DE2902525A1

DE2902525A1 - Verfahren zur herstellung von monofilaments

Info

Publication number: DE2902525A1
Application number: DE19792902525
Authority: DE
Inventors: Jun Richard J Hartigan; Donald S Nichols; Armen Renjilian
Original assignee: Albany International Corp
Current assignee: Albany International Corp
Priority date: 1978-03-27
Filing date: 1979-01-24
Publication date: 1979-10-11
Also published as: US4164530A; GB2017175A; FR2421225A1; NL7902290A

Description

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Verfahren zur Herstellung von Monofilaments

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Monofilaments aus thermoplastischen Kunstharzen.

Monofile thermoplastische Garne, die beispielsweise zur Herstellung von Web- und Wirkstoffen verwendet werden, werden im allgemeinen aus der Schmelze gesponnen oder im Naßspinnverfahren hergestellt, siehe beispielsweise die US-PS 3 287 316 und 3 608 044. Diese bekannten Herstellungsverfahren erfordern jedoch erhebliche Investitionen in Form von Maschinen wie Extrudern, Spinndüsen und dergleichen. Außerdem lassen sich viele thermoplastische Polymerharze, beispielsweise Polyäthylenoxid-Harze, schwierig oder überhaupt nicht zu brauchbaren Monofil-Fäden verspinnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem Monofilaments aus jedem beliebigen thermoplastischen Polymer-Kunstharz hergestellt werden . können, und zwar mit Vorrichtungen, die relativ einfach und billig sind. .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst aus thermoplastischem Polymerharz ein Band mit im wesentlichen ungerichteter Molekularstruktur hergestellt wird, daß dann das Band gedreht oder verdrillt wird, um eine im wesentlichen zylindrische Querschnittsform zu erhalten, darauf das verdrillte Band unter Hitze und Druck geformt wird, um ein Monofilament mit rundem Querschnitt zu erhalten, und schließlich die Molekularstruktur des geformten Bandes in dessen Längsrichtung orientiert wird.

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Der Ausdruck "Monofilament", wie er in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt einen Einzelfaden, der als Garn in der Textilherstellung verwendet werden kann.

Der Ausdruck "Band" bedeutet einen langen, schmalen Streifen aus einem Film oder einer Folie aus thermoplastischem P οlymer-Kun sthar ζ.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können Filme oder Folien aus thermoplastischen Polymer-Kunstharzen in einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gereckt oder in ihrer Molekularstruktur orientiert werden. Derartige Orientierungen sind an sich bekannt, siehe beispielsweise die US-PS 3 400 193, 3 444 683 und 3 448 187 sowie die GB-PS 1 067 514.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Monofilaments sind durch ihren vorteilhaften runden Querschnitt gekennzeichnet. Derartige Monofilaments mit rundem Querschnitt lassen sich weitaus besser zu Web- oder Wirkstoffen verarbeiten als solche mit einem flachen Querschnitt.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Bandes aus einem Polymer-Kunstharz,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Bandes nach dem Verdrillen,

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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Recken des"verdrillten Bandes gemäß Fig. 2, wobei gleichzeitig eine Formung und eine Orientierung■der Molekularstruktur des verdrillten Bandes eintritt,

Fig. 4 einen Querschnitt des Fertigproduktes entlang Linie 4-4 in Fig. 3· und

Fig. 5 einen Querschnitt eines gereckten Bandes entsprechend dem Stand der Technik.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Band 10 aus einem thermoplastischen Polymer-Kunstharz hergestellt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Das Band 10 kann aus irgendeinem organischen thermoplastischen Polymer-Kunstharz bestehen, wie beispielsweise einem Polyolefin, wie Polyäthylen, Polypropylen und Polyisobutylen, Polyester wie Polyäthylenterephthalat; Polyamid wie Polyhexamethylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Poly~äthylenoxid und dergleichen Polymer-Harze, die zu Filmen oder Folien geformt werden können.

