DE2948821C2

DE2948821C2 -

Info

Publication number: DE2948821C2
Application number: DE2948821T
Authority: DE
Inventors: Shigeo Fujii; Tokuzo Ikeda; Takashi Mikami; Shuji Saitama Jp Okano
Original assignee: Toa Nenryo Kogyyo KK
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1978-05-01
Filing date: 1979-05-01
Publication date: 1992-08-06
Also published as: BE875977A; WO1979001015A1; DE2948821T1; GB2039304A; CA1147112A; GB2039304B; JPS6022100B2; JPS54147274A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines nicht-gewebten Tuches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Der US-PS 32 47 567 ist eine Walzenanordnung zu entnehmen, bei der aus gesponnenen Fäden ein nicht-gewebtes Tuch (Nonwoven) hergestellt werden kann, jedoch nicht mit einer Wasserkühlung. Bei der US- PS 32 47 567 ist der Faserstrom geordnet genau in den Zwickel bzw. in den Walzenspalt gerichtet, und eine Absaugvorrichtung sorgt für eine Wellenausbildung der gesponnenen Fasern.

Gemäß der US-PS 39 59 421 wird eine Vorrichtung als bekannt beschrieben, bei der ein rasches Abkühlen der schmelzgeblasenen Fasern erfolgt. Die Abkühlung erfolgt durch einen Wasserstrahl, wonach der Faserstrom zentripetal auf die Oberfläche einer sich drehenden Walze gerichtet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein nicht-gewebtes Tuch (Nonwoven) mit mehr vergleichmäßigter Faseranordnung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Nach dieser Lösung wird der Faserstrom in den zwischen die Walzen gerichteten Zwickel derart gerichtet, daß letztlich der Faserstrom auf eine Walze gerichtet wird, und zwar entsprechend dem beanspruchten Abstand, wobei die Walzen über die gesammelten Fasern miteinander in Berührung stehen, so daß die andere Walze als Druckwalze wirksam werden kann. Bevorzugt wird eine poröse Walze verwendet, indem beispielsweise die Walzenoberfläche mit einer Vielzahl von Löchern versehen ist. Die Fasersammelzone stellt sich dabei als talförmiger Raumbereich dar, welcher in der Nähe eines Berührungsbereiches der beiden Walzen gebildet wird. Die Fasersammelstelle befindet sich derart stromaufwärts eines Berührungsbereiches der Walzen, daß der Spalt zwischen den beiden Walzen zunimmt, wenn der Abstand vom Berührungsbereich zunimmt. Wenn in diesem Fall die Stelle, an der der Faserstrom auf eine Walze geblasen wird (Faserblasstelle), entsprechend dem beanspruchten Abstand gewählt wird, kann ein gleichmäßiges nicht-gewebtes Tuch mit mehr vergleichmäßigter Faseranordnung erzielt werden.

Die Oberfläche der Walzen ist bevorzugt netzförmig ausgebildet mit einer Maschenweite von 4 bis 0,074 mm, vorzugsweise 4 bis 0,149 mm (entsprechend 5 bis 200 bzw. 5 bis 100 mesh nach USA-Standard ASTM=Anzahl der Öffnungen pro inch). Wenn die Oberfläche der Walzen, wie zuvor erwähnt, porös ausgebildet sind, so sollte die Lochgröße den vorgenannten Meshgrößen entsprechen, wobei die Walzen aus Metall oder synthetischen Harzen bestehen können.

Die eingesetzten Flüssigkeitstropfen sind vorzugsweise klein, was jedoch nicht immer notwendig ist. Die Flüssigkeitstropfen haben im allgemeinen einen Durchmesser von 0,1 bis 1000 µm, vorzugsweise 0,1 bis 20 µm, die durch Sprühen, Drehzerstäubung oder Ultraschallzerstäubung erhalten werden. Besonders die Ultraschallzerstäubung ist zur Erzielung feiner Flüssigkeitstropfen geeignet.

