Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen

Abstract

 Bei Spinnvliesen aus thermoplastischen Kunststoffen, die in einerRichtung eine höhere Reißfestigkeit besitzen als in der senkrecht dazu stehenden Richtung, werden die Reißfestigkeiten einander angenähert, indem man diese Vliese, in denen die Fäden in annähernder Wirrlage liegen und die durch Vernadeln verfestigt sind, bei 85 - 25° C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes liegenden Temperaturen in der Richtung der geringeren Reißfestigkeit um 20 - 200 % der ursprünglichen Länge verstreckt, wobei in der dazu senkrechten Richtung die Länge entweder beibehalten oder im Bereich von ± 10 % verändert wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei denen die Eigenschaften, vor allem deren Reißfestigkeit verbessert werden.

[0002] Spinnvliese, die aus praktisch endlosen, in annähernder Wirrlage abgelegten Fäden aus thermoplastischen Kunststoffen aufgebaut sind, sind seit längerer Zeit bekannt. Sie werden meist durch Ablage der Fäden unmittelbar nach dem Verspinnen und nach deren Verstreckung, vorwiegend mittels Luft, hergestellt. Mit der verwendeten Ablagemethode variiert auch das Maß des Vorhandenseins von Resten von parallelen Fadenbündeln. Eine ideale, völlig unorientierte Wirrlage wird meist nicht erreicht, sodaß solche Vliese fast immer in einer Richtung eine höhere Reißfestigkeit besitzen, als in der dazu senkrecht stehenden Richtung.

[0003] Bei einer Reihe von Anwendungen, z. B. im Tiefbau, kommt es aber nicht auf die Festigkeit in einer Richtung sondern in allen Richtungen an. Das bedeutet, daß bei der Anwendung die geringste Reißfestigkeit maßgebend ist, sodaß auch die Stärke des Vlieses nach der niedrigsten Reißfestigkeit gewählt werden muß. Das bedeutet aber eine Verteuerung des Vlieseinsatzes, die manch großtechnischem Einsatz im Wege steht.

[0004] In der DE-OS 2.639.466 ist beschrieben, daß sich die Eigenschaften von Stapelfaservliesen, deren Einzelfasern in Bahnquerrichtung orientiert sind, dadurch verbessern lassen, daß sie zuerst in Längsrichtung verstreckt, dann vernadelt, dann nocheinmal in Längsrichtung und schließlich in Querrichtung verstreckt werden. Dadurch wird die Maßbeständigkeit und Festigkeit dieser Vliese erhöht.

[0005] Ferner ist aus der DE-OS 2,239.058 bekannt, daß bei nicht verfestigten, in Wirrlage liegenden Stapelfaservliesen mit relativ kurzen Fasern die mittels mechanischen er fluiden Kräften mit einem regelmäßigen Muster versehen sind, durch Verstrecken in der Querrichtung bei gleichzeitiger Schrumpfung in der Längsrichtung die Querreißiestigkeit verbessert werden kann, ohne daß das aus regelmäßigen Dick- und Dünnstellen bestehende Muster zerstört würde. Es kann vielmehr durch eine nochmalige Nachbehandlung mit fluiden Kräften, die eine Umorientierung der relativ kurzen Fasern bewirken, wieder will hergestellt werden.

[0006] Schließlich wird gemäß DE-OS 1,635.634 vorgeschlagen, Vliese, die durch eine Täfelung eine starke Orientierung in der Ouerrichtung aufweisen, in der Reißfestigkeit in Längsrient dadurch zu verbessern, daß sie während des Vernadelns in Längsrichtung gestreckt werden. Diese Reckung, die gleichzeitig einen unkontrollierbaren Quereinsprung zur Folge hat, soll bewirken, daß der Faserflor, der im Täfler in einem Winkel von 10 - 15° zueinander gelegt wird, während der ersten Vernadelung so verzogen wird, daß die Fasern schließlich unter einem Winkel von 45⁰ zu liegen kommen und so fixiert werden.

[0007] Dieser Vorgangp der während des Nadelns nur unter Zerlegung in viele einzelne kleine Reckschritte vorgenommen werden kann, erfordert einen großen apparativen Aufwand, da beispielsweise die Nadelmaschine mit kleiner Einstichgeschwindigkeit aber hoher Austrittsgeschwindigkeit arbeiten muß und außerdem noch changieren sollte, da sonst im Vlies Streifen entstehen. In dieser DE-OS wird auch darauf hingewiesen, daß eine einfache Reckung des getäfelten Vlieses nicht möglich ist, da sich Dünnstellen bilden; die beim weiteren Strecken zerreißen.

