EP1866469A1 - Thermisch gebundener vliesstoff - Google Patents

Thermisch gebundener vliesstoff

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EP1866469A1
EP1866469A1 EP06707417A EP06707417A EP1866469A1 EP 1866469 A1 EP1866469 A1 EP 1866469A1 EP 06707417 A EP06707417 A EP 06707417A EP 06707417 A EP06707417 A EP 06707417A EP 1866469 A1 EP1866469 A1 EP 1866469A1
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EP
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nonwoven fabric
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core
sheath
shrinkage
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EP06707417A
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Armin Greiner
Klaus Veeser
Holger Schilling
Günter Frey
Ralph Berkemann
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Carl Freudenberg KG
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Carl Freudenberg KG
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    • Y10T442/637—Including strand or fiber material which is a monofilament composed of two or more polymeric materials in physically distinct relationship [e.g., sheath-core, side-by-side, islands-in-sea, fibrils-in-matrix, etc.] or composed of physical blend of chemically different polymeric materials or a physical blend of a polymeric material and a filler material
    • Y10T442/641—Sheath-core multicomponent strand or fiber material

Definitions

  • the invention relates to a thermally bonded nonwoven fabric having improved thermal and chemical stability.
  • the invention further relates to a use of this nonwoven fabric.
  • the document EP 0340 982 B1 discloses melt-bondable fibers and nonwovens made therefrom.
  • the melt-bondable fibers are bicomponent fibers consisting of a first at least partially crystalline polymer component and a second component adhering to the surface of the first component comprising a compatible blend of polymers comprising at least one amorphous polymer and at least one at least partially crystalline polymer.
  • the melting temperature of the second component should be at least 30 ° C below the first component, but at least equal to or greater than 13O 0 C.
  • the weight ratio of the amorphous polymer of the second component to the at least partially crystalline polymer of the second component in the range of 15: 85 to 90: 10 and be sized so that the bonding of the bicomponent fibers is prevented with a similar bicomponent fiber and that the first component of the core and the second component of the shell in the form of a sheath Core configuration forms spun bicomponent fiber.
  • This bicomponent fiber is blended with conventional polyester fibers and thermally bonded to a nonwoven fabric which is made into a nonwoven web by application of abrasive particles.
  • heat-binding conjugate fibers which have a sheath-core configuration and whose core consists of a polyester containing polyethylene terephthalate (PET) as the main component and the sheath of a copolymerized polyester or a side-by-side Conjugate fiber is made, which consists of a polyethylene terephthalate and a copolymerized polyester.
  • the copolymerized polyester is the lower melting component and contains butylene terephthalate units and butylene isophthalate units as repeating structural units.
  • a nonwoven fabric made from these bicomponent fibers is said to have excellent thermal resistance and fatigue resistance to compressive loads, so it can be used as an alternative material to polyurethane upholstery, especially in the automotive field.
  • thermally bonded nonwovens from a mixture of undrawn and stretched PET fibers.
  • binding under heat and pressure in a calender is necessary.
  • the binding capacity of the unstretched, amorphous PET fibers is not based on a melting process, but on the crystallization process of PET, which starts above 90 0 C, if there are still crystallizable parts.
  • Such nonwoven fabrics have a high meet chemical and thermal stability.
  • the manufacturing process allows low flexibility. For example, it is not possible with undrawn PET fibers to activate their binding ability several times, since this is at an irreversible below the melting temperature process.
  • the object of the invention has been found to provide a thermally bonded nonwoven fabric which shows improved properties in terms of its thermal stability, in particular the tendency to shrink of the resulting nonwoven fabrics.
  • thermoplastic bonded nonwoven fabric containing a low-shrinkage core-sheath bicomponent fiber.
  • the low-shrinkage core-sheath bicomponent fiber consists of a crystalline polyester core and a crystalline polyester coating which melts at least 10 ° C., and has a hot-air shrinkage at 170 ° C. of less than 10%, preferably less than 5%.
  • a corresponding nonwoven fabric has a thermal towerä ⁇ dtechnik (shrinkage and Bausch) of less than 2% at temperature loads of 150 0 C (1 h).
  • crystalline is understood as meaning a polyester polymer which has a melting enthalpy (DSC) of> 40 Joule / g and whose width of the melt peak (DSC) preferably precipitates at ⁇ 40 ° C. at 10 ° C./min.
  • the sheath of the low-shrinkage bicomponent fiber consists of a homogeneous polyester polymer prepared from a monomer pair, which is formed to greater than 95% only from a polymer pair. In the case of the polyester described in the claims, this means that the polymer consists of> 95% of a single dicarboxylic acid and a single dialcohol.
  • the mass ratio of core and cladding component is typically 50:50, but may vary between 90:10 and 10:90 for specific applications.
