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Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen
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Die vorliegende ErPindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Spinnvliesen aus thermoplastischen runststoSfen, bei denen die Eigenschaften, vor
allem deren ReißPestigkeit verbessert-werden.
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Spinnvliese, die aus praktisch endlosen, in annähernder Wirrlage abgelegten
Fäden aus thermoplastischen B;unststoffen aufgebaut sind, sind seit längerer Zeit
bekannt.
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Sie werden meist durch Ablage der Fäden unmittelbar nach dem Verspinnen
und nach deren Verstreckung, vorwiegend mittels Luft, hergestellt. Mit der verwendeten
Ablagemethode variiert auch das Maß des Vorhandenseins von Resten von parallelen
Fadenbündeln. Eine ideale, völlig unorientierte Wirrlage wird meist nicht erreicht,
sodaß solche Vliese fast immer in einer Richtung eine höhere Reißfestigkeit
besitzen,
als in der dazu senkrecht stehenden Richtung.
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Bei einer Reihe von Anwendungen, z. B. im Tiefbau, kommt es aber nicht
auf die Festigkeit in einer Richtung sondern in allen Richtungen an. Das bedeutet,
daß bei der Anwendung die geringste Reißfestigkeit maßgebend ist, sodaß auch die
Stärke des Vlieses nach der niedrigsten Reißfestigkeit gewählt werden muß. Das bedeutet
aber eine Verteuerung des Vlieseinsatzes, die manch großtechnischem Einsatz im Wege
steht.
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In der DE-OS 2,639.466 ist beschrieben, daß sich die Eigenschaften
von Stapelfaservliesen, deren Einzelfasern in Bahnquerrichtung orientiert sind,
dadurch verbessern lassen, daß sie zuerst in Längsrichtung verstreckt, dann vernadelt,
dann nocheinmal in Längsrichtung und schließlich in Querrichtung verstreckt werden.
Dadurch wird die Maßbeständigkeit und Festigkeit dieser Vliese erhöht.
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Ferner ist aus der DE-OS 2,239.058 bekannt, daß bei nicht verfestigten,
in Wirrlage liegenden Stapelfaservliesen mit relativ kurzen Fasern die mittels mechanischen
oder fluiden kräften mit einem regelmäßigen Muster versehen sind, durch Verstrecken
in der Querrichtung bei gleichzeitiger Schrumpfung in der Längsrichtung die Querreißfestigkeit
verbessert werden kann, ohne daß das aus regelmäßigen Dick- und Dünnstellen bestellende
Muster zerstört wurde. Es kann vielmehr durch eine nochmalige Nachbehandlung mit
fluiden Kräften, die eine Umorientierung der relativ kurzen Fasern bewirken, wieder
voll hergestellt werden.
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Auch bei Endlosfadenvliesen wurde bereits eine Verstreckung zur Verbesserung
der Eigenschaften vorgeschlagen. Gemäß DE-OS 1,900.265 werden an den treuzungsstellen
verschweißte oder verklebte Vliese soweit in nindestens einer Richtung verstreckt,
daß sich die Oberfläche um einen Faktor bis etwa 15 vergrößert. Da die Kreuzungspunkte
bei den fur dieses Verfahren verwendeten Vliesen fixiert sind, wird auf diese Weise
eine Verstreckung der im Einzeltiter stark schwankenden Einzelfäden bewirkt, wobei
Titerschwankungen der Einzel fäden um eine Zehnerpotenz erzielt werden. Die Verstreckung
erfolgt hierbei über einen erhitzten Eremsschuh.
