DE69323889T2

DE69323889T2 - Schmelzgeblasener vliesstoff

Info

Publication number: DE69323889T2
Application number: DE69323889T
Authority: DE
Inventors: Robert Robson Bayton Tx 77520 Buntin; Fumin Knoxville Tn 37916 Lu; Mancil Wood Luttrell Tn 37779 Milligan
Original assignee: University of Tennessee Research Foundation
Current assignee: University of Tennessee Research Foundation
Priority date: 1992-10-14
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: EP0664842B1; WO1994009200A1; US5273565A; DE69323889D1; HK1014037A1; TW252157B; CA2147176A1; EP0664842A1; JPH08502790A; CN1052518C; CN1087393A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige, schmelzgeblasene Gewebe mit verbesserten Eigenschaften. In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein schmelzgeblasenes Filter, das zur Filtration von Gasen wie zum Beispiel Luft nützlich ist.
Schmelzgeblasene Vliesgewebe werden mit dem Schmelzblaseprozeß hergestellt, bei dem ein thermoplastisches Harz durch eine Reihe eng voneinander beabstandeter Öffnungen stranggepreßt wird, um eine Mehrzahl von Polymerfilamenten (oder Fasern) auszubilden, während konvergierende Schichten aus schneller Heißluft Widerstandskräfte auf die Filamente übertragen und sie auf Mikrodurchmesser herunterziehen. Die Mikrofasern werden auf einen Sammler oder Förderer geblasen, wo sie verschlungen und aufgefangen werden und ein integriertes Vliesgewebe bilden. Die durchschnittliche Durchmessergröße der Fasern in dem Gewebe liegt zwischen etwa 0,5 und etwa 20 Mikron. Integrität oder Stärke des Gewebes ist abhängig von der mechanischen Verschlingung der Fasern sowie von der Faserverklebung.
Schmelzgeblasene Gewebe sind aufgrund ihrer Mikrodenier-Faserstruktur hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet. Die folgenden Gewebeeigenschaften sind in diesen Anwendungen wichtig:
(a) Gewebeberstfestigkeit;
(b) Packungsdichte;
(c) Gewebereißfestigkeit; und
(d) Gewebereißdehnung
Für Filteranwendungen sollte das schmelzgeblasene Gewebe außerdem eine hohe Filtrationswirksamkeit mit angemessener Luftdurchlässigkeit aufweisen.
Wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird, betrifft die vorliegende Erfindung ein schmelzgeblasenes Gewebe, das die obengenannten Eigenschaften aufweist. Das erfindungsgemäße Gewebe kann mit einer Vielzahl von Prozessen hergestellt werden, der bevorzugte Prozeß beinhaltet jedoch das Aufbringen eines Kreuzstroms, wie im US-Patent 5,075,068 beschrieben ist.
Literaturquellen, die das dem Sammler vorgeschaltete Aufbringen irgendeines Mediums auf den Luft-/Faserstrom eines Schmelzblaseprozesses offenbaren, sind u. a. die US- Patente 3,806,289, 3,957,421, 4,594,202 und 4,622,259. Keine dieser Literaturquellen offenbart jedoch ein schmelzgeblasenes Gewebe mit den Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gewebes.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße schmelzgeblasene Gewebe weist einzigartige Eigenschaften auf, durch die es hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist, vor allem für Filtration und Absorbtionsmittel. Das Gewebe umfaßt Mikrofasern, die eine engere Fasergrößenverteilung und eine ausnehmend geringe Packungsdichte im Vergleich zu konventionellen schmelzgeblasenen Geweben aufweisen. (Die nachfolgend verwendeten Begriffe "Fasern" und " Fasergröße" schließen jeweils Fasern und/oder Filamente und Faserdurchmesser ein). Die vorliegende Erfindung sieht auch die Verwendung des neuartigen Gewebes als Gasfilter mit relativ hoher Luftdurchlässigkeit vor.
Gemäß einer allgemeinen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Gewebe aus thermoplastischen Fasern mit einer effektiven durchschnittlichen Fasergröße zwischen etwa 3 und 15 Mikron und einer Fasergrößenverteilung (CV) von weniger als 40. Das Gewebe ist ferner durch eine geringe Packungsdichte von weniger als 20%, vorzugsweise von 15% oder weniger gekennzeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Gewebe eine Berstfestigkeit von mehr als 50 kPa und vorzugsweise von mehr als 60 kPa auf. Das Gewebe weist außerdem eine gute Reißfestigkeit und Reißdehnung auf. Gemeinsam erhöhen alle diese Eigenschaften den Nutzen schmelzgeblasener Gewebe.
Gemäß einer spezifischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Gewebe ein Gasfilter, das eine hohe Filtrationswirksamkeit mit guter Luftdurchlässigkeit bietet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Schmelzblasevorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Gewebe hergestellt werden kann.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Seitenaufriß der Schmelzblasevorrichtung von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Fasergrößen- (Durchmesser-) Verteilung eines konventionellen schmelzgeblasenen Gewebes mit der eines erfindungsgemäßen schmelzgeblasenen Gewebes verglichen wird.
Fig. 4, 5 und 6 zeigen Diagramme, in denen die Packungsdichte des erfindungsgemäßen Gewebes mit der eines konventionellen Gewebes verglichen wird.
Fig. 7, 8 und 9 zeigen Diagramme, in denen die Luftdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen Gewebes mit der eines konventionellen Gewebes verglichen wird.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm, in dem die Gewebefiltrationswirksamkeit dem Faserdurchmesser schmelzgeblasener Gewebe gegenübergestellt wird.
Fig. 11 zeigt ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen Berstfestigkeit und durchschnittlichem Fasergrößendurchmesser dargestellt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN

Das schmelzgeblasene Gewebe der vorliegenden Erfindung kann mit dem/der im US-Patent 5,075,068 beschriebenen Prozeß und Vorrichtung hergestellt werden, dessen/deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, umfaßt die Schmelzblasestraße eine Strangpresse 10 für die Zuführung von geschmolzenem Harz zu einer Schmelzblasepreßform 11, die geschmolzene Polymerfilamente in konvergierende Heißluftströme strangpreßt. Der Filament-/Luftstrom wird auf einen Sammler oder ein Sieb 15 gerichtet, auf dem die Filamente unregelmäßig verschlungen aufgefangen werden und ein Gewebe 16 bilden. Das Gewebe 16 wird von dem Sammler 15 abgenommen und kann für Transport und Aufbewahrung aufgerollt werden. Die Schmelzblasevorrichtung enthält außerdem in der Preßform installierte Heizelemente 14 und eine Luftquelle, die über Ventileinlässe 13 mit der Preßform 11 verbunden ist. Die Luft wird durch nicht dargestellte Mittel erhitzt.
Wie besonders in Fig. 2 gezeigt wird, enthält die Schmelzblasepreßform 11 Gehäuseelemente 20 und 21, ein längliches, am Preßformgehäuse 20 befestigtes Nasenstück 22, sowie Luftplatten 23 und 24. Das Nasenstück 22 weist einen konvergierenden spitzen Preßformabschnitt 25 mit einem an der Spitze 26 endenden dreieckigen Querschnitt auf. In dem Nasenstück 22 ist ein zentraler länglicher Durchgang 27 ausgebildet, und eine Mehrzahl von Seite-an- Seite-Öffnungen 28 sind in die Spitze 26 gebohrt. Die Öffnungen haben im allgemeinen einen Durchmesser zwischen 100 und 1200 Mikron und sind eng voneinander beabstandet.
Die Luftplatten 23 und 24 definieren zusammen mit den Gehäuseelementen 20 und 21 die Luftdurchgänge 29 und 30. Die Luftplatten 23 und 24 weisen nach innen gewandte, konisch zulaufende Flächen auf, die zusammen mit den konisch zulaufenden Flächen des Nasenstücks 25 die konvergierenden Luftdurchgänge 31 und 32 definieren. Wie dargestellt ist, ist der Strömungsbereich jedes Luftdurchgangs 31 und 32 einstellbar. Geschmolzenes Polymer wird von der Strangpresse 10 durch die Preßformdurchgänge (nicht dargestellt) zum Durchgang 27 geführt und durch die Öffnungen 28 als ausströmende Seite-an-Seite-Mikrofilamente stranggepreßt. Primärluft wird von einer Luftquelle über Leitungen 13 durch die Luftdurchgänge geführt und als konvergierende Heißluftschichten auf gegenüberliegende Seiten der geschmolzenen Filamente abgegeben. Die konvergierenden Heißluftschichten übertragen Widerstandskräfte auf die Filamente, um sie von den Öffnungen 28 in Richtung der Filamentabgabe zu zieren oder zu strecken. Durch die Ausrichtung der Öffnungen (d. h. ihre Achsen) wird die Richtung der Filamentabgabe und der Winkel des Kontaktes der Primärluft auf den Filamenten bestimmt. Der Kontaktwinkel liegt zwischen 22,5 und 45. Der Öffnungswinkel des Nasenstücks 25 liegt zwischen etwa 45 und 90 Grad. Es ist zu beachten, daß die obige Beschreibung der Schmelzblasestraße nur der Veranschaulichung dient. Es können auch andere Schmelzblasestraßen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Kreuzstromlufteinrichtungen eingesetzt werden.
