NL8202167A

NL8202167A - Werkwijze voor het vervaardigen van polypropeen-spinvliezen met lage valcoefficient.

Info

Publication number: NL8202167A
Application number: NL8202167A
Authority: NL
Original assignee: Freudenberg Carl Fa
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-07-18
Also published as: DE3151322A1; FR2519038B1; BE894170A; NL188236B; FR2519038A1; JPS6233343B2; DE3151322C2; GB2115343B; US4496508A; GB2115343A; JPS58132156A; NL188236C

Description

- 1 - * ' -i

Werkwijze voor het vervaardigen van polypropeen-spinvliezen met lage valcoëfficiënt.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van polypropeen-spinvliezen met een bijzonder zachte textielachtige greep.

Spinvliesstoffen en ook polypropeen-spinvlies-5 stoffen zijn algemeen bekend. Deze vliesstoffen hebben goede textieleigenschappen, maar zij zijn in vele opzichten, in het bijzonder voor wat betreft de greep, niet steeds vergelijkbaar met geweven of gebreide stoffen.

De uitvinding heeft daarom tot doel een werkwijze te 10 verschaffen voor het vervaardigen van dergelijke bijzonder "textielachtige", dat wil zeggen zachte en zich aanleggende spinvliezen te ontwikkelen, die een zeer lage valcoëfficiënt moeten bezitten.

De uitvinding voorziet daartoe in een werkwijze 15 voor het vervaardigen van polypropeen-spinvliezen door extrusie van een polypropeensmelt met behulp van spin-mondstukken, het aërodynamisch wegtrekken van de filamenten in een luchtstroom en neerlegging ervan op een beweegbare poreuze ondergrond, welke werkwijze daardoor is gekenmerkt, 20 dat de polypropeen-smelt bij 240°C tot 280°C met een extru-siesnelheid van 0,02 m/s tot 0,2 m/s wordt geëxtrudeerd onder gebruikmaking van spinmondstuk-boringen met een diameter kleiner dan 0,8 mm en de filamenten op een afstand van ten hoogste 0,8 m onder de spinmondstukonder-25 kant, door een naar beneden toe gerichte luchtstroom, vertikaal aërodynamisch worden weggetrokken en daarbij door dwars stromende lucht van 20°C tot 40°C worden afgeschrikt, waarbij de filament-wegtreksnelheid tussen 20 m/s en 60 m/s ligt en de door de spuit- en wegtrek-30 snelheid veroorzaakte deformatieverhouding tussen 1:200 en 1:1000 ligt en de filamenten onder het aërodynamische wegtrekorgaan op de beweegbare, poreuze en van onder af aangezogen ondergrond worden neergelegd tot een spinvlies, dat vervolgens op geschikte wijze wordt verstevigd.

35 Het is bekend, dat voor het vervaardigen van 8202167 - 2 - i- * produkten van een hoog kwaliteitsniveau de vezels of draden waaruit de vliesstof wordt gevormd, een hoge moleculaire oriëntering moeten bezitten, dat wil zeggen dat de strekverhouding hoog genoeg moet zijn. Het doel van 5 de oriëntering bij de vervaardiging van synthetische vezelstoffen bestaat in het richten van de molecuulkettingen in de richting van de langsas van de vezels voor het verhogen van de sterkte daarvan en het verminderen van de rek bij breuk. Er zijn vele wetenschappelijke methoden 10 bekend volgens welke de orienteringsgraad wordt gemeten, zoals bijvoorbeeld de meting van de anisotropie met optische of akoestische middelen of het benutten van röntgenverstrooi'ingsdiagrammen.

In vele gevallen is echter reeds de vaststelling 15 voldoende van sterkte-parameters zoals de maximum-trekkracht en de maximale rek bij breuk als voldoende onderscheidende eigenschappen van de vezels ofwel van de vezelprodukten onderling. Zo worden bij een passend hoge oriëntatie van de vezels voor technische doeleinden maximale rekwaarden 20 bereikt van minder dan 10 %. Gebruikelijke vezels en draden voor textieltoepassingen bezitten rekwaarden tot ongeveer 60 %.

Bij de vervaardiging van vliesstof worden zowel gestrekte alsook gedeeltelijk gestrekte of niet-gestrekte 25 vezels toegepast. Terwijl de goed georiënteerde vezels de eigenlijke vliesvormende vezels vormen, worden de gedeeltelijk gestrekte of niet gestrekte vezels gewoonlijk slechts toegepast als bindvezels.