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Es konnte nun gefunden werden, daß die Reißfestigkeiten von Vliesen
in senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen einander angenähert werden können,
wobei die geringere Reißfestigkeit in einer der beiden Richtungen beträchtlich angehoben
wird, ohne daß jedoch die Fäden selbst wesentlich verstreckt werden und der Fadentiter
ungleichmäßig wird, wenn man ein genadeltes Vlies in jener Richtung bei erhöhter
Temperatur verstreckt, die die geringere Reißfestigkeit besitzt. Durch diese Maßnahme
wird diese Reißfestigkeit erhöht, obwohl gleichzeitig die Fläche des Vlieses auf
Kosten des Gewichtes/m² vergrößert wird. Die Tatsache, daß trotzdem eine höhere
Mindestreißfestigkeit erzielt wird, eröffnet nun die Möglichkeit eines resenlich
wirtschaftlicheren Vlieseinsatzes, vor allem im Erdbau, wie Straßen-, Tunnel-, Böschungs-
und Wasserbau, da es hier praktisch nur auf das Kraft-Dehnungsverhalten, nicht aber
auf das Gewicht des Vlieses pro m2 ankommt, und man somit mit dem gleichen Gewicht
eines Vliesmaterials größere Flächen belegen kann.
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Dle Tatsache, daß sich ein genadeltes Vlies bei dem also die Kreuzungspunkte
nicht so verfestigt sind daß sie nicht aufgehen, verstärken läßt, ist überratschend,
da zu erwarten war, daß ev. vorhandene leichte Dünnstellen verschärft werden oder
sogar Löcher auftreten. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn man in einem bestimmten
Temperaturbereich abhängig vom Kristallitschmelzpunkt arbeitet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur
Herstellung von Spinnvliesen aus thernoplastischen Kunststoffen mit verbesserten
Eigenschaften, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Spinnvliese aus praktisch endlosen,
in annähernder wirrlage liegenden Fäden, die in einer Richtung eine höhere Reißfestigkeit
besitzen als in der dazu senkrecht stehenden Richtung und die durch Vernadeln verfestigt
sind, bei 85 -250 C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes liegenden Temperaturen
in der Richtung der geringere Reißfestig keit um 20 - 100 % der ursprünglichen Länge
verstreckt uerden wobei in der dazu senkrecht liegenden Richtung die Länge entweder
beibehalten wird oder diese vorher oder gleichzeitig im Bereich von + 10 % der ursprünglichen
Länge verändert wird.
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Voraussetzung für das Gelingen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,
daß von einem durch Vernadelung verfestigten Vlies ausgegangen wird. Für die Erzielung
guter Eigenschaften, vor allem bei höheren Dehnverhältnissen ist es zweckmäßig,
keine allzu leichte Vernadelung zu wählen, Bevorzugt wird von Vliesen ausgegangen,
die so weit vernadelt sind, daß ihr Festigkeitszuwachs durch die
Vernadelung
mindestens 50 % des optimal erzielbaren Festigkeitszuwachses durch Vernadelung beträgt.
Das ist z. B. bei Verwendung von Nadeln der Type 15x18x34/3 Zoll bei etwa 100 Einstichen/cm2
bzw. bei solchen der Type 15x18x36/3 Zoll bei 120 Einstichen/cm2 gegeben.
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Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn man Vliese einsetzt,
die mit den genannten Nadeltypen mit etwa 180 - 200 Einstichen/cm² verarbeitet wurden.
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Endlosfadenvliese der oben genannten Art besitzen meist in der Querrichtung
eine geringere Reißfestigkeit. Diese Vliese werdem gemäß vorliegender Erfindung
in der Querrichtung im erfindungsgemäßen Ausmaß gereckt, was z. 3.
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in einer. an sich bekannten Spannrahmen möglich ist. Es können aber
auch Streckapparate dienen, bei denen das Vlies durch am Umfang mit Zähnen versehene-
Scheiben aufgenommen wird, deren Ebene annähernd senkrecht zur Vliesebene steht
und die im spitzen Winkel zur Laufrichtung des Vlieses so angeordnet sind, daß das
Vlies blm Passieren des Umfanges der Scheiben auseinandergezogen wird.
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Eine solche Vorrichtung ist z. B. in der DE-OS 2,401.614 beschrieben.
