DE69128834T2

DE69128834T2 - Verfahren zur herstellung von subdenier fasern, pulpeähnlichen kurzen fasern, fibriden, vorgarnen und matten aus isotropen polymeren lösungen

Info

Publication number: DE69128834T2
Application number: DE69128834T
Authority: DE
Inventors: Steven Allen; David Gale; Aziz Mian; Sam Samuels; Hsiang Shih
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2011-07-20
Also published as: AU8232191A; KR0178360B1; CA2087727A1; EP0540608B1; WO1992001829A1; PL297657A1; ATE162857T1; AU658827B2; JP3022597B2; DE69128834D1; EP0540608A1; JPH05508451A

Description

Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung der am 20. Juli 1990 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/555194, die ihrerseits eine Teilfortführung der am 1. Februar 1989 eingereichten US- Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/304461 ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Subdenierfasern aus isotropen Polymerlösungen, die in Form von pulpeähnlichen Kurzfasern, Fibriden, Vorgarnen und Vliesen gesammelt werden können. Die Erfindung betrifft und umfaßt auch Produkte mit neuen, gemäß dem oben genannten Verfahren hergestellten Subdenierfaserstrukturen.

Beschreibung des Stands der Technik

Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Flächengebildestrukturen und Vliesstoff-Gegenständen aus diskontinuierlichen thermoplastischen Fasern sind im Stand der Technik bekannt.
Zum Beispiel offenbaren Butin et al., US-A-3 849 241, und die Europäische Patentveröffentlichung 0166830 das Leiten von Gasströmen auf ein faserbildendes Polymer im geschmolzenen Zustand und das anschließende Sammeln der Fasern auf einem Sieb.
Ebenfalls im Stand der Technik bekannt ist das Flashextrudieren einer kontinuierlichen fibrillierten Polymerstruktur und dessen Zerkleinerung durch Leiten eines Fluidstrahls im Augenblick ihrer Entstehung auf die Struktur. (Siehe Raganato et al., US-A-4 189 455.)
Im Gegensatz zur Flashextrusion oder zur Ausnutzung von Gasturbulenz zur Erzeugung von Fasern haben andere (JP-52-063424) Flüssigscherkräfte zur Erzeugung folienartiger Fibride zur Herstellung von Vliesen und Papieren verwendet. Ahnlich offenbart die US-A-2 988 782 ein Verfahren zur Herstellung eines Fibrids, bei dem eine Lösung aus vollsynthetischem Polymer (das u.a. ein Poly(m-phenylenisophthalamid) sein kann) zu einem Fällungsmittel für das Polymer unter Scherbedingungen zugegeben wird.
Die US-A-4 187 143 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Poly(amidimid)fibriden, bei dem Lösungen von Poly(amidimid)harzen in ein flüssiges Fällungsmedium eingebracht werden, während dieses Scherkräften ausgesetzt ist, wodurch direkt diskrete Fibride erhalten werden, die einen hohen Fibrillierungsgrad und eine starke Tendenz zur Bahnbildung aufweisen.
Die EP-A-0 381 206 (die eine ältere Priorität als die vorliegende Anmeldung hat, aber nach deren Prioritätstag veröffentlicht wurde) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Subdenierfasern aus einem Strahl einer optisch anisotropen Lösung.
Jedoch offenbart keine der obengenannten Druckschriften ein Verfahren zur Herstellung von Subdenierfasern aus isotropen Lösungen, bei dem der Strahl abgeschwächt wird.
Morgan, US-A-2 999 788, beschreibt die Herstellung von Fibriden aus verschiedenen synthetischen organischen Polymeren und ihre Verwendung bei der Herstellung synthetischer Flächengebildestrukturen, wie z.B. Papieren. Solche Papiere sind, wenn sie aus Poly(meta-phenylenisophthalamid)fibriden hergestellt sind, für elektrische Anwendungen geeignet, insbesondere wenn sie mit Poly(meta-phenylenisophthalamid)kurzfasern (Floc) kombiniert werden. Wie von Gross, US-A-3 756 908, offenbart, sind die Poly(meta-phenylenisophthalamid)fibride des Stands der Technik folienartige Teilchen, die als Bindemittel für das Floc wirken und gute elektrische Eigenschaften ergeben. Diese Fibride haben jedoch einen Nachteil, indem sie die Papiere übermäßig abdichten und somit porositätsverringernd wirken. Die Porosität ist eine wertvolle Eigenschaft, da sie das Beschichten und die Sättigung der Papiere mit Lacken und Harzen, welches ein im Stand der Technik gut bekanntes Verfahren zur Modifizierung und Verbesserung von Eigenschaften von Elektropapieren ist, erleichtert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, neue pulpeähnliche Poly(meta-phenylenisophthalamid)fibride herzustellen. Diese pulpeähnlichen Fibride können verwendet werden, um Flächengebildestrukturen, wie z.B. Papiere, herzustellen, die verbesserte Porosität und elektrische Eigenschaften zeigen. Diese Flächengebildestrukturen können zur Herstellung von Laminat- und Verbundstrukturen verwendet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Subdenierfaser aus isotropen Polymerlösungen zur Verfügung. Das Verfahren umfaßt 1) Extrudieren eines Strahls einer isotropen Lösung eines Polymers durch eine Spinndüse in eine Kammer, 2) Einbringen eines Druckgases in die Kammer, 3) Führen des Gases in der Flußrichtung von und in umgebendem Kontakt mit dem Strahl innerhalb der Kammer, 4) Leiten sowohl des Gases als auch des Strahls durch eine Öffnung in einen Bereich niedrigeren Drucks mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den Strahl zu schwächen und ihn zu Fasern zu fragmentieren, und 5) Inkontaktbringen des fragmentierten Strahls in dem Bereich mit einem koagulierenden Fluid. Ein geeignetes Gas für den Kontakt mit dem extrudierten Strahl in der Kammer ist Luft, und der Bereich niedrigeren Drucks, durch den sowohl das Gas als auch der Strahl geführt werden, kann Luft mit Atmosphärendruck sein. Vorzugsweise sind die koagulierenden Fluide Wasser, Dimethylsulfoxid oder Dimethylacetamid.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen das Spinnen isotroper Polymerlösungen aus Polyacrylnitril, Poly(m-phenylenisophthalamid), einem-Copolymer aus 3,4'-Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam), und einer Mischung aus Poly(m-phenylenisophthalamid) und einem copolymer aus 3,4'-Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam).
Der fragmentierte Strahl aus Subdenierfasern kann in Form von pulpeähnlichen Kurzfasern, Fibriden, Vorgarnen oder Vliesstoffbahnen gesammelt werden, und solche Produkte sollen Teil der vorliegenden Erfindung sein.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden pulpeähnliche Poly(m-phenylenisophthalamid)fibride durch Spinnen einer Polymerlösung, die etwa 12 bis 19 Gew.-% Poly(m-phenylenisophthalamid)polymer enthält, hergestellt. Heißluft mit einem Druck, der gleich etwa 6 kg/cm² oder größer ist, wird in die Kammer eingebracht. Geeignete Lösungsmittel für das Poly(m-phenylenisophthalamid)polymer sind u.a. Dimethylacetamid und eine Mischung aus Dimethylacetamid und Dimethylsulfoxid.