Het polypropeen-spinvlies vervaardigd volgens 30 de uitvinding bestaat echter in tegenstelling met de gebruikelijke vliesstoffen uit gedeeltelijk gestrekte polypropeenfilamenten als vliesvormende vezels. Verrassenderwijs is gebleken, dat op deze wijze opgebouwde vliesstoffen een hoge gebruikssterkte bezitten bij een zeer zachte, 35 textielachtige greep. Deze eigenschappen zijn in het bijzonder gewenst voor de toepassing van de vliesstoffen bij talrijke medicinale of hygiënische artikelen. De gebruikseigenschappen van deze nieuwe vliesstoffen zijn echter ook zeer gunstig bij zogenaamde "samengestelde-40 vlakke vormsels" die zijn samengesteld uit een aantal

Λ- -A

- 3 - lagen zachte vliesstoffen.

De goede textieleigenschappen zijn ook bijzonder verrassend omdat de voor de vervaardiging van de poly-propeen-spinvliezen volgens de uitvinding gebruikte 5 gedeeltelijk gestrekte vezels in de niet verwerkte toestand een slappe greep bezitten. Het was niet te verwachten, dat dergelijke "slappe" vezels een zacht, maar zeer stevig vlies zouden vormen, dat bovendien een bijzonder goed valvermogen bezit. Het is zeer gunstig, dat bij de 10 vervaardiging van spinvliesstoffen het op de transportband gelegde vezelprodukt zonder mede-toepassing van bindmiddelen of vreemde bindvezels op goede wijze, bijvoorbeeld door een geschikte kalander-druktechniek, kan worden gebonden, waarbij in vergelijking met produkten met 15 volledig gestrekte vezels aanzienlijk lagere druk- en temperatuursomstandigheden kunnen worden aangehouden.

Het zachte textielachtige gedrag is oorzaak voor het goede valvermogen. Dit valvermogen wordt bepaald volgens DIN 54 306. In de zin van deze norm wordt de 20 mate van deformatie bepaald, die ontstaat wanneer een horizontaal liggend vlak vormsel onder zijn eigen gewicht over een draagschijf hangt.

Als maat voor het valvermogen dient de volgens deze norm bepaalde valcoëfficiënt D in procenten. Volgens 25 de definitie moet de valcoëfficiënt D een kritische parameter zijn voor de eigenschappen van het polypropeen-spinvlies. De valcoëfficiënt D is lager naarmate het valvermogen van het vlakke produkt beter is eri dientengevolge ook de greep daarvan.

30 De vliesstoffen volgens de uitvinding bezitten in elk geval een valcoëfficiënt volgens DIN 54 306, die in afhankelijkheid van het oppervlaktegewicht (FG) voldoet aan de volgende vergelijking: D < 1,65.FG + 30 (%) 35 Stoffen die een hogere waarde van D bezitten, zijn weliswaar eveneens textielachtig, maar in de zin van de onderhavige uitvinding te hard.

Terwijl de gebruikelijke, voor de vervaardiging van vliesstoffen toegepaste, volledig gestrekte vezels 40 een hoogste rekwaarde bezitten van minder dan 100 % - 4 -

Λ- 'V

van hun oorspronkelijke lengte (gemeten volgens DIN), kan men met voldoend grote afstand tot deze volledig gestrekte vezels de volgens de uitvinding voorgestelde, gedeeltelijk gestrekte vezels zodanig definiëren, dat 5 deze beschikken over maximale rekwaarden van tèn minste 200 %. In het bijzonder zijn vezels gunstig gebleken met maximale rekwaarden van meer dan 400 % van hun oorspronkelijke lengte.

De vezels kunnen door een juiste instelling van 10 de strekverhoudingen bij de vervaardiging nauwkeurig in het aangegeven gebied worden vervaardigd.

Hierbij is het belangrijk dat de gedeeltelijk gestrekte vezels gelijktijdig een lage vezelkrimp bezitten, namelijk een in kokend water bepaalde krimp van minder 15 dan 10 %. Zou men een hogere krimp instellen, dan zou de vervaardiging van het vlies aanzienlijk worden gestoord. Bovendien zou men een niet gekrompen vlies krijgen, dat veel te dicht en ook door het uitkrimpen te hard is.

Daaruit volgt, dat bij de vezelvervaardiging niet slechts 20 de strekverhoudingen moeten worden ingesteld maar dat ook het gehele proces moet worden afgesteld op de doelstelling volgens de uitvinding, namelijk het aanhouden van een gedeeltelijk gestrekte en gedeeltelijk krimparme struktuur van de vezels.

