DE1660318A1

DE1660318A1 - Verfahren zur Herstellung von aus Heterofilamenten aufgebauten Spinnvliesen

Info

Publication number: DE1660318A1
Application number: DE19671660318
Authority: DE
Inventors: Hartmann Dr Ludwig
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1967-03-31
Filing date: 1967-03-31
Publication date: 1970-03-05
Also published as: GB1215537A

Description

CARL PREUDENBERG " ²?^{# 3}^i?

Weinheim/Bergstrasse CON 443)

Verfahren zur Herstellung von aus Heterofilamenten aufgebauten Spinnvliesen

Bei der herkömmlichen Herstellung von Synthesefasern folgt dem eigentlichen Spinnprozess, bei dem eine sog. nicht verstreckte Paser hergestellt wird, der Orientierungsvorgang durch mechanische VerStreckung, bei dem der Faden auf das vier- bis fünffache, seiner Länge gestreckt wird. Bei diesem Vorgang tritt eine Molekularorientierung ein, die einen entsprechenden !Festigkeitsanstieg und eine Reduzierung der Bruchdehnung des fertigen Fadens bewirkt. Weiterhin muss durch Aufbringung entsprechender Präparationen der Faden für die nachfolgenden Arbeitsgänge hergerichtet werden und in vielen Fällen muss der glatte Faden eine Kräuselung erhalten, die auf mechanischem Wege durch Zahnrad- oder Stauchkräuselung aufgebracht wird»

In neuerer Zeit werden in zunehmendem" Maße sog. Heterofilamente hergestellt, bei denen aus der Spinndüse heraus nebeneinanderliegend zwei verschiedene Polymere ausgesponnen werden, die sich bereits im schmelzflüssigem Zustand zu einem aus zwei Komponenten bestehenden Filament vereinigen* Diese Fäden werden nach dem Ausspinnen in der oben beschriebenen Weise durch mechanische Verstreckung etc weiterverarbeitet,, Hierbei treten insbesondere

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bei der mechanischen Verstreckung bei besonders konträren Komponenten Probleme wie Aufspleisen bzw. Trennung der verschiedenen Fadenkomponenten auf» Diese Probleme müssen durch sorgfältige gegenseitige Abstimmung der Spinnkomponenten überwunden werden.

Bei der Herstellung von Spinnvliesen liegen andere Aufgabenstellungen vor, da ja aus der Spinndüse heraus aus den abzulegenden Filamenten ein Flächengebilde hergestellt wird. Da weiterhin aus verfahrenstechnischen Gründen mit hohen Spinngeschwindigkeiten gearbeitet wird (z_eB_o 5000 m/min), ist eine Nachbehandlung der Filamente auf mechanischem Weg vor der Ablage nicht oder nur mit erheblichen Schwierigkeiten möglich» Es ist deshalb anzustreben, dem Filament bereits auf dem Seg zwischen Spinndüse und Ablage möglichst viele der erwünschten Eigenschaften mitzugeben« Dies wird im Falle der Molekularorientierung durch hohen Verzug aus der Schmelze mit entsprechend schnell durchgeführtem Einfrierungsvorgang erreicht,, Die Herstellung von Kräuselung muss bevorzugt durch Erzielung von Spannungen im Faden erfolgen, die z.B. durch asymmetrischen Querschnitt der Filamente sowie durch seitenverschiedene Abschreckungstemperaturen erzielt wird_e Der gegenseitige!Anordnung der Fäden sowie ihrem Aufbau kommt dabei erhebliche Bedeutung zu, da der Einzelfaden sich sofort bei der Ablage mit seinen Nachbarn zu einem flächigen Wirrfasergebilde vereinigt, dessen G-leichmässigkeit weitgehend von der spinnseitig vorgegebenen Anordnung der Filamente abhängt» Weiterhin zeigte sich, daß der gegenseitige » Zusammenhalt der verschiedenen Faserkomponenten weitgehend durch die Anordnung der Spinnlöcher gesteuert werden kann, wie im folgenden näher ausgeführt wird_o

