Verfahren zur Herstellung hochelastischer Vliesstofe Die Herstellung hochelastischer Faserflächengebilde wurde bei der Vliesstoffherstellung von der Binde mittelseite her durch Verwendung von elastomeren Bindemitteln versucht. Infolge der Wirrfaserstruktur mit gleichzeitiger mehr oder weniger starker Verfilzung der Textilfasern blieb der Elasbizitätsgrad im unteren Bereich.
Die Verarbeitung von hochelastischen Fasern war jedoch mit den herkömmlichen Vliesbildungsma- schinen nicht ohne Zerstörung der Stapellänge möglich bzw. nur unter Inkaufnahme von Festigkeitsverlusten durchführbar.
Es wurde auch bereits der Vorschlag gemacht, Garne oder Stränge aus elastomeren Werkstoffen durch Aus spritzen von Lösungen von Kautschuk bzw. Kautschuk ersatzmassen in flüchtigen organischen Lösungsmitteln mit Hilfe von Sprühdüsen herzustellen. Hierbei wird der aus dem Düsenloch austretende Lösungsstrahl durch schraubenförmig bewegte Gasströme in Querrichtung aufgerissen und zu Fasern wechselnder Länge aufgeteilt. Infolge starker Anfangsklebrigkeit der Elastomeren Fa serrohstoffe hängen jedoch die Fasern nach dem Ver lassen der Sprühdüsen an den Berührungspunkten zu sammen, so dass bei der starken Turbulenz der Luft ströme die Herstellung gleichmässiger Faserprodukte nicht möglich ist. Durch Verdunstung der Lösungs mittel wird dieser Vorgang noch weiter erschwert.
Eine gleichmässige Faserverteilung im Fertigvlies hängt jedoch weitgehend davon ab, dass möglichst viele Einzelfasern voneinander unbeeinflusst ihren Platz suchen können, so dass eine statistische Verteilung gewährleistet wird.
Erfindungsgemäss können diese Schwierigkeiten bei der Herstellung hochelastischer Faservliese vermieden werden. Das entsprechende Verfahren ist gekennzeichnet durch Ausspinnen von schwach vernetzten Polyuretha- nen mit Hilfe von mehreren parallelen Saugspinndüsen und Verstreckung durch Führung der Fadenscharen mit Hilfe an jeder Lochreihe der Einzeldüse beidseitig anfassender hin und her schwingender schnell bewegter Luftbänder dergestalt, dass die Fadenscharen jeder Ein zeldüse mit denen der Nachbardüse in parallelen geraden Reihen geführt werden und erst bei der Vliesbildung miteinander in Berührung kommen.
Als Rohstoffe für dieses Verfahren eignen sich insbesondere solche Polyurethane, die im Augenblick des Verspinnens nicht oder nur schwach vernetzt sind und die gegebenenfalls während und/oder nach der Vliesbildung noch weiter vernetzt werden. Es werden z. B. Makrodüsocyanate aus Polyestern bzw. Polyäthern mit der zur Vernetzung notwendigen Menge an Glykolen oder Diaminen versetzt und im flüssigen Zustand ver sponnen, während die Vernetzungsreaktion im Gange ist und bevor sie zu weit fortgeschritten ist.
Es können aber auch bereits schwach vernetzte, im wesentlichen lineare, thermoplastische Polyurethane verarbeitet wer den, die auch nach der Vliesbildung nicht mehr weiter vernetzt werden, um spezielle Eigenschaften zu errei chen. So ist es möglich, durch Verwendung geeigneter Mischungen die Eigenschaften des Endproduktes vom hochvernetzten Elastomeren zum mehr thermoplasti schen Material zu variieren.
Zur Herstellung dieser Faservliese wird die Poly- urethanschmelze oder flüssige Reaktionsmischung einer nebeneinanderliegenden Reihe von mehreren Spinndüsen zugeführt, wobei jede Spinndüse aus einer geradlinigen Reihe von mehr als 100 Löchern von etwa 0,4 mm Durchmesser in einem gegenseitigen Lochabstand von 2 mm besteht, so dass sich parallele gerade Reihen von Fadenscharen bilden. Auf beiden Seiten der Loch reihe ist je ein Luftschlitz von 0,3 mm öffnungsbreite, und zwar in einem Abstand von 0,5 mm von der Loch reihe angebracht.