Die oben beschriebene Schmelzblasepreßform kann mit Luftkanälen 17 versehen sein, die dafür vorgesehen sind, Kreuzstromluft auf die stranggepreßten Filamente zu liefern. Durch die Verwendung der Kreuzstromluft wird ein einzigartiges schmelzgeblasenes Vliesgewebe produziert, das durch folgendes gekennzeichnet ist: geringe Packungsdichte (hohes Volumen), hohe Berstfestigkeit, enge Fasergrößenverteilung und hohe Luftdurchlässigkeit bei einem bestimmten durchschnittlichen Fasergrößendurchmesser. Diese Eigenschaften sind für eine Reihe von Anwendungen für schmelzgeblasene Gewebe wichtig, wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird.
Die Gründe für die einzigartigen Eigenschaften des erfindungsgemäßen schmelzgeblasenen Gewebes sind noch nicht völlig klar, man ist jedoch der Ansicht, daß sie zum Teil in der erhöhten Widerstandskraft begründet sind, die aus der Kreuzstromluft resultiert, wodurch das Herunterziehen der Faser verstärkt und die Fasergröße und Fasergrößenverteilung des Gewebes reduziert werden. Die Mechanismen, die mit der Kreuzstromluft verbunden sind, die die stranggepreßten Filamente kontaktiert, sind ausführlich im US-Patent 5,075,068 beschrieben.
Zwar kann das erfindungsgemäße Gewebe durch Schmelzblasen mit Kreuzstromluft hergestellt werden, doch ist zu beachten, daß das erfindungsgemäße Gewebe nicht auf eine bestimmte Herstellungsart beschränkt ist. Es können andere Prozesse durchgeführt oder entwickelt werden, die Gewebe mit den einzigartigen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung produzieren. Die Neuartigkeit der Erfindung liegt in der Struktur und in den Eigenschaften des Gewebes. Das erfindungsgemäße Gewebe ist somit gekennzeichnet durch reduzierte Fasergrößenverteilung, verringerte Packungsdichte (d. h. voluminöser) und höhere Filtrationswirksamkeit bei einer bestimmten Luftdurchlässigkeit. Alle diese Eigenschaften werden nachfolgend erörtert.
Enge Fasergrößenverteilung: Im Diagramm von Fig. 3 wird der Fasergrößendurchmesser eines konventionellen schmelzgeblasenen Gewebes mit dem eines erfindungsgemäßen schmelzgeblasenen Gewebes verglichen. Es ist zu beachten, daß die von A', B', C' definierte Hüllkurve weit enger ist (zwischen etwa 0,9 Mikron und etwa 4,2 Mikron) als die von. A, B, C für das konventionelle Gewebe definierte Hüllkurve (zwischen etwa 1, 5 Mikron und etwa 6, 9 Mikron). Die enge Fasergrößenverteilung des erfindungsgemäßen Gewebes resultiert in einem weit gleichmäßigeren Gewebe.
Die in Fig. 3 gezeigten Fasergrößendaten wurden optisch gemessen. Die in den Fig. 4 bis 11 gezeigten durchschnittlichen Fasergrößendaten wurden gemäß der Gleichung aus einer Schrift von Benjamin Y. H. Liu und Kenneth L. Rubow berechnet (nicht gemessen).
Dabei sind: C - Packungsdichte (Gewebegewicht/ Gewebevolumen/Dichte von PP)
D - effektiver durchschnittlicher Faserdurchmesser
u - Luftviskosität
V - Luftgeschwindigkeit durch das Gewebe
h - Gewebedicke
Δ P - Druckabfall (125 Pa)
K - hydrodynamischer Faktor (-0,5LnC-0,75+C- 0, 25C²)
a - eine von einer Probe mit bekanntem Durchmesser erhaltene Konstante. In diesem Fall wurden zwei REM-Bilder der Baseline-Probe aufgenommen und der durchschnittliche Faserdurchmesser gemessen.
C-Werte wurden durch Abwiegen trockener Probe (TM) und in Isopropylalkohol eingeweichter feuchter Probe (FM), die man vor dem Wiegen 30 Sekunden abtropfen ließ, erhalten und anschließend durch die folgende Gleichung berechnet