[0008] Auch bei Endlosfadenvliesen wurde bereits eine Verstreckung zur Verbesserung der Eigenschaften vorgeschlagen. Gemäß DE-OS 1,9000265 werden an den Kreuzungsstellen verschweißte oder verklebte Vliese so weit in mindestens einer Richtung verstreckt, daß sich die Oberfläche um einen Faktor bis etwa 15 vergrößert. Da die Kreuzungspunkte bei den für dieses Verfahren verwendeten Vliesen starr fixiert sind, wird auf diese Weise eine Verstreckung der im Einzeltiter stark schwankenden Einzelfäden bewirkt, wobei Titerschwankungen der Einzelfäden um eine Zehnerpotenz erzielt werden. Die Verstreckung erfolgt hierbei über einen erhitzten Bremsschuh.

[0009] Es konnte nun gefunden werden, daß die Reißfestigkeiten von Spinnvliesen, deren Fäden annähernd in Wirrlage liegen, in senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen einander angenähert werden können, wobei die geringere Reißfestigkeit in einer der beiden Richtungen beträchtlich angehoben wird, ohne daß jedoch die Fäden selbst verstreckt werden und der Fadentiter ungleichmäßig wird, wenn man ein genadeltes Vlies in jener Richtung bei Anwendung erhöhter Temperatur verstreckt, die die geringere Reißfestigkeit besitzt.

[0010] Durch diese Maßnahme wird diese Reißfestigkeit erhöht, obwohl gleichzeitig die Fläche des Vlieses auf Kosten des Gewichtes/m² vergrößert wird. Die Tatsache, daß trotzdem eine höhere Mindestreißfestigkeit erzielt wird, eröffnet nun die Möglichkeit eines wesentlich wirtschaftlicheren Vlieseinsatzes, vor allem im Erdbau, wie Straßen-, Tunnel-, Böschungs- und Wasserbau, da es hier praktisch nur auf das Kraft-Dehnungsverhalten, nicht aber auf das Gewicht des Vlieses pro m² ankommt, und man somit mit dem gleichen Gewicht eines Vliesmaterials größere Flächen belegen kann.

[0011] Die Tatsache, daß sich ein genadeltes Vlies, bei dem also die Kreuzungspunkte nicht so verfestigt sind, daß sie nicht aufgehen, verstärken läßt, ist überraschend, da zu erwarten war, daß ev. vorhandene leichte Dünnstellen verschärft werden oder sogar Löcher auftreten. Dies ist jedoch nicht der Fall, sondern es wird im Gegenteil sogar eine gleichmäßigere Ver- :eilung der in Wirrlage befindlichen Fäden erzielt, wobei Ln Schlaufen liegende Fäden mit zunehmendem Verstreckungsgrad in die gestreckte Lage übergehen und damit dem Vlies eine größere Festigkeit verleihen. Dies alles läßt sich jedoch nur dann bewerkstelligen, wenn man die Verstreckung in einem bestimmten Temperaturbereich abhängig vom Kristallitschmelzpun durchführt.

[0012] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus thermoblastischen Kunststoffen mit verbesserten Eigenschaften, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Spinnvliese tus praktisch endlosen, in annähernder Wirrlage liegenden Fäden, die in einer Richtung eine höhere Reißfestigteit besitzen als in der dazu senkrecht stehenden Richtung und die durch Vernadeln verfestigt sind, bei 85 - 25°C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes liegenden Temperaturen in der Richtung der geringeren Reißfestigkeit um 20 - 200 % der ursprünglichen Länge verstreckt werden, wobei in der dazu senkrecht liegenden Richtung die Länge entweder beibehalten wird oder diese vorher oder gleichzeitig im Bereich von + 10 % der ursprünglichen Länge verändert wird.

[0013] Voraussetzung für das Gelingen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß von einem durch Vernadelung verfestigten Vlies ausgegangen wird. Für die Erzielung guter Eigenschaften, vor allem bei höheren Dehnverhältnissen ist es zweckmäßig, keine allzu leichte Vernadelung zu wählen. Bevorzugt wird von Vliesen ausgegangen, die so weit vernadelt sind, daß ihr Festigkeitszuwachs durch die Vernadelung mindestens 50 % des optimal erzielbaren Festigkeitszuwachses durch Vernadelung beträgt. Das ist z. B. bei Verwendung von Nadeln der Type 15x18x34/3 Zoll bei etwa 100 Einstichen/cm² bzw. bei solchen der Type 15x18x36/3 Zoll bei 120 Einstichen/cm² gegeben. Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn man Vliese einsetzt, die mit den genannten Nadeltypen mit etwa 180 - 200 Einstichen/cm² verarbeitet wurden.