Die Düse ist auf die jeweilige Tempe ratur der Polyurethanschmelze bzw. des Polyurethan- reakbionsgemisches aufgeheizt. Aus den beiden Luft schlitzen wird Luft ausgepresst, die auf dieselbe Tempe ratur vorerhitzt wurde, so dass sich zu beiden Seiten jeder Fadenschar schnell bewegte Luftbänder bilden. Der Luftdruck wird dabei so eingestellt, dass die Luft geschwindigkeit beim Verlassen der Luftschlitze min destens 5fach höher ist als die Geschwindigkeit der Fäden beim Verlassen der Spinnlöcher.
Der Abstand der geraden Spinnreihen voneinander beträgt minde stens 60 mm, um eine saubere Trennung der aus jeder einzelnen Spinndüse kommenden Fadenbahn zu ge währleisten. Ausserdem wird die aus jeder Spinnreihe kommende Fadenschar mindestens 20 mm nach dem Verlassen der Spinnlöcher in einen länglichen Führungs kanal eingeführt, der die die Beschleunigung und Füh rung der Spinnfäden bewirkende Luft an einer uner wünschten Ausbreitung hindert. Dadurch wird auch eine gegenseitige Berührung der Fäden auf ein Minimum gehalten bzw. verhindert, da die noch reaktiven Poly- urethanfäden beim gegenseitigen Berühren verkleben würden.
Der jeder Spinndüsenreihe zugeordnete Luft führungskanal hat :etwa folgende Abmessungen: 50 mm Plattenabstand, 600 mm Länge und eine Breite von jeweils 10 mm an beiden Seiten mehr als die Reihen länge der Spinnlöcher. Jeder Luftkanal hat sowohl an seinem Eintritt- als auch Austrittsende auf beiden Seiten der Fadenbahn Luftschlitze, durch die weitere Luft ströme tangential zur Filamentflugrichtung eingeblasen werden können. Mit Hilfe dieser Luftströme ist es möglich, sowohl die Fäden vom gegenseitigen Berühren abzuhalten als auch ein Anhängen an die Wandung sowohl der Spinndüsen als auch der Führungskanäle zu unterbinden.
Jedes Anhängen bewirkt nämlich bei der hohen Anfangsklebrigkeit des Materials Knoten bildung mit nachfolgender Vliesverzerrung. Es handelt sich also um einen Spinn- und Verstreckungsvorgang mit Hilfe und innerhalb schnell bewegter gerichteter hin und her schwingender Luftbänder.
Eine Prinzipskizze einer erfindungsgemässen Appa ratur zeigt Abb. 1 im Schnitt. Bei a bzw. b wird die Spinnmischung bzw. Schmelze den Düsen zugeführt. Bei j treten die Fäden aus, wobei der Punkt j einen Schnitt durch die geradlinige Reihe der Spinnlöcher darstellt. In die Kammern c wird heisse Luft eingeführt, die zu beiden Seiten der Punkte j durch die Schlitze in Form schnell bewegter Luftbänder austritt und die Fadenscharen in die Führungskanäle h einführt.
Die Führungskanäle h tragen an Ober- und Unterseiten Luftkammern d, durch die zusätzliche Luft tangential zur Faserflugrichtung eingepresst wird, um ein Anhaften der Fadenbahnen f an den Wandungen zu verhindern. Auf dem Siebband wird an der Stelle g die Luft abge saugt und das Faservlies k gebildet.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass hochelastische Fasern mit anderen Fasern während der Herstellung gemischt werden kön nen, um besondere Eigenschaften zu erzielen. So ist es möglich, an den Stellen a und b verschiedene Poly mere einzuspritzen, z. B. in die Düse a Polyurethan und in die Düse b Polyamid. Durch Schwenkung der Führungskanäle - wie bei i angedeutet - können die Fadenscharen jeder einzelnen Düse am Auftreffort g miteinander gemischt werden.