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In der Schweizer Patentschrift 403 149 wird ein Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen beschrieben, bei dem aus geradlinig parallel nebeneinanderliegenden Lochreihen Fadenscharen ausgesponnen werden, die mit Hilfe von mehreren Luftstrompaaren und Führungskanälen auf einem Siebband mit darunterliegender Absaugung zur Ablage gebracht werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt u.a«, darin, daß die Einzelelemente vom Moment ihres Ausspinnens bis zur Bildung des Spinnvlieses voneinander getrennt bleiben, so daß eine Strähnenbildung und gegenseitige Verknäuelung vor der Ablage, die zu Flächengewichtsschwankungen führt, vermieden wird« Ein weiterer erheblicher Vorteil liegt in der reihenförmigen geradlinigen Anordnung der Spinnlöcher. Im Gegensatz zur herkömmlichen brausekopfartigen Anordnung mit nachfolgend kabelartiger Zusammenfassung kann hierbei die Verstreckung sowie Abkühlung mit beidseitig der Filamentreihe angebrachten Luftströmen für jedes Filament gleichmassig erfolgen. Bei einer Rund- bzw. kabelartigen Anordnung sind die innenlielenden Filamente immer anderen Abkühlungseinflussen ausgesetzt als ixe am Rande liegenden..

Bei der Herstellung von Spinnvliesen aus Heterofilamenten, bei denen Filamente aus "zwei oder mehreren verschiedenen Komponenten derart ausgesponnen werden, daß sich die verschiedenen Materialschmelzen kurz vor 'Austritt aus einem gemeinsamen Spinnloch vereinigen, zeigte sich, daS nicht nur die gegenseitige Anordnung der Spinnlöcher von Einfluss auf das Endprodukt ist, sondern auch die Anordnung der Schaielzströme der verschiedenen Kbmpenenten in Bezug auf die zur Verstreckung und zur Abkühlung verwendeten Luftströme„ Dies ist zurückzuführen auf iie spezielle Art der Faserbildung

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BAD ORIGiNAU

beim hier zugrundeliegenden S-pdnnvli.esverfahren,- bei der - wie oben ausgeführt - die Molekularorientierung nicht durch mechanische Verstreckungeiner vorgebildeten Paser,, sondern aus dem Schmelzfluss heraus durch entsprechend hohen Verzug mit Einschnürung des noch flüssigen Filaments und mit nachfolgender Abschreckung zur Einfrierung der erhaltenen Orientierung erfolgt. Da sich die faserbildenden Rohstoffe weitgehend in ihrem Einfrier- b.zw. Rekristallisationsverhalten unterscheiden, ist es verständlich, daß bei Vorgabe einer bestimmten Lufttemperatur der Verstreckungs-bzw. Kühlungsluftströme bei zwei verschiedenen Komponenten auch verschiedene Kristallisationszustände einstellen. Weiterhin ist verständlich, daß durch entsprechende Anordnung der Spinnlöcher und Schmelzströme in Bezug auf die zu verstreckenden Luftströme ein mehr oder weniger starker Verbund der verschiedenen Komponenten innerhalb eines Heterofilaments erreicht wird»

Abbο 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Spinndüse mit nachfolgend nachgeordnetem Luftkanal.Schmelze

I bzw. II wird der Spinndüse (1) aus zwei verschiedenen Aufschmelzorganen z.B. Extrudern mit nachgeordneten Spinnpumpen zugeführt. Die beiden Schmelzströme vereinigen sich an der Stelle (2) kurz vor (z.B. 2 mm) dem Verlassen des Spinnloches. Unmittelbar nach dem Verlassen des Spinnloches wird das aus den beiden Komponenten I und

II gebildete Heterofilament links von einem aus der Öffnung (3) und rechts' von einem aus der Öffnung (4) kommenden Luftstrom erfasst und in den Luftkanal (5) eingeführt. Die aus den Öffnungen (3) bzw.(4) kommenden Luftströme werden in den zugeordneten Zuführungskanälen (3a) und (3b) bzw.(4a) und (4b) eingeleitet und vergleichmässigt ent-

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sprechend der in der deutschen Patentanmeldung F 42 095 (....ON335) geschilderten Arbeitsweise., Im Luftkanal wird das Filament weiterhin links von dem aus dem Loch (6) und rechts aus dem Loch (7) kommenden Luftstrom erfasst und weiter nach unten dem Auffangband zugerissen,, Die. Gesamtdüse besteht aus einer Vielzahl (z„B. 240) geradlinig Z₀B₀ im Abstand von 2 mm nebeneinanderliegenden,Löchern, und die Öffnungen (3) und (4) b,,zw„ (6) und (7) stellen geradlinig parallel der Spinnlochreihe angeordnete Schlitze dar, so daß also eine Reihe von geradlinig nebeneinanderliegenden Filamenten gebildet wird, die jeweils links und rechts von den aus den Schlitzen austretenden Luftströmen erfasst werden,, Das Prinzip der Spinnlochanordnung sowie der gegenseitigen Anordnung mehrerer Düsen kann aus den deutschen Patentanmeldungen F 42 095 (-«......Anm.OH 335) und F 46 486 („ο„...ο.Anm_o ON 372) entnommen werden. Abb„ la zeigt nochmals den Zusammenfluss der beiden Schmelzströme I und II kurz vor Austritt aus dem Spinnloctu .

Bei der Herstellung von aus Heterofilamenten aufgebauten Spinnvliesen ist nunmehr die Anordnung der ausfliessenden Schmelzsströme der Filamentkomponenten in Bezug auf die Luftströme von Wichtigkeit» Dies kommt besonders dann zum Ausdruck, wenn die Temperatur der Luftströme (3) und (6) verschieden von der der Luftströme (4) und (7) gehalten wird, um eine asymmetrische Abschreckung zu erhaltene

Abb» 2 zeigt eine Lochreihe (8) mit den beidseitig davon angebrachten Luftschlitzen (9) und (10)* Die Luftschlitze (9) bzw, (10) ■ würden den Schlitzen (3) bzw₀ (4) der Abb₀ 1 entsprechen., Aus der

Spinnlochreihe tritt nunmehr eine Reihe von Heterofllamenten aus, die aus der Verbindung I (schraffierter Teil) bzw. II (heller Teil) bestehen» Die Filamentreihe (8) wird nunmehr, wie in Abb. 1 angedeutet, in den Luftkanal eingebracht, wo weitere Luftströme beidseitig der Filamentreihe eingebracht werden» Falls nun die Temperatur der jeweils aufgebrachten Luftstrompaare verschieden gehalten wird, Z₀B₀- Tq) ^io» ^{so er;}^hrt &i-^e Fadenhälfte I eine Behandlung mit Luftströmen höherer Temperatur als die Fadenhälfte II„ Diese Behandlung kann dann durch verschiedene Temperatur des Luftstrompaares im Luftkanal (also Z₀B₀ T/- > T₇) verstärkt werden« Das heisst, die zur Molekularorientierung führende Verstreckung sowie auch das Einfrieren dieser Orientierung durch Abkühlen erfolgt für Fadenhälfte I unter anderen Bedingungen als für II, so daß für die verschiedenen Substanzen I und II der Verstreck- und linfriervorgang modifiziert werden kann. Die Anordnung der Filamente in einer Reihe mit den jeweils paarweise angeordneten Luftströmen parallel der ,Spinnlochreihe kommt dann besonders vorteilhaft zur Geltung, wenn die Zuführung der Schmelze der verschiedenen Substanzen innerhalb der Spinndüse derart erfolgt-₉ daß die Anordnung der Substanzen im Fadenquerschnitt auf gleichartige Weise in Bezug auf die Luftstromschlitze und somit die verschiedenen Partner der Luftstrompaare erfolgt_a

Die Erzielung maximaler Spannungen kann eine für viele Produkte erwünschte maximale Kräuselung der Filamente hervorrufen» Die Erzeugung von Spannungen kann z„B„ dadurch hervorgerufen werden, daß die das Filament aufbauenden Substanzen I bzw_a II chemisch stark voneinander verschieden sindj Z₀B₀ kann I ein Polyamid wie Nylon

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und II ein Polyester z.B. Polyäthylenterephthalat sein. Beim Schmelzspinnen sind beide Substanzen frei von Wasser, Jedoch nach dem Ausspinnen nimmt Polyamid (Nylon 6) soviel Feuchtigkeit auf, bis sein Gleichgewichtswassergehalt von etwa 4,I/o (bei 65$ relativer Feuchte) erreicht ist. Polyester (Polyäthylenterephthalat) dagegen hat unter denselben Bedingungen eine Feuchtigkeitsaufnahme von ca. 0,4$o Da bei Feuchtigkeitsaufnahme eine Quellung der Fasersubstanz erfolgt, verursacht die damit parallel gehende Dimensionsveränderung eine starke Kräuselung der Fäden« Da dieser Vorgang nach der Formung der Fäden zum Spinnvlies erfolgt, findet eine starke Verfilzung des Faserverbandes statt.

In vielen Fällen, besonders wenn die so hergestellten Spinnvliese durch Aufbringung weiterer Bindemittel verfestigt werden sollen, ist es von Vorteil, durch Ausspinnen von Profillöchern die Fadenoberfläche zu vergrössern, tun bessere Angriffspunkte für Bindemittel zu haben«

Abb. 3 zeigt schematisch eine derartige Anordnung doppelhalbkreisförmiger Profillöcher, wobei wiederum eine Substanz I (schwarze Hälfte) und eine weitere Substanz II (weisse Hälfte) zu einem pro-

Heterofilierten XXBfiifaden,versponnen wird. Bei derartigen Profillöchern spielt nunmehr insbesondere beim Au3spinnen von Heterofilamenten die Anordnung zu ien Luftströmen, die aus den Schlitzen (11) bzw. (12) kommen, eine Rolle_o

In Abb„ 4 ist die Anordnung der Profillöcher nämlich so gewählt, daß beide Enden der Filamentsubstanz I und II demselben Luftstrom zugekehrt sind. Bei der in Abb_c 3 schematisch gezeigten Anordnung ist

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lediglich die Seite I dem aus (11) kommenden Lüftstrom zugeneigt. Da die Luftströme sich nach dem Verlassen der Luftschlitze in einem Winkel von 15° ausbreiten, wird eine der Filamentreihe zugekehrte Kraft ausgeübt, die durch die Pfeile 13 bzw«, 14 angedeutet ist; dch₀ in der Anordnung der Abb„ 3 werden die Filämentseiten 1 auf die Filamentseiten II hingedrückt, während bei der Anordnung der Abb ο 4 der gegenteilige Effekt auftritt,, Die praktische Bedeutung dieses Vorganges liegt nunmehr darin, eine möglichst starke Erhöhung der Spannungen zu erhalten,, Sind z.B. wie oben beschrieben φ die Substanzen I und II wie bei Nylon und Polyester stark voneinander verschieden, kann eine Anordnung gemäss Abb_o 3 dazu führen, daß die beiden konträren Substanzen auf eine grössere Strecke des Filamentquerschnittes aneinander geschweisst werden durch den Einfluss der Luftströme 13 und 14, wodurch infolge des voneinander verschiedenen Charakters der Substanz I und II ein Filament mit starken Spannungen und damit möglicher Kräuselung hergestellt wird» Die in Abb« 4 gezeigte Anordnung ist dann von Vorteil, wenn in ihren chemischen Eigenschaften ähnliche Substanzen versponnen werden sollen. Dies ist z„B„ der Fall, wenn man Heterofilamente

