DE1934541A1 - Method and device for the production of staple fibers from thermoplastics - Google Patents
Method and device for the production of staple fibers from thermoplasticsInfo
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Description
Badiaehe Anilin- & Soda-Fabrik AGBadiaehe Anilin- & Soda-Fabrik AG
Unsere Zeichen: O.Z. 26 224 Ms/Fe 6200 Ludwigshaifeii» 7»7«1969Our symbols: O.Z. 26 224 Ms / Fe 6200 Ludwigshaifeii "7" 7 "1969
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stapelfasern aus thermoplastischen KunststoffenMethod and device for the production of staple fibers made of thermoplastics
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei die strangförmig kontinuierlich extrudierte Schmelze mit gasförmigen, dampfförmigen od er flüssigen Hilfsmedien unter Einwirkung von Schubspannungen zerfasert wird. Verfahren dieser Art sind in einer Reihe von Varianten bekannt. Da als Hilfsmedium meist Luft benutzt wird, sind diese Verfahren als aerodynamische Spinnverfahren bekannt. Sie unterteilen sich in zwei Untergruppen, und zwar einerseits Verfahren zur Herstellung von Fäden oder monofilen Endlosgarnen, die praktisch konstante Durchmesser haben, da aus einem Strang auch nur ein Faden entsteht, und andererseits Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern, die in ihren Durchmessern und Längen ein Spektrum aufweisen. Bei den bekannten Verfahren werden durchweg Schmelzenstränge unmittelbar nach dem Verlassen der Kanäle einer Spinndüse durch das Hilfsmedium (bzw. durch Fliehkräfte bei den Schleuderverfahren) zu Fasern gezogen, wobei aus einem Strang jeweils eine Faser entsteht.The present invention relates to a method for the production of staple fibers from thermoplastics, wherein the continuously extruded melt with gaseous, vaporous or liquid auxiliary media is frayed under the action of shear stresses. procedure of this type are known in a number of variants. Since air is mostly used as an auxiliary medium, these processes are known as the aerodynamic spinning process. You subdivide are divided into two subgroups, on the one hand processes for the production of threads or monofilament continuous yarns, which have practically constant diameters, since only one thread is made from one strand, and on the other hand processes for the production of staple fibers with a spectrum in their diameters and lengths. With the known Processes consistently melt strands immediately after the auxiliary medium leaves the channels of a spinneret (or by centrifugal forces in the centrifugal process) drawn into fibers, one fiber from each strand arises.
Bei den bekannten aerodynamischen Spinnverfahren wird der Kunststoff entweder in einem Schnecken-Extruder oder in einem druckbeaufschlagten Schmelzgefäß aufgeschmolzen und durch beheizte Rohrleitungen zur Stelle der Zerfaserung gefördert.In the known aerodynamic spinning process, the plastic is either in a screw extruder or in a melted and pressurized melting vessel and conveyed through heated pipes to the point of defibration.
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Dahinter werden die Fasern entweder in einem Behälter oder auf einem Band aufgefangen. In beiden Fällen kann zur Kühlung der Fasern Luft ein- bzw. aufgeblasen oder Wasser ein- bzw. aufgespritzt werden.Behind it, the fibers are collected either in a container or on a belt. In both cases it can be used for cooling air is blown in or blown into the fibers or water is injected or sprayed on.
Die bekannten Verfahren sind nicht frei von Nachteilen: Sei es, daß neben den Fasern pulverförmige Teilchen entstehen; sei es,-daß sich ein Teil der Fasern verklumpt; sei es, daß der spezifische Gas- oder Energieverbrauch unwirtschaftlich hoch ist; sei es, daß die erreichten Verstreckungsgrade und Reißdehnungen unzulänglich sind, oder sei es, daß die Verfahren zur Herstellung großer Mengen wenig geeignet sind.The known processes are not free from disadvantages: Be it that powdery particles are formed in addition to the fibers; be it, -that some of the fibers clump together; be it that the specific gas or energy consumption is uneconomically high; be it that the degrees of stretching and elongations at break achieved are inadequate, or it may be that the processes are unsuitable for the preparation of large quantities.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs definierten Art zu entwickeln, das mit den vorerwähnten Rachteilen nicht oder in erheblich geringerem Umfang belastet ist. Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, indem manThe object of the present invention was to provide a method of the type defined at the outset to develop that with the aforementioned parts of the revenge not or to a much lesser extent Extent is encumbered. It has been found that this object can be achieved by
1.) den strangförmigen geschmolzenen Kunststoff vor dem Austragen aus der Düsenmündung in der Fließrichtung des Kunststoffs bis zu einem Orientierungsgrad von wenigstens 25, vorzugsweise von wenigstens 50 $ vororientiert, indem man1.) the strand-like molten plastic before discharge from the nozzle mouth in the direction of flow of the plastic to a degree of orientation of at least 25, preferably of at least $ 50 pre-oriented by one
(ä) den Strang auf eine Temperatur bringt, bei der der Kunststoff eine Viskosität TJ, von 10 bis 10 cP, vorzugs-(ä) brings the strand to a temperature at which the plastic a viscosity TJ, from 10 to 10 cP, preferably
x 5
weise von 10 bis 10 cP hat, x 5
wise from 10 to 10 cP,
(b) dem Strang einen Querschnitt gibt, der einen hydraulischen Radius r von 0,05 mm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm hat,(b) gives the strand a cross-section which has a hydraulic radius r from 0.05 mm to 1 mm, preferably from 0.1 to Has 0.5 mm,
(ö) auf die Oberfläche des Stranges unter den Bedingungen gemäß (a) und (b) in der Fließrichtung des Stranges eine(ö) on the surface of the strand under the conditions according to (a) and (b) one in the direction of flow of the strand
Λ "" Q p Λ "" Q p
Schubspannung % von 10 bis 10 kp/m , vorzugsweise von.Shear stress% from 10 to 10 kp / m, preferably from.
ς- Q ρς- Q ρ
105 bis 10 kp/m entsprechend einer Schergeschwindigkeit ΛΓ von 10 bis 10 see" , vorzugsweise von 10 bis 10 see" einwirken läßt und'10 5 to 10 kp / m corresponding to a shear rate ΛΓ of 10 to 10 seconds ", preferably 10 to 10 seconds" and '
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—3 (d) den Strang über eine Zeitspanne t von 10 bis 1 see,—3 (d) the strand for a period t of 10 to 1 s,
—2 —1
vorzugsweise von 10 bis 10 see entsprechend einer Orientierungslänge 1 von 1 bis 100 mm, vorzugsweise von
2 bis 30 mm den Bedingungen gemäß (a), (b)"und (c) aussetzt
—2 —1
preferably from 10 to 10 seconds corresponding to an orientation length 1 from 1 to 100 mm, preferably from 2 to 30 mm, exposed to the conditions according to (a), (b) ″ and (c)
mit der Maßgabe, daß zwischen den Bedingungen gemäß (a) biswith the proviso that between the conditions according to (a) to
(d) die folgenden Zusammenhänge bestehen:(d) the following relationships exist:
T.t.r/l = 10° bis 105 kp . sec/m2, vorzugsweise 101 bis kp.sec/m undTtr / l = 10 ° to 10 5 kp. sec / m 2 , preferably 10 1 to kp.sec / m and
^.l.r = 10 bis 10 m.kp, vorzugsweise 10 bis 10 rn.kp, und daß man die vororientierten Schnielzenstränge mit einem Hauptstrom eines gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Hilfsmediums vorzugsweise außerhalb der Düse, nachdem die Stränge oder der Schlauch bereits durch angesaugtes oder zwangsweise zugeführtes Hilfsgas zum Teil abgekühlt sind, in einem Abstand von 5 bis 100" mm von der Düsenmündung durch Zerteilung vorwiegend parallel zur Fließrichtung zerfasert, indem der Hauptstrom des Hilfsmediums unter einem Winkel Q\ von 5 bis 85°, vorzugsweise von 10 bis 45°, mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 700 m/sec, vorzugsweise von 100 bis 400 m/sec, und einer Temperatur von 0 bis 700°C, vorzugsweise von 20 bis 2000C auf die Schmelzenstränge einwirkt.^ .lr = 10 to 10 m.kp, preferably 10 to 10 rn.kp, and that the pre-oriented Schnielzenstrangen with a main stream of a gaseous, vaporous or liquid auxiliary medium, preferably outside the nozzle, after the strands or the hose has already sucked or forcibly supplied auxiliary gas are partially cooled, frayed at a distance of 5 to 100 "mm from the nozzle orifice by splitting predominantly parallel to the direction of flow, by the main flow of the auxiliary medium at an angle Q \ from 5 to 85 °, preferably from 10 to 45 ° acts with a speed of 50 to 700 m / sec, preferably from 100 to 400 m / sec, and a temperature of 0 to 700 ° C, preferably from 20 to 200 0 C on the melt strands.
