EP0407887B1 - Polyphenylensulfid-Monofil für Papiermaschinensiebe - Google Patents

Polyphenylensulfid-Monofil für Papiermaschinensiebe Download PDF

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EP0407887B1
EP0407887B1 EP90112817A EP90112817A EP0407887B1 EP 0407887 B1 EP0407887 B1 EP 0407887B1 EP 90112817 A EP90112817 A EP 90112817A EP 90112817 A EP90112817 A EP 90112817A EP 0407887 B1 EP0407887 B1 EP 0407887B1
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EP
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polyphenylene sulfide
fiber
molecular weight
melt flow
flow index
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/88—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/94—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of other polycondensation products
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/0027—Screen-cloths

Definitions

  • the invention relates to a fiber, in particular a monofilament for paper machine screens, which is or is made of polyphenylene sulfide and is stretched.
  • Such a monofilament is known from EP patent applications 161 579, 221 691 and 292 186. These patents consistently emphasize that monofilaments consisting exclusively of polyphenylene sulfide are very brittle and are therefore unsuitable for many applications, for example as monofilaments for paper machine screens. Mixtures of polyphenylene sulfide and other polymers, such as polyamides or polyolefins, are therefore described in these patent applications.
  • the invention has for its object to provide a fiber, in particular a monofilament for paper machine screens, which or which consists exclusively of polyphenylene sulfide and yet has a high longitudinal strength and maximum knot tensile strength.
  • the polyphenylene sulfide is a mixture of 60 to 90 percent by weight of a high molecular weight polyphenylene sulfide with a melt flow index value of at most 100, preferably at most 50 and 10-40 percent by weight of a low molecular weight polyphenylene sulfide with a melt flow -Index value of at least 120, preferably at least 140.
  • the melt flow index is in g / 10 min. measured, namely with a Zwick rheometer at 315 ° C and a stamp load of 5 kg, a nozzle bore diameter of 2.095nm and a nozzle bore length of 8mm.
  • high molecular weight (i.e. highly viscous) polyphenylene sulfide leads to fibers with high longitudinal strength but low maximum knot tensile strength (transverse strength), whereas fibers made from low molecular weight (low viscosity) polyphenylene sulfide have low longitudinal strength, while the maximum knot tensile strength is relatively large.
  • EP 237 006 A2 From EP 237 006 A2 it is already known that a mixture of two polyphenylene sulfides of different molecular weights, i.e. a bimodal molecular weight distribution, should lead to an increase in the crystallization temperature and to an improvement in the rigidity, the flexural strength and the ball compressive strength compared to a polymer of the same melt viscosity.
  • EP 237 006 A2 is primarily concerned with plastic for three-dimensional isotropic injection molded parts.
  • the fiber designed according to the invention thus consists exclusively of polyphenylene sulfide, i.e. it contains no other fiber-forming polymer material, so that the advantageous properties of this polymer are fully retained.
  • additions of antioxidants, pigments, dyes or similar additives used for the production of synthetic fibers can be used.
  • the draw ratio is preferably 3: 1 to 5: 1, that is to say that the fiber should largely be drawn to a maximum.
  • the maximum tensile strength stretch is then usually between 30 and 40%.
  • the fiber designed according to the invention expediently has a fineness-related maximum tensile strength above 25 cN / tex and a knot maximum tensile strength (DIN 53 842, Part 1) of at least 60% of this value.
  • the fiber can be both a multifilament and a staple fiber.
  • the use of the invention is particularly advantageous for monofilaments, in particular for paper machine screens.
  • the preferred diameter range of the monofilaments is 0.1 to 1 mm, in particular 0.2 to 1 mm, although the invention can also be used for monofilaments outside this diameter range (with a lower and upper diameter limit of approximately 20 ⁇ m and 3 mm.
  • a monofilament with a diameter of 0.40 mm was produced from a high molecular weight polyphenylene sulfide with a MeltFlow index value of 31, which has a fineness-related maximum tensile strength of 32 cN / tex, a maximum tensile strength elongation of 35% and a relative maximum knot tensile force of 54%.
  • a monofilament with a diameter of 0.40 mm was produced from a low molecular weight polyphenylene sulfide with a melt flow index value of 149, which had a fineness-related maximum tensile strength of 18 cN / tex, a maximum tensile strength elongation of 31% and a relative maximum knot tensile strength of 94% owns.
  • a monofilament with a diameter of 0.40 mm was produced from a mixture of 70 percent by weight of the polyphenylene sulfide according to Example 1 and 30 percent by weight of the polyphenylene sulfide according to Example 2.
  • the melt flow index value of this mixture is 69.
  • the monofilament has a fineness-related maximum tensile strength of 30 cN / tex, a maximum tensile strength elongation of 35% and a relative maximum knot tensile force of 71%.
  • a 0.40mm diameter monofilament was made from a mixture of 80 percent by weight of a high molecular weight polyphenylene sulfide with a melt flow index value of 31 and 20 percent by weight of a low molecular weight polyphenylene sulfide with a melt flow index value of 149.
  • For the monofilament there was a fineness-related maximum tensile strength of 30 cN / tex, a maximum tensile strength elongation of 32% and a relative maximum knot tensile force of 63%.
  • the monofilaments were produced in such a way that they were spun by extrusion of the polyphenylene sulfide or the polyphenylene sulfide mixtures at a temperature of 275-310.degree. C., the spun monofilaments at a temperature of 90-200.degree. C. with a draw ratio of 311 to 5: 1 stretched in one or two stages, the stretched monofilaments were heat-set at a temperature of 180 to 260 ° C with a shrinkage of up to 10%.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Faser, insbesondere ein Monofil für Papiermaachinensiebe, die bzw. das aus Polyphenylensulfid besteht und verstreckt ist.