Die Kontaktierung des Faserstromes mit den Flüssigkeitstropfen erfolgt durch Zuführen oder Aufsprühen der Flüssigkeitstropfen in der Nähe einer Walze oder direkt auf den Faserstrom. Die Menge der aufzusprühenden Flüssigkeitstropfen ist im Zusammenhang mit vielerlei unterschiedlichen Zuständen ebenfalls unterschiedlich. Im Fall der Herstellung eines nicht-gewebten Tuches aus Polypropylen, Polyamid, Polyurethan usw. wird es bevorzugt, pro Gewichtsteil Harz 0,1 bis 10 Gewichtsteile Wassertropfen zu verwenden. Die Berührung des Wasserstromes oder der im Wasserstrom enthaltenen Fasern mit den Flüssigkeitstropfen erniedrigt nicht nur rapide die Temperatur der Fasern teilweise durch die Temperatur der Flüssigkeitstropfen selbst und teilweise durch die latente Verdampfungswärme der Flüssigkeitstropfen, sondern verursacht ebenfalls ein Bedecken der Oberflächen der Fasern mit flüssigen Molekülen, so daß die sogenannten "Schuß"-Materialien so gekühlt werden, daß die Ausbildung von Nadellöchern bzw. Poren (pin-holes) vermieden werden kann. Sogar im Fall der Verwendung eines Harzes mit niedriger Aushärtgeschwindigkeit, wie Nylon 12, kann das Zusammenschmelzen der Fasern verhindert werden, um ein nicht-gewebtes Tuch herzustellen, welches aus feinen Fasern dieses Harzes besteht.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, den Faserstrom an einer Stelle mit den Flüssigkeitstropfen in Berührung zu bringen, wo die von den Spinndüsen abgezogenen Fasern geschmolzenen Harzes ausreichend gestreckt worden sind, jedoch noch nicht vollständig verfestigt worden sind. Diese Lage kann willkürlich in Abhängigkeit von den Spinnbedingungen und der Art des verwendeten Harzes bestimmt werden.

Kurze Erläuterungen der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt eine Teildraufsicht auf die Oberfläche einer Walze gemäß Fig. 1, 4 (a) und 5 und einer Walze 4 gemäß Fig. 5,

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Oberfläche gemäß Fig. 2,

Fig. 4 (a) ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 (b) ist eine Draufsicht auf eine Schlitzblende 200,

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 (a) und (b) sind jeweils ein Querschnitt eines nicht-gewebten Tuches, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere der gemäß Fig. 5, hergestellt wurde, und

Fig. 6 (c) zeigt ein nicht-gewebtes Tuch, welches durch Auftrennen des nicht-gewebten Tuches gemäß Fig. 6 (a) und 6 (b) in zwei Stücke entlang einer Mittelebene erzielt wurde.

Bezüglich Fig. 1 wird ein thermoplastisches Material zum Fülltrichter 11 eines Extruders 1 befördert, wo dieses erwärmt und durch eine nicht dargestellte, von einem Motor 12 und einem Kraftübertragungsmechanismus 13 angetriebenen Schnecke in den geschmolzenen Zustand gemahlen wird. Das geschmolzene Material wird dann in eine Matrize 2 des Extruders 1 gefördert und daraufhin kontinuierlich aus Spinndüsen 21 der Matrize 2 gesponnen. Die Matrize 2 ist mit Gasdüsen 22 versehen, die beidseits der Reihe der Spinndüsen 21 unmittelbar benachbart angeordnet sind. Die Gasdüsen 22 sind mit Gasbeschickungsrohren 23 verbunden. Ein in die Gasbeschickungsrohre 23 eingegebenes Hochdruckgas wird mit einer Geschwindigkeit aus den Gasdüsen 22 abgeblasen, die im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegt. Das aus den Spinndüsen 21 gesponnene thermoplastische Ma terial wird durch den Hochgeschwindigkeitsstrom des aus den Gasdüsen 22 abgeblasenen Gases in feine Fasern ge streckt. Die feinen Fasern bilden zusammen mit dem Gas einen Faserstrom 7. Der Faserstrom 7 wird mit Flüssigkeits tropfen 101 in Berührung gebracht, die durch eine Flüssig keitstropfen-Erzeugungsvorrichtung (beispielsweise eine Ultra schallsprayvorrichtung) erzeugt wurden. Die so erzeugten Flüssigkeitstropfen 101 durchlaufen eine Flüssigkeits tropfen-Beschickungseinrichtung 10 entsprechend der Er findung und werden dann an eine Faserblasstelle P einer Sammelwalze 3 geblasen. Die Sammelwalze 3 ist hohl zylindrisch und auf der Oberfläche mit einer Vielzahl von Löchern 33 versehen. Diese Löcher 33 sind entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und 3 je nach Betrachtungsrichtung mit sich verjüngendem bzw. erweiterndem Querschnitt versehen (34, 35). Die als Faserstrom 7 auf die Oberfläche der Sammel walze 3 geblasenen Fasern werden zur Ausbildung eines nicht-gewebten Tuches 5 vom Faserstrom 7 getrennt. Das nicht-gewebte Tuch 5 wird an einer Stelle auf eine bestimmte Dicke kom primiert, an der die Sammelwalze 3 und eine Druckwalze 4 einander am nächsten sind (Berührungsbereich). Danach wird das so hergestellte nicht-gewebte Tuch 5 auf eine Haspel 8 aufgewickelt, wobei das Tuch 5 über Rollen 71 und 71′ läuft. Die Druckwalze 4 ist als Netz oder als poröse Walze wie die Sammelwalze 3 ausgebildet. Gemäß Fig. 1 kann auch bei einem geringen Durcheinander geraten der Fasern ein gleichförmiges und gleichmäßiges nicht-gewebtes Tuch 5 erzeugt werden, da der Faserstrom 7 in eine von der Sammelzwalze 3 und der Druckwalze 4 gebildete Fasersammelzone 6 geblasen wird.

