DE3151322A1

DE3151322A1 - "verfahren zur herstellung von polypropylen-spinnvliesen mit niedrigem fallkoeffizienten"

Info

Publication number: DE3151322A1
Application number: DE19813151322
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. Hartmann; Engelbert 6750 Kaiserslautern Löcher; Ivo Ruzek
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1983-07-14
Also published as: NL188236C; FR2519038A1; JPS6233343B2; NL188236B; NL8202167A; JPS58132156A; GB2115343B; BE894170A; US4496508A; DE3151322C2; FR2519038B1; GB2115343A

Description

Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim

Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen mit niedrigem Fallkoeffizienten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen mit besonders weichem textilartigem 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 Verfahren zur Herstellung derartiger besonders "textilartigen", d.h. weichen und anschmiegsamen Spinnvliese zu entwickeln, die einen sehr niedrigen Fallkoeffizienten aufweisen sollen.

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Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprüchen wiedergegebenen Herstellungsverfahren.

Es ist bekannnt, daß zur Herstellung von Produkten eines hohen Qualitätsniveaus 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 Rcntgenstreuungsdiagramme,

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.

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Das erfindungsgemäß hergestellte Polypropylen-Spinnvlies besteht jedoch im Gegensatz zu den herkömmlichen Vliesstoffen aus teilverstreckten 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-Rächengebilden", 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 FaI!vermögen besitzt. Es ist sehr vorteilhaft, daß bei der Herstellung der Spinnvliesstoffe das auf dem Förderband abgelegte FasergebiTde ohne Mitverwendung von Bindemitteln oder fremden Bindefasern sich einwandfrei z.B. durch eine geeignete Kalander-Prägetechnik binden läßt, wobei im Vergleich zu Artikeln mit voll-, verstreckten 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 54 3o6 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.

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Als Maß für das Fallvermögen dient der nach dieser Norm bestimmte Fallkoeffizient D in Prozent. Definitionsgemäß soll der Fallkoeffizient 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 auf, 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 textil artig, 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) verfugen, kann man mit hinreichend großem Abstand zu diesen vollverstreekten Fasern die erfindungsgemäß vorgeschlagenen teil.verstreckten Fasern so definieren, daß diese über Höchstzugdehnungswerte von weniger als 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.

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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 ware 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 Polypropylenfilamente mit geringem Schrumpf besonders geeignete Vorrichtung.

In dem Spinnbalken 1 sind die beheizbaren Spinndüsen untergebracht. Die ersponnenen Filamente werden in den Kühlschächten 2 durch die mit Sieben abgedeckten Öffnungen 2 a zugesaugte Luft abgekühlt und durch Ejektionswirkung der Abzugskanäle 3 abgezogen und teilweise verstreckt.

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■ι

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 ⁰C 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 ο,8 m zu einem aerodynamischen Abzugsorgan geführt, wobei sie auf dieser Strecke durch eine Queranblasung mit einer 2o ⁰C 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 Extrusionsbdingungen 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 Holekulargewichtsverteilung hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen. Dies wird beispielsweise durch einen nachträglichen Abbau eines Polypropylens und seine erneute Granulierung erreicht.

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Ei η 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 ⁰C 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 2-fache der Vlieslaufgeschwindigkeit 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.

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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

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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 Polypropylen-Spinnvlieses.

Beispiel

Es wurde an einer Spinnanlage mit zwei Spinnstellen gearbeitet. Zur Anwendung kam ein Polypropylengranulat, der eine Viskositätscharakteristik besaß, wie sie aus den VIieskurven 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 600 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.

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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 v.on jeweils o,7 mm.

Hergestellt wurden Vliesstoffe mit Flächengewichten von lo, 15, 2o

2
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

-5 mit einem auf eine Oberflächenspannung von 35.1o Nm eingestellten Wasser wurde eine einwandfreie Benetzbarkeit festgestellt.