Die Erfindung umfaßt auch pulpeähnliche Fibride, die durch ein solches Verfahren hergestellt werden. Diese pulpeähnlichen Fibride haben einen Durchmesser von etwa 0,1 bis 50 Mikrometer, eine Länge von etwa 0,2 bis 2 Millimeter und einen Schopper-Riegler-Freeness-Wert gemäß ISO- Standard 5267/1-1979(E) von etwa 100 bis 2000 Millimeter, wobei die Fibride zur Bildung von porösen 100gew.-%igen Poly(m-phenylenisophthalamid)-Flächengebilden in der Lage sind. Diese naß abgelegten porösen Flächengebilde haben vorzugsweise eine Porosität, gemessen gemäß dem Technical-Association-of-the-Pulp-and-Paper-Industry(TAPPI)-Testverfahren T 460 om-88, von etwa 0,1 bis 200 Sekunden und vorzugsweise von etwa 0,1 bis 2,0 Sekunden pro 100 Kubikzentimeter. Diese Flächengebilde haben eine dielektrische Festigkeit, die etwa 10170 Volt pro g pro m² (300 Volt pro Unze pro Quadratyard) oder größer ist und typischerweise zwischen etwa 10170 und 23730 Volt pro g pro m² (300 bis 700 Volt) beträgt.
Naß abgelegte Flächengebilde mit etwa 5 bis 95 Cew.-% der obigen pulpeähnlichen Poly(m-phenylenisophthalamid)fibride werden ebenfalls beansprucht. Diese naß abgelegten Flächengebilde können eine Zusammensetzung aus pulpeähnlichen Fibriden, folienartigen Poly(m-phenylenisophthalamid)fibriden und Poly(m-phenylenisophthalamid)-Stapelfloc enthalten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Figuren 1-6 sind schematische Querschnittansichten der Apparatur, hauptsächlich von Spinnzellen, zur Durchführung der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mehrere im Stand der Technik gutbekannte isotrope Polymerlösungen können bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Diese Lösungen sind u.a.: Nylon 66 in Schwefel- oder Ameisensäure, Polyacrylnitril, beispielsweise Co- und Terpolymere aus Acrylnitril, Methylacrylat und DEAM (Diethylaminoethylmethacrylat) in Dimethylsulfoxid-, Dimethylacetamid- oder Dimethylformamid-Lösungsmitteln; Polyether-Harnstoff-Urethan- Polymere, beispielsweise ein Polymer, das aus den Reaktanden Polytetramethylenglycol, Methylenbis(p-phenylenisocyanat), Ethylendiamin und 1,3- Cyclohexandiamin in Dimethylacetamid-Lösungsmittel hergestellt ist; Polyimide, beispielsweise ein Terpolymer aus Oxydianilin, Hexafluorpropylidenbisphthalsäureanhydrid und Sulfondianilin in N-Methylpyrrolidon-Lösungsmittel; schmelzverarbeitbare Aramide, beispielsweise Copolymere aus 3,4'-Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam) in Schwefelsäure; Poly(m-phenylenisophthalamid) in Dimethylacetamid; und Polyvinylidenfluorid in Dimethylacetamid. Auch andere im Stand der Technik gut bekannte geeignete faserbildende isotrope Polymerlösungen können verwendet werden. Falls erwünscht kann mehr als ein Polymer in derselben isotropen Lösung enthalten sein, um geeignete Polymermischungen zu bilden. Die bei dieser Erfindung verwendeten isotropen Polymerlösungen können durch im Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden.
Die isotrope Polymerlösung wird durch eine Spinndüsenöffnung in eine Kammer in der Nähe einer Öffnung mit im allgemeinen konvergenten Wänden extrudiert, durch die sie die Kammer verlassen wird. Ein Druckgas, das für die isotrope Polymerlösung inert ist, wird ebenfalls in der Nähe der Öffnung und in umgebendem Kontakt mit dem Lösungsstrahl in die Kammer eingebracht. Das Gas, vorzugsweise Luft, hat einen Druck zwischen 1,7 kg/cm² und 7,2 kg/cm² und eine Temperatur von 20ºC bis 300ºC, wenn es in die Kammer eingespeist wird. Die Geschwindigkeit des Gases ist derart, daß beim Verlassen der Kammer durch die Öffnung der Strahl geschwächt und fragmentiert wird.
Das Gas und der Strahl kommen beim Verlassen der Kammer in einen Bereich niedrigeren Drucks, der vorzugsweise Luft bei Atmosphärendruck ist. Dies ist der Bereich, in dem der Strahl entweder vor oder nach dem Sammeln mit koagulierendem Fluid in Kontakt gebracht wird. Beispiele für geeignete koagulierende Fluide sind u.a. Wasser, Alkohol und gemischte Lösungsmittel. Eine Vielzahl von Produkten kann je nach Art des verwendeten koagulierenden Fluids und des Verfahrens zum Inkontaktbringen des Strahls mit dem koagulierenden Fluid erhalten werden.
Um ein Vlies zu erzeugen, wird der fragmentierte Strahl mit einem koagulierenden Fluidstrahl, z.B. Wasser, in einiger Entfernung von der Öffnung, wie z.B. 15 bis 30 cm, in Kontakt gebracht. Der Wasserstrahl wird den Strahl koagulieren und dispergieren, welcher dann als ein Vlies auf einem Siebband, das quer zum dispergierten Strahl verläuft, gesammelt werden kann. Wenn der Strahl eine Säurelösung des Polymers enthält, verdünnt der Kontakt mit Wasser die Säure und bewirkt, daß das Polymer aus der Lösung ausfällt. Das gesammelte Material kann, während es sich auf dem Siebband befindet, weiter gewaschen oder mit verdünnter Base neutralisiert werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Das resultierende Vlies wird durch das wahliose Ablegen von aus einem abgeschwächten Strahl gesponnenen, orientierten, diskontinuierlichen Subdenierfasern mit stark varuerender Morphologie gebildet. Das Vlies kann an den Faserkreuzungspunkten geheftet werden, um eine formstabile Flächengebildestrukur zu bilden.
Um ein pulpeähnliches Produkt herzustellen, wird veranlaßt, daß das koagulierende Fluid mit dem austretenden Lösungsstrahl an der Öffnung in Kontakt kommt, und das Produkt wird über einem Becken aus koagulierendem Fluid gesammelt. Das pulpeähnliche Produkt besteht aus kurzen, orientierten Subdenierfasern mit varuerender Morphologie und Längen von bis zu 15,0 mm.
Schließlich wird zur Herstellung von Vorgarn oder Faserband ein Strahl aus koagulierendem Fluid gegen den fragmentierten Strahl in einer Entfernung von der Öffnung zwischen etwa 1,0 bis 10,0 cm gerichtet und das koagulierte Produkt auf einem sich relativ schnell bewegenden Sieb gesammelt; in diesem Fall ist der eingesetzte Strahl jedoch so beschaffen, daß ihm genügend Kraft fehlt, um das koagulierte Produkt zu dispergieren, bevor es gesammelt wird. Die Struktur des koagulierten Produkts ist eine im wesentlichen gleichgerichtete Ablage orientierter, diskontinuierlicher Subdenierfasern mit stark varuerender Morphologie mit im wesentlichen keiner Heftung oder Bindung zwischen den Fasern.