  • Ein derartiges Monofil. ist aus den EP-Patentanmeldungen 161 579, 221 691 und 292 186 bekannt. Übereinstimmend wird in diesen Patenten betont, daß ausschließlich aus Polyphenylensulfid bestehende Monofile sehr spröde und daher für viele Anwendungszwecke, so zum Beispiel als Monofile für Papiermaschinensiebe, ungeeignet sind. In diesen Patentanmeldungen werden daher Mischungen aus Polyphenylensulfid und anderen Polymeren, wie zum Beispiel Polyamiden oder Polyolefinen, beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Faser, insbesondere ein Monofil für Papiermaschinensiebe zur Verfügung zu stellen, die bzw. das ausschließlich aus Polyphenylensulfid besteht und dennoch eine hohe Längsfestigkeit und Knoten-Höchstzugkraft besitzt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungagemäß dadurch gelöst, daß das Polyphenylensulfid ein Gemisch aus 60 bis 90 Gewichtsprozent eines hochmolekularen Polyphenylensulfids mit einem Melt-Flow-Index-Wert von höchstens 100, vorzugsweise höchstens 50, und 10 - 40 Gewichtsprozent eines niedermolekularen Polyphenylensulfids mit einem Melt-Flow-Index-Wert von mindestens 120, vorzugsweise mindestens 140, ist.
  • Hierbei ist der Melt-Flow-Index in g/10 min. gemessen, und zwar mit einem Zwick-Rheometer bei 315°C und einer Stempelbelastung von 5 kg, einem Düsenbohrungodurchmesser von 2,095nm und einer Düsenbohrungolänge von 8mm.
  • Von der Anmelderin wurde festgestellt, daß hochmolekulares, (also hochviskoses) Polyphenylensulfid zu Fasern großerLängsfestigkeit, jedoch geringer Knoten-Höchstzugkraft (Querfestigkeit) führt, wogegen bei Fasern aus niedermolekularem (niederviskosem) Polyphenylensulfid die Längsfestigkeit gering, die Knoten-Höchstzugkraft dagegen relativ groß ist.
  • Aus der EP-A-189,895 sind Mischungen aus drei Typen von Polyphenylensulfiden bekannt, die sich durch eine gute Verträglichkeit der Komponenten auszeichnen.
  • Aus der EP 237 006 A2 ist bereits bekannt, daß eine Mischung aus zwei Polyphenylensulfiden unterschiedlicher Molekulargewichte, also eine bimodale Molekulargewichtsverteilung, zu einer Erhöhung der Kristallisationstemperatur und zu einer Verbesserung der Steifigkeit, der Biegefestigkeit und der Kugeldruckfestigkeit gegenüber einem Polymer gleicher Schmelzviskosität führen soll. Die EP 237 006 A2 befaßt sich in erster Linie mit Kunststoff für dreidimensional isotrope Spritzgußteile. Wenn auch in dieser Druckschrift in einer größeren Aufzählung verschiedener Anwendungsbeispiele beiläufig Garne erwähnt werden, so schienen jedoch derartige bimodale Polyphenylensulfidgemische für uniaxial hochbelastbare Fasern (wie etwa Monofile in Papiermaschinensieben) ungeeignet, da durch das Zumischen der niederviskosen komponente ein Absinken der Längsfestigkeit der Fasern unvermeidlich schien.
  • Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß die Festigkeit einer orientierend verstreckten Faser aus einer Polyphenylensulfid-Mischung mit der oben angegebenen bimodalen Molekulargewichtsverteilung annähernd die Festigkeit einer Faser aus dem hochmolekularen (hochviskosen) Polyphenylensulfid erreicht. Offensichtlich wird aufgrund der Verstreckung der Faser die feinheitsbezogene Höchstzugkraft der Faser durch das Zugeben von niedermolekularem Polyphenylensulfid entgegen aller Erwartung kaum beeinträchtigt. Gleichzeitig hat jedoch das Zugeben des niedermolekularen Polyphenylensulfids die vorteilhafte Wirkung, daß die relative Knoten-Höchstzugkraft sehr stark zunimmt.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete Faser besteht somit ausschließlich aus Polyphenylensulfid, d.h. sie enthält kein anderes faserbildendes Polymermaterial, so daß die vorteilhaften Eigenschaften dieses Polymers voll erhalten bleiben. Gegebenenfalls können aber Zusätze von Antioxidantien, Pigmenten, Farbstoffen oder ähnlichen, für die Herstellung synthetischer Fasern gebräuchlichen Zuschlagstoffen verwendet werden.
  • Vorzugsweise beträgt das Verstreckverhältnis 3:1 bis 5:1, das heißt, die Faser sollte weitgehend maximal verstreckt werden. Die Höchstzugkraftdehnung liegt dann meist zwischen 30 und 40%.
  • Die erfindungsgemäß ausgebildete Faser hat zweckmäßigerweise eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft über 25 cN/tex und eine Knoten-Höchstzugkraft (DIN 53 842, Teil 1) von mindestens 60% dieses Wertes. Bei der Faser kann es sich sowohl um ein Multifilament wie auch um eine Spinnfaser handeln. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz der Erfindung bei Monofilen, insbesondere für Papiermaschinensiebe. Der bevorzugte Durchmesserbereich der Monofile liegt bei 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,2 bis 1 mm, wenngleich die Erfindung auch bei Monofilen außerhalb dieses Durchmesserbereiches (mit einer unteren und oberen Durchmessergrenze von ungefähr 20 µm und 3 mm eingesetzt werden kann.
    • Beispiel 1 (Vergleich)
  • Aus einem hochmolekularen Polyphenylensulfid mit eine MeltFlow-Index-Wert von 31 wurde ein Monofil eines Durchmessers von 0,40mm hergestellt, das eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von 32 cN/tex, eine Höchstzugkraftdehnung von 35% und eine relative Knoten-Höchstzugkraft von 54% besitzt.
    • Beispiel 2 (Vergleich)
  • Aus einem niedermolekularen Polyphenylensulfid mit eine Melt-Flow-Index-Wert von 149 wurde ein Monofil eines Durchmessers von 0,40mm hergestellt, das eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von 18 cN/tex, eine Höchstzugkraftdehnung von 31% und eine relative Knoten-Höchstzugkraft von 94% besitzt.
    • Beispiel 3
  • Aus einem Gemisch aus 70 Gewichtsprozent des Polyphenylensulfids gemäß Beispiel 1 und 30 Gewichtsprozent des Polyphenylensulfids gemäß Beispiel 2 wurde eine Monofil eines Durchmessers von 0,40mm hergestellt. Der Melt-Flow-Index- Wert dieses Gemischs beträgt 69. Das Monofil hat eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von 30 cN/tex, eine Höchstzugkraftdehnung von 35% und eine relative Knoten-Höchstzugkraft von 71%.
    • Beispiel 4
  • Ein Monofil eines Durchmessers von 0,40mm wurde aus einem Gemisch aus 80 Gewichtsprozent eines hochmolekularen Polyphenylensulfids mit einem Melt-Flow-Index-Wert von 31 und 20 Gewichtsprozent eines niedermolekularen Polyphenylensulfids mit einem Melt-Flow-Index-Werts von 149 hergestellt. Für das Monofil ergab sich eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von 30 cN/tex, eine Höchstzugkraftdehnung von 32% und eine relative Knoten-Höchstzugkraft von 63%.
  • Bei allen Beispielen wurden die Monofile in der Weise hergestellt, daß sie durch Extrusion des Polyphenylensulfids bzw. der Polyphenylensulfid-Gemische bei einer Temperatur von 275 - 310°C ersponnen, die ausgesponnenen Monofile bei einer Temperatur von 90 - 200°C mit eine Verstreckverhältnis von 311 bis 5:1 ein- oder zweistufig verstreckt, die verstreckten Monofile bei einer Temperatur von 180 bis 260°C unter Zulassung eines Schrumpfes bis 10% thermofixiert wurden..

