DE2438770A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faechigen erzeugnisses mit faseriger oberflaeche - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faechigen erzeugnisses mit faseriger oberflaecheInfo
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Description
METZELER SCHAUM GMBH - MEMMINGEN
30. Juli 1974 PA 74-10427 ö
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines flächigen Erzeugnisses mit faseriger Oberfläche.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eine faserige Oberfläche aufweisenden und durch
Umwandlung eines nichtfaserigen Polymers gebildeten Erzeugnisses mittels Auseinariderziehens an das Polymer
angrenzender, anhaftender Flachen, von denen mindestens
eine von einem Träger für das Polymer und damit für die Fasern gebildet wird, wobei der Träger von einem
Fluidum durchströmt wird und wobei die in statu nascendi befindlichen Fasern umströmt, orientiert
sowie unter Erhöhung ihrer Viskosität stabilisiert werden«
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es sind aus der DT - AS 1 753 695, der US-PS 3 309 425
und der GB - PS 1 072 236 bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eine ge tuft et e" Oberfläche
aufweisender Erzeugnisse bekannt, bei denen wenigstens
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BAD OR[GlNAL
eine thermoplastische Schicht auf einem Teilbereich ihrer Dickenerstreckung gegen eine heizbare und mit
Vorsprüngen bzw. Vertiefungen ausgestattete Oberfläche gepreßt und in einem anschließenden Entformungs»
Vorgang davon abgezogen wird. Die durch das Anpressen geformte Oberfläche der Polymerschicht wird bei einem
der Verfahren während des Entformungsvorganges überdies einer Temperierung unterworfen.
In der DT - PS 1.266.441 wird ein weiteres Verfahren beschrieben, bei dem ein Polymer zwischen zwei glatte
Ziehflächen gebracht und im geschmolzenen Zustand senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung unter gleichzeitiger
Kühlung zu unsymmetrischen Pasern zerrissen wird. Der
Kühlmittelstrom wirkt hierbei erstmals entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Polymers auf den Faserbildungsraum
ein. Nach einem neueren, sich an dieses Vorbild anlehnenden Verfahren wird gemäß der DT - OS
2 053 408 vorgeschlagen, das Polymer im geschmolzenen Zustand durch einen porösen Träger hindurch- und an die
glatte Ziehfläche anzupreisen, worauf das Laminat anschließend
unter Faserausbildung bei gleichzeitiger Kühlung abgezogen wird.
Ein weiterer Vorschlag, beschrieben in der DT - OS 2 157 510, betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Erzeugnisses mit Plüschoberfläche, das unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, daß das Polymer mit Hilfe
des Trägers an eine heizbare Ziehfläche angepreßt und
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nach Beginn der Faserausbildung bei gleichzeitiger Kühlung und nachträglicher Umlenkung des Trägers
von dieser abgezogen wird. Dabei wirkt der Kühlmittelstrom wiederum entgegengesetzt zur Transportriehtung
des Trägers in den Faserbildungsraum ein, zusätzlich dazu erfolgt eine Kontaktkühlung der Rückseite des Trägers.
Verfahren dieser Art gereicht zum Nachteil, daß das Kühlmittel gleichzeitig auf die gesamte Länge der
sich bildenden Fasern auftrifft, so daß es auf dahinterliegende
Fasern nur sehr abgeschwächt einwirken kann; daran ändert die Kontaktkühlung der Rückseite nichts.
In Verfolgung dieses Vorschlages und unter Berücksichtigung seiner Nachteile beschreibt die DT - OS 2 057 149
ein solches Verfahren, bei dem ein strömendes Kühlmittel annähernd in Transportriehtung des Trägers auf dessen
Rückseite einwirkt und diesem entlang und ihn zum Teil auch durchströmt. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen,
daß die Trägerschicht im Faserbildungsbereich nicht abgelenkt wird und sich bildende Fasern weiterhin der Temperaturwirkung
der beheizten Ziehfläche ausgesetzt bleiben.
Diese bekannten Verfahren verwenden zur Kühlung einen
Gas- oder Flüssigkeitsstrom, der entweder eine zu schwache oder eine zu schroffe Kühlwirkung ergibt.
Das führt zu der Aufgabe, Maßnahmen zu verwirklichen,. mittels derer es gelingt, zu erreichen, daß das strömende
Fluidum schon im Keimberti ich der Fasern, in statu nascendi dieser, wirksam wird und daß die Faserausge-
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staltung über den gesamten Faserbüdungsbereich aussteuerbar
wird, so daß einerseits mit einer hohen wirtschaftlichen Produktionsgeschwindigkeit gearbeitet werden
kann und andererseits die Güte des Produktes beeinflußbar ausfällt.
Die so charakterisierte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das sich erfindungsgemäß durch eine Führung des
Fluidums kennzeichnet, bei der es nach dem Durchströmen des Trägers in den FaserbUdungsraum gelangt, wobei
der einer Abzugswirkung unterworfene Träger innerhalb des Einwirkungsbereiches des strömenden Fluidums
aus seiner Richtung von der anderen Ziehfläche weg abgelenkt wird.
Ein für die Weiterbildung der Erfindung wesentlicher Verfahrensschritt
ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze im Faserbüdungsbereich mit einer
Temperatur oberhalb, vorzugsweise weit oberhalb des Schmelzpunktes zugeführt wird.
