelzen miteinander verbunden,

— bei einer Dehnung der Spinnvliesstoffbahn um 50% lösen sich die Bindungen an den Filamentkreuzungspunkten nicht