Der Faserstrom 7 wird auf die Sammelwalze 3 geblasen, um die Fasern vom Gas zu trennen, nachdem eine Berührung mit feinen Flüssigkeitströpfchen 101 statt gefunden hat. Die Berührung des Faserstromes 7 mit den Flüssig keitströpfchen 101 erfolgt durch Aufsprühen von Flüssigkeits tröpfchen 101 aus einer Flüssigkeitstropfen-Beschickungs einrichtung 10 zusammen mit dem Gas auf den Faserstrom 7 (siehe Darstellung in Fig. 1). Die Flüssigkeitstropfen 101, die in Dispersion mit einem Gas (gewöhnlich Luft) zuge führt werden, bestehen üblicherweise aus Wasser, können jedoch auch aus Lösungen, Dispersionen oder Suspensionen bestehen. Bei der Verwendung von Wassertropfen als Flüssig keitstropfen 101 beträgt die Menge derselben beispielsweise 0,1 bis 10 Gewichtsteile pro Gewichtsteil thermoplastischen Materials. In Fig. 1 ist die Flüssigkeitstropfen-Beschickungs einrichtung 10 als Ultraschallsprüheinrichtung ausgebildet. Sie kann jedoch auch als einfacher Spray-Drehzerstäuber, Überschallbefeuchter usw. ausgebildet sein. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Spray zum Kühlen der Sammelwalze 3. Dieser kann jedoch in Abhängigkeit von der Menge der verwendeten Flüssigkeitstropfen 101 auch weggelassen werden.

Fig. 4 (a) zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen eines doppelschichtigen nicht-gewebten Tuches 5′. Alle zu diesem Zweck doppelt vorhandenen Vorrichtungsteile (vgl. Fig. 4 (a)) sind neben der Nummer mit einem Stich ("′") versehen (z. B. Extruder 1′). Ein nicht-gewebtes Tuch 5 von dickeren Fasern wird unter Verwendung eines Extruders 1 hergestellt. Dünnere Fasern eines Extruders 1′ werden dann auf das zuvor genannte nicht-gewebte Tuch 5 geblasen. In diesem Fall gelangt der vom Extruder 1′ kommende Faserstrom 7′ durch einen Spalt (Schlitz) 201 einer Schlitzblende 200 und wird dann auf eine Sammelwalze 3 geblasen, während gleichzeitig Flüssigkeitstropfen 101′ zwischen die Matrize 2′ und die Schlitz blende 200 gesprüht werden. Wenn der Faserstrom 7′ auf ein erstes nicht-gewebtes Tuch 5 geblasen wird, welches auf der Sammelwalze 3 ausgebildet wird, werden gleichzeitig durch die Schlitzblende 200 Flüssigkeitstropfen 101′ zwischen die Matrize 2′ und die Schlitzblende 200 gerichtet, wobei die Flüssigkeitstropfen 101′ ohne Schwierigkeit mit den Fasern des Faserstromes 7′ in Berührung kommen. Dies macht diese Ausführungsform erstrebenswert. Der Abstand l zwischen der Schlitzblende 200 und der Matrize 2′ beträgt üblicherweise 15 bis 500 mm, vorzugsweise 50 bis 200 mm. Die Breite f des Schlitzes 201 der Schlitzblende 200 be trägt üblicherweise 20 bis 200 mm, vorzugsweise 50 bis 100 mm. Die Länge g der Schlitzblende 200, welche länger als die Breite des Faserstromes sein sollte, beträgt üblicher weise 20 bis 200 mm, vorzugsweise 50 bis 100 mm mehr als die Breite des Faserstromes. Die Größe der Schlitzblende 200 ist nicht besonders begrenzt. Wenn die Größe jedoch zu klein ist, kann die Schlitzblende 200 nicht voll zur Auswirkung kommen. Zur Erzielung zufriedenstellender Wirkungen der Schlitzblende 200 ist es wünschenswert, daß die Breite h das 2fache oder mehr, insbesondere das 3- bis 5fache der Breite f beträgt. Die Länge i ist so eingestellt, daß i-g das 2fache oder mehr, insbesondere das 3- bis 5fache von f ist.

