DE3036931A1 - Antistatischer zweikomponenten-faden und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung - Google Patents

Antistatischer zweikomponenten-faden und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft einen antistatischen Zweikomponenten-Faden und das Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung betrifft weiter die Spinndüsenplatte, die für dessen Herstellung benutzt wird und die Verwendung dieses antistatischen Fadens bei der Herstellung z.B. von Teppichen und Kleidern.
Man hat schon seit längerer Zeit bemerkt, dass das Aufbauen
statischer Elektrizität auf nicht-leitenden Fasern sehr unangenehm für den Verbraucher ist. Diese störende Wirkung ist besonders spürbar bei Polyamidfasern, wenn sie z.B in Teppichen oder in Kleidern verwendet werden. Eine schon längst bekannte Lösung besteht darin, Russin Polymer zu mischen, um die statische Elektrizität, die sich normalerweise auf der Faseroberfläche aufbauen würde, abzuleiten. Es sind verschiedene Verfahren bekannt geworden um Russ in die nichtleitenden Fasern einzubauen.
Die DE-AS 23 37 103 betrifft einen Kern-Mantel-Monofil, bei dem konzentrisch oder exzentrisch angeordneter leitfähiger Kern
gänzlich von einem Mantel aus nichtleitendem Material umschlossen ist. Dieser Faden hat jedoch nur eine mittlere Wirksamkeit zur Ableitung und Dissipation von elektrischer Ladung,
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die weitgehend auf Feldemission beruht, und ausserdem wirkt der Mantel wie eine Linse, so dass der Graugrad eines solchen Fadens zu hoch ist, obwohl der Mantel mit TiO» stark pigmentiert ist. Dies bedeutet also, dass dieser Faden schon mit einem geringen Kernanteil ein graues Aussehen hat.
Die DE-OS 27 00 436 betrifft auch einen Kern-Mantel-Faden, der dieselben Nachteile wie der Monofil gemäss obenerwähnte DE-AS 23 37 103 besitzt.
Das US Patent 3 969 559 und DE-OS 28 23 577 betreffen eine schmelzgesponnene Faser aus zwei aneinanderliegenden Komponenten mit extrem randständigem Kern, der teilweise freiliegt. In diesem Fall erreicht der Kern die Fadenoberfläche des Fadens. Da aber noch immer ein grosser Kontakt zwischen der leitenden (schwarzen) und der nicht leitenden (weissen) Komponente existiert, entsteht auch hier ein Linseneffekt, so dass der Graugrad noch zu hoch ausfällt. Anderseits verhindert auch hier die teilweise Umhüllung des leitenden Kerns durch nichtleitendes Polymer eine optimale Ableitung elektrischer Ladungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein antistatischer Zweikomponenten-Faden, der die obenerwähnten Nachteile nicht aufweist, d.h. mit dem der Linseneffekt minimalisiert und die Leitfähigkeit maxi-, malisiert sind.
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Die Erfindung betrifft einen antistatischen. Zweikomponenten-Faden, bestehend aus einer elektrischen leitenden und einer nicht-leitenden Komponente, in dem die leitende Komponente aus einem Polymer, in dem eine bestimmte Menge eines elektrisch leitenden Materials dispergiert ist, und die nicht-leitende Komponente aus nicht-leitendem Polymer besteht, in dem die leitende und die nicht-leitende Komponenten einen endlosen Beigabefaden respektive einen endlosen Trägermonofil bilden, die praktisch nur längs der Berührungslinie zusammen verklebt sind. Der Faden der Erfindung kann verstreckt, unverstreckt oder teilweise verstreckt sein.