Eine detailliertere Beschreibung geeigneter Apparaturen und Betriebsweisen ist nachstehend gezeigt.
Fig. 1 zeigt als schematischen Querschnitt eine Spinnzelle mit einer röhrenartigen 1-Loch-Spinndüse (4) mit einem Auslaß (3), der sich in die Kammer (9) mit zylindrischem Verteiler (6) erstreckt. Der Verteiler hat einen Einlaß (8) und eine Düse (10) mit einer Öffnung (11) mit konvergenten Wänden, die als Auslaß aus der Zelle dient. Im Betrieb wird eine isotrope Polymerlösung durch Spinndüse (4) und in Kammer (9) dosiert, wo sie mit einem durch Einlaß (8) eingebrachten Druckgas in Kontakt gebracht wird. Wenn das Gas durch die Öffnung (11), dessen Wände zu einer engeren Öffnung hin konvergieren, aus der Kammer hinausgeleitet wird, wird die Polymerlösung abgeschwächt und bricht in verlängerte Fragmente auf. Wenn der Strahl aus verlängerten Fragmenten aus der Öffnung (11) austritt, werden diese mit einem koagulierenden Fluid in Kontakt gebracht. In Abhängigkeit der Art und Weise des Kontakts und der Art des verwendeten koagulierenden Fluids kann eine Vielzahl an Produkten erhalten werden.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren, bei dem die verlängerten Fragmente oder Fasern, die aus der Spinnzelle (6) austreten, in einer Entfernung unterhalb der Öffnung (11) mit einem Fluid (26) aus den Sprühdüsen (20) in Kontakt gebracht werden, das dazu dient, die Fragmente von Strahl (30) zu koagulieren und zu verteilen, welche dann als ein Vliesstoff-Flächengebilde auf einem Fördersieb (32) abgelegt werden. Falls erwünscht, kann eine Reihe solcher Düsen eingesetzt werden. Diese Fragmente sind Subde nierfasern mit stark unterschiedlichen Querschnitten und mit Längen von bis zu 10 cm, Durchmessern von bis zu 10 Mikrometern und Länge-zu- Durchmesser-Verhältnissen von wenigstens 1000. Die Fasern auf dem Sieb können in einem kontinuierlichen Verfahren gewaschen, getrocknet und auf eine Bobine (nicht gezeigt) aufgewickelt werden.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Verfahren zum Inkontaktbringen des Strahls, der die Öffnung (11) verläßt, mit koagulierendem Fluid, um Vorgarn oder Faserband zu erzeugen. In diesem Fall trifft ein atomisierter Strahl aus koagulierendem Fluid (28) von der/den Sprühdüse(n) (24) mit einem Abstand von bis zu 10 cm unterhalb der Öffnung auf den Strahl, der aus der Öffnung (11) austritt. Die Fasern in dem Strahl haben einen Impuls, der größer ist als der des atomisierten Düsenstrahis aus koagulierendem Fluid, und dementsprechend sind Ablenkung des Strahls und Dispersion der Fasern gering. Unter diesen Bedingungen ist die nachfolgende Faserabscheidung auf dem Fördersieb (32) im wesentlichen gleichgerichtet, und das Produkt eignet sich als Faserband oder Vorgarn. Bei einem analogen Verfahren kann das Ausbreiten des Strahls, der aus der Öffnung (11) austritt, verhindert werden, indem der Strahl mit einem Vorhang aus koagulierendem Fluid umgeben wird, das in dieselbe Richtung fließt. Der Vorhang aus dem koagulierendem Fluid initiiert die Faserkoagulation und verhindert die Ausbreitung.
In jedem Fall wird der Strahl, der die koagulierten Fasern enthält, durch ein sich bewegendes Siebförderband unterbrochen, was dazu führt, daß die Fasern im wesentlichen gleichgerichtet über dem Sieb abgelegt werden. Das Faserband oder Vorgarn, das sich bildet, kann auf eine Bobine (nicht gezeigt) aufgewickelt werden. Die Fasern sind denen der zuvor beschriebenen Vliesstoffbahn ähnlich.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zür Herstellung pulpeähnlicher Kurzfasern. Fig. 4 zeigt eine Spinnzelle (40), die ähnlich wie die in Fig. 1 ist, außer daß sie einekonische Düse (30) und eine Düse (35), die in das Spinnzellengehäuse eingebaut ist, besitzt. Koagulierendes Fluid aus Düse (35) trifft auf die Außenfläche von Düse (30) auf und rinnt die Schräge der Düse (30) hinab zur Öffnung (12) und kommt mit dem austretenden Strahl in Kontakt. Dieses Verfahren führt zur Bildung von pulpeähnlichen kurzen koagulierten Fragmenten, die über ein Fördersieb verteilt oder in einem Auffangbehälter (nicht gezeigt), der sich unterhalb der Spinnzelle befindet, gewonnen werden können.
Fig. 5 zeigt eine Spinnzelle (50) mit Einlaß (51) zum Einlassen von Heißluft, um die Spinndüse zu erwärmen und ein Verstopfen zu verhindern, während Einlaß (52) kalte Betriebsluft einläßt, welche im zweiten Schritt eingebracht wird. Ein Verschluß (54) verhindert, daß die Heißluft sich mit der Kaltluft in der Spinnzelle vermischt. Verbrauchte Heißluft kann durch Auslaß (53) aus der Kammer entfernt werden. Die Polymerlösung und die Kaltluft werden durch Auslaßöffnung (55) abgelassen.
Fig. 6 zeigt eine Spinnzelle (150) mit Einlaß (151) zum Einlassen von Heißluft, welche die Spinndüse (104) erwärmt, um die Fließeigenschaften der Lösungen zu verbessern. Die Heißluft fließt dann durch einen engen Ringspalt (154), bevor sie hydrodynamische Widerstandskraft auf die extrudierte Lösung am Auslaß der Spinndüse (103) ausübt. Die Luft schwächt und bricht die Filamente, wenn sie durch die Öffnung (130) aus der Kammer strömt. Die Öffnung (130) ist eine Öffnung mit gleichbleibendem Durchmesser und endlicher Länge. Wenn die frakturierten Filamente die Öffnung (130) verlassen, werden sie sofort in Kontakt mit dem koagulierenden Fluid gebracht, das durch Öffnung (152) zum Öffnungsbereich gelangt. Zur Herstellung loser Proben von pulpeähnlichen Fibriden werden Polymerlösung, austretende Luft und Koagulationsmittel in einem Wasserbecken gesammelt.
Dem Fachmann wird klar sein, daß eine Vielzahl von Modifikationen an der obigen Apparatur durchgeführt werden können. Somit können, falls erwünscht, mehrere Spinnzellen Seite an Seite in linearer Weise eingesetzt werden, um das Ablegen gleichförmiger Flächengebilde von beträchtlicher Breite zu erreichen. Ähnlich wird ein divergierender Kanal, der von den Wänden gebildet wird, die parallel ausgerichtet und am Austritt der Öffnung (11) angeordnet sind, den austretenden Strahl zu einem breiteren Strahl ausbreiten, wenn dieser die Spinnzelle verläßt.