Von Bedeutung für das Verfahren ist es dabei, daß der Träger im Einwirkungsbereich des strömenden Fluidums
von der heizbaren Ziehfläche abgehoben und nach Einstellung eines zwischen 0, δ und 40 mm, vorzugsweise zwischen
0, 5 und 10 min, liegenden Abstandes abgelenkt wird. Die
hierbei von den Trägern zurückgelegte Strecke ist von der Krümmung der Oberfläche der heizbaren Ziehfläche abhängig,
im Rahmen erfindungsgemäß vorgeschlagener Verjähren nimmt die Strecke Werte von wenigen Millimetern bis einigen
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Zentimetern, vorzugsweise zwischen 5 mm bis 50 mm und nur maximal von etwa 100 mm an. Infolge der Maßnahme dieser
Ablenkung des Trägers wird der Wurzelbereich der Fasern der intensiven Einwirkung des strömenden Fluidum entzogen,
wodurch dieser Wurzelbereich feiner ausgezogen wird und die Fasern eine molekulare Längsorientierung erfahren; erst danach
erfolgt das Abreißen der Faserspitzen von'der beheizten Ziehfläche nahe deren Enden.
■■■- /
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Proportionalität oder annähernd
Proportionalität zwischen Erstarrungsgeschwindigkeit des Polymers und Fasertemperatur einzustellen. Würde beispielsweise
die Erstarrung zu schnell zunehmen, so käme es nur zu einem zu grobfaserigen Zerreissen der Polymerschmel-ze,
so daß Blättchen an Stelle der erstrebten Faserform bei
hochviskosen Schmelzen entständen; die Schmelze wird nur zu
feinen, dünnen Fäden mit knollenförmigen Wurzeln bei niedrigviskosen Schip.elzen von Polykondensaten ausziehbar.
Zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens eignen sich daher vorwiegend Polymerisationsprodukte.,
die ein geringes Molekulargewicht und damit einen hohen Schmelzindex aufweisen.
Vice versa ist der Einsatz stark kristallisierender Hochpolymeren,
insbesondere solcher aus Polykondensaten durch die hohe Kristallisationsgeschwindigkeit erschwert. Weiter hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, durch Co- bzw. Misch-Polymerisationen
bzw. durch Mischungen oder Legierungen nut anderen Polymeren deren Kristallisaiionsneigung zu verringern
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und den Erstarrungsbereich auszudehnen. So konnte reines Polyoxymethylen (POIvI), das allein eingesetzt eine feine und
brüchige Faser ergibt, erst durch den Zusatz von 10% Hochdruck-Polyäthylen zur Erzeugung eines praktisch brauchbaren
Faserprodukles mit katzenfellähnlichem Griff verwendet werden.
Bei Mischungen von POM mit Polyamiden wird ebenfalls der Faserbildungsprozeß verbessert. Reines Polyamid 6 (PA 6)
hingegen ergibt bei alleinigem Einsatz eine feine, watteartig aussehende Faser. Durch Co - Polymerisation mit Polyamid
66 (PA 66) oder mit Äthylen bzw. mittels einer Mischung mit 12% niedrigviskosem PMMA konnte ein textiles Plüschgev/ebe
hergestellt werden. Mischungen aus Polyamid 6 (PA 6) mit Polyamid 11 (PA 11) bzw. PA 12 oder PA 6. 10 ergeben wieder
einen größeren Erstarrungsbereich, wobei die Zweitkompcnente in einer Menge bis zu 30^0 zugesetzt serin kann. Günstige Ergebnisse
mit Mischungen konnten ebenfalls erzielt werden bei gesättigten Polyestern - wie z.B. Polyäthylentherephthaiat oder
Polybutylenterephthalat mit Polyamid 6, PA 11, PA 12 bzw.
Copolyamides Mittels einer zusätzlichen Vernetzung solcher Polymermischungen bei ihrer Verarbeitung können überdies
Faserbildungsprozeß und Erzeugnisqualität positiv beeinflußt werden.
Bei reinem Polypropylen (PP) mit einem MFI = 190/5 von 20 ergibt sich normalerweise eine Faser mit einer Stärke von beispielsweise
10 Aim; durch einen Zusatz von Polyamid 12 werden
die Fasern zunehmend feiner und dünner, bis sich schließlich bei einem Anteil an PA 12 eine watteähnliche Struktur einstellt.
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Der Einsatz von anorganischen Substanzen, z.B. Füll- und
Farbstoffen oder Additiven, in der Schicht des Polymeres bewirkt auf Grund der höheren Wärmeleitfähigkeit dieser Substanzen eine raschere Erstarrung bei der Faserbildung, was
größtenteils dazu führt, daß die Fasern früher abreißen. Die Verwendung derartiger Stoffe bis zu einer Konzentration von
50% wird beim erfindungsgernäßen Verfahren bevorzugt durch den Einsatz von Polymeren mit niedriger Schmelzviskosität
begünstigt. Zur Durchführung er findung s gemäß ausgebildeter Verfahren haben sich insbesondere solche Polymere geeignet,
deren Schmelze eine geringe Viskosität aufweisen.
