DE3202485C2

DE3202485C2 -

Info

Publication number: DE3202485C2
Application number: DE3202485A
Authority: DE
Inventors: Robert Daniel Arden N.C. Us Harris Jun.; Charles Louis King; James Phillips Dr. Asheville N.C. Us Parker
Original assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Current assignee: AKZO PATENTE GMBH, 5600 WUPPERTAL, DE
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1992-06-11
Also published as: ES509132A0; IT1149489B; IT8219321A0; DE3202485A1; FR2498634A1; MX161747A; GB2096048A; ES8305062A1; GB2096048B; CA1175219A; FR2498634B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bikomponentenfaser, die eine latent-adhäsive Komponente zur Bildung von Bindungen zwischen den Fasern bei Anwendung von Wärme und nachfolgender Abkühlung und eine strukturbildende Komponente enthält, wobei die beiden Komponenten aus unterschiedlichen Polymeren mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehen, einen daraus hergestellten Vliesstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung der Faser.

Der Gebrauch von zur thermischen Bindung befähigten Bikomponentenfasern zur Fabrikation von Vliesstoffen (Nonwoven) ist im Stand der Technik wohlbekannt. Solche Bikomponentenfasern enthalten zwei thermoplastische Materialien, welche entweder eine Seite-an-Seite-Anordnung oder eine Kern/Mantel-Anordnung aufweisen, wobei die zwei Materialien sich durchgehend über die gesamte Faserlänge erstrecken. Eine der Thermoplasten, die sogenannte latent-adhäsive Komponente, wird so ausgesucht, daß ihr Schmelzpunkt bedeutend niedriger ist als der der anderen Komponente in dem Filament. Daher wird diese Komponente bei Anwendung von Wärme und nachfolgender Abkühlung zunächst klebrig; dann wird sie mit anderen Fasern des Nonwoven gebunden. Solche Adhäsion kann entweder zwischen ähnlichen Bikomponentenfilamenten oder zwischen Bikomponentenfilamenten und üblichen, nichtbindenden Filamenten stattfinden, wenn diese auch in dem Nonwoven vorkommen. Die andere Komponente dient als strukturgebender Teil der Faser (backbone member).

Obwohl die zur thermischen Bindung befähigten Bikomponentenfasern primär für den Gebrauch zur Herstellung von leichten Nonwoven - das sind Nonwoven mit relativ niedrigem Flächengewicht - entwickelt wurden, haben sie auf diesem Gebiet einen nur begrenzten kommerziellen Erfolg erlangt. Der Grund ist eine Anzahl von Mängeln dieser Faser, die zur Zeit noch vorhanden sind. Unter diesen Mängeln ist an erster Stelle der übermäßige Schrumpf während der thermischen Bindung zu nennen. Er führt zu Stoffen mit ungleichen Dichten und uneinheitlichen Dicken. Außerdem ist die Festigkeit der Faser/Faser-Bindung ungenügend, was zu einer schlechten Zugfestigkeit des Stoffes führt. Auch werden Vliesstoffe erhalten, die bezüglich solch traditioneller gewünschter textiler Eigenschaften wie Drapierbarkeit, Lebendigkeit, Bausch oder Volumen ziemliche Mängel aufweisen.

Natürlich hat man in der Vergangenheit Versuche gemacht, die sich mit den oben erwähnten Mängeln beschäftigen. So ist eine Bikomponentenfaser käuflich erhältlich von der Firma Chisso Corporation (Osaka, Japan). Diese Faser enthält Polyäthylen und Polypropylen in einer sogenannten modifizierten Seite-an-Seite-Anordnung. (In Wirklichkeit handelt es sich um eine extrem exzentrische Kern/Mantel-Anordnung.) Sie ist wahrscheinlich in dem US-Patent 41 89 338 dargelegt. Eine der Eigenschaften dieser Faser ist der relativ niedrige thermische Schrumpf, den die Faser während der thermischen Bindung erleidet. Diese Eigenschaft führt zu Nonwoven mit guter Gleichmäßigkeit an Dichte und Dicke und ebenso zu gutem Bausch, Griff und Drapierbarkeit.

Diese Faser stellt zweifellos einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der thermisch bindenden Faser dar. Dennoch leidet diese Faser gemäß des Standes der Technik an einigen Schwächen. So kann z. B. gezeigt werden, daß diese Faser noch zu sehr und in einem unerwünschten Ausmaß schrumpft, obwohl sie in der Tat einen geringeren thermischen Schrumpf aufweist als die vorhergehenden Fasern. Obwohl außerdem die Eliminierung des thermischen Schrumpfes eine gute theoretische Annäherung an die Verbesserung von thermischen Bindefasern darstellt, glaubt man, daß diese Annäherung nicht weit genug geht.

Während der thermische Schrumpf per se in einer thermischen Bindefaser unerwünscht sein dürfte, dürfte die Entwicklung von Schrumpfkräften in einem Nonwoven sogar erwünscht sein, wenn sie nach der Bildung von Bindungen zwischen den Filamenten auftreten. Man kann vernünftigerweise annehmen, daß eine Schrumpfkraft keinen wesentlichen Betrag an tatsächlichem Schrumpf erzeugen wird, wenn sie zu diesem Zeitpunkt auftritt.

Sie wird eher als latente (trapped) Spannung in dem Nonwoven zurückbleiben, die solche Stoffeigenschaften wie Bausch, Lebendigkeit, Drapierbarkeit und Griff steigern dürfte.

Dementsprechend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, zur thermischen Bindung befähigte Bikomponentenfaser zur Verfügung zu stellen, die vorzugsweise zur Herstellung von Nonwoven, insbesondere von Vliesstoffen mit leichtem oder mittlerem Gewicht verwendet werden kann, die während der thermischen Bindung einen minimalen thermischen Schrumpf und vor oder während der thermischen Bindung keine substantielle Schrumpfkraft aufweist und die eine gesteigerte Zugfestigkeit des Stoffes, Lebendigkeit, Drapierbarkeit, Volumen und Griff nach der Bindung bewirkt.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung der Bikomponentenfaser zur Verfügung zu stellen, wobei das thermisch-mechanische Verhalten der genannten Faser angepaßt oder verändert werden kann, um den spezifischen Anforderungen zu entsprechen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bikomponentenfaser nach Anspruch 1 gelöst.