[0014] Endlosfadenvliese der oben genannten Art besitzen meist in der Querrichtung eine geringere Reißfestigkeit. Diese Vliese werden gemäß vorliegender Erfindung in der Querrichtung im erfindungsgemäßen Ausmaß gereckt, was z. B. in einem an sich bekannten Spannrahmen möglich ist.

[0015] Es können aber auch Streckapparate dienen, bei denen das Vlies durch am Umfang mit Zähnen versehene Scheiben aufgenommen wird, deren Ebene annähernd senkrecht zur Vliesebene steht und die im spitzen Winkel zur Laufrichtung des Vlieses so angeordnet sind, daß das Vlies beim Passieren des Umfanges der Scheiben auseinandergezogen wird. Eine solche Vorrichtung ist z. B. in der DE-OS 2,401.614 beschrieben.

[0016] Wird das Endlosfadenvlies jedoch vor der Nadelung durch Täfeln auf eine bestimmte Vliesdicke gebracht, so ist es meist die Längsrichtung, die die geringere Reißfestigkeit aufweist. In diesem Fall muß das Vlies dann in Längsrichtung verstreckt werden, was beispielsweise besonders günstig durch ein an sich bekanntes Walzenstreckverfahren mit kurzem Walzenspalt gemacht werden kann. Es ist aber auch jedes andere bekannte Längsstreckverfahren brauchbar, wobei ein zu starkes Einspringen des Vlieses vermieden werden muß, um die erfindungsgemäßen Grenzen einzuhalten. Dies kann man z. B. in dem man Längsreckzonen durch Zonen unterbricht, in denen man das Vlies in einer Querspannvorrichtung wieder auf die erfindungsgemäß vorgeschriebene Breite, die innerhalb von+ 10 % der ursprünglichen Breite liegen soll, bringt. Auch im Falle des getäfelten Vlieses wird beim erfindungsgemäßen Reckprozeß die Wirrlage der Endlosfäden beeinflußt. Mit einer Umorientierung einzelner Fasern, die von der Täfelung her in einem bestimmten Winkel liegen, der verändert wird, wie dies gemäß DE-OS 1,635.634 bei einer Verstreckung von Stapelfaservliesen während der Vernadlung erzielt wird, hat der erfindungsgemäße Reckprozeß, auch wenn er bei getäfelten Endlosfadenvliesen zur Anwendung kommt, nichts zu tun.

[0017] Die Wahl des Verstreckungsgrades innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches, richtet sich nach den Werten die erzielt werden sollen. Will man z. B. die Reißfestigkeit in der Schwächeren Richtung z. B. um 15 - 20 % anheben ohne an Längsfestig keit einbüßen zu wollen, wird zweckmäßig eine leichte Verstrekkung von 20 - 30 % zu wählen sein. Je höher der Verstreckungs grad in der schwachen Richtung gewählt wird, desto mehr wird die Reißfestigkeit in der stärkeren Richtung vermindert, sodaß z. B. bei Verstreckungen um 60 - 100 % hinsichtlich Reißfestigkeit annähernd isotrope Vliese erhalten werden, deren Reißfestigkeiten im mittleren Bereich zwischen ursprünglicher Längs- und Querfestigkeit liegt. Da maßgebend für den Verwendungszweck die niedrigste Reißfestigkeit ist, kann das Vlies somit nach erfindungsgemäßer Behandlung einer stärkeren Belastung ausgesetzt werden, als das Ausgangsvlies.

[0018] Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Endlosfadenvliese aus allen thermoplastischen Kunststoffen wie Polyamid, Polyester, Polyolefin anwendbar. Besonders bevorzugt sind Vliese aus Propylenhomo- und copolymeren und Polyester. Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der vorliegenden Beispiele näher erläutert werden. Die darin angegebenen Reißfestigkeits- und Bruchdehnungswerte sind nach DIN 53857 bestimmt.

Beispiel 1:

[0019] Ein genadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen:





wird ohne Längsverzug in einen Spannrahmen eingespannt, bei einer Temperatur von 130⁰ C in kontinuierlicher Fahrweise in der Querrichtung um 20 % gedehnt. Nach Verlassen des Heißluftofens wird das Vlies aus dem Spannrahmen herausgenommen und kontinuierlich aufgewickelt. Es besitzt folgende Kennzahlen:

[0020] Das Vlies besitzt also bei etwa gleichbleibender Längsreißfestigkeit eine um 50 N erhöhte Querfestigkeit.

