EP2758580A1 - Vliesstoff mit einer elementarfilamente enthaltenden matrix - Google Patents

Vliesstoff mit einer elementarfilamente enthaltenden matrix

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EP2758580A1
EP2758580A1 EP12765995.1A EP12765995A EP2758580A1 EP 2758580 A1 EP2758580 A1 EP 2758580A1 EP 12765995 A EP12765995 A EP 12765995A EP 2758580 A1 EP2758580 A1 EP 2758580A1
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EP
European Patent Office
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nonwoven fabric
polymer component
fibers
polymer
component
Prior art date
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EP12765995.1A
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English (en)
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EP2758580B1 (de
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Peter Rutsch
Matthias Goettel
Martin Buechsel
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Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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Publication date
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    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/14—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic yarns or filaments produced by welding
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/005—Synthetic yarns or filaments
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    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/14—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between thermoplastic yarns or filaments produced by welding
    • D04H3/153—Mixed yarns or filaments

Definitions

  • the invention relates to a process for producing a nonwoven fabric containing at least one first polymer component which is distributed in the form of elementary segments in a matrix of at least one second polymer component.
  • the invention further relates to a nonwoven fabric produced by the process according to the invention, and the use of this nonwoven fabric for producing a nonwoven fabric
  • CONFIRMATION COPY stay out of endless segments.
  • nonwovens with a low porosity and air permeability should be provided.
  • Nonwovens are textile fabrics made of individual fibers and can be obtained by various manufacturing processes, such as carding (dry laid), melt spinning (spunbonding) or aerodynamic nonwoven laying (air laying).
  • melt spinning a polymeric substance is heated in an extruder and forced through a spinneret by spinning pumps. The polymer leaves the
  • Nozzle plate as a thread (continuous filament) in molten form is cooled by an air stream and stretched from the melt.
  • the air stream conveys the endless filaments onto a conveyor belt, which is designed as a sieve.
  • the threads Suction under the screen belt, the threads can be fixed to form a fiber fabric.
  • the solidification of the Fasergeleges can by heated rollers
  • Nonwovens are used for a variety of purposes. Nonwoven fabrics with high strength can be used alone or as a reinforcing layer in fiber composites. In the packaging field, single-layer constructions are usually made using meltblown or meltblown-like material structures, i.
  • Fiber structures from only one domain used see Tyvek®.
  • WO 2006/107695 A2 a method for producing a nonwoven fabric is known, in the bicomponent fibers having an outer and an inner Fiber component, produced by a spinning process.
  • the outer fiber component wraps around the inner fiber component and has a higher elongation at break and a lower melting temperature than the inner
  • the bicomponent fibers are positioned on a conveyor belt and solidified to a nonwoven fabric under the action of heat.
  • the nonwovens are used to make tents, awnings, parachutes and packaging materials.
  • a multicomponent nonwoven fabric which has a nonwoven fabric bonded over its entire area with at least 50% by weight.
  • multi-component melt-spun fibers selected from the group consisting of multicomponent staple fibers, multicomponent filaments and
  • the multicomponent fibers have a cross-section and a length and a first polymer component and a second
  • Polymer component wherein the first and second polymer components are arranged in virtually constantly positioned, separate zones across the cross section of the multicomponent fibers and is practically continuous in
  • Length direction of the multi-component fibers extend, the second
  • Polymer component has a melting point which is lower by at least 10 ° C than the melting point of the first polymer component, and wherein at least a portion of the outer peripheral surface of the multicomponent fibers, the second
  • Core-sheath fibers or side-by-side fibers are used as multicomponent fibers.
  • the nonwoven fabric described has a
  • a thin nonwoven laminate which comprises a batt of entangled synthetic polymer filaments interposed between webs of thermoplastic staple fibers.
  • this laminate substantially all of the filaments are bonded to the thermoplastic fibers of the web.
  • Binder fibers are preferably used polyester filaments.
  • the nonwoven fabric is only partially solidified and therefore has a comparatively large porosity.
  • WO 03/021024 describes a method for bonding a nonwoven web, comprising the following steps:
  • thermoplastic fibers or filaments comprising a polymer which melts below 140 ° C;
  • embossing textured roll has an outer surface with a plurality of raised calendering surfaces each separated by interposed depressions, wherein the raised calendering surfaces are coated with a fluoropolymer and
  • Calender surfaces comes into contact. Due to the profiling of the embossing roller, only partial area solidification takes place in the described method, and the nonwoven web has a comparatively large porosity.
  • thermoplastic polyester a core-sheath fiber is used as the thermoplastic polyester.
  • the thermocompression only leads to a partial bonding of the thermoplastic fibers, since otherwise the necessary for the use of the nonwoven fabric air permeability can not be achieved
  • the object of the invention was a process for producing a nonwoven fabric with paper or foil-like features, in particular with a high flexural rigidity and low static friction.
  • the nonwoven fabric should also have a dense structure, low porosity and air permeability.
  • multicomponent fibers containing at least two polymers having different melting points laminating the multicomponent fibers by contacting them at a temperature of 100 ° C to 300 ° C and a pressure of 40 N / mm to 150 N / mm such that at least one first polymer is distributed in the form of elementary segments in a matrix of at least one second polymer.
  • the invention is in particular achieved by a method for producing a nonwoven fabric comprising at least one first polymer component which is distributed in the form of elementary segments in a matrix of at least one second polymer component, comprising the following method steps:
  • Polymer component and a second polymer component wherein the first polymer component in a first zone and the second
  • Polymer component is disposed in a second zones over the cross section of the multi-component fibers, wherein Both polymer components in the length direction of
  • Multicomponent fibers extend, wherein
  • the first polymer component has a melting point above the
  • Multicomponent fibers are connected to each other by applying pressure and temperature surface, so that elemental segments of the first
  • Polymer component (second polymer) are distributed.
  • the surface of the nonwoven fabric can be bonded over the entire surface.
  • full-surface bonding means that the surface of the nonwoven fabric is bonded to at least 90%, preferably to at least 95% and in particular to almost 100%, the term “bonded” meaning that the surface in the essential pores is free.
  • separable is understood according to the invention that the elementary segments can be separated under the influence of pressure and temperature in spatially separated elementary segments.
  • a nonwoven fabric with a high flexural rigidity, a low static friction and a dense structure with low porosity can be obtained.
  • Polymer component in the form of at least two separable elementary segments the formation of the dense structure allows. So can the
  • a low porosity is with respect to various applications of the nonwoven fabric in particular as
  • Packaging and / or insulation material advantageous. In addition, it also facilitates further processing such as laminating, laminating, printing etc.
  • the nonwoven fabric of the present invention can have high strength and waterproofness with low weight. This allows for easy
  • the nonwoven fabric produced by the process according to the invention is characterized in that it comprises a polymer matrix. This contains unmelted
  • Elementarendlosfilêt which may be constructed in cross-section circular segment or cake piece, circular or multilobal.
  • the nonwoven fabric may have a film-like character over the fused domains, but without the weaknesses of a film or paper. So it is easily possible to design the surface of the nonwoven fabric smooth and wet-strength.
  • Such a nonwoven fabric may be considered a "fiber reinforced film”.
  • the method according to the invention makes it possible to use energy-intensive mechanical solidification technologies, e.g. Hydroentanglement, to dispense.
  • the nonwoven fabrics produced by the process according to the invention are characterized by isotropic mechanical properties, such as an isotropic ratio of maximum tensile force or tensile force in machine direction to transverse direction. Isotropy in the sense of the invention denotes the independence of a property from the direction. Isotropic strength properties are advantageous in particular for the use of the nonwoven fabric as a reinforcing layer, since in this way a particularly uniform stabilization is achieved.
  • Tear strength in the range of 0.7 to 1, 6, preferably from 0.8 to 1, 5, in particular from 0.9 to 1, 1.
  • Maximum tensile force is the force that must be used to rupture a fiber layer.
  • tear propagation force is meant the force that is necessary to tear down an already cracked fiber layer or further tear. The higher these values are, the more stable a situation is.
  • the maximum tensile force is measured in the machine direction or transversely to the machine direction.
  • Machine direction is understood to mean the direction under which the fibers are deposited longitudinally on a longitudinally moving conveyor belt.
  • the nonwoven fabric according to the invention is outstandingly suitable for the production of fiber composite materials, since its surface structure, for example via the choice of
  • Polymers as well as by plasma or corona treatment of the surface can be easily adapted to the other composite components. This allows a versatile use of composite components (film, foil, extrudate, etc.).
  • the multicomponent fibers can be prepared in a manner known to those skilled in the art. Suitable methods are in particular melt-blown and
  • a polymeric substance can be heated under pressure in an extruder and pressed through a die to form endless filaments. After exiting the extrusion die, the continuous filaments may be drawn and positioned by means of dynamic laydown methods on a conveyor belt, deflecting them transversely to form a fiber layer. Beneficial to a in
  • Transversely deflected positioning of the continuous filaments is that this increases the isotropy of the mechanical properties of the nonwoven fabric.
  • the temperature at which the solidification of the multicomponent fibers takes place can vary within wide ranges and is expediently adapted to the particular polymer components used in the multicomponent fiber. Essential here is that at selected temperature and pressure a substantially complete
  • the surface bonding of the multicomponent fibers is carried out by applying a temperature of 100 to 300 ° C, preferably from 100 to 250 ° C, more preferably from 110 to 200 ° C, in particular from 120 to 180 ° C.
  • the application of pressure and temperature can be carried out in the manner known to those skilled in the art.
  • rollers, in particular calenders are expediently used.
  • Particularly preferred are rollers with a smooth or only slightly roughened surface.
  • the calendering is preferably with a
  • Roll pairing carried out, wherein at least one of the rollers of a surface roughness, measured according to DIN 4768 05.90 from 20 to 100 pm, preferably from 20 to 70 pm and in particular from 30 to 50 pm.
  • a roll pairing in which one of the rolls has a roughness depth, measured to DIN 4768 05.90 of 20 to 100 .mu.m, preferably from 20 to 70 .mu.m and in particular from 30 to 50 .mu.m and the other roll a smooth roll with a Roughness, measured according to DIN 4768 05.90 of less than 20 pm.
  • the surface bonding of the multicomponent fibers is carried out by a single-stage consolidation process.
  • Multicomponent fibers arranged. Both polymer components extend in the length direction of the multicomponent fibers and the first zone comprises the first polymer component in the form of at least two separable elementary segments.
  • the first polymer is in the form of 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 or 16 separable elemental segments in the multicomponent fibers.
  • 4, 6, 8, 10, 14, 16, 18 or 32 elemental segments which alternately comprise the first and second polymer components, are present in the multicomponent fibers, wherein the provision of 16 elemental segments is particularly preferred according to the invention.
  • PIE fibers which comprise 4, 6, 8, 10, 14, 16, 18 or 32 elementary segments are used as multicomponent fibers.