Nonwoven aus diesen neuen Bikomponentenfasern sind mit hohen Geschwindigkeiten und mit niedrigem Energieverbrauch herstellbar und haben verbesserte Eigenschaften.

Beispielsweise kann eine zur thermischen Bindung befähigte Bikomponentenfaser, die sowohl in Form einer Stapelfaser als auch in Form eines Filaments bei der Herstellung von Nonwoven verwendet werden kann, aus Polyester und einem anderen brauchbaren thermoplastischen Polymeren hergestellt werden, das seinen Schmelzpunkt deutlich, beispielsweise um mindestens etwa 15°C unter dem des Polyesters hat, wobei der Polyester die strukturgebende Komponente (backbone polymer) ist und das andere thermoplastische Polymer als latent-adhäsive Komponente dient. Diese beiden funktionstragenden Komponenten müssen erfindungsgemäß vorhanden sein. Darüber hinaus kann aber - wie bei Bikomponentenfilamenten üblich - eine weitere Komponente zugegen sein. Bevorzugt wird eine Bikomponentenfaser. Die zwei Komponenten können in einer Seite-an-Seite-Anordnung angeordnet sein, das heißt, sie sind kollinear. Bevorzugt wird aber die Kern/ Mantel-Anordnung mit dem Kern aus Polyester. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Verspinnen, Strecken und Aufwickeln der Bikomponentenfaser erfindungsgemäß eine thermische Konditionierung. Dieser Verfahrensschritt umfaßt ein Erwärmen der Faser auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Mindestzeit, so daß das thermische Verhalten der Faser derart verändert wird, daß die Faser dadurch charakterisiert werden kann, daß nach der Anwendung von ausreichender Wärme, um die latent-adhäsive Komponente zu schmelzen, und einer nachfolgenden Kühlung eine substantielle Schrumpfkraft in der Polyesterkomponente erst nach der Wiederverfestigung der latent-adhäsiven Komponente auftritt. Die Temperatur, bei welcher sich die Schrumpfkraft zeigt, wird als "conditioned response temperature" bezeichnet, abgekürzt CR-Temperatur. Die präzisen Parameter bezüglich der anzuwendenden Temperatur und Zeit, um eine Faser mit der oben beschriebenen eigentümlichen Beschaffenheit zu erhalten, sind von Fall zu Fall verschieden. Wie der weiteren Beschreibung zu entnehmen ist, werden die für die thermische Konditionierung erforderlichen Parameter beispielsweise bestimmt durch die thermische Vorgeschichte der jeweils gerade verwendeten Faser und durch die Temperatur, bei welcher das Nonwoven thermisch gebunden werden soll, welche wiederum durch die jeweils gerade verwendete latent-adhäsive Komponente bestimmt wird.

Es wurde beobachtet, daß man mit erfindungsgemäßen Fasern interfilamentäre Bindungen zwischen Fasern zu bilden vermag, bevor sich Schrumpfkräfte darin entwickeln. Wie später noch weiter ausgeführt wird, ist anzunehmen, daß diese Eigenschaft die Festigkeit der interfilamentären Bindungen in einem Vliesstoff steigert und außerdem zu einer überlegenen Drapierbarkeit und Lebendigkeit und zu einem vortrefflichen Griff und Bauch beiträgt.

Schließlich wurde noch erreicht, daß aus den erfindungsgemäßen Bikomponentenfasern Vliesstoffe hergestellt werden können, und zwar unter relativ unkritischen Prozeßbedingungen.

Die Erfindung soll zunächst anhand von Zeichnungen und ihrer kurzen Beschreibung veranschaulicht werden:

Fig. 1 ist eine Mikrofotografie eines aus Bikomponentenfilamenten gemäß der Erfindung hergestellten Nonwoven und zeigt einen interfilamentären Bindungspunkt 2 in dem Flächengebilde.

Fig. 2 ist ein Diagramm. Es zeigt die Schrumpfkraft in der Polyesterkomponente (PES) einer erfindungsgemäßen Bikomponentenfaser in Abhängigkeit von der Temperatur, verglichen mit der Schrumpfkraft in der Polypropylen- Komponente (PP) einer Faser gemäß des Standes der Technik. Die latent-adhäsive Komponente ist in beiden Fällen Niederdruckpolyäthylen (HDPE=high density polyethylene).

Fig. 3 ist ein Diagramm. Es zeigt den Einfluß der thermischen Konditionierung auf die Schrumpfkraft einer Bikomponentenfaser mit einer Polyesterkomponente.

Im folgenden sollen die bevorzugten Ausführungsformen detailliert beschrieben werden. Eine Mikrofotografie von einem Vliesstoff, der aus Fasern dieser Erfindung hergestellt wurde, wird in Fig. 1 gezeigt. Zur Herstellung solch eines Flächengebildes werden die Fasern zunächst zu einem Vlies verarbeitet und dann einer Erwärmung unterworfen, die ausreicht, um das latent-adhäsive Element zu aktivieren. Daran schließt sich eine Abkühlung an, um die Bindungs-Punkte, z. B. 2, zu verfestigen, die sich beim Schmelzen der adhäsiven Komponente an den Kreuzungsstellen der einzelnen Filamente gebildet haben.