aus Nylon 6 und Nylon 66 herstellt, oder ein=solches aus Polyethylenterephthalat und ein aus Copolyester aus Terephthalsäure/ Isophthalsäure bzw„ Terephthalsäure/Paraoxybenzoesäureo Derartige Mischungen können infolge des Unterschiedes der Erweichungstemperatur oft dazu verwendet werden, bindemittelfreie Spinnvliese herzustellen, wobei die niederschmelzende Filamentkompoöente'als Bindemittel Z₀B, bei der Hitzeverfestigung dient* Auch in solchen '-Fällen ist die Einkräuselung erwünscht, die nunmehr noch dadurch

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erhöht werden kann, daß die in Abb„ 4 erwähnte Spinnanordnung gewählt wird, wobei die aus den Schlitzen 11 bzw_p 12 kommenden Luftströme voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen. Dadurch werden sowohl die dem aus Schlitz II kommenden Luftstrom zugekehrten Fadenseiten I und II einem anderen Abkühlungsmechanismus unterliegen als die dem aus Schlitz 12 kommenden zugehenden Fadenseiten I und Ho Die oben erwähnte Hitzeverfestigung eines derart hergestellten Spinnvlieses kann dann vorteilhafterweise mittels Dampf erfolgen«, Diese Art der autogenen Verschweissung hat gegenüber einer Kalanderbehandlung den Vorteil, eine papierartige Komprimierung des Flächengebildes zu vermieden. Weiterhin werden durch. die Dampfbehandlung gleichzeitig mit der Verfestigung die Ein-

in der
kräuselung bzw» Schrumpfung »sber -Feuchtigkeitsatmosphäre die

latent in der Faser vorhandenen" Spannungen gelöst, ' ,.

Es hat sich gezeigt, daß die durch die Luftströme ausgeübten Kräfte dazu benutzt werden können, den Querschnitt der hergestellten Filamente durch Verschweissung zu gestalten, wie es aus Abb,5 hervorgeht» Hier ist ein C-förmiges Profil gewählt^ dessen offene Seite in gleichförmiger Anordnung der Reihe nach dem Düsenende zu schaute Durch die Kräfte der aus den Schlitzen (11) bzw, (12) kommenden Luftströme, die in Richtung 13 bzw» 14 wirken,, wird der C-förmige Querschnitt der Filamente geschlossen, so daß ein Heterofilament mit Hohlquerschnitt gemäss Abb. 5a entsteht.

Die in den deutschen Patentanmeldungen F 48 397 (*...».. ON 400) und F 48 438 (._tt».......„ON 401) beschriebene Anordnung der Spinndüsen bzwo Spinnlochreihen zwecks entsprechender" Abmischung der

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Filamente innerhalb des Spinnvlieses durch Ausspinnen verschiedenartiger Kombinationen soll auch innerhalb des Rahmens der vorliegenden Anmeldung gelten, d„h„ bei sehr langen Spinndüsen, z„B<, 500 Löcher/Düse können die Anfangslöcher der Reihe andere Heterokombinationen ausspinnen als die Endlöcher der Reihe. Dies ist angedeutet in Abb „ 2, wo den Löchern 15 andere Polymerkombinationen zugespeist werden als den Löchern 16_o Dies ist bei derart langen Düsen, die z_eB_o bei 500 Löchern eine Länge von etwa 1 m haben, unschwer durch Unterteilung dieser Düse in Einzelsegmente und getrennte Schmelz Zuführungen zu erreichen. Die Faserprodukte, die mit Hilfe dieser Technik hergestellt werden können, zeichnen sich durch einen besonders runden und geschmeidigen Griff aus. Dies kommt besonders bei der Herstellung dickerer Fasermatten zur Geltung, die anschliessend durch Imprägnierung mit faserbindenden Substanzen Z₀Bo durch Koagulation von Hochpolymeren innerhalb des Fasergerüstes zu lederartigen Syntheseprodukten weiterverarbeitet werden sollen. Hierbei kann weiterhin so verfahren werden, daß eine Komponente der He terofilamente herausgelöst wird, um innerhalb des Fasergebildes Poren zu erzeugen,, Wenn z.B. Komponente I der Heterofilamente aus Nylon 66 und Komponente II aus einem Copolymer en Polyamid aus Caprolaetam, Adipinsäure, Hexamethylendiamin aufgebaut wird, kann letztere Filamentkomponente mit Alkohol herausgelöst werden. Weitere derartige Kombinationen wie z„B_o schwer lösliche Polyethylenterephthalat und lösliche Copolyester aus Terephthalsäure, Isophthalsäure oder Polypropylen mi-fc leicht löslichem Polystyrol sind durchaus dem Fachmann geläufig und brauchen nicht im einzelnen aufgeführt zu werden.

