DK152139B

DK152139B - Splitfiberprodukt af to syntetiske polymerkomponenter, anvendelse deraf og fremgangsmaade til fremstilling deraf

Info

Publication number: DK152139B
Application number: DK522177AA
Authority: DK
Inventors: Jan De Kroon
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1976-11-26
Filing date: 1977-11-24
Publication date: 1988-02-01
Also published as: NO773981L; IE45838L; AU516866B2; NO149342B; ZA776784B; DE2752838C2; BE861136A; PT67283B; IE45838B1; IN147754B; IT1143781B; DE2752838A1; NL182497C; NL7613193A; AU3093277A; FR2372253A1; SE7713342L; JPS6125804B2; HK5481A; NL182497B

Description

DK 152139 B

Den foreliggende opfindelse angår et splitfiberprodukt af to syntetiske polymerkomponenter, hvoraf den ene er en matrix af polypropylen og udgør over 50 vægt%, mens den anden er fordelt som en selvstændig fase i polypropylenet.

5 Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af et sådant produkt og dets anvendelse.

Et sammensat produkt, men ikke splitfiberprodukt, af lignende type kan anses for mere eller mindre kendt fra GB patentskrift 1 054 303 og US patentskrift 3 419 638. Det har 10 ofte været praksis at man fremstillede et sådant sammensat produkt ud fra forskellige polymerer, den ene fordelt i den anden, med det formål at forbedre polypropylenets farvbarhed.

På basis af forsøg har det vist sig at brudstyrken af et sådant sammensat produkt af to polymerer såsom polypropylen 15 og polyætylentereftalat, der er uopløselige i hinanden eller i det mindst dårligt forenelige, var udtalt lavere end man på basis af en lineær relation ville vente ud fra mængdeforholdet mellem vægtprocenterne de to komponenter.

Det her omhandlede splitfiberprodukt, der er en selv-20 stændig handelsartikel, skal ifølge opfindelsen især anvendes til fremstilling af reb og tovværk. Opfindelsen vil derfor i det følgende navnlig blive forklaret i relation hertil.

Vegetabilske fibre til fremstilling af reb og tovværk er i nutiden i høj grad erstattet af fibre og filamenter af 25 syntetiske polymerer, og langt de vigtigste arter heraf er polypropylen og nylon. Tovværk af nylon er ret tungt, har god styrke (trækbrudstyrke) også i våd tilstand, selv om vådstyrken er ca. 10% lavere end styrken i tør tilstand, men har den ulempe at de er følsomme for lyspåvirkning. Der bruges 30 derfor i udstrakt grad tovværk af polypropylen selv om dets styrke er betydelig lavere end styrken af tilsvarende produkter af nylon; polypropylenreb har samme styrke i våd og tør tilstand og absorberer ikke vand.

2

DK 152139B

En ulempe ved tovværk af polypropylen er et forholdsvis lavt smeltepunkt, der kan medføre risiko for nedsat slidfast-hed og overfladesmeltning (og dermed nedsat styrke) under indvirkning af friktionsvarme når et tov eller reb løber over 5 taljer, rælinger eller andre stillestående flader.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe et fiberprodukt der kan bruges til fremstilling af reb og tovværk som ikke udviser de nævnte ulemper, som har højere vådstyrke, lavere vægt end tovværk af nylon og ikke disses lysfølsomhed, 10 men som på den anden side i sammenligning med reb og tovværk af polypropylen foruden at have større styrke end disse har forbedret slidfasthed og forhøjet smeltepunkt.

En nærliggende mulighed for opfyldelse af dette formål ville være at kombinere polypropylen med en anden, stærk poly-15 mer, og særligt ville forskellige polyestere, specielt poly-ætylentereftalat, være en nærliggende mulighed. Imidlertid er som nævnt ovenfor disse komponenter dårligt forenelige, og man måtte vente vanskeligheder ved at kombinere dem. Det skal i den forbindelse nævnes at det fra DE offentliggørelses- 20 skrift nr. 19 13 185 er kendt at fremstille fx forholdsvis tykke folier, plader, slanger, tråde og stænger af en matrix af polypropylen med endeløse fibriller af fx polyester fordelt deri. Heraf kan man fremstille fiberprodukter, navnlig garner, ved at fjerne matrixen fra fibrillerne ved hjælp af et opløs-25 ningsmiddel.