Das Band 10 hat eine derartige Länge, Breite und Dicke, daß es in der im folgenden beschriebenen Weise zu einem Monofilament geformt werden kann. Die Länge, Breite und Dicke hängen von der Art des verwendeten Polymer-Kunstharzes und den Verfahrensbedingungen ab. Um die optimalen Längen, Breiten und Dicken für das Band 10 zu bestimmen, kann die Regula falsi angewandt werden. Das Band 10 kann dadurch hergestellt werden, daß breitere Blätter oder Bahnen von Kunstharzfilmen zerschnitten xverden. Die Molekularstruktur des Bandes 10 und der Blätter oder Bahnen, von welchen es abgeschnitten ist, sollte nicht orientiert sein, d„h„ das Band 10 oder der Film, von

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welchem das Band abgeschnitten ist, sollte nicht vorher auf eine maximale ■ Längung bei einer über der Glasübergangstemperatur des betreffenden Kunstharzes liegenden Temperatur gereckt sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß teilweise molekular orientierte Filme oder Bänder benutzt werden können, d.h. Filme oder Bänder, die auf weniger als die maximale Längung bei einer oberhalb der Glasübergangstemperatur des betreffenden Kunstharzes liegenden Temperatur gereckt wurden.

Das Band 10 wird dann verdrillt, um eine im wesentlichen zylindrische Form zu erhalten, die in Fig. 2 dargestellt ist. Dieses Verdrillen kann auf jeder konventionellen Garnzwirnmaschine durchgeführt werden, beispielsweise einer solchen,die bei einer Ringspinnmaschine verwendet wird. Im allgemeinen wird das Band 10 kontinuierlich verdrillt, wobei der Verdrillungsgrad davon abhängt, welcher Grad von Rundheit für das Monofilament gefordert wird. Je größer der Verdrillgrad ist, umso größer ist die Rundheit des Endproduktes. Auch in diesem Fall kann die Regula falsi benutzt werden, um optimale Verdrillgrade für gegebene Breiten und Kunstharze zu bestimmen. Für Monofilaments mit größerem Durchmesser können mehrlagige Bänder mit entsprechend größerer Dicke verwendet werden.

Das verdrillte Band 10 wird dann durch Hitze und Druck geformt, um ein Monofilament mit rundem Querschnitt zu bilden. Die Hitze und der Druck werden so gewählt, daß das verdrillte Band 10 zusammengeschweißt wird und das Harzvolumen umverteilt wird, um das gewünschte Monofilament zu formen. Das so gebildete Monofilament wird dann behandelt, um die MolekularStruktur des Kunstharzes in der Längsachse des gebildeten Monofilaments zu orientieren. Diese Orientierung kann dadurch erreicht werden, daß das Monofilament in Längsrichtung gereckt wird, während es auf

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einer Temperatur oberhalb, der Glasübergangstemperatur des verwendeten Harzes gehalten wird. Nach dem Abkühlen erhält man das gewünschte Monofilament.

Vorzugsweise finden das Formen und die Molekular-Orientierung des Bandes 1O gleichzeitig durch Recken des verdrillten Bandes 10 statt. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird das verdrillte Band 10 zwischen Reckwalzen 14, 16 und 18, 20 geführt, um das fertige Monofilament 12 zu erhalten. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, hat das Monofilament 12 einen kreisförmigen Querschnitt. Das Maß des Reckens des verdrillten Bandes 10 hängt von der Art des Kunstharzes ab, aus welchem das Band 10 besteht. Im allgemeinen liegt das Reckverhältnis im Bereich von etwa 2:1 bis 15:1. Optimale Reckverhältnisse für bestimmte Kunstharze werden wiederum nach der Regula falsi bestimmt.

Bei einer Anzahl von Kunstharzen wird beim Recken des verdrillten Bandes 10 bei Raumtemperatur durch Reibungsenergie ausreichend Wärme und Druck erzeugt, um das verdrillte Band 10 in die gewünschte Monofil-Form zu schmelzen. Bei anderen Kunstharzen, welche eine verhältnismäßig hohe Glasübergangstemperatur haben, kann es notwendig sein, das verdrillte Band 10 beim Recken durch eine Heizzone zu führen. Es können auch beheizte Reckwalzen 14, 16 verwendet werden, um das verdrillte Band 10 unmittelbar vor dem Recken zu erwärmen. In jedem Fall erfolgt das Recken vorzugsweise dann, wenn das verdrillte Band 10 auf oder über seiner Glasumwandlungstemperatur ist. Die Glasübergangstemperatur T ist die Temperatur, bei welcher das Material vom festen in einen elastischen Zustand übergeht.