Die wesentlichsten Einflußparameter sind wie folgt definiert: Hydraulischer Radius = Verhältnis von Fläche zu Umfang desThe most important influencing parameters are defined as follows: Hydraulic radius = ratio of area to circumference of the
Strömungsquerschnitts der SchmelzeFlow cross-section of the melt
Sch^-ergeschwindigkeit T= 4.,'QVTTr = 4.Cg0, /r (nactl Hagen-Poiseu Ie) mit Q = Durchsatz und Cg0J1n. = mittlere Schmelzenges chw.ind igke i t.Shear rate T = 4., 'QVTTr = 4.Cg 0 , / r ( nactl Hagen-Poiseu Ie) with Q = throughput and Cg 0 J 1n . = average melting rate.
Schubspannung tT = T^ · X = p.r/2.1 mit ρ = Förderdruck der Schmelze bzw. f = 1^·X =4. Ή - Shear stress tT = T ^ X = pr / 2.1 with ρ = delivery pressure of the melt or f = 1 ^ X = 4. Ή -
Das Hilfsmedium der Zerfaserung kann nun entweder wie bei den bekannten Verfahren unmittelbar an der Mündung der Düse zur Wirkung gebracht werden oder vorzugsweise in einem bestimmtenThe auxiliary medium of the defibering can now either as in the known methods directly at the mouth of the nozzle for Effect can be brought about or preferably in a certain
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Abstand außerhalb der Düse. Diese besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schubspannung längs ihrer Wirkstrecke in ihrer Größe veränderlich ist, und zwar derart, daß sie in Fließrichtung der Schmelze zunimmt und mit ihrem Maximum erst außerhalb der Düse in einem Abstand von 5 bis 100, vorzugsweise von 10 bis 30 mm auf den bereits zum Teil abgekühlten Schmelzenstrang einwirkt. 'Distance outside the nozzle. This particular embodiment of the method according to the invention is characterized in that the magnitude of the shear stress is variable along its effective path, in such a way that it increases in the flow direction of the melt and at its maximum only outside the nozzle at a distance of 5 to 100, preferably acts from 10 to 30 mm on the melt strand, which has already partially cooled. '
Die verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst durch die Methode zur Erzielung der " Vororientierung gekennzeichnet. Die erste Methode, die SchubThe various configurations of the method according to the invention are first characterized by the method of achieving the "pre-orientation. The first method, the thrust
spannung t· gemäß (c) zu erzeugen, besteht darin, die gemäß (a) vorbereitete Schmelze mit einem Druck von 2 bis 300 atü, vorzugsweise von 5 bis 100 atü durch einen odei mehrere Kanäle zu fördern, die die Bedingung (b) erfüllen und vollständig von der Schmelze ausgefüllt werden. Die vororientierte Schmelze wird dann nach ihrem Austritt aus den Kanälen mit Gasstrahlen zu Pasern.zerblasen.To generate the voltage t according to (c) consists in the according to (a) prepared melt at a pressure of 2 to 300 atmospheres, preferably 5 to 100 atmospheres through one or more channels to promote that meet condition (b) and are completely filled by the melt. The pre-oriented melt is then blown to Pasern.zblasen with gas jets after they exit the canals.
Eine weitere Methode, die Schubspannungen T gemäß (c) zu erzeugen, besteht darin, die Schmelze flächig auszubreiten und durch Vorbeistreichen eines Hiltfsmediums auf einer Seite der flächig ausgebreiteten Schmelze zu fördern, wobei die Geschwindigkeit des Hilfsmediums 5 bis 500 m/sec, vorzugsweise 10 bis 300 m/sec beträgt und der filmförmige Strang die Bedingungen (b) zu erfüllen hat. Der Film wird dann mit demselben oder auch einem zusätzlichenHilfsstrom verfasert.Another method to generate the shear stresses T according to (c), consists in spreading the melt flat and by brushing an auxiliary medium on one side of the To promote flat spread melt, the speed of the auxiliary medium from 5 to 500 m / sec, preferably 10 to 300 m / sec and the film-shaped strand has to meet the conditions (b). The movie will then be with the same or an additional auxiliary stream.
Schließlich können die Schubspannungen T gemäß (c) auch dadurch erzeugt werden, daß die gemäß (a) vorbereitete Schmelze mit einem Druck von 2 bis 300 atü, vorzugsweise von 5 bis 100 atü durch einen oder mehrere Kanäle gefördert wird, die die Bedingung (b) erfüllen und vollständig von der Schmelze ausgefüllt werden und daß anschließend die aus den Kanälen austretenden, annähernd flächig ausgebreiteten Schmelzstränge ge-Finally, the shear stresses T according to (c) can also be generated in that the melt prepared according to (a) with a pressure of 2 to 300 atmospheres, preferably 5 to 100 atmospheres through one or more channels that the Fulfill condition (b) and be completely filled by the melt and that the subsequently emerging from the channels, approximately flatly spread out melt strands
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fördert werden durch VorbeistMchen eines Hilfsmediums auf einer Seite der flächig ausgebreiteten Schmelzenstränge, wobei die Geschwindigkeit des Hilfsmediums 5 bis 500 m/sec, vorwiegend 10 bis 300 m/sec beträgt. Die auf diese Weise doppelt vororientierten Schmelzenstränge werden dann durch Vorbeistreichen von Hilfsströmen auf beiden Seiten der flächig ausgebreiteten Schmelzenstränge zerfasert und gekühlt.promoted by passing an auxiliary medium on one side of the two-dimensionally spread melt strands, wherein the speed of the auxiliary medium is 5 to 500 m / sec, predominantly 10 to 300 m / sec. That double that way pre-oriented melt strands are then swept past them frayed and cooled by auxiliary currents on both sides of the two-dimensionally spread melt strands.
Die zur Durchführung des Verfahrens zur Faserherstellung benutzten Düsen zeichnen sich aus durch eine zentral angeordnete Gasdüse für die Zuführung des Hauptgasstromes zur Düsenmündung, einen die Gasdüse koaxial umgebenden Ringkanal für die Zuführung der Schmelze zur Düsenmündung und eine die Gasdüse koaxial umgebende Ringdüse für die Zuführung des Hilfsgasstromes zur Düsenmündung. Hierbei kann der Ringkanal für die Zuführung der Schmelze zur Düsenmündung auch in einzelne voneinander getrennte, in ihrer Gesamtheit die Gasdüse ringförmig umschließende Kanäle, aufgelöst sein. Es kann ferner vorteil-c haft sein, den Ringkanal für die Zuführung der Schmelze zur Düsenmündung in ein über die Mündung der Gasdüse hinausragendes, in der Mitte von dem Hauptgasstrom durchströmtes Rohr auslaufen zu lassen. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Düse ist die Ringdüse für die Zuführung des Hilfsgasstromes als Ringschlitz zwischen der Außenwandung der Gasdüse und der Innenwandung des Ringkanals fir die Schmelze ausgebildet.The nozzles used to carry out the fiber production process are characterized by a centrally arranged gas nozzle for supplying the main gas flow to the nozzle mouth, an annular channel surrounding the gas nozzle coaxially for supplying the melt to the nozzle mouth and an annular nozzle coaxially surrounding the gas nozzle for supplying the auxiliary gas flow to the nozzle mouth. In this case, the annular channel for the supply of the melt to the nozzle mouth can also be broken up into individual channels which are separate from one another and which in their entirety surround the gas nozzle in an annular manner. It may also be advanta- c adhering to phase out the annular channel for feeding the melt to the nozzle orifice in a projects beyond the mouth of the gas nozzle, at the center of the main gas stream flowed through tube. In a particularly advantageous embodiment of the nozzle, the annular nozzle for the supply of the auxiliary gas stream is designed as an annular slot between the outer wall of the gas nozzle and the inner wall of the annular channel for the melt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörigen Vorrichtunger werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert. The method according to the invention and the associated devices are explained in more detail below with reference to the drawings.