Es zeigte sich, dass die Anfangsklebrigkeit der frisch gebildeten Polyurethan- fasern derartig hoch ist, dass sie sich beim Auftreffen auf das Siebband sowohl gegenseitig als auch mit den ande ren Fasern fest verbinden. Auf diese Art erhält man ohne zusätzliche Bindemittel reissfeste Vliesstoffc mit sehr guter Lagenfcstigkeit.
Durch die Eigenart des vorliegenden Verfahrens gekennzeichnet durch gerade Flugbahnen von parallelen Fadenscharen, wobei jede Fadenschar chemisch und physikalisch von der anderen verschieden sein kann und wobei jede Fadenschar sowie die Fäden jeder Schar von den anderen bis zum Moment der Vliesbildung getrennt. werden, ist eine gesteuerte Gleichmässigkeit der Faserverteilung und Durchmischung ermöglicht.
Da durch unterscheidet sich das vorliegende Verfahren von anderen bekannten Verfahren der Vliesbildung. Dieser Vorteil kommt natürlich besonders bei Einmischung klebriger Fasern zur Geltung, wo durch separate par allele Führung eine Vliesbildung ermöglicht wird, wo erst im Moment der eigentlichen Vliesbildung die Klebe fasern mit den anderen in Berührung kommen, so dass eine unerwünschte Wolken- oder Garnbildung vermie den wird.
<I>Beispiel 1</I> Granulat aus 100 Teilen eines Kondensationspro duktes auf Basis Adipinsäure-Äthylenglykol-Polyester und Diphenylmethan-4,4'-Diisocyanat vernetzt mit 30 Teilen Butan-1,4-Diol wurde auf einer Schneckenpresse bei einer Temperatur von 180 C aufgeschmolzen und bei einer Temperatur von 200 C vier Spinnpumpen zugeführt. Die Spinnpumpen förderten die Schmelze auf vier auf 205 C aufgeheizte Spinndüsen, die par allel zueinander in einem Abstand von 80 mm ange ordnet waren.
Jede der Spinndüsen bestand aus einer geradlinigen Lochreihe von 160 Löchern von 400 ,a. Durchmesser, die einen gegenseitigen Abstand von 2 mm hatten, so dass jede der vier Längsdüsen eine gerade Lochreihe von 320 mm Länge hatte. Jeder Loch reihe war beidseitig ein ihr parallel laufender Luft schlitz von 0,3 mm Durchmesser und 340 mm Länge zugeordnet, wobei die Luftschlitze einen Abstand von 0,5 mm von der Lochreihe hatten. Den Luftschlitzen wurde auf 205 C aufgeheizte Luft mit einem Druck von 0,8 atü zugeführt, so dass aus beiden Schlitzen je ein bandförmiger etwa 340 mm breiter Luftstrom aus trat.
Aus der Lochreihe wiederum trat eine Reihe von zunächst noch geschmolzenen Polyurethan-Filamenten aus, die nunmehr beidseitig von den bandförmigen, mit einer Geschwindigkeit von etwa 5000 m/min aus tretenden Luftströmen nach vorn gerissen wurden. Die Filamente wurden dabei von einem Querschnitt von 400 ic auf etwa 30 ,u verstreckt. Da die Filamente sehr stark klebrig waren und beim gegenseitigen Berühren sofort aneinander haften würden, musste eine durch Reibung der benachbarten Luftschichten entstehende Turbulenz ausgeschaltet werden.
Zu diesem Zweck wurde die Fadenschar jeder einzelnen Düse zusammen mit den sie beidseitig einhüllenden bandförmigen Luft- strömen in längliche Führungskanäle eingebracht, die in einem Abstand von 20 mm von den Düsenbohrungen entfernt angebracht waren. Die Luftkanäle hatten fol gende Innenabmessungen: 50 mm Plattenabstand, 340 mm Breite, 600 mm Länge, so dass sie die Faden schar jeder Einzeldüse sowie deren zugeordnete Luft ströme aufnehmen konnten. Zusätzlich wurden nun noch die Innenwandungen jedes Luftkanals mit weiteren kal ten Luftströmen bespült mit Hilfe von je zwei an Ein lauf- und Auslaufseite angebrachten Luftschlitzen von 0,3 mm Schlitzhöhe.