  • the sheath of the low-shrinkage core-sheath bicomponent fiber consists of polybutylene terephthalate (PBT), poly-trimethylene terephthalate (PTT) or polyethylene terephthalate (PET).
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PTT poly-trimethylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • nonwoven fabric wherein the core of the low shrink core-sheath bicomponent fiber is polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate (PEN).
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the nonwoven fabric according to the invention may be dependent on the respective
  • the nonwoven fabric according to the invention preferably consists of low-shrink core-sheath bicomponent fibers with a titre in the range between 0.1 and 15 dtex.
  • the nonwoven fabric according to the invention has a basis weight between 20 and 500 g / m 2 .
  • the nonwoven fabric according to the invention reaches at a Basis weight of eg 150-190g / m 2 a bending stiffness determined according to ISO 2493 transverse to the machine direction of greater than 1 Nmm.
  • the method of making the thermally bonded nonwoven web is to lay the fibers into a nonwoven web, thermally bond and, if necessary, compact immediately thereafter.
  • the fibers of the nonwoven fabric according to the invention dwell in a thermofusion oven, which enables a uniform temperature control of the binder fibers.
  • This compression is preferably carried out immediately after the binding process in the dryer with still hot fibers.
  • the structure of the fibers also allows subsequent thermal treatments, since the binding process can be activated several times.
  • the resulting thermally bonded nonwoven fabrics have shrinkage and bulk values in the range of ⁇ 2%, preferably ⁇ 1%.
  • the nonwoven fabrics according to the invention are suitable as a liquid filter medium, membrane support web, gas filter medium, battery separator or nonwoven fabric for the surface of composites due to their high thermal stability, their low shrinkage tendency and their chemical aging stability. This is especially true for use as an oil filter medium for use in automotive engines.
  • the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. These show:
  • Figure 1 is a diagram in which the maximum tensile forces of the nonwovens A and B are as index after storage in air and oil based on the respective new state (DIN 53508 and DIN 53521).
  • Fig. 2 is a diagram in which the maximum tensile force extension of the nonwovens A and B after storage at 150 0 C in air and oil are based on the respective new condition (DIN 53508 and DIN 53521);
  • Fig. 3 is a diagram in which the maximum tensile forces of the nonwovens A and B are at different temperatures as an index based on the respective new state (DIN EN 29073-03).
  • nonwoven fabric E comparative example
  • FIG. 5 is an electron micrograph of a membrane support nonwoven fabric, which according to the invention consists of 100% low-shrink PET / PBT bicomponent fiber (nonwoven fabric F);
  • FIG. 6 shows a DSC curve of a bicomponent fiber A with a crystalline sheath polymer (here PET / PBT, according to the invention).
  • Fig. 7 DSC curve of a bicomponent fiber B with amorphous sheath polymer (here PET / CoPET, prior art).
  • the bending stiffness is determined according to ISO 2493 in Nmm. Thermal dimensional change (shrinkage)
  • the sample (DIN A4-sized pattern) is provided with markings in the longitudinal and transverse direction, which have a distance of 200 mm. After storing the sample for 1 hour at 150 0 C in a convection oven and then cooling for 20 minutes at room temperature, the dimensional change is determined. This is given, in each case for the longitudinal and transverse directions in percent relative to the initial value. The signs before the percent value indicate whether the dimensional changes are positive (+) or negative (-). The mean value is formed from at least six individual values (measurements).
  • the sample (DIN A4-sized sample) is provided with markings on which the thickness is determined in accordance with ISO 9073/2. After storage of the sample for 1 hour at 150 0 C in a convection oven and then cooled for 20 minutes at room temperature, the thickness (ISO 9073/2) is determined again at the markers.
  • the pad (B) is given as a percentage and calculated as follows:
  • the mean value is formed from at least six individual values (measurements).
  • the fiber is provided with a biasing weight as described below.
  • the free fiber end is in one Clamped clamp of a terminal plate.
  • the length of the clamped fiber is determined (Lt).
  • the fiber is suspended without weight hanging freely 10 minutes at 170 0 C in a convection oven.
  • the same weight piece from the determination of Li is again attached to the fiber and the new length determined after the shrinking process (L 2 ).
  • the percentage hot air shrinkage is calculated from:
  • the fiber should appear entreplexed. If the crimping is too strong, the next higher weight should be selected.
  • Nonwoven A represents a drained, carded and thermally bonded nonwoven having a basis weight of 190g / m 2.
  • This nonwoven fabric consists of 75% of a low shrink PET / PBT bicomponent fiber having a sheath melt point of 225 ° C and a core to sheath ratio of 50: 50 and 25% of conventional PET fibers. The thickness is 0.9 mm and the air permeability 850 l / m 2 s at 200 Pa. 14OgZm 2 of the fibers are carded over carding with transverse stretcher, the remaining 50g / m 2 are carded longitudinally.