Mit diesem Komposit-Faden gemäss der Erfindung ist der Kontakt zwischen den beiden Komponenten sehr klein, so dass der optische Linseneffekt und deswegen der Graugrad vermindert sind. Das ist besonders wichtig in der Herstellung von Teppichen und textlien Gebilden: wenn der Graugrad hoch ist, muss jedes Filament dieses textlien Gebildes einen leitfähigen Faden enthalten, sonst sind unerwünschte Muster im Fertigartikel· sichtbar. Mit dem Faden gemäss der Erfindung ist man nicht gezwungen in jedem Filament des textlien Gebildes leitfähige Fäden einzusetzen. Der Vorteil besteht darin, dass man so die Kosten des Fertigartikels tief halten kann. Andererseits ist die Ableitung der statischen Elektrizität und damit der Antistatikeffekt besser, wenn gemäss der Erfindung die leitende Komponente aussen am Trägermonofil angeklebt ist.
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• τ ■
Der Faden gemäss der Erfindung besteht aus zwei Teilen: der leitende Beigabefaden und der nicht-leitende Trägermonofil. Im Querschnitt des Komposits macht die Fläche des Beigabefadens zwischen 0,5 und 30 % aus. Unter 0,5 % ist die Leitfähigkeit nicht mehr zufriedenstellend und mit mehr als 20 % wird der Graugrad bereits störend. Dies bedeutet also, dass der Querschnitt des leitenden Teils eventuell mehr als 20 % ausmachen könnte, aber nicht weniger als 0,5 %. Bevorzugt ist eine Querschnittfläche des leitenden Teiles von 5 bis 20 % des Fadens.
Das leitende Material, das im nicht leitenden Polymer dispergiert ist, ist nicht kritisch. Man kann zum Beispiel Graphit, leitfähige Mischoxyde, Sulfide, Russ usw. benutzen; bevorzugt ist Russ.
Die Menge des Russes, der im Beigabefaden dispergiert ist, liegt zwischen 20 und 50 %, vorzugsweise 30 und 4 0 %. Wenn man weniger als 20 % Russ verwendet, ist die Leitfähigkeit nicht mehr zufriedenstellend und mit mehr als 50 % entstehen Verarbeitungsprobleme, um den Russ ins Polymer einzuarbeiten. Gemäss der Erfindung ist der Beigabefaden auf den Trägermonofil geklebt, so dass sie sich praktisch nur auf einer Linie berühren. Um dies zu erreichen, müssen die Schmelzviskositäten der beiden Polymere hinreichend hoch und zweckmässig aufeinander abgestimmt sein. Naturgemäss darf insbesondere die russhaltige Polymermasse des Beigabefadens keine allzu tiefe Schmelzviskosität aufweisen, um zu verhindern, dass der leitfähige Beigabefaden
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sich beim Spinnen auf dem Trägermonofil ausbreitet und mit letzterem flächenhaft statt bloss längs der Berührungslinie verklebt. Ein hinreichend hoher Russgehalt, wie er für gute Leitfähigkeit erforderlich ist, gewährleistet in der Regel auch hinlänglich hohe Schmelzviskosität der Masse.
Normalerweise können Polymere für Beigabefaden und Trägermonofil aus irgendeinem Polymer sein, z.B. Polyester, Polyamid, Polyäthylen usw. Für Beigabefaden und Trägermonofil können die Polymere auch verschieden sein. Es ist aber trotzdem bevorzugt, dass die beiden Polymere der gleichen Stoffklasse angehören, um eine bessere Haftung zwischen den beiden Fäden zu ermöglichen. Man verwendet z.B. als Polymer für beide Fäden Polyamid. Da die Einarbeitung von Russ in Polyamid 6 besser ist, benutzt man vorzugsweise. Polyamid 6 für den Beigabefaden und Polyamid 6 oder 6 6 für den Trägermonofil.
