DE69631967T2

DE69631967T2 - Verfahren zur herstellung von permanent gekräuselten fasern

Info

Publication number: DE69631967T2
Application number: DE69631967T
Authority: DE
Inventors: Olivier Chaubet; Michel Cieslak; Jean-Pierre Prevost
Original assignee: Novalis Fibres
Current assignee: Novalis Fibres
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: US6180230B1; JPH11510223A; AU1100797A; CA2238894C; ATE262603T1; FR2742168A1; EP0865522B1; ES2214556T3; CA2238894A1; DE69631967D1; EP0865522A2; WO1997021858A3; FR2742168B1; WO1997021858A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Fasern mit permanenter Kräuselung durch dreidimensionale Texturierung.
Fasern aus Kunststoff werden in zahlreichen Anwendungen zur Herstellung von z. B. Faserfäden (bzw. Geweben), textilen Oberflächen oder Verkleidungen oder als Füllelemente verwendet. Im Fall der Herstellung von textilen Oberflächen des Velourtyps wie z. B. im Fall von Oberflächen einer Verkleidung, z. B. Teppiche, Wandverkleidungen, usw. werden die Fasern auf einer Trägeroberfläche, die ein textiles Flächengebilde, ein Strickgewebe oder ein Nonwoven sein kann, einer Oberfläche von synthetischem oder natürlichem Material, das durch Füllstoffe verstärkt ist oder nicht, angeordnet und gehalten.
Die Fasern können auch zur Herstellung einer Vliesoberfläche (bzw. -oberseite) bzw. einer Nonwovenoberfläche oder einer Filzoberfläche verwendet werden, die zahlreiche Anwendungen wie z. B. Filtration, Solstabilisierung, scheuernde Oberfläche, Füllschichten oder Isolierungsschichten, Einlagefutterstoff, Zwischenfutterstoff, Verstärkungsleinen, haben.
In diesen verschiedenen Anwendungen sind die verwendeten Fasern im allgemeinen gekräuselte Fasern. Die derzeitigen Verfahren zur Herstellung der Fasern bestehen darin, durch Spinnen im geschmolzenen Medium Bänder (meches), die eine große Zahl an Filamenten parallel angeordnet haben, herzustellen. Dieses Band wird entweder in Töpfen wiederaufbereitet oder auf eine Spule aufgerollt und in eine Verstreckungs-/Kräuselungs-Einrichtung eingespeist.
Die Verstreckung wird im allgemeinen an einer Verstreckungsbank mit Walzen durchgeführt, während die Kräuselung durch Aufladung des Bandes auf eine Oberfläche, die in einer erwärmten Einfassung gehalten wird, erreicht wird. Das Band häuft sich auf dieser Oberfläche und bildet Falten. Die Verformung der Filamente wird durch die Temperatur der Einfassung fixiert. Das Band wird dann in eine Schneidemaschine eingespeist, um in Fasern gewünschter Länge zugeschnitten zu werden.
Die so erhaltenen Fasern weisen eine geringe Voluminosität auf, denn die Kräuselung ist eher in einer Ebene realisiert; die Faser kann als Zick-Zack-Linie beschrieben werden.
Außerdem erfordert dieses Kräuselungsverfahren langsame Geschwindigkeiten und kann somit nicht direkt in einer Linie mit dem Spinnen, d. h. nicht ohne Lagerung und Wiederaufnahme des Bandes zwischen der Stufe des Verspinnens und der Stufe der Kräuselung, insbesondere bei den Fasern oder Filamenten hoher Feinheit, durchgeführt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, diese Nachteile zu lindern, indem ein integriertes Verfahren vorgeschlagen wird, das keine Lagerungsstufe und Wiederaufnahme des Bandes zwischen der Stufe des Spinnens und der Stufe des Trennens des Kabels aufweist, wobei eine dreidimensionale Kräuselung angewendet wird, die es ermöglicht, Fasern mit voluminösen Aussehen zu erhalten, und die insbesondere einen erhöhten Kräuselungsgrad selbst unter Spannung aufrechterhalten.
So weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Fasern einen Kräuselungsgrad von über 30% unter einer Spannung von 100 mg, von über 25% unter einer Spannung von 200 mg und noch bevorzugter einen Kräuselungsgrad von über 20% unter einer Spannung von 400 mg auf.
Fasern der gleichen Feinheit aber mit Kräuselungen, die nur in der Ebene enthalten sind, weisen zum Vergleich einen Kräuselungsgrad von unter 30% bei einer Spannung von 100 mg auf.
Der Kräuselungsgrad wird durch Messen der Länge (L_d) einer entkräuselten und glatt hingelegten Faser und der Länge (L_f) der gekräuselten Faser, auf die eine bestimmte Spannung angewendet wird, bestimmt. Der Kräuselungsgrad (T_f) wird durch die folgende Formel errechnet:
Diese Kräuselung wird durch eine dreidimensionale Texturierung der Filamente erreicht. Diese Texturierung wird durch pneumatische Anhäufung des Multifilamentbandes durchgeführt, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die Kunststoffe, die die Fasern bilden, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden, sind vorzugsweise ein Polymer des Polyamid- oder Copolyamid-Typs.
Als Beispiele für Polyamide oder Copolyamide, die für die Erfindung zweckdienlich sind, kann man Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, die Copolymere dieser zwei Polyamide oder ihre Gemische nennen. Diese Polyamide können auch andere Repetiereinheiten umfassen, wie z. B. aromatische Sulfonateinheiten wie die Repetiereinheit, die sich von 5-Sulfoisophthalsäure oder einem Analogon ableitet, oder Einheiten, die sich von anderen Dicarbonsäuren ableiten, wie z. B. von den Iso- oder Terephthalsäuren, oder Diaminen.
Die Polyamide können auch mit verschiedenen Additiven wie Pigmenten, Mattierungsmitteln, Wärme- oder Licht-Stabilisierungsmitteln, Wärmeschutzmitteln, antimikrobiellen Mitteln, schmutzabweisenden Mitteln oder Analoga verwendet werden. Diese Liste erhebt keinen Anspruch auf erschöpfende Aufstellung.
Als bevorzugtes Polyamid kann man Polyhexamethylen-Adipamid und die Copolyamide oder ein Gemisch, das hauptsächlich Polyhexamethylen-Adipamid-Einheiten enthält, nennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, in einer oder mehreren Spinndüsen einer Zusammensetzung aus Kunststoff bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur der Zusammensetzung derart zu spinnen, dass man eine bestimmte Zahl von Filamenten erhält.
Diese Filamente werden dann durch ein Kühlfluid gekühlt, um ihre Temperatur auf einen Wert unter die oder in die Nähe der Tg des Polymers abzusenken. Die Filamente werden dann an einem Punkt zusammengeführt, dem sogenannten Konvergenzpunkt, um ein Band zu formen. Man nennt ein Band (mèche) eine Anordnung paralleler Filamente untereinander.
Das Band wird gegebenenfalls einem Verstrecken unterworfen, dann in eine Stufe der dreidimensionalen Texturierung mit pneumatischer Anhäufung eingespeist. Diese Kräuselung wird in der Stufe der Texturierung fixiert. Das so gekräuselte Band wird in eine Schneidevorrichtung eingespeist, um in Fasern gewünschter Länge geschnitten zu werden. Vorteilhafterweise können mehrere texturierte Bänder zusammengeführt und gemeinsam in die Schneidvorrichtung eingespeist werden.
Diese Stufen werden ohne Lagerung sowie ohne Wiederaufnahme des Bandes dazwischen durchgeführt. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren ein kontinuierliches und integriertes Verfahren, das die Stufe des Spinnens, Verstreckens, Kräuselns, Fixierens und Schneidens von Filamentbändern in einer Linie umfasst.