In Figur 11 ist der Verfahrensablauf des Extrudierens eines Schmelzenstranges mit den Phasen der Vororientierung und der Zerfaserung in schematischer Darstellung gezeigt.FIG. 11 shows the process sequence for extruding a melt strand with the phases of pre-orientation and of Defibration shown in a schematic representation.
Der Zerfaserungsvorgang nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gekennzeichnet durch eine Zerteilung des vororientiertenThe defibering process according to the method according to the invention is characterized by a division of the pre-oriented
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Schmelzenstranges vorwiegend parallel zur Fließrichtung der Schmelze (Aufspieißung) unter Einwirkung eines Hilfsmediums, so daß aus einem Strang ein ganzes Bündel von Stapelfasern entsteht, verbunden mit einem anschließenden Reckvorgang. Figur 1 zeigt schematisch die einzelnen Phasen oder Zonen des ZerfaserungsVorgangs über dem Weg der'Schmelze. Ebenfalls eingetragen sind in Figur 1 die Verläufe von Schubspannung und Schmelzentemperatur. In Zone 1 kommt der Schmelzenstrang mit Verdüsungstemperatur und niedriger Schubspannung in die Düse. Im folgenden Düsenabschnitt (Zone 2) wird der Strang vororientiert und verläßt die Düse beim Übergang in Zone 3. Hier setzt bei fallender Schmelzentemperatur infolge der steigenden Schubspannung die Spleißung des Stranges ein. Es folgt die Zerfaserung in Zone 4. durch Aufbringung der Schubspannungsspitze. Bei weiterer Abkühlung gelangen die Fasern in Zone an deren Ende der Erstarrungspunkt unterschritten wird. In Zone 6 kann sich eine, aerodynamische oder mechanische Fachverstreckung anschließen.Melt strand predominantly parallel to the direction of flow of the Melt (impaling) under the action of an auxiliary medium, so that a whole bundle of staple fibers is created from one strand, combined with a subsequent stretching process. FIG. 1 shows schematically the individual phases or zones of the defibering process along the path of the melt. Likewise the curves of shear stress are shown in FIG and melt temperature. The melt strand comes in zone 1 with atomization temperature and low shear stress in the nozzle. In the following nozzle section (zone 2) the strand pre-oriented and leaves the nozzle at the transition to zone 3. Here, when the melt temperature falls due to the rising melt temperature Shear stress causes the strand to be spliced. This is followed by the defibration in zone 4 by applying the shear stress peak. With further cooling, the fibers reach the zone at the end of which the solidification point is not reached. In Zone 6 can be an aerodynamic or mechanical shed stretching connect.
Die Hauptprinzipien der Vororientierung und Zerfaserung der Schmelze sind in den Figuren 2 bis 4 schematisch dargestellt, während die speziellen, der Vororientierung und Zerfaserung der Schmelze dienenden Düsen in den Figuren 5 bis 7 im Längs,. schnitt dargestellt sind. Übereinstimmende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. In allen Fällen wird die Schmelze zunächst auf eine Temperatur gebracht, bei der der Kunststoff eine Viskosität \ von 10 bis 10 cP,The main principles of pre-orientation and defibering of the melt are shown schematically in FIGS. 2 to 4, while the special nozzles used for pre-orientation and defibration of the melt in FIGS. section are shown. Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures. In all cases, the melt is initially brought to a temperature at which the plastic has a viscosity \ 10-10 cP,
■7. C ■ 7. C.
vorzugsweise von 10 bis 10 cP aufweist, und einer Schmelzenkammer 7 zugeführt.preferably from 10 to 10 cP, and a melt chamber 7 supplied.
Gemäß Figur 2 wird die Vororientierung der Schmelze dadurch vorgenommen, daß die Schmelze 20 aus der Schmelzenkammer 7 durch Kanäle 8 hindurchgetrieben wird, die einen Durchmesser von 0,2 bis 4 mm, vorzugsweise von 0,4 bis 2 mm aufweisen und vollständig von der Schmelze ausgefüllt werden. Anstelle des kreisförmigen Querschnitts können die Kanäle auch einenAccording to FIG. 2, the melt is pre-oriented in that the melt 20 is removed from the melt chamber 7 is driven through channels 8 which have a diameter of 0.2 to 4 mm, preferably 0.4 to 2 mm and completely filled by the melt. Instead of the circular cross-section, the channels can also have a
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beliebigen anderen Querschnitt aufweisen, wobei lediglich, darauf zu achten ist, daß beim Schmelzenstrang ein hydraulischer Radius von etwa 0,05 bis 1 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm eingehalten wird. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser bzw. Länge zu Breite der Kanäle soll in der Größenordnung zwischen 1:1 und 100:1 liegen. 7,um Zwecke der Vororientierung muß auf die Oberfläche des Schmelzenstranges in der Fließrichtung des Stranges eine Schubspannung t" von 10 bis 10 kp/m , vorzugsweise von 10 bis 10 kp/m entsprechend einer Schergeschwindigkeit )f von 10 bis 10 , vorzugsweise von 10 bis 10 see" über eine Zeitspanne von 10have any other cross-section, with only care must be taken that the molten strand has a hydraulic radius of about 0.05 to 1 mm, preferably 0.1 to 0.5 mm is observed. The ratio of length to diameter or length to width of the channels should be in the order of magnitude be between 1: 1 and 100: 1. 7, for purposes of pre-orientation must be on the surface of the molten strand in the direction of flow of the strand a shear stress t "of 10 to 10 kp / m, preferably from 10 to 10 kp / m accordingly a shear rate) f of 10 to 10, preferably from 10 to 10 see "over a period of 10
-2 —1 ' ·-2 -1 '·
bis 1 see, vorzugsweise von 10 bis 10 see ausgeübt werden. Das Aufbringen der erforderlichen Schubspannungen erreicht man nun dadurch", daß die Schmelze mit einem Druck von 2 bis atü, vorzugsweise von 5 bis 100 atü durch die Kanäle 8 gefördert wird. Die auf diese Weise vororientierte Schmelze wird dann nach ihrem Austritt aus den Kanälen 8 mit Hilfe von Strahlen 9 eines Hilfsmediums zu Fasern zerblasen. Hierzu wird das Hilfsmedium unter einem Winkel oc von 5 bis 85 , vorzugsweise von 10 bis 45° mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 700 m/sec, vorzugsweise von 100 bis 400 m/sec und einer Temperatur von 0 bis 7000C, vorzugsweise von 20 bis 200 0, auf den Schmelzenstrang gerichtet. An die Zerfaserung kann sich in der Zone 6 eine Nachverstreckung anschließen.to 1 second, preferably 10 to 10 seconds. The application of the required shear stresses is achieved by "conveying the melt through the channels 8 at a pressure of 2 to 100 atmospheres, preferably 5 to 100 atmospheres. The melt pre-oriented in this way is then released from the channels 8 Blown an auxiliary medium into fibers with the aid of jets 9. For this purpose, the auxiliary medium is blown at an angle α of 5 to 85, preferably 10 to 45 °, at a speed of 50 to 700 m / sec, preferably 100 to 400 m / sec and at a temperature from 0 to 700 ° C., preferably from 20 to 200 ° C. The defibration can be followed by post-drawing in zone 6.
Eine für die in Figur 2 dargestellte Verfahrensweise geeignete . Ausführungsform der Düse ist in Figur 5 dargestellt. Die Düse besteht im wesentlichen aus einer zentral angeordneten Gasdüse 12 für die Zuführung des Hauptgasstromes 19 zur Düsenmündung 13, einem die Gasdüse koaxial umgebenden Ringkanal 14 für die Zuführung der Schmelze 20 zur Düsenmündung 13 und einer die Gasdüse 12 koaxial umgebenden Ringdüse 15 für die Zuführung eines Hilfsgasstromes 21 zur Düsenmündung 13. Die Schmelze tritt über einen Stutzen 11 in die Schmelzenkammer 7 ein und wird unter Druck durch den Ringkanal 14 zur Düsenmündung 13 hin gefördert. Der Ringkanal 14 kann auch(wie ,in Figur 2 dargestellty in einzelne voneinander getrennte Kanäle 8 aufgelöstA suitable for the procedure shown in FIG. The embodiment of the nozzle is shown in FIG. The nozzle consists essentially of a centrally arranged gas nozzle 12 for the supply of the main gas flow 19 to the nozzle mouth 13, an annular channel 14 surrounding the gas nozzle coaxially for the supply of the melt 20 to the nozzle mouth 13 and an annular nozzle 15 surrounding the gas nozzle 12 coaxially for the supply of a Auxiliary gas stream 21 to the nozzle mouth 13. The melt enters the melt chamber 7 via a nozzle 11 and is conveyed under pressure through the annular channel 14 to the nozzle mouth 13. The ring channel 14 can also ( as shown in FIG. 2) be broken up into individual channels 8 that are separate from one another
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sein. Zur Zerfaserung der an der Düsenmündung 13 austretenden Schmelze wird der Hauptgasstrom über den Stutzen 16 und die Gasdüse 12 und ein Hilfsgasstrom über den Stutzen 17 und die Ringdüse 15 der Düsenmündung in der bei Figur 2 beschriebenen Weise zugeführt. Bei Verwendung eines Kingkanals 14 kann die Spaltbreite durch axiale Verschiebung der G-asdüse 12 verändert werden.be. For shredding the emerging at the nozzle mouth 13 The main gas flow via the nozzle 16 and the melt becomes Gas nozzle 12 and an auxiliary gas stream via the nozzle 17 and the Ring nozzle 15 is fed to the nozzle mouth in the manner described in FIG. When using a King channel 14, the Gap width changed by axial displacement of the gas nozzle 12 will.
