Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen nachkondensierten Papiermaschinenfilz aus einem Polyamid-Grundgewebe sowie einer aufgenadelten Polyamid-Deckschicht.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichts der vorgenannten Papiermaschinenfilze.
Papiermaschinenfilze bestehen üblicherweise aus einem Grundgewebe auf dem ein vorgenadelter Vliesstoff aufgenadelt ist. Prinzipiell ist es hierbei auch möglich, Spinnvliese anstelle trockengelegter Vliesstoffe zu verwenden.
In der DE-A-40 27 063 wird ein Verfahren zur Herstellung von besonders hochmolekularen Polyamidfasern durch Nachkondensation beschrieben. Nachteil dieser nachkondensierten Fasern ist, daß sie sich schlecht verarbeiten lassen, weil sie auf Grund ihrer hohen Molekulargewichte sehr steif sind.
Es muß daher mehr Energie für die Kardierung und Vernadelung aufgebracht werden und durch diesen erhöhten Energieaufwand erhöht sich auch die Gefahr der Faserschädigung während der Verarbeitung.
Weiterhin muß berücksichtigt werden, daß nachkondensierte Fasern im Filz kaum noch nachfixiert werden können, d.h. Spannungen, die in der Faser während der Verarbeitung aufgebaut werden, können nicht vollständig beseitigt werden. Dies begünstigt das sogenannte Fiber Shedding, d.h. das Herausarbeiten größerer Faserbruchstücke oder gar ganzer Fasern aus dem Filz.
Nachkondensierte Fasern besitzen zudem praktisch keinen Thermoschrumpf mehr. Die Filze können sich während des Fixierprozesses, der auch für das Grundgewebe notwendig ist, nicht mehr vorverdichten. Dies kann dazu führen, daß die Faserverankerung nicht optimal ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Papiermaschinenfilze bereitzustellen, die eine hohe Chemikalienbeständigkeit, eine höhere Luftdurchlässigkeit und eine bessere Abriebbeständigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch den nachkondensierten Papiermaschinenfilz gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.
Zunächst ist es für den Fachmann nicht selbstverständlich, daß ein Qualitätsunterschied zwischen einem Papiermaschinenfilz aus nachkondensierten Fasern gemäß dem Stand der Technik und einem nachkondensierten Papiermaschinenfilz gemäß der Erfindung existiert.
Zu erwarten ist allerdings, daß durch die gleichzeitige Nachkondensation des Grundgewebes aus Monofilamenten und/oder Multifilamenten ein gewisser Vorteil entsteht. Normalerweise ist aber die Beständigkeit des Grundgewebes kein Problem.
Es wurde aber festgestellt, daß überraschenderweise bei Versuchen auf der Filztestpresse (siehe auch die weiter unten stehende Tabelle 1) signifikante Unterschiede zwischen Standardfilzen und den erfindungsgemäßen nachkondensierten Papiermaschinenfilzen resultieren. Der nachkondensierte erfindungsgemäße Filz zeigt eine deutlich geringere Änderung der Luftdurchlässigkeit während des Tests im Vergleich zu dem Filz aus nachkondensierten Fasern, wobei jedoch der Endwert bei beiden Filzen ähnlich ist. Dieses ist für die Papierherstellung vorteilhaft, da die Einlaufzeit verkürzt wird und die Filzeigenschaften sich während der Laufzeit weniger ändern.
Überraschend war ebenfalls die Feststellung, daß die beiden Filze sich auch hinsichtlich Faserverlust deutlich unterscheiden.
Insgesamt wurde also festgestellt, daß überraschenderweise ein erfindungsgemäßer nachkondensierter Papiermaschinenfilz die geforderten guten Beständigkeiten gegen Chemikalien und Abrasion aufweist, wenn er eine Lösungsviskosität von mindestens 5, gemessen bei 20 °C (nach DIN 53 727) in Schwefelsäure besitzt.
Die Polyamidfäden des nach erfindungsgemäßen Verfahren nachkondensierten Papiermaschinenfilzes bestehen insbesondere aus aliphatischen oder teilaromatischem Polyamid bzw. Copolyamid, wobei die aliphatischen auf ω-Aminocarbonsäuren, Lactamen oder aliphatischen Diaminen und aliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, und die teilaromatischen auf aliphatischen Monomeren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen basieren. Hierbei sind Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 46, Poly-amid 66, Polyamid 610, Polyamid 612, Polyamid 1212, Polyamid 10T und Polyamid 1 2T bevorzugt.