25 Gevonden werd, dat voor het' bereiken van de aangegeven vezelparameters, namelijk slechts een gedeeltelijke strekking en een daaruit resulterende hoge maximale rek en gelijktijdig een lage krimp een spinproces noodzakelijk is, waarbij de spinweg aanzienlijk wordt 30 bekort. Een lage deformatieverhouding als verhouding tussen de extrusie- en de wegtreksnelheid, kan dienovereenkomstig worden ingesteld. Voor het wegtrekken van de draden zijn daarbij in het bijzonder de aërodynamische wegtrek-organen geschikt, die bekend zijn uit de spinvliestech.no-35 logie. Een belangrijk voordeel ligt bij deze werkwijze ook daarin, dat de voor de draadwegtrek benodigde energie van de luchtstroom, waarvan het rendement in vergelijking met mechanische wegtreksystemen zonder meer zeer ongunstig is, tot een minimum wordt gereduceerd.

40 De uitvinding wordt nader toegelicht aan de - 5 - hand van de tekening, waarin: fig. 1 schematisch in perspectief een inrichting toont voor het vervaardigen van gedeeltelijk gestrekte polypropeenfilamenten met geringe krimp, en 5 fig. 2 krommen toont weergevende het verband tussen de viscositeit en de representatieve ketting-snelheid van polypropeen bij verschillende temperaturen.

Bij de in fig. 1 weergegeven inrichting zijn in de spinbalk 1 verwarmbare spinmondstukken aangebracht.

10 De gespannen filamenten worden in de koelschachten 2 afgekoeld door lucht, die aangezogen is via de met 7 afgedekte openingen 2a en door ejectiewerking worden de filamenten door de kanalen 3 weggetrokken en gedeeltelijk gestrekt.

15 De draadbundels worden na het verlaten van de wegtrekkanalen 3 tot een vlies neergelegd op de zeefband 5 waar doorheen naar beneden toe lucht wordt aangezogen.

Na versteviging in de kalander 6 wordt de gereedzijnde vliesbaan 7 opgerold. Bij het verspinnen wordt gewerkt 20 met smelttemperaturen van 240°C tot 280°C. De spinmondstukken bezitten een aantal boringen, waarvan de diameter beneden 0,8 mm ligt. De extrusiesnelheden worden door een passende instelling van de tandradpomp ingesteld op 0,02 m/s tot 0,2 m/s. De gevormde filamenten worden 25 over een vrij traject van ten hoogste 0,8 m geleid naar een aërodynamisch wegtrekorgaan, waarbij zij over dit traject door een dwarse aanblazing met lucht met een temperatuur van 20°C tot 40°C worden afgekoeld. De dwarse aanblazing wordt op zinvolle wijze tot stand 30 gebracht onder gebruikmaking van de injectorwerking van het aërodynamische wegtrekorgaan, waarbij de dwarse luchtstroom door inbouw van zeven in de wand van de koel-schacht gelijkmatig wordt gemaakt. Het zog van het aërodynamische wegtrekorgaan wordt zodanig ingesteld, 35 dat daarbij een filamentwegtreksnelheid wordt verkregen van 20 m/s tot 60 m/s. De wegtreksnelheid van de filamenten wordt bepaald uit de draaddiameter en de continuïteitsvergelijking. Voor constante extrusie-omstandigheden kan men het spinproces volgens de vezeldiameter besturen.

40 Door deze instelling ontstaat een gebied voor de deformatie- - 6 - verhouding, dat wil zeggen de verhouding van de extrusie-snelheid ten opzichte van de wegtreksnelheid van 1:200 tot 1:1000. De weggetrokken filamenten worden tot een spinvlies neergelegd op een poreuze, beweegbare en van 5 onder af aangezogen ondergrond.

De toepassing van een polypropeen met een bijzonder nauwe moleculaire gewichtsverdeling is verder gunstig gebleken. Dit wordt bijvoorbeeld bereikt door een aanvullende opbouw van een polypropeen en de vernieuwde granu-10 lering daarvan.

Een dergelijk polypropeen wordt gekarakteriseerd door een bijzondere combinatie van de smeltviscositeit in afhankelijkheid van de variabele kettingsnelheid.

Volgens de uitvinding wordt verlangd, dat bij een smelt-15 temperatuur van 280°C de viscositeit bij een representatieve kettingsnelheid van 362 1/s in een gebied van 45 Pa.s + 3 % ligt, bij een kettingsnelheid van 3600 1/s in een gebied van 14 Pa.s + 2 % en ten slotte bij een kettingsnelheid van 14480 1/s in een gebied van 6 Pa.s 20 + 1,5 %.