Es gibt mehrere wichtige Verfahrensvariablen, die bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen pulpeähnlichen Fibriden durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung entscheidend sind, insbesondere wenn diese Fibride Eigenschaften besitzen sollen, die zur Herstellung verbesserter poröser Papiere benötigt werden. Vorzugsweise wird eine Spinndüsenanordnung, die ähnlich wie die in Fig. 6 gezeigte ist, verwendet. Die wichtigen Verfahrensvariablen sind u.a. die Lösungsviskosität, die Lösungsextrusionsrate, der Druck der Heißluft, die in die Zelle eintritt, die Öffnung der Luftöffnung (130) und die Länge des Luftspalts (gemessen als der Abstand zwischen dem Auslaß aus der Spinndüse (103) und dem Auslaß aus der Öffnung (130)).
Die Lösungsviskosität wird durch die Lösungstemperatur und die Polymerkonzentration in der Lösung gesteuert. Bei der hier beschriebenen Arbeit wurde die Lösungsviskosität durch Einstellen der Polymerkonzentration gesteuert. Die Lösungsextrusionsrate wurde durch Stickstoff- Rückdruck gesteuert, welcher angelegt wurde, um die Vorwärtsbewegung der Lösung zu erzeugen. Luftdruck kann leicht durch einen Regler geregelt werden.
Die Polymerkonzentration in Poly(m-phenylenisophthalamid)lösungen (in Dimethylacetamid/Dimethylsulfoxid-Lösungsmittel) wurde zwischen etwa 12 Gew.-% und 19 Gew.-% variiert, um die Auswirkung der Lösungsviskosität auf die Qualität der pulpeähnlichen Fibride zu untersuchen. Der Fibriddurchmesser verringert sich mit sinkender Lösungsviskosität, während die Konzentration an Großteilchendefekten bei den niedrigeren Polymerkonzentrationen dramatisch ansteigt. Um das Ziel, Fibride mit dem feinsten Durchmesser und einer minimalen Menge an Teuchendefekten zu erhalten, zu erreichen, wurde ermittelt, daß eine Lösung mit 16 Gew.-% Feststoffen die besten Ergebnisse erzielt. Die optimale Polymerkonzentration wird mit der speziellen verwendeten Polymer-Lösungsmittel-Kombination variieren. Andere mögliche Lösungsmittel für Poly(m-phenylenisophthalamid)polymer sind im Stand der Technik bekannt und sind u.a. Dimethylacetamid selbst.
Die Lösungsextrusionsrate wurde durch Stickstoff-Rückdruck gesteuert. Hoher Stickstoffdruck führt zu hoher Extrusionsrate, welche vom Standpunkt der Produktivität her bevorzugt ist, jedoch wird sie oft von einer hohen Konzentration an Großteilchendefekten begleitet. Bei 16gew.- %igen Lösungen von Poly(m-phenylenisophthalamid) (MPD-I), die unter Verwendung einer 0,004-Inch(0,102-mm)-Spinndüse gesponnen wurden, war ein Stickstoff-Rückdruck von nicht mehr als 35,2 kg/cm² Überdruck (500 psig) und vorzugsweise von nicht mehr als 28,1 kg/cm² Überdruck (400 psig) erforderlich, um pulpeähnliche Fibride mit hoher Qualität zu ergeben.
Der Luftdruck bestimmt die Luftgeschwindigkeit, und die Geschwindigkeit ändert sich nahe der Kapillare und der Öffnung. Bei dieser Arbeit wurde gefunden, daß die beste Fibridqualität erzielt wurde, wenn der Luftdruck auf die höchstmögliche Einstellung gesetzt wurde, welche für die in Fig. 6 gezeigte Apparatur mit den in den Beispielen 6-16 beschriebenen Abmessungen etwa 80 psig (6,65 kg/cm²) beträgt.
Die pulpeähnlichen MPD-I-Fibride der vorliegenden Erfindung haben von den im Stand der Technik bekannten Fibriden unterschiedliche Merkmale und Eigenschaften. Zum Beispiel sind MPD-I-Fibride, die im Stand der Technik beschrieben sind, flache, folienartige Materialien mit typischen Abmessungen von 0,1 Mikrometer Dicke, 100 Mikrometer Breite und werden auf verschiedene Längen zerkleinert. Die folienartige Beschaffenheit dieser Fibride führt zum Verschließen von Papieren, welche diese enthalten, was eine niedrige Porosität ergibt.
Im Gegensatz dazu haben die verbesserten pulpeähnlichen Fibride der vorliegenden Erfindung einen im wesentlichen runden Querschnitt mit unregelmäßiger fibrillarer Morphologie. Anders als die folienartigen Fibride des Stands der Technik, besitzen die pulpeähnlichen MPD-I-Fibride der vorliegenden Erfindung ein verfeinertes Aussehen, Offenheit und sind zur Papierherstellung geeignet, ohne daß sie verfeinert werden müssen. Die pulpeähnlichen Fibride der vorliegenden Erfindung führen nicht zum Verschließen von Papieren, welche diese enthalten. Deshalb wird, wenn die pulpeähnlichen Fibride, die aromatische Polyamide, wie z.B. MPD-I, enthalten, zur Herstellung von Elektropapieren verwendet werden, eine verbesserte Kombination aus elektrischen Eigenschaften und Porosität erhalten, verglichen mit ähnlichen Papieren im Stand der Technik, die folienartige Fibride enthalten.
Bei Elektropapieren oder anderen Endanwendungen von qualitativ hochwertigem Papier sind bevorzugte Abmessungen für die pulpeähnlichen Fibride ein Durchmesser von 0,1-50 Mikrometer und eine Länge von 0,2-2,0 mm. Besonders bevorzugt haben die pulpeähnlichen Fibride Durchmesser von 0,2-5,0 Mikrometer und Längen von 0,2-1,3 mm. Die pulpeähnlichen Fibride der vorliegenden Erfindung haben auch hohe Freeness-Werte. Vorzugsweise betragen die Freeness-Werte, die auf einer Schopper-Riegler-Apparatur gemessen werden, 100-2000 ml. Besonders bevorzugt haben die pulpeähnlichen Fibride Freeness-Werte von 500-1000 ml.
Die pulpeähnlichen MPD-I-Fibride der vorliegenden Erfindung können alleine oder als Gemische mit folienartigen Fibriden und Stapel-Floc verwendet werden, um Papiere mit guten elektrischen Eigenschaften zu erzeugen. "Stapel-Floc" oder "Floc", wie es hier verwendet wird, bedeutet Fasern in Form von Kurzfasern. Vorzugsweise enthält Floc Fasern mit einer Länge von weniger als 2,54 cm, wobei die optimale Länge etwa 0,6 cm beträgt. Geeignete Garne oder Kabel des Polyamids werden in irgendeiner geeigneten Weise, z.B. durch Verwendung eines schraubenförmigen Sägeschneiders, auf die erwünschte Floc-Länge zugeschnitten. Geeignete Fasern sind solche mit einem Denier-Wert von etwa 0,5 und bis 10 oder mehr. Denier-Werte von weniger als etwa 5 sind bevorzugt. Besonders bevorzugt sind Fasern mit einem Denier-Wert zwischen etwa 1 und etwa 3.
Bei der Herstellung von Elektropapieren durch Verwendung von Mischungen aus den pulpeähnlichen Poly(m-phenylenisophthalamid)fibriden der vorliegenden Erfindung mit folienartigen Poly(m-phenylenisophthalamid)fibriden des Stands der Technik und Poly(m-phenylen)isophthalamid-Stapel-Floc sind die bevorzugten Mischungszusammensetzungen: 5-100 Gew.-% pulpeähnliche Fibride, 0-60 Gew.-% folienartige Fibride und 0-90 Gew.-% Stapel-Floc. Besonders bevorzugt werden Mischungen aus 10-60 Gew.- % pulpeähnlichen Fibriden, 0-33 Gew.-% folienartigen Fibriden und 10-50 Gew.-% Stapel-Floc verwendet.