  • fibers can be a variety of fiber types including
  • Multi-component staple fibers multi-component filaments are used. Practical experiments have shown that nonwovens with particularly good
  • Elementarsegementen which are arranged in the form of a cake piece or circular segment in cross section.
  • the higher melting polymer component is preferably located in the core and the lower melting polymer component is at least partially at the fiber surface. This facilitates the melting of the lower melting polymer component.
  • the fibers may be formed as staple fibers. Preferably, however, they are formed as continuous filaments.
  • the effect of reflowing the above-mentioned fibers, such as the PIE fiber or cake-like fiber, is to incorporate stable, for example pie-shaped segments, which function as reinforcing filaments in the polymer matrix.
  • a stabilization is achieved in the manner of a reinforced concrete.
  • PIE filaments in particular, a marked change in the geometry of the original filament structure is noticeable.
  • the PIE fibers are particularly advantageous in the use of the above-mentioned fibers, for example, the PIE fibers.
  • Cross-section have a very small diameter and therefore can enforce the matrix particularly numerous.
  • the alternating arrangement of the individual core segments in the fibers causes a particularly homogeneous distribution of the various polymers. This leads to an extremely uniform melting with formation of the matrix.
  • the shells are made of the lower melting polymer.
  • the cores are in the form of stable, for example, circular segments embedded in the matrix of the sheath polymer.
  • the multicomponent fibers may comprise two or more polymers, provided that at least one polymer has a higher melting point than at least one further polymer. Practical experiments have shown that already at the
  • Bicomponent filaments nonwovens having a stable matrix structure can be obtained.
  • the basis weight of the nonwoven fabric according to the invention can vary within wide limits.
  • the choice of basis weight is made according to the requirements of the fiber composite.
  • the basis weight is usually from 30 g / m 2 to 400 g / m 2 , preferably from 35 g / m 2 to 200 g / m 2 , more preferably from 40 g / m 2 to 150 g / m 2 , in particular from 40 g / m 2 to 120 g / m 2 .
  • the nonwoven fabric according to the invention it is expedient to increase the surface energy of the nonwoven fabric by corona and / or plasma treatment.
  • the plasma or corona treatment is preferably carried out in such a way that the surface is given a surface energy according to ISO 9000 of more than 38 dyn, preferably 38 to 70 dyn, in particular 40 to 60 dyn. It is advantageous that the surface can be made hydrophilic or hydrophobic, without adding chemicals. This is particularly advantageous in kübernah used products, such as clothing, advantage.
  • Conceivable is the antistatic finish of the surface, as well as its inspiration with care substances. Also conceivable is the subsequent finishing of the nonwoven fabric with hydrophilic, hydrophobic or antistatic spin finishes, as well as their Buffalo with care substances. It is also possible additives for
  • nonwoven fabric may be subjected to chemical type bonding or finishing such as an anti-pilling treatment
  • Hydrophilization an antistatic treatment, a treatment to improve the refractoriness and / or change the tactile properties or gloss, a mechanical treatment such as roughening, sanforizing, sanding or a treatment in the tumbler and / or a treatment to change the appearance such as dyeing or printing.
  • Another object of the invention is a nonwoven fabric formed as a base material for coating with films, which is produced by a method according to the invention.
  • the coating with films preferably takes place by lamination and / or lamination of the base material, optionally with the use of a binder and / or pressure and / or temperature.
  • a binder and / or pressure and / or temperature are also conceivable.
  • Another object of the invention is a nonwoven fabric formed as a base material for impregnation with binders, which is produced by a process according to the invention and the impregnated nonwoven itself.
  • Suitable binders are in particular acrylates and aminoplasts (phenolic resins, melamine resins), styrene-butadiene copolymers, NBR binder systems and / or polyurethanes.
  • the nonwoven fabric according to the invention is characterized by a high flexural rigidity with low static friction.
  • the nonwoven fabric of the invention is further distinguished by excellent strength properties.
  • the tear propagation force in machine and / or transverse direction 10 N to 60 N, preferably 20 N to 50 N, in particular 30 N to 40 N.
  • the maximum tensile force in the machine and / or transverse direction can be 70 to 400 N / 50 mm, preferably 100 to 350 N / 50 mm, in particular 150 to 300 N / 50 mm.
  • the nonwoven fabric according to the invention has a high flexural rigidity with simultaneously high surface smoothness, i. low
  • the nonwoven fabric according to the invention can be a
  • the nonwoven fabric according to the invention has a bending stiffness of 0.5 N / mm 2 to 8 N / mm 2 at a bending angle of 10%, more preferably from 1 N / mm 2 to 6 N / mm 2 , in particular 1 N / mm 2 up to 4 N / mm 2 .
  • the flexural stiffness information refers to a measurement in the longitudinal or transverse direction.
  • the nonwoven fabric according to the invention may have a bending stiffness of 1 N / mm 2 to 20 N / mm 2 , measured according to DIN 53350 at a bending angle of 40%.
  • the nonwoven fabric according to the invention has a bending stiffness of 3 N / mm 2 to 12 N / mm 2 at a bending angle of 40%, more preferably from 4 N / mm 2 to 12 N / mm 2 , in particular from 5 N / mm 2 to 10 N / mm 2 on.
  • the flexural stiffness information refers to a measurement in the longitudinal or transverse direction.
  • the nonwoven fabric according to the present invention may have a coefficient of static friction measured according to ASTM D-4918-97 (2002), tan ⁇ of 0.05 to 0.50, preferably 0.10 to 0.40, especially 0.10 to 0.30 , By using a
  • roller pairing in which the rollers have a different roughness, the nonwoven fabric can be designed so that one side of another
  • the nonwoven fabric according to the invention is characterized in that it comprises at least two polymers, wherein the melting point of at least one first polymer component above the melting point of at least one second
  • Polymer component is where the first polymer component in the form of
  • Polymer component are distributed.
  • the difference between the melting point of the first and second polymers can vary widely. Conveniently, the difference is at least 15 ° C, in particular at least 20 ° C. Preferably, polymers with a
  • the melting point of the first polymer component is between 230-290 ° C, preferably between 250-280 ° C.
  • the melting point of the second polymer component is preferably 200-260 ° C, more preferably 220-240 ° C.
  • polymers a wide variety of materials can be used.
  • Preferred combinations for multicomponent fibers include above all
  • thermoplastic polymers in particular selected from the group consisting of nylon 6, nylon 6.6, nylon 6.10, nylon 6.11, nylon 6.12, polypropylene or polyethylene. Further possible polymers are selected from the group consisting of polyester, polyamide, thermoplastic copolyetherester elastomers, polyolefins, polyacrylates and thermoplastic liquid crystals. Also conceivable is the use of
  • Copolyetheresterelastomeren from long-chain and short-chain ester monomers If elemental segments of polyethylene terephthalate are used, they can preferably be produced from recyclable polyethylene terephthalate.
  • thermoplastic polymers polyamides, polyvinyl acetates, saponified polyvinyl acetates, saponified ethylene vinyl acetates and other hydrophilic polymers.
  • elastic polymers can also be used. These polymers are preferably selected from the group consisting of: styrene / butadiene
  • the multicomponent fibers contain polypropylene, polyethylene, polyamide, syndiotatkisches
  • the first polymer component is selected from the group consisting of: polyester, preferably
  • the sea is preferably formed from the second, matrix-producing polymer.
  • Preferred polymers are polyethylene, linear low-pressure polyethylene with an a- Olefin monomer content greater than 10 wt .-%, ethylene copolymer with at least one vinyl monomer or ethylene copolymer with unsaturated aliphatic carboxylic acids.
  • the nonwoven fabric produced by the process according to the invention is characterized in that a film-like molten polymer matrix is present in the nonwoven fabric.
  • This contains unmelted elementary segments, which may be circular-segment-shaped or cake-piece-shaped, multilobal or circular in cross-section.
  • the proportion of the matrix in the nonwoven fabric from 1 wt .-% to 60 wt .-%, preferably from 5 wt .-% to 50 wt .-%, in particular from 10 wt .-% to 40 wt .-%.
  • a nonwoven fabric having a particularly good flexural strength can be obtained.
  • the nonwoven fabric preferably comprises at least 50% by weight, more preferably 60-100% by weight of multicomponent fibers, more preferably 70-100% by weight of multicomponent fibers, wherein
  • Fiber cross section of a nonwoven fabric produced in Example 4 (PIE filaments / PET / PA) at 1000 times magnification.
  • Core segments are reinforced, before. This is particularly visible in the spunbonded nonwovens with a polyethylene content of 36% by weight in the jacket.
  • FIG. 2 shows the cross section of commercially available flash spun polyethylene (Du Pont Tyvek®). This shows only fibers of a single polymer in a different size and shape. To compare the surface energies, a commercially available packaging nonwoven made of flash spun polyethylene (Du Pont Tyvek®) was used.
  • the polyethylene content in the extrudate is 36 to 40 wt .-%.
  • the endless filaments are then dynamically deposited on a conveyor belt. Dynamic deposition is understood to mean that the orientation of the filaments to be deposited in the transverse direction can be influenced in a targeted manner. This is followed by solidification of the continuous filaments by a rough steel roller under pressure and heat.
  • the steel roller has temperatures between 128 ° C and 132 ° C at a line pressure of 80 N / mm (roughness of 40 ⁇ ) on.
  • the polyethylene terephthalate is in the form of elementary filaments in a matrix
  • Table 3 Example 2, 40, 60 and 80 g / m 2 PET / PE nonwovens, core / sheath filaments, mech. Properties.
  • the core / sheath filaments are polyethylene terephthalate and a low melting co-polyester in a known manner with a perforated flow rate of 0.74 and 0.8 g / L min coextruded and aerodynamically stretched, wherein
  • Core / sheath filaments are formed.
  • the proportion of co-polyethylene terephthalate is 20 wt .-%.
  • the endless filaments are then dynamically deposited on a conveyor belt. Dynamic deposition is understood to mean that the orientation of the filaments to be deposited in the transverse direction can be influenced in a targeted manner. This is followed by solidification of the continuous filaments by a rough steel roller under pressure and heat. The steel roller has a temperature of 130 ° C at a line pressure of 80 N / mm (roughness of 40 ⁇ ) on.
  • the polyethylene terephthalate is distributed in the form of elementary filaments in a matrix of co-polyethylene terephthalate. Subsequently, a
  • polyethylene terephthalate and polyamide are coextruded in a known manner with a perforation throughput of 0.76 g / L min and aerodynamically stretched, resulting in 16 PIE filaments.
  • the proportion of polyamide is between 30 and 50 wt .-%.
  • the endless filaments are placed on top of it
  • Dynamic deposition is understood to mean that the orientation of the filaments to be deposited in the transverse direction can be influenced in a targeted manner. This is followed by solidification of the continuous filaments by a rough steel roller under pressure and heat.
  • the steel roller has temperatures between 130 ° C and 180 ° C with a line pressure between 50 N / mm and 80 N / mm (roughness of 40 pm).
