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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Textilfasern, die Polypropylen
und ein Impakt-Modifizierungsmittel (einen Schlagmodifikator) enthalten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Textilfasern
umfassen einen breiten Bereich von Fasern, die zu einem noch breiteren
Bereich von Geweben integriert sein können. Textilfasern können beispielsweise
umfassen Spunbond-Fasern und Stapelfasern und sie können integriert
sein zu Mehrfaser-Garnen, Geweben (Gewirken), gewebten Geweben (Wirk- bzw.
Strickgeweben) und nicht-gewebten Geweben (Vliesstoffen), um nur
einige wenige zu nennen. Wünschenswerte
Eigenschaften für
Textilfasern sind Fasern mit einer geringen Faserdicke und einer
hohen Zug- bzw. Zerreißfestigkeit.
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In
der Europäischen
Patentanmeldung EP-A1-0 552 681 ist eine Polyolefinmasse aus isotaktischen Polyolefinen
ohne Polymerketten sowie natürlichem
Kautschuk, wie z.B. EPM oder EPDM, beschrieben. Die Polyolefinmasse
ist charakterisiert durch eine hohe Kerbschlagfestigkeit und eine
hohe Festigkeit selbst bei niedrigen Temperaturen.
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In
US-A-4 663 220 ist eine elastomere Zusammensetzung beschrieben,
die ein Copolymer mit thermoplastischen End-Blöcken und einem elastomeren
Mittel block, wie z.B. Poly(ethylen-butylen), umfasst. In dem Dokument
ist auch die Herstellung von faserförmigen elastomeren Vliesstoff-Bahnen
aus des extrudierbaren Zusammensetzung beschrieben.
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In
der Europäischen
Patentanmeldung EP-A2-0 277 710 ist eine Vliesstoffbahn beschrieben,
die aus einer Polymermischung hergestellt ist, die umfasst ein elastomeres
Harz und ein thermoplastisches Harz. Als Elastomer können verschiedene
Arten von Kautschuk, wie z.B. Ethylen/Propylen-Kautschuk und Ethylen-α-Olefin-Kautschuk,
ausgewählt
werden.
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Ein
allgemeines Problem, das während
des Verfahrens zur Herstellung von typischen Polypropylen-Textilfasern
auftritt, ist ein Phänomen,
das allgemein als "Seilbildung
bzw. Strangbildung" bezeichnet
wird. Eine Seil- bzw. Strangbildung tritt während des Verfahrens der Herstellung
von Copolymer/Polypropylen-Mischungen auf, bei dem die Mischungen
eine Schmelzelastizität
aufweisen. Der Ausdruck "Seilbildung
bzw. Strangbildung" bezieht
sich insbesondere auf einen Bruch der Faser unterhalb des Packs,
sodass sie zu dem Pack zurückschnellt,
wodurch eine Verfilzung von zusätzlichen
Fasern auftritt. Polypropylen-Textilfasern sind nicht nur schwierig
herzustellen, sondern die Fasern selbst sind auch schwer zu verarbeiten.
In der Regel werden dem Polypropylen Impakt-Modifizierungsmittel
(Schlagmodifikatoren) zugesetzt, um ihnen eine höhere Zähigkeit und Kerbschlagfestigkeit
zu verleihen. Diese Impakt-Modifizierungsmittel verringern jedoch
in der Regel die Zerreiß-
bzw. Zugfestigkeit der Fasern.
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Es
gibt daher eine Nachfrage oder einen Bedarf in der Textilfaserindustrie
für Fasern
mit einer hohen Zerreiß-
bzw. Zugfestigkeit. Es gibt auch eine Nachfrage oder einen Bedarf
für Textilfasern,
die leicht herzustellen sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Textiffasern, die aus verstärktem Polypropylen
hergestellt sind. Das Polypropylen ist mit einem Impakt-Modifizierungsmittel
(Schlagmodffikator) verstärkt.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine verstärkte Polypropylen-Textilfaser,
in der das Polypropylen ausgewählt
ist aus der Gruppe, die besteht aus Propylen-Homopolymeren, aus
Copolymeren, die bis zu 10 Gew.-% Ethylen und C4-C20-α-Olefin-Comonomere
enthalten, und wobei die Polypropylen-Textilfaser verstärkt ist
durch 1 bis 25 Gew.-% eines Impakt-Modffizierungsmittels (Schlagmodifikators)
aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer, das elastomere Eigenschaften
aufweist, sodass es um mindestens 50 % seiner Länge im entspannten Zustand
durch eine angelegte Kraft gedehnt (verstreckt) werden kann und
nach der Wegnahme der angelegten Kraft mindestens 40 % seiner Dehnung
(Verstreckung) wieder zurückgebildet
werden.
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Die
erfindungsgemäßen Fasern
weisen keine Schmelzelastizität
auf, verglichen mit anderen Polypropylen/Impakt-Modifizierungsmittel-Gemischen,
wodurch eine "Seil-
bzw. Strangbildung" während des
Herstellungsverfahrens vermieden wird. Das erfindungsgemäß verwendete
Impakt-Modifizierungsmittel ergibt einen Plastffizierungseffekt,
der es ermöglicht,
dass die Polypropylen-Ketten
leichter gegeneinander gleiten. Eine andere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Fasern
besteht darin, dass sie eine verbesserte Gewebe-Weichheit ergeben,
die resultiert aus der Zugabe des Impakt-Modfizierungsmittels (Schlagmodifikators).