C = ((FM/TM)X1,147-0,147)&supmin;¹
h-Werte wurden mit der folgenden Gleichung berechnet
h = Gewebebasisgewicht/C/Dichte von PP
Dichte von PP = 0, 9012 (g/cm³)
Dichte von Isopropylalkohol = 0,7848 (g/cm³)
Die durchschnittlichen Fasergrößenwerte auf der Basis optischer Messung oder Berechnung gemäß dem obengenannten Verfahren korrelieren sehr gut. Die in den Fig. 4 bis 11 gezeigten Werte der durchschnittlichen Fasergröße und die in den Ansprüchen angegebenen basieren auf dem oben beschriebenen Rechenverfahren.
Die Fasergrößenverteilung eines bestimmten Gewebes kann als Variationskoeffizient (CV) auf der Basis individueller optischer Fasergrößenmessungen quantifiziert werden.
CV ist die Standardabweichung der gemessenen Fasern, dividiert durch die durchschnittliche Fasergröße der Probe. Bei konventionellen Geweben, die unter verschiedenen Bedingungen hergestellt werden (z. B. Polymerdurchsatz) lag der CV zwischen 46,5 und 60,4 Prozent. Bei dem erfindungsgemäßen Gewebe lag der CV bei entsprechenden Herstellungsbedingungen jedoch zwischen 33,9 und 38 Prozent.
Es ist zu beachten, daß die charakteristischen Kurven des schmelzgeblasenen Gewebes der vorliegenden Erfindung und der konventionellen schmelzgeblasenen Gewebe je nach dem verwendeten Polymer und den Prozeßbedingungen allgemein wie in Fig. 3 gezeigt verlaufen. Im allgemeinen haben die jeweiligen Kurven bei verschiedenen Werten entlang der Abszisse die gleiche allgemeine Form.
Packungsdichte: Die Packungsdichte ist eine wichtige Eigenschaft schmelzgeblasener Gewebe, da sie ein Maß für die Lockerheit oder Weichheit des Gewebes ist. Nachstehend erörterte Versuchsdaten legen außerdem nahe, daß die Packungsdichte zusammen mit der Fasergrößengleichheit die Luftdurchlässigkeit beeinflußt.
Die hierin als prozentualer Anteil ausgedrückte Packungsdichte wird als die Dichte des Gewebes, dividiert durch die Dichte des thermoplastischen Materials definiert, das in der Strangpresse verwendet wird.
In den Fig. 4, 5, und 6 werden Diagramme gezeigt, in denen die Packungsdichte dem durchschnittlichen Fasergrößendurchmesser konventioneller Gewebe und erfindungsgemäßer Gewebe unter verschiedenen Schmelzblasebedingungen (unten im Rahmen der Versuche beschrieben) gegenübergestellt wird. Bei einer durchschnittlichen Fasergröße über 3 Mikron lag die Packungsdichte bei entsprechender durchschnittlicher Fasergröße des erfindungsgemäßen Gewebes ausnahmslos unter der der konventionellen Gewebe, wobei die Differenz mit zunehmender durchschnittlicher Fasergröße größer wurde. Die Packungsdichtendifferenz ist im äußerst nützlichen Fasergrößenbereich (3 bis 12 Mikron) und dem am meisten bevorzugten Bereich (3 bis 10 Mikron) erheblich.
Wie aus den Diagrammen in den Fig. 4, 5 und 6 ersichtlich ist, variiert die Packungsdichte je nach den Schmelzblasebedingungen. Beim erfindungsgemäßen Gewebe und konventionellen Gewebe gibt es eine Überlappung der Packungsdichtewerte. Bei einem Leistungsparameter, der als das Verhältnis zwischen Packungsdichte und durchschnittlicher Fasergröße definiert wird, gibt es jedoch keine Überlappung - d. h. das erfindungsgemäße Gewebe weist laut Daten der Tabelle I überraschenderweise andere Werte auf. TABELLE I