Darunter fallen unter anderen:
PE mit einem MFI 190/2 von 10 - 300 g/10 Min,, EVA mit einem MFI 190/2 größer als 10 g/10 Min.,
PP mit einem MFI 190/5 von 10 - 70 g/10 Min.,
PMMA mit einem MFI 210/10 größer als 10 g/10 Min., CA (Cellulose Acetat), CAB (Cellulose Acetat Butyrat),
CP (Cellulose Proprionat) mit einem MFI 190/2 größer als 8, POM mit einem MFI 190/2 größer als 13 g/10 Min.,
PVCA mit einem K-Wert kleiner als 60, h-PVC mit einem K-Wert kleiner als 55,
w-PVC mit einem K-Wert kleiner als 60, bei einem Weichmacheranteil
von mindestens 15%,
PA 6 mit einer relativen Lösungsviskosität zwischen 2,1
und 3,4, , . ■ "
PA 12 mit einer relativen Lösungsviskosität zwischen 1,7
und 2,1
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PETP mit einer relativen Lösungsviskosität größer als 1,6.
Aus diesen Angaben ist ersichtlich, daß in Durchführung des neuen Verfahrens vor allem Polymerisationsprodukte mit einem
hohen Schmelzindex einsetzbar sind, während diese Möglichkeit bei Polykondensationsprodukten, wie sie beispielsweise
bei PA und bei gesättigten Polyestern vorliegen, bereits bei marktgängigen Produkten gegeben ist.
Für die getroffene Auswahl der Polymere waren unter anderen
folgende Gründe maßgebend:
- Eine geringe Sehmelsviskosität ergibt wegen der Erzielung
verbesserter Ilaftungsverhältnisse wesentlich mehr Faserkeimprodukte
als es bei hoher Schmelzviskosität der Fall ist;
- eine hohe Schmelztemperatur und die dadurch bedingte geringe Schmelzviskosität führen zu langen Faserziehzeilen,
so'daß die verlängerten Einwirkzeiten zu der Möglichkeit
führen, den zeitlichen Einflußbereich zu vergrößern, innerhalb dessen der Prozeßsteuerung dienende Maßnahmen anwendbar
bleiben.
Ein weiterer Verfahrens sehritt kennzeichnet sich ferner dadurch,
daß das Polymer im. Faserbildungsbereich nur teilweise in Fasern umgewandelt wird. Bei bisher üblichen Verfahren
war stets angestrebt worden, nach dem Faserbildungsvorgang keine Polymerresie an der Ziehfläche in der Erwartung iuf-
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-S-
treten zu lassen, daß dann bei erneutem Durchgang eine Störung des Faserbildungsprozesses infolge Weiterbewegung der
Ziehfläche zu vermeiden wäre. Jedoch haben Versuche bei erfindungsgemäß gestalteten Verfahren zu entgegengesetzten Ergebnissen
geführt, der Faserbildungsprozeß läuft vielmehr so ab, daß sich die Fasern beim Erstarren infolge im Polymer
wirksamer Cohäsionskräfte nahe der und nicht an ihrer Berührungsstelle
mit der Ziehfläche sichtbar einschnüren und eindeutig im Abstand von der Ziehfläche abreißen. Das führt folgerichtig
und gemäß einer durch die Erfindung ausgelösten Entwicklung zu einer neuen Technik, die darin besteht, in weiterer
Durchbildung des vorgeschlagenen, Verfahrens den beim ersten Faserbildungsprozeß erzeugten Polymerbelag auf der Ziehfläche
bewußt und planmäßig im Anschluß an diesen ersten Faserbildungsprozeß
in einer Dicke von mindestens 10 um aufrecht zu erhalten und diesen Belag mittels Weiterbewegung
der Ziehfläche erneut mit Polymer zu beschichten, gegebenenfalls auch während einer Faserbildung mit dem zurückgehaltenen
PolymerfiLm. oder einer zurückgehaltenen Polymerschicht
zu vermischen und. auf diese Weise ständig zu erneuern.
Diese Polymer-Restschicht hat beim Verlassen des Faserbildungsraumes
infolge der voneinander infinitesimale Abstände aufweisenden Faserendabreißpunkte berg- und talartige Oberflächenstruktur.
Die "Talbereiche" haben dabei die Mindestdicke von 10 um. Beim Umlauf auf der heißen Ziehfläche wird
diese Oberfläche infolge der Oberflächenspannung und Elastizität des Belages allmählich ebeti>
so daß die Polymerrest -
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schicht als gleichmäßig dicke Schicht mit über 10 um Dicke
unter das neue Polymer einläuft.
Die Vermischung eines auf der Ziehfläche aufrecht erhaltenen Polymerbelages mit einer wie vorher beschriebenen, neu aufgebrachten
Polymerschicht kann dazu benutzt werden,, Schichten aus verschiedenartigen Polymeren mit einer Wirkung im
Faserbildungsprozeß in Mehrkomponentenfasern umwandeln zu können, die sich nicht von derjenigen Wirkung unterscheidet,
die auftritt, wenn die Fasern aus einer einzigen Schicht gebildet werden; gegenüber letzter unterscheiden sich Fasern aus
Polymermischungen jedoch insofern, als in ihnen die einzelnen Polymerarten mehr schichtenweise als fein dispergiert auftreten.
Damit ist erreichbar, Fasereigenschaften zu erhalten,
die mittels einer Mischung aus Polymeren auf Grund unterschiedlicher Schmelzviskositäten nicht zu erhalten wären.