Als Nachkondensationskatalysatoren werden anorganische Phosphorverbindungen, bevorzugt Salze oder Ester der phosphorigen Säure oder Orthophosphorsäure oder die Säuren selbst, eingesetzt, wobei H3PO4, H3PO3, Na2HPO4 · 12 H2O, Na2HPO3 · 5H2O und NaH2PO4 besonders bevorzugt sind. Die textilen Gewebe werden imprägniert, wobei der Katalysatorgehalt der bevorzugt wäßrigen Lösung maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 Gew.-%, bezogen auf die nachzukondensierenden Textilmenge, beträgt. Die Nachkondensation wird bei Temperaturen von 160 bis 200 °C, bevorzugt bei 170 bis 190 °C, in Inertgasatmosphäre oder im Vakuum während 5 bis 48 Stunden, bevorzugt 6 bis 24 Stunden, besonders bevorzugt 8 bis 12 Stunden, durchgeführt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das textile Gewebe mit wäßrigen Lösungen von H3PO4 oder H3PO3 in Mengen von 0,2 Gew.-%, bezogen auf die nachzukondensierende Textilmenge bei 180 °C im Vakuum 8 Stunden lang nachkondensiert.
Der erfindungsgemäße Papiermaschinenfilz aus Polyamidfäden besitzt bei 20 °C eine relative Lösungsviskosität, gemessen als 1 %ige Lösung in 98 %iger Schwefelsäure (DIN 53 727), von mindestens 5, bevorzugt mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 6,5, ganz besonders bevorzugt mindestens 7. Die Polyamidfäden sind insbesondere solche aus ω-Aminocarbonsäuren oder Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen oder aus aliphatischen Diaminen und aliphatischen Dicarbon-säuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen. Hierbei sind Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 46, Polyamid 66, Polyamid 610, Poly-amid 612 und Polyamid 1212 bevorzugt.
Eine andere Ausführungsform umfaßt teilaromatische Polyamide bzw. Copolyamide aus aliphatischen Monomeren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und aromatischen Monomeren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere Polyamid 10T und Polyamid 12T.
Eine besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß zuerst aus einfach zu verarbeitenden niederviskosen Polyamidfäden ohne Faserschädigung in an sich bekannter Weise ein textiles Gebilde hergestellt werden kann, dessen Molekulargewicht dann erfindungsgemäß durch Nachkondensation auf eine relative Lösungsviskosität in Schwefelsäure von mindestens 7 erhöht wird, wobei gleichzeitig die Kristallinität erhöht und die Form des textilen Gewebes fixiert wird.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen Ausführungsformen der Erfindung ohne sie darauf zu beschränken.
Ein Stück eines Papiermaschinenfilzes der Maße 1 x 0,5 m, bestehend aus einem Grundgewebe aus Polyamid 6-Monofil (ηrel = 3,4 ± 0,1) und einem aufgenadelten Vlies als Deckschicht aus Polyamid 6-Fasern (Grilon® TM26R, ηrel = 3,4 ± 0,1, gemessen als 1 %ige Lösung in 98 %iger Schwefelsäure gemäß DIN 53 727 bei 20 °C) wurde mit einer wäßrigen Lösung von phosphoriger Säure (0,2 Gew.-%, bezogen auf das Filzgewicht) imprägniert. Nach Trocknen an der Luft wurde 16 Stunden lang in einem Laborautoklaven unter Vakuum bei 180 °C nachkondensiert. Die Lösungsviskosität dieses nachkondensierten Papiermaschinenfilzes betrug in Schwefelsäure 10,5 ± 0,5.
Ein Papiermaschinenfilz mit den Maßen 2 x 0,2 m bestehend aus einem Grundgewebe aus Polymid 6-Zwirn (Monofil) (ηrel = 3,4) und einem aufgenadelten Vlies als Deckschicht aus Polyamid 6-Fasern (Grilon® TM262R, 17 dtex, 90 mm) wurde mit einer wäßrigen Lösung von phosphoriger Säure (0,24 %) bei 98 °C während 30 Minuten in einem Färbereiautoklaven imprägniert. Danach wurde der Filz bei 60 °C während 18 Stunden getrocknet. Die Nachkondensation wurde in einem Vakuumofen bei 180 °C während 16 Stunden durchgeführt. Die Analysendaten dieser Probe (Probe 2) sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
Probe 3 besteht aus einem Filz aus TM262R.