Die Schlitze waren unter einem Winkel von 10 angebracht, so dass eine zur Faser flugrichtung tangential auftreffende Luftspülung erzeugt wurde. Der aufgepresste Luftdruck betrug in diesem Fall 3 atü auf die Schlitze. Durch diese Massnahmen konnte ein gegenseitiges Verschlingen sowie Berühren der Einzelfilamente jeder der Düse zugeordneten Schar verhindert werden. Da jede Einzeldüse einen ihr zuge ordneten Kanal hatte, war sowieso das Verschlingen der Fäden benachbarter Düsen unmöglich.
Die Vlies- bildung erfolgte nunmehr nach dem Verlassen der Luft- kanäle, und zwar wurden Fasern und Luftströme mit Hilfe eines Siebbandes mit darunterliegender Absaugung getrennt. Das Siebband war in einer Entfernung von 700 mm nach Auslaufende der Luftkanäle angebracht. Die gegenseitige Verfilzung der von den Nachbardüsen stammenden Fäden wurde dadurch erreicht, dass die Luftkanäle gleichmässig im selben Rhythmus geschwenkt wurden, wobei am Einlaufende der Drehpunkt war und das Auslaufende einen Weg von 30 mm beschrieb.
Die Filamente waren beim Auftreffen auf das Siebband noch derart klebrig, dass sie sich gegenseitig verfestigten zu einem gleichmässig verfilzten Vlies aus endlosen Polyurethanfäden.
Beim anschliessenden Liegenlassen an der Luft findet weitere Vernetzung der Polyurethan-Moleküle statt. Es ist der immer in der Luft vorhandene Wasserdampf, der diese weitere Vernetzung bewirkt. Man kann aber auch die Fäden direkt in Wasser einspinnen.
<I>Beispiel 2</I> Hierbei wurde dieselbe Apparatur wie bei 1 benutzt, nur wurden den Düsen 1 und 3 das oben beschriebene Polyurethan und der Düse 2 und 4 Polycaprolactam zugeführt. Die Arbeitsbedingungen der Düse 2 und 4 waren wie folgt: Düsentemperatur 230 C. Düsenluft temperatur 230 C. Es wurde hierbei beim Auffangen ein im Verhältnis 1 : 1 gemischtes Vlies aus endlosen Polyurethan- und Polyamid-Filamenten hergestellt, das mit Hilfe der darin enthaltenen Polyurebhan-Filamente verfestigt war.
Process for the production of highly elastic nonwovens The production of highly elastic fibrous sheet-like structures was attempted in the manufacture of nonwovens from the binder side by using elastomeric binders. Due to the tangled fiber structure with simultaneous more or less strong felting of the textile fibers, the degree of elasticity remained in the lower range.
However, the processing of highly elastic fibers with the conventional web forming machines was not possible without destroying the pile length or could only be carried out with the acceptance of a loss of strength.
The proposal has also already been made to produce yarns or strands of elastomeric materials by spraying solutions of rubber or rubber substitute compounds in volatile organic solvents with the aid of spray nozzles. Here, the jet of solution emerging from the nozzle hole is torn open in the transverse direction by gas flows moving in a helical manner and divided into fibers of varying lengths. Due to the strong initial tackiness of the elastomer fiber raw materials, however, the fibers hang together at the points of contact after leaving the spray nozzles, so that the production of uniform fiber products is not possible in the strong turbulence of the air flows. This process is made even more difficult by evaporation of the solvent.
An even fiber distribution in the finished fleece depends largely on the fact that as many individual fibers as possible can find their place without being influenced by one another, so that a statistical distribution is guaranteed.