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Wird das Endlosfadenvlies jedoch vor der Nadelung durch Täfeln auf
eine bestimmte Vliesdicke gebracht, so ist es meist die Längsrichtung, die die geringere
Reißfestiglceit aufweist. In diesem Fall muß das Vlies dann in Längsrichtung verstreckt
werden, was beispielsweise besonders günstig durch ein an sich bekanntes Walzenstreckverfahren
mit kurzem Walzenspalt gemacht werden kann. Es ist aber auch jedes andere bekannte
Längsstreckverfahren brauchbar, wobei ein zu starkes Einspringen des Vlieses vermieden
werden maß, um die erfindungsgemäßen Grenzen einzuhalten. Dies kann man z. B. in
dem man Längsreck
zonen durch Zonen unterbricht, in denen man das
Vlies in einer Querspannvorrichtung wieder auf die erfindungsgemäß vorgeschriebene
Breite, die innerhalb von + 10 % der ursprünglichen Breite liegen soll, bringt.
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Die Wahl des Verstreckungsgrades innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches,
richtet sich nach den Werten die erzielt werden sollen. will man z. B. die Reißfestigkeit
in der schwächeren Richtung z. B. um 15 -20 % anheben ohne an Längsfestigkeit einbüßen
zu rollen, wird z;reckmäßig eine leichte Verstreckung von 20 - 30 % zu wählen sein.
Je höher der Verstreckungsgrad in der schwachen Richtung gewählt wird, desto mehr
wird die Reißfestigkeit in der stärkeren Richtung vermindert, soda3 z. B. bei Verstreckungen
um 60 % hinsichtlich Reißfestigkeit annähernd isotrope Vliese erhalten werden, deren
Reißfestigkeiten im mittleren Bereich zwischen ursprünglicher Längs- und Querfestigkeit
liegt. Da maßgebend für den Verwendungszweck die niedrigste Reifestig keit ist,
kann das Vlies somit nach erfindungsgemäßer Behandlung einer stärkeren Belastung
ausgesetzt werden, als das Ausgangsvlies.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Endlosfadenvliese aus allen
thermoplastischen Kunststoffen wie Polyamid, Polyester, Polyolefin anwendbar. Besonders
bevorzugt sind Vliese aus Propylenhomo- und ccpolyreren und Polyester.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der vorliegenden Beispiele
näher erläutert werden. Die darin angegebenen Reißfestikeits- und Bruchdehnungswerte
sind nach DIN 53857 bestimmt.
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Beispiel 1: Ein genadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden
Kennzahlen: Fadentiter 11 dtex Flächengewicht 240 g/m2 Vernadelung 60 Einstiche/cm2
mit Nadeln 15x18x34/3 Zoll c.b. entsprechend 30 - 40 % der mit Vernadelung erzielbaren
optimalen Festigkeit Reißfestigkeit längs 640 N Bruchdehnung längs 85 % Reißfestigkeit
quer 305 N Bruchdehnung quer 120 % wird ohne Längsverzug in einen Spannrahmen eingespannt,
bei einer Temperatur von 1300 C in kontinuierlicher Fahrweise in der Querrichtung
um 20 % gedehnt. Nach Verlassen des Heißluftofens wird das Vlies aus dem Spannrahmen
herausgenommen und kontinuierlich aufgewickelt. Es besitzt folgende Kennzahlen:
Fl ächengewicht 220 g/m2 Reißfestigkeit längs 653 N Reißfestigkeit quer 352 N Bruchdenhung
längs 61 % Bruch dehnung quer 84 % Das Vlies besitzt also bei etwa gleichbleibender
Längsreiß festigkeit eine um 50 N erhöhte Querfestigkeit.
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Im Gegensatz dazu besitzt ein nach dem üblichen Spinnver-Balken hergestelltes,
nicht verstrecttes Vlies mit einem Flächengewicht von 220 g/m2 folgende Kennzahlen:
ReißEestigkeit längs 600 N Reißfestigkeit quer 245 N Bruchdehnung längs 90 C/o Bruchdehnung
quer 130 % Das erfindungsgemäß hergestellte Vlies ist also hinsichtlich Reißfestigkeit
überlegen.