Eine andere Art der Durchführung des Verfahrens ist in Figur 3Another way of carrying out the method is shown in FIG
' dargestellt. Hierbei Wird die Schmelze aus der Schmelzenkammer 7 der Innenwand eines nicht voll von der Schmelze ausgefüllten'shown. The melt is removed from the melt chamber 7 the inner wall of a not completely filled with the melt
" Kanals 18 zugeführt, wobei die so flächig ausgebreitete Schmelze von dem Hauptgasstrom 19 eines Hilfsmediums mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 500 m/sec, vorzugsweise von 10 bis 300 m/sec überstrichen und gefördert wird. Die dabei gestellten Bedingungen bezüglich der Viskosität, des Strangquerschnittes, der Schubspannung und der Zeitspanne der Einwirkung der Schubspannung auf die Schmelze stimmen mit den bei der Beschreibung der Figur 2 gestellten und erläuterten Bedingungen überein. Die auf diese Weise vororientierte Schmelze wird dann nach ihrem Austritt aus dem Kanal 18 von einem Hilfsgasstrom 21 erfasst, zerfasert und gegebenenfalls in der Zone 6 einer Nachverstreckung unterworfen. Bezüglich des Auftreffwinkels Ot, der Geschwindig-"Channel 18 is supplied, the melt thus spread out over an area from the main gas flow 19 of an auxiliary medium at a speed from 5 to 500 m / sec, preferably from 10 to 300 m / sec, is passed over and conveyed. The posed Conditions relating to the viscosity, the strand cross-section, the shear stress and the duration of the action of the shear stress on the melt correspond to the conditions set and explained in the description of FIG. the Melt pre-oriented in this way is then captured by an auxiliary gas stream 21 after it has emerged from the channel 18, frayed and optionally in zone 6 of a post-drawing subject. With regard to the angle of incidence Ot, the speed
k keit und der Temperatur des in Hauptgasstrom 19 und Hilfsgasstrom 21 aufgeteilten Hilfsmediums gelten ebenfalls die zu Figur 2 gegebenen Erläuterungen.k speed and the temperature of the main gas stream 19 and auxiliary gas stream The explanations given for FIG. 2 also apply.
Eine für.die in Figur 3 dargestellte Verfahrensweise geeignete Ausfuhrungsform der Düse ist in Figur 6 im Längsschnitt dargestellt. Die Düse besteht im wesantlichen wieder aus einer zentral angeordneten Gasdüse 12, einem die Gasdüse koaxial umgebenden Ringkanal 14 und einer ebenfalls koaxial angeordneten Ringdüse 15. Die einzige Änderung gegenüber der in Figur 5 dargestellten Düsenform besteht darin, daß die Gasdüse 12 schon vor der Düsenmündung 13 endet und der-Ringkanal 14 in einen über die Mündung 22 der Gasdüse 12 hinausragenden, in der Mitte vom HauptgasstromA procedure suitable for the procedure shown in FIG Embodiment of the nozzle is shown in Figure 6 in longitudinal section. The nozzle essentially again consists of a centrally arranged gas nozzle 12, one surrounding the gas nozzle coaxially Annular channel 14 and an annular nozzle 15, which is also arranged coaxially. The only change compared to that shown in FIG The nozzle shape is that the gas nozzle 12 is already in front of the nozzle mouth 13 ends and the ring channel 14 in one over the mouth 22 protruding from the gas nozzle 12, in the middle of the main gas flow
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durchströmten rohrförmigen Kanal 18 ausläuft. Dadurch wird erreicht, daß der über den Stutzen 16 und die Grasdüse 12 eintretende Hauptgasstrom 19 auf der Innenseite der über den Stutzen 11 und die Schmelzenkammer 7 eintretenden und über den Ringkanal 14 entlang der Wandung des Kanals 18 filmartig ausgebreiteten Schmelze entlangstreicht j die Schmelze durch Aufbringen von Schubspannungen vororientiert und zur Düsenmündung 13 hin fördert« Die an der Düsenmündung 13 austretende Schmelze wird mit Hilfe des Hauptgasstromes 19 und des über den Stutzen 17 und die Ringdüse 15 zugeführten Hilfsgasstromes 21 zerfasert. Der Hauptgasstrom wird vorzugsweise mit einer Umfangskomponente seiner Geschwindigkeit durch das Rohr geschickt. Dieser Drall wird entweder durch tangentialen Einlauf des Gasstromes in das Düsengehäuse oder durch einenDrallkörper erzeugt. Zweck des Dralles ist es, die Schmelze an der Wand des Kanals 18 zu halten. Diarch diese Vermeidung von Strömungsablösungen wird somit verhindert, daß Teile der Schmelze während der Strömung durch das Vororientierungsrohr aus dem Film herausgerissen werden und so zu störenden Pulveranteilen im Fertigprodukt füh'ren.flowed through tubular channel 18 runs out. This ensures that the main gas flow 19 entering via the nozzle 16 and the grass nozzle 12 sweeps along the inside of the melt entering via the nozzle 11 and the melt chamber 7 and spreading out in a film-like manner via the annular channel 14 along the wall of the channel 18 j the melt by application pre-oriented by shear stresses and promotes towards the nozzle mouth 13. The main gas stream is preferably sent through the pipe at a circumferential component of its velocity. This swirl is generated either by the tangential inlet of the gas flow into the nozzle housing or by a swirl body. The purpose of the twist is to hold the melt on the wall of the channel 18. This avoidance of flow detachments thus prevents parts of the melt from being torn out of the film during the flow through the pre-orientation tube and thus leading to disruptive powder fractions in the finished product.
Eine weitere, bevorzugte Art der Durchführung des Verfahrens ist. in Figur 4 dargestellt. Die Schmelze QQ wird zunächst wie in Figur 2 aüä der Schmelzenkammer 7 über vollständig von der Schmelze ausgefüllte Kanäle 8 gefördert und vororientiert. Nach dem Austritt aus den Kanälen 8 wird die Schmelze zunächst vom Hilfsgasstrom 21 erfasst und bei weiterer Orientierung und beginnender Abkühlung gespleißt und anschließend vom Hauptgasstrom 19 zerfasert. Auch bei dieser Verfahrensweise gelten wieder alle bezüglich Figur 2 gemachten Ausführungen über den Zustand, in dem sich die Schmelze befinden muß, die Kanaldurehmesser und die Drücke, Temperaturen und Geschwindigkeiten der Schmelze und des hier wieder in Hauptgasstrom und Hilfsgasstrom aufgespaltenen Hilfsmediums.Another preferred way of carrying out the method is. shown in FIG. As in FIG. 2, the melt QQ is first conveyed and pre-oriented through the melt chamber 7 via channels 8 completely filled with the melt. After emerging from the channels 8 convey the melt is first detected by the auxiliary gas stream 21 and spliced with further orientation and the beginning of cooling, and then fiberized by H a uptgasstrom 19th In this procedure, too, all statements made with regard to FIG. 2 about the state in which the melt must be, the duct diameter and the pressures, temperatures and speeds of the melt and of the auxiliary medium split up into the main gas flow and the auxiliary gas flow apply again.
Die zur Durchführung der in Figur 4 beschriebenen Verfahrensweise zur Verwendung kommende Düse ist in Figur 7 dargestellt.The nozzle used to carry out the procedure described in FIG. 4 is shown in FIG.