Det har imidlertid nu overraskende vist sig at man også kan fremstille et fiberprodukt af en kombination af polypropylen som matrix med polyester fordelt deri som en selvstændig fase uden at fjerne matrixen, og at dette produkt 30 tilfredsstiller det ovenfor angivne formål når det ifølge opfindelsen er udformet som angivet i den kendetegnende del af krav 1.

Det har vist sig at produktet har god kohæsion. Smeltepunktet er væsentlig højere end smeltepunktet af rent poly-35 propylen, og det medfører nedsat risiko for skadelig virkning af friktionsvarme. Det har desuden vist sig at reb af et split-fiberprodukt ifølge opfindelsen ved at løbe over taljer og

DK 152139 B

3 lignende indretning udvikler en håret eller uldagtig overflade, der giver beskyttelse mod både friktionsvarme, hvorved virkningen af det forhøjede smeltepunkt forstærkes, og slid. Vægtforøgelsen i forhold til polypropylenfibre er lille.

5 Det er endnu ikke forklaret, men ganske uventet har det vist sig at det sammensatte produkt ifølge opfindelsen derfor har en fasthed som er betydelig højere end man på basis af en lineær relation ville kunne vente ud fra mængdeforholdene mellem vægtprocenterne af komponenterne.

10 Den angivne relation mellem trækbrudstyrken af split- fiberproduktet og den af rene polypropylenfibre fremstillet på samme måde betyder at den ønskede forbedrede styrke i forhold til nylontovværk opnås.

Som eksempel på de egenskabsforbedringer der opnås 15 hos reb fremstillet af splitfiberproduktet ifølge opfindelsen i sammenligning med reb fremstillet af polypropylen og af nylon henvises til nedenstående tabel. Rebet ifølge opfindelsen bestod af 80% polypropylen og 20% polyætylentereftalat.

Alle rebene var kabelslåede med tre kordeler. I tabellen er 20 angivet diameter i mm, tilnærmelsesvis vægt pr. 219,5 m (120 fathom, en standardlængde) og vådstyrken udtrykt som belastningen i kp ved brud. Forlængelsen ved brud af rebene af splitfiberproduktet ifølge opfindelsen er ca. 16%.

25 Diam., ifølge opfindelsen nylon polypropylen mm vægt, trækbrud- vægt, trækbrud- vægt, trækbrud- kg styrke, kp kg styrke, kp kg styrke, kp 4 2,0 340 2,3 290 1,8 250 8 7,2 1400 9,2 1250 6,6 960 30 12 16,0 3100 20,6 2800 14,5 2030 16 28,0 5500 36,5 4900 25,5 3500 20 43,5 8500 57,0 7700 39,5 5770 24 63,0 12600 82,0 11100 57,0 7600 28 86,0 16100 112,0 14300 78,0 10100 32 111,0 20500 146,0 18000 101,0 12800 36 142,0 24000 184,0 22400 129,0 16100 40 174,0 28800 228,0 27000 158,0 19400 4

DK 152139 B

Særlig gunstige resultater opnås hvis ifølge opfindelsen et stort antal af polyesterfibrilleme har en længde på mindst 0,100 mm, fortrinsvis 0,200-5 mm, og en tykkelse på 0,001-0,005 mm. Polyesteren består ifølge opfindelsen med fordel 5 af polyætylentereftalat, eller ifølge opfindelsen af polybu-tylentereftalat, eller ifølge opfindelsen af polyhexametylen-tereftalat. Som eksempler på strukturenheder afledet af andre dikarboxylsyrer end tereftalsyrer, som kan bruges ved fremstilling af de polyestere der skal bruges til dannelse af 2.0 det omhandlede splitfiberprodukt kan nævnes strukturenheder afledet af isoftalsyre, difenyl-p,p'-dikarboxylsyre eller naftalendikarboxylsyre. Som eksempler på alternative glykoler kan nævnes propylenglykol, dekametylenglykol, neopentylglykol og 1,4-dimetanolcyklohexan.

