DE3151322C2

DE3151322C2 - "Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen mit niedrigem Fallkoeffizienten"

Info

Publication number: DE3151322C2
Application number: DE3151322A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. Hartmann; Engelbert 6750 Kaiserslautern Löcher; Ivo Ruzek
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1983-11-10
Also published as: GB2115343A; BE894170A; NL8202167A; NL188236C; DE3151322A1; JPS58132156A; US4496508A; JPS6233343B2; FR2519038A1; FR2519038B1; GB2115343B; NL188236B

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen durch Extrusion einer Polypropylenschmelze mit Hilfe von Spinndüsen und aerodynamisches Abziehen der Filamente mit einem Luftstrom, wobei die Filamente unterhalb der Spinndüsenunterkante durch einen nach unten gerichteten Luftstrom senkrecht abgezogen und durch querströmende Luft abgeschreckt werden und dann unterhalb des aerodynamischen Abzugsorgans auf einer beweglichen, porösen und von unten abgesaugten Unterlage zu einem Spinnvlies abgelegt werden, das anschließend in geeigneter Weise verfestigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Spinnvliesstoffe und auch Polypropylen-Spinnvliesstoffe sind hinreichend bekannt. Diese Vliesstoffe haben gute textile Eigenschaften, jedoch sind sie in vieler Hinsicht insbesondere bezüglich des Griffs, nicht immer mit gewebten oder gewirkten Stoffen vergleichbar. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die textlien Eigenschaften der Spinnvliesstoffe zu optimieren.

Aus DE-AS 19 50 669 ist ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesstoffen bekannt, bei dem durch Ausspinnen einer Vielzahl von Endlosfäden aus synthetischen Polymerisaten und Ablegen derselben auf eine luftdurchlässige bewegliche Unterlage, die die Spinndüsen verlassenden Fäden zu Fadenbündeln zusammengefaßt und jedes Fadenbündel durch Abzugsdüsen mit einem Luftstrom abgezogen und dabei verstreckt werden. Die Fadenbündel werden auf der Ablage zu einem Vlies gesammelt und in üblicher Weise mit Hilfe von Wärme und Druck verfestigt. Man erhält auf diese Weise mechanisch widerstandsfähige Vliesstoffe, deren textiler Griff verbesserungsbedürftig ist

Aus DE-OS 24 06 321 ist die Herstellung von abriebfesten, pflegeleichten Vliesstoffen aus Polyamid 6 bekannt, deren Fasern bzw. Fäden bis zu einem gewissen Grade, jedoch nicht bis zum höchstmöglichen Wert, verstreckt sind. Die Fasern bzw. Fäden sollen somit eine gewisse Molekularorientierung aufweisen. Aufgabe der Orientierung ist die Ausrichtung der

ίο Makromolekülketten in Richtung der Faserlängsachse zur Erhöhung der Faserfestigkeit und Reduzierung der Bruchdehnung. Der Orientierungsgrad kann auf verschiedene Weise, z. B. durch Messung der Anisotropie mit optischen oder akustischen Mitteln oder durch Auswertung von Röntgenstreuungsdiagrammen ermitt-ilt werden. In vielen Fällen genügt bereits die Feststellung von Festigkeitsparametern wie Höchstzugkraft und Höchstzugdehnung als hinreichende Unterscheidungsmerkmale der Fasern bzw. Faserprodukte untereinander. So werden bei einer entsprechend hohen Orientierung der Fasern für technische Zwecke Hochstzügdchnunpwerte von weniger als 10% erreicht. Die übrigen Fasern und Fäden für Textilanwendungen besitzen Dehnungswerte bis etwa 60%.

Bei der Vliesstoffherstellung werden sowohl verstreckte als auch teilverstreckte oder unverstreckte Fasern verwendet Hierbei sind die gut orientierten Fasern die eigentlichen vliesbildenden Fasern, während die teilverstreckten oder unverstreckten Fasern nur als Bindefasern verwendet werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung besonders weicher Produkte mit sehr gutem texttiem Griff und sehr niedrigem Fallkoeffizienten gestattet. Diese Eigen-