Fig. 5 zeigt einen Apparat, bei dem eine Sammelwalze 3 und eine Druckwalze 4 vorgesehen sind, die jeweils mit einer porösen Seitenwand versehen sind. Ein Faserstrom wird zwischen die Überschneidungen A und A′ einer Linie geblasen, welche die Mittelachsen 32 und 42 der Sammelwalze 3 und der Druckwalze 4 verbinden. Die Fasern werden vom zwischen A und A′ geblasenen Faserstrom getrennt und dann durch die Sammelwalze 3 und die Druckwalze 4 auf eine konstante Dicke komprimiert. In diesem Fall werden Flüssigkeitstropfen 101 von an beiden Seiten des Faserstromes 7 angebrachten Flüssigkeitstropfen-Beschickungseinrichtungen 10 und 10′ zum Faserstrom 7 zugeführt. Der gesamte Apparat befindet sich in einem Behälter 400. Der Apparat ist somit auch für die Verwendung von Flüssigkeitstropfen 101 geeignet, die nicht aus Wasser gebildet sind, wie beispielsweise aus wäßrigen Lösungen, Suspensionen und Dispersionen. In diesem Fall werden nicht-gewebte Tuche 5 erreicht, bei denen die Fasern 51, die vertikal zur Oberfläche 50 ausgerichtet sind, wie dies in Fig. 6 (a) und 6 (b) dargestellt ist. Die Trennung dieser nicht-gewebten Tuche in zwei Stücke schafft nicht-gewebte Tuche mit auf gerauhten bzw. genoppten Fasern entsprechend der Darstellung in Fig. 6 (c). Es kann ebenso ein laminiertes nicht- gewebtes Tuch erzeugt werden, indem ein gewebtes oder nicht-gewebtes Tuch jeweils auf jede Sammelwalze 3 und Druckwalze 4 gelegt wird, wonach darauf ein Faserstrom geblasen wird.

Die Verfahrensweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen wird nachfolgend im einzelnen anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Zwei nicht-gewebte Tuche A und B mit unterschiedlichem Gewicht pro Flächeneinheit werden unter Verwendung von Polypropylen mit einer Schmelzflußrate, gemessen durch JIS K 7210 von 15, d. h. g/10 min, 216 Kgf Last, 230°C, bereitet, wobei Wassertropfen 101 auf den Faserstrom 7 gesprüht werden, die zu 80% oder mehr aus solchen Wassertropfen 101 bestehen, die einen Durchmesser von 10 µm im Verhältnis von 1 g pro 1 g Polypropylen aufweisen. Diese Wassertropfen 101 werden von einer Sprühdüse 10 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 abgegeben.

Andererseits wurden zwei nicht-gewebte Tuche A′ und B′ gemäß den herkömmlichen Verfahren hergestellt, und zwar ohne das Aufsprühen von Flüssigkeitstropfen.

Die Eigenschaften dieser nicht-gewebten Tuche sind in Tabelle 1 aufgeführt. Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß die nicht-gewebten Tuche A und B, welche entsprechend der Erfindung aus Polypropylen hergestellt wurden, frei von Feinlunkern bzw. Poren sind, sowie einen guten Griff und ausgezeichnete andere Eigenschaften haben. Das nicht-gewebte Tuch A ist geeignet für Trennwände für Alkali batteriezellen und das nicht-gewebte Tuch B ist geeignet für Maskenfilter (mask filters).

Tabelle 1

Beispiel 2

Nicht-gewebte Tuche aus Polypropylen wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß anstelle von Wassertropfen Flüssigkeitstropfen 101 ver wendet wurden, die aus 10 Gew.-% Kieselsäuresol, 1 Gew.-% nicht-ionischem oberflächenaktivem Mittel (Warenzeichen: Emalgen, hergestellt durch Toho Kagau Co.) und Wasser zum Ausgleich bestehen.

Auf dieselbe Weise wurden mit Ausnahme der Verwendung von Flüssigkeitstropfen 101 weitere nicht-gewebte Tuche her gestellt.

Die Dichte der Poren und die Eigenschaften der mit dieser Vorrichtung hergestellten nicht-gewebten Tuche sind in Tabelle 2 dargestellt. Aus dieser Tabelle geht eindeutig hervor, daß die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten nicht-gewebten Tuche frei von Poren sind und eine wesentlich höhere Zähigkeit haben, als die nach dem bekannten Verfahren ohne Aufbringung von Flüssigkeitstropfen 101 hergestellten Tuche.

