DE102004048291A1

DE102004048291A1 - Verfahren zur Herstellung einer Spinnvliesfaser und Spinnvliesfaser

Info

Publication number: DE102004048291A1
Application number: DE200410048291
Authority: DE
Inventors: Mathias GRÖNER; Mathias STÜNDL
Original assignee: Saurer GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spinnvliesfaser aus einer Polymerschmelze. Hierzu wird die Polymerschmelze durch eine Düsenbohrung einer Spinndüse zu einem Faserstrang extrudiert. Der frisch extrudierte Faserstrang wird gemeinsam mit einem Gasstrom durch eine Düseneinrichtung in einen angrenzenden Freiraum geführt. Der Gasstrom und die Düseneinrichtung werden erfindungsgemäß derart eingestellt, dass der Faserstrang in dem Freiraum ungleichmäßig verstreckt und durch Abkühlung zu einer endlosen Faser mit ungleichförmiger Faserfeinheit geführt wird. Die dadurch hergestellte Spinnvliesfaser weist als endlose Faser einen Faserquerschnitt mit einer über die Länge der Faser ungleichförmigen Faserfeinheit auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spinnvliesfaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine nach dem Verfahren hergestellte Spinnvliesfaser, ein aus der Spinnvliesfaser gebildetes Vlies und ein Verbundvlies.
Zur Herstellung von Feinstfaservliesen ist es bekannt, dass ein extrudierter Faserstrang mittels einer Gasströmung unmittelbar nach dem Extrudieren in mehrere feine Fasern zerteilt wird, die anschließend zu dem Vlies abgelegt werden. Derartige Fasern weisen einen mittleren Faserdurchmesser von üblicherweise <10 μm auf. Im Stand der Technik sind hierzu zwei grundsätzliche Verfahren zur Herstellung von Feinstfasern bekannt.

Eine erste Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Spinnvliesfaser ist aus der DE 199 29 709 A1 bekannt und wird in Fachkreisen als das sogenannte Nanoval-Verfahren bezeichnet. Das bekannte Verfahren basiert darauf, dass an dem Faserstrang unter Wirkung der Gasströmung und einer Düseneinrichtung eine Druckwirkung erzeugt wird, die zu einem Zerplatzen des Faserstranges führt, so dass eine Vielzahl feiner im wesentlichen endloser Fasern entsteht. Hierbei ist der im innern der Faser vorherrschende hydrostatische Druck größer als der den Faserstrang umgebenden Gasdruck, wodurch das Zerplatzen des Faserstranges erreicht wird. Die Fasern werden sodann unter Wirkung der Gasströmung zu einer Ablage geführt und als Vlies abgelegt.

Bei dem bekannten Verfahren sind jedoch die Einstellparameter sehr präzise einzuhalten, um ein Zerplatzen des Faserstranges zu erreichen. Zudem besteht die Gefahr, dass einzelne Fasern vor der endgültigen Verfestigung miteinander verkleben und zu ungewünschten Unstetigkeitsstellen im Vlies führen.

Aus der DE 38 10 596 A1 ist eine weitere Alternative zur Herstellung von Vliesen aus feinen Spinnvliesfasern bekannt. Hierbei wird ein frisch extrudierter Faserstrang unmittelbar durch Wirkung eines heißen Gasstromes zu Feinstfasern mit endlicher Länge zerfasert. Dabei wird die Gasströmung unter hohem Druck durch die Düseneinrichtung geführt und zu Schall-/Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Dieses Verfahren, das auch als Melt-Blown-Verfahren bezeichnet wird, erfordert einen hohen Energieeinsatz, um den frisch extrudierten Faserstrang in feinste Fasern zu überführen. Auch hierbei besteht die Gefahr, dass einzelne Fasern verkleben und zu Unregelmäßigkeiten im Vlies führen.