So kann man beispielsweise durch Zer- oder Auffasern von
Schichten aus PVC und anderen Polymeren geschichtete Fasern erzeugen, wobei durch Steuerung der Verfahrensmaßnahmen
erreichbar ist, daß beispielsweise in der Faser Schichten aus reinem PVC auftreten, an die sich weitere Schichten, gegebenenfalls
mit allmählichen Übergängen anschließen, die ausschließlich aus dem anderen Polymer bestehen. Da diese
Schichtung wieder für bestimmte Fasereigenschaften ursächlich ist, ergibt sich die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den
gewollten Fasereigenschaften den Faseraufbau so einzustellen, daß die fertige Faser das Bündel von Eigenschaften entfaltet,
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die jeweils zur Deckung des auftretenden !Bedarfsfalles optimal
sind.
Für bestimmte Fasereigenschaften ist auch von Bedeutung,
daß im Ablenkungsbereich des Trägers das strömende Fluidum bezogen auf eine im Ablenkungsbereich auf der Ziehfläche errichtete
Normalebene - in einem Winkelbereich von + 65 bis - 45 , vorzugsweise von H- 55 bis -15 zur Einwirkung gebracht
wird. Dabei ist wesentlich, daß das strömende Fluidum mit seiner maximalen Intensität nicht auf den Ort der Faserkeimbildung
auftritt, sondern in dem Bereich den Träger durchströmt, in dem
die Polym er schicht zerrissen und zu Fasern umgewandelt wird;
die Strömungsrichtung des Mediums wird anschließend an der Ziehfläche abgeknickt, so daß es einerseits in den Faser keimbereich
und andererseits in den Bereich des Faserbildungbraum.es
umgelenkt wird, in dem die Fasern vollends erstarren. Solche Maßnahmen sind durch die Wahl des Anströmwinkels zu steuern.
Die Intensität des strömenden Mittels bestimmt dabei weitestgehend die Faserausbildung. Das strömende Fluidum kann von
Gasen, Dämpfen, versprühten Flüssigkeiten, von Gasen und/ oder Dämpfen getragenen Feststoffteilen und/oder.Mischungen
dieser gebildet sein. Besonders bewährt irn Rahmen der vorgeschlagenen
Verfahren haben sich hauptsächlich Mischungen aus Gasen und Flüssigkeiten, weil sie zu einem besonders hohen
Wärmeübergang führen und eine große Wärmeaufnahme ermöglichen. Auch deshalb wird vorzugsweise mit Gas-■ Flüssigkeitsgemischen gearbeitet, weil durch die Verdunstungskälte der Flüssigkeit
eine Herabsetzung der Temperatur des Fluidums erfolgt.
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Ein Einsatz von Gemischen aus Gasen und Flüssigkeiten sowie einem Stoff, der bei Reaktion mit der Flüssigkeit oder
dem Gas diesen Wärme entzieht, hat sich ebenso als vorteilhaft und anwendbar erwiesen. Der chemische Stoff kann
dabei sowohl in fester als auch in flüssiger Form vorliegen. Eine in einfacher Weise auf den Erstarrungsvorgang abstimm-bare
Wirkung läßt sich darüber hinaus mit temperierten, versprühten Flüssigkeiten erzielen. Ferner kann durch Einsatz
solcher Mischungen als Kühlmittel die Applikation mindestens eines Mischungsbestandteiles auf den Fasern erreicht
werden.
Ein wesentliches Verfahrensmerkmal ist darin zu sehen, daß der Träger aus seiner Richtung mit mindestens 5 und
höchstens 90 abgelenkt wird. Die Ablenkung des Trägers ist in erster Linie von der Art des Polymers und weiter von
der gewünschten Güte abhängig. Bei weitgehend linearen Polymeren wird die Ablenkung zweckmäßig mit einem größeren
Winkel als bei verzweigten Polymeren bewirkt, wobei optimale Verhältnisse zu erwarten sind, wenn bei Polyolefinen
(mit Ausnahme von LD-PE) die Ablenkungswinkel zwischen 30 bis 80 liegen, während sie bei LD--PE in einem Bereich
zwischen 10 und 60 liegen sollen. Das ändert sich bei gesättigten, linearen Polyestern dahin, daß ein zwischen 50
und 80 liegender Bereich zu bestreichen ist, der bei Verarbeitung von CA, CAB innerhalb der Grenzwerte 2 0 und
60 liegt. Zur Verarbeitung kommende Polymer mischung en und Legierungen führen zu guten Ergebnissen, wenn der Ablenkungswinkel
mindestens 30 beträgt.
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Soll die Faserlänge bei den vorher aufgeführten Polymeren vergrößert werden, so bewegen sich die angegebenen Ablenkungswinkel
im allgemeinen in der Nähe der größeren Grenzwerte.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, noch unaufgefasertes
Polymer bzw. die Restschicht gegen Zutritt der Atmosphäre zu schützen, beispielsweise abzudecken, wobei
sich die Verwendung von Schutzgasen als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Maßnahmen dieser. Art inhibieren die
Oxydationsmöglichkeiten, welche den Verfahrensablauf stören, allerdings weniger die Faserqualität betreffen, als
den Auftrag und den Kontakt des Polymers zur Ziehfläche unterbrechen könnten. Bei einigen Polymeren, wie zum
Beispiel bei marktgängigen Polyolefinen, könnte ein in die Schicht eingearbeitetes Antioxydationsmittel hierzu bereits
ausreichen, während bei anderen Polymeren, vorwiegend Polykondensationsprodukten, diese Wirkung unzureichend
wäre, so daß der Zutritt von Sauerstoff unmittelbar unterbunden werden muß. So haben sich Abschirmungen und/oder
Umspülungen von Polymerschichten mit einem Schutzgas insbesondere bei POM, PC, Polyamiden und gesättigten
Polyestern als Vorzugs weise in Betracht kommend erwiesen. Hierzu wird parallel zur Ziehfläche in einem Abstand
von etwa 5-10 mm ein Schirm angeordnet, der die Ziehfläche einerseits gegen die Umgebung abdeckt und andererseits
als Reflektor wirkt. Mit der Maßnahme gelingt es, wie bekannt, schwierig zu verarbeitendes Polyamid gleich-
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mäßig zu zerfasern. Eine Umspülung des verbleibenden un·- aufgefaserten Polymers mit Schutzgas reduziert überdies
dessen thermische Zersetzung, was sich sowohl günstig auf die Faserfestigkeit als auf Nachbehandlungsprozesse, wie
z.B. das Färben von Polyamid- und Polyester-Fasern positiv aus wir let.
Zui· Durchführung des geschilderten Verfahrens kann man
hierzu geeignet ausgebildete Einrichtungen benutzen, die sich vorzugsweise dadurch kennzeichnen, daß ein den Träger
berührender Teil mindestens eines Düsenkörpers als Ablenkvorrichtung für den Träger ausgebildet und im Bereich des
Faserbildungsraumes angeordnet ist.
Die Ablenkung des Trägers wird, bezogen auf den Ausströraquerschnitt
des Fluidums, durchweg mittels des Düsenkörpers - dort dann zweckmäßig unmittelbar durch Ausbildung
des den Austrittsquerschnitt des Fluidums umgebenden Düsenkörperbereiches
als abgerundeter oder nach Art einer Schneide auslaufender Düsenkamm mit geschlossenen oder einzeln auftretenden
Zinken, aber auch kurz vor- oder hinterher, wobei der Toleranzbereich möglichst nicht größer als 10 mm sein
soll, vorgenommen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorgeschlagenen Verfahren und Ausbildung zur Durchführung derselben geeignet
ausgebildeter Ein- und Vorrichtungen sollen an Hand zeich-,
nerisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden.
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Es zeigen Fig. 1 eine schematisch wiedergegebene Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer Gesamtdarstellung,
Fig; 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine gegenüber der Fig. 1 abgeänderte Ausführung.
Gemäß Fig. 1 weist die unter vielen Ausführungsraöglichkeiten herausgegz^iffene Einrichtung eine angetriebene und über
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Heizmittel 11 sowie eine Leitung/beheizbare, trommelartig ausgebildete Walze 10 zur Bildung einer der Ziehflächen auf. Nahe der Oberfläche der Walze 10 ist ein in einer Lagerordnung 13 verschwenk- und gegen die Oberfläche verschiebbarer Düsenkörper 14 gebaltert, dessen über die Walzenbreite erstreckte Breitsehlitzdüsenöffnung 15 in allen Düsenkörperschwenklagen gegen die Wfil^e 10 zu richten ist. Der Düsenkörper 14 ist über eine Leitung an einen Druckerzeuger 16 für ein Fluidum angeschlossen, wobei der Leitung noch eine von Hand bedienbax'e oder in Abhängigkeit von veränderlichen Einflußgrößen selbsttätig arbeitende Mischbatterie 17 zuschaltbar ist.
Heizmittel 11 sowie eine Leitung/beheizbare, trommelartig ausgebildete Walze 10 zur Bildung einer der Ziehflächen auf. Nahe der Oberfläche der Walze 10 ist ein in einer Lagerordnung 13 verschwenk- und gegen die Oberfläche verschiebbarer Düsenkörper 14 gebaltert, dessen über die Walzenbreite erstreckte Breitsehlitzdüsenöffnung 15 in allen Düsenkörperschwenklagen gegen die Wfil^e 10 zu richten ist. Der Düsenkörper 14 ist über eine Leitung an einen Druckerzeuger 16 für ein Fluidum angeschlossen, wobei der Leitung noch eine von Hand bedienbax'e oder in Abhängigkeit von veränderlichen Einflußgrößen selbsttätig arbeitende Mischbatterie 17 zuschaltbar ist.
Es sind Vorrichtungen vorhanden, um auf die Oberfläche der
Walze 10 eine Schicht aus einem Polymer 18, weiter einen bahnenförmigen Träger 19 für das Polymer aufbringen zu
können. Träger und Polymer umschlingen die Walze 10 über einen Bereich ihrer Oberfläche. Die Einrichtung ist so ausgebildet, daß nach dem Fas erbildungs vor gang, auf den noch
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näher einzugehen ist, auf der Walzenoberfläche ein Re st film
aus dem Polymer unter einer durch einen Winkel 30 bestimmten Ablenkung über den Düsenkörper 14 hinweg erzeugt w.ird. Der
Ablenkungswinkel 30 ist bezogen auf eine Mantellinie 31 der Oberfläche der Walze angelegte Tangentialebene 32, wobei
längs der Linie 31 das A.bheben des Polymers 18 und des Trägers 19 von einer Zylindermantelfläche beginnt, der die Walzenoberfläche
angehört.
Der Bereich der Walzenoberfläche, der in Drehrichtung
(Pfeil 33} auf die Ablenkung folgt und die demgemäß xv.ischen
Ablenkung und einem neuerlichen Aufbringen von Polymer liegt, ist von einer Abschirmung 21 umgeben. Der zwischen
der Oberfläche der Walze und der Abschirmung 21 liegende Raum ist mittels eines Anschlusses 22 mit einem hier zuzuführenden
Schutzgas zu befluten.
Der Düsenkörper 14 mit dem den Auslaßquerschnitt für das Medium bildenden Teil 15 ist weitestgehend verstellbar, um
eine unbeschränkte Anpaßbarke it an alle auftretenden Variablen
zu gewähren. Das Ausführungsbeispiel zeigt weiter, daß die Lagerhalterung 13, bezogen auf eine gedachte, den Düsenaustrittsquerschnitt
schneidende Radialebene 34, um die Schnittlinie 3 5 dieser Ebene 34 mit der Oberfläche der Walze 10 über
einen Winkelbereich von etwa + 75 verschwenkbar ausgebildet ist. Der Abstand 24 des Düsenkörperauslaßquerschnittes 15
von der Oberfläche 10 ist innerhalb eines Bereiches zwischen 0, 5 mm und 40 mm ver-, ein- und feststellbar.
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Das Polymer 18 wird, wie Fig. 1 erkennen läßt, in Bewegungsrichtung der Walze 10 gemäß Pfeil 33 bereits vor dem
Träger 19 aufgebracht, was nicht ausschließt, die Auflauflinien von Polymer und Träger in einer und derselben Radialebene auftreten zu lassen.
Fig. 2 zeigt an Hand eines vergrößerten Ausschnittes aus
Fig. 1 die innerhalb des Ablenkungsbereiches in Betracht zu ziehenden Verhältnisse im einzelnen.
Zunächst wird veranschaulicht, wie es zur Ausbildung von
Fasern in dem mit 2 5 bezeichneten Faserbildungsraum, d.h.
in dem Raum kommt, der in Bewegungsrichtung der Walze 10
zwischen Mantellinie 31, Faserabriß und Träger 19 auftritt.' Ferner ist gezeigt, wie der Düsenkörper 14 mit einem positiven
Winkel 27 gegen die Radialebene 34 angestellt ist.
Das Polymer 18 hat an der Stelle, an der die Radialebene 34· die beheizte Walze 10 durchsetzt, eine Temperatur, derzufolge
es bereits an-, wenn nicht durchgeschmolzen ist, wobei es einerseits am Träger 19 und andererseits an der Ziehfläche
23 anhaftet. Durch vorher beginnendes Abheben des Trägers von dem Ziehflächenbereich 23 der Oberfläche der ,
Walze 10 entstehen in der filmartig auftretenden Polymersehmelze 18 sowohl an der Ziehfläche 23 als auch an der
oberen Trägerbegrenzungsfläehe bereits erste Äblösungserscheinungen,
die sich mit fortschreitendem Abheben des-Trägers
19 von der Ziehfläche 23 vergrößern,, und, zwar quer zur
Tangentialebene 32. Die durch die Ablösungen gebildeten,
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von beiden Begrenzungsflächen des Polymers 18 ausgehenden Spalten 36 schließen sich mit zunehmender Entfernung des Trägers
19 von der Ziehfläche 23 ihrerseits zu Hohlräumen 39 zusammen, die quer zur Zeichnungsebene im Inneren der PoIymermasse
liegen. Da das im Bereiche der Breitschlitzdüse des Düsenkörpers 14 erfolgt, beginnen hier die ersten Auswirkungen
des ausströmenden Fluidums und der bewußt vorgenommenen Ablenkung durch den Düsenkörper, der die Ausbildung
eines Düsenkammes aufweist, der sich wiederum senkrecht zur Zeichnungs ebene über die gesamte Breite der Walze 10 erstreckt.
Diese ersten Auswirkungen besteben darin, daß die zwischen den langen Hohlräumen 37 liegenden Stege 36 aus
Polymermasse sich zunehmend verdünnen, so daß sich Einschnürungen
39 ausbilden, deren zunehmende,, peripher betrachtete Stärke schließlich Dimensionen annimmt, bei denen
die durch die Abstandsverg.roßerung auftretenden Zugkräfte im
Polymer die Cohäsionskräfte überwinden. Es kommt zur Ausbildung über die Walzenbreite verteilt auftretender Polymermassefäden,
die sich in erstarrte, stabilisierte und in ihrer Längsrichtung 20 orientierte Fasern umbilden. Dabei werden
maßgebende Einflußgrößen, wie Mengenzuführung des Polymers in der Zeiteinheit, dadurch bedingte Dicke des Polymerfilmes,
Umlaufgeschwindigkeit und Oberflächentemperatur der Walze 10, Temperaturen, Drücke, Volumen und damit Geschwindigkeit
des Mediums, bauliche Dimensionen der Einrichtung usw., so eingestellt, daß nicht die gesamte Polymermasse in Fasern
umgesetzt wird. Vielmehr wird "bewußt und planmäßig das Auftreten eines zusammenhängenden Filmes 20 mit mindestens
10 um Dicke aus dem Polymerrest 30 betrieben, da sich die
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Erhaltung dieses Filmes als für das Verfahren notwendig und
kennzeichnend herausgestellt hat. Einige dieser Größen sind dann wiederum, abhängig von der Oberiläclieneigenschaft und der
spezifischen Adhäsion der Ziehfläche.
