DE3151294A1 - "polypropylen-spinnvlies mit niedrigem fallkoeffizienten" - Google Patents
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Description
Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim
Polypropylen-Spinnvlies mit niedrigem Fallkoeffizienten
Die Erfindung betrifft ein Polypropylen-Spinnvlies mit besonders
weichem textil artigem Griff.
Spinnvliesstoffe und auch Polypropylen-Spinnvliesstoffe sind hinreichend
bekannt. Diese Vliesstoffe haben gute textile Eigenschaften, jedoch sind sie in vieler Hinsicht, insbesondere bezüglich
des Griffs, nicht immer mit gewebten oder gewirkten Stoffen vergleichbar. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
ein besonders "textilartiges", d.h. weiches und anschmiegsames Spinnvlies zu entwickeln, das einen sehr niedrigen Fallkoeffizienten
aufweisen soll.
-2-
Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprüchen wiedergegebenen
Polypropylen-Spi nnvli ese.
Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Produkten eines hohen Qualitä'tsniveaus die den Vliesstoff bildenden Fasern oder Fäden
eine hohe Molekularorientierung aufweisen müssen, d.h., daß das Verstreckungsverhältnis hoch genug sein muß. Die Aufgabe der
Orientierung bei der Herstellung von synthetischen Faserstoffen besteht in der Ausrichtung der Makromolekül ketten in Richtung der
Faserlängsachse zur Erhöhung der Faserfestigkeit und Reduzierung der Bruchdehnung. Es sind viele wissenschaftliche Methoden bekannt,
nach denen der Orientierungsgrad gemessen wird, z.B. die Messung der Anisotropie mit optischen oder akustischen Mitteln oder die
Auswertung der Röntgenstreuungsdiagramme.
In vielen Fällen genügt jedoch bereits die Feststellung von Festigkeitsparametern wie Höchstzugkraft und Höchstzugdehnung als
hinreichende Unterscheidungsmerkmale der Fasern bzw. Faserprodukte untereinander. So werden bei einer entsprechend hohen Orientierung
der Fasern für technische Zwecke Höchstzugdehnungswerte von weniger als Io % erreicht, übliche Fasern und Fäden für Textil anwendungen
besitzen Dehnungswerte bis etwa 60 %.
Bei der Vliesstoffherstellung werden sowohl verstreckte als auch
teil verstreckte oder unverstreckte Fasern verwendet. Während die gut orientierten Fasern die eigentlichen vliesbildenden Fasern
darstellen, werden die teil verstreckten oder unverstreckten Fasern üblicherweise nur als Bindefasern verwendet.
-Z-
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Polypropylen-Spinnvlies besteht
jedoch im Gegensatz zu den herkömmlichen Vliesstoffen aus teil verstreckten
Polypropylen^ lamenten als vliesbildenden Fasern,
überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß derart aufgebaute Vliesstoffe eine hohe Gebrauchsfestigkeit bei einem sehr weichen,
textilartigen Griff haben. Diese Eigenschaften sind besonders für die Anwendung der Vliesstoffe bei zahlreichen medizinischen oder
Hygieneartikeln erwünscht. Die neuartigen Gebrauchseigenschaften
der Vliesstoffe sind aber auch sehr vorteilhaft bei sogenannten
"Komposite-Flächengebilden", die aus mehreren Lagen weicher Vliesstoffe
zusammengesetzt sind.
Die guten textlien Eigenschaften sind auch deshalb außerordentlich
überraschend, weil die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polypropylen-Spinnvliese verwendeten teil verstreckten Fasern im
unverarbeiteten Zustand einen lappigen Griff besitzen. Es war
nicht zu erwarten, daß derart "lappige" Fasern ein weiches, aber sehr widerstandsfähiges Vlies bilden, das überdies ein ausgezeichnetes
Fallvermögen besitzt. Es ist sehr vorteilhaft, daß bei der Herstellung der Spinnvliesstoffe das auf dem Förderband abgelegte
Fasergebilde ohne Mitverwendung von Bindemitteln oder fremden
Bindefasern sich einwandfrei z.B. durch eine geeignete Kalander-Prägetechnik binden läßt, wobei im Vergleich zu Artikeln mit vollverstreckten
Fasern wesentlich mildere Druck- und Temperaturbedingungen eingehalten werden können.
Das weiche textil artige Verhalten ist Ursache für das gute FaIlvermögen.
Dieses Fall vermögen wird nach DIN 543o6 bestimmt. Im Sinne dieser Norm wird der Grad der Deformierung ermittelt, welcher
sich ergibt, wenn ein horizontal liegendes Flächengebilde unter
seinem Eigengewicht über einer Trägerscheibe hängt.