Aufgrund der Annahme, daß das thermo-mechanische Verhalten von Bikomponentenfasern, die solch einem Erwärmungs- und Abkühlungs-Zyklus unterworfen wurden, sowohl die Natur der gebildeten Bindungen als auch den generellen Charakter des erhaltenen Stoffes beeinflußt, ist es angebracht, diese Fasern durch einige Typen von thermo-mechanischen Analysen zu charakterisieren. Demgemäß wurden die Fasern der vorliegenden Erfindung mit einer Technik untersucht, die als "Thermal Stress Analysis (TSA)" bekannt ist. Bei dieser Technik wird eine Probe bezüglich ihrer Länge konstant gehalten, während ihre Temperatur geändert wird. Die entsprechenden Spann-Kräfte in der Probe werden als Funktion der Temperatur aufgezeichnet. Diese TSA-Methode wird in einem Artikel von Buchanan und Hardegree (Textile Research Journal, 1977, 732) diskutiert. Soweit jedoch bekannt ist, haben sich sowohl diese Autoren als auch andere, die ihre Ergebnisse mit dieser Technik veröffentlicht haben, nur auf die Reaktionen der Proben bei ansteigender Temperatur konzentriert. Im Gegensatz dazu legten die Untersuchungen dieser Erfindung gleichen Wert auf die Reaktionen der Proben während der Abkühlungsperiode des Testes, da er geeignet erscheint, die komplette thermische Behandlung genau zu simulieren, die ein Nonwoven-Material bei seiner oben beschriebenen Fabrikation erhält.

Bei der Vorbereitung von Proben für diese Untersuchungen wird eine ausreichende Anzahl von einzelnen Fasern zu einem Bündel mit einer Dicke, die einer Denierzahl im Bereich von 100 bis 500 entspricht ( 110 bis 550 dtex), zusammengefaßt. Das dazu verwendete System wird von der Firma "Perkin-Elmer Co, Norwalk" für den Gebrauch ihres thermo-mechanischen Analysen- Gerätes mit der Bezeichnung TMS-1 vorgeschrieben. Eine Standardvorspannung von 0,02 g/den ( 0,018 g/dtex) wurde gewählt, um die Gleichmäßigkeit der Tests zu verbessern. Die Temperatur wurde bei allen Tests mit einer Geschwindigkeit von annähernd 15°C pro Minute angehoben.

Fig. 2 zeigt repräsentative Ergebnisse eines TSA-Testes von Fasern der Erfindung aus Niederdruckpolyäthylen/Polyester (bezeichnet mit HDPE/PES) verglichen mit Fasern gemäß des Standes der Technik aus Niederdruckpolyäthylen/Polypropylen (HDPE/PP). Die Spannkraft in der Probe wurde vertikal auf der y-Achse und die Temperatur der Probe horizontal auf der x-Achse aufgetragen. Die Pfeile in den Kurven zeigen, wie die Änderungen mit der Zeit voranschritten. Beim Start mit Testproben von 200 den ( 220 dtex) wird eine Vorspannung von 4 g bei Raumtemperatur angelegt, und dann wird die Probenlänge für den Rest des Testes konstant gehalten. Wenn die Temperatur erhöht wird, sieht man, wie in beiden Fällen diese Vorspannung auf praktisch Null abnimmt. Das ist das Ergebnis einer normalen Relaxation und thermischen Expansion, wie es Materialien üblicherweise zeigen. Nach dieser Relaxation der anfänglichen Vorspannung zeigen die zwei getesteten Proben jedoch ein ganz verschiedenes Kraft/Temperatur-Verhalten. Die Probe aus Niederdruckpolyäthylen/Polypropylen gemäß des Standes der Technik zeigt einen Anstieg der Spannkraft beim Anstieg der Temperatur auf 150°C. Signifikanter ist der rapide Anstieg in der Spannkraft, wenn die Probe abgekühlt wird. Es soll betont werden, daß diese Entstehung der Spannkraft beim Erwärmen und die nachfolgende rapide Zunahme der Spannkraft beim Abkühlen als unerwünscht bei der Herstellung von Vliesstrukturen angesehen wird. Im Gegensatz zu dieser Probe zeigt die Probe gemäß der Erfindung keinen Anstieg bezüglich der Spannkraft. Das gilt sowohl für die Erwärmungsperiode als auch für die Abkühlungsperiode, bis sich das Faserbündel ausreichend abgekühlt hat, so daß man sicher sein kann, daß sich die Bindungen zwischen den Fasern verfestigt haben würden, ohne daß Schrumpfkräfte auf diese neu gebildeten Bindungen eingewirkt hätten, wenn die Fasern in einem Flächengebilde wären.

Offensichtlich ist die Temperatur, bei welcher sich die Spannkraft beim Abkühlen zu entwickeln beginnt, von größter Bedeutung, um die Fasern dieser Erfindung zu unterscheiden. Um diese Temperatur zu bestimmen, wurde sie definiert. Demnach setzt die Entstehung einer Spannkraft bei der Temperatur ein, bei der die Spannkraft einen Schwellenwert von 0,01 g/den ( 0,0091 g/dtex) überschreitet. Dabei ist der Denierwert der strukturgebenden Komponente zugrundezulegen. Dieser Wert wurde gewählt, weil er so niedrig wie möglich, aber noch klar unterscheidbar von den instrumentellen Einflüssen auf die registrierte Spannkraft ist. Wird zum Beispiel eine Probe mit einer 50/50-Zusammensetzung zum Testen, wie oben beschrieben, zu einem 300-Denier-Bündel ( 330 dtex) verarbeitet, so enthält dieses nur 150 den ( 165 dtex) an strukturgebenden Fasern, und der Schwellenwert für die Spannkraft ist 1,5 g.

Um zu zeigen, wie Fasern mit dieser gewünschten Abkühlkurve hergestellt werden, zeigt Fig. 3 die Ergebnisse, die man erhält, wenn man verschiedene Konditionier-Behandlungen auf Fasern anwendet, die nach ein und demselben üblichen Spinn- und Streck-Schema hergestellt wurden. In Tabelle 1 sind die verwendeten unterschiedlichen Konditionierbehandlungen aufgelistet. In Fig. 3 wurden die TSA-Kurven von diesen, jeweils unterschiedlichen Proben zusammengestellt. Jede dieser Proben hatte seine eigene thermische Konditionierbehandlung.