Der antistatische Zweikomponenten-Faden gemäss der Erfindung ist besonders geeignet für Teppiche und Kleider. Für diese Anwendungen kommen Titer zwischen 2 und 35 dtex in Frage.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung des obenbeschriebenen antistatischen Fadens, in dem man die leitende und die nicht-leitende Komponenten separat aufschmilzt und spinnt, und in dem man eine Spinndüse verwendet, deren Bohrungen für jede Komponente mit einem solchen Abstand und einem solchen Winkel zueinander ausgeführt sind, dass die obengenannten beiden
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•J·
Komponenten zusammenkleben, wenn sie nach Austritt aus der Spinndüse unmittelbar unter der Düsenplatte mit gleicher Geschwindigkeit zusammentreffen.
Man kann gemäss der Erfindung mit einer solchen Geschwindigkeit spinnen, dass ein Reststreckverhältnis des Fadens von 1,1:1 bis 1,5:1 resultiert. Man kann auch der gesponnene Faden aufspulen und dann mit einem Streckverhältnis von vorzugsweise weniger als 2,5:1 verstrecken, vorzugsweise heissverstrecken.
Die Erfindung betrifft endlich die Düsenplatte, die verwendet wird, um den antistatischen Zweikomponenten-Faden herzustellen. Diese Platte weist je zwei Bohrungen für die leitende und die nicht-leitende Komponenten auf. Der Abstand zwischen den beiden Bohrungen liegt zwischen 0,5 und 5 mm und der Winkel zwischen diesen beiden Bohrungen zueinander zwischen 5 und 40°. Selbstverständlich kann eine solche Düsenplatte so konstruiert sein, dass mehrere antistatische Fäden gleichzeitig produziert werden.
Die Bohrungen des Trägermonofils können vertikal und die des Beigabefadens schräg sein. Düsenplatten mit je zwei schrägen Bohrungen sind aber auch verwendbar.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.
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Fig. 1 und 2 sind schematische Querschnitte durch leitfähige Fäden gemäss dem Stand der Technik.
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Faden gemäss der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Querschnitt des Spinndüsenpacks zur Verwendung gemäss dem Verfahren der Erfindung.
Fig. 5 ist eine von obengesehene Ansicht des Düsenpacks der Fig. 4.
Fig. 6 ist ein Querschnitt der Düsenplatte der Erfindung.
Fig. 1 und 2 zeigen leitfähige Fäden gemäss dem Stand der Technik. Fig. 1 zeigt einen Kern-Mantel-Faden, bei dem der Kern 1 aus leitendem Material z.B. Russ eingebettet in einem Polymer besteht. Dieser Kern ist umschlossen von einem Mantel 2 aus nicht-leitendem Polymer. Der Kern kann konzentrisch oder exzentrisch im Mantel angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt einen Faden, in dem der Kern 3 teilweise freiliegt. Dieser Kern ist eingebettet in einem aus nicht-leitendem Material bestehenden Mantel 4.
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Wie schon oben erwähnt, weisen diese beiden Fäden eine grosso Kontaktfläche zwischen 1-2 (Fig.1) respektiv zwischen 3-4 (Fig.2) auf, so daß der Linseneffekt einen zu hohen Graugrad erzeugt. Andererseits ist die Wirksamkeit so!eher ^äden nicht in jedem Fall zufriedenstellend.
Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen Faden gemäss der Erfindung. Dieser Faden besteht aus einem Beigabefaden 5 und einem Trägermonofil 6. Der Beigabefaden 5 besteht aus Polymer, in dem z.B. Russ eingemischt ist. Der Trägermonofil 6 ist aus nicht-leitendem Material. Diese beiden Fäden sind praktisch nur längs der Berührungslinie 7 zusammengeklebt und bilden den hochleitfähigen Zweikomponenten-Faden gemäss der Erfindung, der einen sehr tiefen Graugrad aufweist.