schäften sind besonders für die Anwendung der Vliesstoffe bei zahlreichen medizinischen oder Hygieneartikel bzw. für die Verarbeitung der Vliesstoffe zu sogenannten »Komposit-Flächengebilden«, die aus mehreren Lagen weicher Vliesstoffe zusammengesetzt sind, erwünscht.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch das in den Patentansprüchen wiedergegebene Verfahren. Man erhält auf diese Weise Polypropylen-Spinnvliesstoffe, die aus teilverstreckten Polypropylenfilamenten als vliesbildenen Fasern bestehen. Die guten textlien Eigenschaften sind deshalb außerordentlich überraschend, weil die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polypropylen-Spinnvliese verwendeten teilverstreckten Fasern im unverarbeiteten Zustand einen lappigen Griff besitzen. Es war nicht zu erwarten, daß derart »lappige« Fasern ein weiches, aber sehr widerstandsfähiges Vlies bilden, das überdies ein ausgezeichnetes Fallvermögen besitzt. Es ist sehr vorteilhaft, daß bei der Herstellung der Spinnvliesstoffe das auf dem Förderband abgelegte Fasergebilde ohne Mitverwendung von Bindemitteln oder fremden Bindefasern sich einwandfrei, z. B. durch eine geeignete Kalanderprägetechnik, binden läßt, wobei im Vergleich zu Artikeln mit vollverstreckten Fasern wesentlich mildere Druck- und Temperaturbedingungen eingehalten werden können,

Das weiche textilartige Verhalten ist Ursache für das gute Fallvermögen. Dieses Fallvermögen wird nach DIN 54 306 bestimmt. Im Sinne dieser Norm wird der Grad der Deformierung ermittelt, welcher sich ergibt, wenn ein horizontal liegendes Flächengebilde unter seinem Eigengewicht über einer Trägerscheibe hängt.
Als Maß für das Fallvermögen dient der nach dieser

Norm bestimmte Fallkoeffizient D in Prozent Definitionsgemäß soll der Fallkoeffizient D ein kritischer Parameter für die Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten Polypropylen-Spinnvlieses sein. Der Fallkoeffizient D ist um so niedriger, je besser das Fallvermögen und folglich auch der Griff des Flächengebildes ist

Die erfindungsgemäß hergestellten Vliesstoffe weisen in jedem Fall einen Fallkoeffizienten auf, der in Abhängigkeit von dem Flächengewicht (FG) folgender Gleichung genügt:

D< 1,65 - FG + 30 (%)

Stoffe, die höhere D-Werte aufweisen, sind zwar ebenfalls textilartig, jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung zu hart

Während herkömmliche, für die Herstellung von Vliesstoffetf verwendete vollverstreckte Fasern über Höchstzugdehnungswerte von weniger als 100% ihrer ursprünglichen Länge (gemessen nach DIN) verfügen, kann man mit hinreichend großem Abstand zu diesen vollverstreckten Fasern die erfindungsgemäß verwendeten teilverstreckten Fasern so definieren, daß diese über Höchstzugdehnungswerte von wenigstens 200% verfügen. Ganz besonders bewährt haben sich Fasern mit Höchstzugdehnungswerten von mehr als 400% ihrer ursprünglichen Länge. Zur Herstellung von Spinnvliesstoffen mit Fasern dieses Verstreckungsgrades ist es notwendig, daß die in den Patentansprüchen wiedergegebenen Bedingungen in ihrer Gesamtheit eingehalten werden. Vliesstoffe auf der Basis von verstreckten Fasern, z.B. gemäß DE-AS 19 50 669, lösen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht

Die Fasern lassen sich durch eine entsprechende Einstellung der Verstreckungsverhältnisse bei der Herstellung genau in dem angegebenen Bereich fertigen.

Hierbei ist es wichtig, daß die teilverstreckten Fasern gleichzeitig e^:nen niederen Faserschrumpf besitzen, nämlich einen im kochenden Wasser ermittelten Schrumpf von weniger als 10%. Würde man einen höheren Schrumpf einstellen, so wäre die Vliesherstellung erheblich gestört Zuzüglich würde man ein entkrampftes Vlies erhalten, das viel zu dicht und auch durch das Ausschrurr.pfen zu hart ist Daraus folgt, daß in der Faserherstellung nicht nur die Verstreckungsverhältnisse, sondern auch der ganze Prozeß auf die erfindungsgemäße Zielsetzung, nämlich das Beibehalten einer teilverstreckten unJ gleichzeitig schrumpfarmen Struktur der Fasern abgestellt werden muß.