15 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling af splitfiberproduktet er af den i krav 7's indledning angivne art og ejendommelig ved det i krav 7's kendetegnende del angivne. Ifølge opfindelsen er strækningsforholdet i første trin med fordel ikke over 4 (hensigtsmæssigt mindst 1,10) 20 og det samlede strækningsforhold ikke over 14. En foretruk-ken udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er karakteriseret ved at de to trin af strækningsoperationen udføres ved forhøjet temperatur, fortrinsvis i en varmluft-zone, idet temperaturen i andet strækningstrin er højere end 25 i det første strækningstrin. Løbehastigheden af det langstrakt formede produkt ved begyndelsen af det første strækningstrin kan med fordel være 5 til 20 meter pr. minut og ved slutningen af det andet strækningstrin omkring 50 til 200 meter pr. minut.

30 Ekstruderingen af det sammensatte produkt udføres ved at man fører polymerblandingen gennem en skruestrengpresse som ved sin afgangsende er forsynet med en blander af stifttypen, og det er vigtigt at polymerblandingen efter at den er udgået fra skrue-strengpressen føres gennem en blander af 35 typen uden bevægelige dele, hvor polymerstrømmen opdeles gentagne gange, navnlig todeles gentagne gange til en mangelagsstrøm. Denne extruderes gennem en spalteformet dyse, og med

DK 152139 B

5 fordel afkøles det ekstruderede produkt ved hjælp af luft eller ved at det føres gennem et kølebad eller afsættes på en kølerulle ved hjælp af hvilken det tvinges i kontakt ved hjælp af en luftstrøm under overatmosfærisk tryk.

5 Splitfiberproduktet og fremgangsmåden ifølge opfindel sen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen. På denne viser fig. 1 en skematisk gengivelse af et apparat til fremstilling af splitfiberproduktet ifølge opfindelsen og 10 fig. 2 et diagram visende blandingsforhold og træk- brudstyrke.

Fra en granulattørrer 1 fødes korn fremstillet ud fra polyester såsom polyætylentereftalat til en tilførselstank 2. I en anden tilførselstank 3 fremstilles der korn af polyaddi-15 tionspolymeren polypropylen. Fra tankene 2 og 3 fødes kornene til en blandetragt 4 i det ønskede vægtforhold, og herfra fødes de til en skrue-strengpresse 5. Strengpressen er af den type der er beskrevet i tysk patentskrift 20 30 756 og en blander af stifttypen er anbragt ved afgangsenden af skrue-strengpressen 5. Ved afgangs-20 enden af blanderen af stifttype kan der eventuelt være anbragt en sigtepakke som i hovedsagen består af et antal sigter med forskellige maskevidder. Efter sigtepakken og efter skruestrengpressen 5, regnet i strømningsretningen, er der en blander 6 af typen uden bevægelige dele og som beskrevet i US-PS 3 051 453. I denne blander 25 6 homogeniseres de to polymerkomponenter polypropylen og polyætylen tereftalat, der er uopløselige i hinanden eller i det mindste dårligt forenelige, påny og fordeles mellem hinanden som resultat af at polymerstrømmen deles i en mangelagsstrøm. Multifluksblanderen 6 kan fx være opbygget af 16 ledeorganer. Efter blanderen eller fordeleren 6, 3q regnet i strømningsretning, er der en stålform 7 til flade ark, og ud af dens ekstrusionsspalte tvinges der et polymerbånd 8 med en bredde på 50 mm. Båndet 8 afkøles på en kølerulle 9. Båndet 8 tvinges i kontakt med kølerullen ved hjælp af en luftstrøm fra en luftkniv 10. Efter passage over en hærdningsrulle 11 og nogle få 35 lederuller 12 og 13, går båndet 8 ind i en første gruppe ruller 14. Båndet 8 passerer derefter gennem en varmluftkasse 15, en anden gruppe ruller 16, en anden varmluftkasse 17 og en tredie, drevet gruppe ruller 18. Varmluftkassen 15 danner den første 6

DK 152139B

strækkezone eller det første strækningstrin, og varmluftkassen 17 danner den anden strækkezone eller andet strækningstrin. Hastighedsforskellen mellem rullegrupperne 14 og 16 gør det muligt at indstille det ønskede strækningsforhold i første strækningstrin. Hastig-5 hedsforskellen mellem rullegrupperne 16 og 18 gør det muligt at indstille det ønskede strækningsforhold i andet strækningstrin. Det samlede strækningsforhold for båndet 8 bestemmes af hastighedsforskellen mellem rullegrupperne 18 og 14. Derefter føres det strakte produkt over en stiftrulle 19 af i og for sig kendt type, og 10 som følge heraf omdannes det strakte bånd til splitfibre. Til slut passerer det dannede splitfiberprodukt over rullegrupper 20 og 21 og opvikles til en pakke 22.