  • the continuous filaments By subjecting the continuous filaments to pressure and temperature, the polyamide is fused and the polyethylene terephthalate is distributed in the form of elementary filaments in the form of cross-sectionally circular or cake-like elementary filaments in a matrix of the polyamide.
  • a spunbonded fabric having a basis weight of 105 g / m 2 is obtained.
  • the result is a spunbonded fabric with dense structure and low porosity at characteristic mechanical values (HZK, WRK, MD: CD ratio).
  • Table 8 Embodiment 4, 105 g / m 2 PET / PA nonwoven fabric, PIE filaments, mech. Properties.
  • the composite filaments in cross-section on a circular segment-shaped configuration of the cross sections of the various elementary segments performing areas. It is a filmlike structure in cross section of the material structure of the
  • the fiber cross-section is largely deformed by the influence of heat and pressure and can no longer be determined.
  • Embodiment 5 is a diagrammatic representation of Embodiment 5:
  • the surface energy of the produced spunbonded nonwovens is changed by a corona or plasma treatment.
  • a corona or plasma treatment In Table 9, this is described in Example 8 (132 ° C / 80 daN / 36% PE) of Embodiment 1.
  • the page marked with * is the side of the process facing the charge side.
  • the corona charging takes place at
  • the surface energies are measured according to ISO 9000 with Sherman test inks from Schnick D-42579 Heiligenhaus. To compare the surface energies, a commercially available packaging nonwoven made of flash spun polyethylene was used.
  • Example 9 Example 1, Example 8, 80 g / m 2 PET / PE nonwoven fabric, core / sheath filaments, surface energies untreated and corona or
  • the nonwoven fabric according to the invention is outstandingly suitable for treatment with plasma and / or corona treatment. Surprisingly, even very thin nonwoven layers can be treated such that they have a surface energy of 40 to 42 dyn. without destruction of the nonwoven fabric takes place.
  • Embodiment 6 is a diagrammatic representation of Embodiment 6
  • Friction coefficient can be achieved when polyethylene or polyamide is used to form the polymer matrix.
  • Table 10 Various embodiments, bending stiffness acc. DIN 53350.
  • Embodiment 7 is a diagrammatic representation of Embodiment 7:
  • polyethylene terephthalate and polyamide, polyethylene or polypropylene as binder component are coextruded in a known manner with a perforation throughput of 0.76 g / L min and aerodynamically stretched to form 16 PIE filaments.
  • the proportion of binding component is between 30 and 50 wt .-%.
  • the endless filaments are then dynamically deposited on a conveyor belt. Dynamic deposition is understood to mean that the orientation of the filaments to be deposited in the transverse direction can be influenced in a targeted manner. This is followed by solidification of the continuous filaments by a rough steel roller under pressure and heat.
  • the steel roller has temperatures between 130 ° C and 180 ° C at a line pressure between 50 N / mm and 80 N / mm (roughness of 30 - 40 ⁇ ).
  • the binding polymer is fused and the polyethylene terephthalate in the form of im
  • Porosity level which can be designed by the choice of binding component and solidification. Corresponding parameters are shown in Tables 13 and 14. Exemplary embodiment 7-1 7-2 7-3 blending polymer PA PP PE binder polymer share 50 30 40
  • Table 14 Porosity measurements according to ASTM 1294, working examples 7-1 to 7-3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs enthaltend mindestens eine erste Polymerkomponente, die in Form von Elementarsegmenten in einer Matrix aus mindestens einer zweiten Polymerkomponente verteilt ist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen von Mehrkomponentenfasern, umfassend eine erste Polymerkomponente und eine zweite Polymerkomponente, wobei - die erste Polymerkomponente in einer ersten Zone und die zweite Polymerkomponente in einer zweiten Zonen über den Querschnitt der Mehrkomponentenfasern angeordnet ist, wobei - sich beide Polymerkomponenten in Längenrichtung der Mehrkomponentenfasern erstrecken, wobei - die erste Polymerkomponente einen Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunkts der zweiten Polymerkomponente aufweist und wobei - die erste Zone die erste Polymerkomponente in Form von mindestens zwei trennbaren Elementarsegmenten umfasst; b) flächiges Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit Druck und Temperatur, derart, dass Elementarsegmente aus der ersten Polymerkomponente in einer Matrix aus der zweiten Polymerkomponente verteilt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Vliesstoffe mit einer hohen Biegesteifigkeit, Glätte, einer dichten Struktur und geringen Porosität hergestellt werden.

Description

Vliesstoff mit einer Elementarfilamente enthaltenden Matrix
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Textilerzeugnisse und deren
Anwendungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs enthaltend mindestens eine erste Polymerkomponente, die in Form von Elementarsegmenten in einer Matrix aus mindestens einer zweiten Polymerkomponente verteilt ist. Die
Erfindung betrifft ferner einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vliesstoff, sowie die Verwendung dieses Vliesstoffs zur Herstellung eines
Verbundwerkstoffs.
Mit der vorliegenden Erfindung soll insbesondere das herkömmliche Anwendungsgebiet von Vliesstoffen ausgeweitet werden, indem diesen physikalische, insbesondere mechanische Merkmale und Eigenschaften verliehen werden, welche denen von Papier bzw. Folien ähneln, wobei die vorteilhaften Merkmale und Eigenschaften von Vliesen
BESTÄTIGUNGSKOPIE aus Endlossegmenten aufrechterhalten bleiben. Insbesondere sollen Vliesstoffe mit einer geringen Porosität und Luftdurchlässigkeit bereitgestellt werden.
Stand der Technik
Vliesstoffe sind textile Flächengebilde aus einzelnen Fasern und können mit den verschiedensten Herstellungsverfahren, wie Kardieren (dry laid), Schmelzspinnen / Melt- blown (spunbonding) oder auch aerodynamischem Vlieslegen (air laying) gewonnen werden.
Beim Schmelzspinnen wird eine polymere Substanz in einem Extruder erhitzt und mittels Spinnpumpen durch eine Spinndüse gepresst. Das Polymer tritt aus der
Düsenplatte als Faden (Endlosfilament) in geschmolzener Form aus, wird durch einen Luftstrom abgekühlt und aus der Schmelze gestreckt. Der Luftstrom befördert die Endlosfilamente auf ein Förderband, das als Sieb ausgebildet ist. Durch eine
Absaugung unter dem Siebband können die Fäden unter Bildung eines Fasergeleges fixiert werden. Die Verfestigung des Fasergeleges kann durch beheizte Walzen
(Kalander), durch einen Dampfstrom oder durch mechanische bzw. chemische Bindung erfolgen. Bei der Verfestigung durch Kalander kann eine der beiden Walzen mit einer Gravur versehen sein, die aus Punkten, kurzen Rechtecken oder diamantähnlichen Flächen bestehen kann.
Vliesstoffe werden zu den verschiedensten Zwecken eingesetzt. Vliesstoffe mit hoher Festigkeit können alleine bzw. auch als Verstärkungslage in Faserverbundwerkstoffen verwendet werden. Im Verpackungsbereich werden üblicherweise einlagige Aufbauten unter Verwendung von Meltblown oder meltblownartigen Materialstrukturen, d.h.
Faserstrukturen aus nur einer Domäne verwendet (vgl. Tyvek®).
Aus der WO 2006/107695 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Vliesstoffs bekannt, in dem Bikomponentenfasern, die eine äußere und eine innere Faserkomponente umfassen, mittels eines Spinnverfahrens hergestellt werden. Die äußere Faserkomponente umhüllt die innere Faserkomponente und weist eine höhere Bruchdehnung sowie eine niedrigere Schmelztemperatur als die innere
Faserkomponente auf. Die Bikomponentenfasern werden auf einem Förderband positioniert und unter Einwirkung von Hitze zu einem Vliesstoff verfestigt. Die Vliesstoffe werden zur Herstellung von Zelten, Markisen, Fallschirmen und Verpackungsmaterialien verwendet.
Aus der WO 2005/059219A1 ist ein Mehrkomponenten-Vliesstoff bekannt, der einen vollflächig verbundenen Vliesstoff aufweist mit mindestens 50 Gew.-%
schmelzgesponnenen Mehrkomponentenfasern, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Mehrkomponentenstapelfasern, Mehrkomponentenfilamenten und
Kombinationen davon besteht, wobei die Mehrkomponentenfasern einen Querschnitt und eine Länge aufweisen und eine erste Polymerkomponente und eine zweite
Polymerkomponente aufweisen, wobei die erste und zweite Polymerkomponente in praktisch konstant positionierten, getrennten Zonen quer über den Querschnitt der Mehrkomponentenfasern angeordnet sind und sich praktisch kontinuierlich in
Längenrichtung der Mehrkomponentenfasern erstrecken, wobei die zweite
Polymerkomponente einen Schmelzpunkt aufweist, der um mindestens 10°C niedriger ist als der Schmelzpunkt der ersten Polymerkomponente, und wobei zumindest ein Teil der äußeren Umfangsfläche der Mehrkomponentenfasern die zweite
Polymerkomponente aufweist. Als Mehrkomponentenfasern werden Kern-Mantelfasern oder Side by Side-Fasern eingesetzt. Der beschriebene Vliesstoff weist eine
vergleichsweise große Porosität auf und ist deshalb für Anwendungen, in denen eine dichte Struktur gefordert ist, ungeeignet.
Aus der US 4039711 ist ein dünnes Vliesstofflaminat bekannt, das einen Faserflor aus verwickelten synthetischen Polymerfilamenten umfasst, welcher zwischen Vliesen aus thermoplastischen Stapelfasern angeordnet ist. In diesem Laminat sind im wesentlichen alle Filamente mit den thermoplastischen Fasern des Vlieses verbunden. Als Bindefasern werden vorzugsweise Polyesterfilamente eingesetzt. Der Vliesstoff ist lediglich teilflächig verfestigt und weist deshalb eine vergleichsweise große Porosität auf.
Die WO 03/021024 beschreibt ein Verfahren zur Bindung einer Vliesstoffbahn, umfassend folgende Schritte:
- Formen einer Vliesstoffbahn aus thermoplastischen Fasern oder Filamenten, die ein Polymer aufweisen, welches unterhalb von 140° Celsius schmilzt;
- in Kontakt bringen der Vliesstoffbahn mit einer profilierten Prägewalze, wobei die strukturierte Prägewalze eine äußere Oberfläche mit einer Vielzahl an erhobenen Kalanderflächen aufweist, die jeweils durch zwischenangeordnete Senken getrennt sind, wobei die erhobenen Kalanderflächen mit einem Fluorpolymer beschichtet sind und
- Übertragen von Energie auf die Vliesstoffbahn so dass die Fasern oder Filamente schmelzen und Punktbindungen bilden, wo die Bahn mit den erhobenen
Kalanderflächen in Kontakt kommt. Aufgrund der Profilierung der Prägewalze findet in dem beschriebenen Verfahren nur eine teilflächige Verfestigung statt und die Vliesstoffbahn weist eine vergleichsweise große Porosität auf.