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Tabelle 1

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Spinnparameter

Schmelzetemperatur Schmelzedruck Durchsatz pro Loch Lochdurchmesser Abkühl strecke

27o	⁰C
2o	bar
0,5	g/min
o,4	mm
0,4	m

Strömungsgeschwindigkeit der Abziehluft

3o m/s

Freier Querschnitt des Abzugskanals Temperatur, der Abziehluft 12o cm 3o°C

Temperatur der gravierten Kalanderwalze 15o ⁰C

Kalander-Liniendruck 12o N/cm

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Tabelle 2

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■/ti-

Faserwerte

Filamenttiter Höchstzugkraft Höchstzugdehnung 2,5 bis 4 dtex Io bis 14 N/dtex 45o bis 5oo %

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Tabelle 3

Vlieswerte

Versuch

FTächengewicht (g/m ) Vliesdicke (mm)

Zahl der Verschweißpunkte pro cm

Höchstzugkraft (N) längs

quer

Höchstzugdehnung {%) längs

quer

Weiterreißkraft (N) längs

quer

Fallkoeffizient (DIN 543o) Io 15 2o 3o

o,13 o,16 o,22 o,28

5o

15	25	33	,0	6o	,0
15	25	32	,5	5o
8o	7o	81	67
8o	65	85	71
5,5	6,5	11	13
5,5	6,5	Io	13

4o,7 47,2 61,5 74,1

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen durch Extrusion einer Polypropylenschmelze mit Hilfe von Spinndüsen, aerodynamisches Abziehen der Filamente mit einem Luftstrom und Ablage auf einer beweglichen porösen Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Polypropylenschmelze bei 24o ⁰C bis 28o ⁰C mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von o₃o2 m/s bis o,2 m/s unter Verwendung von Spinndüsenbohrungen eines Durchmessers von weniger als 0,8 mm extrudiert und die Filamente in einem Abstand von höchstens 0,8 m unterhalb der Spinndüsenunterkante durch einen nach unten gerichteten Luftstrom senkrecht aerodynamisch abgezogen und dabei durch querströmende Luft von 2o ⁰C bis 4o ⁰C abgeschreckt werden, wobei die Filamentabzugsgeschwindigkeit zwischen 2o m/s und 60 m/s liegt und das aus der Spritz- und Abzugsgeschwindigkeit gebildete Deformationsverhältnis zwischen 1 : 2oo und 1 : looo liegt und daß die Filamente unterhalb des aerodynamischen Abzugsorgans auf der beweglichen, porösen und von unten abgesaugten Unterlage zu einem Spinnvlies abgelegt werden, das anschließend in geeigneter Weise verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ataktisches Polypropylen versponnen wird, dessen Molekulargewichtsverteilung so eingestellt wird, daß bei einer Temperatur von 28o C und einer Schergeschwindigkeit von 362 l/s die Schmelzviskosität im Bereich von 45 Pa.s + 3 % liegt, sowie bei einer Schergeschwindigkeit von 36oo l/s im Bereich von 14 Pa.s +2 % und.bei einer Schergeschwindigkeit von 1448o l/s im Bereich von 6 Pa.s + 1,5 %.

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3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fadenabzugsgeschwindigkeit eingehalten wird, die den lo- bis 2ofachen Wert der Vlieslaufgeschwindigkeit aufweist und daß die durch eine einstellbare Pendelbewegung der Fadenscharen hereingebrachte Querkomponente zwischen ο und dem 2fachen Wert der Vlieslaufgeschwindigkeit liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aerodynamischen Abzugsorgane in ihrer Fläche, bezogen auf die jeweilige Filamentzahl, so eingestellt werden, daß sich aus jeweils 2 bis 5 Filamenten bestehende und stetig wechselnde leichte Filamentbündel bilden, wobei das abgelegte Vlies eine überkreuzte Paralleltextur erhält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das abgelegte Vlies mit Hilfe eines Kalanders, der eine gravierte und eine glatte Walze aufweist, bei einer Temperatur von 13o ⁰C bis 16o ⁰C und einem Liniendruck von 4o N/cm bis 5oo N/cm verfestigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das abgelegte Vlies durch ein geeignetes Netz-

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mittel auf eine Oberflächenspannung von 35.1o N/cm eingestellt wird.

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