Voor de vlieseigenschappen, in hoofdzaak ook voor de zachte greep, is het gunstig wanneer de vliesvorming zodanig wordt uitgevoerd, dat de draadwegtreksnelheid het 10- tot 20-voudige bedraagt van de loopsnelheid van 25 het vlies ofwel de snelheid van de beweegbare ondergrond waarop het vlies wordt gevormd. Voor het verbeteren van de vliesstruktuur is het verder gunstig, wanneer de draad-bundels, die de aërodynamische wegtrekorganen verlaten, door geschikte middelen in een pendelbeweging worden 30 gebracht. Dit vormt de derde kinematische component van de vliesvorming. De dwars op de looprichting van het vlies werkende snelheidvector moet het 0- tot 2-voudige van de loopsnelheid van het vlies bedragen.

Voor de vlieseigenschappen, in het bijzonder 35 voor de dichtheid van het vlies benevens de lucht- resp. vloeistofdoorlatendheid ervan, is het gunstig wanneer de vliesstof niet uitsluitend uit individuele filamenten bestaat, maar wanneer deze gedeeltelijk en afwisselend tot 2 tot 5 filamenten bevattende groepen worden samengevat. 40 Door een vlieslegging zonder voorkeursrichting ontstaat - 7 - in dit geval een volgens de uitvinding voorkeursgekruiste parallelstruktuur. De geringe bundelvorming kan door een instelling van de vrije dwarsdoorsnede van het aërodynamische wegtrekorgaan in verhouding met het getal 5 van de daar doorheen lopende filamenten worden bestuurd, zoals bijvoorbeeld door de inrichting beschreven in het Duitse octrooischrift 1.560.801.

Het gevormde vlies wordt verstevigd in een kalanderspleet, die bestaat uit een gladde en een 10 gegraveerde wals. Volgens de uitvinding wordt daarbij gewerkt bij temperaturen van 130°C tot 160°C en bij een matige lijndruk van 40 N/cm breedte tot 500 N/cm breedte.

Voor enkele toepassingen is het noodzakelijk de uit hydrofobe polypropeenvezels bestaande vliesstof 15 door het opbrengen van een bevochtigingsmiddel in te -5 stellen op een oppervlaktespanning van 35.10 N/cm zodat een bevochtigbaarheid wordt verkregen met waterige en polaire vloeistoffen.

Het volgende voorbeeld toont de vervaardiging 20 van een polypropeen-spinvlies volgens de uitvinding. VOORBEELD

Er werd in een spininrichting met twee spin-plaatsen gewerkt. Gebruikt werd een polypropeengranulaat met een viscositeitskarakteristiek zoals deze is weer-25 gegeven in de krommen van fig. 2. Deze tonen de smelt-viscositeit in afhankelijkheid van de representatieve kettingsnelheid en smelttemperatuur.

Het polypropeengranulaat werd in een extrusie-inrichting gesmolten. De smelt had een temperatuur van 30 270°C en werd toegevoerd aan de spinplaatsen. Elke spinplaats beschikte over een spinpomp en een spindop-penblok.De spinplaten hadden naar keuze 600 en 1000 boringen met een diameter van 0,4 mm. De juist gesponnen draden werden onder de spinmondstukken in dwarsrichting 35 aangeblazen, waarbij het afkoeltraject 0,4 m bedroeg,

De filamenten werden dan in een aërodynamisch, wegtrekorgaan door een luchtstroom gepakt en weggetrokken.

Na het verlaten van het wegtrekorgaan werd de dradenbundel in een zwenkende beweging gebracht en 40 toegevoerd aan een van beneden af aangezogen zeefband, - 8 - zodat zich. een warylies vormde. De spinparameters zijn opgenomen in tabel A. De door dit spinproces verkregen filamenten waren gedeeltelijk gestrekt en beschikten over parameters zoals deze zijn opgenomen in tabel B.

5 Het gevormde vlies werd in een kalanderspleet verstevigd waarbij de walsen waren ingesteld op een temperatuur van 160°C en de lijndruk op een waarde van 120 N/m breedte. De gegraveerde wals bezat per vierkante meter 500.000 rechthoekige punten met een kantlengte 10 van telkens 0,7 mm.

Vervaardigd werden vlies stoffen met oppervlakte- 2

gewichten van 10, 15, 20 en 30 g/m , die de in tabel C

opgenomen waarden bezaten.

Een deel van het vlies werd onder gebruikmaking 15 van een niet-ionogene tensid in een bad bij een concen- tratie van 10 g/1 behandeld en vervolgens gedroogd.