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Eine zentral angeordnete, mit einem Stutzen 16 zur Zuführung des Hauptgasstromes .19 versehene Gasdüse 12 ist koaxial um- . geben von einem Ringkanal 14 für die Weiterleitung der über den Stutzen 11 und die Schmelzenkammer 7 eintretenden SchmelzeA centrally arranged gas nozzle 12 provided with a nozzle 16 for supplying the main gas stream 19 is coaxially around. give from an annular channel 14 for the forwarding of the melt entering via the nozzle 11 and the melt chamber 7
20 zur Düsenmündung 13. Innerhalb der Schmelzenkammer 7 kann eine elektrische Heizung 24 angeordnet sein, durch die die Schmelze 20 auf der optimalen Temperatur gehalten wird. Die koaxial zur Gasdüse 12 angeordnete Ringdüse 15 für den Hilfsgasstrom ist bei dem in Figur 7 dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel zwischen der- Außenwandung der Gasdüse 12 und der Innenwandung des Ringkanals 14 für die Schmelze angeordnet. Der Ringkanal 14 kann wieder in einzelne voneinander getrennte Kanäle 8 aufgelöst sein. Die innerhalb des vollständig von der Schmelze 20 ausgefüllten Ringkanals 14 bzw. der Kanäle 8 vororientierte Schmelze wird bei ihrem Austritt an der Düsenmündung 13 durch den mit hoher Geschwindigkeit aus der Gasdüse 12 austretenden Hauptgasstrom 19 zur Düsenachse hin angesaugt. Auf dem Wege von dem Ringkanal 14 bzw. den Kanälen 8 zum Hauptgasstrom 19 kommt die Schmelze 20 zunächst mit dem aus der Ringdüse 15 austretenden Hilfsgasstrom20 to the nozzle mouth 13. Within the melt chamber 7, an electrical heater 24 can be arranged through which the Melt 20 is kept at the optimal temperature. The annular nozzle 15, which is arranged coaxially to the gas nozzle 12, for the auxiliary gas flow is in the preferred embodiment shown in FIG. 7 between the outer wall of the gas nozzle 12 and the inner wall of the annular channel 14 for the melt. The ring channel 14 can again be separated from each other separate channels 8 be resolved. The inside of the ring channel 14 completely filled by the melt 20 or the channels 8 pre-oriented melt is at its exit at the nozzle opening 13 through the at high speed The main gas flow 19 exiting from the gas nozzle 12 is sucked in towards the nozzle axis. On the way from the ring channel 14 or the channels 8 to the main gas flow 19, the melt 20 comes first with the auxiliary gas stream emerging from the annular nozzle 15
21 und dem aus der Umgebung angesaugten Hilfsgasstrom 23 in Berührung und wird bei beginnender Abkühlung gemäß Figur 1 gespleißt, ehe mit Hilfe des Hauptgasstromes 19 die Schubspannungsspitze aufgebracht wird, wodurch die Zerfaserung erfolgt. Der Hilfsgasstrom 21 kann bei dieser Variante des Verfahrens ebenfalls vom Hauptgasstrom 19 angesaugt werden.21 and the auxiliary gas stream 23 sucked in from the environment and is spliced as the cooling begins according to FIG. 1, before the shear stress peak is applied with the aid of the main gas flow 19, whereby the defibration takes place. The auxiliary gas stream 21 can also be sucked in by the main gas stream 19 in this variant of the method.
Die zu einer ausreichenden Vororientierung der Kunststoffschmelze benötigte Dimensionierung der Vororientierungsstrecke ist von dem Orientierungsverhalten der jeweiligen Kunststoffschmelze abhängig. Die Querschnitte der Vororientierungsstrecken und der Gasd'üsen können beliebige geometrische Formen haben, z. B. Kreisförmig, ringförmig oder schlitzförmig ausgebildet sein. Über die Länge der Orientierungsstrecke kann deren Querschnitt konstant oder veränderlich ausgebildet werden.The dimensioning of the pre-orientation path required for sufficient pre-orientation of the plastic melt depends on the orientation behavior of the respective plastic melt. The cross-sections of the pre-orientation lines and the gas nozzles can have any geometric shape, e.g. B. circular, ring-shaped or slot-shaped be. Its cross-section can be determined over the length of the orientation path can be made constant or variable.
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_11_ O.Z. 26 224_11_ O.Z. 26 224
Durch Variation der Betriebsbedingungen (Temperaturen, Drücke, Geschwindigkeiten, Mengenverhältnisse) des Verfahrens läßt sich für eine gegebene Thermoplastschmelze die Struktur der Pasern, d. h. die mittlere Faserstärke und Faserlänge sowie die Form (glatt oder gekräuselt, runder oder unregelmäßiger Querschnitt) in weiten Grenzen verändern. Weiterhin lassen sich über die Betriebsdaten des Verfahrens Fasern herstellen, die bereits bis an die Reckgrenze orientiert sind (über 90 % Reckgrad) oder auch nur teilgereckte Fasern. Die Bereiche der einzelnen Betriebsdaten lassen sich wie folgt abstecken:By varying the operating conditions (temperatures, pressures, speeds, proportions) of the process, the structure of the fibers, i.e. the mean fiber strength and fiber length as well as the shape (smooth or curled, round or irregular cross-section) can be changed within wide limits for a given thermoplastic melt. Furthermore, the operating data of the process can be used to produce fibers that are already oriented up to the stretch limit (over 90 % stretching degree) or only partially stretched fibers. The areas of the individual operating data can be defined as follows:
Temperatur der Schmelze:Melt temperature:
Die Schmelzen können je nach Art der verwendeten Thermoplaste in unterschiedlich breiten Temperaturbereichen zur Verdüsung gebracht werden, wobei häufig der gesamte Temperaturbereich zwischen dem Schmelzpunkt und der ohne chemische Veränderung höchstmöglichen Schmelzentemperatur verwendet werden. Zweckmäßigerweise arbeitet man bei Schmelzentemperaturen nahe der oberen Grenze zur Erzielung möglichst geringer Viskosität.Depending on the type of thermoplastic used, the melts can be used in temperature ranges of different widths for atomization are brought, often the entire temperature range between the melting point and that without chemical change highest possible melt temperature can be used. It is expedient to work at melt temperatures close to upper limit to achieve the lowest possible viscosity.
Gastemperatur:Gas temperature:
Hat die Zerfaserungsvorrichtung keine eingebauten Heizungen, so ist die erforderliche Mindestgastemperatur etwa die Schmelztemperatur des Thermoplastes, da sonst die Vorrichtung einfriert. Bei eingebauten Heizungen kann als unterer Wert der Gastemperatur etwa 0 0C angegeben werden. Die obere Grenze ' der Gastemperatur hängt von der thermischen Schädigungsgrenze des Produktes ab, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Gastemperatur bis zu ca. 300 0C darüber liegen kann, da infolge der Gasexpansion eine Abkühlung erfolgt. Bei der Verwendung mehrerer Gasströme können diese unterschiedliche Temperaturen aufweisen.If the fiberizing device has no built-in heaters, the required minimum gas temperature is approximately the melting temperature of the thermoplastic, otherwise the device will freeze. In the case of built-in heaters, the lower value of the gas temperature can be specified as around 0 ° C. The upper limit of the gas temperature depends on the thermal damage limit of the product, whereby it must be taken into account that the gas temperature can be up to approx. 300 ° C. higher, since cooling takes place as a result of the gas expansion. When using several gas streams, these can have different temperatures.
Schmelzendruck:Melt pressure:
Die Schmelze kann z. B. über einen Schneckenextruder, eine Zahnradpumpe oder ein druckbeaufschlagtes Schmelzgefäß der Zerfaserungsvorrichtung zugeführt werden. Es sind je nach Düsentyp und Einstellung Drücke vorwiegend zwischen und 100 atü erforderlich.The melt can, for. B. via a screw extruder, a gear pump or a pressurized melting vessel can be fed to the defibering device. There are Depending on the nozzle type and setting, pressures mainly between and 100 atü are required.
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Gasdruck:Gas pressure:
Die Gasdrücke liegen normalerweise im Bereich von 0,1 bis 100 atü, vorzugsweise zwischen 0,2 und 5 atü.The gas pressures are normally in the range from 0.1 to 100 atmospheres, preferably between 0.2 and 5 atmospheres.
Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze:Flow velocity of the melt:
Beim Eintritt in die Orientierungsstrecke liegen die Geschwindigkeiten der Schmelze etwa zwischen 0,02 und 5 m/sec, vorzugsweise zwischen 0,05 und 1 m/sec.When entering the orientation route, the speeds are the melt approximately between 0.02 and 5 m / sec, preferably between 0.05 and 1 m / sec.
% Gasgeschwindigkeit: % Gas velocity:
Entsprechend den angegebenen Drücken ist die Geschwindigkeit " des Zerfaserungsgases theoretisch kleiner oder gleich der Schallgeschwindigkeit. Die tatsächliche mittlere Gasgeschwindigkeit ist durch Verluste in der Düse und andere strömungstechnische Einflüsse kleiner als die theoretische Geschwindigkeit, bei schlechter Düsengestaltung bis zu ca. 50 fo. Es ergeben sich als Grenzen der effektiven Gasgeschwindigkeit etwa 50 bis 700 m/sec.Accordingly, the pressures given is the speed "of the Zerfaserungsgases theoretically less than or equal to the speed of sound. The actual average gas velocity is smaller by losses in the nozzle and other fluidic influences than the theoretical speed fo with poor nozzle design up to about 50. This results in as limits of the effective gas velocity about 50 to 700 m / sec.
Spezifischer Gasaufwand:Specific gas consumption:
Der spezifische Gasaufwand ist definiert als das Mengenverhältnis Gas zu Produkt in kg/kg oder Nm /kg. Dieses Mengenverhältnis kann in den Grenzen 0,2 bis 50, vorzugsweise 5 bis 30 liegen.The specific gas consumption is defined as the ratio of gas to product in kg / kg or Nm / kg. This proportion can be within the limits 0.2 to 50, preferably 5 to 30.
Reynoldszahl der Gasströmung:Reynolds number of the gas flow:
Mit den angegebenen Geschwindigkeiten, Temperaturen und Drücken erhält man für die Reynoldszahl in den Gasdüsen Werte zwischen 2 5With the specified speeds, temperatures and pressures the Reynolds number in the gas nozzles is between 2 and 5
10 und 10 Λ Es wurde gefunden, daß sowohl für die aerodynamische Vororientierung als auch für die Spleißphase wenig Turbulenzen, d. h. niedrige Reynoldszahlen zweckmäßig sind, da andernfalls die Fasern mit Pulveranteilen durchsetzt sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Zerfaserung unmittelbar an der Düsenmündung stattfindet, während bei der außerhalb der Düse stattfindenden Zerfaserung lediglüi das Hilfsgas, das zwischen/Strangaustritt und/Zerfaeerungsstelle aufgeblasen wird, kleine Reynoldszahlen aufweisen sollte.10 and 10 Λ It has been found that both for the aerodynamic Preorientation as well as little turbulence for the splicing phase, i.e. H. low Reynolds numbers are appropriate because otherwise the fibers are interspersed with powder fractions. This is especially true if the defibration is immediate takes place at the nozzle mouth, while in the defibering taking place outside the nozzle only the auxiliary gas, the between / strand outlet and / disintegration point is inflated, should have small Reynolds numbers.
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Anstelle von Gas kann bei dem beschriebenen Verfahren auch Wasserdampf oder heißes Bruckwasser als Hilfsmediiim eingesetzt werden. Es kann auch eine Kombination von Gas und Wasserdampf bzw. Druckwasser verwendet werden, z. B. so, daß die Vororientierung mit Gas, die Zerfaserung dagegen mit Dampf oder Druckwasser erfolgt. Heißes Druckwasser oder Dampf wird insbesondere dann vorteilhaft angewendet, wenn die Pasern zur Weiterverarbeitung in Suspension gebracht werden sollen. Bei der Verwendung von Druckwasser kann dessen Geschwindigkeit etwa zwischen 10 und 200 m/sec betragen.Instead of gas, steam or hot pressure water can also be used as an auxiliary medium in the process described will. A combination of gas and steam or pressurized water can also be used, e.g. B. so that the pre-orientation with gas, the defibration, however, takes place with steam or pressurized water. Pressurized hot water or steam is used particularly advantageously when the fibers are to be brought into suspension for further processing. When using pressurized water, its speed can be between 10 and 200 m / sec.
Geeignete Thermoplastenschmelzen im Sinne des beschriebenen Verfahrens sind Schmelzen folgender Kunststoffe:Suitable thermoplastic melts in the sense of the described The following plastics are melted:
1) Polyäthylen aller Dichtebereiche (0,918 - 0,960 g/cnr) sowie die Copolymeren des Äthylens mit i-Olefinen (z. B. Propylen, Buten), mit Vinyl- und Acrylestern (z. B. Vinylacetat-, Butylacrylatcopolymere), mit zusätzlich freien Acrylsäuregruppen (z. B. Äthylen- t-Butylacrylat- Acrylsäureesterpolymere) und mit Vinylchlorid. Außerdem nachchloriertes PE mit einem Chlorgehalt bis 40 $. Der Anteil der Comonomeren am Gesamtgewicht des Polymerisates kann dabei1) Polyethylene of all density ranges (0.918 - 0.960 g / cnr) as well as the copolymers of ethylene with i-olefins (e.g. propylene, butene), with vinyl and acrylic esters (e.g. vinyl acetate, butyl acrylate copolymers), with additional free acrylic acid groups (e.g. ethylene-t-butyl acrylate-acrylic acid ester polymers) and with vinyl chloride. In addition, post-chlorinated PE with a chlorine content of up to $ 40. The proportion of comonomers in the total weight of the polymer can be
bis 30 Gew.-$ betragen. Geeignet sind die Polymerisate in einem weiten Molekulargewichtsbereich (gemessen als Schmelzindex nach ASTM D 1238-57T MI2 -j g/190 0G = 1 bis 100' vorzugsweise 5 bis 20).up to 30% by weight. The polymers are suitable in a wide molecular weight range (measured as the melt index according to ASTM D 1238-57T MI 2 -jg / 190 0 G = 1 to 100 ', preferably 5 to 20).
2) Polypropylen und Polybuten (-1) sowie deren Copolymerisate untereinander und mit anderen 1-Olefinen (ζ. Β. Äthylen). Comonomerenanteil : max. 15 ^, Molekulargewichtsbereich wie oben (Schmelzindexbereich MI? -15/210 = ^ ^is 100, vorzugsweise 5 bis 20).2) Polypropylene and polybutene (-1) and their copolymers with one another and with other 1-olefins (ζ. Β. Ethylene). Comonomer content: max. 15 ^, molecular weight range as above (melt index range MI ? -15/210 = ^ ^ is 100, preferably 5 to 20).
3) Polyamide, z. B. die Reinpolykondensate aus Caprölactam oder aus Dicarbonsäuren wie Adipin- und Sebacinsäure und Diaminen, wie Hexamethylendiamin. Geeignet sind auch Mischpolykonden-3) polyamides , e.g. B. the pure polycondensates from caprolactam or from dicarboxylic acids such as adipic and sebacic acid and diamines such as hexamethylenediamine. Mixed poly condensers are also suitable
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sate ζ. B. aus den obengenannten Ausgangsstoffen. Die Molekulargewichte können, ausgedrückt in K-Werten, schwanken zwischen K = 50 bis 90, vorzugsweise 70 bis 80. (K-Wert = rel. Viskosität \/i\0 gemessen nach DIN 53 726).sate ζ. B. from the above starting materials. The molecular weights can be expressed in K-values vary between K = 50 to 90, preferably 70 to 80. (K-value = rel. Viscosity \ / i \ 0 measured according to DIN 53 726).
4) Polyvinylchlorid, Homopolymere und Copolymere mit Vinylestern (z. B. Vinylacetat). Vor der Verarbeitung sind geeignete Weichmacher (z. B. Phthalsäureester oder Adipinsäureester mit 1- und 2-wertigen Alkoholen in Mengen bis 40 Gew.-$, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-$ zuzugeben. MoIekulargewichtsbereich, ausgedrückt in K-Werten: 50 bis 80, vorzugsweise 50 bis 75.4) Polyvinyl chloride , homopolymers and copolymers with vinyl esters (e.g. vinyl acetate). Suitable plasticizers (e.g. phthalic acid esters or adipic acid esters with monohydric and dihydric alcohols in quantities of up to 40% by weight, preferably 20 to 30% by weight, must be added before processing. Molecular weight range, expressed in K values: 50 to 80, preferably 50 to 75.
