DE1965054B2 - Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus miteinander verschweißten Fäden - Google Patents

Description

Die Herstellung von Spinnvliesen aus schmelzspinnbaren synthetischen Materiellen ist Gegenstand der hr findung.

Die Herstellung von Spinnvliesen ist grundsätzlich bekannt. Aus Spinndüsen wird Schmelze zu Fäden extradiert, die Fäden werden durch Luftströme erfaßt und auf einen geringeren Durchmesser verzogen, wobei eine molekulare Orientierung, die für die spätere Fadenfestigkeit und -dehnung maßgeblich ist, erzeugt wird. Die Luftströme können dabei direkt neben den Spinnbohrungen austreten. Im vorliegenden Falle wird aber die Luft in besonderen Luftkanälen in größerem Abstand von der Düse geführt und die Fäden in diese Luftkanäle eingebracht. Zwischen der Spinndüse und dem Luftkanal, der die Verstreckung der Fäden übernimmt, befindet sich eine Zone, in der die Fäden in gc eigneter Weise, beispielsweise durch Queranblasung, abgekühlt werden in dem Maße, wie es der fortschreitenden Orientierung dienlich ist. In dieser Abkühlzone können auch weitere, für die spätere Art der Fäden maßgebliche Effekte, wie Kräuselung durch asymmetrisches Anblasen, hervorgerufen werden. Hier kann auch die Kristallisation der Fäden beeinflußt werden; im allgemeinen durch die Aufrechterhaltung ei.ier bestimmten Temperatur in dieser Zone bei einigen Polymeren durch Temperatur und Feuchtigkeit. Nach Verlassen des Luftkanals, in dem die zum Verziehen und Verstrecken notwendige Kraft auf die Fäden aufgebracht wird, werden die Fäden zu einem Vlies auf einem be^ weglichen, luftdurchlässigen Auffangband abgelegt. Die Luft durchtritt dieses Auffangband und wird fortgeführt.

in der US-PS 3 268 084 ist bereits ein Verfahren beschrieben, bei dem aus Lösungen gesponnene Zellulo seazetatfäden unterhalb der Spinnbrausen durch Luftströme verwirbelt werdet? und an Berührungsstellen miteinander verschweißen. Dabei wird auf die Fäden keine Zugspannung ausgeübt Die Fäden werden also nicht verstreckt, sondern fallen in regellos verwirbelten Sahnen auf ein Auffangband.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Vliesen aus Endlosfäden eines schmelzspinnbaren synthetischen Materials, wobei die Fäden

ίο nach Verlassen der Spinndüse und vor dem Auftreffen auf die Vliesbildungsfläche durch Einwirkung von Gasströmen an zahlreichen Berührungsstellen miteinander verschweißt werden, bei dem man die Verschweißung oder Verklebung in einem Bereich vornimmt, in dem die Fäden unter Zugspannung stehen, wobei sie in einem Gasschacht unter Einwirkung von beidseitig einströmenden Gas- vorzugsweise Luftströmen in gegenseitige Berührung gebracht und teilweise gebändelt werden und anschließend in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer pneumatischen Abzugsvorrichtung zur Ablagefläche befördert und zum Vlies abgelegt werden, so daß im Vlies Einzelfäden und Bündel aus mehr oder weniger Fäden vorliegen.

Man kann die Fäden zum Zwecke der Verschwei-

ßung und/oder des nochmaligen Verstrecken* zwischen der Spinndüse 1 und dem Luftkanal 4 über ihre Erweichungstemperatur erwärmen. Es ist auch möglich, die Fäden zur Berührung turbulent oder gesteuert pulsierend quer anzublasen.