-4-
Als Maß für das Fallvermögen dient der nach dieser Norm bestimmte
Fallkoeffizient D in Prozent. Definitionsgemäß soll der Fankoeffizient
D ein kritischer Parameter für die Eigenschaften des Polypropylen-Spinnvlieses sein. Der Fallkoeffizient D ist um so
niedriger, je besser das Fallvermögen und folglich auch der Griff
des Flächengebildes ist.
Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe weisen in jedem Fall einen Fallkoeffizienten
nach DIN 54 3o6 auf5 der in Abhängigkeit von dem
Flächengewicht (FG) folgender Gleichung genügt:
D -^- 1,65.FG + 3o (%)
Stoffe, die höhere Werte von D aufweisen, sind zwar ebenfalls textilartig, jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung zu hart.
Während herkömmliche für die Herstellung von Vliesstoffen verwendete
voll verstreckte Fasern über Höchstzugdehnungswerte von weniger als loo % ihrer ursprünglichen Länge (gemessen nach DIN)
verfügen, kann man mit hinreichend großem Abstand zu diesen vollverstreckten
Fasern die erfindungsgemäß vorgeschlagenen teil verstreckten Fasern so definieren, daß diese über Höchstzugdehnungswerte
von wenigstens 2oo % verfügen. Ganz besonders bewährt haben
sich Fasern mit Höchstzugdehnungswerten von mehr als 4oo % ihrer
ursprünglichen Länge.
Die Fasern lassen sich durch eine entsprechende Einstellung der Verstreckungsverhältnisse bei der Herstellung genau in dem angegebenen
Bereich fertigen.
-5-
Hierbei ist es wichtig, daß die teil verstreckten Fasern gleichzeitig
einen niederen Faserschrumpf besitzen, nämlich einen im kochenden Wasser ermittelten Schrumpf von weniger als Io %.
Würde man einen höheren Schrumpf einstellen, so wäre die Vliesherstellung
erheblich gestört. Zuzüglich würde man ein entkrumpftes
Vlies erhalten, das viel zu dicht und auch durch das Ausschrumpfen zu hart ist. Daraus folgt, daß in der Faserherstellung nicht nur
die Verstreckungsverhältnisse sondern auch der ganze Prozeß auf die erfindungsgemäße Zielsetzung, nämlich das Beibehalten einer teil verstreckten
und gleichzeitig schrumpfarmen Struktur der Fasern abgestellt werden muß.
Es wurde gefunden, daß zur Erreichung der angegebenen Faserparameter,
nämlich einer nur teilweisen Verstreckung und einer daraus resultierenden hohen Höchstzugdehnung und gleichzeitig einem niederen
Schrumpf ein Spinnverfahren notwendig ist, bei dem der Spinnweg erheblich verkürzt wird. Ein niederes Deformationsverhältnis als
Verhältnis der Extrusions- zur Abzugsgeschwindigkeit läßt sich entsprechend einstellen. Zum Abzug der Fäden eignen sich dabei besonders
die aus der Spinnvliestechnologie bekannten aerodynamischen Abzugsorgane. Ein wesentlicher Vorteil liegt bei dieser Arbeitsweise auch
darin, daß die zum Fadenabzug benötigte Luftströmungsenergie, deren Nutzungsgrad im Vergleich mit mechanischen Abzugssystemen
ohnehin sehr ungünstig ist, auf ein Mindestmaß reduziert wird.
Figur 1 zeigt eine zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
teil verstreckten Polypropylen^ lamente mit
geringem Schrumpf besonders geeignete Vorrichtung.
In dem Spinnbalken 1 sind die beheizbaren Spinndüsen untergebracht.
Die ersponnenen Filamente werden in den Kühl schachten 2 durch die mit Sieben abgedeckten öffnungen 2 a
zugesaugte Luft abgekühlt und durch Ejektionswirkung der
-6-
Abzugskanäle 3 abgezogen und teilweise verstreckt. Die Fadenscharen
werden nach dem Verlassen der Abzugskanäle 3 auf einem von unten abgesaugten Siebband 5 zu dem Vlies abgelegt. Nach der Verfestigung
im Kalander 6 wird die fertige Vliesbahn 7 aufgerollt.
Bei der Verspinnung wird mit Schmelztemperaturen von 24o°C bis 28o°C
gearbeitet. Die Spinndüse verfügt "über eine Mehrzahl von Bohrungen,
deren Durchmesser unter o,8 mm liegt. Die Extrusionsgeschwindigkeiten
werden durch eine entsprechende Einstellung der Zahnradpumpe auf o,o2 m/s bis o,2 m/s gestellt. Die gebildeten Filamente werden
über eine freie Strecke von höchstens o,8 m zu einem aerodynamischen
Abzugsorgan geführt, wobei sie auf dieser Strecke durch eine Queranblasung mit einer 2o°C bis 4o°C warmen Luft abgekühlt werden. Die
Queranblasung wird sinnvollerweise unter Ausnutzung der Injektorwirkung des aerodynamischen Abzugsorgans besorgt, wobei der Luft-Querstrom
durch Einbau von Sieben in die Wandung des Kühl Schachts vergleichmäßigt wird. Der Sog des aerodynamischen Abzugsorgans wird
so eingestellt, daß sich dabei eine Filamentabzugsgeschwindigkeit von 2o m/s bis 6o m/s ergibt. Die Filamentabzugsgeschwindigkeit
wird aus dem Fadendurchmesser und der Kontinuitätsgleichung ermittelt.