  • the nonwoven fabric is bonded in a thermal fusion furnace at about 240 0 C and calibrated with an initial press unit to the target thickness.
  • Nonwoven fabric B was produced analogously to nonwoven fabric A. The difference is the use of conventional PET / Co-PET bicomponent fibers with a jacket melt point of about 200 ° C. and the reduction of the furnace temperature to 230 ° C. The resulting basis weight, thickness and air permeability are comparable.
  • the nonwoven fabrics C and D represent wet laid, dried and thermally bonded nonwovens having a basis weight of 198 g / m 2 and 182 g / m 2.
  • These nonwoven fabrics consist of 72% of a low-shrinkage PET / PBT bicomponent fiber with a sheath melt point of 225 ° C and a core-shell ratio of 50:50 and 28% of conventional PET fibers.
  • the fibers are present as dispersible short cut fibers.
  • the fibers are laid down on a wire belt in the paper-laying process, dried and thermally bonded in a second dryer.
  • the outstanding properties of these nonwovens lie in the very good mechanical test values, as well as their excellent shrinkage behavior (Table 2).
  • the low-shrinkage bicomponent fibers according to the invention offer advantages, since these fibers are multiply activatable in comparison to / around extended binder fibers or in the first
  • the nonwovens A.C.D according to the invention are particularly suitable for use as motor oil filter medium in motor vehicles.
  • calendered PET nonwoven fabrics are made of a mixture of stretched and unstretched monofilament PET fibers prior art. Due to the calendering process, there is a risk of surface sealing, especially for heavy nonwovens with basis weights> 150 g / m 2 , since high roll temperatures or slow production speeds are necessary for good penetration of the nonwoven fabric in order to bring the necessary heat into the interior of the nonwoven fabric. Sealed surfaces harbor the risk of film formation, which in turn leads to poor membrane adhesion and lower flow rates (comparative nonwoven fabric E).
  • Figures 4 and 5 demonstrate the different surfaces of a conventional nonwoven fabric (comparative example, nonwoven fabric E, Figure 4) and the surface of a nonwoven fabric according to the invention (nonwoven fabric F, Figure 5).
  • FIGS. 6 and 7 show DSC (differential scanning calorimetry) curves of crystalline clad polymer fibers (fiber A, here PBT) with DSC curves of conventional bicomponent fibers (fiber B, here CoPET).
  • fiber A crystalline clad polymer fibers
  • fiber B conventional bicomponent fibers
  • the enthalpy of fusion is a direct measure of the crystalline content in the polymer.
  • the core-sheath ratios of the two fibers are 1: 1, which results in the following enthalpies of fusion of the fiber sheaths:
  • the core of both fibers can serve here, which consists of PET in both.
  • the melting enthalpy values obtained are comparable (59 J / g vs. 54 J / g).
  • the low peak height and the broader peak base are characteristic of fiber cladding based on copolymers (here CoPET).
  • comonomers such as e.g. Isophthalic acid in polyethylene terephthalate, both the melting point and the crystallinity or willingness to crystallize the polymer is reduced.
  • the nonwoven fabrics according to the invention are thus based on fibers of the fiber A type.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen thermisch gebundenen Vliesstoff enthaltend eine schrumpfarme Kern-Mantel-Bikomponentenfaser, wobei die schrumpfarme Kern-Mantel-Bikomponentenfaser aus einem kristallinen Polyesterkern und einem mindestens 10°C tiefer schmelzenden, kristallinen Polyestermantel besteht und einen Heißschrumpf bei 170°C kleiner 10% aufweist.

Description

Titel
Thermisch gebundener Vliesstoff
Beschreibung Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen thermisch gebundenen Vliesstoff mit einer verbesserten thermischen und chemischen Stabilität. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verwendungen dieses Vliesstoffes.
Stand der Technik
Aus dem Dokument EP 0340 982 B1 sind schmelzbindungsfähige Fasern und daraus hergestellte Vliesstoffe bekannt. Bei den schmelzbindungsfähigen Fasern handelt es sich um Bikomponentenfasern, die aus einer ersten zumindest teilweise kristallinen Polymerkomponenten bestehen und einer an der Oberfläche der ersten Komponente haftenden zweiten Komponente, die ein kompatibles Blend von Polymeren aufweist, welches mindestens aus einem amorphen Polymer und mindestens aus einem zumindest teilweise kristallinen Polymer besteht. Die Schmelztemperatur der zweiten Komponente soll mindestens 30 °C unterhalb der ersten Komponente liegen, jedoch mindestens gleich oder größer als 13O0C sein. Weiterhin soll das Gewichtsverhältnis des amorphen Polymer der zweiten Komponente zu dem zumindest teilweise kristallinen Polymer der zweiten Komponente im Bereich von 15 : 85 bis 90 : 10 liegen und so bemessen sein, dass das Verbinden der Bikomponentenfasern mit einer ähnlichen Bikomponentenfaser verhindert wird und dass die erste Komponente den Kern und die zweite Komponente den Mantel einer in Form einer Mantel-Kern-Konfiguration versponnenen Bikomponentenfaser bildet. Diese Bikomponentenfaser wird mit konventionellen Polyesterfasern gemischt und thermisch zu einem Vliesstoff gebunden, der durch Aufbringung von Schleifmittelteilchen zu einem Schlerfvlies verarbeitet wird.