Claims (6)

  1. Faser, insbesondere Monofil für Papiermaschinensiebe, die bzw. das aus Polyphenylensulfid besteht und verstreckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyphenylensulfid ein Gemisch zweier Polyphenylensulfide ist, und aus 60 bis 90 Gewichtsprozent eines hochmolekularen Polyphenylensulfids mit einem MeltFlow-Index-Wert von höchstens 100 und 10 bis 40 Gewichtsprozent eines niedermolekularen Polyphenylensulfids mit einem Melt-Flow-Index-Wert von mindestens 120, besteht und daß die feinheitsbezogene Höchstzugkraft über 25 cN/tex liegt und . die Knoten-Höchstzugkraft mindestens 60% dieses Wertes beträgt, wobei der Melt-Flow-Index-Wert in g/10 min mit einem Zwick-Rheometer bei 315°C, einer Stempelbelastung von 5 kg, einem Düsenbohrungsdurchmesser von 2,095 mm und einer Düsenbohrungslänge von 8 mm gemessen wird.
  2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Melt-Flow-Index-Wert des hochmolekularen Polyphenylensulfids höchstens 50 beträgt.
  3. Faser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Melt-Flow-Index-Wert des niedermolekularen Polyphenylensulfids mindestens 140 beträgt.
  4. Faser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstreckverhältnis der Faser 3:1 bis 5:1 beträgt.
  5. Faser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser bei einer Temperatur von 180 bis 260°C unter einer Schrumpfzulassung bis 10% thermofixiert ist.
  6. Faser nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser 0,1mm bis 1mm beträgt.
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DE (2) DE3922501A1 (de)
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