Opfindelsen skal i det følgende yderligere forklares ved nogle forsøg, hvis resultater er anført i de følgende tabeller.

15 I samtlige forsøg havde polypropylenkomponenten en viskositet på 3,5 g/10 minutter, målt ifølge ISO-R 1133; og polyætylenterefta-latkomponenten en viskositet på 1,95 (dimensionsløs), målt ifølge S AI-EC 2,23-80/3.

20

Tabel I

Materiale: 75 vægt% polypropylen og 25 vægt% polyætylentereftalat; strækning: i to trin; produkt: splitfibre:

Forsøg φ gam- Y-trækbrud- X-trækbrud- Y

nr. *1 rot ± ^2 numre styrke cN/tex; styrke, 100% X

25 i tex prøvemateria- polypropylen le ifølge op- cN/tex; sam- _ __findelsen__menlign.__.

1 1,95 12,0 125 140 133 69,5 56,5 1,23 2 2,5 12,0 125 140 128 74 57 1,30 30 hvor: S1 = strækningsforhold i første strækningstrin g tot= samlet strækningsforhold Τχ = lufttemperatur i °C i den første strækkezone 35 T2 = lufttemperatur i °C i anden strækkezone 1 følgende tabel 11 har S-^, St T^ og T2 de samme betydninger .

DK 152139B

7

Tabel II

Materiale: 80 vægt % polypropylen og 20 vægtprocent polyætylenteref-talat; strækning: i to trin; slutprodukt: splitfibre.

5 __________—----

Forsøg φ gam- Y-trækbrud- X-trækbrud- fal “tot 1l 12 numre styrke cN/tex styrke, 100%

nr* i tex prøvemate- polypropylen Y

riale ifølge cN/tex X

opfindelsen (sml.) 10 1 2,0 10,0 105 140 122 70 52 1,35 2 2,5 10,0 105 140 122 64,2 53 1,21 3 1,6610,0 105 140 122 71 51,7 1,37 4 1,7711,0 105 140 116 76,4 54,4 1,40 5 2,0 11,0 105 140 116 76 53 1,43 15 6 2,5 11,0 105 140 116 70,5 54,9 1,28 7 1,8711,5 105 140 108 74,5__56,7 _1/31 1

De forsøgsresultater der er anført i tabel I og II opnås for sammensatte produkter ifølge opfindelsen som var formet til 20 splitfibre ved hjælp af et apparat af den type der er vist i fig.

1.

Trækbrudstyrkerne Y og X bestemtes i overensstemmelse med DIN 53816 på en Instron-tester ved en strækhastighed på 100% pr.

minut.

25

I brudstyrkeprøverne var den fri længde mellem griberne 250 mm og prøvematerialet fik en snoning på 80 omdrejninger pr. meter. Til andre garnbestemmelser må der vælges en sædvanlig snoning som har samme værdi til bestemmelse af trækbrudstyrkerne Y

og X. Som nævnt foran bestemtes trækbrudstyrken X ud på en prak-30 tisk talt 100%s polypropylensplitfiber. Denne rene polypropylen-splitfiber fremstilledes på samme måde som det sammensatte produkt ifølge opfindelsen.

På de 100%s polypropylen-splitfibre er smelteindeksen 3, hvorved menes smelteindeksen bestemt i overensstemmelse med Britisk 35

Standard 2782 : 105 C.

Både splitfiberproduktet ifølge opfindelsen og kontrolproduktet af rent polypropylen fremstilledes ud fra polypropylen i 8

DK 152139 B

form af korn af den type der sædvanligt bruges til ekstrude-ring (strengpresningskvalitet).