TESTVERFAHREN

Vor der Bestimmung der Zugeigenschaften muß der Denier-Wert der Probefasern berechnet werden. Verfahren zur Messung des Denier-Werts solcher nichtrunder und im Durchmesser varuerender Fasern sind bekannt und umfassen die Messung der spezifischen Oberfläche, rasterelektronenmikroskopische Messung und direkte Messung einer Fasergruppenprobe unter dem Lichtmikroskop.
Ein Instron 1122 wurde zur Bestimmung der Zugfestigkeit und des Moduls gemäß ASTM D2101 Abschnitt 10,6 (Dehnung (10%) verwendet. Bei Probenlängen von 2,54 cm (1,0 Inch) wurde die Klammern (Klemmen mit 0,95 cm (6/16 Inch) x 0,95 cm (6/16 Inch) großen Neopren-Fronten) zwischen 3,2 cm (1,25 Inch) und 3,81 cm (1,5 Inch) voneinander entfernt eingestellt und mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 0,254 cm/min (0,1 Inch/min) betrieben, während bei Probenlängen von 0,64 cm (0,25 Inch) die Klammern mit einem Abstand von 1,91 cm (0,75 Inch) zwischen den Fronten eingestellt wurden und mit einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 0,064 cm/min (0,025 Inch/min) bewegt wurden.
Jedes Filamentprobenende wurde mit Klebeband an gegenüberliegende Enden eines rechteckigen Streifens mit einem rechteckigen Ausschnitt (Öffnung) mit der vorgegebenen Länge von 2,54 cm oder 0,64 cm (1 Inch oder 0,25 Inch) befestigt. Die Klebebandbefestigung befand sich in einiger Entfernung zur Öffnung, und man ließ ein geringfügiges Durchhängen der Fasern zu. Ein Tropfen Klebstoff wurde nahe den Rändern der Streifenöffnung angebracht, um die vorgegebene Länge des Filaments zu befestigen, damit sie der Länge der Streifenöffnung entspricht. Der Streifen wurde an der oberen Klammer des Instrons befestigt und eine Seite des Streifens abgeschnitten. Das gegenüberliegende Ende des Streifens wurde anschließen in der unteren Klammer befestigt und die andere Seite des Streifens abgeschnitten, wobei das Filament sich über den Spalt zwischen den Klammern erstreckte. Das Instron wurde angeschaltet und die Spannungs-Dehnungs-Beziehung des Filaments direkt in den Computer eingespeist, welcher die Zugeigenschaften berechnete.
Die dielektrische Festigkeit wurde gemäß ASTM D-149 gemessen.
Die Porosität wurde gemäß dem TAPPI-Testverfahren T460 om-88 "Air Resistance of Paper" gemessen. Die Testergebnisse sind in Sekunden angegeben, welche die Anzahl von Sekunden darstellen, die eine Masse von 567 Gramm benötigt, um 100 cm³ Luft durch 6,4 Quadratzentimeter (1 Quadratinch) des getesteten Papiers zu drücken. Je größer die Testergebniszahl in Sekunden, desto niedriger die Porosität des Papiers.
Die durchschnittliche Faserlänge bei pulpeähnlichen Materialien wurde auf einem Kajaani-Modell-FS-100-Instrument gemäß dem Testverfahren des Herstellers in "Kajaani FS100 Standard Procedure for Analysis", Dokument T3501.0-e, Copyright 2. September 1985, Kajaani Electonic Ltd., Kajaani, Finnland, bestimmt.
Der Freeness-Wert der Fibridproben wurde gemäß dem International- Organization-for-Standardization(ISO)-Standard ISO 5267/1-1979(E), "Pulps - Determination of Drainability Part I - Schopper-Riegler Freeness Tester", unter Verwendung eines Block-Gewichts von 2,0 Gramm und einer Temperatur im Bereich von etwa 20ºC bis 25ºC getestet. METRISCHE UMWANDLUNGSTABELLE
Die folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung angegeben und sollen keine Beschränkung darstellen. Sofern nichts anderes angegeben ist, sind in den folgenden Beispielen Teile- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.

BEISPIEL 1

Eine 25%ige Lösung eines Acrylnitril-Terpolymers mit einer Zusammensetzung von 91% Acrylnitril, 6% Methylacrylat und 3% DEAM (Diethylaminoethylmethacrylat) mit einer inhärenten Viskosität von 1,4 in Dimethylsulfoxid wurde hergestellt. Die Lösung wurde durch Einbringen des Polymerpulvers und des Lösungsmittels in einen Harzkessel und anschließendes Auflösen des Polymers durch Rühren in dem Lösungsmittel hergestellt. Die Lösung wurde dann hydraulisch in eine Spinnzelle geschoben, die ähnlich wie die in Fig. 4 gezeigte war, und durch eine Einlochspinndüse gemäß den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen gesponnen. Die Spinndüse hatte einen Durchmesser von 0,004 Inch (0,1016 mm) und ein Länge- Durchmesser(L/D)-Verhältnis von 3,0. Bezogen auf Fig. 4 hatte die Spinzelle einen Luftspalt von 0,176 Inch (4,47 mm), gemessen vom Auslaß (3) der Spinndüse bis zum schmalsten Durchmesser (oder Hals) der Öffnung (12) der Düse (30) der Spinnzelle. Der schmalste Durchmesser der Öffnung (12) betrug 0,062 Inch (1,57 mm). Die konvergente Wand der Öffnung (12) hatte einen Winkel von 40 Grad zur Achse der Spinndüse, was einen konischen Winkel von 80 Grad ergibt. Auf 80ºC erwärmte Luft mit einem Druck von 80 psig (6,7 kg/cm²) wurde der Spinnzelle zugeführt, um das frisch extrudierte Polymer zu schwächen und zu fragmentieren. Die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, wurden im Abstand von 17,357 Inch (44,1 cm) von der Spitze der Öffnung (12) über einem sich bewegenden Siebförderband mit einem Strahl Leitungswasser in Kontakt gebracht, um Fasern mit einer Länge von bis zu 8 cm zu erzeugen.
Die Fasern wurden über ein sich bewegendes Siebförderband gelegt und bildeten ein Wirrfaserbahn, welches zusammen mit dem Förderband von der Spinnkammer in eine Waschkammer befördert wurde. Die Faserbahn wurde in dieser Kammer gewaschen, um letzte Lösungsmittelreste zu entfernen, und anschließend in eine Trockenkammer überführt, wo die gewaschene Faserbahn entwässert, teilgetrocknet und dann über eine Bobine (oder Walze) aufgewickelt wurde.
Die Fasern auf der Bobine (oder Walze) sahen aus wie ein Krempelband und könnten möglicherweise direkt zur Herstellung gesponnener Garne verwendet werden. Die Fasern wurden auf ihre physikalischen Eigenschaften getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben. TABELLE I - POLYACRYLNITRILFASERN -
Alternativ wurden die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, an der Spitze der Öffnung (12) mit einem Strahl Leitungswasser in Kontakt gebracht, um Fasern mit einer Länge von weniger als 15 mm zu erzeugen. Diese mittellangen Fasern wurden über einem Becken mit Wasser gesammelt, wobei das Wasser später von den Fasern durch ein Standard-Filtrationsverfahren abgetrennt wurde. Schließlich wurden die Fasern gewaschen, um etwaige Lösungsmittelreste zu entfernen. Diese Fasern können durch herkömmliche, im Stand der Technik bekannte Verfahren naß abgelegt werden, umein Papier zu bilden.