Aus der EP 2151270 A1 ist ein Vliesstoff für einen Beutelfilter bekannt, der durch Thermokompression thermoplastischer Endloselemente hergestellt wird.
Bevorzugterweise wird als thermoplastischer Polyester eine Kern-Mantel-Faser eingesetzt. Die Thermokompression führt lediglich zu einer teilweisen Bindung der thermoplastischen Fasern, da ansonsten die für den Einsatz des Vliesstoffs notwendige Luftdurchlässigkeit nicht erreicht werden kann
Darstellung der Erfindung Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs mit papier- bzw. folienähnlichen Merkmalen, insbesondere mit einer hohen Biegesteifigkeit sowie niedriger Haftreibung bereitzustellen. Der Vliesstoff soll ferner eine dichte Struktur, geringe Porosität und Luftdurchlässigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs enthaltend mindestens zwei Polymere, wobei der Schmelzpunkt mindestens eines ersten Polymers über dem Schmelzpunkt mindestens eines zweiten Polymers liegt, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
Bereitstellen von Mehrkomponentenfasern, welche mindestens zwei Polymere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten enthalten, flächiges Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit einer Temperatur von 100 °C bis 300 °C sowie einem Druck von 40 N/mm bis 150 N/mm derart, dass mindestens ein erstes Polymer in Form von Elementarsegmenten in einer Matrix aus mindestens einem zweiten Polymer verteilt wird.
Die Erfindung wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs enthaltend mindestens eine erste Polymerkomponente, die in Form von Elementarsegmenten in einer Matrix aus mindestens einer zweiten Polymerkomponente verteilt ist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
a) Bereitstellen von Mehrkomponentenfasern, umfassend eine erste
Polymerkomponente und eine zweite Polymerkomponente, wobei die erste Polymerkomponente in einer ersten Zone und die zweite
Polymerkomponente in einer zweiten Zonen über den Querschnitt der Mehrkomponentenfasern angeordnet ist, wobei sich beide Polymerkomponenten in Längenrichtung der
Mehrkomponentenfasern erstrecken, wobei
die erste Polymerkomponente einen Schmelzpunkt oberhalb des
Schmelzpunkts der zweiten Polymerkomponente aufweist und wobei die erste Zone die erste Polymerkomponente in Form von mindestens zwei trennbaren Elementarsegmenten umfasst; b) flächiges Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit Druck und Temperatur derart, dass Elementarsegmente aus der ersten Polymerkomponente in einer Matrix aus der zweiten Polymerkomponente verteilt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass spezielle
Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit Druck und Temperatur flächig miteinander verbunden werden, so dass Elementarsegmente aus der ersten
Polymerkomponente (erstes Polymer) in einer Matrix aus der zweiten
Polymerkomponente (zweites Polymer) verteilt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Oberfläche des Vliesstoffs vollflächig gebunden werden. Unter einer "vollflächigen Bindung" ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass die Oberfläche des Vliesstoffs zu mindestens 90 %, vorzugsweise zu mindestens 95 % und insbesondere zu nahezu 100 % gebunden vorliegt, wobei unter dem Begriff "gebunden" zu verstehen ist, dass die Oberfläche im wesentlichen Poren frei ist. Unter dem Begriff " trennbar" wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Elementarsegmente unter dem Einfluss von Druck und Temperatur in räumlich separierte Elementarsegmente getrennt werden können.
Erfmdungsgemäß kann ein Vliesstoff mit einer hohen Biegesteifigkeit, einer geringen Haftreibung sowie einer dichten Struktur bei geringer Porosität erhalten werden. So kann die Luftdurchlässigkeit des Vliesstoffs gemäß DIN EN ISO 9273 bei 5 cm2/100Pa weniger als 120 l/m2 sec, vorzugsweise weniger als 110 l/m2 sec, noch bevorzugter weniger als 100 l/m2 sec, noch bevorzugter weniger als 90 l/m2 sec und insbesondere weniger als 80 l/m2 sec betragen.
Ohne sich auf einen Mechanismus festzulegen wird vermutet, dass die Verwendung der speziellen Mehrkomponentenfasern mit einer ersten Zone, die die erste
Polymerkomponente in Form von mindestens zwei trennbaren Elementarsegmenten umfasst, die Ausbildung der dichten Struktur ermöglicht. So können die
Elementarsegmente unter dem Einfluss von Druck und Temperatur in räumlich separierte Elementarsegmente getrennt und zu einer verdichteten Packung mit geringer Porosität und niedrigem Luftdurchlass komprimiert werden. Eine geringe Porosität ist im Hinblick auf verschiedene Anwendungen des Vliesstoffs wie insbesondere als
Verpackungs- und/oder Isolationsmaterial von Vorteil. Darüber hinaus erleichtert sie auch die weiteren Verarbeitungsprozesse wie Kaschieren, Laminieren, Bedrucken etc.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff kann darüber hinaus bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Wasserundurchlässigkeit aufweisen. Dies ermöglicht eine leichte
Verarbeitung und Handhabung.
Praktische Versuche haben ergeben, dass Vliesstoffe mit einer besonders geringen Drapierbarkeit erhalten werden, wenn der Druck auf werte von 40 N/mm bis 150 N/mm, vorzugsweise 45 bis 140 N/mm, noch bevorzugter 50 bis 100 N/mm, noch bevorzugter 55 bis 90 N/mm, noch bevorzugter 60 bis 90 N/mm, insbesondere 70 bis 90 N/mm eingestellt wird.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Vliesstoff zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Polymermatrix umfasst. Diese enthält ungeschmolzene
Elementarsegmente, vorzugsweise Elementarendlosfilamente, die im Querschnitt kreissegmentförmig bzw. kuchenstückförmig, kreisförmig oder multilobal aufgebaut sein können. Der Vliesstoff kann über die verschmolzenen Domänen einen folien- bzw. papierartigen Charakter aufweisen, dies jedoch ohne die Schwächen einer Folie oder eines Papieres. So ist es auf einfache Weise möglich die Oberfläche des Vliesstoffs glatt und nassfest auszugestalten. Ein derartiger Vliesstoff kann als„faserverstärkte Folie" angesehen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auf energieintensive mechanische Verfestigungstechnologien, wie z.B. Wasserstrahlverfestigung, zu verzichten. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vliesstoffe zeichnen sich durch isotrope mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise ein isotropes Verhältnis von Höchstzugkraft oder Weitereißkraft in Maschinen- zu Querrichtung, aus. Isotropie im Sinne der Erfindung bezeichnet die Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung. Isotrope Festigkeitseigenschaften sind insbesondere für den Einsatz des Vliesstoffs als Verstärkungslage vorteilhaft, da hierdurch eine besonders gleichmäßige Stabilisierung erzielt wird.
Unter isotropem Maschinenrichtung/Querrichtungs-Verhältnis der Höchstzugkraft und/oder Weiterreißkraft im Sinne der Erfindung wird verstanden, dass das
Maschinenrichtung/Querrichtungs-Verhältnis der Höchstzugkraft und/oder
Weiterreißkraft im Bereich von 0,7 bis 1 ,6, vorzugsweise von 0,8 bis 1 ,5, insbesondere von 0,9 bis 1 ,1 liegt.
Unter Höchstzugkraft wird die Kraft verstanden, die aufgewendet werden muss, um eine Faserlage zu zerreissen. Unter Weiterreißkraft wird die Kraft verstanden, die notwendig ist um eine bereits eingerissene Faserlage weiter einzureißen oder weiter zu zerreißen. Je höher diese Werte sind, desto stabiler ist eine Lage. Die Höchstzugkraft wird gemessen in Maschinenrichtung oder quer zur Maschinenrichtung. Unter
Maschinenrichtung wird die Richtung verstanden, unter der die Fasern in Längsrichtung auf einem sich in Längsrichtung bewegenden Förderband abgelegt werden. Die
Richtung quer hierzu bzw. orthogonal hierzu ist die Querrichtung. Der erfindungsgemäße Vliesstoff eignet sich hervorragend für die Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, da seine Oberflächenstruktur z.B. über die Wahl der
Polymere sowie durch Plasma- bzw. Coronabehandlung der Oberfläche auf einfache Weise auf die weiteren Verbundkomponenten abgestimmt werden kann. Dies ermöglicht einen vielfältigen Einsatz von Verbundkomponenten (Film, Folie, Extrudat, etc.).
Die Mehrkomponentenfasern können auf dem Fachmann bekannte Art und Weise hergestellt werden. Geeignete Verfahren sind insbesondere Melt-blown und
Schmelzspinnen (spunbonding). Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist die
Schmelzspinntechnologie.
Zur Herstellung der Mehrkomponentenfasern kann eine polymere Substanz unter Druck in einem Extruder erhitzt und durch eine Düse gepresst werden, wobei Endlosfilamente entstehen. Nach Austritt aus der Extrusionsdüse können die Endlosfilamente verstreckt und mittels dynamischer Legeverfahren auf einem Förderband unter Bildung einer Faserlage in Querrichtung abgelenkt positioniert werden. Vorteilhaft an einer in
Querrichtung abgelenkten Positionierung der Endlosfilamente ist, dass sich hierdurch die Isotropie der mechanischen Eigenschaften des Vliesstoffs erhöht.
Die Temperatur, mit der die Verfestigung der Mehrkomponentenfasern erfolgt, kann in weiten Bereichen variieren und wird zweckmäßigerweise an die jeweils verwendeten Polymerkomponenten in der Mehrkomponentenfaser angepasst. Wesentlich hierbei ist, dass bei gewählter Temperatur und Druck ein im Wesentlichen vollständiges
Aufschmelzen des ersten Polymers nicht jedoch des zweiten Polymers erfolgt.
Zweckmäßigerweise erfolgt das flächige Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit einer Temperatur von 100 bis 300 °C, vorzugsweise von 100 bis 250 °C, noch bevorzugter von 110 bis 200 °C, insbesondere von 120 bis 180 °C. Das Beaufschlagen mit Druck und Temperatur kann auf die dem Fachmann bekannte Art und Weise erfolgen. Zweckmäßigerweise werden hierzu Walzen, insbesondere Kalander, eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Walzen mit glatter oder lediglich leicht aufgerauhter Oberfläche. So wird die Kalandrierung vorzugsweise mit einer
Walzenpaarung durchgeführt, wobei mindestens eine der Walzen einer Rautiefe, gemessen nach DIN 4768 05.90 von 20 bis 100 pm, vorzugsweise von 20 bis 70 pm und insbesondere von 30 bis 50 pm aufweist. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt wird eine Walzenpaarung eingesetzt, bei der eine der Walzen eine Rautiefe, gemessen nach DIN 4768 05.90 von 20 bis 100 pm, vorzugsweise von 20 bis 70 pm und insbesondere von 30 bis 50 pm aufweist und die andere Walze eine glatte Walze mit einer Rautiefe, gemessen nach DIN 4768 05.90 von weniger als 20 pm ist. Besonders zweckmäßigerweise wird das flächige Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch ein einstufiges Verfestigungsverfahren durchgeführt.