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Unter
Berücksichtigung
der vorstehenden Ausführungen
bestehen ein Merkmal und ein Vorteil der Erfindung darin, Textiffasern
mit einer hohen Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit) bereitzustellen.
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Ein
anderes Merkmal und ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung
bestehen darin, Textiffasern bereitzustellen, die leicht hergestellt
werden können.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 erläutert ein
mechanisches Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren zur Herstellung
von Textilfasern, die Polypropylen und ein Impakt-Modifizierungsmittel
enthalten;
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2 erläutert ein
pneumatisches Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren zur Herstellung
von Textilfasern, die Polypropylen und ein Impakt-Modifizierungsmittel
enthalten;
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3 erläutert eine
direkte Zwirn-Fadenbildungs-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
Luftkühlung;
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4 erläutert eine
Zwirn-Fadenaufwickel-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Luftkühlung;
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5 erläutert eine
direkte Zwirn-Fadenbildungs-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
Wasserkühlung;
und
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6 erläutert eine
Zwirn-Fadenaufwickel-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Wasserkühlung.
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DEFINITIONEN
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung Beschreibung hat jeder der nachstehend
genannten Ausdrücke
die nachstehend angegebene Bedeutung.
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"Elastomer" bezieht sich auf
ein Material oder einen Verbundwerkstoff, das (der) um mindestens
50 % seiner Länge
im entspannten Zustand gedehnt (verstreckt) werden kann und das
(der) bei der Wegnahme der angelegten Kraft sich wieder erholt,
wobei mindestens 40 % seiner Dehnung (Verstreckung) sich zurückbilden. Es
ist im Allgemeinen bevorzugt, dass das elastomere Material oder
der elastomere Verbundwerkstoff in der Lage ist, um mindestens 100
%, besonders bevorzugt um mindestens 300 %, seiner Länge im ent spannten Zustand
gedehnt (verstreckt) zu werden und dass es (er) sich bei der Wegnahme
der angelegten Kraft wieder erholt unter Rückbildung von mindestens 50
% seiner Dehnung (Verstreckung).
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Unter "Meltblown-Fasern" sind Fasern zu verstehen,
die gebildet werden durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen
Materials durch eine Vielzahl von feinen, in der Regel kreisförmigen Düsenkapillaren
in Form von geschmolzenen Fäden
oder Filamenten in konvergierende erhitzte Hochgeschwindigkeit-Gasströme (Luftströme), welche
die Filamente des geschmolzenen thermoplastischen Materials schwächen (dünner machen)
unter Herabsetzung ihrer Durchmesser, wobei die Dicke bis zu einem
Mikrofaser-Durchmesser vermindert werden kann. Danach werden die
Meltblown-Fasern von dem Hochgeschwindigkeit-Gasstrom mitgenommen
und auf einer Sammeloberfläche
abgelagert unter Bildung einer Bahn aus willkürlich verteilten Meltblown-Fasern. Ein solches
Verfahren ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3 849 241 (Butin
et al.) beschrieben. Meltblown-Fasern sind Mikrofasern, die kontinuierlich
(endlos) oder diskontinuierlich (endlich) sein können, die im Allgemeinen eine
Dicke von weniger als etwa 0,6 Denier haben und im Allgemeinen bei
der Ablagerungen auf einer Sammeloberfläche sich selbst miteinander
verbinden. Die erfindungsgemäß verwendeten
Meltblown-Fasern haben vorzugsweise eine im Wesentlichen kontinuierliche
(endlose) Länge.
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Der
Ausdruck "Polymere" umfasst, ohne darauf
beschränkt
zu sein, Homopolymere, Copolymere, wie z.B. Block-, Pfropf-, Random-
und alternierende Copolymere, Terpolymere und dgl. so wie Mischungen
und Modifikationen davon. Außerdem
umfassen der Ausdruck "Polymer", wenn er nicht anderweitig
spezifisch eingeschränkt
ist, alle möglichen
geometrischen Konfigurationen des Materials. Diese Konfigurationen
umfassen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, isotaktische, syndiotaktische
und ataktische Symmetrien.
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Der
Ausdruck "Spunbonded
Fasern" bezieht
sich auf Fasern mit einem geringen Durchmesser, die gebildet werden
durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials
in Form von Filamenten aus einer Vielzahl von feinen Kapillaren
einer Spinndüse,
die eine kreisförmige
oder andere Konfiguration aufweist, wobei der Durchmesser der extrudierten
Filamente dann schnell verkleinert wird, wie beispielsweise in den
US-Patenten Nr. 4 340 563 (Appel et al.), 3 692 618 (Dorschner et
al.), 3 802 817 (Matsuki et al.), 3 338 992 und 3 341 394 (beide
Kinney), 3 502 763 (Hartmann), 3 502 538 (Petersen) und 3 542 615
(Dobo et al.) beschrieben. Spunbond-Fasern werden abgekühlt bzw.
abgeschreckt und sind im Allgemeinen nicht klebrig, wenn sie auf
einer Sammeloberfläche
abgeschieden werden. Spunbond-Fasern sind im Allgemeinen kontinuierlich
(endlos) und weisen durchschnittliche Dicken von mehr als etwa 0,3
Denier, insbesondere zwischen etwa 0,6 und 10 Denier, auf.