BEISPIEL 2

Eine 20%ige Poly(m-phenylenisophthalamid)lösung in Dimethylacetamid-Lösungsmittel wurde hydraulisch in eine Spinnzelle geschoben, die ähnlich wie die in Fig. 4 gezeigte war, und durch eine Einlochspinndüse gemäß den in Tabelle II gezeigten Bedingungen gesponnen. Die Einlochspinndüse hatte einen Durchmesser von 0,004 Inch (0,1016 mm) und ein L/D-Verhältnis von 3,0. Alternativ hatte die Einlochspinndüse einen Durchmesser von 0,010 Inch (0,254 mm) und ein L/D-Verhältnis von 3,0. Die Lösung wurde aus beiden Spinndüsenarten gesponnen.
Bezogen auf Fig. 4 hatte die Spinzelle einen Luftspalt von 0,176 Inch (4,47 mm), gemessen vom Auslaß (3) der Spinndüse bis zum schmalsten Durchmesser (oder Hals) der Öffnung (12) der Düse (30) der Spinnzelle. Der schmalste Durchmesser der Öffnung (12) betrug 0,062 Inch (1,57 mm). Die konvergente Wand der Öffnung hatte einen Winkel von 40 Grad zur Achse der Spinndüse, was einen konischen Winkel von 80 Grad ergibt.
Die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, wurden etwa 11 Inch (28 cm) von der Spitze der Öffnung (12) mit einem Strahl Leitungswasser in Kontakt gebracht und über einem sich bewegenden Edelstahisieb gesammelt. Auf dem Sieb bildete sich eine Faserbahn aus Subdenierfasern. Einzelne Fasern wurden auf ihre physikalischen Eigenschaften getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben. Die Röntgenuntersuchung der Fasern zeigte eine amorphe Struktur. Die Faserbahn, gewaschen und getrocknet, kann als Innenschicht zur Herstellung von Laminaten mit ähnlichen Poly(p-phenylenterephthalamid)schichten und zur Hochtemperaturisolierung verwendet werden. TABELLE II Poly(m-phenylenisophthalamid)fasern

BEISPIEL 3

Bei diesem Beispiel wurden 160 Gramm einer 20%igen Poly(m-phenylenisophthalamid)lösung in Dimethylacetamid mit 40 Gramm Dimethylsulfoxid- Lösungsmittel verdünnt. Die Mischung wurde hydraulisch in eine Spinnzelle geschoben, die ähnlich wie die in Fig. 4 gezeigte war, und durch eine Einlochspinndüse gemäß den Bedingungen in Tabelle II gesponnen. Die Einlochspinndüse hatte einen Durchmesser von 0,004 Inch (0,1016 mm) und ein L/D-Verhältnis von 3,0. Die Spinzelle hatte einen Luftspalt von 0,176 Inch (4,47 mm), gemessen vom Auslaß (3) der Spinndüse bis zum schmalsten Durchmesser (oder Hals) der Öffnung (12) der Düse (30) der Spinnzelle. Der schmalste Durchmesser der Öffnung (12) betrug 0,062 Inch (1,57 mm). Die konvergente Wand der Öffnung hatte einen Winkel von 40 Grad zur Achse der Spinndüse, was einen konischen Winkel von 80 Grad ergibt.
Die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, wurden mit einem Strahl Leitungswasser an der Spitze der Öffnung (12) in Kontakt gebracht und über einem Wasserbecken (nicht gezeigt) gesammelt. Die Fasern wurden filtriert, gewaschen und mit einem "Waring"-Mischer in Wasser aufgeschlämmt, um die Faserlänge weiter zu verringern. Das Produkt war eine Subdenierpulpe mit einer Faserlänge von bis zu 5 mm. Diese Subdenierpulpen eignen sich zur Herstellung von Papier mit hoher Qualität, als Bindemittel für Poly(p-phenylenterephthalamid)papiere und als Verdickungsmittel.

BEISPIEL 4

Eine 30%ige Lösung eines Copolymers aus 3,4'-Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam) wurde durch Auflösen des Copolymers in Dimethylacetamid hergestellt. Die Lösung wurde dann hydraulisch in eine Spinnzelle geschoben, die ähnlich wie die in Fig. 4 gezeigte war, und durch eine Einlochspinndüse gesponnen. Die Einlochspinndüse hatte einen Durchmesser von 0,004 Inch (0,1016 mm) und ein L/D-Verhältnis von 3,0. Der Luftspalt war 0,176 Inch (4,47 mm), gemessen vom Auslaß (3) der Spinndüse bis zum schmalsten Durchmesser (oder Hals) der Öffnung (12) der Düse (30) der Spinnzelle. Der schmalste Durchmesser der Öffnung (12) betrug 0,062 Inch (1,57 mm). Die konvergente Wand der Öffnung hatte einen Winkel von 40 Grad zur Achse der Spinndüse, was einen konischen Winkel von 80 Grad ergibt. Auf 80ºC erwärmte Luft mit einem Druck von 83 psig (6,9 kg/cm²) wurde als Abschwächungsfluid in die Spinnzelle eingebracht. Die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, wurden in einem Abstand von etwa 11 Inch (28 cm) von der Spitze der Öffnung (12) mit einem Strahl Leitungswasser in Kontakt gebracht und über einem Fördersieb gesammelt. Auf dem Sieb bildete sich eine Faserbahn aus Subdenierfasern.
Alternativ wurden die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, mit Wasser an der Spitze der Öffnung (12) in Kontakt gebracht und, wie es in BEISPIEL 3 erklärt ist, über einem Wasserbecken gesammelt. Das Produkt war in diesem Fall Subdenierpulpe, welche z.B. zur Papierherstellung, als Asbestersatz oder als Bindemittel zwischen Poly(p-phenylenterephthalamid)schichten für Hochtemperaturanwendungen verwendet werden kann.

BEISPIEL 5

Eine 20%ige Lösung einer Polymermischung aus 70% Poly(m-phenylenisophthalamid) und 30% eines Copolymers aus 3,4'-Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam) wurde in Dimethylacetamid hergestellt. Die Lösung wurde dann unter Verwendung einer Spinnzelle, die ähnlich wie die in Fig. 4 gezeigte war, mit einer Einlochspinndüse mit einem Durchmesser von 0,004 Inch (0,1016 mm) gesponnen. Die gleiche Lösung wurde auch mit derselben Spinnzelle, jedoch mit einer Spinndüse mit einem Durchmesser von 0,010 Inch (0,254 mm) gesponnen. Beide Spinndüsen hatten ein L/D- Verhältnis von 3,0. Die Spinnzelle hatte einen Luftspalt von 0,125 Inch (3,175 mm), gemessen vom Auslaß (3) der Spinndüse bis zum schmalsten Durchmesser (oder Hals) der Öffnung (12) der Düse (30) der Spinnzelle. Der schmalste Durchmesser der Öffnung (12) betrug 0,062 Inch (1,57 mm). Die konvergente Wand der Öffnung hatte einen Winkel von 40 Grad zur Achse der Spinndüse, was einen konischen Winkel von 80 Grad ergibt. Auf 90ºC erwärmte Luft mit einem Druck von 60 psig (5,3 kg/cm²) wurde als Abschwächungsfluid in die Spinnzelle eingebracht.
Die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, wurden an der Spitze der Öffnung (12) mit einem Strahl Leitungswasser in Kontakt gebracht und, wie es in BEISPIEL 3 erklärt ist, über einem Wasserbecken gesammelt. Die Fasern wurden dann futriert, gewaschen und getrocknet. Das Produkt waren pulpeähnliche Kurzfasern, die als Asbestersatz oder als Bindemittel verwendet werden können. Dünne Filterkuchen der pulpeähnlichen Kurzfasern wurden bei etwa 260ºC heißgepreßt, um nichtporöse Membranen zu bilden.

