DE4123122A1 - Vorrichtung zur herstellung einer kunststoff-vliesbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kunststoff-Vliesbahn umfassend einen Behälter mit Heizeinrichtungen zur Aufnahme des Kunststoffes und Einrichtungen zum Aufbau eines Drucks auf den Kunststoff sowie Extrusionsdüsen zum extrudieren dünner Fäden des aufgeheizten, flüssigen Kunststoffes, wobei die extrudierten Fäden von einem Luftstrom geführt und auf einer Trägerschicht unter Ausbildung der Vliesbahn abgelegt und weitertransportiert werden.

Vliese als Zuschnitte oder Bahnen werden industriell für zahlreiche An­ wendungszwecke eingesetzt, wobei man sich die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die vorgebbare Durchlässigkeit für Luft zunutze macht. Typische An­ wendungsfälle sind z. B. Kinderwindeln, Bekleidungsstücke, Mundschutz­ einrichtungen für Operateure oder Vorfilter für Reinlufträume.

Ausgehend von einer Kunststoffschmelze werden zur Herstellung von Vliesen dünne Kunststoffäden hergestellt, die dann unter Ausbildung einer Vliesschicht abgelegt werden.

Hierzu ist es bei sogenannten Spinnvliesen bekannt, die Kunststoffäden zu extrudieren und die flächig abgelegten Fäden anschließend unter Hitze und Druckeinwirkung zu verdichten.

Weiterhin ist es bekannt, Vliesfäden dadurch herzustellen, daß der Kunst­ stoff in einem Lösungsmittel gelöst wird und zur Herstellung der Fäden ein elektrostatisches Spannungsfeld aufgebaut wird. Dieses Herstel­ lungsverfahren eignet sich für hochviskose, langkettige Kunststoffe.

Bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art, wie es z. B. aus der US-PS 49 86 743 bekannt ist, wird der Kunststoff aufgeschmolzen und unter Druck extrudiert, wobei ein Luftstrom für die Führung und Abkühlung der extrudierten Stränge unter Ausbildung von Fäden sorgt. Diese Fäden werden auf einem bahnartigen Trägermaterial abgelegt. Auf diese Weise ist es möglich, auch niedrigviskose Kunststoffe auf kostengünstige Weise zu verarbeiten.

Für die meisten Anwendungsfälle kommt es lediglich darauf an, eine ge­ wisse minimale Durchlässigkeit z. B. für Rauch, Feststoffpartikel in der Luft oder Bakterien zu erreichen. Da dementsprechend für viele Anwen­ dungen eine möglichst feine Vliesstruktur, d. h. möglichst dünne, das Vlies bildende Kunststoffäden wünschenswert sind, wurden verschiedene Versuche gemacht, entsprechend dünne Extrusionsdüsen zu realisieren. Dabei wird das Problem noch dadurch vergrößert, daß die einzelne Düse nicht nur einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen soll, sondern auch eine hinreichend hohe Dichte von Düsen pro Flächeneinheit erzielt werden muß.

Mechanisch durch Bohren erzeugte Düsen sind in ihrem Durchmesser durch den Durchmesser bzw. die Stabilität des Bohrers begrenzt. Dünnere Löcher als auf mechanischem Wege lassen sich z. B. durch Laserstrahlen erzie­ len, wobei dann aber durch das Aufschmelzen des Materials die Gefahr besteht, daß bei der Erstellung einer bestimmten Bohrung jeweils vorher eingebrachte Bohrungen durch Schmelzmaterial wieder verschlossen werden.

