DE2264876C3 - Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen KunststoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern, deren obere Grenze der Faserlänge das
100-fache des Faserdurchmessers beträgt, aus thermoplastischen
Kunststoffen, wobei man auf eine aus einer Düsenöffnung kontinuierlich austretende Kunststoffschmelze
eine Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit einwirken läßt.
Bei einem derartigen aus der DT-OS 19 34541
bekannten Verfahren wird die Kunststoffschmelze zunächst durch angesaugtes oder hilfsweise zugeführtes
Gas abgekühlt und dann mit einem gasförmigen dampfförmigen oder flüssigen Hilfsmedium zerfasert.
Die Kunststoffschmelze wird also zunächst mit einem gasförmigen Medium behandelt und anschließend erst
zerfasert. Falls Wasser als Hilfsmedium verwendet wird, muß heißes Druckwasser verwendet werden. Dies
bedeutet, daß Wasser mit Temperaturen angewendet werden soll, die nicht erheblich unterhalb des Erweichungspunkt
des Kunststoffes liegen dürfen. Ein solches Verfahren bedarf eines erheblichen Aufwands, da zwei
verschiedene Medien zur Behandlung erforderlich sind. Zusätzlich ist das Verfahren sehr energieintensiv und
muß ggf. unter Druck durchgeführt werden.
Es war daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern (Fibrids) aus thermoplastischen
Kunststoffen zu entwickeln, das apparativ einfach und störunanfällig ist und ein Verspinnen direkt aus der
Schmelze ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst,
daß man die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 m/sec zusammen mit der Kunststoffschmelze
und angesaugter Flüssigkeit in eine Impulsaustauschzone leitet, deren mittlerer Durchmesser das 2- bis
20-fache des mittleren äquivalenten Düsendurchmessers und deren Länge das 2- bis 20-fache des
hydraulischen Durchmessers der Impulsaustauschzone
beträgt
Es war nicht zu erwarten, daß die Scherkräfte
zwischen dem schnell geführten Flüssigkeitsstrahl und der Schmelze ausreichend sein würden, um bei dem
hohen Wärmeübergang zwischen heißer Schmelze und Flüssigkeit in der kurzen Zeit zwischen Eintritt der
Schmelze und deren Erstarren eine so feine Zerteilung in einem Durchgang zu erzielen.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht z.B. aus einer Zweistoff- oder
Mehrstoffdüse, die in einen Behälterraum hineinragt, in dem ein gegenüber dem Behälterraum kleines Rohr als
Impulsaustauschraum beliebigen Querschnitts in Richtung der aus den Düsenöffnungen austretenden Medien
derart in geringem Abstand von der Düsenmündung auf der Düsenachse angebracht ist, daß dieses Rohr die aus
den Düsenöffnungen austretenden Strahlen aufnimmt.
Ein oder mehrere Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von 10 bis 100 m/s, insbesondere 20 bis 50 m/s,
werden durch Düsen in den Impulsaustauschraum des mit Flüssigkeit gefüllten Behälters eingeleitet so daß sie
das zylindrische Rohr gemeinsam mit der relativ langsam bewegten Behälterflüssigkeit durchwandern.
Durch den Flüssigkeitsstrahl wird umgebende Flüssigkeit in den Impulsaustauschraum angesaugt
Als Impulsaustauschraum wählt man zweckmäßig einen kleinen zylindrischen Rohrraum, weil der
Gesamtimpuls der Treibstrahlen praktisch innerhalb dieses Raumes, also auf kleinem Volumen, umgesetzt
wird. Der mittlere Durchmesser dieses Impulsaustauschraumes beträgt das 2- bis 20-fache des mittleren
äquivalenten Düsendurchmessers und seine Länge das 2- bis 30-fache seines hydraulischen Durchmessers.