I figur 2 er vægtprocenterne afsat henad abscissen på en sådan måde at punktet længst til venstre repræsenterer 5 100 vægt% polypropylen og 0 vægt% af polyesterkomponenten, polyætylentereftalat. Punktet længst til højre på den vandrette akse repræsenterer 0 vægt% polypropylen og 100 vægt% af polyesterkomponenten, polyætylentereftalat. Trækbrudstyrken i cN/tex er afsat ad ordinaten, idet X betegner trækbrudstyr-10 ken i cN/tex for et produkt som er praktisk talt 100 vægt% polypropylen. Da splitfiberproduktet ifølge opfindelsen har en trækbrudstyrke Y som er højere end værdien Y = 1,20X og indeholder 75-85% polypropylen, er trækbrudstyrken Y af split-fiberproduktet ifølge opfindelsen beliggende mellem de lod-15 rette linier for 75 og 85% og over den vandrette linie Y = 1,20X, som er afsat i figur 2.

Et særligt gunstigt splitfiberprodukt ifølge opfindelsen indeholder 80 vægt% polypropylen og 20 vægt% polyætylen-tereftalat. Trækbrudstyrken Y af dette viser sig at være ca.

20 40% højere end trækbrudstyrken af den af praktisk talt 100% polypropylen bestående splitfiber. I figur 2 kan styrken af det sammensatte produkt findes på den lodrette linie for 80 vægt% polypropylen og med længden Y=1,40X.

25 30 35

Claims

1. Splitfiberprodukt af to syntetiske polymerkomponenter hvoraf den ene er en matrix af polypropylen og udgør 5 mere end 50 vægt% af produktet, mens den anden er fordelt som en selvstændig fase i polypropylenet, kendetegnet ved at produktet er uniaksialt orienteret og, regnet på dets samlede vægt, indeholder 75-85% polypropylen og 25-15%, fortrinsvis ca. 20% af en eller flere polyestere der delvis 10 er til stede i form af fibriller og har smeltepunkt mindst 15°C højere end smeltepunktet af polypropylenet i produktet, og ved at orienteringsgraden og den del af polyesterkomponenten, der foreligger som fibriller, er således at det uniaksialt strakte splitfiberprodukts trækbrudstyrke Y er mellem 15 1,2X og 1,6X, hvor X er større end eller lig med 45 cN/tex og er trækbrudstyrken af et tilsvarende splitfiberprodukt bestående af praktisk taget 100% polypropylen med en smelte-index på 3 og fremstillet på samme måde som bikomponent-split-fiberproduktet.

2. Splitfiberprodukt ifølge krav 1, kendetegnet ved at et stort antal af polyesterfibrillerne i det uniaksialt orienterede produkt har en længde på mindst 0,100 mm, fortrinsvis 0,200-5 mm, og en tykkelse på 0,001-0,005 mm.

3. Splitfiberprodukt ifølge krav 1 eller 2, kende-25 tegnet ved at polyesteren er polyætylentereftalat.

4. Splitfiberprodukt ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at polyesteren er polybutylentereftalat.

5. Splitfiberprodukt ifølge et hvilket som helst af de 30 foregående krav, kendetegnet ved at polyesteren er polyhexametylentereftalat.

6. Anvendelse af det i et hvilket som helst af de foregående krav angivne splitfiberprodukt i reb og tovværk.

7. Fremgangsmåde til fremstilling af det i krav 1 angivne 33 splitfiberprodukt, ved hvilken fremgangsmåde man, regnet på slutproduktets vægt, blander 75-85% polypropylenkorn og 25-15%, fortrinsvis ca. 20% polyesterkorn og smelter dem i DK 152139 B et skrueextrusionsapparat, gennemblander det smeltede materiale grundigt i en blander uden bevægelige dele til dannelse af en mangelaget strøm som extruderes gennem en spalteformet dyse, og derpå afkøler det fra extrusionsspalten udtrædende 5 bånd, strækker det under anvendelse af strækruller og fører det strakte produkt over en stiftrulle for at omdanne det strakte og dermed orienterede produkt til et splitfiberprodukt, kendetegnet ved at strækningsoperationen udføres i to trin og i et sådant omfang, at trækbrudstyrken Y til-10 fredsstiller betingelsen i krav 1.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved at strækningsforholdet i første strækningstrin ikke er over 4 og at det samlede strækningsforhold ikke er over 14.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet 15 ved at strækningsoperationens to trin udføres ved forhøjet temperatur, fortrinsvis i en varmluftzone, idet temperaturen i sidste strækningstrin er højere end i første strækningstrin.