5) Polyester .5) polyester .
Geeignet sind besonders die linearen, gesättigten Polyester mit mittleren Molekulargewichten zwischen 10 000 und 50 000, wie z. B. Polyäthylenterephthalat (z. B. aus Terephthalsäurediglykolester), sowie die aus Hydroxycarbonsäure wie der OO -Hydroxydecansäure oder der 4(ß-Hydroxy-äthoxy)-benzoesäure herstellbaren Polyester. Neben diesen Gruppen von Polyestern, die aus nur einer Komponente hergestellt werden können, sind ganz allgemein die linearen, gesättigten Polyester aus Glykolen und aliphatischen bzw. aromatischen Dicarbonsäuren geeignet, soweit sie die obengenannten hochmolekularen Produkte ergeben. Neben den Carbonsäuren können auch deren Anhydride, Ester oder Säurechloride eingesetzt werden.The linear, saturated polyesters with average molecular weights between 10,000 are particularly suitable and 50,000 such as B. polyethylene terephthalate (z. B. from terephthalic acid diglycol ester), as well as from hydroxycarboxylic acid like OO -hydroxydecanoic acid or 4 (ß-hydroxy-ethoxy) -benzoic acid producible polyester. In addition to these groups of polyesters, which consist of only one component are generally the linear, saturated polyesters from glycols and aliphatic or aromatic dicarboxylic acids as long as they result in the above-mentioned high molecular weight products. In addition to the Carboxylic acids can also be their anhydrides, esters or acid chlorides can be used.
Allen genannten Polymeren können vor der Verarbeitung zu Pasern Hilfsstoffe zugesetzt werden, die die Fließfähigkeit und Orientierungsfähigkeit der Schmelze bei gegebener Schmelztemperatur verbessern, also für die jeweiligen Polymeren geeignete Weichmacher und Gleitmittel. Für Polyolefine sind das z. B. Wachse, übliche Metallseifen (z. B. Ca-stearat) und Säureamide (z. B. Stearinsäureamid). Außerdem können dieAuxiliary substances that improve flowability can be added to all of the polymers mentioned before they are processed into fibers and improve the ability of the melt to orientate at a given melting temperature, i.e. for the respective polymers suitable plasticizers and lubricants. For polyolefins these are z. B. waxes, common metal soaps (z. B. Ca stearate) and Acid amides (e.g. stearic acid amide). In addition, the
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Schmelzen geeignete Wärme-, Licht- und UV-Stabilisatoren, Füllstoffe, Farbstoffe und Flammschutzmittel enthalten.Melts contain suitable heat, light and UV stabilizers, fillers, dyes and flame retardants.
Mit den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen konnten Fasern mit folgenden Charakteristiken hergestellt werden:With the methods and devices described, it was possible to produce fibers with the following characteristics:
Faserstärken: 0,5 bis 500 /um, wobei je nach Verwendung innerhalb dieses Bereiches Fasern mit Dickenschwankungen bis etwa einer halben Zehnerpotenz hergestellt werden können. Die Faserquerschnitte sind je nach Betriebsbedingungen und Düsentyp von vorwiegend runder oder unregelmäßiger Form. Fiber thicknesses: 0.5 to 500 μm, depending on the use within this range, fibers with thickness fluctuations of up to about half a power of ten can be produced. The fiber cross-sections are predominantly round or irregular in shape, depending on the operating conditions and nozzle type.
Faserlängen: Es wurden relative Faserlängen vom 10 bis 10 ~ fachen Faserdurchmesser erhalten. Durch die Betriebsbedingungen und die spezielle Gestaltung der Zerfaserungsvorrichtung läßt sich auch hier das Spektrum der Faserlängen variieren, wobei jeweils ein Bereich (Spektrum) von Faserlängen erhalten wird, der um eine bis zwei Zehnerpotenzen uneinheitlich ist. Fiber lengths: Relative fiber lengths of 10 to 10 ~ times the fiber diameter were obtained. Due to the operating conditions and the special design of the fiberizing device, the spectrum of fiber lengths can also be varied here, with a range (spectrum) of fiber lengths being obtained which is inconsistent by one to two powers of ten.
Die erhaltenen Fasern können für sich allein oder im Gemisch mit anderen, nach üblichen Verfahren hergestellten Fasern Anwendung finden. Sie können z. B. durch geeignete Methoden in Vliesstoffe überführt werden. Diese Möglichkeit eröffnet weite Anwendungsbereiche, z. B. auf den Gebieten der Papierveredelung, im textlien Bereich, als Teppichrückenmaterial, zur Herstellung von Kunstleder und zur Tapetenherstellung. Die Fasern können aber auch direkt etwa als Steppdecken- oder Matratzenfüllstoffe oder zur Armierung von anderen Thermoplasten (z. B. Polyestern) verwendet werden.The fibers obtained can be used on their own or in a mixture with other fibers produced by conventional methods. You can e.g. B. be converted into nonwovens by suitable methods. This possibility opens up a wide range of applications, e.g. B. in the fields of paper finishing, in the textile sector, as carpet backing material, for the production of artificial leather and for wallpaper production. The fibers can also be used directly as quilts or mattress fillers or to reinforce other thermoplastics (e.g. polyesters).
Nach dem beanspruchten Verfahren hergestellte Fasern aus Poly amiden sind hierbei durch besonders hohe Temperaturbeständigkeit, Abriebfestigkeit und Reißfestigkeit charakterisiert, Fasern aus Polyolefinen und PVC dagegen durch besonders einfache Verschwelßbarkeit zu Vliesstoffen.Fibers made of poly amides produced by the claimed process are characterized by particularly high temperature resistance, abrasion resistance and tear resistance, whereas fibers made of polyolefins and PVC are particularly easy to weld to form nonwovens.
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Im folgenden werden mehrere Beispiele angeführt, die mit verschiedenen Ausgangsprodukten, unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Zerfaserungsvorrichtungen gefahren wurden:Several examples are given below, with different starting products and different operating conditions and shredding devices were driven:
Ein Polyäthylen der Dichte 0,96 mit einem Schmelzindex von 5 (2,16 kg; 190 0C) und einem Schmelzpunkt von 135 0C wurde über einen Schneckenextruder und eine beheizte Rohrleitung in eine Zerfaserungsvorrichtung nach Fig. 5 gefördert. Die Schmelzentemperatur am Düseneingang betrug 275 0C, die Schmelzviskosität 1,8 . 10 Poise. Der Förderdruck der Schmelze war 60 atü. Die beiden Gasströme 19 und 21, hier Stickstoff,-wurden mit 23 atü Vordruck und 290 0C in die Düse gefördert. Das Mengenverhältnis Gas zu Produkt betrug 3 Nm /kg.A polyethylene of density 0.96 (2.16 kg; 190 0 C) having a melt index of 5 and a melting point of 135 0 C was conveyed via a screw extruder and a heated pipe into a fiberizing apparatus of Fig. 5. The melt temperature at the nozzle inlet was 275 0 C, the melt viscosity of 1.8. 10 poise. The delivery pressure of the melt was 60 atm. The two gas streams 19 and 21, here nitrogen, -were with 23 atm form and 290 0 C conveyed into the nozzle. The gas to product ratio was 3 Nm / kg.
Es wurden Pasern mit folgenden Merkmalen erhalten: Der mittlere Faserdurchmesser betrug 10 /um bei einer mittleren Länge von 300 bis 500 /um. Die Fasern haben nahezu runden Querschnitt und sind nahezu vollständig bis zur Reckgrenze orientiert.Pipes with the following characteristics were obtained: The mean fiber diameter was 10 μm with a mean fiber diameter Length from 300 to 500 / µm. The fibers have an almost round cross-section and are almost completely up to the stretch limit oriented.
Ein Polypropylen der Dichte 0,91 mit einem Schmelzindex MFJ 230/2 nach DIN 53 735 (IC)von 0,8 wurde wie in Beispiel 1 der Zerfaserungsvorrichtung nach Fig. 5 zugefördert. Die Schmelzentemperatur am Düseneingang betrug 300 C, der Förderdruck 35 atü. Die beiden Gasströme (wieder Stickstoff) wurden mit 15 atü und 170 0O in die Düse geleitet. Das Mengenverhältnis war wieder 3 Nm /kg.A polypropylene of density 0.91 with a melt index MFJ 230/2 according to DIN 53 735 (IC) of 0.8 was fed to the fiberizing device according to FIG. 5 as in Example 1. The melt temperature at the nozzle inlet was 300 C, the delivery pressure 35 atm. The two gas streams (again nitrogen) were passed into the nozzle at 15 atmospheres and 170 0 O. The quantitative ratio was again 3 Nm / kg.