Um diesen Faden herstellen zu können, muss man ein spezielles Spinndüsenpack benutzen. Fig. 4 und 5 zeigen ein Düsenpack 10, das gemäss dem Verfahren der Erfindung angewendet wird. Dieses Düsenpack 10 besteht aus einem Filterteil 8 und einer Düsenplatte 9. Der Filterteil 8 weist Bohrungen 11 und 12 auf, in denen Polymere des Leiters respektive des Trägers in Richtung der Pfeile A und B fliessen. Das leitende Material wird durch Mischen einer leitenden Substanz z.B. Russ mit Polymer hergestellt. Diese geschmolzene Mischung fliesst in Bohrung 11 durch den Filter 13 und die Verteilungsbohrungen 14 bis in die Bohrun gen 15 der Düsenplatte 9. Nach Austritt aus dieser Düsenöffnung
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kommt diese Mischung unmittelbar unter der Düsenplatte in Kontakt mit dem Trägermaterial, das aus Bohrungen 16 der Düsenplatte austritt. Eine Dichtung 17 ist zwischen Filterteil 8 und Düsenplatte 9 angebracht.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann die Düsenplatte so konstruiert sein, dass mehrere antistatische Fäden gleichzeitig hergestellt werden können. Im Fall von Fig. 5 weist die Düsenplatte acht Löcher für den Träger und acht für den Leiter auf. Diese Zahl kann aber beliebig geändert sein.
Fig. 6 zeigt die Düsenplatte 9 im Querschnitt mit seinen Bohrungen 15 für den Leiter und 16 für den Träger, die in den Kapillaren 18, respektive 19 enden. Durchmesser und Länge dieser Kapillare sind verschieden und abhängig vom Material, das gesponnen wird.
Im Beispiel von Fig. 6 ist der Winkel zwischen Bohrungen 15 und 16 20° und der Abstand zwischen diesen 1 mm.
Die folgenden Beispiele dienen lediglich der weiteren Erläuterung und schränken die beschriebene Erfindung keinesfalls ein.
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Beispiel 1
Mit diesem Beispiel wird die Herstellung von erfindungsgemässen Komposit-Fäden erläutert und deren Eigenschaften mit jenen von koaxialen Kern/Mantel-Fäden verglichen.
Es werden dabei in beiden Fällen Polyamid-66-Polymer mit einem TiO„-Gehalt von 1,9 % zur Bildung der nicht-leitenden Komponente (Trägermonofil respektiv Mantel) und Polyamid-6-Polymer, in welchem 30 Gew.-% hochleitfähiger Oelofenruss gleichförmig dispergiert sind, zur Bildung der leitfähigen Komponente verwendet. Der Russ wurde in einem Zweischneckenkneter in das Polyamid 6 eingearbeitet, wobei die Knetbedingungen so gewählt sind, dass der spezifische Widerstand der Polymer/Russ-Mischung bei Raumtemperatur unterhalb von 200 Ohm-cm liegt.
Es wurde die in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Schmelzspinnvorrichtung für die Herstellung der erfindungsgemässen Komposit-Fäden mit längs der Berührungslinie verklebten Komponenten verwendet. Jedes Polymer wurde über eine getrennte Dosierpumpe zu den entsprechenden Spinndüsen geführt, wo die Polymerschmelzen in getrennten Strömen aus den Spinndüsenöffnungen austreten und kurz danach unmittelbar unter der Düsenplatte mit gleicher Geschwindigkeit zusammenkommen.
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Es wurden im vorliegenden Beispiel die folgenden Bedingungen konstant gehalten:
- Blocktemperatur 2850C
- Anteil der leitenden Komponente 20 Volumen-% bezogen auf das gesamte Kompositfilament
- Aufspulgeschwindigkeit 450 m/min
Ein Teil des aufgespulten Komposit-Fadens wurde anschliessend bei einer Bügeleisentemperatur von 1500C heissverstreckt, wobei man das Streckverhältnis von 1,2:1 bis zu 2,575:1 variierte.
Zu Vergleichszwecken wurde auf einer konventionellen Kern/Mantel-Spinnanlage, wie sie z.B. in US Patent 2'936'482 und 2'989'798 beschrieben wird, ein Kern/Mantel-Monofil gesponnen, dessen konzentrisch angeordneter, aus derselben Russ/Polyamid-6-llischung bestehende leitfähige Kern ebenfalls 20 Volumen-Prozente des gesamten Faserquerschnittes ausmachte und der einen Mantel aus Polyamid 66 mit 1,9 % TiO2 aufwies. Dieser Monofil wurde ebenfalls heissverstreckt. An allen Varianten wurde der elektrische Widerstand pro cm Fadenlänge ermittelt. Um den Einfluss der Streckbedingungen trotz den naturgemäss unterschiedlichen Komposit-Fadentitern streng vergleichbar darzustellen, wurde der elektrische Widerstand in Megohm pro 1 cm Fadenlänge jeweils auf 1 dtex der leitenden Komponente umgerechnet. Diesen normierten Wert erhält man durch Multiplikation des gemessenen Widerstandes in Megohm/cm mit dem Titer in dtex der leitfähigen Komponente im jeweils betrachteten Komposit-Faden.
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AS
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In einigen Fällen wurde ausserdem an einer mit 10 Fadenlagen bewickelten Fadenkartelle die Remission bei 440 und 640 nm in Prozent bezogen auf frisch aufgedampftes MgO als Mass für den Graugrad des Fadens gemessen.
Die Eigenschaften der Komposit-Fäden ergeben sich aus der Tabelle 1.
Tabelle 1: Eigenschaften von Komposit-Fäden mit 20 Volumenprozent leitender Komponente und 80 Volumenprozent nicht-leitendem Trägermonofil resp. Hantel-Anteil
Bezeichnung der Probe Streckver 1,0 Gesamt 15,0 Titer der elektr. Wider 219 Remissionsgrad des 640 nm
hältnis 1,2 ster leitenden stand in Mft/cm 18,5 Fadens In $ bei
1,5 Komponente pro dtex der 30
2,0 leitenden Kom IEO 14,3
2,4 ponente 350
2,575 dtex dtex 3300 440 nm 12,1
- erfindunqsqemässe Komposit-Fäden 600 11,7
unverstreckt A 36,6 7,3
hei ssverstreckt ß 30,5 6,1 18,5 8,1
" C 21,4 4,87
" D 18,3 3,65 16,6
E 15,3 3,0 15,8
" F 14,2 2,8
- Kern/Mantel-Monofil qemäss dem Stand der Technik 11,2
heissverstreckt G 2,7 3,0
Tabelle 1 zeigt sehr deutlich, dass der Faden gemäss der Erfindung (Versuche A bis E) einen besseren Weissgrad und eine bessere Leitfähigkeit aufweist als Kern-Mantel-Faden G gemäss dem Stand der Technik.
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Ab
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Beispiel 2
Es wurden zur Bildung des Trägermonofils und des leitenden, mit dem Trägermonofil verklebten Beigabefadens jeweils genau die gleichen Polymere verwendet wie im Beispiel 1, aber der Volumenanteil der leitenden Komponente am erfindungsgemässen Komposit-Faden wurde zu 10 % gewählt. Es wurde ferner die Aufspulgeschwindigkeit bei gleichem Durchsatz durch die Schmelzspinnapparatur variiert. Die Messung des elektrischen Widerstands erfolgte am nicht weiter verstreckten Faden, so wie er aufgespult worden war. Der Remissionsgrad dieser Komposit-Filamente lag mit 28 % bei 4 40 nm beträchtlich über dem Wert von 16 % bei 440 nm eines vergleichbaren Kern/Mantel-Monofils, der sogar nur 6 Volumenprozent Kernanteil aufwies und im übrigen dem Kern/ Mantel-Monofil von Beispiel 1 entsprach. Die übrigen Eigenschaften der erfindungsgemässen Komposit-Filamente ergeben sich aus der Tabelle 2.