Wie aus den Daten der Tabelle 1 ersichtlich ist, liegen die Verhältniswerte des erfindungsgemäßen Gewebes mit einem Fasergrößenbereich von mehr als 3 Mikron bei weniger als 2, wohingegen die Verhältniswerte des konventionellen Gewebes mit entsprechender Größe bei 2,0 oder darüber liegen. Vorzugsweise liegt das Verhältnis bei weniger als 1,9 und am bevorzugtesten bei weniger als 1,75, wobei der untere Wert des Bereiches bei 1,0, vorzugsweise bei 1,2 und am bevorzugtesten bei 1,3 liegt.
Die weniger dichten Gewebe der vorliegenden Erfindung haben ein dickeres, weicheres Gewebe mit dem gleichen Basisgewicht zur Folge.
Luftdurchlässigkeit: Eine überraschende und wichtige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Gewebes ist seine Luftdurchlässigkeit. Es ist bekannt, daß die Gewebefiltrationswirksamkeit (im Rahmen der Versuche beschrieben) abhängig ist vom Faserdurchmesser. In Fig. 10 wird gezeigt, daß die Filtrationswirksamkeit (F.E.) der erfindungsgemäßen Gewebe und der konventionellen Gewebe bei einer bestimmten durchschnittlichen Fasergröße etwa gleich ist (F.E. wird im Rahmen der Versuche definiert). Die in den Fig. 7, 8 und 9 graphisch dargestellten Daten zeigen jedoch, daß die Luftdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen Gewebes bei einer bestimmten durchschnittlichen Fasergröße innerhalb des Bereiches von Interesse (> 3-15 Mikron) wesentlich höher ist, vor allem im bevorzugten (3-12 Mikron) und im bevorzugtesten (> 3-10 Mikron) Fasergrößenbereich. Durch eine höhere Luftdurchlässigkeit ergibt sich natürlich ein höherer Luftdurchsatz oder ein geringerer Druckverlust bei einer bestimmten Filtrationswirksamkeit (F.E.)
Wie bei der Packungsdichte, gibt es zwischen dem erfindungsgemäßen Gewebe und dem konventionellen Gewebe eine Überlappung bei der Luftdurchlässigkeit. Auch hier wird der Unterschied bei der Luftdurchlässigkeitsleistung in einem Vergleich des Verhältnisses zwischen Luftdurchlässigkeit und durchschnittlicher Fasergröße ziemlich offensichtlich (siehe Tabelle II). TABELLE II
Die Daten aus Tabelle II zeigen, daß das Verhältnis zwischen Luftdurchlässigkeit und Fasergröße beim erfindungsgemäßen Gewebe wesentlich höher ist als das entsprechende Verhältnis beim konventionellen Gewebe.
Zusammenfassung: Nachfolgend werden die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gewebes mit denen des konventionellen Gewebes des Standes der Technik verglichen: Erfindungsgemäßes Gewebe
* Für den beanspruchten durchschnittlichen Fasergrößendurchmesserbereich
Andere Eigenschaften: Das erfindungsgemäße Gewebe sollte vorzugsweise auch die folgenden Eigenschaften haben:
Tests haben ergeben, daß die drei Eigenschaften (d. h. Berstfestigkeit, Reißdehnung und Reißfestigkeit), die oben für das erfindungsgemäße Gewebe beschrieben werden, bei vergleichbarer durchschnittlicher Fasergröße den konventionellen Geweben überlegen sind.
Durch die Kombination der einzigartigen Eigenschaften unterscheidet sich das erfindungsgemäße schmelzgeblasene Gewebe von konventionellen Geweben, außerdem werden sein Nutzen erhöht und seine Eignung für andere Anwendungen erweitert, die normalerweise nicht mit konventionellen schmelzgeblasenen Geweben verbunden sind.