Bij een beproeving met water ingesteld op een oppervlakte- -5 spanning van 35.10 Nm werd een goede bevochtigbaarheid vastgesteld.

- tabellen - af* - 9 - TABEL A Spinparameters

Smelttemperatuur 2 7 O °C

Smeltdruk 2 O bar

Doorstroming per gat 0,5 g/min.

Gatdiameter 0,4 mm

Afkoeltraj eet 0,4 m

Stroomsnelheid van de wegtreklucht 30 m/sec.

2

Vrije dwarsdoorsnede van het wegtrekkanaal 120 m Temperatuur van de wegtreklucht 30°C

Temperatuur van de gegraveerde kalanderwals 150°C

Kalander-lijndruk 120 N/cm TABEL B Vezelwaarden

Filamenttiter 2,5 tot 4 dtex

Maximale trekkracht 10 tot 14 N/dtex

Hoogste rek bij breuk 450 tot 500 % TABEL C Vlieswaarden

Proef A B G D

2

Oppervlaktegewicht (g/m) 10 15 20 30

Vliesdikte (mm) 0,13 0,16 0,22 0,28 2

Aantal laspunten per cm 50 50 50 50

Maximale trekkracht (N) langs 15 25 33 60 dwars 15 25 32 50

Maximale rek bij breuk (%) langs 80 70 81 67 dwars 80 65 85 71

Verderscheurkracht (N) langs 5,5 6,5 11,0 13,0 dwars 5,5 6,5 10,5 13,0

Valcoëfficiënt (DIN 5430) (%) 40,7 47,2 61,5 74,1 - conclusies -

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van polypropeen-spinvliezen door extrusie van een polypropeensmelt met behulp van spinmondstukken, aërodynamisch wegtrekken van de filamenten met een luchtstroom en neerleggen ervan 5 op een beweegbare poreuze ondergrond, met het kenmerk, dat de polypropeen-smelt bij 240°C tot 280°C met een extrusiesnelheid van 0,02 m/s tot 0,2 m/s wordt geëxtrudeerd onder gebruikmaking van spinmondstuk-boringen met een diameter kleiner dan 0,8 mm en de 10 filamenten op een afstand van ten hoogste 0,8 m onder de spinmondstukkenonderkant, door een naar beneden toe gerichte luchtstroom, vertikaal aërodynamisch worden weggetrokken en daarbij door dwarsstromende lucht van 20°C tot 40°C worden afgeschrikt, waarbij de filamentwegtrek-15 snelheid tussen 20 m/s en 60 m/s ligt en de door de spuit- en wegtreksnelheid veroorzaakte deformatieverhouding tussen 1:200 en 1:1000 ligt en de filamenten onder het aërodynamisch wegtrekorgaan op de beweegbare, poreuze en van onder af aangezogen ondergrond worden neergelegd 20 tot een spinvlies, dat vervolgens op geschikte wijze wordt verstevigd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat atactisch polypropeen wordt versponnen, waarvan de moleculaire gewichtsverdeling zodanig is 25 ingesteld, dat bij een temperatuur van 280°C en een kettingsnelheid van 362 1/s de smeltviscositeit ligt in het gebied van 45 Pa.s + 3 % bij een kettingsnelheid van 3600 1/s in het gebied van 14 Pa.s + 2 % en bij een kettingsnelheid van 14480 1/s in het gebied van 6 Pa.s 30 + 1,5 %.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat een draadwegtreksnelheid wordt aangehouden overeenkomend met de 10- tot 20-voudige waarde van de vliesloopsnelheid en dat de door een instelbare 35 pendelbeweging op de draadbundels uitgeoefende dwars- i component ligt tussen de 0- en 2-voudige waarde van de + *!> - 11 - vliesloopsnelheid.

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de aërodynamische weg-trekorganen in hun vlak, betrokken op het betreffende 5 filamentengetal, zodanig worden ingesteld, dat zich uit telkens 2 tot 5 filamenten bestaande en voortdurend wisselende lichte filamentbundels vormen, waarbij het neergelegde vlies een gekruiste parallelstruktuur bezit.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 10 met het kenmerk, dat het neergelegde vlies met behulp van een kalander, dat een gegraveerde en een gladde wals bezit, verstevigd wordt bij een temperatuur van 130°C tot 160°C en een lijndruk van 40 N/cm tot 500 N/cm.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 15 met het kenmerk, dat het neergelegde vlies door een geschikt bevochtigingsmiddel ingesteld wordt _5 * op een oppervlaktespanning van 35.10 N/cm. 1 Werkwijze als beschreven en/of toegelicht aan de hand van het voorbeeld en de tekening.