Erfindungsgemäß ist die erste Polymerkomponente in einer ersten Zone und die zweite Polymerkomponente in einer zweiten Zone über den Querschnitt der
Mehrkomponentenfasern angeordnet. Beide Polymerkomponenten erstrecken sich in Längenrichtung der Mehrkomponentenfasern und die erste Zone umfasst die erste Polymerkomponente in Form von mindestens zwei trennbaren Elementarsegmenten. Vorzugsweise liegt das erste Polymer in Form von 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 oder 16 trennbaren Elementarsegmenten in den Mehrkomponentenfasern vor. Insgesamt liegen somit vorzugsweise 4, 6, 8, 10, 14, 16, 18 oder 32 Elementarsegmente, die alternierend die erste und zweite Polymerkomponente umfassen, in den Mehrkomponentenfasern vor, wobei das Vorsehen von 16 Elementarsegmenten erfindungsgemäß besonders bevorzugt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Mehrkomponentenfasern PIE-Fasern eingesetzt, die 4, 6, 8, 10, 14, 16, 18 oder 32 Elementarsegmente umfassen.
Als Fasern können die verschiedensten Fasertypen einschließlich
Mehrkomponentenstapelfasern, Mehrkomponentenfilamente eingesetzt werden. Praktische Versuche haben gezeigt, dass Vliesstoffe mit besonders guten
Festigkeitseigenschaften und geringen Porositäten gewonnen werden, wenn als Mehrkomponentenfasern PIE-Fasern, Hollow-PIE-Fasern, multilobale Fasern, oder Islands-in-Sea-Fasern eingesetzt werden. Unter PIE-Fasern werden Fasern aus
Elementarsegementen verstanden, welche im Querschnitt kuchenstückförmig bzw. kreissegmentförmig angeordnet sind. Bei multilobalen Fasern oder Islands-in-Sea- Fasern ist die höher schmelzende Polymerkomponente vorzugsweise im Kern angeordnet und die niedriger schmelzende Polymerkomponente liegt zumindest teilweise an der Faseroberfläche. Dies erleichtert das Aufschmelzen der niedriger schmelzenden Polymerkomponente. Die Fasern können als Stapelfasern ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie jedoch als Endlosfilamente ausgebildet.
Der Effekt beim Aufschmelzen der oben genannten Fasern, beispielsweise der PIE- Faser bzw. kuchenstückartigen Faser ist die Einbindung stabiler, beispielsweise kuchenstückförmiger Segmente, die als Verstärkungsfäden in der Polymermatrix fungieren. Hierdurch wird eine Stabilisierung nach Art eines Stahlbetons erreicht. Dabei fällt vor allem bei PIE-Endlosfilamenten eine deutliche Geometrieveränderung der ursprünglichen Filamentstruktur auf.
Besonders vorteilhaft bei der Verwendung der oben genannten Fasern, beispielsweise der PIE-Fasern ist, dass die beispielsweise kuchenstückförmigen Segmente im
Querschnitt einen sehr geringen Durchmesser aufweisen und die Matrix daher besonders zahlreich durchsetzen können. Darüber hinaus wird durch die alternierende Anordnung der einzelnen Kernsegmente in den Fasern eine besonders homogene Verteilung der verschiedenen Polymere bewirkt. Dies führt dazu, dass ein äußerst gleichmäßiges Aufschmelzen unter Ausbildung der Matrix erfolgt.
Bei der Verwendung von multilobalen Fasern, oder Islands-in-Sea-Fasern ist es bevorzugt, wenn die Mäntel aus dem niedriger schmelzenden Polymer bestehen. Auf diese Weise werden die Kerne in Form stabiler beispielsweise kreisförmiger Segmente in die Matrix aus dem Mantelpolymer eingebettet. Vorteilhaft beim Einsatz der multilobalen Fasern, oder Islands-in-Sea-Fasern ist, dass sich aufgrund des
kreisförmigen Querschnitts der Kernsegmente eine besonders dichte Struktur, analog einer Kugelpackung, ausbildet.
Die Mehrkomponentenfasern können zwei oder mehrere Polymere umfassen, sofern mindestens ein Polymer einen höheren Schmelzpunkt als mindestens ein weiteres Polymer aufweist. Praktische Versuche haben ergeben, dass bereits bei der
Verwendung von zwei Polymeren (Bikomponentenfasern, insbesondere
Bikomponentenfilamenten) Vliesstoffe mit einer stabilen Matrixstruktur erhalten werden können.
Das Flächengewicht des erfindungsgemäßen Vliesstoffs kann in weiten Bereichen schwanken. Die Wahl des Flächengewichts erfolgt gemäß den Anforderungen an den Faserverbund. Üblicherweise beträgt das Flächengewicht 30 g/m2 bis 400 g/m2, vorzugsweise von 35 g/m2 bis 200 g/m2, noch bevorzugter von 40 g/m2 bis 150 g/m2, insbesondere von 40 g/m2 bis 120 g/m2.
Für manche Anwendungen des erfindungsgemäßen Vliesstoffs ist es zweckmäßig die Oberflächenenergie des Vliesstoffes durch Corona- und/oder Plasmabehandlung zu erhöhen. Dabei erfolgt die Plasma- oder Coronabehandlung vorzugsweise derart, dass der Oberfläche eine Oberflächenenergie gemäß ISO 9000 von mehr als 38 dyn, vorzugsweise 38 bis 70 dyn, insbesondere 40 bis 60 dyn verliehen wird. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Oberfläche hydrophil bzw. hydrophob gestaltet werden kann, ohne Chemikalien beizumengen. Dies ist insbesondere bei köpernah eingesetzten Produkten, wie beispielsweise Bekleidung, von Vorteil.
Denkbar ist die antistatische Ausrüstung der Oberfläche, sowie ihre Versehung mit Pflegesubstanzen. Ebenfalls denkbar ist die nachträgliche Ausrüstung des Vliesstoffs mit hydrophilen, hydrophoben oder antistatischen Spinnpräparationen, sowie ihre Versehung mit Pflegesubstanzen. Es ist auch denkbar Additive zur
Oberflächenmodifikation bereits bei der Endlosfilamenterzeugung in einen Extruder einzugeben. Auch bei einer Färbung ist keine nachträgliche Färbung nötig, da Pigmente bereits bei der Endlosfilamenterzeugung in einen Extruder eingebracht werden können.
Des Weiteren kann der Vliesstoff einer Bindung oder Veredelung chemischer Art unterzogen werden, wie beispielsweise einer Anti-Pilling-Behandlung, einer
Hydrophilierung, einer antistatischen Behandlung, einer Behandlung zur Verbesserung der Feuerfestigkeit und/oder zur Veränderung der taktilen Eigenschaften oder des Glanzes, einer Behandlung mechanischer Art wie Aufrauhen, Sanforisieren, Schmirgeln oder einer Behandlung im Tumbler und/oder einer Behandlung zur Veränderung des Aussehens wie Färben oder Bedrucken.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Vliesstoff ausgebildet als Basismaterial zur Beschichtung mit Folien, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt das Beschichten mit Folien durch Laminieren und/oder Kaschieren des Basismaterials, ggf. unter Verwendung eines Bindemittels und/oder Druck und/oder Temperatur. Ebenfalls denkbar ist das Aufextrudieren einer folienbildenden polymeren Schmelze oder das Aufbringen eines thermoplastischen Materials in Pulverform mit anschließender thermischer Fixierung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Vliesstoff ausgebildet als Basismaterial zur Imprägnierung mit Bindemitteln, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird und der imprägnierte Vliesstoff selbst. Geeignete Bindemittel sind insbesondere Acrylate und Aminoplaste (Phenolharze, Melaminharze), Styrol-Butadien Copolymere, NBR Bindersysteme und/oder Polyurethane.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff zeichnet sich durch eine hohe Biegesteifigkeit bei niedriger Haftreibung aus. Der erfindungsgemäße Vliesstoff zeichnet sich ferner durch hervorragende Festigkeitseigenschaften aus. So kann die Weiterreißkraft in Maschinen- und/oder Querrichtung 10 N bis 60 N, vorzugsweise 20 N bis 50 N, insbesondere 30 N bis 40 N betragen. Die Höchstzugkraft in Maschinen- und/oder Querrichtung kann 70 bis 400 N /50 mm, vorzugsweise 100 bis 350 N /50 mm, insbesondere 150 bis 300 N /50 mm betragen.
Zur Charakterisierung besonderer, von allgemeiner Vliesstoffcharakteristik
abweichender Eigenschaften, sind besonders die Biegesteifigkeit nach DIN 53350, sowie der Haftreibungskoeffizient nach ASTM D-4918-97 (2002) heranzuziehen.
Praktische Versuche haben ergeben, dass der erfindungsgemäße Vliesstoff eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig hoher Oberflächenglätte, d.h. niedrigem
Reibungskoeffizient zeigt. So kann der erfindungsgemäße Vliesstoff eine
Biegesteifigkeit von 0,5 N/mm2 bis 10 N/mm2, gemessen nach DIN 53350 bei einem Biegewinkel von 10 % aufweisen. Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Vliesstoff eine Biegesteifigkeit von 0,5 N/mm2 bis 8 N/mm2 bei einem Biegewinkel von 10 %, noch bevorzugter von 1 N/mm2 bis 6 N/mm2, insbesondere von 1 N/mm2 bis 4 N/mm2 auf. Die Biegesteifigkeitsangaben beziehen sich auf eine Messung in Längs- oder Querrichtung. Ferner kann der erfindungsgemäße Vliesstoff eine Biegesteifigkeit von 1 N/mm2 bis 20 N/mm2, gemessen nach DIN 53350 bei einem Biegewinkel von 40 % aufweisen.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Vliesstoff eine Biegesteifigkeit von 3 N/mm2 bis 12 N/mm2 bei einem Biegewinkel von 40 %, noch bevorzugter von 4 N/mm2 bis 12 N/mm2, insbesondere von 5 N/mm2 bis 10 N/mm2 auf. Die Biegesteifigkeitsangaben beziehen sich auf eine Messung in Längs- oder Querrichtung.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff kann einen Haftreibungskoeffizienten, gemessen nach ASTM D-4918-97 (2002), tan α von 0,05 bis 0,50, vorzugsweise von 0,10 bis 0,40, insbesondere von 0,10 bis 0,30 aufweisen. Durch die Verwendung einer
Walzenpaarung, bei denen die Walzen eine unterschiedliche Rautiefe aufweisen, kann der Vliesstoff so ausgestaltet werden, dass eine Seite einen anderen
Haftreibungskoeffizienten als die andere Seite aufweist. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da sie die Aufrollbarkeit des Vliesstoffs verbessert. Ein besonders vorteilhafter Haftreibungskoeffizient kann erzielt werden, wenn zur Ausbildung der Polymermatrix Polyethylen und/oder Polyamid verwendet wird.