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Der
Ausdruck "thermoplastisch" beschreibt ein Material,
das weich wird, wenn es Wärme
ausgesetzt ist, und das im Wesentlichen in den nicht-erweichten
Zustand zurückkehrt,
wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt
wird.
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Diese
Ausdrücke
können
in den nachfolgenden Abschnitten der Beschreibung auch mit anderen
Worten definiert sein.
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Detaillierte
Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen
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Die
erfindungsgemäßen Textilfasern
umfassen solche aus verstärktem
Polypropylen. Der Ausdruck "Polypropylen" bezieht sich auf
Propylen-Homopolymere sowie auf Copolymere, die bis zu etwa 10 Gew.-% Ethylen
oder eines C4-C20-α-Olefin-Comonomers
enthalten. Das Polypropylen wird verstärkt durch Zugabe eines Impakt-Modifizierungsmittels
(Schlagmodifikators). Das Impakt-Modifizierungsmittel
macht etwa 1 bis 25 Gew.-% der Verbundfasern aus, zweckmäßig macht
es etwa 2 bis 15 Gew.-% der Verbundfasern und besonders zweckmäßig etwa
3 bis 10 Gew.-% der Verbundfasern aus.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Impakt-Modfizierungsmittel
(Schlagmodifikator)" bezieht
sich auf ein synthetisches Material, das elastomere Eigenschaften
aufweist. Das Impakt-Modifizierungsmittel ist mit Polypropylen teilweise
kompatibel. Das Impakt-Modifizierungsmittel dispergiert (verteilt)
sich insbesondere extrem gut in Propylen, ohne sich darin aufzulösen. Zu
Beispielen für
geeignete Impakt-Modifizierungsmittel gehören Ethylen-Propylen-Dien-Monomer
(EPDM), Styrol-Ethylen-co-Butadien/Styrol (SEBS) und Styrol-Poly(ethylen-propylen)-Styrol-Poly(ethylen-propylen)
(SEPSEP). Zu weiteren Beispielen gehören elastomere Diblock-, Triblock-,
Tetrablock- oder andere Multi-Block-Copolymere, wie z.B. olefinische Copolymere,
beispielsweise Styrol-Isopren-Styrol,
Styrol-Butadien-Styrol, oder Styrol-Ethylen/Propylen-Styrol, die
von der Firma Shell Chemical Company unter dem Handelsnamen KRATON® Elastomerharze
erhalten werden können;
Polyurethane, z.B. solche, die erhältlich sind von der Firma E.
I. Du Pont de Nemours Co. unter dem Handelsnamen LYCRA® Polyurethan;
Polyamide, z.B. Polyether-Block-Amide, die erhältlich sind von der Firma Ato
Chemical Company unter dem Handelsnamen PEBAX® Polyether-Block-Amid;
Polyester, z.B. solche, die erhältlich
sind von der Firma E. I. Du Pont de Nemours Co. unter dem Handelsnamen
HYTREL® Polyester;
Einzelstellen- oder Metallocen-katalytisierte Polyolefine mit einer
Dichte von weniger als etwa 0,89 g/cm3,
erhältlich
von der Firma Dow Chemical Co. unter dem Handelsnamen AFFINITY®;
und Ethylen/Styrol, ebenfalls erhältlich von der Firma Dow Chemical
Co.
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Es
kann eine Reihe von Block-Copolymeren verwendet werden zur Herstellung
der erfindungsgemäß verwendbaren
Impakt-Modifizierungsmittel (Schlagmodifikatoren). Diese Block-Copolymeren
umfassen im Allgemeinen einen elastomeren Mittelblock-Abschnitt
B und einen thermoplastischen Endblock-Abschnitt A. Die Block-Copolymeren
können
auch thermoplastisch in dem Sinne sein, dass sie mehrmals aufgeschmolzen,
geformt und wieder verfestigt werden können mit nur geringen oder
keinen Änderungen
ihrer physikalischen Eigenschaften (unter der Annahme eines Minimums
an oxidativem Abbau).
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Der
Endblock-Abschnitt A kann umfassen ein Poly(vinylaren), wie z.B.
Polystyrol. Der Mittelblock-Abschnitt B kann umfassen ein im Wesentlichen
amorphes Polyolefin, wie z.B. Polyisopren, Ethylen/Propylen-Polymere,
Ethylen/Butylen-Polymere,
Polybutadien und dgl. oder Mischungen davon.
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Die
erfindungsgemäß verwendbaren
geeigneten Block-Copolymeren umfassen mindestens zwei im Wesentlichen
Polystyrol-Endblock-Abschnitte und mindestens einen im Wesentlichen
Ethylen/Butylen-Mittelblock-Abschnitt. Im Handel erhältliche
Beispiele für
ein solches lineares Block-Copoymer sind z.B. das SEBS-Block-Copolymer,
erhältlich
von der Firma Shell Chemical Company unter den Handelsbezeichnungen KRATON® G1657,
G1652 und G2760-Elastomerharze.