Erschwerend kommt weiterhin hinzu, daß der flüssige Kunststoff durch die dünnen Düsen unter einem erheblichen Druck extrudiert werden muß, so daß ein solcher Düsenkopf trotz des Vorhandenseins einer hohen Dichte sehr dünner Löcher eine hinreichende Druckbeständigkeit und natürlich auch Beständigkeit gegen die Kunststoffschmelze aufweisen muß.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zu schaffen, welche es ermöglicht, auf kostengünstige Weise Vliesbahnen mit einer so geringen Durchlässigkeit herzustellen, daß diese sich z. B. als Vorfilter für die Filterung der Luft zur Erzielung von Reinraumbedingungen eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die extrudierten Fäden flüssigen Kunststoffs einen sehr geringen Durchmesser aufweisen und zur Ausbildung des Führungs-Luftstromes unterhalb der Trägerschicht ein mit einer Pumpe in Verbindung stehender Vakuumkanal angeordnet ist. Aufgrund der geringen Trägheit sehr dünner Fäden kann mit Unterdruck gearbeitet werden, so daß der sich ausbildende Luftstrom, der die frisch extrudierten Fäden führt und abkühlt, genau auf die Trägerschicht zuge­ richtet ist. Als Trägerschicht kann z. B. ein Spinnvlies verwendet wer­ den. Aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Arbeitens mit sehr dün­ nen Kunststoffäden kann der Energieaufwand zum Extrudieren und Kühlen sehr gering gehalten werden und ein Vlies mit einer vorgegebenen Durchlässigkeit kann ein sehr geringes spezifisches Flächengewicht aufweisen, so daß man unter Verwendung erheblich weniger Kunststoffmas­ se pro Flächeneinheit zur Erzeugung der Vliesbahn gleichwohl eine sehr geringe, definierte Durchlässigkeit erreicht.

In weitere Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß über den Vakuumkanal Luft derart von der Seite her angesaugt wird, daß sie die sich unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten bewegenden Fäden durch einen Abkühlkanal begleitet. Es wird also erfindungsgemäß nicht Kühlluft in Form von Druckluft auf die extrudierten Fäden geblasen, sondern der Luftstrom wird durch Unterdruck erzeugt.

Gemäß einem weiteren sehr wesentlichen Merkmal der Erfindung, welches insbesondere die Realisierung der erfindungsgemäß angestrebten sehr dünnen Kunststoffäden gestattet, ist vorgesehen, daß die Extrusionsdüsen durch ein Metallsieb, insbesondere ein Metallgewebesieb, gebildet sind.

Hiermit weicht die Erfindung also grundsätzlich von früheren Versuchen ab, in einem massiven Metall durch Bohrung oder dergleichen Extrusions­ düsen im herkömmlichen Sinn mit einem entsprechend niedrigen Durchmes­ ser zu erzeugen. Vielmehr wurde erkannt, daß es für die Ausbildung von Fäden, welche dann als Vlies auf einer Trägerschicht abgelegt werden können, nicht darauf ankommt, daß die Extrusionsöffnungen einen defi­ nierten Querschnitt haben. Vielmehr genügt es und bringt gerade beson­ ders gute Resultate, zur Extrusion die Gitteröffnungen eines Metallsiebs zu verwenden, wobei derartige Metallsiebe in der Kunststofftechnik zum Sieben eines flüssigen Kunststoffstranges vor der Extrusion an sich be­ kannt, handelsüblich und bewährt sind und auch die erforderliche Festig­ keit gegenüber dem Extrusionsdruck und den Extrusionstemperaturen auf­ weisen.

Gemäß der Erfindung werden diese handelsüblichen Siebe aber eben gerade nicht als Sieb oder Filter im eigentlichen Sinne verwendet, sondern eben als Abdeckung einer Extrusionsöffnung unter Ausbildung einer hohen Dich­ te von Extrusionsöffnungen mit jeweils sehr geringem Querschnitt.