Für die Filamente kann die Geschwindigkeit des Spinnens zwischen 500 m/min und 2.500 m/min variieren.
Die Temperatur des Spinnens liegt zwischen 250°C und 300°C. Die Filamente, die die Spinndüse verlassen, werden durch ein Fluid gekühlt, das vorteilhafterweise Wasser oder Luft ist.
Für Filamente mit einer Feinheit von über 50 dtex und vorzugsweise über 70 dtex ist das Kühlfluid vorzugsweise Wasser.
Die Filamente werden nach der Vereinigung in Form eines Bandes gegebenenfalls einem Verstrecken unterworfen, wobei der Verstreckungsgrad vorteilhafterweise zwischen 1 und 5, vorzugsweise zwischen 2 und 4 liegt.
Dieses Verstrecken wird im allgemeinen zwischen zwei oder mehreren Walzwerkrollgängen, die erwärmt sind oder nicht, durchgeführt. Es kann in der Kälte oder bei einer Temperatur, die 120°C erreichen kann, durchgeführt werden.
Die verstreckten Filamente werden in eine Kräuselungsstufe oder eine Texturierungsstufe nach dem Prinzip der pneumatischen Anhäufung, die insbesondere im französischen Patent Nr. 2 041 654 beschrieben ist, eingespeist. Dabei werden die Filamente durch ein Fluid, das vorzugsweise auf eine Temperatur über 100°C erwärmt ist, in eine Düse gezogen, die Filamente werden durch eine Zugwalze am Ausgang der Düse mit einer geringeren Geschwindigkeit als ein Eintrittsgeschwindigkeit der Filamente in die Düse wieder aufgenommen. Die Filamente häufen sich in der Düse unter Bildung von Falten, wobei das Einzugsfluid seitlich durch Öffnungen, die in der Seitenwand der Düse angeordnet sind, ausfließt.
Das gekräuselte Band wird entwickelt, dann in eine Schneidevorrichtung eingespeist, um Fasern bestimmter Länge zu produzieren, die vorteilhafterweise eine Länge zwischen 25 und 200 mm haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Filamente, dann Fasern, die dreidimensionale Kräuselungen aufweisen, aber mit einer minimalen Vermischung zwischen den Filamenten zu erhalten. So sind die Fasern am Ausgang der Schneidevorrichtung leicht in einzelne zu trennen und kompatibel, um insbesondere zur Herstellung von Nonwoven- und Fasergewebe oder z. B. in Beflockungsverfahren verwendet zu werden.
Andere Anwendungen dieser Fasern, insbesondere für Fasern mit höherer Feinheit, z. B. über 70 dtex, sind die Verwirklichung einer Nonwoven-Oberfläche zur Herstellung von Scheuerkissen.
Weitere Vorzüge und Details der Erfindung werden in Anbetracht der nachfolgenden Beispiele, die zur Erläuterung und ohne begrenzenden Effekt aufgeführt werden, deutlich.
In einer Spinndüse, die 272 runde Löcher mit einem Durchmesser von 0,34 mm enthält, extrudiert man ein Polyamid PA 66 mit einem Polymerausstoß in der Spinndüse von 380 g/min. Die Filamente werden durch Durchführen durch ein kaltes Wasserbad gekühlt und durch eine Ausgangswalze mit einer Geschwindigkeit von 286 m/min aufgenommen. Sie werden dann durch eine Streckerwalze mit einer Geschwindigkeit von 720 m/min gezogen. Der Streckgrad der Filamente ist 2,85.
Die Filamente, die in Form eines Bandes aus 272 Filamenten zusammengefügt sind, werden einer Texturierung nach dem Patent 2 041 654 unterworfen. Der Fluidakkumulator, der aus einem Luft/Dampf-Gemisch besteht, hat eine Temperatur von 170°C.
Die Feinheit des Bandes ist 5.860 dtex.
Das Band wird in eine Schneidevorrichtung, die vier Schneidemesser enthält, eingespeist, um Fasern mit einer Länge von 155 mm herzustellen.
Die so hergestellten Fasern werden analysiert, um ihre mechanischen Eigenschaften zu bestimmen.
– Fasern:

Feinheit: 21,6 dtex
Zähigkeit: 23,5 cN/tex
% Reißdehnung: 87%
Youngscher Modul: 84 cN/tex

Es wurde ein weiterer Versuch mit demselben Polymer und nach derselben Arbeitsweise, aber mit einer Spinndüse mit 32 Kapillaren mit runder Form durchgeführt, um nach dem Strecken eine Filamentfeinheit von etwa 200 dtex zu erhalten. Der Polymerausstoß der Kapillaren ist 310 g/min. Der angewendete Streckgrad ist 3, die Geschwindigkeit ist 583 m/min. Die Fasern werden auf eine Länge von 60 mm geschnitten.
Die Fasern haben die folgenden Eigenschaften:

– Feinheit des Fadens: 197,5 dtex
– Zähigkeit: 23 cN/tex
- % Reißdehnung: 60%
- Schrumpfung, siedendes Wasser: 2,7%

Nach einem Verfahren, das identisch mit dem in den zwei ersten Versuchen angewendeten ist, wurden Fasern aus PA66 mit einer Feinheit von 110 dtex hergestellt. Die verwendete Spinndüse umfasst 56 Kapillaren. Der Polymerausstoß in den Kapillaren ist 420 g/min. Der Streckgrad ist 2,9 und die Streckgeschwindigkeit ist 770 m/min.
Die Fasern mit einer Länge von 52 mm weisen die folgenden Charakteristika auf:
Feinheit: 109 dtex
Zähigkeit: 25 cN/tex
% Reißdehnung: 52%
Schrumpfung, siedendes Wasser: 3,5%.
Der Kräuselungsgrad ist unter einer Spannung von 200 mg 24%. Eine Teppichoberseite wurde mit einem Fasergarn, erhalten durch Spinnen der Fasern von Beispiel 1 (Feinheit etwa 22 dtex) hergestellt. Das nach den üblichen Techniken des Spinnens hergestellte Fasergarn hat eine Feinheit von 200 tex und wird in Form von Spulen gelagert.
Die Teppichoberseite wird nach dem TUFT-Verfahren hergestellt, indem als Rücken oder Träger eine Nonwoven-Oberseite verwendet wurde, die unter der Handelsmarke COLBACK^® von der Gesellschaft AKZO im Handel ist. Es wurden zwei Teppichoberseiten (A und B) mit einem Webstuhl erhalten, der eine Einstellung 1/10° aufwies; die Zahl der Punkte ist 62/dm für die Oberfläche A und 48/dm für die Oberfläche B. Die Höhe des Flors ist für beide Oberflächen nach dem Nachschneiden 6 mm.
Die Oberfläche A hat eine Dichte von 700 g/m², die der Oberfläche B ist 540 g/m².
Die Gebrauchseigenschaften dieser Oberflächen werden durch die Tests, die VETTERMAN genannt werden (Referenz ISO TR 10361 vom 15.11.1990) und dem Versuch mit Kugelrollen oder einem fahrbaren Stuhl (Referenz ISO TR 4918 vom 15.10.1990) bestimmt.
Der VETTERMAN-Test besteht darin, Proben von Oberflächen-Teppich auf eine Innenseite einer Trommel anzuordnen, die eine runde Stahlkugel enthält, welche an ihrer Oberfläche Kautschukstöpsel hat. Die Trommel wird in Rotation gesetzt, was die Bewegung der Stahlkugel hervorruft, die mit der Oberfläche der Proben in Kontakt kommt. Nach 22.000 Zyklen der Trommel wird das Oberflächenaussehen der Proben nach der Norm ISO/TR 9405 beurteilt. Die Oberfläche A hat eine Bewertung von 3,7, während die Oberfläche B eine Bewertung von 3,5 hat. Der Versuch mit dem Gerät mit Kugelrollen oder mit fahrbaren Stühlen besteht darin, eine oder mehrere Kugel(n) mit einer Beladung von 90 kg auf der Oberfläche eines Prüfteppichs zu bewegen. Das Oberflächenaussehen der Proben und ihr Dickeverlust werden nach den Normen ISO TR 4918 und ISO TR 9405 bestimmt. Die erhaltenen Resultate sind in der Tabelle unten angegeben:
Diese Resultate sind denen überlegen, die für einen Teppich erhalten werden, der nach derselben Technik hergestellt wurde, bei dem allerdings ein Fasergarn verwendet wurde, das mit dem durch mechanische Anhäufung gekräuselten Fasern gesponnen worden war.
Versuche zur Herstellung von Teppichen gemäß der Technik der genadelten Oberflächen zeigen ebenfalls die gute Eignung der erfindungsgemäßen Fasern für diese Anwendung.
Dies gilt auch für die Herstellung von Scheuerkissen.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Fasern mit permanenter Kräuselung, umfassend die aufeinanderfolgenden Stufen: – Spinnen einer Kunststoffzusammensetzung bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur der Zusammensetzung; – Kühlen der erhaltenen Filamente durch ein Kühlfluid; – Kombinieren der Filamente unter Bildung eines Bandes; – gegebenenfalls Verstrecken der Filamente; dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Stufen auf die vorstehenden Stufen folgen: – Unterwerfen der Filamente in Bandform einer dreidimensionalen Texturierung durch pneumatische Anhäufung des Bandes in einer Düse; – Fixieren der Texturierung durch eine thermische Behandlung; – Einspeisen des Bandes in eine Schneidevorrichtung zum Schneiden der Filamente in Fasern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid zur Durchführung der pneumatischen Anhäufung Luft, Wasserdampf oder ein Luft/Dampf-Gemisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Fluids der pneumatischen Anhäufung über 100°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid der Filamente unter den Spinndüsen Luft oder Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid der Filamente Wasser ist und das Fluid der pneumatischen Anhäufung ein Luft/Dampf-Gemisch ist.