Es wurd; gefunden, daß zur Erreichung der angegebenen Faserparameter, nämlich einer nur teilweisen Verstreckung und einer daraus resultierenden hohen Höchstzugdehnung und gleichzeitig einem niederen Schrumpf ein Spinnverfahren notwendig isc, bei dem der Spinnweg erheblich verkürzt wird. Ein niederes Deformationsverhältnis als Verhältnis der Extrusions- zur Abzugsgeschwindigkeit läßt sich entsprechend einstellen. Zum Abzug der Fäden eignen sich dabei besonders die aus der Spinnvliestechnölögie bekannten aerodynamischen Abzugsorgane. Ein wesentlicher Vorteil liegt bei dieser Arbeitsweise auch darin, daß die zum Fadenabzug benötigte Luftströmungsenergie, deren Nutzungsgrad im Vergleich mit mechanischen Abzugssystemen ohnehin sehr ungünstig ist, auf ein Mindestmaß re iuziert wird.

F i g. 1 zeigt eine zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen teilverstreckten Polypropylenfilamente mit geringem Schrumpf besonders geeignete Vorrichtung.

In dem Spinnbalken 1 sind die beheizbaren Spinndüsen untergebracht Die ersponnenen Filamente werden in den Kühlschächten 2 durch die mit Sieben abgedeckten Öffnungen la. zugesaugte Luft abgekühlt und durch Ejektionswirkung der Abzugskanäle 3 abgezogen und teilweise verstreckt

to Die Fadenscharen werden nach dem Verlassen der Abzugskanäle 3 auf einem von unten abgesaugten Siebband 5 zu dem Vlies abgelegt Nach der Verfestigung im Kalander 6 wird die fertige Vliesbahn 7 aufgerollt

Bei der Verspinnung wird mit Schmelztemperaturen von 240⁰C bis 280⁰C gearbeitet Die Spinndüse verfügt über eine Mehrzahl von Bohrungen, deren Durchmesser unter 0,8 mm liegt Die Extrusionsgeschwindigkeiten werden durch eine entsprechende Einstellung der Zahnradpumpe auf 0,02 m/s bis 0,2 m/s gestellt Die gebildeten Filamente werden über er-.i freie Strecke von höchstens 0,8 m zu einem aerodynamischen Abzugsorgan geführt, wobei sie auf dieser Strecke durch eine Queranblasung mit einer 20⁰C bis 40⁰C warmen Luft abgekühlt werden. Die Queranblasung wird sinnvollerweise unter Ausnutzung der Injektorwirkung des aerodynamischen Abzugsorgans besorgt wobei der Luft-Querstrom durch Einbau von Sieben in die Wandung des Kühlschachts vergleichmäßigt wird.

Der Sog des aerodynamischen Abzugscrgans wird so eingestellt daß sich dabei eine Filamentabzugsgeschwindigkeit von 20 m/s bis 60 m/s ergibt Die Filamentabzugsgeschwindigkeit wird aus dem Fadendurchmesser und der Kontinuitätsgleichung ermittelt.

Für konstante Extrusionsbedingungen kann man den Spinnprozeß nach dem Faserdurchmesser steuern. Durch diese Einstellung ergibt sich ein Bereich für das Deformationsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Extrusionsgeschwindigkeit zu der Abzugsgeschwindigkeit von 1 :200 bis 1 :1000. Die abgezogenen Filamente werden auf einer porösen, beweglichen Unterlage, die von urtten abgesaugt wird, zu einem Spinnvlies abgelegt. Die Verwendung eines Polypropylens mit einer besonders engen Molekulargewichtsverteilung hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen. Dies wird beispielsweise durch einen nachträglichen Abbau eines Polypropylens und seine erneute Granulierung erreicht.