Vorzugsweise weisen Drahtsiebe der in Betracht stehenden Art eine Durch­ lässigkeit von ca. 10 bis 100 µ, insbesondere von ca. 40 µ auf. Mit durch solche Siebe extrudierten, extrem dünnen Fäden können Vliese kleiner Durchlässigkeit mit sehr geringem spezifischen Flächengewicht erstellt werden. Verwendet man beispielsweise ein sogenanntes Panzersieb mit einer Durchlässigkeit von 40 µ, entstehen unter dem Einfluß der Schwerkraft, die auf die extrudierten Kunststoffäden eine Zugwirkung aufübt, Kunststoffäden mit einem Durchmesser bis zu 0,2 µ.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zum Transport und zur Führung des Trägermaterials unterhalb des Abkühlka­ nals eine mit Durchbrechungen versehene bzw. siebartige Trommel ange­ ordnet ist, wobei innerhalb der Trommel der Vakuumkanal ausgebildet ist. Günstigerweise kann weiterhin vorgesehen sein, daß der Vakuumkanal in einem konzentrisch innerhalb der Trommel angeordneten, sich unterhalb von deren Innenseite erstreckenden Zylinder ausgebildet ist. Der Zylinder dient also praktisch als Absaugleitung bzw. ist mit einer Absaugleitung reduzierten Durchmessers verbunden. Der den Vakuumkanal aufweisende Zylinder kann als Drehlager für die äußere Sieb-Trommel dienen, welche die Trägerschicht bzw. die Trägerbahn führt bzw. weitertransportiert. Um eine definierte Anlage der Trägerschicht an der Siebtrommel zu erreichen, können beiderseits des Vakuumkanals auf der gegenüberliegenden Seite zu der Siebtrommel Führungsrollen angeordnet sein.

Im Rahmen der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, daß in dem Behälter für den flüssigen Kunststoff eine Mehrzahl von Verteilsieben übereinander angeordnet ist. Die Funktion dieser Verteilsiebe besteht darin, dafür zu sorgen, daß der in den balkenartigen Kunststoffbehälter zugeführte Kunststoff sich über die gesamte Arbeitsbreite, z. B. 1,80 m, gleichmäßig verteilt, so daß die Extrusion über die gesamte Breite gleichmäßig stattfindet. Es wurde gefunden, daß eine solche Verteilung durch mehrere übereinander angeordnete Siebe in idealer Weise erreichbar ist, wobei diese Siebe natürlich auch dafür sorgen, daß Verunreinigungen zurückgehalten werden.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die Durchlässigkeit der übereinan­ der angeordneten Siebe von der Zuführseite für den neuen Kunststoff her zur Extrusionsseite hin abnimmt. Die Filteranordnung ist damit hinsicht­ lich ihrer Durchlässigkeit gerade umgekehrt getroffen, wie dies herkömm­ licherweise der Fall ist. Diese Anordnung hat aber den Vorteil, daß zu Wartungszwecken praktisch nur immer das oberste Sieb mit der geringsten Durchlässigkeit ausgetauscht werden muß. Die Extrusion durch das erfin­ dungsgemäß vorgesehene Metallsieb erfolgt günstigerweise bei einem Druck von ca. 20 bis 30 bar und einer Temperatur von 200 bis 300°C. Zur Er­ zeugung des Vakuums bzw. des führenden Luftstroms wird günstigerweise ein Vakuum von 100 bis 150 mm Wassersäule erzeugt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen vertikalen Schnitt, also einen Schnitt senkrecht zur Quererstreckung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Zeichnung ist ein Extrusionsbalken 1 dargestellt, der sich senk­ recht zur Zeichenebene über eine Breite von ca. 1,80 m erstreckt und dementsprechend die Herstellung einer Vliesbahn entsprechender Breite gestattet. Dieser Extrusionsbalken 1 ist innen hohl ausgebildet, so daß ein Behälter 2 für eine Kunststoffschmelze 3 entsteht, welche durch her­ kömmliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Heizeinrichtungen an dem Behälter 2 auf der gewünschten Temperatur für den flüssig zu verarbei­ tenden Kunststoff von z. B. 250°C gehalten wird.

An der Unterseite des Behälters 2 erstreckt sich über die ganze Breite des Extrusionsbalkens 1 ein Extrusionskanal 4, der von einem Metallsieb 5 abgedeckt ist, welches auf einem Lager 6 befestigt ist.

Unterhalb des Extrusionskanals 4 erstreckt sich in einer Verlängerung 7 des Extrusionsbalkens 1 ein vertikaler Abkühlkanal 8, in welchem von der Seite her senkrecht, d. h. vertikal, Luftzuführkanäle 9 unterhalb des Extrusionskanals 4 münden, welche die Zufuhr von Luft in Richtung der Pfeile 10 ermöglichen.