jo Vornehmliches Ziel der Erfindung ist es. die einzelnen Fäden die die Spinndüse verlassen und dann durch die Luftströme erfaßt werden, mehr oder weniger zu bündeln, und zwar zu dem Zeitpunkt, wo sie sich unter der von der Luftströmung auf sie ausgeübten Zugspan nung befinden. Die Bündelung von Fäden ist einerseits wünschenswert für die spätere Verwendung der Vliese, da man beispielsweise eine höhere Einreiß- und Weiterreißfestigkeit erzielt, als wenn die Fäden alle einzeln vorliegen. Dieses ist besonders dann erforder lieh, wenn das Vlies genadelt oder perforiert wird, wie es beispielsweise bei Tuft-Teppichen geschieht. Das Durchstoßen des Fadenverbandes schwächt die Reißfestigkeit des Vlieses, was durch eine Bündelung der Fäden vermindert wird. Andererseits ist es grundsätzlich wirtschaftlich, wenn man für manche Anwendungsfälle, die ähnlich dem vorgenannten dickere Fäden bei gleichem Flächengewicht verlangen, zunächst dünnere Fäden spinnt und diese, bevor sie zu einem Vlies abgelegt werden, sich berühren läßt, damit sie mehr oder weni ger gebündelt im Vlies vorliegen. Mit zunehmendem Fadendurchmesser nimm« nämlich die spezifische Zugkraft, die man durch die Luftströmung aufbringen kann, stetig ab. Günstige Bedingungen liegen beispielsweise bei Fadendurchmessern von etwa 20 μ vor. Vergrößert man den Fadendurchmesser bei gleichem Schmelzdurchsatz aus der Spinnbohrung, so sind immer höhere Luftgeschwindigkeiten und damit höhere Energieverbräuche zur Erzeugung von gleichfesten Fäden nötig. Es ist daher in vielen Bereichen wirtschaftlicher, wenn man zunächst dünnere Fäden spinnt und diese zu Bün dein zusammenfaßt, wodurch dann dickere Fäden simuliert werden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, Fäden mit unterschiedlicher molekularer Orientierung herzustellen. Während allgemein schon die Orientierung eines Fadens, hergestellt nach dem Spinnvliesverfahren, ziemlich stark schwankt, kann man diese Streuung der molekularen Orientierung noch dadurch ver-

stärken, daß man die Fäden bündelt Dieses ist für einige Produkte erwünscht Bringt man nämlich die Fäden in der Zone zwischen Spinndüse und Abzugskanal in Berührung miteinander, so kühlen sie an den Beruh· rungsstellen, da die Oberfläche kleiner geworden ist, weniger stark ab. und die mok 'culare Orientierung isi in diesen Bereichen geringer. Da diese Orientierung auch einen Einfluß auf die Kristallisation hat, ergeben sieh damit gleichzeitig längs den mehr oder weniger gebändelten Fäden Unterschiede in der Kristallisation und damit in der Erweichungstemperatur. Die Stellen geringerer Orientierung haben im allgemeinen eine tiefere Erweichungstemperatur. Sowohl for Vliese, die beispielsweise Jor Teppiche vernadelt werden, als auch iür solche, die durch Hitzeverschweißung verfestigt werden soi'm, hat sich diese Schwankung in der Orientierung als günstig erwiesen.

Bei Verfahren und Produkten nach der Erfindung ist es wesentlich, daß die Bündelung im gespannten Zustand der Fäden erfolgt und daß die Fäden dort zwar nicht mehr schmelzflüssig, aber doch noch eine gewisse Temperatur haben, die sie miteinander verschweißen oder verkleben läßt Würde man die Fäden zu früh, also kurz unterhalb der Spinndüse im nahezu vollständig schmelzflüssigen Zustand zusammenbringen, so wurden sich die gleichen Schwierigkeiten ergeben, als ob man von Anbeginn dickere Fäden spinnt: Die Luftleistung müßte zur Erzielung bestimmter Bruchfestigkeit und Bruchdehnung der Fäden entsprechend gesteigert werden. Bringt man sie zu spät zusammen, so «indet eine Bündelung durch Verschweißen nicht mehr statt. Die Zusammenführung der Fäden in der Zone zwischen Abzugskanal und Auffangband ist ebenfalls nicht günstig, weil dort die Spannung auf die Fäden durch Verzögerung der Luftströmung bereits nachgelassen hat und ein Aneinanderfügen von mehreren Fäden wegen der dann langsameren Abkühlung zu einer Desorientierung der bereits erzielten molekularen Orientierung führen würde. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es nun, die Fäden so zu bündeln, wie es fiir die technologischen Werte der Fäden und für die spätere Verwendung des Vlieses sinnvoll ist.