Zu typischen Eigenschaften, die ein KRATON® G1657 Elastomerharz
hat, gehören
eine Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit)
von (2 × 106 kg/m2 (3400 lbs/inch2), ein 300 %-Modul von 1,4 × 105 kg/m2 (350 lbs./inch2), eine Dehnung von 750 % beim Bruch, eine
Shore A-Härte
von 65 und eine Brookfield-Viskosität, bestimmt bei einer Konzentration
von 25 Gew.-% in einer Toluol-Lösung,
von etwa 4200 mPa·s
(4200 cP) bei Raumtemperatur. Ein anderes geeignetes Elastomer,
das KRATON® G2746, ist
ein Styrol-Butadien-Blockcopolymer,
das mit einem Klebrigmacher und mit einem Polyethylen niedriger Dichte
gemischt ist.
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Das
Polypropylen kann unter Anwendung irgendeines geeigneten Verfahrens
mit dem Impakt-Modifizierungsmittel (Schlagmodifikator) gemischt
werden, beispielsweise unter Anwendung von Verfahren, wie sie derzeit
angewendet werden zur Herstellung von Polypropylen-Fasern. So ist
beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5 534 335 (Everhart et al.)
ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Polymeren,
wie z.B. Polypropylen, beschrieben. Bei diesem Verfahren werden
die Fasern hergestellt durch Anwendung von Meltblowing- oder Spunbonding-Verfahren,
die aus dem Stand der Technik allgemein bekannt sind. In diesen Verfahren
wird allgemein ein Extruder verwendet, um ein geschmolzenes Polymer
einer Spinndüse
oder einer Meltblown-Düse
zuzuführen,
in der das Polymer zu Fasern verarbeitet wird. Die Fasern können dann
gedehnt bzw. gezogen (verstreckt) werden, in der Regel pneumatisch,
und sie werden auf einer perforierten Matte oder einem perforierten
Band abgelagert beispielsweise unter Bildung eines nicht-gewebten
Gewebes (Vliesstoffes). Die Fasern, die unter Anwendung von Spunbond-
und Meltblown-Verfahren hergestellt worden sind, haben im Allgemeinen
einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 50 μm, je nach
Verfahrensbedin gungen und je nach der gewünschten Endverwendung der aus
diesen Fasern hergestellten Gewebe.
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Eine
beispielhafte Vorrichtung zur Bildung von Textilfasern mit verstärktem Polypropylen
ist in den 1 und 2 allgemein
durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Bei der Bildung der
erfindungsgemäßen Fasern
können
die Fasern entweder mechanisch (wie in 1 dargestellt)
oder pneumatisch (wie in 2 dargestellt) gezogen bzw.
verstreckt werden. Nachstehend wird das pneumatische Zieh- bzw.
Verstreckungsverfahren erläutert.
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Zuerst
werden bei dem in 1 dargestellten mechanischen
Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren Polymerpellets 12 genau
abgewogen und trocken miteinander vermischt, um dadurch sicherzustellen,
dass eine homogene Mischung einem Extruder 14 zugeführt wird.
Der Extruder 14 wird auf etwa 180 °C erhitzt und wenn alle Zonen
innerhalb des Extruders 14 den Wert von etwa 180 °C erreicht
haben, wird eine 10-minütige Durchwärmungszeit
aufrechterhalten, um sicherzustellen, dass das gesamte Polymer,
das in dem Extruder 14 und in der Düse 16 aus einem vorhergehenden
Versuch enthalten ist, vollständig
geschmolzen ist. Dann wird der Extruder 14 mit Polypropylen
gespült
bei etwa 32 UpM, um irgendwelches Polymer, das aus dem vorhergehenden
Versuch zurückgeblieben
ist, zu entfernen. Vor dem Einführen
der trocken-gemischten Mischung werden Tracer-Pellets in den Extruder 14 eingeführt. Die
trocken miteinander gemischten Polymeren werden unmittelbar nach
den Tracer-Pellets compoundiert. Wenn die Farbe des Tracers auftritt
und aus dem Extrudat 20 ausbleicht, werden zusätzliche
Tracer-Pellets eingeführt.
Wenn die zweite Tracer-Zugabe ausgebleicht ist, wird angenommen,
dass das Extrudat 20 die gewünschte Zusammensetzung hat.
Während
des Compoundierens wird die Umdrehungszahl des Extruders 14 bei
etwa 32 UpM gehalten. In den Fällen,
in denen eine gravimetrische Beschickung angewendet wird, wird ein
Beschickungstrichter 18 mit genügend Polymer aufrechterhalten,
sodass eine konstante Zuführungsrate
aufrechterhalten wird, bestimmt durch die Menge (Größe) der zugeführten Materialien.