Eine weitere Produktgruppe, die mit Hilfe dieser neuartigen Technik eine wesentliche Verbesserung ihrer Eigenschaften erfahren, sind

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textilartige Spinnvliese, wie sie z.B. als Oberstoff verwendet werden. Bei diesen textilartigen Spinnvliesen, die ebenfalls'zur Erzielung maximaler Abrieb- und Pillingfestigkeit mit faserbindenden Hochpolymeren, wie ZiB₀ Polyacrylestern, imprägniert werden, kommt es ebenfalls auf besonders runden Griff bei maximaler Reiß- und Einreißfestigkeit sowie bestmöglicher Abriebfestigkeit an, Es zeigte sich, daß besonders günstige Kombinationen für dieses Anwendungsgebiet die Kombination .von ζ"_βΒ_β Polyamiden mit Polyestern darstellen. Erfahrungsgemäss ist es schwierig, Vliese, die zu 100% aus Polyesterfasern bestehen, „so fest zu binden, daß eine für Textilzwecke zufriedenstellende Wasch— und Reinigungsfestigkeit erlangt wird. Andererseits wäre die Eigenschaft der Polyesterfaser wie ζ.Bo ihre hohe Lichtbeständigkeit sehr erwünscht bei der Herstellung textilartiger Ober stoffe,, Die Polyamidfaser auf der anderen Seite lässt sich sehr gut binden aufgrund ihrer hohen Affinität zu den gebräuchlichen hoehpolymeren Bindesubstanzen„ Durch Kombination beider Substanzen in der Form von Heterofilamenten lässt sich ein oberstoffertiges Spinnvlies mit guter Lichtbeständigkeit bei ausgezeichneter Festigkeit herstellen.

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Claims

Patentansprüche:

1) Verfahren zur Herstellung von aus Heterofilamenten aufgebauten Spinnvliesen, durch Einspeisen verschiedener Schmelzströme in eine Spinndüse und Zueinanderführung dieser Schmelzströme kurz vor Austritt aus dem Spinnloch, so daß beide Komponenten in Form eines Heterofilamentes aus dem Spinnloch austreten, dadurch gekennzeichnet, daß die FiIa-

^ mente reihenförmig geradlinig ausgesponnen und mit Hilfe

₌ beidseitig der Reihen aufgebrachten Luftströmen verstreckt und verfestigt werden, wobei eine gleichsinnige Ausrichtung der Filamentkomponenten innerhalb der Reihe in Bezug auf die Anordnung der Luftströme vorliegt.

2) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils dieselbe Faserkomponente einer Reihe demselben Luftstrom zugedreht ist*

' 3) Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Faserkomponenten einer Reihe demselben Luftstrom zugedreht sind₀

4) Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus halbkreisförmigen Profilen Filamente ausgesponnen werden, die mit Hilfe der beidseitig der Spinnlochreihe angreifenden Luftströme zu Hohlfasern verformt werden.

5) Spinnvliese hergestellt gemäss Anspruch 1 - 4-,

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