Die Kunststoffschmelze führt man durch Düsenöff-
Die Kunststoffschmelze führt man durch Düsenöff-
J5 nungen kontinuierlich zu, wobei sie einerseits in Form
von Schmelzsträngen oder flächig ausgebreitet wird und andererseits zwischen die mit hoher Geschwindigkeit
treibenden Flüssigkeitsstrahlen und die angesaugte Flüssigkeit gelangt Hierbei wird die Schmelze mit
einem Schergefälle beaufschlagt, das zur Zerfaserung führt.
Als Kunststoffe kommen alle zur Faserherstellung bekannten und geeigneten Typen in Betracht, die je
nach Verwendungszweck der daraus hergestellten Fibrids im Bereich niedriger bis hoher Molekulargewichte
liegen können, insbesondere geeignet sind Polyolefine, wie Polyäthylen und dessen Wachse und
Wachsverschnitte. Aber auch Polyamide sind gut geeignet. Man kann aber auch Polyester, Polyvinylchlorid
und Polystyrol verarbeiten.
Die Schmelze wird über ein unter Druck stehendes Schmelzgefäß oder über einen Extruder der Düse
zugeführt. Je nach Art der verwendeten Thermoplasten können die Schmelzen unterschiedliche Temperaturen
haben. Zur Anwendung kann der gesamte Temperaturbereich zwischen dem Schmelzpunkt und der ohne
chemische Veränderung höchstmöglichen Schmelzentemperatur gelangen.
Zweckmäßig sind Schmelzentemperaturen nahe der oberen Grenze zur Erzielung möglichst geringer Viskosität. Der notwendige Schmelzendruck richtet sich nach der Temperatur der Schmelze und nach der Düsengeometrie.
Zweckmäßig sind Schmelzentemperaturen nahe der oberen Grenze zur Erzielung möglichst geringer Viskosität. Der notwendige Schmelzendruck richtet sich nach der Temperatur der Schmelze und nach der Düsengeometrie.
Als Hilfsmedien zur Zerfassung werden im allgemeinen inerte Flüssigkeiten, vorteilhaft Wasser, verwendet.
Der Einsatz von Wasser wirkt sich insofern günstig aus, als Wasser gegenüber Luft eine um den Faktor 1O3
größere Dichte hat. Das bedeutet zur Erzielung eines
bestimmten Impulses eine entsprechende Verminderung des Volumens bzw. der Geschwindigkeit des
Wassers. Das Wasser wird im Kreislauf gefahren, wobei
die Fibrids mittels Sieb abgenommen werden, und verursacht praktisch keine Abwasserprobleme. Die
Wassertemperatur richtet sich nach der Temperatur der Kunststoffschmelze und nach der Art und Größe der
herzustellenden Fibrids, da das Wasser die Thermoplastenschmelze kühlen und damit die Fibrids in ihrer Form
fixieren muß. Die Geschwindigkeit des austretenden to Wassertreibstrahles ist abhängig vom erforderlichen
Schergefälle und von der gewünschten Faserstruktur, wird damit also wieder von der Temperatur und
Zähigkeit der Schmelze beeinflußt
Der gesamte Zerteil- und Zerfaserungsvorgang findet
in dem kleinen Impulsaustauschraum statt Man kann auf den größeren Behälter verzichten, wenn man den
relativ langsam strömenden, aus dem Behälter angesauten Flüssigkeitsstrom mit einer Pumpe zuführt. Man
verhindert auf diese Weise ein Rücksaugen von Flüsssigkeit einschließlich bereits fertiger Fibrids und
erreicht ein definiertes Verweilzeitverhalten der Flüssigkeit im Impulsaustauschraum. Der Impulsaustauschraum
hat im allgemeinen einen konstanten oder einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Querschnitt
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können verschiedene Typen von Kurzfasern erzeugt werden. Je
nach Fahrweise und eingesetztem Kunststoff unterscheidet sich die Kurzfaser in ihrer Struktur und Größe.