BEISPIEL 6-16

Die in diesen Beispielen verwendeten pulpähnlichen Fibride wurden wie folgt hergestellt. Eine 19%ige Poly(m-phenylenisophthalamid)lösung in Dimethylacetamid wurde mit Dimethylsulfoxid auf 16% Feststoffe verdünnt. Die Lösung wurde bei 25ºC durch eine 0,004-Inch(0,102-mm)-Einlochspinndüse mit einem L/D-Verhältnis von 3 gesponnen. Die Spinnzelle war ähnlich wie die in Fig. 6 dargestellte und hatte einen Luftspalt von 0,155 Inch (3,94 mm), gemessen vom Auslaß (103) der Spinndüse bis zum Auslaß der Öffnung (130), welche einen Durchmesser von 0,062 Inch (1,575 mm) und eine Länge von 0,062 Inch (1,575 mm) hatte. Der Spinnlösungsdruck betrug 28,1 kg/cm² (400 psig) und der Schwächungsluftdruck 5,2 kg/cm² (74 psig).
Die diskontinuierlichen Fasern, welche die Spinnzelle verließen, wurden an der Spitze der Öffnung (130) mit einem Strahl Leitungswasser in Kontakt gebracht und über einem Wasserbecken gesammelt. Die Fasern wurden dann in einem Haushaltsmischer mehrmals mit Wasser gewaschen, um das Lösungsmittel zu entfernen (der Dimethylacetamid-Endgehalt betrug 0,16%, wobei sich kein Dimethylsulfoxid nachweisen ließ). Die erhaltenen Fasern lagen in Form von pulpeähnlichen Fibriden vor.
Die Fibridqualität wurde durch etwa einminütiges Mischen mit hoher Geschwindigkeit bei 0,04 Gew.-% Feststoffe in destilliertem Wasser in einem Haushalts-Küchenmischer untersucht. Die qualitativ hochwertigen Fibride trennten sich in dem Mischer leicht ab und blieben in Wasser gleichmäßig dispergiert, ohne zu klumpen. Die wäßrigen Dispersionen wurden zu seidenpapierdünnen Handmustern (3-4 g/m²) gegossen, entwässert und getrocknet. Die Flächengebildemuster wurden auf Pulpeklumpen untersucht. Es wurde gefunden, daß die Muster feinkörnig und gleichförmig waren und wenige oder keinen Klumpen enthielten, was auf die hohe Qualität der pulpeähnlichen Fibride hindeutet. Klumpen können verknotete Filamente oder festes Polymer sein, das sich der Fibrillierung während des Spinnens entzogen hat.
Die durch Rasterelektronenmikroskopie gemessenen Fibriddurchmesser betrugen 1-20 Mikrometer bei sehr wenigen Teilchendefekten. Nach dem Kajaani-Verfahren wurde eine durchschnittliche Länge von 0,47 mm für die pulpeähnlichen Fibride ermittelt. Die pulpeähnlichen Fibride hatten einen Freeness-Wert von 773 ml, gemessen mit einer Schopper-Riegler-Apparatur.
Vor der Herstellung von Bögen wurden die pulpeähnlichen Fibride geöffnet, indem das benötigte Gesamtgewicht an Wet-Lap-Block in einen gewöhnlichen 0,95-Liter(1-Quart)-Haushaltsmischer, der zu etwa 3/4 mit Wasser gefüllt war, gegeben und bei mittlerer Geschwindigkeit 1-2 Minuten lang gemischt wurde, so daß keine Klumpen oder Fäden vorhanden waren. Insgesamt 2,8 g Bestandteile wurden verwendet, um Flächengebilde mit nominal 2,0 Unzen/Yard² Flächengewicht 20,3 cm mal 20,3 cm (8 mal 8 Inch) herzustellen. Handmuster, die aus der Pulpe bestanden, wurden in einer Standard-Deckle-Box gegossen. Die pulpeähnlichen Fibride (die in Form einer verdünnten Aufschlämmung zugeführt wurden) wurden in der Deckle-Box mit 10 Liter Wasser vorsichtig vermischt. Ein Vakuum wurde angelegt, welches das Formen der Flächengebilde auf einem abnehmbaren Drahtsieb ermöglichte. Durch leichtes Auspressen des Flächengebildes und des Drahtsiebs zwischen zwei Schichten Löschpapier unter Verwendung einer Noble-and-Woods-Bogenpresse fand eine weitere Entwässerung statt. Das Drahtsieb wurde abgelöst und durch ein frisches Blatt Löschpapier ersetzt, das Papierbogen-Sandwich erneut ausgepreßt und der Bogen dann entfernt und zwischen frischen Löschpapierschichten getrocknet.
Die pulpeähnlichen Fibride (P) wurden alleine oder in Kombination mit folienartigen Poly(m-phenylenisophthalamid)fibriden (F) und/oder Poly(m-phenylenisophthalamid)-Stapel-Floc (5) verwendet. Die folienartigen Fibride wurden gemäß dem von Gross, US-A-3 756 908, offenbarten Verfahren hergestellt, wobei diese Offenbarung hiermit durch Inbezugnahme aufgenorrimen ist, und hatten eine durchschnittliche Kajaani-Länge von 0,25 mm und einen Schopper-Riegler-Freeness-Wert von 330 ml. Das Stapel-Floc wurde gemäß dem von Alexander, US-A-3 133 138, offenbarten Verfahren hergestellt, wobei diese Offenbarung hiermit durch Inbezugnahme aufgenommen ist, und hatten eine Schnittlänge von 6 mm und hatten einen dtex-Wert von 2,22 (2 Denier) pro Filament.
Die pulpeähnlichen Fibride, die folienartigen Fibride und/oder das Stapel-Floc wurden vor dem Anlegen von Vakuum zusammen in einer Deckle- Box vermischt. Proben der Flächengebilde wurden 1 Minute lang bei 70,4 kg/cm² (1000 psi) auf einer Farrel-Watson-Stillman-Presse, Modell Nr. 9175-MR, heißgepreßt Die Flächengebilde wurden auf Flächengewicht, dielektrische Festigkeit, Porosität, Bruchdehnung (Elong-b), Modul und Dichte getestet. Die Flächengebildeeigenschaften sind in Tabelle III nachstehend angegeben. TABELLE III TABELLE III - FORTSETZUNG
* geschätzte Werte
Der Nutzen der Zugabe pulpeähnlicher Fibride wird durch diese Daten klar ersichtlich. Beispiel 13, mit 50 Gew.-% folienartigen Fibriden und 50 Gew.-% Stapel-Floc, repräsentiert Zusammensetzungen von im Handel erhältlichen Papieren.
Beim Vergleich der Beispiele 6 und 7 mit Beispiel 13 ist der dramatische Porositätsanstieg bei den Beispielen 6 und 7 zu beachten, der von guten dielektrischen Eigenschaften begleitet wird. Darüber hinaus sollte beachtet werden, daß die Papiere von Beispiel 6 und 7 eine hohe Dehnung und einen niedrigen Modul haben, verglichen mit denen von Beispiel 13. Die hohe Dehnung und der niedrige Modul, d.h. die hohe Flexibilität, ist für bestimmte Anwendung, bei denen ein Aufrollen des Papiers notwendig ist, von Vorteil. Da diese Papiere jedoch auch in hohem Maße porös sind, können sie mit Harzen oder Lacken gesättigt werden, um sie starrer zu machen. Deshalb sind diese Papiere vielseitiger. Die Sättigung mit Harzen oder Lacken ist im Stand der Technik auch als Verfahren zur Verbesserung von mechanischen und elektrischen Eigenschaften gut bekannt. Beispiel 9 veranschaulicht eine ternäre Mischung aus pulpeähnlichen Fibriden, folienartigen Fibriden und Floc mit verbesserter Porosität und dielektrischer Festigkeit. Diese Nutzen können mit einer Konzentration von 33% pulpeähnlichen Fibriden, 33% folienartigen Fibriden und 33% Floc erreicht werden. Jedoch neigen die folienartigen Fibride dazu, dem durch die pulpeähnlichen Fibride eingeführten Porositätsvorteil entgegenzuwirken (siehe die Beispiele 10, 14 und 16).
Die Porosität ungepreßter Flächengebilde ist für gepreßte Flächengebilde ein geeigneter Porositätsindikator, insbesondere wenn die Porosität bei gepreßten Flächengebilden sehr gering ist (hohe Porositätswerte, d.h. größer als 1800 Sekunden). Es wäre unzweckmäßig oder unpraktisch, einen Porositätsversuch über einen solch langen Zeitraum durchzuführen. Zusätzlich können für Flächengebilde mit hoher Porosität (niedrige Porositätswerten, d.h. weniger als 0,1 Sekunden) die Porositätsbestimmungen durch die praktische Möglichkeit, an diesen Punkten Zeitmessungen durchzuführen, kontrolliert werden.
Der Vergleich von Beispiel 11 mit Beispiel 12 zeigt, daß die Porositätsvorteile durch Austausch der folienartigen Fibride in einem Flächengebilde aus 25% folienartigen Fibriden und 75% Floc durch 25% pulpeähnliche Fibride erhalten werden können. Dielektrische Festigkeiten von mehr als etwa 200 sind kommerziell wichtig, und bei Papieren mit hoher Porosität können diese Werte durch Sättigung mit Harzen und Lacken erhöht werden.
Beispiel 15 zeigt ebenfalls die Porositätsvorteile, die erhalten werden, wenn pulpeähnliche Fibride zugegeben werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung von Subdenier-Faser aus isotropen Polymerlösungen, umfassend 1) Extrudieren eines Strahls einer isotropen Lösung eines Polymers durch eine Spinndüsenöffnung in eine Kammer, 2) Einbringen eines Druckgases in die Kammer, 3) Führen des Gases in der Flußrichtung von und in umgebendem Kontakt mit dem Strahl innerhalb der Kammer, 4) Leiten sowohl des Gases als auch des Strahls durch eine Öffnung in einen Bereich niedrigeren Drucks mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den Strahl zu schwächen und ihn zu Fasern zu fragmentieren, und 5) Inkontaktbringen des fragmentierten Strahls mit einem koagulierendem Fluid in dem genannten Bereich.