Probe
Konditionier-Behandlung
A
keine
B	3 Minuten bei 90°C
C	3 Minuten bei 100°C
D	3 Minuten bei 110°C
E	3 Minuten bei 120°C
F	3 Minuten bei 130°C

Wie in Fig. 2 wurde die Spannkraft auf die vertikale Skala aufgetragen. Aber in diesem Fall unterscheidet sich die Skala von der der Fig. 2 und man sieht die anfängliche Vorspannkraft von 6 g in dem unteren linken Teil des Diagramms. Alle Proben zeigen denselben Abfall in dieser Spannkraft, wenn die Temperatur zu Beginn des Testes ansteigt. Jenseits dieser anfänglichen Erwärmungsphase können die verschiedenen Proben leicht voneinander unterschieden werden.

Bemerkenswerterweise zeigt die Probe A, welche nach dem Verstrecken keine Wärmebehandlung erfahren hat, ein Entstehen der Spannkraft, wenn die Temperatur auf etwa 100°C ansteigt. Sie erreicht ein Maximum bei ungefähr 120°C und fällt dann auf ein Minimum bei 140°C (erreicht aber nicht das Nullpunkt- Niveau). Das ist typisch für einen Polyester und wurde von Buchanan und Hardegree in der zitierten Literatur beschrieben. Beim Abkühlen zeigt diese Probe schon bei Beginn der Kühlung einen Anstieg in der Spannkraft; unterhalb von 130°C steigt sie rapide an. Diese Probe zeigt eine Spannkraft, die den Schwellenwert von 0,01 g/den ( 0,0091 g/dtex) überschreitet, solange sie auf einer hohen Temperatur verweilt. Konsequenterweise kann daher kein Wert für den Beginn des Einsetzens einer Spannkraft angegeben werden.

Probe B, welche 3 Minuten bei 90°C behandelt wurde, zeigt eine wesentliche Reduzierung bezüglich des Spannkraftpeakes während der Erwärmungsperiode in der Kurve; und ihre Kurve bezüglich der Bildung der Spannkraft beim Abkühlen liegt nur ein wenig unter der von der Probe A.

Die Proben C, D und E zeigen keine Spannkraft beim Erwärmen und entwickeln nur eine merkliche Spannkraft, wenn sie weit unterhalb der Temperatur abgekühlt sind, bei der das Mantelmaterial sich wieder verfestigt. Diese Proben repräsentieren Fasern, die in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt wurden.

Probe F illustriert die Tatsache, daß eine zu intensive Hitzebehandlung jede Tendenz eliminieren kann, eine Spannkraft beim Abkühlen zu entwickeln.

Es wird angenommen, daß bei Nonwoven aus Fasern der Erfindung die Festigkeit in interfilamentären Bindungen, wie zum Beispiel der Bindung 2 der Fig. 1, dadurch gesteigert wird, daß, wenn die Fasern erwärmt werden, um ihren Mantel zu schmelzen, und nachfolgend abgekühlt werden, um die Bindungen untereinander zu verfestigen, sich keine oder nur eine kleine Spannkraft in den Fasern entwickelt, bis die Temperatur unter den Verfestigungsbereich des Mantels gefallen ist und sich solche Bindungen bereits gebildet haben. Mit anderen Worten, es wird angenommen, daß mit den Fasern der Erfindung Bindungen in einem ungespannten Stadium gebildet werden, eine Bedingung, welche die Festigkeit der Interfilamentären Bindung steigert. Verglichen damit, entwickeln sich in den bekannten Fasern Zugkräfte, bevor relativ schwache Bindungen gebildet werden.

Diese Theorie soll patentrechtlich nicht binden. Gleiches gilt für die im folgenden Abschnitt geäußerte Theorie.

Es wird weiterhin angenommen, daß die Entwicklung von Schrumpfkräften oder Zugkräften in Fasern gemäß der Erfindung nach der Bildung von interfilamentären Bindungen dazu dient, verschiedene textile Eigenschaften in den daraus hergestellten Nonwoven zu verbessern. Zum Beispiel könnte das einheitliche thermo-mechanische Verhalten der neuen Faser eine latente Spannkraft in dem Vliesstoff erzielen, und möglicherweise ist diese Spannkraft, zumindest teilweise, verantwortlich für die angenehme Lebendigkeit, Drapierbarkeit, Bauschigkeit und für den angenehmen Griff, den Nonwoven haben, wenn sie aus Fasern gemäß der Erfindung hergestellt worden sind.

Wendet man sich nun mehr der detaillierten Beschreibung der Zusammensetzung und Herstellung der Fasern, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, zu, so wird Bezug genommen auf die verschiedenen folgenden Beispiele, die die Herstellung einer Anzahl solcher Fasern beschreiben. In allen Fällen, in denen eine thermisch-bindende Bikomponentenfaser hergestellt wurde, war das strukturgebende Polymer ein Polyester. Die verwendeten latent-adhäsiven Komponenten wurden in jedem Fall aus einer Gruppe ausgewählt, die Polyäthylen und Polypropylen enthielt, und zwar in einer Qualität, die zur Bildung von Fasern geeignet war. Obwohl man annehmen kann, daß andere Polymere mit einem Schmelzpunkt von mindestens 15°C unter dem von Polyester genausogut für diesen Zweck geeignet sein dürften.

Die Fasern hatten in allen Beispielen eine Kern/Mantel-Anordnung mit der Polyesterkomponente als Kern. In jedem Fall waren Kern und Mantel exzentrisch angeordnet. Beides sowohl die exzentrischen als auch die konzentrischen Kern/ Mantel-Anordnungen sind brauchbar. Es soll jedoch auch darauf hingewiesen werden, daß Bikomponentenfasern mit einer Seite- an-Seite-Anordnung ebenso als zur Erfindung gehörig betrachtet werden.