Strukturell zeichnet sich der erfindungsgemäße Vliesstoff dadurch aus, dass er mindestens zwei Polymere umfasst, wobei der Schmelzpunkt mindestens einer ersten Polymerkomponente über dem Schmelzpunkt mindestens einer zweiten
Polymerkomponente liegt wobei die erste Polymerkomponente in Form von
Elementarsegmenten vorliegt, welche in einer Matrix aus der zweiten
Polymerkomponente verteilt sind.
Die Differenz zwischen dem Schmelzpunkt des ersten und zweiten Polymers kann in weiten Bereichen variieren. Zweckmäßigerweise beträgt die Differenz mindestens 15 °C, insbesondere mindestens 20 °C. Vorzugsweise werden Polymere mit einer
Temperaturdifferenz von 15 °C bis 450 °C, noch bevorzugter von 15 °C bis 200 °C, noch bevorzugter von 20 °C bis 150 °C, insbesondere von 70 °C bis 150 °C eingesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsförm der Erfindung liegt der Schmelzpunkt der ersten Polymerkomponente zwischen 230-290 °C, vorzugsweise zwischen 250-280 °C. Der Schmelzpunkt der zweiten Polymerkomponente liegt vorzugsweise zwischen 200- 260 °C und noch bevorzugter zwischen 220-240 °C.
Als Polymere können die verschiedensten Materialien eingesetzt werden.
Bevorzugte Kombinationen für Mehrkomponentenfasern umfassen vor allem
thermoplastische Polymere, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nylon 6, Nylon 6.6, Nylon 6.10, Nylon 6.11 , Nylon 6.12, Polypropylen oder Polyethylen. Weitere mögliche Polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyamid, thermoplastischen Copolyetheresterelastomeren, Polyolefinen, Polyacrylaten und thermoplastischen Flüssigkristallen. Auch denkbar ist der Einsatz von
Copolyetheresterelastomeren aus langkettigen und kurzkettigen Estermonomeren. Werden Elementarsegmente aus Polyethylenterephthalat eingesetzt, so können diese bevorzugt aus recyclebaren Polyethylenterphthalat hergestellt werden.
Durch Wahl der verwendeten Polymere kann das Benetzungsverhalten des Vliesstoffs beeinflusst werden. Zu diesem Zweck werden insbesondere folgende thermoplastische Polymere eingesetzt: Polyamide, Polyvinylacetate, verseifte Polyvinylacetate, verseifte Ethylenvinylacetate und weitere hydrophile Polymere.
Alternativ können auch elastische Polymere eingesetzt werden. Diese Polymere werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Styrol/Butadien
Copolymeren, elastischem Polypropylen, Polyethylen, Metallocen-katalysierten a-Olefin- Homopolymeren, sowie Copolymeren mit einer Dichte von weniger als 0,89 g/cm3.
Darüber hinaus ist die Verwendung von amorphen Polyalphaolefinen mit einer Dichte von weniger als 0,89 g/cm3, Ethylenvinylacetat, sowie Ethylen-Propylenkautschuk und Propylen-1 -Buten- Copolymer und Terpolymere denkbar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Mehrkomponentenfasern Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, syndiotatkisches
Polystyrol, Polyester, und/oder Mischungen aus diesen Polymeren, vorzugsweise Polyethylenterephthalat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erste Polymerkomponente aus der Gruppe bestehend aus: Polyester, vorzugsweise
Polyethylenterephthalat ausgewählt und/oder die zweite Polymerkomponente aus der Gruppe bestehend aus: Polypropylen, Polyethylen, Polyamid und/oder Polyester, vorzugsweise Polyethylenterephthalat.
Werden als Mehrkomponentenfasern Islands-in-Sea-Fasern eingesetzt, so wird die Sea vorzugsweise aus dem zweiten, matrixerzeugenden Polymer gebildet. Bevorzugte Polymere sind Polyethylen, lineares Niederdruck-Polyethylen mit einem a- Olefinmonomeranteil größer als 10 Gew.-%, Ethylencopolymer mit mindestens einem Vinylmonomer oder Ethylencopolymer mit ungesättigten aliphatischen Carboxylsäuren.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Vliesstoff zeichnet sich dadurch aus, dass im Vliesstoff eine filmähnlich aufgeschmolzene Polymermatrix vorliegt. Diese enthält ungeschmolzene Elementarsegmente, die im Querschnitt kreissegmentförmig bzw. kuchenstückförmig, multilobal oder kreisförmig aufgebaut sein können.
Elementarsegmente eines kreissegmentförmigen Querschnitts zeigen eine etwa 1 , 75- mal größere Oberfläche als ein Elementarsegment mit einem runden Querschnitt.
Aufgrund der größeren Oberfläche wird eine größere Adhäsionsfläche ausgebildet.
Wie oben bereits erläutert ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Vliesstoffe mit einer dichten Struktur und geringen Porosität herzustellen, die bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Wasserundurchlässigkeit aufweisen.
Vorzugsweise weisen die Fasertiter der Mehrkomponentenfasern unabhängig voneinander Werte von 1 dtex bis 4 dtex, vorzugsweise von 1 ,5 bis 3 dtex, noch bevorzugter von 2 dtex bis 3 dtex auf.
Das Gewichtsverhältnis von erstem Polymer zu zweitem Polymer im Vliesstoff kann in weiten Bereichen schwanken, sofern gewährleistet ist, dass im Vliesstoff die erste Polymerkomponente in Form von Elementarfilamenten vorliegt, welche in einer Matrix aus der zweiten Polymerkomponente verteilt sind. Vorzugsweise beträgt das
Gewichtsverhältnis von erstem Polymer zu zweitem Polymer im Vliesstoff 50 % : 50 %, vorzugsweise 70% bis 30%, noch bevorzugter 60% zu 40%.
Bevorzugterweise beträgt der Anteil der Matrix im Vliesstoff von 1 Gew.-% bis 60 Gew.- %, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-%. Bei diesen Matrixanteilen kann ein Vliesstoff mit einer besonders guten Biegesteifigkeit erhalten werden. Weiterhin umfasst der Vliesstoff vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, noch bevorzugter 60-100 Gew.-% Mehrkomponentenfasern, noch bevorzugter 70-100 Gew.-% Mehrkomponentenfasern, wobei die
Mehrkomponentenfasern insbesondere schmelzgesponnene Mehrkomponentenfasern sind.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff eignet sich aufgrund seines geringen Gewichts, seiner hohen Festigkeit und Wasserbeständigkeit hervorragend zur Herstellung von
Verpackungsmaterialien, Beuteln, Taschen, Umschlägen, insbesondere
Briefumschlägen, Bändern, Bannern, Verstärkungslagen, Trennlagen und/oder
Isolationslagen. Besonders vorteilhaft wird der Vliesstoff zur Herstellung von
Trockenmittelbeuteln zur Erfüllung mit Trockenmitteln wie S1O2, CaC , Bentonit eingesetzt. Aufgrund der geringen Luftdurchlässigkeit des Vliesstoffs kann hier ein hohes Rückhaltsvermögen für die Trockenmittel erzielt werden.
Ebenfalls hervorragend geeignet ist der erfindungsgemäße Vliesstoff als Basismaterial zur Behandlung mit Imprägnierungsmitteln, insbesondere Bindemitteln, Harzen und/oder Polymerdispersionen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verbundwerkstoff umfassend mindestens eine erste Lage, die einen erfindungsgemäßen Vliesstoff enthält, sowie mindestens eine zweite Lage, vorzugsweis ausgebildet als Folie.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Lage als Folie mit einer Dicke von 0,01 mm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,2 mm ausgebildet. Die jeweiligen Lagen des
erfindungsgemäßen Vliesstoffs können in Abhängigkeit von den verwendeten
Materialien auf verschiedene Arten und Weisen miteinander verbunden werden.
Praktische Versuche haben ergeben, dass besonders feste Verbünde erhalten werden, wenn die erste und zweite Lage stoffschlüssig und/oder mittels eines Bindemittels miteinander verbunden vorliegen. Die Zusammensetzung der erfindungsgemäß eingesetzten Folie kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einsatzzweck des Verbundwerkstoffs in weiten Bereichen variieren. Vorzugsweise enthält die Folie Kunststoffe, vorzugsweise Polyolefine, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder deren Copolymere oder Metalle. Denkbar ist auch die Verwendung einer metallisierten Folie.
In Abhängigkeit von der erwünschten Verstärkungsintensität kann die Dicke der ersten Lage variieren. Vorzugsweise weist die erste Lage eine Dicke von 0,01 mm bis 1 mm, noch bevorzugter von 0,05 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,2 mm auf.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung sowie der Tabellen zu verweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Rasterelektronenmikroskopische(REM)-Aufnahme des
Faserquerschnitts des im Ausführungsbeispiel 1 , Beispiel 8 hergestellten Vliesstoffs (Kern/Mantel-Filamente / PET/PE) bei 500-facher Vergrößerung,
Fig. 2 eine Rasterelektronenmikroskopische(REM)-Aufnahme eines
Faserquerschnitts eines handelsüblichen Vliesstoffs (PE) bei 500-facher Vergrößerung, und eine Rasterelektronenmikroskopische(REM)-Aufnahme des
Faserquerschnitts eines im Ausführungsbeispiel 4 hergestellten Vliesstoffs (PIE-Filamente / PET/PA) bei 1000-facher Vergrößerung.
Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Ausführungsbeispiel 1 :
Herstellung eines Spinnvlieses aus Kern/Mantel-Filamenten (PET/PE)
Zur Herstellung der Kern/Mantel-Filamehte werden Polyethylenterephthalat und
Polyethylen in bekannter Weise mit einem pro Lochdurchsatz von 0,65 g/L min coextrudiert und aerodynamisch verstreckt. Die Endlosfilamente werden darauf auf einem Förderband dynamisch abgelegt. Unter dynamischem Ablegen wird verstanden, dass sich die Orientierung der abzulegenden Filamente in Querrichtung gezielt beeinflussen lässt. Darauf erfolgt eine Verfestigung der Endlosfilamente durch eine raue Stahlwalze unter Druck und Wärme. Die Stahlwalze weist Temperaturen zwischen 125 °C und 132 °C auf. Durch das Beaufschlagen der Endlosfilamente mit Druck und Temperatur wird das Polyethylen aufgeschmolzen und das Polyethylenterephthalat in Form von Elementarfilamenten in einer Matrix aus Polyethylen verteilt. Hierbei wird ein Spinnvlies mit einem Flächengewicht von 80 g/m2 erhalten. Das Spinnvlies weist eine dichte Struktur sowie eine geringe Porosität bei charakteristischen mechanischen Werten (Höchstzugkraft (HZK), Weiterreißkraft (WRK), Maschinenrichtung
(MD):Querrichtung (CD) Verhältnis) auf. Die Parameter des Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 : Ausführungsbeispiel 1 , 80 g/m2 PET/PE Vliesstoff, Kern/Mantel-Filamente, mech. Eigenschaften.