Ihr Aussehen reicht von feinster, pulverförmiger Beschaffenheit bis hin zu Wattecharakter. Die obere
Grenze der Faserlänge beträgt das 102-fache des
Faserdurchmessers.
Durch die Betriebsbedingungen und die spezielle Gestaltung der Zerfaserungsvorrichtung läßt sich das
Faserspektrum variieren. Da der Impuls- und Energieaustausch auf sehr engem Raum stattfindet, ist das
Faserspektrum im allgemeinen klein.
Von besonderer Bedeutung ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Fasern aus
Kunststoffen, die aus Lösung heraus wegen Schwerlöslichkeit nicht in diesen freien Verteilungsgrad gebracht
werden können z. B. auch halogenierte Produkte.
B e i s ρ i e I 1
Ein Polyäthylenwachs mit einem mittleren Molekulargewicht von 3000 und einem Schmelzpunkt von etwa
95° C wird in einem unter Druck stehenden Schmelzgefäß
aufgeschmolzen und durch eine beheizte Rohrleitung der Zerfaserungsvorrichtung zugeführt. Die
Schmelzentemperatur an der Düse beträgt 150° C, die Zähigkeit der Schmelze etwa 3 Poise. Der Förderdruck
der Wachsschmelze ist 2 at Das Wasser hat im Treibstrahl eine Geschwindigkeit von 37 m/s, sein
Vordruck beträgt 7 at und wird von einer Pumpe aufgebracht Das Wasser enthält ein Antistatikum in
einer Konzentration von 0,3 g/l und hat eine Temperatur von 80° C.
Man erhält mikrofeine Fasern, die äußerlich in ihrer Gesamtheit Pulvercharakter haben. Die Fasern sind
kaum verästelt und verhalten sich praktisch nicht klumpend. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 4 und
25 μηι, die Faserlängen zwischen 5 und 500 μίτι.
Ein Polyäthylenwachs mit einem mittleren Molekulargewicht von 6000 und einem Schmelzpunkt von etwa
100°C wird wie in Beispiel 1 aufgeschmolzen und der Zerfaserungsvorrichtung zugeführt Die Schmelzentemperatur
an der Düse beträgt 130° C, die Zähigkeit der Schmelze etwa 6 Poise. Der Förderdruck der
Wachsschmelze ist 2 at Die Wassergeschwindigkeit im Treibsirahl beträgt 15 m/s, der Wasserdruck 2 at Das
Wasser enthält ein Antistatikum der im Beispiel 1 angegebenen Konzentration und hat eine Temperatur
von 8O0C.
Die hergestellten Fibrids sind sehr fein und deutlich verästelt; dadurch kommt es zu gegenseitigen Verhakungen
und Zusammenlagerungen. Der Fasercharakter ist ohne optisches Hilfsmittel erkennbar. Die Faserdurchmesser
liegen zwischen 25 und 125 μΐη, die Faserlänge zwischen 75 und 1250 μπι.
Ein Wachsverschnitt auf Basis Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 1000 (16 kg; 190° C) und einem
Schmelzpunkt von etwa 95° C wird wie in Beispiel 1 aufgeschmolzen und der Zerfaserungsvorrichtung zugeführt.
Die Schmelzentemperatur an der Düse beträgt 150° C, die Zähigkeit der Schmelze etwa 3 Poise. Der
Förderdruck der Wachsschmelze ist 2 at Die Wassergeschwindigkeit im Treibstrahl beträgt 30 m/s, der
Wasservordruck 5 at die Wassertemperatur 60°C.
Die hergestellten Fibrids sind gemahlenem Zellstoff sehr ähnlich, 7.um Teil stark gespleißt und verästelt und
deshalb untereinander verfilzend. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 25 und 75 μηι, die Faserlängen
zwischen 500 und 1500 μπι.