Insbesondere soll die Tatsache bemerkt werden, daß sehr unterschiedliche thermische Konditionier-Parameter gebraucht wurden, bezogen auf jede der Fasern in den Beispielen. Aber das thermo-mechanische Verhalten, das die verschiedenen Fasern nach der Konditionierung zeigten, war im wesentlichen dasselbe, d. h. jedes ist dadurch charakterisiert, daß nach der Anwendung von ausreichender Wärme, um die latent-adhäsive Komponente zu schmelzen, und von nachfolgender Abkühlung eine substantielle Schrumpfkraft in der Polyesterkomponente nur nach der Wiederverfestigung der latent-adhäsiven Komponente auftritt. Eine präzise Beschreibung der Parameter, die für die geeignete thermische Konditionierung erforderlich sind, kann nicht gegeben werden. Wie die Beispiele zeigen, werden diese Parameter z. B. bestimmt durch die thermische Vorgeschichte der verwendeten jeweiligen Faser, durch die Temperatur, bei der die Nonwoven gebunden werden sollen, welche wiederum durch die eingesetzte jeweilige latent-adhäsive Komponente bestimmt wird, und durch das Ausmaß an in der Faser erwünschten Schrumpfkraft. Es kann festgehalten werden, daß offensichtlich ein direkter Zusammenhang zwischen dem Schmelzpunkt der latent- adhäsiven Komponente und der erforderlichen thermischen Konditionier- Temperatur besteht. Als generelle Regel gilt, daß Fasern mit einer adhäsiven Komponente von hohem Schmelzpunkt eine höhere thermische Konditionier-Temperatur erfordern. Obwohl keine exakten Richtlinien gegeben werden können, wird angenommen, daß die präzisen Parameter für die Konditionierung jeder gegebenen Faser mit Hilfe dieser Offenbarung mit minimalen Experimenten bestimmt werden können.

Schließlich soll bemerkt werden, daß es eine beträchtliche Streuung in der CR-Temperatur für die verschiedenen Proben der Fasern in jedem Beispiel gibt. Solche Variation sollte als typisch für Stapel-Faser-Proben betrachtet werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen:

Beispiel 1

Es wird eine Stapelfaser gesponnen. Sie besteht aus einem Mantel aus Niederdruck-Polyäthylen (Fortiflex F-381 von Soltex Polymer Corp.) mit einem Schmelzindex von 42, einem Molekulargewicht von 46 000 und einer engen Molekulargewichtsverteilung (Dispersität) von etwa 3,6 (Niederdruck-Polyäthylen) und einem Kern aus einer Standard-Faser-Qualität von halbmattem Polyester. Die Faser wurde in einer exzentrischen Kern/Mantel-Anordnung mit etwa 50 Gew.-% Niederdruck-Polyäthylen und 50 Gew.-% Polyester gesponnen. Das verwendete Niederdruck-Polyäthylen hatte eine Dichte von 0,96 g/cm³, der Polyester eine Dichte von 1,38 g/cm³. Die Bikomponentenfaser hatte eine Dichte von 1,12 g/cm³. Der Schmelzpunkt des Niederdruck-Polyäthylens war 132°C, der des Polyesters etwa 260°C.

Die zwei Polymeren wurden in separaten Schneckenextrudern aufgeschmolzen und durch separate Polymer-Leitungen und Pumpenblöcke in die Spinndüsen geleitet. Das Niederdruck- Polyäthylen wurde im Extruder auf eine Temperatur von 265 bis 270°C gebracht, durch eine Pumpe geleitet und in die Spinndüse eingeführt. Der Polyester wurde in seinem Extruder auf eine Temperatur von 285°C gebracht, durch eine Pumpe geleitet und in die Spinndüse eingeführt. Im Innern der Spinndüse wurden die Polymere anfangs gerade vor dem Eintritt in die Kapillar-Öffnung zur Extrusion der Filamente zueinandergebracht. Sobald die Polyäthylen-Schmelze die Polyester-Schmelze berührte, sprang ihre Temperatur für kurze Zeit auf etwa 285°C, bevor sie gekühlt wurde und in dem Blasschacht fest wurde. Zur Spinnung einer Faser mit einem Einzeltiter von 3,0 den ( 3,3 dtex) wurde jede Komponente mit 0,583 g/Min- Öffnung der Spinndüse zudosiert. Der Gesamtdurchsatz für beide Polymere betrug 1,66 g/Min · Öffnung. Jede Spinndüsen- Öffnung hatte einen Durchmesser von 400 µm. Noch in Form eines Taues wurden die Filamente abgekühlt; eine für Polyolefine übliche Spinnpräparation wurde mit Hilfe eines "Wasserrades" aufgetragen; und das Tau wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 752 m/Min aufgewickelt. Die Filamente wurden in zwei Stufen verstreckt, um ein Maximum an Orientierung und Fasereigenschaften zu entwickeln. Das Verstreckungsverhältnis betrug in der ersten Stufe 1,05, wobei die Verstreckung bei Raumtemperatur ausgeführt wurde. In der zweiten Verstreckungsstufe betrug das Verstreckungsverhältnis 2,50, wobei die Verstreckung in Dampf ausgeführt wurde, so daß die Temperatur des Taues 80°C betrug. Das Gesamt-Verstreckungsverhältnis betrug also 2,62. Während der Verstreckung entwickelte das Tau spontan eine Kräuselung, wenn sich die Spannkraft verringerte. Der Grund ist eine Differenz in den Spannkräften zwischen den zwei Polymer-Phasen, die nicht permanent ist. Das Tau wurde zur Unterstützung des Faser-Prozesses in einer üblichen Stauch-Kräusel-Kammer gekräuselt. Nach der Kräuselung wurde die Faser einer thermischen Konditionier-Behandlung unterworfen. Sie bestand in einer spannungslosen Erwärmung auf 110°C für 240 Sekunden in einem Heißluftofen mit Zwangs- Umlauf. Dann wurde sie zu Stapelfasern mit einer Länge von 13 mm geschnitten. Sie hatten folgende Eigenschaften: Einzeltiter 3,00 den ( 3,3 dtex), Festigkeit 3,29 g/den (= 2,9 g/dtex), Dehnung 55,9%, Bogenzahl 94 Bogen pro 100 mm.