In der einzigen Figur ist schematisch das Verfahren wiedergegeben. Der Spinndüse 2 wird an nicht näher bezeichneter Stelle Schmelze des spinnbaren Rohstoffes zugeführt, die aus den Spinnöffnungen 1 austritt. Handelt es sich um Runddüsen, so befinden sich die Spinnbohrungen aitf konzentrischen Kreisen, bei Längs- und Rechteckdüsen sind zweckmäßigerweise mehr als eine Reihe von Bohrungen angebracht denn dann gelingt es verhältnismäßig einfach, in der Abkühlzone 3, die zwischen Spinndüse 2 und Abzugskanal 4 liegt die Fäden miteinander in Berührung zu bringen und an den Berührungsstellen zu verschweißen oder zu verkleben. Der Luftkanal 4 wird in bekannter Weise über Schlitze 5 von einem Gas, vorzugsweise Luft versorgt, so daß eine in der Zeichnung abwärts gerichtete Strömung entsteht. Auf den Raum oberhalb des Kanals wird eine Saugwirkung ausgeübt (Injektorwirkung), die die Fäden in den Kanal einsaugt Die Fäden aus den nebeneinanderliegenden Lochreihen oder -kränzen laufen konvergent auf diesen Kanal zu. In einem gewissen Ab· stand zum Luftkanal 4 befindet sich das luftdurchlässige Ablageband 6. Die Fadenschar wird in dieser Zone über dem Auffangbänd hin und her bewegt, um ein gleichmäßig schweres Vlies zu erzeugen. In dieser Zone sollten die Fäden bereits so weit abgekühlt sein, daß hier wegen der immer geringer werdenden Luftgeschwindigkeit die Bündelung durch Verschweißen nicht mehr oder nur noch in geringem MaBe auftritt

Um breite Vliese zu erzeugen, werden mehrere dieser Einheiten, bestehend aus Spinndüse. Blasschacht Luftkanal und der hier nicht gezeigten Einrichtung zum Schwenken der Fadenschar nebeneinander in einer bestimmten Stellung zu dem beweglichen Auffangband !ingeordnet Dabei ist es möglich, aus benachbarten Spinndüsen chemisch und/oder physikalisch unter schiedliche Fäden auszuspinnen und zu einem Vlies zu vermischen-

Die unregelmäßige Bündelung der Fäden beginnt in der Zone 3, in der Abkühl- oder Anblaszone. Hier wird im allgemeinen zur Abkühlung der Fäden Luft quer durch die Fadenschar hindurchgeblasen, wie es der Pfeil 7 im oberen Teil dieser Zone zeigt Bei den bei der Spinnvlieserzeugung üblichen hohen Fadengeschwindigkeiten von mehr als 2000 m/min genügt es häufig, zur Abkühlung die Luftmenge zu ersetzen, die von den Fäden durch Reibungswirkung mitgeschleppt wird, indem man sie von beiden Seiten dieses hier mit 8 bezeichneten Blasschachtes einführt wie es die Pfeile 9 zeigen. Für das gleichmäßige Spinnen ist es häufig von Vorteil, wenn man die Fäden direkt unterhalb der Düse noch nicht anbläst damit eine Abkühlung der Spinndüse I an der Stirnseite vermieden wird. In diesem oberen Teil 10 ist es jedoch häufig vorteilhaft wenn man Luft dort absaugt und dabei auch Zerfallsprodukte aus der Schmelze, wie monomere Dämpfe, abführt.