HERSTELLUNG DES SCHMELZGEBLASENEN GEWEBES DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Wie oben erwähnt, kann das erfindungsgemäße Gewebe mit dem/der im US.-Patent 5,075,068 offenbarten Prozeß und Vorrichtung hergestellt werden. Bei einer solchen Herstellung werden die Kanäle 17 über und/oder unter den Preßformauslaß gelegt und auf die gewünschten Einstellungen "a", "b" und Winkel "A" gesetzt. Der Betrieb der Schmelzblasestraße wird so eingestellt, daß gleichbleibende Bedingungen erzielt werden. Die Kreuzstromluft wird dann über einen konventionellen Kompressor mit dem gewünschten Druck zu den Kanälen 17 geliefert. Ein paar geringfügige Einstellungen sind möglicherweise zur Erzielung optimaler Ergebnisse notwendig. Die Kanäle sind vorzugsweise so dimensioniert, daß sie Kreuzstromluft von wenigstens 60,9 m/s (200 fps) und vorzugsweise zwischen 91,4 m/s und 265,7 m/s (300 und 1200 fps) liefern.
Es ist zu beachten, daß die Luftkanäle jeder Schmelzblasepreßform hinzugefügt werden können. Die Preßform 11 kann z. B. der im US-Patent 4,818,463 oder im US-Patent 3,978,185 offenbarten entsprechen, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
Das erfindungsgemäße Gewebe kann aus einer Vielzahl von Thermokunststoffen hergestellt werden, einschließlich Polyolefine wie Ethylen und Propylen-Homopolymere, Copolymere, Terpolymere usw. Andere geeignete Materialien sind u. a. Polyester wie Poly-(Methyl-Methacrylat) und Poly- (Ethylen-Terephthat). Außerdem sind Polyamide wie Poly- (Hexamethylen-Adipamid), Poly-(Omega-Caproamid) und Poly- (Hexamethylen-Sebacamid) geeignet. Ebenfalls geeignet sind Polyvinyle wie Polystyrol und Ethylenacrylate einschließlich Ethylen-Acrylcopolymere. Polyolefine werden bevorzugt. Dazu gehören Homopolymere und Copolymere aus der Familie der Polypropylene, Polyethylene und andere, höhere Polyolefine. Die Polyethylene umfassen LDPE, HDPE, LLDPE, und Polyethylen mit sehr geringer Dichte. Es können auch Mischungen aus den obengenannten Thermokunststoffen verwendet werden. Es kann jedes thermoplastische Polymer verwendet werden, das durch Schmelzblasen zu feinen Fasern gesponnen werden kann.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Prozeß kann je nach dem ausgewählten Thermoplastmaterial und den erforderlichen Gewebe-/Produkteigenschaften eine breite Palette von Prozeßbedingungen eingesetzt werden. Es ist jede Betriebstemperatur des Thermoplastmaterials akzeptabel, solange die Materialien so aus der Preßform stranggepreßt werden, daß sie ein Vliesprodukt bilden. Ein akzeptabler Temperaturbereich für das Thermoplastmaterial in der Preßform und demzufolge die ungefähre Temperatur des Strangpressenkopfes um das Material liegt zwischen 176ºC und 482ºC (350-900 Grad Fahrenheit). Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 204ºC und 399ºC (400-750 Grad Fahrenheit). Für Polypropylen liegt ein besonders bevorzugter Bereich zwischen 204ºC und 343ºC (400-650 Grad Fahrenheit).
Es ist jede Betriebstemperatur der Luft akzeptabel, solange sie die Produktion eines brauchbaren Vliesproduktes zuläßt. Ein akzeptabler Bereich liegt zwischen 121ºC und 482ºC (250-900 Grad Fahrenheit).
Die Fließgeschwindigkeiten von Thermoplastmaterial und Primärluft können je nach dem stranggepreßten Thermoplastmaterial, der Entfernung der Preßform vom Sammler (gewöhnlich 15,24 cm bis 45,72 cm (6-18 Zoll)) und der eingesetzten Temperatur stark variieren. Ein akzeptabler Bereich des Verhältnisses zwischen Primärluft in Pfund und Polymer in Pfund liegt bei etwa 15-500, für Polypropylen gewöhnlicher bei 15-100. Typische Polymer- Fließgeschwindigkeiten variieren zwischen etwa 0,3 und 5,0 Gramm/Loch/Minute, vorzugsweise zwischen etwa 0,3 und 1,5.
In den folgenden Versuchen wird das erfindungsgemäße Gewebe mit konventionellen Geweben verglichen und es werden die verbesserten Eigenschaften demonstriert.