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Wenn
einmal die Polymer-Pellets miteinander vermischt worden sind, werden
dann Fasern daraus hergestellt. Zuerst wird die Motor-Geschwindigkeit
auf etwa 5 UpM eingestellt. Dann wird das Extrudat 20 abgekühlt (abgeschreckt)
und zu der gewünschten
Konfiguration versponnen (verzwirnt) und auf eine Aufwickelwalze 22 aufgewickelt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Extruder 14 abgeschaltet und
die Fasern werden kontinuierlich aus der Düse 16 gezogen. Zur
Herstellung von Fasern mit der gewünschten Größe (Querschnitt) werden Fasern
von der Rolle 22 abgeschnitten und gemessen unter Verwendung
eines mit einem Okular-Reticle ausgestatteten Mikroskops. Es werden
Einstellungen in Bezug auf die Abnahmegeschwindigkeit durchgeführt, um
empirisch die gewünschten
Faserstärken
herzustellen. Wenn einmal die korrekte Geschwindigkeit eingestellt
ist, können
in zwei Minuten-Intervallen Fasern hergestellt werden. Zwischen
den Intervallen wird der Extruder 14 mit einer Geschwindigkeit
von etwa 32 UpM für
eine Zeitspanne von etwa 2 min in Betrieb gesetzt, um sicherzustellen,
dass die gebildeten Fasern keine signifikante Phasentrennung als
Funktion der Sammelzeit aufweisen. Um den Fasern variierende Eigenschaften
zu verleihen, können
vier Behandlungsbedingungen angewendet werden, die umfassen die
Kombinationen von zwei Abkühlungs-
bzw. Abschreckungs- und zwei Fadenbildungs-Bedingungen. Die schematischen
Abläufe
dieser vier Behandlungsbedingungen sind in den 3 bis 6 dargestellt.
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Bei
dieser Arbeit werden zwei Typen von Abkühlung (Abschreckung) angewendet,
nämlich
eine Abkühlung
(Abschreckung) an der Luft (3 und 4)
und eine Abschreckung in Wasser (5 und 6). Die
Luft-Abschreckung ist ein Verfahren, bei dem die Fasern 30 in
der Luft abgeschreckt werden ohne Zuhilfenahme eines Fluid-Stroms.
Die Fasern 30 werden in der Umgebungsluft abgeschreckt.
Die Wasserabschreckung wird erzielt durch Hindurchführen der
Faser 30 durch ein Wasserbad 24. Die Abschreckung
mit Wasser ergibt eine viel schnellere Abschreckung als mit Luft,
da ein größerer thermischer
Energiestrom vorliegt.
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Bei
dieser Arbeit werden zwei Typen von Fadenbildungsbedingungen angewendet,
nämlich
ein direktes Fadenbildungssystem 26 (3 und 5)
und ein Fadenbildungsaufwickelsystem 28 (4 und 6). Bei
dem direkten Fadenbildungssystem 26 werden die Fasern 30 aus
der Extruderdüse 32 ausgezogen
(verstreckt) unter Anwendung irgendeines Abkühlungs- bzw. Abschreckungsmediums,
und direkt auf die Aufwickelrolle 34 aufgewickelt, die
eine Umdrehungsgeschwindigkeit hat, die erforderlich ist, um den
gewünschten Faser-Durchmesser aufrechtzuerhalten.
Bei dem Fadenbildungsaufwicklungssystem 28 wird die Faser 30 erneut
aus der Extruderdüse 32 ausgezogen
(verstreckt) durch das Abschreckungsmedium. Zu diesem Zeitpunkt
wird die Faser 30 um mehrere Trägerrollen 36 in einer
Aufnahmeeinheit herumgeführt,
bevor sie auf die Aufwickelrolle 34 aufgewickelt wird.
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Bei
dem in der 2 erläuterten pneumatischen Auszieh-
bzw. Verstreckungsverfahren werden die miteinander zu mischenden
Materialien 38 in dem gewünschten Verhältnis trocken
miteinander vermischt. Diese Materialien 38 werden einem
Beschickungstrichter 40 mit variabler Zuführungsgeschwindigkeitskontrolle, die
bei etwa 2,5 × 10–3 kg/s
(20 lb/h) gehalten wird, zugeführt.
Ein in gleicher Richtung rotierender 27 mm-Doppelschneckenextruder
mit einem Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser von 40 : 1, der sich mit einer Geschwindigkeit von
200 UpM dreht, ist ein Beispiel für einen geeigneten Extruder 42,
der verwendet werden kann bei einem ebenen Temperaturprofil von
etwa 210 °C.
Zur Entfernung von flüchtigen
Gasen kann eine Entlüftungs-Öffnung 44 angewendet
werden.
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Nach
dem Compoundieren werden die in der Schmelze miteinander gemischten
Materialien 46 zu einer Platte 48 mit mehreren Öffnungen 50 transportiert,
durch welche die Fasern 52 ausgezogen (verstreckt) werden.
Die Platte 48 oder das "Spinn-Pack" und die umgebenden
Materialien werden bei den gewünschten Temperaturen
innerhalb des Bereiches zwischen etwa 210 und 250 °C gehalten.
Ein Beispiel für
ein geeignetes Spinn-Pack umfasst ein Spinn-Pack mit 310 Löchern in einer Dichte von 50
Löchern/(2,5
cm)2. Die Löcher haben zweckmäßig einen
Durchmesser von etwa 1,5 cm (0,6 inches) und ein Verhältnis von
Länge zu
Dicke von etwa 6 : 1. Die Fasern 52 können unter Verwendung eines
Hochgeschwindigkeits-Luftstroms bei Drucken in dem Bereich von 13,8
bis 138 kPa (2–20
psi) ausgezogen (verstreckt) werden unter Verwendung einer Faserverstreckungseinheit
(FDU) 54. Zwischen dem Spinn-Pack 48 und der FDU 54 kann
eine Länge
von etwa 1,2 m (48 inches) vorliegen. In den oberen Abschnitten
der Spinnlänge
können
Abschreckungsboxen 56 verwendet werden, um das Polymer
bei Geschwindigkeiten zwischen 0 und 84 m/min (0–280 ft/min) abzukühlen.