Aus dem Dokument JP 07-034326 sind wärmebindungsfähige Konjugatfasern bekannt, die eine Mantel-Kern-Konfiguration besitzen und deren Kern aus einem Polyester besteht, der Polyethylenterephthalat (PET) als Hauptkomponente enthält und dessen Mantel aus einem copolymerisierten Polyester oder einer side-by-side Konjugatfaser hergestellt ist, die aus einem Polyethylenterephthalat und einem copolymerisierten Polyester besteht. Der copolymerisierte Polyester stellt die niedriger schmelzende Komponente dar und enthält Butylenterephthalat-Einheiten und Butylenisophthalat-Einheiten als wiederkehrende Struktureinheiten. Ein aus diesen Bikomponentenfasern hergestellter Vliesstoff soll eine exzellente thermische Beständigkeit und eine ermüdungssichere Natur gegenüber Druckbelastungen aufweisen, sodass er als alternatives Material zu Polyurethan-Sitzpolsterungen, vor allem im Automobilbereich, eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit thermisch gebundene Vliesstoffe aus einem Gemisch aus unverstreckten und verstreckten PET-Fasern herzustellen. Für diese Vliesstoffe ist allerdings die Bindung unter Hitze und Druck in einem Kalander notwendig. Die Bindefähigkeit der unverstreckten, amorphen PET- Fasern beruht nicht auf einem Schmelzvorgang, sondern auf dem Kristallisationsprozess von PET, der oberhalb von 900C einsetzt, sofern noch kristallisationsfähige Anteile vorliegen. Derartige Vliesstoffe besitzen eine hohe erfüllen chemische und thermische Stabilität. Der Herstellprozess erlaubt jedoch eine geringe Flexibilität. So ist es bei unverstreckten PET-Fasem z.B. nicht möglich deren Bindefähigkeit mehrmals zu aktivieren, da diese auf einem unterhalb der Schmelztemperatur irreversiblen Vorgang besteht. Auch stellt die Durchbindung bei Vliesstoffen mit Flächengewichten >150g/m2 mit unverstreckten PET-Fasern sich als schwierig dar, da im Kalanderprozess die Wärme von außen nicht weit genug ins Innere der Vliesbahn eindringen kann. Es wird immer ein mehr oder weniger ausgeprägter Gradient auftreten.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen thermisch gebundenen Vliesstoff anzugeben, der verbesserte Eigenschaften hinsichtlich seiner thermischen Stabilität, insbesondere der Schrumpfungsneigung der erhaltenen Vliesstoffe zeigt. Darüber hinaus wird durch die chemische Stabilität im
Vergleich zu Fasern, die Copolymerisate aus Monomerengemischen wie z.B. Isophthalsäure/Terephthalsäure enthalten, gesteigert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen thermoplastisch gebundenen Vliesstoff gelöst, der eine schrumpfarme Kern-Mantel-Bikomponentenfaser enthält. Die schrumpfarme Kern-Mantel-Bikomponentenfaser besteht aus einem kristallinen Polyesterkem und einem mindestens 100C tiefer schmelzenden, kristallinen Polyestermantel und weist einen Heißluftschrumpf bei 1700C von kleiner 10%, vorzugsweise von kleiner 5% auf. Ein entsprechender Vliesstoff weist bei Temperaturbelastungen von 1500C (1 h) eine thermische Maßäπderung (Schrumpf und Bausch) von kleiner als 2% auf. Unter kristallin wird im Sinne dieser Erfindung ein Polyesterpolymer verstanden, welches eine Schmelzenthalpie (DSC) von > 40 Joule/g aufweist und dessen Breite des Schmelzpeaks (DSC) bei 10°C/min vorzugweise <40°C ausfällt. Vorzugsweise besteht der Mantel der schrumpfarmen Bikomponentenfaser aus einem homogenen, aus einem Monomerpaar hergestellten Polyesterpolymer, welches zu größer 95% nur aus einem Polymerpaar gebildet wird. Im Falle der in den Ansprüchen beschriebenen Polyester bedeutet dies, dass das Polymer zu >95% aus einer einzigen Dicarbonsäure und einem einzigen Dialkohol besteht.