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Polymer in Lösung Polyacrylnitril ist.

3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Polymer in Lösung Poly(m-phenylenisophthalamid) ist.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Polymer in Lösung ein Copolymer aus 3,4'-Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam) ist.

5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Polymer in Lösung eine Mischung aus Poly(m-phenylenisophthalamid) und einem Copolymer aus 3,4'- Diaminodiphenylether und Isophthaloylbis(caprolactam) ist.

6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Bereich niedrigeren Drucks Luft bei Atmosphärendruck ist.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Gas, das mit dem Extrudat in der Kammer in Kontakt ist, Luft ist.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Subdenier-Faser in Form von Fasern, Vorgarnen oder Vliesstoffbahnen gesammelt wird.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das koagulierende Fluid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, Dimethylsulfoxid und Dimethylacetamid.

10. Das Verfahren nach Anspruch 1, worin die Polymerlösung etwa 12 bis 19 Gew.-% Poly(m-phenylenisophthalamid) enthält und das Gas Luft mit einem Druck von etwa 6 kg/cm² oder größer ist.

11. Das Verfahren nach Anspruch 10, worin die Polymerlösung etwa 12 bis 19 Gew.-% Poly(m-phenylenisophthalamid) in Dimethylacetamid-Lösungsmittel enthält.

12. Das Verfahren nach Anspruch 10, worin die Polymerlösung etwa 12 bis 19 Gew.-% Poly(m-phenylenisophthalamid) in einem gemischten Lösungsmittel aus Dimethylacetamid und Dimethylsulfoxid enthält.

13. Ein pulpeähnliches Poly(m-phenylenisophthalamid)-Fibrid mit einem Durchmesser von etwa 0,1 bis 50 Mikrometer, einer Länge von etwa 0,2 bis 2 Millimeter und einem Schgpper-Riegler-Freeness-Wert gemäß ISO-Standard 5267/1-1979(E) von etwa 100 bis 2000 Milliliter, wobei das Fibrid zur Bildung von 100gew.-%igen porösen Poly(m-phenylenisophthalamid) Flächengebilden in der Lage ist, und worin die Flächengebilde eine Porosität, gemessen gemäß dem TAPPI-Testverfahren T 460 om-88, von etwa 0,1 bis 200 Sekunden pro 100 Kubikzentimeter besitzen.

14. Ein naßabgelegtes Flächengebilde, das aus den Fibriden nach Anspruch 13 besteht und durch eine dielektrische Festigkeit von etwa 10 170 Volt pro g pro m² (300 Volt pro Unze pro Quadratyard) oder größer gekennzeichnet ist.

15. Das naßabgelegte Flächengebilde nach Anspruch 14, worin die gemäß dem TAPPI-Testverfahren T 460 om-88 gemessene Porosität etwa 0,1 bis 2,0 Sekunden pro 100 Kubikzentimeter beträgt.

16. Ein naßabgelegtes Flächengebilde, das etwa 5 bis 95 Gew.-% der Fibride nach Anspruch 13 enthält und durch eine dielektrische Festigkeit von etwa 10 170 Volt pro g pro m² (300 Volt pro Unze pro Quadratyard) oder größer gekennzeichnet ist.

17. Das naßabgelegte Flächengebilde nach Anspruch 16, worin die gemäß dem TAPPI-Testverfahren T 460 om-88 gemessene Porosität etwa 0,1 bis 2,0 Sekunden pro 100 Kubikzentimeter beträgt.

18. Ein naßabgelegtes Flächengebilde, das eine Zusammensetzung aus den Fibriden nach Anspruch 13, folienartigen Poly(m-phenylenisophthalamid)-Fibriden und POLY(m-phenylenisophthalamid)-Stapel enthält und durch eine dielektrische Festigkeit von etwa 10 170 Volt pro g pro m² (300 Volt pro Unze pro Quadratyard) oder größer gekennzeichnet ist.