VERSUCHE

Serie I: Es wurden Versuche unter Verwendung einer Ein-Zoll-Strangpresse mit einer standardmäßigen Polypropylenschnecke und einer Preßform mit den folgenden Merkmalen durchgeführt:
Anzahl der Öffnungen 1
Öffnungsgröße (d) 0,381 mm (0,015 Zoll)
Öffnungswinkel des Nasenstücks 60º
Bügellänge 3,048 mm (0,12 Zoll)
Luftschlitze (von Luftplatten definiert) 2 mm Öffnung und 2 mm negative Rückstellung.
Andere Testgeräte, die in den Versuchen der Serie I verwendet wurden, waren u. a. ein halbkreisförmiger Luftkanal, der in seiner flachen Seite einen Längsschlitz aufwies. Die in den anderen Versuchen verwendeten Luftkanäle hatten die Form geschlitzter Rohre mit einem Durchmesser von 1 Zoll.
Die Harz- und Betriebsbedingungen waren wie folgt:
Harz 800 MFR PP (Sorte EXXON 3495G)
Preßformtemperatur 221ºC (430 Grad Fahrenheit)
Schmelztemperatur 221ºC (430 Grad Fahrenheit)
Primärlufttemperatur 237ºC (460 Grad Fahrenheit)
Primärluftgeschw. 16,5 NKFM pro Zoll Preßformbreite
Polymergeschwindigkeit 0,8 Gramm/Min.
Schlitzöffnung 0,762 mm (0,030 Zoll)
Gewebesammler Sieb 12 Zoll von Preßform
In den Tests dieser Serie lagen die Werte für "a", "b" und Winkel "A" (siehe US-Patent 5,075,068) jeweils bei 1 Zoll, 1-1/2 Zoll bzw. +30 Grad. Andere Versuche wurden mit einer Mehrfachlochpreßform, wie nachstehend beschrieben, durchgeführt:
Die Daten in Fig. 3 basieren auf Tests der Serie I.
Serie II: Andere Versuche wurden mit einer Mehrfachöffnungspreßform durchgeführt. Die Preßform hatte eine Breite von 71,12 cm (28 Zoll), wobei die Preßformöffnungen eine Breite von 50,8 cm (20 Zoll) aufwiesen und insgesamt 501 Löcher vorhanden waren. Der Durchmesser der Öffnungen betrug 0,38 mm mit einem Längen- /Durchmesser-Verhältnis von 1 : 10. Luftspalt und Preßformspitzen-Rückstellung betrugen 0,20 cm. Es ist zu beachten, daß die Preßform mit 50,8 cm (20 Zoll) in bezug auf Geometrie und Öffnungsabmessungen handelsüblichen Preßformen ähnelt und auch der Einzellochpreßform in unserem Labor gleicht. Für diese Studien wurde eine Kreuzstromvorrichtung mit einem 60,98 cm (24 Zoll) langen und 0,08 cm breiten Spalt konstruiert, der in ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 12,7 mm (0,5 Zoll) geschnitten war.
Die Daten in den Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 basieren auf Tests der Serie II.

Versuchsaufbau

Es wurde handelsübliches Homopolypropylen-Harz Exxon 800 MFR verwendet. Zunächst wurde eine Untersuchung der Variablen "a", "b" und "A" sowie der Primärluftgeschwindigkeit und Kreuzstromgeschwindigkeit durchgeführt, um die beste Konfiguration des Kreuzstromspaltes für die 20-Zoll-Preßformfläche zu bestimmen. Anschließend wurden Proben verarbeitet und unter den gleichen Bedingungen, mit oder ohne Kreuzstrom, aufgefangen.