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Als
Ergebnis der Kombination eines Impakt-Modifizierungsmittels (Schlagmodifikators)
mit dem Polypropylen weisen die Textilfasern eine verbesserte Gewebeweichheit,
eine erhöhte
Festigkeit und/oder eine höhere
Dehnung beim Bruch bei identischen Durchsatzwerten auf, verglichen
mit Polypropylen-Homopolymer-Fasern, wie in dem nachstehenden Beispiel
angegeben.
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Beispiele
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Es
wurden stabilisierte Textilfasern aus Escorene 3155 Polypropylen
(erhältlich
von der Firma Exxon) hergestellt. Ein zweiter Satz von stabilisierten
Textilfasern wurde hergestellt aus 3 % Buna 2070 EPDM (erhältlich von
der Firma Bayer), gemischt mit 97 % Escorene 3155 Polypropylen.
Das EPDM und das Polypropylen wurden miteinander kombiniert und
ausgezogen (verstreckt) unter Anwendung des oben in Bezug auf die 1 beschriebenen
bevorzugten Verfahrens. Beide Faser-Sätze wurden erfolgreich ausgezogen
(verstreckt) zwischen 0,4 g/Loch/min und 0,6 g/Loch/min in dem Temperaturbereich
von 230 bis 250 °C,
obgleich keine Beschränkung
in Bezug auf den Durchsatz oder die Temperatur für die erfindungsgemäßen Fasern
diesbezüglich
besteht. Der in der Faserauszieheinheit angewendete Ausziehdruck
erlaubte das Ausziehen der Fasern bei Drucken bis zu und oberhalb
103 kPa (15 psi). Zu anderen Spezifika gehören die Verwendung eines 310 Loch-Packs
mit 128 Löchern/2,5
cm (1 inch) mit Loch-Durchmessern von 0,6 mm. Beide Faser-Sets wurden getestet
in Bezug auf die Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit), die Dehnung beim
Bruch und den Durchmesser bei variierenden Temperaturen, Ausziehdrucken und
Abschreckungsbedingungen. Die bei diesen Tests erhaltenen Daten
sind in der nachstehend Tabelle 1 angegeben.
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Tabelle
1: Polypropylen-Fasern vs. Polypropylen-Fasern, gemischt mit EPDM
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Wie
aus der Tabelle 1 ersichtlich, wiesen die EPDM/PP Verbundfasern
einen durchschnittlichen Anstieg der Festigkeit von 19 % und eine
Abnahme des Durchmessers von 6 % auf, festgestellt über den
gesamten Bereich der getesteten Variablen. Ein Vergleich zwischen
den einzelnen Behandlungen, bei dem 3 % Buna in Polypropylen verglichen
wurde mit einem Polypropylen-Homopolymer unter identischen Behandlungsbedingungen,
ergab einen Anstieg der Festigkeit von bis zu 63 %, einen Anstieg
der Dehnung beim Bruch von 32 % und eine Abnahme des Durchmessers
von 35 Wo. Außerdem
ist es möglich,
gleichzeitig alle drei Eigenschaften bei bestimmten Behandlungskombinationen
zu verbessern.
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Es
wurden weitere Textilfasern aus Escorene 3155 Polypropylen und Kombinationen
von Polypropylen mit Buna 2070 EPDM hergestellt und unter variierenden
Bedingungen getestet, wie in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
Die Tabelle 2 enthält
Vergleichsdaten, welche die Unterschiede zwischen den Polypropylen-Fasern
und den gemischten Fasern zeigen. Die Becherzerknüllungs-Belastungsdaten
und die Becherzerknüllungs-Energiedaten
wurden unter Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens
erhalten. Die Drapier-Daten wurden nach dem ASTM-Verfahren D1388
erhalten. Die Elmendorf-Zerreiß-Daten
wurden nach dem ASTM-Verfahren D1424-83 erhalten. Die Denier-Daten
wurden durch Messung des Faser-Durchmessers und Berechnung der Querschnittsfläche erhalten,
wobei dann unter Verwendung der Dichte der Faser die Masse in dem
Filament in g/8,2 km (grams/9000 yards) Filament errechnet wurde.
Die Trap-Zerreißdaten
wurden erhalten nach dem ASTM-Verfahren
D1117-14. Die Grab-Daten wurden erhalten nach dem ASTM-Verfahren D5034-90. Tabelle
2: Polypropylen-Fasern vs. Polypropylen-Fasern im Gemisch mit EPDM
- DW
= Durchschnittswert
- SA = Standardabweichung
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Jeder
der vier Typen von Textil-Fasern, wie sie in Tabelle 2 angegeben
sind, wurde auch getestet in Bezug auf die Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit)
nach dem ASTM-Verfahren D3822 sowohl in der Richtung quer zur Maschinenlaufrichtung
(CD) als auch in der Maschinenlaufrichtung (MD). Die Zugfestigkeit
an verschiedenen Dehnungspunkten in der CD-Richtung ist in der Tabelle
3 angegeben und die Zugfestigkeit an den gleichen Dehnungspunkten
in der MD-Richtung
ist in der Tabelle 4 angegeben.
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Tabelle
3: CD-Zugfestigkeit von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
als Funktion der Dehnung (lb/oz)
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Tabelle
4: MD Zugfestigkeit von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
als Funktion der Dehnung (lb/oz)
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Becherzerknüllungsenergiedaten, die
unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie es vorstehend angegeben
worden ist, erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten an EPDM und
verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 5 angegeben.