Das Massenverhältniss von Kern- und Mantelkomponente ist üblicherweise 50:50, kann bei speziellen Anwendungsbereichen aber zwischen 90:10 und 10:90 variieren.
Besonders bevorzugt ist ein Vliesstoff, bei dem der Mantel der schrumpfarmen Kem-Mantel-Bikomponentenfaser aus Polybutylenterephthalat (PBT), PoIy- trimethylenterephthälat (PTT) oder Polyethylenterephthalat (PET) besteht.
Weiterhin bevorzugt ist ein Vliesstoff, bei dem der Kern der schrumpfarmen Kem-Mantel-Bikomponentenfaser aus Polyethylenterephthalat oder Polyethylennaphthalat (PEN) besteht.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff kann abhängig von der jeweiligen
Verwendung außer der schrumpfarmen Kem-Mantel-Bikomponentenfaser weitere Fasern enthalten. Bevorzugt ist die Verwendung von 0 bis 90% Gew. von z.B. monofilen Standard-Polyesterfasern zusammen mit der schrumpfarmen Bikomponentenfaser.
Vorzugsweise besteht der erfindungsgemäße Vliesstoff aus schrumpfarmen Kem-Mantel-Bikomponentenfasem mit einem Titer im Bereich zwischen 0,1 und 15 dtex. Der erfindungsgemäße Vliesstoff besitzt ein Flächengewicht zwischen 20 und 500 g/m2. Der erfindungsgemäße Vliesstoff erreicht bei einem Flächengewicht von z.B. 150-190g/m2 eine Biegesteifigkeit bestimmt nach ISO 2493 quer zur Maschinenlaufrichtung von größer 1 Nmm.
Das Verfahren zur Herstellung des thermisch gebundenen Vliesstoffes besteht darin, dass die Fasern zu einem Vliesstoff gelegt, thermisch gebunden und falls erforderlich unmittelbar anschließend verdichtet werden. Bei dem Verfahren verweilen die Fasern des erfindungsgemäßen Vliesstoffes in einem Thermofusionsofen, der eine gleichmäßige Temperierung der Bindefasern ermöglicht. Vorzugsweise werden die schrumpfarmen Kern-Mantel- Bikomponentenfasem in einem Papierlege-verfahren nass gelegt und getrocknet oder nach einem Kardier- oder Airlaid-verfahren tocken gelegt, und anschließend bei Temperaturen von 200 bis 2700C gebunden und optional durch einen Kalander oder ein Presswerk mit Walzentemperaturen, die unter dem Schmelzpunkt des Mantelpolymeren, vorzugsweise <170°C, liegen verdichtet. Diese Verdichtung erfolgt vorzugsweise unmittelbar nach dem Bindeprozess im Trockner bei noch heißen Fasern. Die Struktur der Fasern erlaubt aber auch nachträgliche thermische Behandlungen, da der Bindeprozess mehrfach aktivierbar ist.
Die erhaltenen thermisch gebundenen Vliesstoffe weisen Schrumpf- und Bauschwerte im Bereich von <2% , vorzugsweise <1% auf.
Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe sind als Flüssigkeitsfiltermedium, Membranstützvlies, Gasfiltermedium, Batterieseparator oder Vliesstoff für die Oberfläche von Verbundwerkstoffen aufgrund ihrer hohen thermischen Stabilität, ihrer geringen Schrumpfneigung und ihrer chemischen Alterungsstabilität geeignet. Dies trifft ganz besonders für die Verwendung als Ölfiltermedium zur Verwendung in KfZ-Motoren zu. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils:
Fig. 1 ein Diagramm bei dem die Höchstzugkräfte der Vliesstoffe A und B als Index nach Lagerung in Luft und Öl auf den jeweiligen Neuzustand bezogen sind (DIN 53508 und DIN 53521);
Fig. 2 ein Diagramm bei dem die Höchstzugkraftdehnung der Vliesstoffe A und B nach Lagerung bei 1500C in Luft und Öl auf den jeweiligen Neuzustand bezogen sind (DIN 53508 und DIN 53521); Fig. 3 ein Diagramm bei dem die Höchstzugkräfte der Vliesstoffe A und B bei verschiedenen Temperaturen als Index auf den jeweiligen Neuzustand bezogen sind (DIN EN 29073-03).
Fig. 4 eine Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Membranstützvlies- stoffes, welcher mit unverstreckten Polyesterfasern gebunden wurde (Vliesstoff E; Vergleichsbeispiel);
Fig. 5 Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Membraπstützvlies-stoffes, welcher erfindungsgemäß zu 100% aus schrumpfarmen PET/PBT- Bikomponentenfaser besteht (Vliesstoff F);
Fig. 6 DSC-Kurve einer Bikomponentenfaser A mit kristallinem Mantelpolymer (hier PET/PBT; erfindungsgemäß);
Fig. 7 DSC-Kurve einer Bikomponentenfaser B mit amorphem Mantelpolymer (hier PET/CoPET; Stand der Technik).