Für konstante Extrusionsbedingungen kann man den Spinnprozeß nach dem Faserdurchmesser steuern. Durch diese Einstellung
ergibt sich ein Bereich für das Deformationsverhältnis, d.h. das
Verhältnis der Extrusionsgeschwindigkeit zu der Abzugsgeschwindigkeit von 1 : 2oo bis 1 : looo. Die abgezogenen Filamente werden
auf einer porösen, beweglichen Unterlage, die von unten abgesaugt
wird, zu einem Spinnvlies abgelegt.
Die Verwendung eines Polypropylens mit einer besonders engen
Molekulargewichtsverteilung hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen. Dies wird beispielsweise durch einen nachträglichen
Abbau eines Polypropylens und seine erneute Granulierung erreicht.
-7-
Ein solches Polypropylen wird durch eine besondere Kombination der
Schmelzviskosität in Abhängigkeit von der variablen Schergeschwindigkeit charakterisiert. Erfindungsgemäß wird verlangt, daß
bei einer Schmelztemperatur von 28o C die Viskosität bei einer
repräsentativen Schergeschwindigkeit von 362 l/s in einem Bereich von 45 Pa.s + 3 % bei einer Schergeschwindigkeit von 36oo l/s dann
in einem Bereich von 14 Pa.s + 2 % und schließlich bei einer Schergeschwindigkeit
von 1448o l/s in einem Bereich von 6 Pa.s + 1,5 % liegt.
Für die Vlieseigenschaften, vornehmlich auch für den weichen Griff,
ist es vorteilhaft, wenn die Vliesbildung so gestaltet wird, daß die Fadenabzugsgeschwindigkeit das lo- bis 2ofache der Vlieslaufgeschwindigkeit
bzw. der Geschwindigkeit der beweglichen Unterlage, auf der das Vlies gebildet wird, beträgt. Zur Verbesserung
der Vliesstruktur ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die die aerodynamischen
Abzugsorgane verlassenden Fadenscharen durch geeignete Mittel in eine Pendelbewegung versetzt werden. Diese stellt die
dritte kinematische Komponente der Vliesbildung dar. Der quer zur Vlieslaufrichtung wirkende Geschwindigkeitsvektor soll das obis
2fache der VIies!aufgeschwindigkeit betragen.
Für die Vlieseigenschaften, vornehmlich für die Vliesdichte sowie
Luft- bzw. Flüssigkeitsdurchlässigkeit ist es vorteilhaft, wenn
der Vliesstoff nicht ausschließlich aus individuellen Filamenten
besteht, sondern wenn diese teilweise und abwechselnd zu 2 bis 5 Filamente enthaltenden Gruppen zusammengefaßt werden. Durch eine
Vlieslegung ohne Vorzugsrichtung entsteht in diesem Falle eine erfindungsgemäß bevorzugte überkreuzte Parallel textur. Die leichte
Bündelbildung kann durch eine Einstellung des freien Querschnitts des aerodynamischen Abzugsorgans" im Verhältnis zu der Zahl der
durch diesen laufenden Filamente gesteuert werden bzw. durch die in der deutschen Patentschrift 1 56o 8ol geschilderte Vorrichtung.
-8-
Das gebildete Vlies wird in einem Kalanderspalt, der aus einer
glatten und einer gravierten Walze besteht, verfestigt. Erfindungsgemäß
wird dabei bei Temperaturen von 13o C bis 16o C und bei einem mäßigen Liniendruck von 4o N/cm Breite bis 5oo N/cm Breite
gearbeitet.
Für einige Anwendungen ist es erforderlich, den aus hydrophoben
Polypropylenfasern bestehenden Vliesstoff durch den Auftrag eines
-5
Netzmittels auf eine Oberflächenspannung von 35.1o N/cm einzustellen,
damit eine Benetzbarkeit mit wäßrigen und polaren Flüssigkeiten erreicht wird.
Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung eines erfindungsgemäßen
PolypropyTen-Spinnvlieses.
Es wurde an einer Spinnanlage mit zwei Spinnstellen gearbeitet. Zur Anwendung kam ein Polypropylengranulat, der eine Viskositätscharakteristik besaß, wie sie aus den Vlieskurven in der Fig. 2
hervorgehen. Diese geben die Schmelzviskosität in Abhängigkeit von der repräsentativen Schergeschwindigkeit und Schmelztemperatur
wider.