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Tabelle
5: Becherzerknüllungsenergiedaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den Daten, die in der Tabelle 2 angegeben sind, sind wertere Becherzerknüllungsbelastungsdaten,
die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben erhalten wurden
bei verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen
in der Tabelle 6 angegeben.
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Tabelle
6: Becherzerknüllungsbelastungsdaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Table 2 angegebenen Daten sind weitere Elmendorf-Zerreißdaten,
die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben angegeben erhalten
wurden mit verschiedenen Gehalten an EPDM und mit verschiedenen
Schmelztemperaturen in der Tabelle 7 (MD) und in der Tabelle 8 (CD)
angegeben.
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Tabelle
7: MD Elmendorf-Zerreißdaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Tabelle
8: CD Elmendorf-Zerreißdaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Trap-Zerreißdaten,
die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie vorstehend beschrieben
erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten von EPDM und verschiedenen
Schmelztemperaturen in der Tabelle 9 (CD) und in der Tabelle 10
(MD) angegeben.
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Tabelle
9: CD Trap-Zerreißdaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Tabelle
10: MD Trap-Zerreißdaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Grab-Belastungsdaten,
die erhalten wurden unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie
oben angegeben mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen
Schmelztemperaturen in der Tabelle 11 (CD) und in der Tabelle 12
(MD) angegeben.
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Tabelle
11: CD Grab-Belastungsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Tabelle
12: MD Grab-Belastungsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Grab-Dehnungsdaten, die
unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie vorstehend angegeben
erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen
Schmelztemperaturen in der Tabelle 13 (CD) und in der Tabelle 14
(MD) angegeben.
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Tabelle
13: CD Grab-Dehnungsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Tabelle
14: MD Grab-Dehnungsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Grab-Energiedaten, die
erhalten wurden unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben
angegeben mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen
in der Tabelle 15 (CD) und in der Tabelle 16 (MD) angegeben.
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Tabelle
15: CD Grab-Energiedaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Tabelle
16: MD Grab-Energiedaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Denier-Daten, die unter
Anwendung des gleichen Verfahrens erhalten wurden wie vorstehend
angegeben mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen
in der Tabelle 17 angegeben.
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Tabelle
17: Denier-Daten von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Die
Verarbeitbarkeit dieser speziellen Mischung ist verhältnismäßig gut,
bezogen auf andere früher
getestete Copolymer/Polypropylen-Mischungen, aufgrund des Mangels
an Schmelzelastizität
in den EPDM/PP-Fasern. Das Vorhandensein von Schmelzelastizität führt zu einem
Phänomen,
das allgemein als "Seil-
bzw. Strangbildung" bezeichnet
wird, bei der eine Faser bricht unterhalb des Packs und zu dem Pack zurückspringt,
wodurch zusätzliche
Fasern verfilzen. Das Fehlen der "Seilbildung" ermöglicht
es, diese EPDM/PP-Fasern in einer bereits vorhandenen Anlage zu
verarbeiten. Die EPDM/PP-Fasern ergeben einen Plastifizierungseffekt,
der das leichtere Gleiten der Polypropylen-Ketten ermöglicht. Das Ergebnis ist eine
besser ausgerichtete Struktur, welche die kinetische Antriebskraft
in Richtung auf eine Kettenverfilzung im molekula ren Bereich verhindert.
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Es
wurden zusätzliche
stabilisierte Textilfasern aus Escorene 3155-Polypropylen und aus
einer Kombination von KRATON® 2760, gemischt mit Escorene
3155-Polypropylen, hergestellt. Das KRATON® 2760
und Polypropylen wurden miteinander kombiniert unter Anwendung des
werter oben in Bezug auf die 1 beschriebenen
bevorzugten Verfahrens. Sowohl die Polypropylen-Fasern als auch
die gemischten Fasern wurden erfolgreich ausgezogen (verstreckt)
in einem Bereich von 0,4 bis 0,6 g/Loch/min in einem Temperaturbereich
von 230 bis 250 °C,
obgleich keine Beschränkung
besteht in Bezug auf den Durchsatz oder die Temperatur bei den erfindungsgemäßen Fasern.
Der in der Faserzieheinheit (Faserverstreckungseinheit) angewendete
Ausziehdruck erlaubte das Ausziehen (Verstrecken) der Fasern bei
Drucken bis zu und oberhalb 103 kPa (15 psi). Zu weiteren Spezifika
gehören
die Verwendung eines 310 Loch-Packs
mit 128 Löcher/2,5
cm (1 inch) mit einem Lochdurchmesser von 0.6 mm. Jede der Fasern
wurde getestet in Bezug auf die Zerreißfestigkeit (Zugfestigkeit),
die Spitrenbelastung, die Energie und die Dehnung unter Anwendung
der weiter oben genannten Verfahren. Die Zusammensetzungen der getesteten
Fasern sind in der Tabelle 18 angegeben. Die aus diesen Tests gewonnenen
Daten sind in der Tabelle 19 angegeben.