In Figur 1 ist der filmartige Aufbau der Oberfläche bzw. der Materialstruktur von gesponnenen Kern-Mantel-Filamenten zu erkennen. Bei diesem liegen teilweise
Polyethylen-Domänen vor, die durch Polyethylenterephthalat-Endlosfilamente verstärkt sind.
Der Luftdurchlass kann dabei im Bereich von 135 bis 285 l/m2sec gesteuert werden. Bei der Verfestigung bleibt der runde Querschnitt der Kernstruktur aus Polyester im
Wesentlichen erhalten. Im Spinnvlies liegen Polyethylen-Domänen, die mit den
Kernsegmenten armiert sind, vor. Besonders gut sichtbar ist dies bei den Spinnvliesen mit einem Polyethylenanteil von 36 Gew.-% im Mantel. Durch die spezifische
Faserorientierung kommt es dabei zu typisch isotropen
Maschinenrichtung/Querrichtungs-Verhältnissen, wie in Tabelle 2 dargestellt. Kalandertemp. Kalander druck PE-Anteil MD:CD-Verhältnis MD:CD-Verhältnis
HZK WRK
°C N/mm %
125 50 14 1 ,0 1 ,0
132 50 14 1 ,1 0,6
125 80 14 1 ,1 1 ,1
132 80 14 1 ,1 0,8
125 50 36 1 ,0 1 ,0
132 50 36 1.1 1 ,0
125 80 36 1 ,2 1 ,1
Tabelle 2: Ausführungsbeispiel 1 , 80 g/m2 PET/PE Vliesstoff, Kern/Mantel-Filamente, mech. Eigenschaften.
In Figur 2 ist der Querschnitt von handelsüblichen flash- spun Polyethylen zu erkennen (Du Pont Tyvek ®). Dieser zeigt ausschließlich Fasern eines einzigen Polymers in abweichender Größe und Gestalt. Zum Vergleich der Oberflächenenergien wurde ein handelsüblicher Verpackungsvliesstoff aus flash- spun Polyethylen genutzt (Du Pont Tyvek ®).
Ausführungsbeispiel 2:
Herstellung eines erfindungsgemäßen Vliesstoffes aus Kern Mantel
Endlosfilamenten (PET/PE)
Zur Herstellung der Kern/Mantel-Filamente werden Polyethylenterephthalat und
Polyethylen in bekannter Weise mit einem pro Lochdurchsatz von 0,65 g/L min coextrudiert und aerodynamisch verstreckt wobei Kern/Mantel-Filamente entstehen. Der Polyethylenanteil im Extrudat beträgt 36 bis 40 Gew.-%. Die Endlosfilamente werden darauf auf einem Förderband dynamisch abgelegt. Unter dynamischem Ablegen wird verstanden, dass sich die Orientierung der abzulegenden Filamente in Querrichtung gezielt beeinflussen lässt. Darauf erfolgt eine Verfestigung der Endlosfilamente durch eine raue Stahlwalze unter Druck und Wärme. Die Stahlwalze weist Temperaturen zwischen 128 °C und 132 °C bei einem Liniendruck von 80 N/mm (Rauhtiefe von 40 μηι) auf. Durch das Beaufschlagen der Endlosfilamente mit Druck und Temperatur wird das Polyethylenterephthalat in Form von Elementarfilamenten in einer Matrix aus
Polyethylen verteilt. Hierbei werden Spinnvliese mit einem Flächengewicht von 40, 60 und 80 g/m2 erhalten. Es entstehen Vliesstoffe mit dichter Struktur und geringer
Porosität bei charakteristischen mechanischen Werten (HZK, WRK, MD:CD Verhältnis). Die Parameter des Versuchs sind in Tabelle 3 und 4 dargestellt.
Tabelle 3: Ausführungsbeispiel 2, 40, 60 und 80 g/m2 PET/PE Vliesstoffe, Kern/Mantel- Filamente, mech. Eigenschaften.
Tabelle 4: Ausführungsbeispiel 2, 40, 60 und 80 g/m2 PET/PE Vliesstoffe, Kern/Mantel- Filamente, mech. Eigenschaften.
Ausführungsbeispiel 3:
Herstellung eines Spinnvlieses aus Kern/Mantel-Filamenten (PET/Co
Zur Herstellung der Kern/Mantel-Filamente werden Polyethylenterephthalat und ein niedrig schmelzender Co-Polyester in bekannter Weise mit einem pro Lochdurchsatz von 0,74 und 0,8 g/L min coextrudiert und aerodynamisch verstreckt, wobei
Kern/Mantel-Filamente entstehen. Der Anteil an Co-Polyethylenterephthalat beträgt 20 Gew.-%. Die Endlosfilamente werden darauf auf einem Förderband dynamisch abgelegt. Unter dynamischem Ablegen wird verstanden, dass sich die Orientierung der abzulegenden Filamente in Querrichtung gezielt beeinflussen lässt. Darauf erfolgt eine Verfestigung der Endlosfilamente durch eine raue Stahlwalze unter Druck und Wärme. Die Stahlwalze weist eine Temperatur von 130 °C bei einem Liniendruck von 80 N/mm (Rauhtiefe von 40 μηι) auf. Durch das Beaufschlagen der Endlosfilamente mit Druck und Temperatur wird das Polyethylenterephthalat in Form von Elementarfilamenten in einer Matrix aus Co-Polyethylenterephtalat verteilt. Anschließend erfolgt eine
Nachbehandlung im Heißluftofen bei einer Temperatur von 160 °C. Hierbei wird ein Spinnvlies mit einem Flächengewicht von 100 g/m2 erhalten. Hierdurch entsteht ein Vliesstoff mit dichter Struktur und geringer Porosität bei charakteristischen
mechanischen Werten (HZK, WRK, MD:CD Verhältnis). Die Parameter des
Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 5 und Tabelle 6 dargestellt.
Tabelle 5: Ausführungsbeispiel 4, 100 g/m2 PET/CoPET Vliesstoff, Kern/Mantel- Filamente, mech. Eigenschaften. Kalandertemp. PLD Kalanderdruck Co-PET-Anteil MD:CD- D:CD- Verhältnis Verhältnis
HZK WRK
•c g/Lmin daN %
130 0,74 80 20 1,1 1 ,1
130 0,8 80 20 1 ,2 1 ,0
Tabelle 6: Ausführungsbeispiel 4, 100 g/m2 PET/CoPET Vliesstoff, Kern/Mantel- Filamente, mech. Eigenschaften.
Ausführungsbeispiel 4: Herstellung eines Spinnvlieses aus PIE-Filamenten (PET/PA)
Zur Herstellung der PIE-Filamente werden Polyethylenterephthalat und Polyamid in bekannter weise mit einem pro Lochdurchsatz von 0,76 g/L min coextrudiert und aerodynamisch verstreckt, wobei 16 PIE-Filamente entstehen. Der Anteil an Polyamid liegt zwischen 30 und 50 Gew.-%. Die Endlosfilamente werden darauf auf einem
Förderband dynamisch abgelegt. Unter dynamischem Ablegen wird verstanden, dass sich die Orientierung der abzulegenden Filamente in Querrichtung gezielt beeinflussen lässt. Darauf erfolgt eine Verfestigung der Endlosfilamente durch eine raue Stahlwalze unter Druck und Wärme. Die Stahlwalze weist Temperaturen zwischen 130 °C und 180 °C bei einem Liniendruck zwischen 50 N/mm und 80 N/mm (Rauhtiefe von 40 pm) auf. Durch das Beaufschlagen der Endlosfilamente mit Druck und Temperatur wird das Polyamid verschmolzen und das Polyethylenterephthalat in Form von im Querschnitt kreissegmentförmigen bzw. kuchenstückartigen Elementarfilamenten in einer Matrix aus dem Polyamid verteilt. Hierbei wird ein Spinnvlies mit einem Flächengewicht von 105 g/m2 erhalten. Es entsteht ein Spinnvlies mit dichter Struktur und geringer Porosität bei charakteristischen mechanischen Werten (HZK, WRK, MD:CD Verhältnis). Die
Parameter des Versuchs sind in Tabelle 7 und Tabelle 8 dargestellt. Kalan- KalanPA- GeDicke LD Grab Dehnung Grab Dehnung Trap Trap der- derAnwicht 20cm Ten- MD Ten- CD Tear Tear tem p. druck teil 2/50 sile sile MD CD
Pa MD CD
EN DIN EN DIN EN EN 29073 EN EN 29073 AST ASTM
2907 ISO EN 2907 T3 2907 T3 M D D
3 9073-2 ISO 3 T3 3 T3 573 5733 angel 9237 3
•c N/mm % g/m2 mm l/m*s N/50 % N/50 % N N
ec mm mm
130 50 30 103,9 0,2 89 224,9 43,7 174, 41,3 185 163,9
2
130 80 30 104,7 0,22 81 252,5 47,8 205 50,1 185, 170,3
4
180* 80 30 106,6 0,14 27 319,2 46,4 272, 48,5 90,7 90,6
2
180* 50 30 106,7 0,15 31 321,8 46,1 260, 52,3 86,7 84,7
3
180* 50 50 104,4 0,15 31 273,8 41 ,6 226, 44,7 69,2 68,7
5
180* 80 50 106,3 0,15 25 295,9 40,9 221 , 40,4 54,2 55,6
1
130 80 50 105,7 0,17 46 244,6 43,6 180 39,9 174, 155,7
9
130 50 50 106 0,2 65 233,2 44,3 179, 42,6 87 90
1
Tabelle 7: Ausführungsbeispiel 4, 105 g/m2 PET/PA Vliesstoff, PIE-Filamente, mech. Eigenschaften.
Tabelle 8: Ausführungsbeispiel 4, 105 g/m2 PET/PA Vliesstoff, PIE-Filamente, mech. Eigenschaften.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere in Figur 3 dargestellt ist, weisen die Verbundfilamente im Querschnitt eine kreissegmentförmige Ausgestaltung der die Querschnitte der verschiedenen Elementarsegmente darstellenden Bereiche auf. Es ist ein filmartiger Aufbau im Querschnitt der Materialstruktur des
erfindungsgemäßen Vliesstoffs zu erkennen. Es liegen Polyamid-Domänen vor, die durch Polyethylenterephthalat-Filamente verstärkt sind. Der ursprüngliche runde
Faserquerschnitt ist dabei großteils durch Hitze- und Druckeinfluss deformiert bzw. nicht mehr festzustellen.
Ausführungsbeispiel 5:
Corona- und Plasmabehandlung eines Spinnvlieses
Die Oberflächenenergie der hergestellten Spinnvliese wird durch eine Corona- oder Plasmabehandlung verändert. In Tabelle 9 ist dies am Beispiel 8 (132°C / 80 daN / 36 % PE) des Ausführungsbeispiels 1 beschrieben. Die mit * markierte Seite ist die der Aufladung zugewandten Seite im Prozess. Die Coronaaufladung erfolgt bei
Standardbedingungen (Raumtemperatur, 7500 V) und verschiedenen
Geschwindigkeiten. Die Plasmatisierung erfolgt in einer Niederdruck- Atmosphärenplasmaanlage der Firma Freudenberg Forschungsdienste KG bei
Raumtemperatur. Die Messung der Oberflächenenergien erfolgt gemäß ISO 9000 mit Sherman Testtinten der Firma Schnick D-42579 Heiligenhaus. Zum Vergleich der Oberflächenenergien wurde ein handelsüblicher Verpackungsvliesstoff aus flash- spun Polyethylen genutzt.