Ein solches Polypropylen wird durch eine besondere Kombination der Schmelzviskosität in Abhängigkeit

so von der variablen Schergeschwindigkeit charakterisiert. Erfindungsgemäß wird verlangt, daß bei einer Schmelztemperatur von 280^cC die Viskosität bei einer repräsentativen Schergeschwindigkeit von 362 l/s in einrrn Bereich von 45 Pa · s±3% bei einer Schergeschwindigkeit von 3600 l/s dann in einem Bereich von 14 Pa · s±2% und schließlich bei einer Schergeschwindigkeit von 14 480 l/s in einem Bereich von 6Pa · ±1,5% liegt.
Für die Vlieseigenschaften, vornehmlich auch für den weichen Griff, ist es vorteilhaft, wenn die Vliesbildung so gestaltet wird, daß die Fadenabzugsgeschwindigkeit das 10- bis 20f ache der Vlieslauf geschwindigkeit bzw. der Geschwindigkeit der beweglichen Unterlage, auf der das Vlies gebildet wird, beträgt. Zur Verbesserung der Vliesstruktur ist ^s weiterhin vorteilhaft, wenn die die aerodynamischen Abzugsorgane verlassenden Fadenscharen durch geeignete Mittel in eine Pendelbewegung versetzt werden. Diese stellt die dritte kinemati-

sehe Komponente der Vliesbildung dar. Der quer zur Vlieslaufrichtung wirkende Geschwindigkeitsvektor soll das 0- bis 2fache der Vlieslaufgeschwindigkeit betragen.

Für die Vlieseigenschaften, vornehmlich für die Vliesdichte sowie Luft- bzw. Flüssigkeitsdurchlässigkeit ist es vorteilhaft, wenn der Vliesstoff nicht ausschließlich aus individuellen Filamenten besteht, sondern wenn diese teilweise und abwechselnd zu 2 bis 5 Filamente enthaltenden Gruppen zusammengefaßt werden. Durch eine Vlieslegung ohne Vorzugsrichtung entsteht in diesem Falle eine überkreuzte Paralleltextur. Die leichte Bündelbildung kann durch eine Einstellung des freien Querschnitts des aerodynamischen Abzugsorgans im Verhältnis zu der Zahl der durch diesen laufenden Filamente gesteuert werden bzw. durch die in der deutschen Patentschrift 15 60 801 geschilderte Vorrichtung.

Das gebildete Vlies kann in einem Kalanderspalt, der aus einer glatten und einer gravierten Walze besteht, verfestigt werden; dabei wird bei Temperaturen von 130⁰C bis 16O⁰C und bei einem mäßigen Liniendruck von 40 N/cm Breite bis 500 N/cm Breite gearbeitet.

Für einige Anwendungen ist es erforderlich, den aus hydrophoben Polypropylenfasern bestehenden Vliesstoff durch den Auftrag eines Netzmittels auf eine Oberflächenspannung von 35 ■ 10~⁵ N/cm einzustellen, damit eine Benetzbarkeit mit wäßrigen und polaren Flüssigkeiten erreicht wird.

Das folgende Beispiel zeigt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren:

Beispiel

Es wurde an einer Spinnanlage mit zwei SpinnsteHen gearbeitet. Zur Anwendung kam ein Polypropylengranulat, der eine Viskositätscharakteristik besaß, wie sie aus den Vlieskurven in der Fig. 2 hervorgehen. Diese geben die Schmelzviskosität in Abhängigkeit von der repräsentativen Schergeschwindigkeit und Schmelztemperatur wider.

Das Polypropylengranulat wurde an einem Extruder geschmolzen. Die Schmelze hatte eine Temperatur von 27O°C und wurde den SpinnsteHen zugeführt. Jede Spinnstelle verfügte über eine Spinnpumpe und einen Düsenblock. Die Spinnplatten hatten wahlweise 600 und 1000 Bohrungen von einem Durchmesser von 0,4 mm. Die frisch ersponnenen Fäden wurden unterhalb der Spinndüse quer angeblasen, wobei die Abkühlstrecke 0,4 m betrug. Die Filamente wurden dann in einem aerodynamischen Abzugsorgan durch einen Luftstrom

Tabelle 3
Vlieswerte

erfaßt und abgezogen.

Nach dem Verlassen des Abzugsorgans wurde die Fadenschar in eine schwenkende Bewegung gebracht und einem von unten abgesaugten Siebband zugeführt, so daß sich ein Wirrvlies gebildet hatte. Die Spinnparameter sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Die durch diesen Spinnvorgang resultierenden Filamente waren teilverstreckt und verfügten über Parameter, wie sie aus der Tabelle 2 ersichtlich sind.

