[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 45
0 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/m
2 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 m
2 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/cm
2 bzw. bei solchen der Type 15x18x36/3 Zoll bei 120 Einstichen/cm
2 gegeben. Besonders günstige Ergebnisse werden erhalten, wenn man Vliese einsetzt,
die mit den genannten Nadeltypen mit etwa 180 - 200 Einstichen/cm
2 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 130
0 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/m
2 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/m
2 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 135
0C um 40 % querverstreckt. Nach Abkühlen hat das Vlies folgende Kennzahlen:
[0025] Im Gegensatz dazu hat ein Vlies mit 236 g/m
2, 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/m
2 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/m
2 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 135
0 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 135
0 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 135
0 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 135
0 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/m
2 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: