DE8204133U1 - Spinnfaserprodukt, insbesondere spinnband oder spinnfaden - Google Patents

Description

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Spinnfaserprodukt, insbesondere Spinnbad oder Spinnfaden

Die Erfindung betrifft ein Spinnfaserprodukt, insbesondere Spinnband oder Spinnfaden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Unter Spinnfaser im Sinne dieser Anmeldung ist eine Faser begrenzter Länge zu verstehen, welche aus spinnbaren Polymeren besteht und zu Spinnfasergarn versponnen oder zu Filzen, Vliesstoffen, Watte, Füll- und Isoliermaterial verarbeitet wird. Ein Spinnband im Sinne dieser Anmeldung ist ein verziehbares Faserband, das aus im wesentlichen parallelen Spinnfasern besteht, die auf unterschiedliche Länge gerissen sind.

Als ultrafein oder feinsttitrig im Slase dieser Anmeldung wer= den Spinnfasern bezeichnet, deren Faserfeinheit kleiner als 1 dtex ist.

Das technische Wissen auf diesem Gebiet ist zusammenfassend dar gestellt in einem Aufsatz und Vortrag "Stand und Entwicklungsschwerpunkte auf dem Gebiet der Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen", der auf der 20. Internationalen Chemiefasertagung in Dornbirn/Österreich von 23. bis 25· September 1981 von Berger, Kammer, Dawczynski gehalten worden ist, nachfolgend "Vortrag" genannt.

Es ist nach diesem Vortrag (Seite 5 f.f.) bekannt, Matrix-Fibrillen-Filamente aus einer Polymer-Schmelzedispersion zu erspinnen. Gegenüber diesem öffentlich bekannten Wissen zielt die Erfindung darauf ab, ein Spinnfaserprodukt aus Matrix-Fibrillen-Filamenten zu schaffen, in dem die fibrilläre Komponente eine

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Längserstreckung hat, die ein Vielfaches der üblichen Stapellänge von Spinnfasern der Wolltype oder Baumwolltype beträgt, und bei dem die Fibrillen aus ihrer Matrix ohne aufwendige chemische Behandlung herausgelöst sind.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Spinnfaserprodukt bereitzustellen, das ultrafeine Spinnfasern enthält, aus dem feinsttitrige Stapelfäden herstellbar sind, und zwar mit möglichst geringem technischen und wirtschaftlichen Aufwand für die Trennung der Fibrillenkomponente aus der sie umgebenden Matrix.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1. Vorteilhafte Modifikationen des Spinnfaserproduktes nach Anspruch 1 sind in den nachgereihten Ansprüchen angegeben.

Die Unteransprüche 2 bis 5 richten sich auf bevorzugte Spinnmaterialien für die Anwendung als Fibrillen- oder Matrix- komponente und ihren Anteil in den ersponnenen Filamenten bzw. im Spirnfaserprodukt. Die Anteile der Spinnmaterialien im Polymerengemisch richten sich dabei insbesondere nach dem späteren Anwendungszweck des Produktes, beispielsweise danach, ob das erzeugte Spinnband direkt zu Spinnfäden für die Herstellung von Textilien oder dergleichen weiterverarbeitet werden soll. Andererseits kann die Zusammensetzung des Fasergemieches der • Spinnbänder aber auch noch in einer späteren Produktionsetufe durch Mischung Bit Spinnbändern anderer Zusammensetzung modifiziert werden.

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Hinsichtlich des erfindungegemäßen Produktes sei hervorgehoben,

j daß eich dieses dadurch auszeichnet, daß es in statistischer

Verteilung einen großen und vorzugsweise überwiegenden Anteil ultrafeiner Spinnfasern enthält, welche in besonderer Weise

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die textlien Eigenschaften wie Aussehen, Griff, Volumen, Saugfähigkeit, Atmungsfähigkeit etc. beeinflussen.

Das erfindungsgemäße Produkt zeichnet sich aber insbeeondere auch dadurch aus, daß neben ultrafeiaen Spinnfasern der verschiedenen Polymerkomponenten noch zusammenhängende Mehrkomponentenanteile vorhanden sind, bei denen die fibrillären Anteile als Einschlüsse in den Matrixanteilen vorliegen und die häufig in Längsrichtung der Fasern Bruchzonen und Hiase zwischen den unverträglichen Komponenten aufweisen, die bis an dis Oberfläche reichen können. Diese letzteren Anteile bewirken dann Effekte, wie sie bei Hohlfasern beobachtet werden.