Probe 4 besteht aus einem Filz aus TM262R, wobei die Fasern nachkondensiert wurden (30 Minuten, 98 °C; 16 Stunden, 180 °C, Vakuum) relative Viskosität der Fasern 7,8.
Drei Filze wurden nach dem Schema in Figur 1 für die Tests hergestellt. Proben 3 und 4 wurden als Standardfilze betrachtet und Filz 2 wurde folgendermaßen behandelt:
Der Filz wurde in einem Färbereiautoklav bei 98 °C während 30 Minuten mit 0,24 % Säurelösung imprägniert. Danach ist dieser bei 60 °C während 18 Stunden getrocknet worden. Die Nachkondensation wurde in einem Vakuumofen bei 180 °C während 16 Stunden durchgeführt (siehe Beispiel 2).
Die relativen Viskositäten der Fasern und der Monofilamente wurden in 1 %iger Schwefelsäure gemessen.
Die Filze wurden auf der Filztestpresse FTP-EMS getestet.
Bei dem Test wird ein Testfilz von 2 x 0,2 m in zwei Spannzangen eingespannt. Die Spannzangen sind durch ein Seil unter der Maschine miteinander verbunden und werden beim Test hin und her gezogen. Der Test besteht aus den Teilschritten, Drucktest, Drucktest mit Hochdruckdusche und Abrasionstest. Beim Drucktest wird der Filz mittels eines Druckwalzenpaars hin und her bewegt (Fig. 2a). Während des ganzen Tests vor und nach dem Preßspalt wird der Filz dauernd benetzt. Der Liniendruck des Druckwalzenpaars kann zwischen 0 und 300 kN/m eingestellt werden. Als Maß für die Verdichtung des Filzes werden die Dicke und die Luftdurchlässigkeit nach verschiedenen Preßdurchgängen bestimmt.
Beim Drucktest mit Hochdruckdusche (HD-Dusche) wird der Filz vor und nach dem Preßspalt mit einer oszillierenden Hochdruckdusche (Wasserdruck 40 bar) benetzt (Fig. 2b). Der Einfluß der HD-Dusche wird optisch beurteilt und die herausgearbeiteten Fasern, die in einem Filter gesammelt werden, werden gewogen.
Beim Abrasionstest mit Keramikleisten wird eine "Keramikleisten-Imitationswalze" gebraucht (Fig. 3). In Querrichtung auf dieser Walze sind Spalten ausgefräst, so daß die verbleibenden Stege die Form von Saugerleisten haben. Beim Test wird das Filzmuster durch den Seilzug unter der schnelllaufenden Abrasionswalze hin und her gezogen. Das Verhalten der Filze gegen Abrasion wird mikroskopisch und durch Messung der abgeriebenen Fasermenge beurteilt.
- A. Waschen und fixieren.
- B. 100 x Druckwalzen (DW) bei 150 kg/cm Liniendruck.
- C. + 2700 x DW = 2800 x DW
- D. 200 x Hochdruckdusche (HD) mit 40 bar Wasserdruck und Druckwalzen bei 150 kg/cm.
- E. + 800 x HD = 1000 HD.
- F. 500 x Abrasionswalze.
An einem Prüfling werden nacheinander die Behandlungen A bis F durchgeführt. Anschließend werden Filzdicke, Luftdurchlässigkeit und Faserverlust im Vergleich zur unbehandelten Probe gemessen.
In Tabelle 1 sind die Resultate der mit der Filztestpresse bearbeiteten Proben zu finden.
Die Dicke des nachkondensierten Filzes (Probe 2) ändert sich durch den Testlauf am wenigstens. Probe 2 besitzt nach dem Test die größte Dicke.
Die Luftdurchlässigkeit der Standardfilze (Proben 3 und 4) ist sowohl im unfixierten als auch im fixierten Zustand höher gegenüber dem nachkondensierten Filz (Probe 2).
Die Änderung der Luftdurchlässigkeit durch die Behandlung auf der Filztestpresse ist beim nachkondensierten Filz (Probe 2) am geringsten, d.h. Probe 2 besitzt über den gesamten Prüfzyklus die gleichmäßigsten Eigenschaften.
Der Faserverlust der Vergleichsfilze ist mit 30 g/m2 (Probe 3) bzw. 26 g/m2 deutlich höher als beim nachkondensierten Filz (Probe 2, 21 g/m2).