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Beispiel 2: Das gleiche Vlies wie in Beispiel 1 beschrieben, wird
in einen Spannrahmen eingeführt und mit solcher Geschwindigkeit abgezogen, daß es
vor Erfassen der Seitenränder durch die Halterungsorgane bei Zimmertem.peratur in
der Längsrichtung 10 % verstreckt wird. Anschließend wird es bei 1300 C 20 % querverstreckt.
Das nach Ausspannen und Auskühlen erhaltene Vlies besitzt folgende Kennzahlen: FlEchengevicht
208 g/m2 Reißfestigkeit längs 624 N Reißfestigkeit quer 348 N Bruchdehnung längs
57 % Bruchdehnung quer 86 % Hingegen besitzt ein durch Verspinnen und Ablage hergestelltes
Endlosfadenvlies aus Polypropylen eines FlEchengewichtes von 200 g/m2 längs nur
eine Reißfestigkeit von 570 N und quer von 230 N, sowie die Bruchdehnung von 90
% längs und 135 % quer.
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Beispiel 3: Ein stark vernadeltes Endlosfadenvijes aus Polypropylen
mit folgenden Kennzahlen: Fadentiter 10 dtex Flächengewicht 290 g/m² Reißfestigkeit
längs 690 N Dehnung längs 91 % Reißfestigkeit quer 357 N Dehnung quer 139 % Vernadelung
180 Einstiche/cm2 mit Nadeln 15x18x34/3 Zoll c.b. entsprechend 85 % der optimalen,
durch Vernadelung erzielbaren Festigkeit wird im Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug
bei 1350 C um 40 % querverstreckt. Nach Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen:
Flächengewicht 230 g/m2 Reißfestigkeit längs 558 N Dehnung längs 76 % Reißfestigkeit
quer 438 N Dehnung quer 84 % Im Gegensatz dazu hat ein Vlies mit 230 g/m², hergestellt
wie das als Ausgangsmaterial verwendete Vlies eine Reißfestigkeit längs von 650
N und quer von nur 290 N, sowie eine Bruchdehnung längs von 85 %, quer von 125 .
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Beispiel 4: Ein Vlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen: Fadentiter
10 dtex Ausgangsgewicht 240 g/m2 Vernadelung 200 Einstiche/cm2 mit Nadeln 15x18x36/3
Zoll c.b. entsprechend 85 % der optimalen Festigkeit Reißfestigkeit längs 656 N
Dehnung längs 85 % Reißfestigkeit quer 310 N Dehnung quer 136 % wird in einem Spannrahmen
ohne vorherigen Längsverzug bei 135° C um 60 % quer verstreckt.
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Das so erhaltene Vlies hat folgende Kenndaten: Flächengewicht 188
g/m2 Reißfestigkeit längs 490 N Dehnung längs 75 % Reißfestigkeit quer 364 N Dehnung
quer 51 % Im Vergleich dazu hat ein Vlies, das nach dem gleichen Verfahren wie das
Ausgangsvlies hergestellt ist, das jedoch ein Flächengewicht von 180 g/m2 besitzt
eine Längsfestigkeit von 530 N und eine Querfestigkeit von 200 N> sowie eine
Bruchdehnung von längs 95 X und quer von 150 %.
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Beispiel 5: Das in Beispiel 4 beschriebene Vlies wird bei 1400 C um
60 % querverstreckt, wobei es gleichzeitig in der Längsrichtung 10 %. schrumpfen
gelassen wird. Man erhält dadurch ein Vlies mit folgenden Kennzahlen: Flächengewicht
195 g/m2 Reißfestigkeit längs 502 N Reißfestigkeit quer 389 N Dehnung längs 78 %
Dehnung quer 50 % Im Vergleich dazu hat ein Vlies, das nach dem gleichen Verfahren
wie das Ausgangsvlies hergestellt ist, jedoch ein Flächengewicht von 200 g/m2 besitzt,
eine Reißfestigkeit längs von 570 N, Reißfestigkeit quer von 230 N und eine Bruchdehnung
längs von 90 %, sowie eine Bruchdehnung quer von 135%.