Von diesen Fasern wurden sieben Proben entsprechend den vorhin angeführten Untersuchungs-Verfahren hergestellt. Jede wurde einer thermischen Spannungs-Analyse unterworfen.

Während des Testverfahrens wurde eine maximale Temperatur von 150°C erreicht. In der Nähe dieser Temperatur dürfte die jeweilige Faser auf typische Art in einem Nonwoven gebunden sein. In keinem Fall wurde bemerkt, daß die Schrumpfkraft in dem Faserbündel während der Erwärmungsperiode des Testes signifikant anstieg. Jede Probe erfuhr jedoch eine auffallende Entwicklung der Spannkraft während der Abkühlungs- Phase. Die CR-Temperatur - das ist die Temperatur, bei der eine Schrumpfkraft gleich dem Schwellenwert von 0,01 g/den ( 0,0091 g/dtex) zum ersten Mal nach der Abkühlung der Faser beobachtet wurde - betrug für die einzelnen Proben:

Probe
CR-Temperatur
1\|80°C
2	70°C
3	52°C
4	33°C
5	48°C
6	86°C
7	88°C

Beispiel 2

Eine Probe der Stapelfaser aus Beispiel 1 wurde mit der Hand zu einem Vlies geformt und durch eine Labor-Kardier-Maschine geschickt. Das erhaltene Vlies wurde aufgerollt, so daß man vier Lagen erhielt. Die Probe wurde dann auf einer 6-Zoll- Presse mit einem Druck von 140,6 kg/cm² gepreßt. Nach 5 Minuten wurde sie daraus entfernt und beschnitten. Das Vlies wurde thermisch gebunden, indem die Probe in einen Heißluftofen mit Zwangsumluft für 90 Sekunden bei 145°C eingebracht wurde.

Weitere Proben wurden auf die gleiche Weise hergestellt mit einer Verweilzeit von 60 und 120 Sekunden. Alle Proben zeigten eine bemerkenswerte strukturelle Stabilität. Das wurde an ihrer Erholung von einer geringen Dehnungs-Kraft deutlich, z. B. wenn man mit der Hand an dem Vliesstoff gezogen hat. Die Proben zeigten ebenfalls einen hohen Grad an Elastizität und Lebendigkeit. Das wird demonstriert durch die Beobachtung der Wiedergewinnung des ursprünglichen Volumens nach einem Druck mit geringen Kräften, z. B. nach einem Zusammenpressen mit der Hand. Der Griff dieser Vliesstoffe war weich und bauschig.

Beispiel 3

Es wurde eine Probe im wesentlichen wie in Beispiel 1 gesponnen, außer daß das Verstreckungsverhältnis in der ersten Stufe 1,10 und in der zweiten Stufe 2,136 betrug. Die so hergestellte Stapelfaser hatte folgende Eigenschaften: Einzeltiter 2,97 den (=3,3 dtex), Festigkeit 3,43 g/den (=3,12 g/dtex), Dehnung 54%, Bogenzahl 92 Bogen pro 100 mm.

Es wurden vier Proben von dieser Faser hergestellt und wie in Beispiel 1 einer thermischen Spannungsanalyse unterzogen. Wiederum wurden in keiner einzigen Probe signifikante Schrumpfkräfte während der Erwärmungsphase des Testes festgestellt. Wohl wurden aber Schrumpfkräfte während der Abkühlungsphase bemerkt. Die CR-Temperaturen für die vier Proben sind:

Probe
CR-Temperatur
1\|98°C
2	111°C
3	78°C
4	62°C

Beispiel 4

Eine weitere Probe wurde exakt nach Beispiel 1 gesponnen, außer das eine unterschiedliche Spinndüse benutzt wurde, um Filamente mit einer symmetrischen Kern/Mantel-Anordnung herzustellen. Das Gesamt-Verstreckungsverhältnis war 2,28. Die Stapelfaser zeigte folgende Werte: Einzeltiter 3,03 den ( 3,35 dtex), Festigkeit 3,28 g/den ( 2,98 g/dtex), Dehnung 43,2%, Bogenzahl 64 Bogen pro 100 mm, Faserlänge 38 mm.

Es wurden zwei Proben aus diesen Fasern hergestellt und wie in Beispiel 1 einer thermischen Spannungsanalyse unterworfen. Wiederum wurde keine signifikante Schrumpfkraft während der Erhitzungsphase des Testes beobachtet. Es wurde aber eine Schrumpfkraft während der Abkühlungsphase festgestellt. Die CR-Temperaturen für die zwei Proben sind:

Probe
CR-Temperatur
1\|87°C
2	64°C

Aus den oben beschriebenen Fasern wurde im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie in Beispiel 2 ein Vliesstoff hergestellt. Der Stoff hatte im wesentlichen dieselben Eigenschaften wie das Nonwoven von Beispiel 2.