ίο Das gebildete Vlies wurde in einem Kalanderspalt dergestalt verfestigt, daß die Walzen auf eine Temperatur von 160°C und der Liniendruck auf einen Wert von 120 N/m Breite eingestellt waren. Die gravierte Walze besaß pro Quadratmeter 500 000 rechteckige Punkie

ι j von einer Kantenlänge von jeweils 0.7 mm.

Hergestellt wurden Vliesstoffe mit Flächengewichten von i0, i5, 20 und 30 g/m², die die in der Tabelle 3 enthaltenen Werte besaßen.
Ein Teil der Vliesstoffe wurde unter Verwendung von einem nichl-'onogenen lensici in einem Bad bei einer Konzentration von 10 g Tensid/1 ausgerüstet und anschließend getrocknet. Bei einer Prüfung mit einem auf eine Oberflächenspannung von 35· 10⁵Nm eingestellten Wasser wurde eine einwandfreie Benetzbarkeit festgestellt.

Tabelle 1

Spinnp .irameter

40

Schmelzetemperatur	270^cC
Schmelzedruck	20 bar
Durchsatz pro Loch	0,5 g/min
Lochdurchmesser	0,4 mm
Abkühlstrecke	0,4 m
Strömungsgeschwindigkeit der
Abziehluft	30 m/s
Freier Querschnitt des
Abzugskanäle	120 cvc.²
Temperatur der Abziehluft	30°C
Temperatur der gravierten
Kalanderwalze	15O=C
Kalander-Liniendruck	120 N/cm

45 Tabelle 2
Faserwerte

Filamenttiter

Höchstzugkraft

Höchstzugdehnung

2,5 bis 4 dtex
10 bis 14N/dtex
450 bis 500%

Versuch A

Flächengewicht (g/m )	10	15	20	30
Vliesdicke (mm)	0,13	0,16	0,22	0,28
Zahl der VerschweiBpunkte pro cm²	50	50	50	50
Höchstzugkraft (N) längs quer	15 15	25 25	33 32	60 50
Höchstzuf dehnung (%) längs quer	80 80	70 65	81 85	67 71

	Fortsetzung	31	51 322	B	8	C	D
7
			6,5		11,0	13,0
Weiterreißkraft (N)		Versuch	6,5	10,5	13,0
längs		A	47,2	61,5	74,1
quer			Blatt Zeichnungen
Fallkoefiizient (DIN 5430) (%)		5,5
		5,5
	40,7
Hierzu 2

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Spinnvliesen durch Extrusion einer Polypropylenschmelze mit Hilfe von Spinndüsen, aerodynamisches Abziehen der Filamente mit einem Luftstrom und Ablage auf einer beweglichen porösen, von unten abgesaugten Unterlage zu einem Spinnvlies, das anschließend in geeigneter Weise verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Polypropylenschmelze bei 240⁰C bis 280⁰C mit einer Extrusionsgeschwindigkeit von 0,02 m/s bis 0,2 m/s unter Verwendung von Spinndüsenbohrungen eines Durchmessers von weniger als 0,8 mm extrudiert wird, und daß die Filamente in einem Abstand von höchstens OjS m unterhalb der Spinndüsenunterkante durch einen nach unten gerichteten Luftstrom senkrecht aerodynamisch abgezogen und durch querströmende Luft von 20° C bis 40° C abgeschreckt werden, wobei die Filamentabzugsgeschwindigkeit zwischen 20 m/s und 60 m/s !legt und das aus der Spritz- und Abzugsgeschwindigkeit gebildete Deformationsverhältnis zwischen 1 :200 und 1 :1000 liegt

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ataktisches Polypropylen versponnen wird, dessen Molekulargewichtsverteilung so eingestellt wird, daß bei einer Temperatur von 280° C und einer Schergeschwindigkeit von 362 l/s die Schmelzviskosität im Bereich von 45 Pa · s±3% liegt sowie bei einer Seliergeschwindigkeit von 3600 l/s im Bereich von 14 Pa · s + 2% u"d bei einer Schergeschwindigkeit von 14 480 l/s im Bereich von 6Pa · s±l,5%.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filamentabzugsgeschwindigkeit den 10- bis 20fachen Wert der Laufgeschwindigkeit der porösen Unterlage aufweist, und daß die durch eine einstellbare Pendelbewegung der Filamentscharen hereingebrachte Querkomponente zwischen 0 und dem 2fachen Wert dieser Laufgeschwindigkeit liegt.