Durch die beschriebene Zusammensetzung unterscheidet sich das Spinnfaserprodukt von den bisher bekannten Matrix-Fibrillen-Fasern, die insbesondere durch physikalisch-chemisches Herauslösen der Fibrillen aus der Matrix-Struktur gewonnen werden und die infolge des Lösens der Matrix-Struktur mittels eines .geeigneten Lösungsmittels keine Faseranteile dieser Matrix-Polymerkomponente aufweisen.

Die Erfindung geht davon aus, daß als Matrix- und Fibrillenkomponenten verspinnbare Thermoplaste verwandt werden, die chemisch nur eine sehr geringe Affinität besitzen, so daß είβ nach dem Verspinnen bei ihrer Abkühlung unter den Schmelzpunkt an den Phasengrenzen keine oder nur eine technisch unbedeutend geringe Benetzung haben, weshalb praktisch keine feste gegenseitige Haftung der Komponenten vorliegt. Solche Thermoplaste, die im Sinne dieser Anmeldung als unverträglich bezeichnet werden, führt man nach getrenntem Aufschmelzen in Volumenströnen, die dem später erwünschten Mischungsverhältnis der Komponenten

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in dem Spinnfaserprodukt entsprechen, genau dosiert zusammen und leitet sie vor dem Auspressen aus Spinndüsen durch einen mehrstufigen statischen Mischer hindurch, in dem die Schmelzeströme mehrfach in dünne Schichten aufgespalten, räumlich umgeschichtet, dabei vermischt und dann wieder vereinigt werden. Hinter der Mischzone führt man den Schmelzestrom, in dem die fibriliäre Phase äes einen Polymers dispers, ä-h. in der Matrix-Phase des anderen Polymere verteilt vorliegt, durch eine Beruhigungszone. An die Beruhigungszone Bind die Spinnköpfe angeschlossen. Das Polymergemisch wird hier durch Spinndüsen ausgepreßt und zu einer Vielzahl von Matrix-Fibrillen-Filamenten versponnen, die unterhalb der Spinndüsen abgekühlt und nach ihier Avivierung gebündelt und verstreckt werden, und zwar so, daß das maximale Verstreckungsverhältrie der niedriger verstreckbaren Komponente nichi erreicht wird. Das Filamentkabel durchläuft sodann eine Stauchkräuselvorrichtung, um es für den Einzug in ds.·? Einzugslieferwerk der nachfolgenden Prozeßstufe griffiger zu machen, und wird in Spinnkannen abgelegt. In einer folgenden Prozeßstufe wird das Filamentkabel der Matrix-Fibrillen-Filamente in einem Eeißkonverter nachverstreckt und unter mechanischer Auffibrillierung in mehreren Stufen gerissen, um ein Spinnband gemäß Anspruch 1 zu erzeugen, das aus einem Gemisch ultrafeiner Spinnfasern der gemeinsam ausgesponnenen Polymerkomponenten und noch teilweise zusammenhängender Mehrkomponentenanteile besteht.

Die Herstellung des Spinnfaserproduktes nach dem beschriebenen Verfahren bietet den Vorteil, daß keine kompliziert gestalteten Spinndüsen zum Ausspinnen der Mehrkomponentenfäden erforderlich sind und daß zum Herauslösen der Fibrillen aus den Matrix-Fibril-1en-Filamenten keine chemiechen Lösungsmittel eingesetzt werden.

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Dies erreicht man dadurch, daß die ersponnenen Matrix-Fibrillen-Strukturen der unverträglichen Polymerkomponenten durch Reißen mechanisch weitgehend getrennt und auf die gewünschte Stapellänge gebracht werden.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung det> erfindungsgemäßen Spinnfaserproduktes anhand der Zeichnung erläutert«.

Es zeigen:

Fig. 1 den sehematisehen Aufbau einer Anlage zum Spinnen von Matrix-Fibrillen-Filamenten und einem Reißkonverter zur Erzeugung eines Spinnbandes in einer zweiten Prozeßstufe;
Fig. 2 einen Querschnitt eines Matrix-Fibrillen-Filamentes

mit angedeuteten Bruchlinien (stark vergrößert); Fig. 3 das durch den Reißprozeß in unterschiedliche

Anteile aufgespaltete Matrix-Fibrillen-Filament mit herausgelösten ultrafeinen Faseranteilen. 20

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Faserspinnanlage besteht im Extrusionsteil - ähnlich wie eine Bikomponentenspinnanlage aus zwei Extrudern 1, 2 zum Aufschmelzen und Liefern zweier homogener Schmelzeströme der beiden, im wesentlichen unverträglichen, hochpolymeren Thermoplaste, wie beispielsweise Polypropylen und Polyamid 6 oder dergleichen. Die Extruder 1, 2 sind insofern von-• einander unabhängig, daß jeweils die günstigsten Temperaturen und Drücke für die Extrusion der jeweiligen Thermoplaste gefahren und die für die gewünschte Fördermenge günstigste Schneckendrehzahl eingestellt werden kann. Im übrigen unterscheiden sich die beiden Extruder 1, 2 hinsichtlich Schnitzelzufuhr, einer eventuellen Inertgasabschiraung, Entgasung oder einer ebenfalls nicht

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dargestellten Schmelzefiltration nicht von Spinnextrudern üblicher Bauart.