Im folgenden werden einige Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben.

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Die Testverfahren zur Bestimmung der Eigenschaften der Monofilaments waren folgende:

Längung in %: ASTM Testverfahren D-638-58T Zugfestigkeit: ASTM Testverfahren D-638-58T Zähigkeit: Die mittlere Zugfestigkeit gemessen in

US pounds gemäß dem ASTM Testverfahren D-638-58T, umgerechnet in Pond und dividiert durch das mittlere Garngewicht pro Längeneinheit in den (Gramm/9000 Meter) Beispiel: Zugfestigkeit 3,8 pounds force =

1723.7 ρ pro Faden

Zähigkeit: " = 1723.7 ρ =3,1 p/den

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M.I.T. Biegetest:Basierend auf ASTM Falszfestigkeitsprüf-

methode D 2176-63T, jedoch modifiziert für Einzelgarne und Monofilaments durch Anschweißen von Karbidstäben von 0_r8 mm 0 an die Enden von 1,5 - 1,8 mm Klemmbacken.

Beispiel 1:

Ein Blatt aus Poly-äthylenoxid -Film (Polyox, Union Carbide Corp.) mit einer Dicke von 0,05 mm wurde in eine Vielzahl von Bändern mit einer Breite von 12,7 mm geschnitten. Die Bänder wurden zweilagig verdrillt, und zwar mit einem Z-Drall mit 1018 Drehungen /72 Zoll oder 5,5 Drehungen pro cm. Die verdrillten zweilagigen Bänder wurden dann zwischen Reckwalzen bei einer Temperatur von ca. 26⁰C in einem Reckverhältnis von 3:1 gereckt. Das erhaltene runde Monofilament war durch folgende physikalische Eigenschaften gekennzeichnet:

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Durchmesser:

durchschnittlich 0,6 m ■
Durchmesserbereich 0,57 bis 0,66mm

Gewicht: 21,5 g/100 m = 2.615 den Zugfestigkeit: 3,48 kp pro Faden
Zähigkeit: 1,3 p/den.

%Längung:

bei 1 p/den. 42,2 %

bei Reißbelastung 52,8%

M.I.T. Biegefalztest: 933 bis zum Bruch (Testeinrichtung Nr. 2, 500 g Gewicht)

Beispiel 2:

Ein Blatt aus nichtorientiertem Polyäthylenfilm mit einer Breite von 6,35 mm und einer Länge von 228,6 mm wurde mit 10 Drehungen pro Zoll verdrillt, dann von Hand auf viermal seiner Originallänge kalt gereckt, um ein Pseudo-Monofilament A zu erhalten.

Ein anderes Blatt aus nichtorientiertem Polyäthylenfilm, 12,7 mm breit und 228,6 mm lang, wurde mit 10 Drehungen pro Zoll gedrillt, dann auf viermal seiner Originallänge von Hand gereckt, um ein Pseudomonofilament B zu erhalten. Die erhaltenen Pseudo-Monofilaments A und B wurden auf ihre physikalische Eigenschaften untersucht. Die Testergebnisse waren folgende:

Filament Anfangsgewicht Endgewicht Zugfestigkeit Zähigkeit A 5» 129 den 1.240 den 1.59 kp 1.28 p/den

B 10.374 den 2.540 den 2.5 kp 0.98 p/den

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Leersei" te

Claims

2302525 Albany International Corp., Menands, N.Y., U.S.A. Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Monofilaments aus einem thermoplastischen Polymer-Kunstharz, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem thermoplastischen Polymerharz zunächst ein Band mit im wesentlicher ungerichteter Molekularstruktur hergestellt wird, dann dieses Band zu einer im wesentlichen zylindrischen Form verdrillt wird, darauf das verdrillte Band unter Hitze und Druck zu einem Monofilament mit einem runden Querschnitt geformt und schließlich die Molekularstruktur des geformten Bandes in dessen Längsrichtung orientiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerharz Poly-'Äthylenoxid verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Orientieren der Molekularstruktur durch Recken des verdrillten Bandes im Verhältnis 3:1 durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, daß als Band ein zweilagiges Band verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrillen mit etwa 5,5 Drehungen pro cm erfolgt.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen und die Orientierung der Molekularstruktur gleichzeitig durch Recken des verdrillten Bandes erfolgt.

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