Prüfmethoden
Biegesteifigkeit
Die Biegesteifigkeit wird nach ISO 2493 in Nmm bestimmt. Thermische Maßänderung (Schrumpf)
Die Probe (DIN A4-großes Muster) wird mit Markierungen in Längs- und Querrichtung versehen, die einen Abstand von 200 mm aufweisen. Nach dem Lagern der Probe für 1 Stunde bei 1500C in einem Umluftofen und anschließendem 20minütigem Erkalten bei Raumtemperatur wird die Maßänderung bestimmt. Diese wird, jeweils für die Längs- und Querrichtung in Prozent bezogen auf den Ausgangswert angegeben. Die Vorzeichen vor dem Prozent-Wert geben an, ob die Maßänderung positiv (+) oder negativ (-) sind. Es wird der Mittelwert aus mindestens sechs Einzelwerten (-Messungen) gebildet.
Thermische Maßänderung (Bausch)
Die Probe (DIN A4-großes Muster) wird mit Markierungen versehen, an denen die Dicke nach ISO 9073/2 bestimmt wird. Nach dem Lagern der Probe für 1 Stunde bei 1500C in einem Umluftofen und anschließendem 20minütigem Erkalten bei Raumtemperatur wird an den Markierungen die Dicke (ISO 9073/2) erneut bestimmt. Der Bausch (B) wird in Prozent angegeben und wie folgt berechnet:
B [%] = (Dicke nach Lagerung x 100 / Dicke vor Lagerung ) - 100
Es wird der Mittelwert aus mindestens sechs Einzelwerten (-Messungen) gebildet.
Prüfung des Heißluftschrumpfes
Es werden 20 Einzelfasern geprüft. Die Faser wird mit einem Vorspanngewicht, wie nachstehend beschrieben, versehen. Das freie Faserende wird in eine Klemme eines Klemmenbleches eingespannt. Die Länge der eingespannten Faser wird bestimmt (Lt). Anschließend wird die Faser ohne Gewicht frei hängend 10 Minuten bei 1700C im Umluft-Trockenschrank temperiert. Nach mindestens 20 Minuten Abkühlen bei Raumtemperatur wird das gleiche Gewichtsstück aus der Ermittlung von Li wieder an die Faser gehängt und die neue Länge nach dem Schrumpfprozess (L2) ermittelt. Der prozentuale Heißluftschrumpf errechnet sich aus:
HS[%] = ( Σ L1 - Σ L2 ) *1 OO / Σ Li
Größe des Vorspanngewichtes
im freihängenden Zustand sollte die Faser entkräuselt erscheinen. Sollte die Kräuselung zu stark sein, so ist das nächsthöhere Gewicht zu wählen.
Schmelzenthalpie (DSC)
In einem DSC-Gerät der Firma Mettler Toledo wird die Probe eingewogen und mit einem Temperaturprogram von 10°C/min von O0C bis 3000C erwärmt. Die Fläche unter den erhaltenen endothermen Schmelzpeaks stellt in Verbindung mit der Einwaage an Faser und den damit verbundenen Massen der Manteloder Kernkomponente die Schmelzenthalpie der jeweiligen Komponenten in J/g dar.
Beispiel 1
Vliesstoff A stellt einen trockengelegten, kardierten und thermisch gebundenen Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 190g/m2 dar. Dieser Vliesstoff besteht zu 75% aus einer schrumpfarmen PET/PBT-Bikomponentenfaser mit einem Mantelschmelzpunkt von 225°C und einem Kern-Mantelverhältniss von 50:50 und zu 25% aus herkömmlichen PET-Fasern. Die Dicke beträgt 0,9mm und die Luftdurchlässigkeit 850 l/m2s bei 200Pa. 14OgZm2 der Fasern werden über Krempeln mit Querleger, die restlichen 50g/m2 werden längsgelegt kardiert. Der Vliesstoff wird in einem Thermofusionsofen bei ca. 2400C gebunden und mit einem Ausgangspresswerk auf die Zieldicke kalibriert.