Die an die Ausstoßzone der Extruder 1, 2 angeschlossenen Schmelzekanäle 3i ^i in welchen vorzugsweise jeweils eine Dosierpumpe oder ein Drosselventil zur Einstellung der gewünschten Ausstoßleistungen und zur Druckanpassung liegt, sied in einem Hosenstück 5 vereinigt und bilden von dieser Stelle an einen gemeinsamen Schmelzekanal 6, der zu des Spinnkopf 7 oder über ein geeignetes Schmelzeverteilersystem •zu mehreren Spinnstellen führt. In dem gemeinsamen Schmelzekanal 6 ist eine mehrstufige statische Mischeinrichtung 8 angeordnet, um die verschiedenen, im wesentlichen unverträglichen Polymerströme miteinander zu vermischen. Derartige statische Mischer 8 sind beispielsweise aus der einschlägigen Fachliteratur (Chem.-Ing.-Techn. 51, 1979, Nr. 5, Seite 3^7 bis bekannt.

In einer Faserspinnanlage nach Fig. 1 wurde eine statische Mischeinrichtung 8 des Typs "Multiflux" mit einer Mischstufenzahl zwischen fünf und fünfzehn verwandt, wobei eine Abhängigkeit der genauen Anzahl der Mischstufen von den speziellen Betriebsund Stoffparametern festgestellt wurde, die für den Einzelfall durch Versuche ermittelt werden muß. Im Anschluß an die Mischzone 8 dee gemeinsamen Schmelzekanals 6 ist eine Beruhigungszone vorgesehen, in welcher der Schmelzestrom Gelegenheit hat, Deformationen infolge der Dehungs- und Scherbeanspruchung beim Durchfluß durch den statischen Mischer 8 abzubauen.

Am Ende des gemeinsamen Schmelzekanals 6 befinden sich die Spinneteilen mit den Spinnköpfen 7· Der Schmelzestrom wird hier durch die Düsenplatte vertikal nach unten ausgepreßt und wie

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beim üblichen Schmelzspinnprozeß zu Matrix-Fibrillen-Fila-■enten 9 versponnen* Unterhalb der ßpinnköpfe 7 werden die erzeugten Filamente 9 mit Kühlluft angeblasen und gleichmäßig abgekühlt. Danach wird eine Spinnpräparation aufgetragen. Die Fadenschar wird nun zusammengefaßt und über eine horizontale Abzugs- oder ümlenkgalette 10 zur Verstreckung in ein Umschlingungsstreckwerk 11 geführt. Dieses besteht im einfachsten Fall aus einem ersten Lieferwerk 12, einer Hsizzone - beispielsweise einer Heißluftstrecke 13 - und einem Abzugswerk 1Ί·. Das Lieferwerk 12 und das Abzugswerk 1*f sind dabei ähnlich ausgeführt und - je nach Kapazität der Anlage und der aufzubringenden Verstreckkräfte - als Trios, Quintette oder ggf. als Septette ausgebildet.

Es sei erwähnt, daß sich das dargestellte Streckwerk 11 bei der Verstreckung von im wesentlichen Polyolefine enthaltenden Filamenten gut bewährt hat und daß zur Verstreckung anderer Polymerkombinationen modifizierte, beispielsweise mehrstufige Streckwerke oder gegebenenfalls Streckwerke für eine Einzelverstreckung günstiger angewandt werden.

Am Ausgang des Streckwerkes 11 wird die Fadenschar bzw. das Spinnkabel 15 in einer nicht dargestellten Stauchkräuselkammer gekräuselt und in eine Spinnkanne 16 abgelegt und dort zwischengespeichert.