Wenn bei einer Längsdüse, und das gleiche gilt auch für eine Runddüse, die Spinnbohrungen in mehr als zwei Reihen angeordnet sind, so kommt es durch die von der Luftströmung im Kanal 4 ausgeübten turbulenten Schwankungen, die sich auf die Fäden übertragen.

bei nicht zu groß gewähltem gegenseitigem Abstand der Spinnbohrungen schon häufig zu regellosen Berührungen der Fäden und damit zu den gewünschten Verschweißungen. Durch die Queranblasung 7 bzw. das Einblasen 9 kann die Berührung jedoch verstärkt und vor allem gesteuert werden. So kann man die Kühlluft pulsierend einblasen. Einen wesentlichen Einfluß auf die Stärke der Bündelung hat auch die Temperatur der

Düse und damit die der austretenden Schmelze. Die Bündelung geschieht im allgemeinen unregelmä-

ßig, denn die vorher erwähnten tubulenten Schwankungen vom Luftkanal 4, aber auch eine gewisse Turbulenz, die im Unterschied zu anderen Spinnverfahren hier bewußt in der Zone 3 hervorgerufen werden kann, führen entsprechend dem statistischen Charakter der Turbulenz zu unregelmäßigen Bündelungen. Für viele Produktanwendungen sind diese und nicht die vollständige Verbindung von zwei oder mehreren Fäden in ihrer gesamten Länge erwünscht. Beim Spinnen von Polypropylen ist es verhältnismä ßig einfach, eine Fadenbündelung zu erzielen, denn die Fäden behalten lange ihre Kleb- oder Verschweißfähigkeit. Bei Polyamid und Polyester ist es häufig schwieriger, eine stärkere Bündelung zu erzielen. Nach der Erfindung kann man dann in tieferen Bereichen der An- btaszone 3 die Fäden durch Strahlen oder heiße Gasströme nochmals erwärmen und sie dort, wo die Fadenscharen aus den verschiedenen Lochreihen schon dichter nebeneinander verlaufen, in Berührung miteinander bringen.

Diese zweite Erwärmung kann auch dazu dienen, daß man die Fäden dieser Stelle nochmals verstreckt· und damit bessere Festigkeiten erzielt. Die unten am Faden angreifende Kraft wird dabei gestuft zur Ver-

Streckung eingesetzt: Ein Teil der Kraft wird in dieser zweiten Verstreckungszone verbraucht, ein weiterer gelangt in den Bereich unterhalb der Spinndüse, wo sich der Faden aus der Schmelze bildet (ein dritter Teil wird zur Überwindung der Reibung des Fadens an der umgebenden Atmosphäre verbraucht). Ein Fadenriß entsteht am leichtesten in der oberen Zone, wo der Faden seine Endfesstigkeit noch nicht erreicht hat. Wenn dort nicht die gesamte Verstreckungskraft angreift, so ist die Gefahr des Fadenrisses vermindert.

Wenn es darauf ankommt, möglichst hohe Festigkeiten und geringe Dehnungen zu erzielen, so müssen von der Luftströmung im Kanal 4 möglichst hohe Kräfte auf den oberen, verformbaren Teil der Fäden in der Nähe der Spinndüse ausgeübt werden. Die Fäden dürfen dann nicht eher zusammengeführt werden, als bis sie etwa ihre maximale Orientierung erreicht haben. Bei zu früher Zusammenführung wird die Abkühlung und damit die Einfrierung des erreichten Orientierungszustandes behindert Eine bereits erzielte Orientierung kann dadurch wieder verringert werden. Eine Optimierung des Verfahrens für das jeweils gewünschte Produkt kann leicht über das Experiment durch die Variation der verschiedenen Parameter wie Spinntemperatur, Anblasung, Abstand zwischen Spinndüse und Abzugsluftkanal. Temperatur bzw. Feuchtigkeit in der Zone 3 usw, gefunden werden.

Die Bündelung von Fäden ist für Vliese, die aus Gründen der WeiterreiBfestigkeit dickere Fäden haben sollen, im allgemeinen wirtschaftlicher, als wenn man durch höhere Luftgeschwindigkeiten hinreichend gute, dicke Fäden erzeugt Auf der anderen Seite wird häufig eine Kombination von dünnen und dicken Fäden gewünscht, z.B. bei Filtern. Durch die unterschiedliche Orientierung an den Verschweißungsstellen und denen, wo die Fäden nicht miteinander in Berührung stehen, ergeben sich weitere besondere Eigenschaften des Vlieses. Bei geringerer Orientierung und bei geringerer Kristallinität, die häufig damit in Einklang steht, haben die Fäden einen geringeren Erweichungspunkt. Dadurch können die Fäden, wenn sie durch Hitzeverschweißung miteinander zu einem Vlies verbunden werden sollen, an diesen Stellen verschweißt werden, ohne daß die übrigen Bereiche zuviel von ihrer Festigkeit aufgeben.