[0021] Im Gegensatz dazu besitzt ein nach dem üblichen Spinnverfahren hergestelltes, nicht verstrecktes Vlies mit einem . Flächengewicht von 220 g/m² folgende Kennzahlen:

Das erfindungsgemäß hergestellte Vlies ist also hinsichtlich Reißfestigkeit überlegene

Beispiel 2: _j

[0022] Das gleiche Vlies wie in Beispiel 1 beschrieben, wird in einen Spannrahmen eingeführt und mit solcher Geschwindigreit abgezogen, daß es vor Erfassen der Seitenränder durch die Halterungsorgane bei Zimmertemperatur in der Längsrichtung 10 % verstreckt wird. Anschließend wird es bei 130° C 20 % querverstreckt. Das nach Ausspannen und Auskühlen erhaltene Vlies besitzt folgende Kennzahlen:

[0023] Hingegen besitzt ein durch Verspinnen und Ablage hergestelltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen eines Flächengewichtes von 200 g/m² längs nur eine Reißfestigkeit von 570 N und quer von 230 N, sowie die Bruchdehnung von 90 % längs und 135 % quer.

Beispiel 3:

[0024] Ein stark vernadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen:



wird im Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei 135⁰C um 40 % querverstreckt. Nach Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen:

[0025] Im Gegensatz dazu hat ein Vlies mit 236 g/m², hergestellt wie das als Ausgangsmaterial verwendete Vlies eine Reißfestigkeit längs von 650 N und quer von nur 290 N. sowie eine Bruchdehnung längs von 85 %, quer von 125 %.

Beispiel 4:

[0026] Ein Vlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen:

wird in einem Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei ₁₃₅⁰ C um 60 % quer verstreckto

[0027] Das so erhaltene Vlies hat folgende Kenndaten:

[0028] Im Vergleich dazu hat ein Vlies, das nach dem-gleichen Verfahren wie das Ausgangsvlies hergestellt ist, das jedoch ein Flächengewicht von 180 g/m² besitzt eine Längsfestigkeit von 530 N und eine Querfestigkeit von 200 N, sowie eine Bruchdehnung von längs 95 % und quer von 150 %.

Beispiel 5:

[0029] Das in Beispiel 4 beschriebene Vlies wird bei 140° C um 60 % querverstreckt, wobei es gleichzeitig in der Längsrichtung 10 % schrumpfen gelassen wird. Man erhält dadurch ein Vlies mit folgenden Kennzahlen:

[0030] Im Vergleich dazu hat ein Vlies, das nach dem gleichen Verfahren wie das Ausgangsvlies hergestellt ist, jedoch ein Flächengewicht von 200 g/m² besitzt, eine Reißfestigkeit längs von 570 N, Reißfestigkeit quer von 230 N und ein Bruchdehnung längs von 90 %, sowie eine Bruchdehnung quer von 135 %.

Beispiel 6:

[0031] Ein genadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen:

wird im Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei 135⁰ C in kontinuierlicher Fahrweise um 100 % quer verstreckt. Nach dem Verlassen des Heißluftofens hat das Vlies folgende Kennzahlen:

der ursprüngliche hohe Unterschied in der Reißfestigkeit von längs : quer = 2,2 : 1 konnte durch das Streckverfahren auf das Verhältnis längs : quer = 1,2 : 1 egalisiert werden, wobei die Querreißfestigkeit nach dem Strecken des um 44 Gew.% leichteren Vlieses um 6 % von 514 N auf 545 N zugenommen hatte.

Beispiel 7:

[0032] Ein genadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen:

wird im Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei 135⁰ C um 120 % querverstreckt. Nach dem Abkühlen nach dem Heißluftofen hat das Vlies folgende Kennzahlen:

[0033] Bei einer Abnahme des Flächengewichtes um 53 % wurde die Längsreißfestigkeit nur um 33 %, die Querreißfestigkeit nur um 25 % vermindert, das Verhältnis von Längs : Querreißfestigkeit jedoch von 1,87 auf 1,66 : 1 angeglichen.

Beispiel 8:

[0034] Ein genadeltes Vlies nach Beispiel 1 mit folgenden Kennzahlen:



wird im Spannrahmen ohne vorherige Längsverstreckung bei 135⁰ um 140 % quer verstreckt. Nach dem Abkühlen aus dem Heißluftofen hat das Vlies folgende Kennzahlen:

[0035] Bei einer Abnahme des Flächengewichtes um 53 % nahm die Längsreißfestigkeit um 43 %, die Querreißfestigkeit nur um 25 % durch den Reckvorgang ab, dagegen wurde das Verhältnis der Längs- : Querreißfestigkeit von 2,2 : 1 auf 1,66 : 1 angeglichen.