According to the invention, these difficulties can be avoided in the production of highly elastic fiber webs. The corresponding process is characterized by spinning out weakly crosslinked polyurethanes with the help of several parallel suction spinnerets and stretching by guiding the thread sheets with the help of fast moving air belts swinging back and forth on both sides of each row of holes in the individual nozzle in such a way that the thread sheets with each individual nozzle those of the neighboring nozzle are guided in parallel straight rows and only come into contact with each other when the fleece is formed.
Particularly suitable raw materials for this process are those polyurethanes which are not or only weakly crosslinked at the moment of spinning and which are optionally further crosslinked during and / or after the web formation. There are z. B. Macro diisocyanates made of polyesters or polyethers with the necessary amount of glycols or diamines for crosslinking and spun ver in the liquid state while the crosslinking reaction is in progress and before it has progressed too far.
However, it is also possible to process already weakly crosslinked, essentially linear, thermoplastic polyurethanes that are no longer crosslinked even after the formation of the web in order to achieve specific properties. It is possible, by using suitable mixtures, to vary the properties of the end product from the highly crosslinked elastomer to the more thermoplastic material.
To produce these nonwovens, the polyurethane melt or liquid reaction mixture is fed to a row of several spinnerets lying next to one another, each spinneret consisting of a straight row of more than 100 holes about 0.4 mm in diameter at a mutual hole spacing of 2 mm, so that parallel straight rows of thread sheets form. On both sides of the row of holes there is an air slot with an opening width of 0.3 mm, at a distance of 0.5 mm from the row of holes.
The nozzle is heated to the respective temperature of the polyurethane melt or the polyurethane reaction mixture. Air that has been preheated to the same temperature is pressed out of the two air slots, so that rapidly moving air bands are formed on both sides of each thread sheet. The air pressure is set so that the air speed when leaving the air slots is at least 5 times higher than the speed of the threads when leaving the spinning holes.
The distance between the straight spinning rows is at least 60 mm in order to ensure a clean separation of the thread web coming from each individual spinneret. In addition, the yarn sheet coming from each spinning row is introduced into an elongated guide channel at least 20 mm after leaving the spinning holes, which prevents the air causing the acceleration and guiding of the filaments from unwanted spread. As a result, mutual contact between the threads is kept to a minimum or prevented, since the still reactive polyurethane threads would stick together if they touch one another.
The air duct assigned to each row of spinnerets has the following dimensions: 50 mm plate spacing, 600 mm length and a width of 10 mm on both sides more than the row length of the spinning holes. Each air duct has air slots on both sides of the thread path at both its entry and exit end, through which further air flows can be blown in tangentially to the direction of filament flight. With the help of these air currents, it is possible both to keep the threads from touching one another and to prevent them from sticking to the walls of both the spinnerets and the guide channels.
With the high initial tackiness of the material, each attachment causes knots to form with subsequent distortion of the fleece. It is therefore a matter of a spinning and drawing process with the aid of and within rapidly moving, directed back and forth oscillating air belts.
A schematic diagram of an apparatus according to the invention is shown in Fig. 1 in section. At a and b, the spinning mixture or melt is fed to the nozzles. The threads emerge at j, with point j representing a section through the straight line of spinning holes. Hot air is introduced into the chambers c, which exits on both sides of the points j through the slits in the form of rapidly moving air bands and introduces the thread sheets into the guide channels h.
The guide channels h have air chambers d on the upper and lower sides, through which additional air is pressed in tangentially to the fiber flight direction in order to prevent the thread webs f from sticking to the walls. On the sieve belt, the air is sucked abge at point g and the nonwoven fabric k is formed.
Another advantage of the present process is that highly elastic fibers can be mixed with other fibers during manufacture in order to achieve special properties. So it is possible to inject different poly mers at points a and b, for. B. in the nozzle a polyurethane and in the nozzle b polyamide. By pivoting the guide channels - as indicated at i - the thread sheets of each individual nozzle can be mixed with one another at the point of impact g.
It was found that the initial tack of the freshly formed polyurethane fibers is so high that they bond firmly to each other and to the other fibers when they hit the screen belt. In this way, tear-resistant nonwovens with very good layer strength are obtained without additional binders.