Vergleichsbeispiel
Vliesstoff B wurde analog zu Vliesstoff A hergestellt. Der Unterschied besteht in der Verwendung von herkömmlichen PET/Co-PET-Bikomponentenfasern mit einem Mantelschmelzpunkt von ca. 2000C und der Reduzierung der Ofentemperatur auf 2300C. Das resultierende Flächengewicht, die Dicke und die Luftdurchlässigkeit sind vergleichbar.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Vliesstoff A gegenüber dem Vergleichsvliesstoff B sind im folgenden dargestellt:
• Die Vliesbreite nach dem Trockner nimmt bei Vliesstoff A nur um ca. 9% ab, wogegen bei Vliesstoff B ca. 21% Breitenverlust auftreten. • Die Biegesteifigkeit quer von Vliesstoff A liegt um 15% höher
• Die Dickenzunahme nach Lagerung bei 1500C (S&Brmischθ Maßänderung) liegt bei Vliesstoff A bei 1 ,5%, bei Vliesstoff B bei 4,7%.
• Die thermische und chemische Stabilität bei Lagerung bei 1500C in Luft und Öl ist beim Vliesstoff A deutlich verbessert (Figur 1 und 2). Die Diagramme zeigen deutlich eine stärkere Zerstörung von Vliesstoff B bei Lagerung in Motorenöl. Speziell die Versprödung in Figur 3 weist auf ein chemisches Stabilitätsproblem von Vliesstoff B in Öl hin.
• Die Höchstzugkräfte bei verschiedenen Temperaturen zeigen für Vliesstoff A einen deutlich günstigeren Verlauf (Figur 3).
Beispiel 2
Die Vliesstoffe C und D stellen nassgelegte, getrocknete und thermisch gebundene Vliesstoffe mit einem Flächengewicht von 198g/m2 und 182g/m2 dar. Diese Vliesstoffe bestehen zu 72% aus einer schrumpfarmen PET/PBT- Bikomponentenfaser mit einem Mantelschmelzpunkt von 225°C und einem Kern-Mantelverhältπiss von 50:50 und zu 28% aus herkömmlichen PET- Fasern. Die Fasern liegen als dispergierbare Kurzschnittfasern vor. Die Fasern werden im Papierlegeverfahren auf einem Siebband abgelegt, getrocknet und in einem zweiten Trockner thermisch gebunden. Die herausragenden Eigenschaften dieser Vliesstoffe liegen in den sehr guten mechanischen Prüfwerten, sowie deren ausgezeichnetem Schrumpfverhalten (Tabelle 2). Ein Vergleich mit Vliesstoffen aus herkömmlichen Bikomponentenfasem mit CoPET-Mantel ist in diesem Falle nicht möglich, da derartige Fasern aufgrund der hohen Schrumpfwerte auf dieser Vliesstoffanlage bisher nicht verwendbar waren bzw. Breitenverluste von mindestens 20% aufwiesen, Die erfindungsgemäßen Nassvliesstoffe zeigen Breitenverluste von ca. 3%.
Tabelle 2: Prüfwerte der Vliesstoffe C und D
Speziell bei Verwendung im Nasslegeprozess mit getrennten Trocknern für den Wasserentzug und für die Thermofusion bieten die erfindungsgemäßen schrumpfarmen Bikomponentenfasem Vorteile, da diese Fasern im Vergleich zu um/erstreckten Bindefasern mehrfach aktivierbar sind bzw. beim ersten
Trocknungsprozess nicht bereits vollständig abreagieren.
Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe A.C.D sind besonders geeignet zur Verwendung als Motorölfiltermedium in Kraftfahrzeugen.
Beispiel 3
Für die Verwendung als Membranstützvliesstoffe sind kalandrierte PET- Vliesstoffe (Vergleichsbeispiel; Vliesstoff E) aus einem Gemisch aus verstreckten und unverstreckten monofilen PET-Fasern Stand der Technik. Aufgrund des Kalandrierprozesses besteht speziell bei schweren Vliesstoffen mit Flächengewichten > 150g/m2 die Gefahr der Oberflächenversiegelung, da für eine gute Durchbindung des Vliesstoffes hohe Walzentemperaturen oder langsame Produktionsgeschwindigkeiten notwendig sind, um die notwendige Wärme ins Innere des Vliesstoffes zu bringen. Versiegelte Oberflächen bergen die Gefahr der Filmbildung, die wiederum zu schlechter Membranhaftung und geringeren Durchflussraten führt (Vergleichsvliesstoff E). Die Figuren 4 und 5 demonstrieren die unterschiedlichen Oberflächen eines herkömmlichen Vliesstoffes (Vergleichsbeispiel; Vliesstoff E; Figur 4) und die Oberfläche eines erfindungsgemäßen Vliesstoffes (Vliesstoff F; Figur 5).
Die völlige Abwesenheit von Oberflächenversiegelungen bei Vliesstoff F (Figur 5) zeigt sich auch im Vergleich der Prüfwerte der beiden Vliesstoffe. So ist die Luftdurchlässigkeit von Vliesstoff F um eine Größenordnung gesteigert, bei vergleichbaren sonstigen Prüfwerten (Tabelle 3).