Tabnile 2
Gesamtster Titer der leitenden
Komponente
Elektrischer Widerstand in Megohm pro
cm Fadenlänge und pro dtex der leitenden
Komponente
Aufspulgeschwindigkeit dtex dtex
m/min 52 5,2 162
300 36,6 3,7 151
450 23,5 2,35 75
700
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Der Faden, der mit 700 rn/min gesponnen wird, kann ohne zusätzliche Verstreckung als antistatischen Faden z.B. in Teppiche oder in Kleider verwendet werden.
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Claims (12)

  1. Antistatischer Zwei komponenten-Faden und Verfahren sowie Vorrichtung zu seiner Herstellung.
    Antistatischer Zweikomponenten-Faden, bestehend aus einer elektrischen leitenden und einer nicht-leitenden Komponente, in dem die leitende Komponente aus einem Polymer, in dem eine bestimmte Menge eines elektrisch leitenden Materials dispergiert ist, und die nicht-leitende Komponente aus nicht-leitendem Polymer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende und die nicht-leitende Komponente einen endlosen Beigabefaden respektive einen endlosen Trägermonofil bilden, die praktisch nur längs der Berührungsl in-ie zusammen verklebt sind.
    1 30017/0599 ORIGINAL INSPECTED
    'al·
  2. 2. Antistatischer Zweikomponenten-Faden gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittflache der leitenden Komponente zwischen 0,5 und 30 % des Zweikomponenten-Fadens ausmacht.
  3. 3. Antistatischer Zweikomponenten-Faden gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittfläche der leitenden Komponente zwischen 5 und 20 % des Zweikomponenten-Fadens ausmacht.
  4. 4. Antistatischer Zweikomponenten-Faden gemäss Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material Russ ist.
  5. 5. Antistatischer Zweikomponenten-Faden gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beigabefaden 20 bis 50 % Russ, vorzugsweise 30 bis 40 % Russ enthält.
  6. 6. Antistatischer Zweikomponenten-Faden gemäss Ansprüche 1 bis
    5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Polymere Polyamid sind, vorzugsweise Polyamid 6 oder Polyamid 66.
  7. 7. Antistatischer Zweikomponenten-Faden gemäss Ansprüche 1 bis
    6, dadurch gekennzeichnet, dass der Titer des Fadens zwischen 2 und 35 dtex liegt.
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  8. 8. Verfahren zur Herstellung eines antistatischen Zweikomponcnten-Fadens gemäss Ansprüche 1 bis 7, in dem man die leitende und die nicht-leitende Komponente separat aufschmilzt und spinnt, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Spinndüse verwendet, deren Bohrungen für jede Komponente mit einem solchen Abstand und einem solchen Winkel zueinander ausgeführt sind, dass die obengenannten beiden Komponenten zusammenkleben, wenn sie nach Austritt aus der Spinndüse unmittelbar unter der Düsenplatte mit gleicher Geschwindigkeit zusammen-treff en.
  9. 9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer solchen Geschwindigkeit spinnt,um ein Reststreckverhältnis des Fadens von 1,1:1 bis 1,5:1 zu erreichen.
  10. 10. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gesponnene Faden mit einem Streckverhältnis von vorzugsweise weniger als 2,5:1 verstreckt,vorzugsweise heissverstreckt wird.
  11. 11. Düsenplatte zur Verwendung im Verfahren gemäss Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden Bohrungen für die leitende, respektive die nichtleitende Komponente zwischen 0,5 und 5 mm und der Winkel zwischen diesen beiden Bohrungen zwischen 5 und 40° liegen.
  12. 12. Verwendung des antistatischen Zweikomponenten-Fadens gemäss Ansprüche 1 bis 7 für Teppiche und für Kleider.
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DE19803036931 1979-10-04 1980-09-30 Antistatischer zweikomponenten-faden und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung Granted DE3036931A1 (de)

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