Darüberhinaus ist aus der WO 97/35053 ein Verfahren zur Herstellung einer Spinnvliesfaser bekannt, bei welcher die Faserstränge nach dem Extrudieren und Erstarren durch eine Abzugsdüse abgezogen und zu einem Vlies abgelegt werden. Um eine Verfestigung der extrudierten Faser vor Abzug zu erhalten, ist zwischen der Spinndüse und der Abzugsdüse ein größerer Abstand zur Abkühlung der extrudierten Faserstränge eingehalten. Bei Einlauf der Faser in die Abzugsdüse, die mittels Druckluft betrieben wird, ist die Ausbildung der Faser durch Verfestigung bereits abgeschlossen, so dass nur eine eingeschränkte Verstreckung möglich ist. Derartige Verfahren basieren darauf, eine Endlosfaser mit gleichmäßigem Faserquerschnitt zu erzeugen und als Vlies mit hoher Geschwindigkeit abzulegen. Hierbei lassen sich jedoch feinere Fasefquerschnitte aufgrund mangelnder Stabilität der Faser nicht herstellen. Die Faserfeinheiten liegen deutlich im Bereich über 10 μm.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Spinnvliesfaser der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem eine Endlosfaser mit möglichst hoher Faserfeinheit unter Vermeidung der im Stand der Technik bekannten Nachteile herstellbar ist. Dabei soll eine Spinnvliesfaser geschaffen werden, die sich als Endlosfaser mit feinstem Faserquerschnitt und hoher Festigkeit zur Ablage und Bildung eines Vlieses eignet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Vlies mit einer sehr feinen Struktur zu schaffen, das insbesondere eine geringe Penetration gegenüber Flüssigkeiten bei gleichzeitiger Luftdurchlässigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Spinnvliesfaser ist mit den Merkmalen nach Anspruch 12 gegeben. Ein daraus gebildetes Vlies bzw. Verbundvlies ergibt sich aus dem Anspruch 16 bzw. Anspruch 20.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der aus einer Düsenbohrung extrudierte Faserstrang ohne Teilung in eine endlose Faser geführt wird. Hierzu ist der Gasstrom und die Düseneinrichtung unterhalb der Spinndüse derart eingestellt, dass im wesentlichen Zugkräfte an dem Faserstrang wirken. Die Zugkräfte werden wesentlich durch die unterhalb der Düseneinrichtung in dem Freiraum auftretende Turbulenzen der Gasströmung verstärkt. Die aufgrund der Turbulenzen in dem Freiraum auftretenden Wirbelzonen führen dazu, dass die Faser in unregelmäßiger Form hin- und hergeführt wird, so dass hohe Dehnungen in der Faser erzeugt werden. Durch das Zusammenwirken der Gasströmung und der Düseneinrichtung wird der Faserstrang in dem Freiraum ungleichmäßig verstreckt und damit durch Abkühlung zu einer endlosen Faser mit ungleichförmiger Faserfeinheit geführt.

Der Verstreckmechanismus zur Erzeugung der Spinnvliesfasern wird im wesentlichen von der Ausbildung der Wirbelzonen in dem Freiraum bestimmt. Hierbei treten überlagert zwei physikalische Effekte während der Verstreckung der Fasern auf. Zum einen wird durch die Wirbelzonen eine mehrstufige Verstreckung an der Faser wirksam, die zu einer Gesamtverstreckung der Faser bis zur Feinstfaser führt. Andererseits wird durch die Gasströmung an dem durch Wirbelzonen geführten Faserstrang aufgrund der Luftreibung unterschiedlich große Zugkräfte wirksam. Sowohl die mehrstufige Verstreckung als auch die wechselnden Zugkräfte führen somit zu der erfindungsgemäßen Unregelmäßigkeit der Faserfeinheit in dem Faserstrang.

Vorzugsweise sind die Einstellungen des Gasstromes und der Düseneinrichtung so gewählt, dass sich eine Faserfeinheit der Endlosfaser durch Faserabschnitte mit Faserquerschnitte <10 μm und Faserabschnitte mit Faserquerschnitten >10 μm ergeben.

Die besonders vorteilhafte Verfahrensvariante, bei welcher der Gasstrom aus einer Umgebungsluft gebildet wird, zeichnet sich durch einen sehr geringen Energieaufwand zur Bildung der Faser aus. Hierbei wird die Umgebungsluft vor Austritt aus der Düseneinrichtung mit einem Überdruck im Bereich von 10 bis 1.000 mbar und einer Umgebungstemperatur geführt. Der geringe Überdruck und die relativ niedrige Temperatur des Gasstromes lässt eine rasche Vorverfestigung der Randzonen des Faserstranges eintreten, so dass die Verstreckung durch die schlagende Bewegung in dem Freiraum ohne Bruch an der Faser erfolgen kann und sich feinste Faserquerschnitte ausbilden können. Je nach Umgebungsbedingungen kann die Temperatur der Umgebungsluft im Bereich zwischen 15°C und 110°C liegen. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Lufttemperatur deutlich unter der Temperatur der Polymerschmelze liegt. Die Umgebungsluft könnte alternativ auch unmittelbar aus einem Druckluftnetzwerk bereitgestellt werden.

Die Atmosphäre in dem Freiraum ist vorzugsweise gleich einer Umgebung, so dass ein Umgebungsklima mit Umgebungsdruck vorherrscht. Damit lassen sich bei Expansion der Gasströmung besonders vorteilhafte Wirbelzonen erzeugen.

Durch die Weiterbildung der Erfindung, bei welcher der Faserstrang mit einem Massenfluss der Polymerschmelze durch die Düsenbohrung der Spinndüse im Bereich von 0,1 g/min. bis 20 g/min. extrudiert wird, lassen sich alle gängigen Polymertypen beispielsweise Polypropylen oder Polyamid extrudieren.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Polymerschmelze kurz vor Austritt aus der Düsenbohrung innerhalb der Spinndüse temperiert wird, so dass der frisch extrudierte Faserstrang eine relativ hohe Schmelztemperatur aufweist, die beispielsweise bei einer Polypropylenfaser oberhalb 350°C liegen kann.

Neben der Gasströmung und der Düseneinrichtung mit ihrem Düsenquerschnitt bildet die zwischen der Spinndüse und der Düseneinrichtung durchlaufende freie Wegstrecke einen weiteren Parameter, um Einstellungen zur Ausbildung bestimmter Faserparameter zu erhalten. Hierbei hat sich gezeigt, dass die Wegstrecke maximal 40 mm betragen sollte, um eine ausreichend ungleichförmige Verstreckung zu erhalten. Demgegenüber ist eine Wegstrecke von <4 mm nicht zu empfehlen, da die Gefahr einer Zerteilung des Faserstranges selbst bei geringem Überdruck der Gasströmung besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich jedoch vorteilhaft dadurch verbessern, indem in dem Freiraum zusätzliche an der Faser einwirkende Luftwirbelzonen erzeugt werden. Derartige Luftwirbelzonen lassen sich beispielsweise durch Luftleitmittel, die unmittelbar unterhalb der Düseneinrichtung einseitig oder beidseitig zur Faser angeordnet sind, beeinflussen.

Ebenso hat sich herausgestellt, dass die aufgrund des Durchtritts der Gasströmung und des Faserstranges durch die Düseneinrichtung erzeugte Saugwirkung dazu genutzt werden kann, einen zusätzlichen Luftstrom heranzuführen, um die Ausbildung von Wirbelzonen zu verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicherweise zur Herstellung einer Vielzahl von Spinnvliesfasern angewendet, die in einer Reihe nebeneinander extru diert und durch die Gasströmung und Düseneinrichtung verstreckt werden. Nach der Abkühlung werden die Vielzahl der endlosen Fasern zur einem Vlies abgelegt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Spinnvliesfaser zeichnet sich insbesondere durch den Effekt aus, dass der Faserquerschnitt der endlosen Faser eine ungleichförmige Faserfeinheit aufweist. Derartige Effektfasern geben somit die Möglichkeit, nach Ablage besondere Vlieseigenschaften zu erhalten.

Durch die Faserabschnitte mit relativ dicken Faserquerschnitten weist die Spinnvliesfaser noch verstreckbare Bereiche auf, so dass eine relativ hohe Dehnfähigkeit gegeben ist. Die Faserabschnitte mit relativ dünnen Faserquerschnitten führen aufgrund einer relativ hohen Kristallinität zu großen Festigkeiten der Fasern. Es wurden Kristallinitäten von über 50% an der Spinnvliesfaser festgestellt. Dies erklärt sich aus dem Effekt, dass die Faserabschnitte mit dünnerem Faserquerschnitt schneller Abkühlen und sich somit schneller verfestigen als die Faserquerschnitte mit größeren Faserquerschnittten. Die erfindungsgemäße Spinnvliesfaser zeichnet sich somit durch eine relativ hohe Dehnfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Festigkeit aus.

Die Faserfeinheit der endlosen Spinnvliesfaser weist vorteilhaft Faserabschnitte mit Faserquerschnitten <10 μm und Faserabschnitte mit Faserquerschnitten >10 μm auf. Die Faserabschnitte treten hierbei in unregelmäßiger Folge und in unregelmäßiger Länge an der endlosen Spinnvliesfaser auf. Hierbei können sowohl fließende Übergänge als auch stufenförmige Übergänge in der Faser zwischen den Faserabschnitten vorliegen.

Aufgrund der großen Spreizung der Faserfeinheiten, die im Bereich von 0,5 μm bis 80 μm liegen können, ist die erfindungsgemäße Spinnvliesfaser als Effektfaser besonders geeignet.

Ein aus der erfindungsgemäßen Spinnvliesfaser erzeugtes Vlies zeichnet sich somit durch eine besondere feine Vliesstruktur aus, die einerseits aufgrund der relativ hohen Dehnfähigkeit und Festigkeit der Fasern Verformungen ohne Rissbildungen ermöglicht. Damit ist eine Verarbeitung des Vlieses insbesondere zu geformten Hygieneprodukten ohne Probleme möglich.

Die Faserfeinheiten von <10 μm der Spinnvliesfasern führen zu einer sehr feinporigen Ablage und saugfähige Struktur.

Die erfindungsgemäßen Vliese sind somit insbesondere für Barriereprodukte geeignet wie z.B. Windeln, Damenbinden, Einlagen. Ebenso können derartige Vliese aufgrund hoher Festigkeiten als Haushaltsprodukte oder Filtermaterial verwendet werden.

Aufgrund der unregelmäßigen Folgen und Längen der Faserabschnitte mit dünnen oder dicken Faserquerschnitten in den Fasern, ergeben sich sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung relativ hohe Festigkeiten und Dehnbarkeiten an dem Vlies.

Aufgrund der hohen Festigkeit und Verformbarkeit der Vliese lassen sich damit auch vorteilhaft Verbundvliese herstellen, die mehrere Vliesschichten aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Verbundvlies ist zumindest eine der Schichten aus einem Vlies mit Spinnvliesfasern gebildet, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sind, wobei der Faserquerschnitt der endlosen Fasern über der Länge der Faser eine ungleichförmige Faserfeinheit aufweist.

Hierbei ermöglichen die Faserfeinheiten der endlosen Faser der Vliesschicht, die durch Faserabschnitte mit Faserquerschnitten <10 μm und Faserabschnitte mit Faserabschnitten <10 μm bestimmt sind, feine Vliesstrukturen, die aufgrund ihrer Saug- und Sperrwirkung bevorzugt als Barriereschicht wirken. Derartige Ver bundvliese können somit vorteilhaft zu Anwendungen im Hygienebereich als Windel oder im medizinischen Bereich als Wundauflagen genutzt werden.

Durch die unregelmäßige Ausbildung der dünnen Faserquerschnitte und dicken Faserquerschnitte in den Fasern der Vliesschicht wird eine Vergleichmäßigung der Dehnbarkeit und Festigkeit in allen Richtungen der Vliesschicht erreicht. Damit können die erfindungsgemäßen Verbundvliese vorteilhaft zu Wischlappen oder Mikrofasertüchern verwendet werden.

In dem Verbundvlies lässt sich die Vliesschicht mit den erfindungsgemäßen Spinnvliesfasern vorteilhaft mit allen bekannten Vliesarten kombinieren. Dabei stellt die Kombination mit einem Spunbond-Vlies eine besonders vorteilhafte Kombination dar, die neben der Saugfähigkeit eine erhöhte Festigkeit des Verbundvlieses bewirkt. Das erfindungsgemäße Verbundvlies kann jedoch auch vorteilhaft Vliesschichten aufweisen, die nach dem Airlaid-Verfahren, Meltblown-Verfahren oder Wetlaid-Verfahren aufweisen. Zur Verfestigung der Vliesschicht lassen sich dabei alle bekannten Verfestigungsverfahren einsetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, um alle gängigen Polymertypen wie beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Polyester oder Polyamid zu verwenden und zu einer Spinnvliesfaser mit feinsten Faserquerschnitten bis zu 0,5 μm zu verarbeiten.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Hinweis auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar:
1 schematisch eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
2 schematisch eine Ausschnittansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spinnvliesfaser
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Längsschnittansicht dargestellt. Hierbei sind nur die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Bauteile der Vorrichtung gezeigt. So weist die Vorrichtung eine Spinndüse 1 auf, die mit einem Schmelzezulauf 15 verbunden ist. Der Schmelzezulauf 15 verbindet die Spinndüse 1 üblicherweise mit einer Schmelzquelle, durch welche eine Polymerschmelze unter Druck zu der Spinndüse 1 geführt wird. Die Spinndüse 1 weist auf ihrer Unterseite eine Düsenbohrung 2 auf, die innerhalb der Spinndüse 1 mit dem Schmelzezulauf 15 verbunden ist. Üblicherweise sind eine Vielzahl von Düsenbohrungen 2 an der Unterseite der Spinndüse 1 in einer bestimmten Anordnung vorzugsweise in einer Reihenanordnung mit einer oder mehreren Reihen nebeneinander ausgebildet. Die Spinndüse 1 erstreckt sich in dem Fall quer zur Zeichnungsebene über einen Spinnbereich, um eine Vielzahl von Fasersträngen aus den Düsenbohrungen zu extrudieren.
Auf der Auslassseite der Spinndüse 1 sind neben der Düsenbohrung 2 mehrere Heizelemente 12 vorgesehen, um eine Temperierung der innerhalb der Düsenbohrung 2 geführten Polymerschmelze kurz vor dem Extrudieren zu ermöglichen.
Im kurzen Abstand zu der Spinndüse 1 ist eine Düseneinrichtung 5 angeordnet, die parallel zur Spinndüse 1 sich über den gesamten Spinnbereich erstreckt. Die Düseneinrichtung 5 weist eine Düsenmündung 8 auf, die mit der Düsenbohrung 2 der Spinndüse 1 in einer gemeinsamen vertikalen Ebene angeordnet ist. Die Düsenmündung 8 erstreckt sich quer zur Zeichnungsebene über einen Spinnbereich, so dass die in einer Reihenanordnung angeordneten Düsenbohrungen der Spinndüse 1 gemeinsam der Düsenmündung 8 zugeordnet sind. Die Düsenmündung 8 der Düseneinrichtung 5 weist im Querschnitt eine Düsenform mit einer Quer schnittsverengung beispielsweise in Form einer Lavalldüse auf. Die Düsenmündung ist zu der Auslassseite hin durch eine Auslasskante 6 begrenzt. Der Abstand zwischen der Mündung der Düsenbohrung 2 in der Spinndüse 1 und der Auslaßkante 6 der Düseneinrichtung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den Großbuchstaben A gekennzeichnet.
Zwischen der Düseneinrichtung 5 und der Spinndüse 1 ist eine Druckkammer 4 ausgebildet, die über einen Druckanschluß 9 mit einer hier nicht dargestellten Gasquelle verbunden ist. Die Druckkammer 4 erstreckt sich zu beiden Seiten der Spinndüse 1. Vorzugsweise ist die Druckkammer 4 auf ihren beiden Längsseiten mit der Gasseite verbunden.
Unterhalb der Düseneinrichtung 5 ist ein Freiraum 10 gebildet. Der Freiraum 10 ist unmittelbar mit der Umgebung verbunden, so dass in dem Freiraum 10 ein Umgebungsklima mit Umgebungsluft und Umgebungsdruck vorherrscht.
Am Ende des Freiraumes 10 unterhalb der Düseneinrichtung 5 ist eine Vliesablage 13 angeordnet, die üblicherweise durch ein gasdurchlässiges Förderband gebildet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Vorrichtung nach 1 wie folgt betrieben. Über den Schmelzezulauf 15 wird der Spinndüse 1 eine Polymerschmelze unter Druck zugeführt. Die Polymerschmelze wird durch die auf der Unterseite der Spinndüse 1 ausgebildete Düsenbohrung 2 zu einem Faserstrang extrudiert. Üblicherweise werden durch die Spinndüse 1 eine Vielzahl von Fasersträngen 3 gleichzeitig extrudiert, die in einer reihenförmigen Anordnung geführt werden. Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Schmelzspinnen nur am Beispiel eines einzigen Faserstranges erläutert.
Der Faserstrang 3 wird nach dem Extrudieren mit einem innerhalb der Druckkammer 4 erzeugten Gasstrom gemeinsam durch die Düsenmündung 8 der Dü seneinrichtung 5 geführt. Der Gasstrom wird hierbei vorzugsweise durch eine Umgebungsluft gebildet, die über eine hier nicht dargestellte Gasquelle der Druckkammer 4 zugeführt wird. Innerhalb der Druckkammer 4 ist die Umgebungsluft auf einen Überdruck im Bereich von 10 mbar bis max. 1.000 mbar eingestellt. Der Überdruck wird in Abhängigkeit vom Polymertyp und vom Querschnitt der Düsenbohrung sowie in Abhängigkeit von der herzustellenden Faser gewählt. Der Überdruck ist jedoch stets so gering, dass keine Zerteilung des Faserstranges eintreten kann. Dabei weist die Umgebungsluft Umgebungstemperatur auf. Die Umgebungstemperatur, die vorzugsweise gleich der Raumtemperatur ist, sollte jedoch einen maximalen Wert von 110°C nicht überschreiten. Damit ist ein deutliches Gefälle zur Schmelztemperatur gegeben, so dass eine ausreichende Randzonenverfestigung des Faserstranges erreicht werden kann.
Um innerhalb der freien Wegstrecke zwischen der Spinndüse 1 und der Auslasskante 6 der Düseneinrichtung 5 eine unzulässige Erstarrung des Faserstranges 3 zu erhalten, ist die freie Wegstrecke A auf einen Wert <40 mm eingestellt.
Beim Austreten der Gasströmung und des Faserstranges 3 aus der Düsenmündung 8 treten unterhalb der Auslasskante 6 in dem Freiraum 10 mehrere Wirbelzonen 11 auf. Diese durch turbulente Gasströmungen erzeugten Wirbelzonen 11 führen zu einer Bewegung des Faserstranges 3. Damit werden neben der durch die Gasströmung bewirkten Zugkräfte zusätzliche Verstreckkräfte an dem Faserstrang 3 aufgebaut, die den Faserstrang 3 ungleichmäßig verstrecken. Gleichzeitig wirkt die Gasströmung abkühlend, so dass die Faser nach fortschreitender Bewegung innerhalb des Freiraumes 10 zu einer Spinnvliesfaser 7 mit ungleichförmigen Faserfeinheiten erstarrt. Es bildet sich eine Endlosfaser, die am Ende des Freiraumes auf der Vliesablage 13 zu einem Vlies 14 abgelegt wird. Zur Unterstützung der Blaswirkung der Düseneinrichtung könnte die Vliesablage 13 eine unterstützende Saugeinrichtung aufweisen, durch welche die Faser 7 auf die Vliesablage 13 geführt wird.
In einem Verfahrensbeispiel wurde ein Polymer aus einem Polypropylen zu einer Schmelze aufgeschmolzen und mittels einer Düsenbohrung mit einem Kapillardurchmesser von 0,6 mm und einem Schmelzedurchsatz von ca. 2 g/min. extrudiert. Die Schmelzetemperatur betrug dabei 365°C.
Der Druckkammer 4 wurde eine Luft mit Raumtemperatur und einem Überdruck von 55 mbar zugeführt. Die freie Wegstrecke A zwischen der Spinndüse 1 und der Auslasskante 6 war auf ein Maß von ca. 6 mm eingestellt, wobei die Düsenmündung 8 an der engsten Stelle eine Öffnung von 2,5 mm aufzeigte. Die PP-Spinnvliesfaser wurde nach dem Extrudieren und dem Verstrecken zu einem Vlies abgelegt mit einem Flächengewicht von 40 g/m². Bei der Analyse einer Vliesprobe konnten Faserfeinheiten der Spinnvliesfaser im Bereich von 3 μm bis max. 70 μm festgestellt werden. Hierbei lag ein Großteil der Filamente von ca. 75% mit einer Faserfeinheit von <30 μm vor. Jede der in der Vliesprobe enthaltene Faser zeigte dabei über ihre Länge unterschiedliche Faserabschnitte mit unterschiedlichen Faserfeinheiten auf.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung nach 1 hat sich gezeigt, dass die auf der Unterseite der Düseneinrichtung 5 erzeugte Saugwirkung vorzugsweise dazu genutzt werden kann, um einen zusätzlichen Luftstrom an die Gasströmung und den Faserstrang heranzuführen. Damit ist eine Intensivierung der Wirbelzonen möglich, die eine höhere Verstreckung bewirken.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, zusätzliche Leitmittel vorzusehen, wie beispielsweise in 1 gestrichelt dargestellt ist. Hierzu ist in dem Freiraum 10 das Leitmittel 16 einseitig kurz unterhalb der Düseneinrichtung 5 angeordnet. Als Leitmittel 16 können Formbleche einseitig oder beidseitig der Faser angeordnet werden, so dass zusätzliche Wirbelzonen entstehen bzw. vorhandene Wirbelzonen beeinflusst werden.
In 2 sind Teilstücke einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spinnvliesfasern schematisch dargestellt. In 2.1 ist ein erstes Ausfühnungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spinvliesfaser in einem Teilstück gezeigt. Das Teilstück entspricht in etwa einer Länge der Spinnvliesfaser von 600 μm. Innerhalb des Teilstückes sind mehrere Faserabschnitte mit den Faserfeinheiten D1, D2 und D3 zu erkennen. Der mittlere Faserabschnitt mit der Faserfeinheit D2 ist in seiner vollständigen Länge gezeigt. Dieser Faserabschnitt erstreckt sich über einen Bereich von ca. 200 μm. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Spinnvliesfaser aus Polypropylen. Sie zeigt eine Dickstelle, wobei die Faserfeinheit D2 mit 33 μm und die Faserquerschnitte D1 mit 12 μm und D3 mit 8 μm festgestellt wurden. Hierbei sind fließende Übergänge zwischen den Faserabschnitten erkennbar.
In 2.2 ist ein weiteres Teilstück einer erfindungsgemäßen Spinnvliesfaser schematisch dargestellt. Das Teilstück zeigt den Übergang zwischen zwei Faserabschnitten mit der Faserfeinheit D1 und D2. Der Faserquerschnitt D1 wurde mit 13 μm und der Faserquerschnitt D2 mit 6 μm festgestellt. Hierbei ist ein relativ stark ausgeprägter Übergang zwischen den beiden Faserabschnitten zu erkennen.
Die in den 2.1 und 2.2 dargestellten Teilstücke der erfindungsgemäßen Spinnvliesfaser zeigen Faserfeinheiten auf, die aufgrund der eingestellten Luftgeschwindigkeiten der Gasströmung nicht allein hätte bewirkt werden können. Wesentlich ist somit die Ausbildung der Wirbelzonen in dem Freiraum, um aus der Bewegung der Fasern eine zusätzlich resultierende Verstreckkraft zu erhalten, um die ungleichmäßige Verstreckung und damit eine Spinnvliesfaser mit Faserabschnitten unterschiedlicher Feinheit herzustellen. Hierbei lassen sich Polymerschmelzen aller gängigen Polymere wie beispielsweise Polyester, Polyamid, Polypropylen oder Polyethylen verwenden.
Die erfindungsgemäße Spinnvliesfaser ist aufgrund ihrer charakteristischen Eigenschaften besonders geeignet, um Vliese zu bilden, bei denen neben einer ho hen Saugwirkung auch eine Verformbarkeit gewünscht ist. Die Feinstfasercharakteristik führt bei dem erfindungsgemäßen Vlies einerseits zu einer Luft- bzw. Dampfdurchlässigkeit bei gleichzeitiger geringer Penetrationsneigung. Somit lassen sich die Vliesmaterialien bevorzugt als Barriereprodukte verwenden wie beispielsweise im Hygienebereich für Windeln und Damenbinden. Anwendungen in der Medizintechnik wie beispielsweise Wundauflagen sind jedoch auch möglich.
Besonders vorteilhaft können die aus derartigen Spinnvliesfasern gebildeten Vliese in Verbundmatierialien einbezogen sein. Die Saugfähigkeit und Sperrwirkung derartige Vliese können somit vorteilhaft in ein Verbundvlies eingesetzt werden, um eine Barriereschicht zu bilden. Die verbesserten Dehnungen und Zugfestigkeiten der erfindungsgemäßen Spinnvliesfasern führt sowohl bei dem erfindungsgemäßen Vlies als auch bei dem erfindungsgemäßen Verbundvlies zu einer verbesserten Verarbeitbarkeit. Auch sind Anwendungen mit Verformungen wie beispielsweise als Membranmaterial ohne Probleme möglich.