Beispiel 9:

[0036] Ein genadeltes Vlies nach Beispiel 1 mit folgenden Kennzahlen:

wird im Spannrahmen ohne vorherigen Längsverzug bei einer Temperatur von 135° C um 180 % quer verstreckt. Nach dem Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen:

[0037] Bei einer Abnahme des Flächengewichtes um 62 % nahm die Längsreißfestigkeit nur um 33 %, die Querreißfestigkeit nach dem Reckvorgang nur um 36 % ab, das Verhältnis der Längs- : Querreißfestigkeit wurde von 1,93 : 1 auf 1,84 : 1 etwas angeglichen.

Beispiel 10:

[0038] Ein genadeltes Vlies nach Beispiel 1 mit folgenden Kennzahlen:

wird im Spannrahmen mit 10 % Längsverzug bei einer Temperatur von 135⁰ C um 140 % quer verstreckt. Nach dem Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen:

[0039] Bei einen Abnahme des Flächengewichtes um 66 % nahm die Längsreißfestigkeit nur um 42 %, die Querreißfestigkeit durch den Reckvorgang nur um 25 % ab, dagegen wurde das Verhältnis der Längs- : Querreißfestigkeit von 2,25 : 1 auf 1,72 : 1 angeglichen.

Beispiel 11:

[0040] Ein genadeltes Vlies nach Beispiel 1 mit folgenden Kennzahlen:

wird im Spannrahmen mit 10 % Längsschrumpfung bei einer Temperatur von 135° C um 140 % quer verstreckt. Nach dem Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen:

[0041] Bei einer Abnahme des Flächengewichtes von 51 % nahm die Längsreißfestigkeit nur um 44 %, die Querreißfestigkeit nach dem Reckprozeß sogar nur um 22 % ab, dagegen wurde das Verhältnis der Längs- : Querreißfestigkeit von 2,25 : 1 auf 1,60 : 1 angeglichen.

Beispiel 12:

[0042] Ein genadeltes Endlosfadenvlies aus Polypropylen mit folgenden Kennzahlen.

wird ohne Längsverzug in einen Spannrahmen eingespannt, bei einer Temperatur von 135° C in kontinuierlicher Fahrweise in der Querrichtung um 80 % gedehnt. Nach Verlassen des Heißluftofens wird das Vlies aus dem Spannrahmen herausgenommen und kontinuierlich aufgewickelt. Es besitzt. folgende Kennzahlen:

[0043] Im Gegensatz dazu besitzt ein nach dem üblichem Spinnver fahren hergestelltes, nicht verstrecktes Vlies mit einem Flächengewicht von 150 g/m² folgende Kennzahlen:

Wird das gleich Vlies mit Flächengewicht von 230 g/m2 bei 136°C in der Querrichtung nur 80 % verstreckt nachdem es vorher bei Zimmertemperatur in Längsrichtung um 10 % verstreckt worden war, erhält man ein Vlies mit folgenden Kennzahlen:

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen aus thermoplastischen Kunststoffen mit verbessserten Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß Spinnvliese aus praktisch endlosen, in annähernder Wirrlage liegenden Fäden, die in einer Richtung eine höhere Reißfestigkeit besitzen als in der dazu senkrecht stehenden Richtung und die durch Vernadeln verfestigt sind, bei 85 - 25^o C unterhalb des Kristallitschmelzpunktes liegenden Temperaturen in der Richtung der geringeren Reißfestigkeit um 20 - 200 % der ursprünglichen Länge verstreckt werden, wobei in der dazu senkrecht liegenden Richtung die Länge entweder beibehalten wird oder diese vorher oder gleichzeitig im Bereich von + 10 % der ursprünglichen Länge verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Endlosfadenvlies ausgegangen wird, das in einem Ausmaß vernadelt ist, daß es durch diese Vernadelung mehr als 50 % des durch Vernadelung erzielbaren optimalen Festigkeitszuwachses aufweist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Endlosfadenvlies mit höherer Reißfestigkeit in der Längsrichtung als in der Querrichtung ausgegangen wird und das Vlies in Querrichtung um 20 - 200 % verstreckt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2p dadurch gekennzeichnet, daß von einem getäfelten Endlosfadenvlies mit höherer Querfestigkeit als Längsfestigkeit ausgegangen wird und das Vlies in Längsrichtung um 20 - 200 % verstreckt wird.