Der Düsenkörper 14 enthält, wie der Querschnitt durch den Düsenkörper 14 erkennen läßt, ein Strömungsgitter 26, um zu
erreichen, daß das Medium nach dem Austritt aus der Breitschlitzdüse 15 über deren Querschnitt gleichmäßig verteilte
Strömungsfäden bildet, die ihrerseits, insbesondere durch gleichhohe Geschwindigkeiten eine Gewähr dafür geben, daß
sich über die Länge der Walze 10 gleichförmige Faserbildungsverhältnisse
einstellen.
Die bereits erwähnte Ausbildung des Düsenkörpers 14 kann mit
der Maßgabe gciroffen sein, daß der Düsenkamm die Form einer
Schneide annimmt, was dazu führt, daß Ablenkstelle "41 und Düsenaustrittsquerschiritt
auf kleinstmöglichem Raum zusammenfallen. Das gilt jedoch nur für bestimmte Anwenduiigsfälle. In
anderen Fällen ist es vorteilhafter, bestimmte Abstände zwischen Ausströmöffnungsquerschnitt und Ablenkungsstelle vorzusehen.
Wiederum andere Anwendungsfälle erfordern es, die Ablenkung der Polymerschicht längs einer Mantellinie der Walzenoberfläche
durchzuführen, die, bezogen auf die Urnlaufrichtung der Walze 10, vor dem Austrittsquerschnitt des Düsenkörpers 14
liegt.
- 20 -
509 810/0991 '
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, die mit einem um die Walze 10'
umlaufenden und beheizbaren Band 50 ausgerüstet ist, wobei das Band 50 die Ziehfiäche 23' für das Polymer 18' bzw. den
Träger 19' liefert. Der Träger 19' wird wiederum im Faserbildungsbereich
25' - um einen Düsenkörper 14' - abgelenkt. Der Vorteil dieser Ausführung besteht in der Verringerung der
Raumbeanspruchung.
Anschließend ist noch folgendes zusätzlich auszuführen.
Durch mit dem Faserbildungsprozeß untrennbar verbundene Fließvorgänge wird der auf der Oberfläche der Walze 10 erzeugte
Film aus zur Faserbildung nicht benutztem Polymer mit weiterem Polymer oder weiteren Polymeren erneut beschichtet.
Bei Überführung in den schmelzflüssigen Zustand vermischen sich die Polymerschichten, es kommt aber zu keiner dispersen
Verteilung, wie sie eintreten würde, wenn die Polymeren mittels eines Rührgerätes vermischt wurden, sondern es tritt
eine Mischungsbildung in Schichten auf. Werden diese Schichten dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren unterworfen,
so erreicht man die Erzeugung beschichteter Fasern, die dabei in Richtung ihrer Längsachse orientiert sind.
Bezüglich der Ziehflächen ist auszuführen, daß bei deren Ausbildung
auf eine gute Haftung des Polymers an der Ziehfläche zu achten ist. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird man
gemäß den vorher erörterten Ausführungsbeispielen Ziehflächen als Bereiche vorzugsweise zylindrischer Körper aus-
- 21 509810/0991
bilden, da diese durch Dreharbeit mit kleinsten Gestehungskosten
herstellbar sind. Weiter besteht die Möglichkeit, sämtliche zum Stande der Technik gehörigen Oberflächenveredlungsverfahren
anzuwenden, soweit dadurch nicht Oberflächen entstehen, an denen das Polymer nicht oder nur sehr schlecht anhaften
würde. Es können also die Ziehflächen verchromt, poliert, geläppt auftreten. Dasselbe gilt für Bänder, wie sie
nach Fig. 3 der Zeichnung zur. Anwendung kommen können. Ziehflächen gehören zweckmäßig metallischen Begrenzungsflächen
an, ohne hieran gebunden zu sein. Metallische .Zieh.-" flächen haben aber den Vorteil, leicht bearbeitet werden zu
können und eine besonders gute und gleichmäßige Wärmeleitung aufzuweisen. . · .
Für die Aufheizung erfindungsgemäß zur Verwendung kommender Flächen können ebenfalls alle bekannten Maßnahmen der
Technik verwirklicht werden, wobei eine Wärme zuführung durch Leitung, Konvektion und/oder Strahlung in Betracht ■
kommt. ■
Bezüglich der Ausbildung des .Düsenkörpers ist bereits darauf
hingewiesen worden, daß er zweckmäßig verschwenk-., dreh-
und/oder verschiebbar ausgebildet sein soll, um in Anpassung an die jeweils auftretenden Bedürfnis se-in eine .optimale Lage
gebracht werden zu können. Vorzusehen ist auch die Möglichkeit, den. durch den Träger und den Faserbildungsraum entstehenden
Strömungswiderstand dazu zu benutzen, wenigstens
einen Teil des strömenden Fluidums entgegengesetzt zur
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509810/0991
Fortbewegungsrichtung des Trägers und gegebenenfalls fast parallel zum Träger umzulenken. Abschrägungen und/oder
Abrundungen am Düsenkörper (Bezug 41) sind hierzu verwendbar.