Beispiel 5

Es wurde eine Stapelfaser hergestellt, wobei das Niederdruckpolyäthylen und der Polyester von Beispiel 1 verwendet wurden, und zwar in einer exzentrischen Kern/Mantel-Anordnung mit 50 Gew.-% Kern und 50 Gew.-% Mantel. Die Faser wurde mit separaten Schneckenextrudern zum Aufschmelzen für jedes Polymer gesponnen. Beim Spinnen wurde jedes Polymer mit einer Geschwindigkeit von 0,501 g/Min · Öffnung der Spinndüse zudosiert. Der totale Durchsatz für beide Polymere betrug 1,002 g/Min · Öffnung. Jede Öffnung der Spinndüse hatte einen Durchmesser von 250 µm. In Form eines Taues wurden die Filamente abgekühlt; eine für Polyolefine übliche Spinnpräparation wurde mit Hilfe eines "Wasserrades" aufgebracht und das Tau wurde mit einer Geschwindigkeit von 1000 m/Min aufgewickelt. Die Filamente wurden dann durch ein Wasserbad von 50°C gezogen und mit einem Verhältnis von 4,53 verstreckt, um so ein Maximum an Orientierung und Fasereigenschaften zu entwickeln. Das Tau wurde dann in einer üblichen Stauch-Kräusel-Kammer gekräuselt; dann wurde es spannungslos in einem Heißluftofen mit Zwangsumlauf 200 Sekunden lang bei 100°C behandelt, um zusätzlich zur Stabilisierung der Kräuselung das gewünschte bestimmte Verhalten zu entwickeln. Nach dem Schneiden zeigten die 38 mm langen Stapelfasern folgende typische Eigenschaften: Einzeltiter 3,06 den ( 3,37 dtex), Festigkeit 3,62 g/den ( 3,29 g/dtex), Dehnung 49%, Bogenzahl 72 Bogen pro 100 mm.

Aus diesen Fasern wurden sechs Proben hergestellt und wie in Beispiel 1 einer thermischen Spannungsanalyse unterworfen. In keiner einzigen Probe wurden substantielle Spannkräfte während der Erwärmungs-Phase des Testes entwickelt. In allen Fällen wurde jedoch eine Spannkraft während der Abkühlphase entwickelt, wenn die Faserprobe unter den Schmelzpunkt (Wiederverfestigung) des Polyäthylenmantels abgekühlt war. Die CR-Temperaturen für diese Proben sind:

Probe
CR-Temperatur
1\|96°C
2	93°C
3	69°C
4	60°C
5	64°C
6	114°C

Beispiel 6

Es wurde eine Stapelfaser hergestellt. Sie besteht aus dem Niederdruck-Polyäthylen und dem Polyester des Beispiels 1. Beide Komponenten befinden sich in einer exzentrischen Kern/ Mantel-Anordnung mit 50 Gew.-% im Kern und 50 Gew.-% im Mantel. Die Stapelfaser wurde aus separaten Schneckenextrudern für jedes Polymer gesponnen. Beim Spinnen wurde jedes Polymer der Spinndüse mit einer Geschwindigkeit von 0,50 g/Min · Öffnung zugeführt. Der Gesamtdurchsatz für beide Polymere betrug 1,00 g/Min · Öffnung. Jede Öffnung der Spinndüse hatte einen Durchmesser von 400 µm. Die so extrudierten Filamente wurden abgekühlt; eine für Polyolefine übliche Spinnpräparation wurde unter Verwendung eines "Wasserrades" aufgetragen; und das Tau wurde mit einer Geschwindigkeit von 1000 m/Min aufgewickelt. Die Filamente wurde durch ein Wasserbad von 70°C gezogen und um das Verhältnis 2,50 verstreckt. Dann wurden sie durch ein anderes Wasserbad von 85°C gezogen und im Verhältnis von 1,3 verstreckt. Das totale Verstreckungsverhältnis betrug also 3,25. Das Tau wurde in einer üblichen Stauchkräuselkammer gekräuselt, und dann spannungslos in einem Heißluftofen bei 90°C für 300 Sekunden behandelt, um das gewünschte bestimmte Verhalten zu entwickeln. Nach dem Schneiden zu 33 mm langen Fasern wurden folgende typische Werte erhalten: Einzeltiter 5,37 den ( 5,9 dtex), Festigkeit 1,95 g/den ( 1,78 g/dtex), Dehnung 81,8%, Bogenzahl 124 Bogen pro 100 mm.

Aus diesen Fasern wurde eine Probe hergestellt und wie in Beispiel 1 einer thermischen Spannungsanalyse unterworfen: Während der Erwärmungsperiode des Testes entwickelten sich keine wesentlichen Spannungskräfte, aber es entstanden Spannungskräfte während der Abkühlphase, wenn die Faserprobe unter den Schmelzpunkt (Wiederverfestigung) des Polyäthylenmantels abgekühlt war. Die CR-Temperatur für diese Probe betrug 98°C.

Beispiel 7

Es wurde eine Stapelfaser hergestellt. Sie bestand aus einem Mantel aus Polypropylen (Fortilene HY-602A von Soltex Polymers Corp.) mit einem Schmelzindex von 33 und aus einem Kern mit einer Standard-Faser-Qualität eines halbmatten Polyesters. Sie wurde in einer exzentrischen Kern/Mantel- Anordnung mit etwa 50 Gew.-% Polypropylen und etwa 50 Gew.-% Polyester gesponnen. Der Schmelzpunkt des Polypropylens war 162°C, der des Polyesters 260°C.

Das Polypropylen und der Polyester wurden in separaten Schneckenextrudern aufgeschmolzen, gesponnen und aufgewickelt, wie im einzelnen in Beispiel 1 angegeben. Die Filamente wurden in einem Verhältnis von 2,6 verstreckt, um ein Maximum an Orientierung und daher ein Maximum an textilen Fasereigenschaften zu entwickeln. Nach dem Krimpen in einer üblichen Stauchkammer, um die textile Verarbeitung der Stapelfaser zu unterstützen, wurde das Tau thermisch konditioniert, und zwar spannungslos für 240 Sekunden bei 110°C. Die so hergestellte Faser hatte folgende typische Werte: Einzeltiter 2,6 den ( 2,86 dtex), Festigkeit 4,04 g/den ( 3,67 g/dtex), Dehnung 20,2%, Bogenzahl 48 Bogen pro 100 mm.