Ein Wachsverschnitt wie in Beispiel 3 beschrieben wird in gleicher Weise der Zerfaserungsvorrichtung
zugeführt. Die Betriebsbedingungen werden gegenüber Beispiel 3 etwas abgewandelt. Die Schmelztemperatur
an der Düse beträgt 170°C, die Zähigkeit der Schmelze etwa 2 Poise. Der Förderdruck der Wachsschmelze
ist 1,5 at, die Wassergeschwindigkeit im Treibstrahl beträgt 20 m/s, der Wasservordruck 3 at, die
Wassertemperatur 60° C.
Die gewonnenen Fibrids sind feiner und durchschnittlich länger als in Beispiel 3 und sehen Watte sehr
ähnlich. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 25 und 40 μηι, die Faserlängen zwischen 500 und 1000 μΐη.
Ein Wachsverschnitt auf Basis Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 220 (2,16 kg; 19O0C) und einem
Schmelzpunkt von etwa 120"C wird wie'in Beispiel
1 aufgeschmolzen und der Zerfasvsrungsvorrichtung
zugeführt. Die Schmelzentemperatur an der Düse beträgt 1550C, die Zähigkeit der Schmelze etwa 500
Poise. Der Förderdruck der Wachsschmelze ist 2 at, die Wassergeschwindigkeit im Treibstrahl 25 m/s, der
Wasservordruck 4 at, die Wassertemperatur 90° C.
Die erhaltenen Fasern sind fein und lang und haben den Charakter von Haar. Die Faserdurchmesser liegen
zwischen 50 und 250 μπι, die Faserlängen zwischen 3
und 250 mm.
In den Beispielen 1, 2, 4 und 5 wird die Schmelze mittels einer Kreislochdüse, im Beispiel 3 mittels
einer Kreisschlitzdüse in das Scherfeld zwischen dem Treibstrahl einerseits und der angesaugten Flüssigkeit
andererseits eingeführt.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern, deren obere Grenze der Faserlänge das 100-fache
des Faserdurchmesse^s beträgt, aus thermoplastischen
Kunststoffen, wobei man auf eine aus einer Düsenöffnung kontinuierlich austretende Kunststoffschmelze
eine Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit einwirken läßt, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 10 bis lOOm/sec zusammen
mit der Kunststoffschmelze und angesaugter Flüssigkeit in eine Impulsaustauschzone leitet, deren
mittlerer Durchmesser das 2- bis 20-fache des mittleren äquivalenten Düsendurchmessers und
deren Länge das 2- bis 20-fache des hydraulischen Durchmessers der Impulsaustauschzone beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine Temperatur von 60
bis 900C hat.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flüssigkeit
Wasser verwendet
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 mit 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastische
Kunststoffe Polyolefine und deren Wachse und Wachsverschnitte verwendet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722264876 DE2264876C3 (de) | 1972-02-25 | 1972-02-25 | Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19722264876 DE2264876C3 (de) | 1972-02-25 | 1972-02-25 | Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen |
DE2208921A DE2208921B2 (de) | 1972-02-25 | 1972-02-25 | Vorrichtung zur Herstellung von Kurzfasern aus einer thermoplastischen Kunststoff schmelze |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2264876A1 DE2264876A1 (de) | 1975-04-24 |
DE2264876B2 DE2264876B2 (de) | 1977-11-17 |
DE2264876C3 true DE2264876C3 (de) | 1978-06-29 |
Family
ID=25762781
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19722264876 Expired DE2264876C3 (de) | 1972-02-25 | 1972-02-25 | Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen |
Country Status (1)
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DE (1) | DE2264876C3 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT355486B (de) * | 1977-04-20 | 1980-03-10 | Eternit Werke Hatschek L | Mischung, insbesondere baustoffmischung, zum herstellen von formkoerpern |
-
1972
- 1972-02-25 DE DE19722264876 patent/DE2264876C3/de not_active Expired
Also Published As
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DE2264876B2 (de) | 1977-11-17 |
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