Tabelle 2

Beispiel 3

Auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 wurden unter Verwendung von Nylon 12 mit der Formel H-(NH-(CH₂)₁₁CO)nOH) anstelle von Polypropylen nicht-gewebte Tuche hergestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß die von der Matrize 2 extrudierten Harzfasern so miteinander verschmolzen wurden, daß keine Faserschicht ausgebildet werden konnte, obwohl beim bekannten Verfahren keine Flüssigkeitstropfen 101 verwendet wurden. Für den Fall der Verwendung von Flüssigkeitstropfen 101 konnten nicht-gewebte Tuche aus Nylon 12 mit ausgezeichneten Eigenschaften und einer guten Bearbeitbarkeit erzeugt werden.

Tabelle 3

Beispiel 4

Nicht-gewebte Tuche wurden auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme der Verwendung eines thermoplastischen Polyurethanelastomers, zusammengesetzt aus Polytetramethylenätherglykol und 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat anstatt von Polypropylen und unter Verwendung von Flüssigkeitstropfen einer Mischlösung von 95 Gew.-% Wasser und 5 Gew.-% Chemieöl anstatt von Wassertropfen gemäß Bei spiel 1.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4 zeigt, daß, obwohl eine Faserschicht nicht ausgebildet werden konnte, wenn der Faserstrom 7 nicht mit Flüssig keitstropfen 101 entsprechend dem Fall der Verwendung von Nylon 12 in Berührung gebracht wurde, nicht-gewebte Tuche aus thermoplastischem Polyurethan mit ausgezeichneten Eigenschaften, d. h. guter Bearbeitbarkeit, hergestellt werden konnten, wenn der Faserstrom 7 mit Flüssig keitstropfen 101 in Berührung gebracht wurde.

Tabelle 4

Beispiel 5

Ein nicht-gewebtes Tuch wurde auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, und zwar unter Verwendung von Pech mit einem Schmelzpunkt von 250°C. Aus Pech gesponnene Fasern wurden in feine Fasern gestreckt, und zwar durch einen Hochgeschwindigkeits- Gasstrom. Die feinen Fasern bildeten dabei mit dem Gas einen Faserstrom, der mit Flüssigkeitstropfen kontaktiert und dann auf eine Sammelstelle geblasen wurde. Danach erfolgte ein Oxidieren und Kalzinieren zum Ausbilden eines nicht- gewebten Tuches aus Kohlenstoffasern. Wenn Flüssigkeitstropfen 101 nicht verwendet wurden, konnte dabei ein nicht-gewebtes Tuch nicht erzeugt werden.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Nicht-gewebte Tuche, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt wurden, sind für Batterieabtrennungen, Filter, künstliche Leder, Klebstoffmaterial usw. verwendbar, da sie frei von Nadellöchern sind und nur geringe Porengröße haben. Sie sind ebenso verwendbar für Filtermasken wegen ihrer großen Bakterienabschirmwirkung. Mehr noch können nicht-gewebte Tuche aus Nylon 12 für Klebstoffmaterialien für Kleider verwendet werden. Nicht-gewebte Tuche aus Polyurethan sind für Zu satzmaterialien für Kleider, Grundfabrikate für künstliche Leder, Dichtpackungspuffermaterial usw. verwendbar, und zwar wegen der innewohnenden Elastizität. Darüber hinaus können nicht-gewebte Tuche aus Pech als Materialien für Kohlenstoffaser bzw. Kohlefasern verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen eines nicht-gewebten Tuches (Nonwoven) mit einer Spinndüse und der Spinndüse benachbarten Gasdüsen, von denen ein aus Fasern und Gas bestehender Faserstrom gebildet wird, der auf eine kreiszylindrische Sammeleinrichtung richtbar ist, und dem Faserstrom benachbart zumindest einseitig eine Flüssigkeitsdüse angeordnet ist, aus der fein verteilte Flüssigkeitströpfchen auf den Faserstrom führbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die kreiszylindrische Sammeleinrichtung aus zwei, über die gesammelten Fasern miteinander in Berührung stehenden, porösen Zylinderwalzen (3, 4) derart besteht, daß der Faserstrom (7) in den sich verengenden Zwischenraum zwischen den Zylinderwalzen (3, 4) auf eine der Zylinderwalzen (3, 4) als Sammelwalze (3) gerichtet ist, wobei die Auftreffstelle des Faserstroms (7) auf diese Sammelwalze (3) in einem Abstand von der Berührungsstelle der Zylinderwalzen (3, 4) liegt, der innerhalb dem 5fachen der Breite des Faserstroms (7) an dieser Stelle der Sammelwalze (3) entspricht.