Um den Effekt der thermischen Vergangenheit der Faser auf die Temperatur- und die Zeit-Parameter herauszustellen, welche beachtet werden müssen, um das gewünschte thermische Verhalten gemäß der Erfindung zu erlangen, wurde eine thermische Spannungs-Analyse an zwei Proben der obigen Faser in der in Beispiel 1 beschriebenen Art durchgeführt. Obwohl die thermische Konditionierung des vorliegenden Beispiels gleich war wie in Beispiel 1, war das Resultat der thermischen Spannungs-Analyse verschieden. Es wurde während der Erwärmungsphase der zwei Tests - wie in dem gewünschten thermischen Verhalten - keine Schrumpfkraft beobachtet. Sehr bemerkenswert ist jedoch, daß beobachtet wurde, daß eine signifikante Spannkraft in beiden Proben während der Abkühlungsphase bei einer Temperatur vorkam, welche weit über der in Beispiel 1 festgestellten CR- Temperatur lag. Präziser ausgedrückt, diese CR-Temperaturen lagen bei etwa 136°C und 137°C. Es liegt folgende Erklärung nahe (ohne daß damit eine Bindung erwünscht ist): Die Polyesterkomponente der Faser des vorliegenden Beispiels weist eine thermo-mechanische Vergangenheit auf, die sich von der in Beispiel 1 hergestellten Faser unterscheidet, und zwar hauptsächlich weil ein höher schmelzendes Mantel-Material verwendet wurde, welches dem Kern bei einer höheren Temperatur zugeführt wurde. Diese unterschiedliche thermo-mechanische Vergangenheit führte zu einem bestimmten Verhalten in der Faser, welches ungleich dem war, das in Beispiel 1 beobachtet wurde.

Um die Bedeutung des Schmelzpunktes des Mantel-Materials herauszustellen, welche im Falle des Polypropylens 162°C war, wurde die thermische Spannungs-Analyse mit vier Proben der Faser wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt, außer daß die maximale Temperatur bis 200°C erreichte, eine Temperatur, bei welcher die Faser des vorliegenden Beispiels typischerweise in einem Nonwoven gebunden wird. Ein Effekt der verwendeten hohen maximalen Temperatur war die Entstehung einer Schrumpfkraft in jeder Probe während der Erwärmungsphase des Testes. Das wurde nicht beobachtet, wenn die Faser nur bis 150°C erhitzt wurde. Zusätzlich wurde bemerkt, daß in allen Fällen, außer in einem, die Entstehung einer Spannkraft während der Abkühlphase des Testes bei einer viel höheren Temperatur stattfindet.

Um Fasern des vorliegenden Beispiels mit dem bestimmten thermischen Verhalten, welches mit den Forderungen der Erfindung übereinstimmt, herzustellen, wurde die soweit behandelte Faser einem zusätzlichen thermischen Konditionierschritt unterworfen, welcher eine Erwärmung der Faser bei 140°C für 300 Sekunden einschloß. Zwei Proben der so behandelten Faser wurden dann einer thermo-mechanischen Analyse wie in Beispiel 1 unterworfen, außer das eine maximale Temperatur von 200°C erreicht wurde. Die Fasern zeigten das thermische Verhalten, welches Fasern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung charakterisiert. Es besteht darin, daß keine wesentliche Schrumpfkraft in irgendeiner Probe während der Erwärmung beobachtet wurde, wohingegen beide Proben eine substantielle Schrumpfkraft nach der Abkühlung zeigten, und zwar nur nach einer Abkühlung unter 162°C. Die CR-Temperaturen für die zwei Proben waren annäherungsweise 110°C und 135°C.

Um schließlich den Effekt einer übertriebenen thermischen Konditionier-Behandlung zu zeigen, wurde eine zweite Partie der Faser einem zusätzlichen thermischen Konditionier-Schritt wie oben beschrieben unterworfen, worin dieses Mal eine Erwärmung der Faser bei 145°C für 300 Sekunden enthalten war. Es wurden zwei Proben vorbereitet und einer thermisch- mechanischen Analyse unterworfen, wobei die maximale Temperatur wieder bis 200°C reichte. Bei keiner der beiden Proben wurde die Entwicklung einer Spannkraft weder nach der Erwärmung noch nach der Abkühlung beobachtet.

Durch die Beschreibung der Erfindung anhand von bestimmten speziellen Beispielen und anschaulichen Ausführungsformen ist natürlich nicht beabsichtigt, den Inhalt der Ansprüche zu beschränken.

Claims

1. Bikomponentenfaser, die eine latent-adhäsive Komponente zur Bildung von Bindungen zwischen den Fasern bei Anwendung von Wärme und nachfolgender Abkühlung und eine strukturbildende Komponente enthält, wobei die beiden Komponenten aus unterschiedlichen Polymeren mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturbildende Komponente nach der Abkühlung der Bikomponentenfaser und nach der Wiederverfestigung der latent-adhäsiven Komponente eine Schrumpfkraft von mehr als 0,01 g/den ( 0,0091 g/dtex) aufweist.

2. Faser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturbildende Komponente Polyester ist.

3. Faser gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die latent-adhäsive Komponente Polyäthylen ist.

4. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die latent-adhäsive Komponente Niederdruck-Polyäthylen ist.

5. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die latent-adhäsive Komponente Polypropylen ist.

6. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Komponenten eine Seite-an-Seite-Anordnung aufweisen.

7. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Komponenten eine Kern/Mantel-Anordnung mit dem Kern aus der strukturbildenden Komponente aufweisen.

8. Faser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten exzentrisch verteilt sind.

9. Vliesstoff, hergestellt aus einer Bikomponentenfaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Verfahren zur Herstellung einer Bikomponentenfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die aufeinanderfolgenden Schritte enthält:

a) Spinnen der Faser und
b) Unterwerfen der Faser einer thermischen Konditionier-Behandlung, bei der die Faser auf eine Temperatur von etwa 90°C bis 120°C für eine Zeit von etwa 180 bis 300 Sekunden erwärmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser vor der thermischen Konditionier-Behandlung verstreckt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser nach der Verstreckung aufgewickelt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturbildende Komponente Polyester ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die latent-adhäsive Komponente Polyäthylen ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die latent-adhäsive Komponente Polypropylen ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser in einem zusätzlichen thermischen Konditionierschritt für 300 Sekunden auf 140°C erwärmt wird.