Eine bahnartige Trägerschicht 11, z. B. aus einem Spinnvlies, wird in Richtung des Pfeils 12 in der Zeichnung von links nach rechts transpor­ tiert und über Umlenkrollen 13, 14 beiderseits des Abkühlkanals 8 derart umgelenkt, daß die Trägerschicht 11 einer Siebtrommel 15 in dem Bereich unterhalb des Abkühlkanals 8 zwischen der Siebtrommel 15 und der Ver­ längerung 7 des Extrusionsbalkens 1 verlaufend anliegt. Die Siebtrommel 15 ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Drehantrieb verse­ hen. Die Mittel-Längsachse der Siebtrommel 16 liegt unterhalb der Mitte des Abkühlkanals 8.

Konzentrisch zu der Siebtrommel 15 erstreckt sich innerhalb derselben ein feststehender Zylinder 17, der an seiner Oberseite in dem Bereich unmit­ telbar unterhalb des Abkühlkanals 8 einen Vakuumkanal 18 aufweist, durch welchen Luft in das Innere des Zylinders 17 eingesaugt und über eine nicht dargestellte Pumpeinrichtung abgepumpt wird. Die abgesaugte Luft wird durch die Luftzuführkanäle 9 in Richtung der Pfeile 10 nachge­ führt und sorgt so für eine Führung und Abkühlung der frisch extrudier­ ten Kunststoffäden, z. B. Polypropylen-Fäden, welche sich aus dem tröpf­ chenförmig aus dem Sieb 5 austretenden flüssigen Kunststoff unter dem Einfluß der Schwerkraft und des vakuumbedingten Luftstromes ausbilden.

Die im Abkühlkanal 8 gestreckten und abgekühlten Kunststoffäden gelan­ gen auf die Oberseite der Trägerschicht 11 und werden mit dieser unter Ausbildung einer Vliesschicht weitertransportiert und durch die Umlenk­ rolle 14 angedrückt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Herstellung einer Kunststoff-Vlies-Bahn umfassend einen Behälter mit Heizeinrichtungen zur Aufnahme des Kunststoffes und Einrich­ tungen zum Aufbau eines Drucks auf den Kunststoff sowie Extrusionsdüsen zum Extrudieren dünner Fäden des aufgeheizten, flüssigen Kunststoffes, wobei die extrudierten Fäden von einem Luftstrom geführt und auf einer Trägerschicht unter Ausbildung der Vliesbahn abgelegt und weitertrans­ portiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierten Fäden F einen sehr geringen Durchmesser aufweisen und zur Ausbildung des Füh­ rungs-Luftstromes unterhalb der Trägerschicht (11) ein mit einer Pumpe in Verbindung stehender Vakuumkanal (18) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den Vakuumkanal (18) Luft derart von der Seite her angesaugt wird, daß sie die sich unter dem Einfluß der Schwerkraft sich nach unten bewegenden Fäden durch einen Abkühlkanal (8) begleitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Behälters (2) für den flüssigen Kunststoff zur Extrusion desselben ein Drahtsieb (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Draht­ sieb (5) eine Durchlässigkeit von ca. 10 bis 100 µ aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Draht­ sieb (5) eine Durchlässigkeit von ca. 40 µ aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trans­ port und zur Führung des Trägermaterials (11) unterhalb des Abkühlka­ nals eine mit Durchbrechungen versehene bzw. siebartig drehangetriebene Trommel (15) angeordnet ist, wobei innerhalb der Trommel (15) der Vakuumkanal (18) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Va­ kuumkanal (18) in einem konzentrisch innerhalb der Trommel (15) ange­ ordneten, sich unterhalb von deren Innenseite erstreckenden Zylinder (17) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter (2) für den flüssigen Kunststoff eine Mehrzahl von Verteilsieben übereinander angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ teilsiebe derart ausgestaltet sind, daß das oberste, die kleinsten Durchlässigkeit und die nachfolgenden jeweils größer werdende Durchlässigkeiten aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum ca. 100 bis 150 mm Wassersäule beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrusionsdruck 20 bis 30 bar und die Temperatur 200 bis 300°C beträgt.