Auch beim Verfestigen des Vlieses durch Nadeln hat die Bündelung von Rden große Vorteile. Ein Vlies mit etwa 15 μ Fadendicke würde durch die Nadeln zerschlagen werden, dagegen weichen größere Titer den Nadeln aus und werden verfilzt. Die Mischung aus dikken und dünnen Fäden, wobei die dicken durch Verschweißen simuliert werden, hat bei Nadelvlicsen außerdem den Vorteil, daß sich die dünnen Fäden besser miteinander verhaken, den Verband gleichmäßiger füllen und beispielsweise bei Teppichböden, bei denen man eine Deckschicht auf das Spinnvlies aufnadelt, diese Deckschicht besser mit der Spinnvliesbasis verbunden ist. Die unterschiedliche Orientierung sowohl zwischen den Einzel- und Bündelfäden, als auch in verschiedenen Abschnitten dieser Fäden trägt zu einer weiteren Verbesserung derartiger Nadelvliese bei. Auf der einen Seite sollen feste und steife Fäden vorhanden sein, um dem Vlies Volumen und Elastizität zu geben, auf der anderen Seite sollen sich die Fäden beim Nadeln wiederum gut verfilzen und verziehen lassen, denn besonders bei Endlosfäden wird sonst der Vliesverband beim Nadeln zu stark zusammengedrückt. Mit den regellos gebündelten Fäden lassen sich durch die unterschiedlichen Orientierungen beide Erfordernisse miteinander verbinden.

Eine Ausführungsform der Erfindung sei an folgendem Beispiel gegeben:

Beispiel

Aus einer Rechteck-Spinndüse, bei der 400 Spinnbohrungen mit einem Durchmesser von 0,6 mm in drei Reihen parallel zueinander angeordnet waren, wurde Polypropylen mit einer Temperatur von 315° C ausgesponnen. Unterhalb der Düse wurde der Spinnrauch aus dem Bereich 10 in F i g. I abgesaugt Der Abstand zwischen Spinndüse und Luftkanal 4 betrug etwa 1,5 m, der Durchsatz aus der einzelnen Spinnbohrung 0,5 g/min. Die Luftgeschwindigkeit im Kanal betrug 9000 m/min, die Fäden wurden über seitwärts am Blasenschacht 8 angebrachte Luftverteilungsleitungen angeblasen mit Lufttemperaturen, die sich in Richtung des Fadenverlaufes von etwa 80 auf 20⁰C stetig erniedrigt. Die Bündelung der Fäden war etwa so, daß neben den Einzelfäden, die einen Titer von 2 bis 3 dtex hatten, im Mittel etwa 5 bis 10 Fäden unregelmäßig, d.h. längs kürzerer oder längerer Abschnitte, miteinander verbunden waren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Vliesen aus Endtosfaden «ines schmelzspinnbaren synthetischen Materials, wobei die Fäden nach Verlassen dar Spinndüse vor dem Auftreffen auf die Vöesbildqngsfläche durch Einwirkung von Gasstromen an zahlreichen BerübrungssteUen miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung oder Verklebung in einem Bereich erfolgi, in dem die Fäden unter Zugspannung stehen, wobei sie in einem Blasschacht durch Einwirkung von beidseitig einströmenden Gas- vorzugsweise Luftströmen u gegenseitige Berührung gebracht und teilweise gebündelt werden und anschließend in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer pneumatischen Abzugsvorrichtung zur Ablagefläche befördert und zum Vlies abgelegt werden, so daß im Vlies Einzelfäden und Bündel aus mehr oder weniger Fäden vorliegen.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden zum Zwecke der Verschweißung und/oder des nochmaligen Verstrekkens zwischen Spinndüse (1) und Luftkanal (4) über ihre Erweichungstemperatur erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden zur Berührung turbulent oder gesteuert pulsierend quer angeblasen werden.