Probenvorbereitung und Bewertung der Eigenschaften

In dieser Studie kamen die folgenden Verarbeitungsbedingungen zur Anwendung:
(a) Schmelztemperatur (265ºC)
(b) Primärlufttemperatur (271ºC)
(c) Primärluftgeschwindigkeit (m/s) - 100-290
(d) Kreuzstromluftgeschwindigkeit (m/s) - 70-140
(e) Durchsatz (g/Min./h) - 0,1-2,0
(f) DCD (cm) - 15-25
(g) Basisgewicht (g/m²) - 30-40
Es ist zu beachten, das jeder Gewebeherstellung ohne Kreuzstrom die Herstellung eines Gewebes mit Kreuzstrom folgte, so daß das auf diese Weise hergestellte Gewebepaar, mit Ausnahme des Kreuzstroms, die gleichen Verarbeitungsbedingungen aufwies.
Die Filtrationswirksamkeit (F.E.) wurde unter Verwendung eines automatisierten TSI-Filtertestmodells 8110 mit 6,16 · 10&supmin;³ Milligramm DOP (Dioctyl-Phthalat) pro cm³ (0,101 mg pro Zoll³) Luft als Quelle von Partikeln mit einem Durchmesser von 0,2 Mikron bestimmt. Es wurde eine Luftströmungsgeschwindigkeit von 24 Liter pro Minute eingesetzt, die an der Fläche des Materials zu einer Geschwindigkeit von 3,75 cm/Sek. führte.
Für die Bestimmung der Luftdurchlässigkeit (A.P.) gemäß ASTM-Testverfahren D 737-75 wurde ein Frazier- Luftdurchlässigkeitstester (Modell 5138) verwendet. Es wurde die Luftmenge ermittelt, die durch ein Gewebe bei einem Druckverlust von 12,7 mm Wassersäule strömt.
Die Berstfestigkeit, ein Maß der Kraft, die notwendig ist, um ein Gewebe mit einer im rechten Winkel auf das Gewebe aufgebrachten Belastung zu zerreißen, wurde mit einem Berstfestigkeitstester (Diaphragmatyp) gemäß ASTM- Norm 3786-80a getestet.
Reißfestigkeit und Reißdehnung wurden mit einer Instron-Tensile-Testmaschine (Tischmodell) gemäß ASTM- Testverfahren D 1682 ermittelt.

Versuchsergebnisse

Die Daten in Fig. 3 basieren auf Tests unter Verwendung einer Einlochpreßform. Die Versuche haben jedoch ergeben, daß die Mechanismen der Faserbildung im Schmelzblaseverfahren der Mehrfachlochpreßform denen der Einzellochpreßform ähnlich sind.
Die Gewebe, die in den Tests aus den Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 verwendet wurden, wurden unter Verwendung der Mehrfachöffnungspreßform wie folgt vorbereitet:
Harz - PP (Qualität Exxon 3495 G)
Preßformtemperatur 265ºC (510 F)
Primärlufttemperatur 271ºC (520 F)
DCD 25,4 cm (10 Zoll)

Claims

1. Schmelzgeblasenes Vliesgewebe, daß unregelmäßig verschlungene Fasern eines thermoplastischen Polymers umfaßt und die folgenden Eigenschaften aufweist:

(a) einen durchschnittlichen Fasergrößendurchmesser von 3,0 Mikron oder mehr.

(b) einen Variationskoeffizienten des Gewebefasergrößendurchmessers von 40% oder weniger;

(c) eine Packungsdichte von weniger als 20%; und

(d) ein Verhältnis zwischen Packungsdichte und durchschnittlichem Fasergrößendurchmesser von 2,0 oder weniger.

2. Schmelzgeblasenes Gewebe nach Anspruch 1, bei dem die Packungsdichte zwischen 5 und 15% liegt.

3. Schmelzgeblasenes Gewebe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Gewebe einen durchschnittlichen Fasergrößendurchmesser von mehr als 3 und nicht mehr als 10 Mikron und eine Packungsdichte von 7 bis 12% hat.

4. Schmelzgeblasenes Gewebe nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gewebe einen Variationskoeffizienten (CV) des Gewebefasergrößendurchmessers von 15 bis 40% hat.

5. Schmelzgeblasenes Gewebe nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Packungsdichteverhältnis dividiert durch den effektiven durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 1,3 und 1,75 liegt.

6. Schmelzgeblasenes Gewebe nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Thermoplast ein Homopolymer oder ein Copolymer eines Polyolefins ist.

7. Gasfilter, umfassend ein Gewebe aus schmelzgeblasenen Fasern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Filter eine Luftdurchlässigkeit von 15,24-91,44 m³/Min./m² (50 bis 300 ft³/Min./ft²) bei einem Basisgewicht von 34 g/m² oder mehr aufweist, wobei die Luftdurchlässigkeit bei einem Differenzdruck von 12,7 mm Wassersäule über dem Gewebe bestimmt wird.

8. Gasfilter nach Anspruch 7, bei dem das Verhältnis von Luftdurchlässigkeit zum durchschnittlichen Fasergrößendurchmesser zwischen 20 und 30 liegt.

9. Gasfilter nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der effektive durchschnittliche Fasergrößendurchmesser zwischen 3 und 10 Mikron liegt.

10. Gasfilter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der CV zwischen 30 und 40% liegt.