Characterized by the peculiarity of the present method by straight trajectories of parallel sets of threads, each set of threads being chemically and physically different from the other and each set of threads and the threads of each set being separated from the others until the moment of web formation. controlled uniformity of fiber distribution and mixing is enabled.
Since the present method differs from other known methods of web formation. This advantage is of course particularly evident when sticky fibers are mixed in, where separate parallel guidance enables the formation of a fleece, where the adhesive fibers only come into contact with the others at the moment of the actual formation of the fleece, so that undesired cloud or yarn formation is avoided becomes.
<I> Example 1 </I> Granules made from 100 parts of a condensation product based on adipic acid-ethylene glycol polyester and diphenylmethane-4,4'-diisocyanate crosslinked with 30 parts of butane-1,4-diol were in a screw press at one temperature melted at 180 C and fed to four spinning pumps at a temperature of 200 C. The spinning pumps conveyed the melt to four spinnerets heated to 205 C, which were arranged parallel to one another at a distance of 80 mm.
Each of the spinnerets consisted of a straight row of 160 holes of 400, a. Diameters that were 2 mm apart, so that each of the four longitudinal nozzles had a straight row of holes 320 mm in length. Each row of holes was assigned a parallel air slot 0.3 mm in diameter and 340 mm in length on both sides, the air slots being at a distance of 0.5 mm from the row of holes. Air heated to 205 ° C. at a pressure of 0.8 atmospheric pressure was fed to the air slots, so that a band-shaped air stream of approximately 340 mm wide emerged from each of the two slots.
From the row of holes emerged a series of initially still molten polyurethane filaments, which were now torn forward on both sides by the band-shaped air streams emerging at a speed of about 5000 m / min. The filaments were drawn from a cross section of 400 ic to about 30 u. Since the filaments were very sticky and would immediately stick to one another if they touched one another, turbulence caused by friction between the neighboring air layers had to be eliminated.
For this purpose, the thread sheet of each individual nozzle, together with the band-shaped air streams enveloping them on both sides, was introduced into elongated guide channels that were attached at a distance of 20 mm from the nozzle bores. The air ducts had the following internal dimensions: 50 mm plate spacing, 340 mm width, 600 mm length, so that they could accommodate the thread sheet of each individual nozzle and their associated air flows. In addition, the inner walls of each air duct were flushed with further cold air currents with the help of two air slots each with a slot height of 0.3 mm on the inlet and outlet sides.
The slots were made at an angle of 10, so that a purging of air impacting tangentially to the fiber direction was generated. The compressed air pressure in this case was 3 atmospheres on the slits. These measures prevented mutual entanglement and contact with the individual filaments of each group assigned to the nozzle. Since each individual nozzle had a channel assigned to it, it was impossible to intertwine the threads of neighboring nozzles.
The formation of the fleece took place after leaving the air ducts, namely fibers and air streams were separated with the aid of a sieve belt with suction below. The screen belt was attached at a distance of 700 mm after the end of the air ducts. The mutual tangling of the threads from the neighboring nozzles was achieved by swiveling the air ducts evenly in the same rhythm, with the pivot point at the inlet end and the outlet end describing a path of 30 mm.
When they hit the screen belt, the filaments were still so sticky that they mutually solidified to form a uniformly matted fleece made of endless polyurethane threads.
When the polyurethane molecules are then left in the air, further crosslinking of the polyurethane molecules takes place. It is the water vapor that is always present in the air that causes this further crosslinking. But you can also spin the threads directly into water.
<I> Example 2 </I> The same apparatus was used as in 1, except that the polyurethane described above was fed to nozzles 1 and 3 and polycaprolactam to nozzles 2 and 4. The working conditions of nozzle 2 and 4 were as follows: nozzle temperature 230 C. Nozzle air temperature 230 C. When collecting a 1: 1 mixed fleece made of endless polyurethane and polyamide filaments, this was made with the help of the polyurethane -Filaments was solidified.