Das Polypropylengranulat wurde an einem Extruder geschmolzen. Die Schmelze hatte eine Temperatur von 27o C und wurde den Spinnstellen
zugeführt. Jede Spinnstelle verfügte über eine Spinnpumpe und einen Düsenblock. Die Spinnplatten hatten wahlweise 6oo und
looo Bohrungen von einem Durchmesser von o,4 mm. Die frisch ersponnenen
Fäden wurden unterhalb der Spinndüse quer angeblasen, wobei die Abkühl strecke o,4 m betrug. Die Filamente wurden dann
in einem aerodynamischen Abzugsorgan durch einen Luftstrom erfaßt und abgezogen.
Nach dem Verlassen des Abzugsorgans wurde die Fadenschar in eine schwenkende Bewegung gebracht und einem von unten abgesaugten Siebband
zugeführt, so daß sich ein Wirrvlies gebildet hatte. Die Spinnparameter sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Die durch diesen
Spinnvorgang resultierenden Filamente waren teil verstreckt und verfügten über Parameter, wie sie aus der Tabelle 2 ersichtlich
sind.
Das gebildete Vlies wurde in einem Kalanderspalt dergestalt verfestigt,
daß die Walzen auf eine Temperatur von 16o 0C und der Liniendruck auf einen Wert von 12o N/m Breite eingestellt waren.
Die gravierte Walze besaß pro Quadratmeter 5oo.ooo rechteckige Punkte von einer Kantenlänge von jeweils o,7 mm.
Hergestellt wurden Vliesstoffe mit Flächengewichten von lo, 15,
2
und 3o g/m , die die in der Tabelle 3 enthaltenen Werte besaßen.
und 3o g/m , die die in der Tabelle 3 enthaltenen Werte besaßen.
Ein Teil des Vlieses wurde unter Verwendung von einem nichtionogenen
Tensid in einem Bad bei einer Konzentration von Io g Tensid/1 ausgerüstet
und anschließend getrocknet. Bei einer Prüfung mit einem
-5 auf eine Oberflächenspannung von 35.1o Nm eingestellten Wasser wurde eine einwandfreie Benetzbarkeit festgestellt.
-lo-
Schmelzetemperatur 27o 0C
S.chmelzedruck 2o bar
Durchsatz pro Loch o,5 g/min.
Loehdurchmesser ο,4 mm
Abkühl strecke ο ,4 πι
Strömungsgeschwindigkeit der
Abziehluft 3o m/s
2 Freier Querschnitt des Abzugskanals 12o cm
Temperatur der Abziehluft 3o C
Temperatur der gravierten
Kalanderwalze 15o C
Kalander-Liniendruck 12o N/cm
-11-
Faserwerte
Filamenttiter Höchstzugkraft Höchstzugdehnung 2,5 bis 4 dtex l.o bis 14 N/dtex
45o bis 5oo %
-12-
Vlieswerte
Versuch ABCD
2
Flächengewicht (g/m ) Io 15 2o 3o
Flächengewicht (g/m ) Io 15 2o 3o
Vliesdicke (mm) o,13 o,16 os22 o,28
Zahl der Verschweißpunkte
2
pro cm 5o 5o 5o 5o
pro cm 5o 5o 5o 5o
Höchstzugkraft (N) längs
quer
Höchstzugdehnung (%) längs
quer
Weiterreißkraft (N) längs 5,5 6,5 ll,o 13,ο
quer 5,5 6,5 lo,5 13,ο
Fallkoeffizient (DIN 543o)
(55)- 4o,7 47,2 61,5 74,1
15 | 25 | 33 | 6o |
15 | 25 | 32 | 5o |
8o | 7o | 81 | 67 |
8o | 65 | 85 | 71 |
Claims (6)
1. Weiches Polypropylen-Spinnvlies mit niedrigem Fallkoeffizienten,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus endlos versponnenen, teilverstreckten
Polypropylenfilamenten besteht, die eine Höchstzugdehnung
von wenigstens 2oo % aufweisen.
2. Spinnvlies nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus teil verstreckten Polypropylenfilamenten besteht, deren
Höchstzugdehnung mehr als 4oo % beträgt.
3. Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es eine überkreuzte Paralleltextur aufweist.
4. Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß es eine Oberflächenspannung von 35.1o Nm
aufweist, die mit Hilfe eines geeigneten Tensids eingestellt ist.
5. Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-
2 zeichnet, daß es ein Flächengewicht von 5 bis 5o g/m besitzt.
6. Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fallkoeffizient D in Prozent in Abhängigkeit
von dem Flächengewicht FG einen Wert, der nach der Gleichung
D ^- 1,65.FG + 3o (Prozent)
aufweist.
-14-
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