Oberflächenenergie / [dyn] Oberflächenenergie / [dyn]
Seite 1 Seite 2* Seite 1* Seite 2 Seite 1 Seite 2* Seite 1* Seite 2
Referenz 40-42 40-42 # # 40-42 40-42 # #
PE
Versuch unbeh. 38-40 38-40 # # 38-40 38-40 # #
8
Versuch Corona Plasma Corona Plasma
8
5 m/min # # >50 >50 # # >50 >50
10 # # >50 >50 # # >50 >50 m/min
25 40-42 44-46 >50 >50 40-42 42-44 >50 >50 m/min dyn dyn dyn dyn
35 38-40 44-46 >50 >50 38-40 42-44 >50 >50 m/min dyn dyn dyn dyn
45 Messung 1 Messung 1, 0 Tage Lagerzeit bei
m/min Raumtemperatur
Tabelle 9: Ausführungsbeispiel 1, Beispiel 8, 80 g/m2 PET/PE Vliesstoff, Kern/Mantel- Filamente, Oberflächenenergien unbehandelt und nach Corona- bzw.
Plasmabehandlung.
Wie aus den Werten von Tabelle 9 ersichtlich, eignet sich der erfindungsgemäße Vliesstoff hervorragend zur Behandlung mit Plasma- und/oder Coronabehandlung. Überraschenderweise können auch sehr dünne Vlieslagen derart behandelt werden, dass diese eine Oberflächenenergie von 40 bis 42 dyn. aufweisen, ohne dass eine Zerstörung des Vliesstoffes stattfindet.
Ausführungsbeispiel 6:
Biegesteifigkeit und Haftreibungskoeffizient verschiedener Materialien
Zur Charakterisierung besonderer, von allgemeiner Vliesstoffcharakteristik
abweichender, Eigenschaften, sind besonders die Biegesteifigkeit nach DIN 53350, sowie der Haftreibungskoeffizient nach ASTM D-4918-97 (2002) heranzuziehen. Aus einem Vergleich der Messwerte ausgewählter Ausführungsbeispiele zeigt sich eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig hoher Oberflächenglätte, d.h. niedrigem Reibungskoeffizient. Es ist ersichtlich, dass ein besonders vorteilhafter
Reibungskoeffizient dann erzielt werden kann, wenn zur Ausbildung der Polymermatrix Polyethylen oder Polyamid verwendet wird.
Tabelle 10: Verschiedene Ausführungsbeispiele, Biegesteifigkeit längs gem. DIN 53350.
Tabelle 11 : Verschiedene Ausführungsbeispiele, Biegesteifigkeit quer gem. DIN 53350.
Tabelle 12: Verschiedene Ausführungsbeispiele, Haftreibungskoeffizient tan a gem. ASTM D-4918-97, Seitenzuordnung A = glatte Walze, B = Rauhwalze.
Ausführungsbeispiel 7:
Herstellung von Spinnvliesen aus PIE-Filamenten (PET/PA, PE und PP)
Zur Herstellung der PIE-Filamente werden Polyethylenterephthalat und Polyamid, Polyethylen oder Polypropylen als Bindekomponente in bekannter Weise mit einem pro Lochdurchsatz von 0,76 g/L min coextrudiert und aerodynamisch verstreckt, wobei 16 PIE-Filamente entstehen. Der Anteil an Bindekomponente liegt zwischen 30 und 50 Gew.-%. Die Endlosfilamente werden darauf auf einem Förderband dynamisch abgelegt. Unter dynamischem Ablegen wird verstanden, dass sich die Orientierung der abzulegenden Filamente in Querrichtung gezielt beeinflussen lässt. Darauf erfolgt eine Verfestigung der Endlosfilamente durch eine raue Stahlwalze unter Druck und Wärme. Die Stahlwalze weist Temperaturen zwischen 130 °C und 180 °C bei einem Liniendruck zwischen 50 N/mm und 80 N/mm (Rauhtiefe von 30 - 40 μητι) auf.
Durch das Beaufschlagen der Endlosfilamente mit Druck und Temperatur wird das Bindepolymer verschmolzen und das Polyethylenterephthalat in Form von im
Querschnitt kreissegmentförmigen bzw. kuchenstückartigen Elementarfilamenten in einer Matrix aus dem Polyamid verteilt. Hierbei können Spinnvliese mit verschiedenen Flächengewichten erhalten werden, die sich durch hohe mechanische Festigkeiten auszeichnen. Es entstehen ferner Spinnvliese mit dichter Struktur und geringem
Porositätsniveau, das durch die Wahl von Bindekomponente und Verfestigung gestaltet werden kann. Entsprechende Parameter sind in Tabelle 13 und 14 dargestellt. Ausführungsbeispiel 7-1 7-2 7-3 blnder polymer PA PP PE binder polymer share 50 30 40
Weight (g/sqm) EN 29073 angel. 105 104 100
Thickness (mm) DIN EN ISO 9073-2 0, 15 0, 17 0,19
Airpermea bility 20cm2/50Pa (l/sqm/sec) DIN EN ISO 9273 31 46 69
Tensile strength/md (N) ASTM D 5034 274 324 299
Tensile strength /cd (N) ASTM D 5034 226 375 280
Elongation /md (%) ASTM D 5034 41 57 69
Elongation /cd (%) ASTM D 5034 45 55 72
3%M/md (N) ASTM D 5034 92 36 87
3%M/cd (N) ASTM D 5034 94 50 70
Tear strength /md (N) intern, 75 mm / 300 mm/min 69 101 152
Tear strength /cd (N) intern, 75 mm / 300 mm/min 68 91 148
Tabelle 13: Ausführungsbeispiel 7, PE1 Γ/ΡΑ , PP und PE Vliesstofl Fe, PIE-Filamente, mech.
Eigenschaften
Tabelle 14: Porositätsmessungen nach ASTM 1294, Ausführungsbeispiele 7-1 bis 7-3.
(Tabelle 15: Porengrößenverteilung der Ausführungsbeispiele 7-1 bis 7-3 nach ASTM 1294.) -> siehe Figur 4

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs enthaltend mindestens eine erste
Polymerkomponente, die in Form von Elementarsegmenten in einer Matrix aus mindestens einer zweiten Polymerkomponente verteilt ist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
c) Bereitstellen von Mehrkomponentenfasern, umfassend eine erste
Polymerkomponente und eine zweite Polymerkomponente, wobei die erste Polymerkomponente in einer ersten Zone und die zweite
Polymerkomponente in einer zweiten Zonen über den Querschnitt der
Mehrkomponentenfasern angeordnet ist, wobei
sich beide Polymerkomponenten in Längenrichtung der
Mehrkomponentenfasern erstrecken, wobei
die erste Polymerkomponente einen Schmelzpunkt oberhalb des
Schmelzpunkts der zweiten Polymerkomponente aufweist und wobei die erste Zone die erste Polymerkomponente in Form von mindestens zwei trennbaren Elementarsegmenten umfasst; d) flächiges Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit Druck und Temperatur derart, dass Elementarsegmente aus der ersten Polymerkomponente in einer Matrix aus der zweiten Polymerkomponente verteilt werden.
2. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Polymer in Form von 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 oder 16 trennbaren Elementarsegmenten in den Mehrkomponentenfasern vorliegt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der ersten Polymerkomponente mindestens 15°C oberhalb des Schmelzpunkts der zweiten Polymerkomponente liegt.
4. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs nach einem oder mehreren der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch Beaufschlagen mit einer
Temperatur von 100 °C bis 300 °C sowie einem Druck von 40 N/mm bis 150 N/mm durchgeführt wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs nach einem oder mehreren der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Verbinden der Mehrkomponentenfasern durch ein vorzugsweise einstufiges Verfestigen mit einer Walzenpaarung durchgeführt wird, wobei mindestens eine der Walzen einer Rautiefe, gemessen nach DIN 4768 05.00 von 20-100 pm, vorzugsweise 20-70 pm und insbesondere von 30-50 pm aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs nach einem oder mehreren der
voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als
Mehrkomponentenfasern PIE-Fasern, Hollow-PIE-Fasern, multilobale Fasern oder Side by Side-Fasern eingesetzt werden, welche aus mindestens zwei Polymeren mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufgebaut sind.
7. Vliesstoff, insbesondere ausgebildet als Basismaterial zur Beschichtung mit Folien und/oder zur Imprägnierung mit Bindemitteln, hergestellt mit einem Verfahren gemäß nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Biegesteifigkeit von 0,5 N/mm2 bis 10 N/mm2, gemessen nach DIN 53350 bei einem Biegewinkel von 10 % und/oder eine Biegesteifigkeit von 2 N/mm2 bis 13 N/mm2, bei einem Biegewinkel von 40 %.
8. Vliesstoff nach Anspruch 7 gekennzeichnet durch eine Luftdurchlässigkeit gemäß den DIN EN ISO 9273 bei 5 cm2/100Pa bei einem Flächengewicht von 100 g/m2 von weniger als 120 l/m2 sec, vorzugsweise weniger als 110 l/m2 sec, noch bevorzugter weniger als 100 l/m2 sec, noch bevorzugter weniger als 90 l/m2 sec und insbesondere weniger als 80 l/m2 sec
9. Vliesstoff nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein
Maschinenrichtung/Querrichtungs-Verhältnis der Höchstzugkraft gemäß EN 29073 T3 von 0,7 bis 1 ,6, vorzugsweise von 0,8 bis 1 ,5, insbesondere von 0,9 bis 1 ,1.
10. Vliesstoff nach einem oder mehreren Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Anteil der Matrix im Vliesstoff im Bereich von 1 Gew.- % bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere von
10 Gew.-% bis 40 Gew.-% beträgt.
11. Vliesstoff nach einem oder mehreren Ansprüche 7 bis 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass im Vliesstoff Elementarsegmente aus einem ersten Polymer vorliegen, die im Querschnitt kreissegmentförmig bzw.
kuchenstückförmig, kreisförmig oder multilobal aufgebaut sind, welche in einer Matrix aus der zweiten Polymerkomponente verteilt sind.
12. Verwendung eines Vliesstoffes nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis
11 zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs.
13. Verbundwerkstoff umfassend mindestens eine erste Lage, die einen Vliesstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11 enthält, sowie mindestens eine zweite Lage, vorzugsweise ausgebildet als Folie.
14. Verbundwerkstoff nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage als Folie mit einer Dicke von 0,01 mm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,2 mm ausgebildet ist.
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