Die Fasern hatten folgendes Aussehen: Der mittlere Faserdurchmesser der stark gekräuselten Fasern betrug 20 bis 30 /um bei durchschnittlichen Faserlängen von 500 bis 800 Aun. DasThe fibers had the following appearance: The mean fiber diameter of the highly curled fibers was 20 to 30 μm with average fiber lengths of 500 to 800 μm. That
009883/1834009883/1834
o.z. 2622/934S4126 oz 22/934 S41
Fasermaterial enthält noch etwa 5 $ kürzere Anteile mit Durchmessern bis 100 /um.Fiber material still contains about $ 5 shorter parts with diameters up to 100 / µm.
Das in Beispiel 2 genannte Polypropylen wurde wieder mit der gleichen Fördereinrichtung wie in den vorigen Beispielen in eine Zerfaserungsvorrichtung nach Fig. 6 gefördert. Die Schmelzentemperatur am Düseneingang betrug 300 C, der Förderdruck 24 atü. Der Zerfaserungsstickstoff hatte nun. im Innen- und Außenkreis der Düse verschiedene Drücke und Temperaturen: innen 11 atü, 280 0C; außen 5 atü, 160 0C.The polypropylene mentioned in Example 2 was again conveyed into a defibering device according to FIG. 6 with the same conveying device as in the previous examples. The melt temperature at the nozzle inlet was 300 C, the delivery pressure 24 atm. The fiberizing nitrogen now had. Different pressures and temperatures in the inner and outer circle of the nozzle: inside 11 atmospheres, 280 0 C; outside 5 atü, 160 0 C.
Die erhaltenen Fasern waren mit Durchmessern von durchslinittlich 20 bis 30 /um und Längen vjn 300 bis 600 /um, etwas kürzer als die in Beispiel 2 erhaltenen.The fibers obtained had average diameters 20 to 30 / um and lengths of 300 to 600 / um, slightly shorter than those obtained in Example 2.
Polypropylen nach Beispiel 2 wurde mit 80 atü und 300 C in eine Zerfaserungsvorrichtung nach Bild 5 gefördert und mit einem Gasdruck von 2 atü sowie einer Gastemperatur von 270 C zu Fasern zerblasen. Das Durchsatzverhältnis Gas zu Produkt hatte in diesem Beispiel den Wert 1 Fm /kg. Die erhaltenen Fasern sahen folgendermaßen aus: mittlerer Durchmesser 40 bis 60 /um bei Längen von 80 bis 120 cm, entsprechend einem Längen/Durchmess er-Verhältnis von ca. 20 000 : 1. Die erhaltenen Fasern sind von-weitgehend gleichmäßiger Faserstärke und enthalten waniger als 2 io kurzfaserige Anteile.Polypropylene according to Example 2 was conveyed at 80 atmospheres and 300 degrees Celsius into a defibering device according to Fig. 5 and blown into fibers at a gas pressure of 2 atmospheres and a gas temperature of 270 degrees Celsius. The gas to product throughput ratio in this example was 1 Fm / kg. The fibers obtained looked as follows: mean diameter 40 to 60 μm with lengths of 80 to 120 cm, corresponding to a length / diameter ratio of approx. 20,000: 1. The fibers obtained are of largely uniform fiber strength and contain less thickness than 2 io short-fiber parts.
Ein Polycaprolactam mit einem K-Wert von 72 und einer Schmelzvjskosität von 3 500 Po ir: ^ bei 25O0O wurde einer Zerfaserungs-A polycaprolactam with a K value of 72 and a melt viscosity of 3 500 Po ir: ^ at 25O 0 O was a fiberization
009883/1834009883/1834
1G345411G34541
-18- O.Z. 26 224-18- O.Z. 26 224
vorrichtung nach Bild 5 zugefördert. Am Düseneingang hatte
die Schmelze eine Temperatur von 310 0C. Der Förderdruck war
90 atü.,Das Zerfaserungsgas wurde mit 12,5 atü und 240 0C
in die Düse geführt. Die erhaltenen Pasern zeigten folgendes Aussehen: mittler«
bis 800 /um Länge,device as shown in Fig. 5. At the nozzle inlet, the melt had a temperature of 310 0 C. The delivery pressure was 90 atm., The Zerfaserungsgas was 12.5 atm and led 240 0 C in the nozzle. The fibers obtained showed the following appearance: medium «
up to 800 / um length,
Aussehen: mittlerer Faserdurchmesser 1 bis 10 /um bei 600Appearance: mean fiber diameter 1 to 10 / µm at 600
Ein Polyester wurde mit 150 atü und 300 0O der Zerfaserungs- W vorrichtung nach Bild 5 zugefördert. Das Zerfaserungsgas strömte mit 5 atü Vordruck und 325 0C in die Düse ein. Das Durchsatzverhältnis war dabei 1,2 Fm G-as/kg Produkt. Die erhaltenen Fasern hatten hauptsächlich Durchmesser zwischen 5 und 15 /um bei Längen von etwa 5 bis 50 cm.A polyester was atm with 150 and 300 0 O W of the shredding device conveyed after image. 5 The fiberizing gas flowed into the nozzle at 5 atmospheric pressure and 325 ° C. The throughput ratio was 1.2 Fm G-as / kg product. The fibers obtained were mainly between 5 and 15 µm in diameter and about 5 to 50 cm in length.
Ein Polyäthylen der Dichte 0,92 mit einem Schmelzindex von 18 (2,16 kg; 190 0G) und einem Schmelzpunkt von 110 0C wurde über einen Schneckenextruder und eine beheizte Rohrleitung in eine Zerfaserungsvorrichtung nach Bild 7 gefördert. Die ) Schmelzentemperatur vor der Düsenmündung betrug 280 0C, der Förderdruck der Schmelze 5 atü. Der Hauptgasstrom 19 wurde mit Raumtemperatur (ca. 20 0C) und 2 atü Druck in die Düse geleitet. Das Hilfsgas 21 wurde vom Hauptgasstrom durch In-A polyethylene of density 0.92 (2.16 kg; 190 0 G) having a melt index of 18 and a melting point of 110 0 C was conveyed via a screw extruder and a heated pipe into a grinding device according to Fig. 7 The ) melt temperature in front of the nozzle orifice was 280 ° C., the delivery pressure of the melt was 5 atmospheres. The main gas stream 19 was passed into the nozzle at room temperature (approx. 20 ° C.) and 2 atmospheres pressure. The auxiliary gas 21 was removed from the main gas flow through
•3 jektorwirkung angesaugt. Das Mengenverhältnis lag bei 1 Nm Hauptgas je kg Schmelze. Die erhaltenen Fasern hatten Durchmesser von 20 bis 30 /um, die Faserlängen waren zwischen 2 und 20 cm. Die Verdoppelung des Mengenverhältnisses reduzierte die Faserstärken auf etwa die Hälfte und ergab Längen von 0,4 bis 1m,• 3 suction effect. The quantitative ratio was 1 Nm Main gas per kg melt. The fibers obtained had a diameter of 20 to 30 μm, the fiber lengths were between 2 and 20 cm. The doubling of the proportion reduced the fiber strengths to about half and resulted in lengths of 0.4 to 1m,
-19-009883/1834 -19- 009883/1834
Claims (1)
zugsweise von 1.0 bis 10 see, entsprechend einer Orientierungslänge 1 von 1 bis 100 mm, vorzugsweise von 2 bis 30 mm den Bedingungen gemäß (a), (b) und (c) aussetzt, —2 —1
preferably from 1.0 to 10 seconds, corresponding to an orientation length 1 from 1 to 100 mm, preferably from 2 to 30 mm, subjecting the conditions according to (a), (b) and (c),
einwirkt.Auxiliary medium Tor preferably outside of the nozzle after the strands or the hose has already been sucked in or forcibly supplied auxiliary gas z. T. are cooled, at a distance of 5 to 100 mm from the end of the nozzle by splitting, predominantly parallel to the direction of flow, frayed by the main gas flow at an angle of 5 to 85 °, preferably from 10 to 45, at a speed of 50 to 700 m / sec, preferably from 100 to 400 m / sec and a temperature from 0 to 700 ° C., ν
acts.
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