1: Spinndüse
2: Düsenbohrung
3: Faserstrang
4: Druckkammer
5: Düseneinrichtung
6: Auslasskante
7: Spinnvliesfaser
8: Düsenmündung
9: Druckanschluss
10: Freiraum
11: Wirbelzone
12: Heizelement
13: Vliesablage
14: Vlies
15: Schmelzezulauf
16: Leitmittel

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Spinnvliesfaser, bei welchem eine Polymerschmelze durch eine Düsenbohrung einer Spinndüse zu einem Faserstrang extrudiert wird und bei welchem der Faserstrang vor dem Erstarren durch einen Gasstrom durch eine Düseneinrichtung gezogen und in einen Freiraum geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom und die Düseneinrichtung derart eingestellt sind, dass der Faserstrang in dem Freiraum ungleichmäßig verstreckt und durch Abkühlung zu einer endlosen Faser mit ungleichförmiger Faserfeinheit geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfeinheit der endlosen Faser durch Faserabschnitte mit Faserquerschnitten < 10 μm und Faserabschnitte mit Faserquerschnitten > 10 μm bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom aus einer Umgebungsluft gebildet wird, die vor Austritt aus der Düseneinrichtung einen Überdruck im Bereich von 10 mbar bis 1000 mbar und eine Umgebungstemperatur aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum unterhalb der Düseneinrichtung ein Umgebungsklima mit einem Umgebungsdruck aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang mit einem Massenfluss der Polymerschmelze durch die Düsenbohrung der Spinndüse im Bereich von 0,1 g/min bis 20 g/min extrudiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze kurz vor Austritt aus der Düsenbohrung innerhalb der Spinndüse temperiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang nach dem Extrudieren und bis zum Austritt aus der Düseneinrichtung eine freie Wegstrecke im Bereich von 4 mm bis 40 mm durchläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Freiraum unterhalb der Düseneinrichtung zusätzliche an der Faser einwirkende Luftwirbelzonen durch zumindest ein Luftleitmittel erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser durch einen zusätzlich unterhalb der Düseneinrichtung zuge führten Luftstrom gekühlt und geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftstrom aus der Umgebung durch eine Saugwirkung erzeugt wird, die der Gasstrom bei Austritt aus der Düseneinrichtung bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Fasern in einer Reihenanordnung parallel nebeneinander hergestellt und gemeinsam zu einem Vlies abgelegt werden.
Spinnvliesfaser aus einem Polymerwerkstoff, welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist, wobei der Faserquerschnitt der endlosen Faser über die Länge der Faser eine ungleichförmig Faserfeinheit aufweist.
Spinnvliesfaser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfeinheit der endlosen Faser durch Faserabschnitte mit Faserquerschnitten < 10 μm und Faserabschnitte mit Faserquerschnitten > 10 μm bestimmt ist.
Spinnvliesfaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserabschnitte in unregelmäßiger Folge und Länge ausgebildet sind.
Spinnvliesfaser nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserquerschnitt der endlosen Faser im Bereich von 0,5 μm bis 80 μm liegt.
Vlies gebildet aus Spinnvliesfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnvliesfasern durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt sind, wobei der Faserquerschnitt der endlosen Fasern über die Länge der Faser eine ungleichförmig Faserfeinheit aufweist.
Vlies nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfeinheit der endlosen Fasern durch Faserabschnitte mit Faserquerschnitten < 10 μm und Faserabschnitte mit Faserquerschnitten > 10 μm bestimmt ist.
Vlies nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserabschnitte mit konstanter Faserfeinheit an den endlosen Fasern in unregelmäßiger Folge und Länge ausgebildet sind.
Vlies nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserquerschnitt der endlosen Fasern im Bereich von 0,5 μm bis 80 μm liegt.
Verbundvlies bestehend aus mehreren Vliesschichten, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Schichten aus einem Vlies mit Spinnvliesfaser gebildet ist, die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt sind, wobei der Faserquerschnitt der endlosen Fasern über die Länge der Faser eine ungleichförmig Faserfeinheit aufweist.
Verbundvlies nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfeinheit der endlosen Fasern der Vliesschicht durch Faserabschnitte mit Faserquerschnitten < 10 μm und Faserabschnitte mit Faserquerschnitten > 10 μm bestimmt ist.
Verbundvlies nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vliesschicht an den endlosen Fasern die Faserabschnitte mit konstanten Faserfeinheiten in unregelmäßiger Folge und Länge ausgebildet sind.
Verbundvlies nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vliesschicht an den endlosen Fasern die Faserquerschnitte im Bereich von 0,5 μm bis 80 μm liegen.
Verbundvlies nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Schicht aus einem Spunbondvlies gebildet ist.