Tabelle 3: Prüfwerte von Vliesstoff E und F
Die Verwendung von herkömmlichen Bikomponentenfasern mit Copolymeren im Mantel hat sich in diesem Bereich wegen der hohen Schrumpfwerte - und den damit verbundenen Gewichtsschwankungen - sowie der oft nicht gegebenen Lebensmittelzulassung der Mantelpolymere nicht durchgesetzt. Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe aus den entsprechenden Bikomponentenfasern überwinden beide Hindernisse, da sie schrumpfarm sind und durch den Aufbau aus Homopolymeren Lebensmittelzulassungen problemlos erlauben.
Beispiel 4
Um die Unterschiede der erfindungsgemäßen Vliesstoffe gegenüber herkömmlichen Vliesstoffen mit Bikomponentenfasern mit Mänteln basierend auf Copolymeren weiter aufzuzeigen, werden in den Figuren 6 und 7 DSC- Kurven (differential scanning calorimetry) von Fasern mit kristallinem Mantelpolymer (Faser A; hier PBT) mit DSC-Kurven von herkömmlichen Bikomponentenfasern (Faser B; hier CoPET) verglichen. Bei der Auswertung der Schmelzenthalpien der tieferschmelzenden Komponente zeigt sich, dass der Mantel der Faser B eine deutlich geringere Schmelzenthalpie in J/g aufweist als Faser A.
Die Schmelzenthalpie ist ein direktes Maß für die kristallinen Anteile im Polymer. Die Kern-Mantelverhältnisse der beiden Fasern liegen bei 1:1, wodurch sich folgende Schmelzenthalpien der Fasermäntel ergeben:
Faser A 63 J/g Faser B 29 J/g
Als Messreferenz kann hier auch der Kern beider Fasern dienen, welcher bei beiden aus PET besteht. Die erhaltenen Werte der Schmelzenthalpie sind vergleichbar (59 J/g gegenüber 54 J/g).
Unabhängig der gemessenen Werte ist bei einem Vergleich der DSC-Kurven die niedrige Peakhöhe und die breitere Peakbasis charakteristisch für Fasermäntel basierend auf Copolymeren (hier CoPET). Durch den Einbau von Comonomeren wie z.B. Isophtalsäure in Polyethylenterephthalat wird sowohl der Schmelzpunkt als auch die Kristallinität bzw. die Bereitschaft zu kristallisieren des Polymeren herabgesetzt. Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe basieren somit auf Fasern vom Typ der Faser A.

Claims

Patentansprüche
1. Thermisch gebundener Vliesstoff enthaltend eine schrumpfarme Kern- Mantel-Bikomponentenfaser, wobei die schrumpfarme Kern-Mantel-
Bikomponentenfaser aus einem kristallinen Polyesterkern und einem mindestens 100C tiefer schmelzenden, kristallinen Polyestermantel besteht und einen Heißschrumpf bei 1700C von kleiner als 10% aufweist.
2. Vliesstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der schrumpfarmen Kem-Mantel-Bikomponentenfaser zu >95% aus einem homogenen Polyesterpolymer besteht, welches kein Copolymer darstellt.
3. Vliesstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der schrumpfarmen Kem-Mantel-Bikomponentenfaser aus Polybutylenterephthalat (PBT), Polytrimethylenterephthalat (PTT) oder Polyethylenterephthalat (PET) besteht.
4. Vliesstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kern der schrumpfarmen Kern-Mantel-Bikomponentenfaser aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylennaphthalat (PEN) besteht.
5. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schrumpfarme Kern-Mantel-Bikomponentenfaser einen Titer zwischen 0,1 und 15 dtex aufweist.
6. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schrumpfarme Kern-Mantel-Bikomponentenfaser ein Kern- Mantel-Verhältnis zwischen 10:90 und 90:10 aufweist, vorzugsweise 50:50.
7. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er bis zu 90% Gew. einer oder mehrerer weiterer Fasern enthält.
8. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff nass gelegt ist.
9. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff trockengelegt ist.
10. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die schrumpfarme Kem-Mantel-Bikomponeπtenfaser einen Titer zwischen 0,1 und 15 dtex aufweist.
11. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Flächengewicht zwischen 20 und 500g/m2 aufweist.
12. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er bei einem Flächengewicht >150g/m2 eine Biegesterfigkeit quer >1 Nmm aufweist.
13. Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er nach 1 h bei 1500C eine thermische Maßänderung (Bausch und
Schrumpf) von <2%, vorzugsweise <1% aufweist.
14. Verwendung eines Vliesstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Flüssigkeitsfiltermedium, Membranstützvliesstoff, Gasfiltermedium, Batterieseparator oder Vliesstoff für die Oberfläche von Verbundwerkstoffen.
15. Verwendung eines Vliesstoffes nach Anspruch 14 als Ölfiltermedium für KfZ-Motoren.
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