• In einer nachfolgenden Behandlungsstufe werden aus mehreren vollen Spinnkannen 16 Spinnkabel 15 entnommen und gemeinsam einem 2eßkonverter 17 vorgelegt. Ein geeigneter Reißkonverter wir-i beispielsweise von der Firma Seydel & Co. in Bielefeld gebaut, und zwar der Typ 770 als Kurzstapel-Eeißkonverter. Eine solche Maschine hat sich für die mechanische Auffaserung der Matrix-Fibrillen-Filamente 9 und die Erzeugung eines Spinnbandes ZS mit

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einstellbaren, mittleren Stapellängen zwischen 28 und 35 ^m Länge sehr gut bewährt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht ein derartiger Reißkonverter 1? beispielsweise aus einem Lieferwerk 18, einer Heizeinrichtung 19* weiteren, mit unterschiedlicher, stufenlos einstellbarer Geschwindigkeit antreibbaren Streckwalzen 20, 21 zum mehrstufigen Vordehnen der Spinnkabel I5 und der eigentlichen Beißzone 22 zwischen zwei Klemmwalzenpaaren 23 und Zh, deren Distanzweite einstellbar ist. Am Ende des Beißkonverters 17 ist noch eine mit 25 bezeichnete Stauchkräuselvorrichtung zur Kräuselung des Spinnbandes 26 angeordnet, hinter der das Spinnband in eine Spinnkanne 16 abgelegt wird. Von hier kann es dann weiterverarbeitet werden, beispielsweise einer Ringspinn · oder einer Offenendspinnmaschine vorgelegt werden, Um Spinnfäden herzustellen.

Bezüglich weiterer Einzelheiten der Arbeitsweise des Reißkonverters zum mechanischen Trennen der Matrix-Fibrillen-Struktur&n wird auf die Literaturstelle "Reißkonvertierung" in Chemiefa- j sern, Nov, 1981, Seite 818 bis 828 verwiesen. |

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Jig. 2 zeigt den Querschnitt eines Matrix-Fibrillen-Filamentes 9 f aus Polypropylen und Polyamid 6 schematisch in starker Vergrößerung. (i Es ist zu erkennen, daß das Polyamid 6 als Fibrillenkomponente 27 in der Polypropylen-Matrix 28 dispers verteilt vorliegt, und zwar f in einer statistischen Verteilung hinsichtlich Querschnitt und jj Lage der fibrillären Anteile des Filamentquerschnitts. Weiterhin I • sir-d mit 29 und 30 Bruchlinien angedeutet, längs derer das FiIa- f ment 9 bei der mechanischem Beanspruchung auf dem Beißkonverte'" 17 auffibrilliert wird. Dabei verbinden die Bruchlinien 29 > 30 insbesondere die im Querschnitt gesehen größten Inselbereiche der fibrillären Komponente 27, da diese Einlagerungen zu den größten Kerbbeanspruchungen des Filamentquerschnittes führen und das Matrix-Fibrillen-Filament 9 hier erhebliche Schwachstellen aufweist. Die Bruchlinien 29, 30 verbinden mehrere solcher Insel- _έ bereiche Beieinander. I

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Fig. 3 zeigt die aufgefaserten Komponenten eines Matrix-Fibrillen-Filamentes 9 nach Fig. 2, die das Spinnfaserprodukt erfiDduagEgemäß kennzeichnen. Eb läßt sich erkennen, daß dieses im wesentlichen aus reinen Polyamidfibrillen 27 (mit feinverteilten Einlagerungen aus Polypropylen), gegebenenfalls aus reinen Polypropylen-Matrixfaseranteilen 28, und aus Bikomponentenstrukturen 3I besteht, die an ihren Rändern sehr unregelmäßig ausgebildet sind, weil sich die an den Bruchlinien 29 und 30 befindlichen Polyamidfibrillen 27, die keine Haftung zur Matrixkoraponente 28 haben, herausgelöst haben. Ss sei jedoch erwähnt, daß die in Fig. 3 in einer "Explosionsdarstellung" völlig getrennt nebeneinander gezeichneten Faseranteile in Längsrichtung der Filamente 9 tatsächlich oft noch Verbindungsstellen aufweisen, so daß ein lockerer, netzwerkähnlicher Verbund innerhalb der Filamente 9 bestehen bleibt. Schließlich ist zu erkennen_v daß die herausgelösten Fibrillen 27 unterschiedliche Querschnitte haben, die alle aber höchstens nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Filamentquerschnittes des verstreckten Matrix-Fibrillen-Filamentes 9 gemäß Fig. 2 ausmachen. Die beim Kurzfaserreißen festgestellten Faserquerschnitte liegen dabei insbesondere zwischen 0,01 und 3 dtex. Sie liegen in einer statistischen Verteilung vor.

Es ist aber auch zu erkennen, daß dort, wo die fibrilläre Komponente 27 in der Matrix-Struktur 28 sehr fein verteilt vorliegt, eine Rißbildung während der mechanischen Beanspruchung des Ver-' streck- und Reißprozesses seltener vorkommt als bei größeren Einschlüssen. Deswegen soll beim Mischen der Polymerströme durch Aufteilung in diskrete Schichten und räumliches Umschichten der Dispereionsgrad durch die Wahl der Anzahl der statischen Mischeinrichtungen 8 sowie durch die Län,ge der nachfolgenden Beruhigungszone beschränkt werden, und zwar abhängig von der Polymerkombination und den Spinnbedingungen.

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Schließlich sei erwähnt, daß es auch die Bereiche von Matrix-Fibrillen-Filamenten 9 gibt, in denen die Bruchlinien in Längsrichtung nicht vollständig durchlaufen und zum Aufspeißen und
Herauslösen der Fibrillenkomponente 27 geführt haben, insbeson-5 dere, wenn die fibrilläre Komponente 27 fein verteilt vorliegt. Solche Risse oder Bruchlinien führen jedoch zu vorteilhaften

p textiltechnischen Effekten, die denen, die bei Hohlfasern beobachtet werden, ähnlich sind und auf Kapillarwirkungen und die
Oberflächenvergrößerung der Mehrkomponentenstrukturen zurückzuführen ßind. Hinsichtlich der textiltechnischen Eigenschaften der Stapelfasern ergibt eich aus solchen inneren Riesen eine gewisse Porosität, die zu einem guten Feuchtigkeitstransport führt. Die Fasern eignen sich daher besonders gut zum Einsatz für Sport- und Freizeitbekleidung und dergleichen.

Claims (1)

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   Ansprüche

   1. Spinnfaserprodukt, insbesondere Spinnband oder Spinnfaden, bestehend aus einer Vielzahl von Spinnfasern unterschiedlicher Polymerer, von denen eine Vielzahl von Spinnfasern einen Einzeltiter Ton veniger als 1 dtex hat,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Spinnfasern einen Einzeltiter von 0,01 bis J> dtex, • insbesondere von 0,01 bis 1,7 dtex, in statistischer Verteilung haben und

   zu einem Anteil aus Spinnfasern des Polymers A, zu einem «eiteren Anteil aus Spinnfasern des Polymers B und zu einem weiteren Anteil aus Spinnfasern mit einer Bikomponentenstruktur der Polymeren A und B bestehen, wobei A und B Polymere sind, die Chemisch nicht affin sind und in ihrer festen Phase an den Phasengrenzen nur eine geringe gegenseitige Benetzbarkeit besitzen.

   2. Spinnfaserprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Polymer A Polypropylen ist.

   3. Spinnfaserprodukt nach den Ansprüchen 1 and 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Gesamtanteil des Polvaers A im Spinnband oder Spinnfaden mehr als die Häute, vorzugsweise mehr als zwei Drittel vom Volumen, beträgt.

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   k. Spinnfaserprodukt nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Polyeer B Polyamid, vorzugsweise Polyaaid 6, ist und die Spinnfasern des Polymers als aus eines Matrix-Fibrillen-Filament (9) herausgeloste Fibrillen (2?) vorliegen.

   5- Spinnfaserprodukt nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Polymer h Polyester, vorzugsweise Polyäthylenterephthalat, ist und die Spinnfasern des Polymers als aus einem Matrix-Fibrillen-Fil&öient (9) herausgelöste Fibrillen (27) vorliegen.

   6. Spinnfaserprodukt nach Anspruch k oder 5» dadurch gekennzeichnet,

   daß die Fibrillen (27) durch mechanische Beanspruchung aus den Matrix-Fibrillen-Filamenten (9) herausgelöst sind.

   7. Spinnfaserprodukt, insbesondere gerissenes Spinnband, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch

   ein Stapeldiagramm mit Faserlängen von 25 am bis 60 mm Länge, insbesondere mittleren Faserlängen zwischen 28 und 35 mm Länge.

   -8. Spinnfaserprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,

   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Spinnfasern eine Kräuselung aufweisen.

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   9· Spinnfaserprodukt nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

   daß zumindest die Spinnfasern, die aus dem Polymeren A der Matrixkomponente bestehen, einen über die Länge geeehen sehr unregelmäßigen und von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen.

   10. Spinnfaserprodukt nach mindestens einem der

   Ansprüche 1 bis 9»

   dadurch gekennzeichnet,

   daß eine Mehrzahl von Spinnfasern mit Bikomponentenstruktür der Polymeren A und B it. Längsrichtung gesehen Bisse oder Bruchlinien an Phasengrenzen der Polymeren aufweist.