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Tabelle
18: Zusammensetzung der getesteten Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Tabelle
19: Polypropylen-Fasern vs. Polypropylen-Fasern im Gemisch mit KRATON
® 2760
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 19 angegebenen Daten sind in der Tabelle 20 die
Elmendorf-Zerreißfestigkeitsdaten
angegeben, die erhalten wurden bei Anwendung des gleichen Verfahrens,
wie es oben beschrieben worden ist, mit verschiedenen Gehalten an
KRATON® 2760
und verschiedenen Bindungstemperaturen.
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Tabelle
20: Elmendorf-Zerreißfestigkeitsdaten
von Polypropylen-Fasern und gemischten Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 19 angegebenen Daten sind in den folgenden Tabellen
21 (MD) und 22 (CD) Grab-Zugfestigkeitsdaten angegeben, die erhalten
wurden unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren mit
verschiedenen Gehalten an KRATON® 2760
und verschiedenen Bindungstemperaturen.
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Table
21: MD Grab-Zugfestigkeitsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Tabelle
22: CD Grab-Zugfestigkeitsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Zusätzlich zu
den in der Tabelle 19 angegebenen Daten sind in den nachfolgenden
Tabellen 23 (MD) und 24 (CD) Grab-Zugfestigkeitsdaten angegeben,
die erhalten wurden unter Anwendung des ASTM-Verfahrens D5034-95
mit verschiedenen Gehalten an KRATON® 2760
und verschiedenen Bindungstemperaturen.
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Tabelle
23: MD Grab-Zugfestigkeitsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Tabelle
24: CD Grab-Zugfestigkeitsdaten von Polypropylen-Fasern und gemischten
Polypropylen-Fasern
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Die
erfindungsgemäßen Textilfasern
können
wegwerfbaren absorptionsfähigen
Artikeln einverleibt werden. Zu Beispielen für derartige geeignete Artikel
gehören
Windeln, Trainingshosen, Frauenhygieneprodukte, Inkontinenzprodukte,
andere Körperpflege-
oder Gesundheitspflege-Kleidungsstücke, wie z.B. medizinische
Kleidungsstücke
oder dgl.
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Becherzerknüllungstestverfahren
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Der
Becherzerknüllungstest
wird angewendet zur Bestimmung der Weichheit eines Materials durch Anwendung
einer Spitzenbelastung und von Energieeinheiten einer Zugfestigkeit-Testvorrichtung
mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit. Je niedriger der Spitzenbelastungswert
ist, um so weicher ist das Material.
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Dieses
Testverfahren wurde in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt, in
der die Temperatur etwa 73 °F
betrug und der Gehalt an relativer Feuchtigkeit etwa 50 % betrug.
Es wurden Proben getestet unter Verwendung eines Sintech System
2-Computer-gestützten
Testsystems, erhältlich
von der Firma Sintech Corp., in Cary N. C., und eines Becherzerknüllungs-Prüfstandes,
erhältlich
von der Firma Kimberly-Clark Corporation, Quality Assurance Department,
in Neenah, Wisocinsin, der umfasste einen Modell 11-Fuß, einen
Modell 31-Stahlring,
eine Basisplatte, eine Modell 41-Becheranordnung und ein Eichset.
Der Stahlring wurde über
den Formgebungszylinder gelegt und eine 22,9 cm × 22,9 cm (9 inch × 9 inch)
große
Probe wurde über
dem Formgebungszylinder zentriert. Der Formgebungsbecher wurde über den
Formgebungszylinder geschoben, bis die Probe zwischen dem Formgebungszylinder
und dem Stahlring um den gesamten Stahlring herum zerquetscht (zerknüllt) wurde.
Der Formgebungsbecher wurde auf die Oberseite der Basisplatte der
Belastungszelle gestellt und an dem Rand der Basisplatte fest eingespannt.
Der Fuß wurde
mechanisch nach unten in den Formgebungsbecher hinein bewegt mit
einer Kreuzgeschwindigkeit, die auf 400 mm/min eingestellt war,
wodurch die Probe zerknüllt
wurde, während
die Spitzbenbelastung in Gramm und die Energie in Gramm × mm, die
erforderlich war, um die Probe zu zerknüllen, mittels der Zugfestigkeits-Testvorrichtung
mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit gemessen wurde.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass Details der oben genannten Ausführungsformen
nur der Erläuterung der
Erfindung dienen, keineswegs so zu verstehen sind, dass sie den
Schutzbereich dieser Erfindung einschränken. Obgleich nur einige wenige
beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung vorstehend im Detail beschrieben worden sind, ist
für den
Fachmann auf diesem Gebiet ohne werteres ersichtlich, dass viele
Modifikationen bei den beispielhaften Ausführungsformen möglich sind,
ohne dass dadurch der Bereich der neuen Lehren und der Vorteile
der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen verlassen wird. Alle
diese Modifikationen liegen daher innerhalb des Schutzbereiches
der vorliegenden Erfindung, die durch die folgenden Patentansprüche und
alle Äquivalente
davon definiert wird. Außerdem
ist klar, dass viele Ausführungsformen
so konzipiert sein können,
dass nicht alle Vorteile einiger Ausführungsformen, insbesondere
der bevorzugten Ausführungsformen,
erzielt werden, wobei das Fehlen eines speziellen Vorteils nicht
so zu verstehen ist, dass dies notwendigerweise bedeutet, dass eine
solche Ausführungsform
außerhalb
des Schutzbereiches des vorliegenden Erfindung liegt.