Im übrigen verfügt die Strömungstechnik in ausreichendem Maße über Möglichkeiten, das Fluidum so zu beeinfluss en, daß es die
von ihm verlangten Aufgaben zu erfüllen vermag. Dazu gehört es auch, dem Fluidum, das im allgemeinen aus Gasen, Dämpfen,
strömungsgetragenen Flüssigkeit^- und/oder Feststoffteilchen
bestehen kann, bereits vor der Einführung in den Düsenkörper
derartige Flüssigkeiten und/oder Feststoffteilchen zuzusetzen. Besonders einfach ist das Einspritzen von Wasser
in strömende Luft, wobei die Zuführungs stellen vor dem Austrittsquerschnitt des Düsenkörpers, in diesem selbst oder
zAvischen Düsenkörper und Träger bzw. Polymer vorgesehen sein können. Es ist auch nicht ausgeschlossen, derartige Zuführungsstellen
örtlich verschieden anzuordnen. Bei Verwendung von Gasen als Fluidum sind chemisch inerte zu bevorzugen,
wobei hauptsiichlich Stickstoff und Kohlensäure in Betracht
kommen.
Von größter Bedeutung sind bestimmte Zustände des Fluidums,
die in bekannter Weise durch Druck, Temperatur, Ionisation und/oder andere elektrische, elektrostatische, elektrodynamische,
magnetische und elektromagnetische Aufladungen, sowie andere Zustandsgrößen auf das jeweils erford er liehe Verhalten
einzustellen sind. Dabei ist man von der Einhaltung be-
- 23 -
509810/0991
stinimter Grenzwerte abhängig, zwischen denen die Bereiche
liegen, in denen im wesentlichen die verlangten Fasereigenschaften
die jeweils einzuhaltenden Zwischenwerte bestimmen. Ist beispielsweise die Intensität, mit der das Fluidum bei der
Faserbildung wirksam ist, zu gering, so ist die Faserbildung unzureichend und die Produktionswirtschaftlichkeit ungenügend.
Steigert man-dagegen die intensität über einen bestimmten
Grenzwert, so erstarrt die.Polymersch.m.elze zu schnell und die Faserbildung wird aus diesem Grunde unzureichend. Weiter
hat sich gezeigt., daß für die molekulare Orientierung der Faser einerseits der Ablenkwinkel und andererseits der Abstand der
Ablenkvorrichtung von der Ziehfläche maßgebend sind. Da es sich dabei um empirische Werte handelt, gibt die Zahlentafel
eine Übersicht über die Größenordnungen der in Betracht kommenden Richtwerte und über die Variationsbreite derselben,
so daß durch Interpolation auch für Polymer mischungen die
Werte ableitbar sind, bei deren Verwirklichung Fasern mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen sind.
- 24 -
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Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung eines; eine faserige Oberfläche
aufweisenden und durch Umwandlung eines nichtfaserigen Polymers gebildeten Erzeugnisses mittels
Auseinanderziehens an das Polymer angrenzender, anhaftender Flächen, von denen mindestens eine von einem
Träger für das Polymer und damit für die Fasern gebildet
ist,, wobei der Träger mittels: eines: Fluidums durchströmt
wird, das die in statu nascendä befindlichen Fasern umströmt, orientiert und unter Erhöhung 'ihrer: Viskosität
stabilisiert, gekennzeichnet dadurch, daß das
Fluiduni anschließend an die Durchströmung des. Trägers· in einen Faserbildungsraum geführt wird, in dein" der
einem Abzug unterworfene Träger innerhalb des Einwirkungsbereiches des strömenden Pluidnins aus· seiner Richtung, von der anderen Ziehfläche weg, abgelenkt, wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeich.-■·.
net, daß der Träger innerhalb des Einwirkungsbereiches
des strömenden Fluidums von der heizbaren Ziehfläche
— 2 —
509810/0991
abgehoben und nach Erreichen eines Abstandes zwischen 0, 5 mm und 40 mm, vorzugsweise zwischen 0, 5 mm und
10 mm unter Ausbildung eines im wesentlichen zusammenhängenden Polymer-Restfilmes in einer Mindestdicke
von 10 pm auf der Ziehfläche abgelenkt wird.
3. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polymerschmelze dem Faserbildungsbereich mit einer Temperatur oberhalb, vorzugsweise
10 bis 200 C ober
des Polymers zugeführt wird.
des Polymers zugeführt wird.
zugsweise 10 bis 200 C oberhalb des Schmelzpunktes
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geke nn zeichnet, daß als Polymer ein
PE mit einem MFI 190/2 von 10 - 300 g/10 Min.,
PP mit einem MFI 190/5 von 20 - 70 g/10 Min.,
PMMA mit einem MFI 210/10 größer als 10 g/10 Min., CA, CAB, CP mit einem MFI 190/2 größer als 8,
POM mit einem MFI 190/2 größer als 13 g/10 Min., h-PVC mit einem K-Wert kleiner als 55,
w-PVC mit einem K-Wert kleiner als 60 bei einem Weichmacheranteil von mindestens 15%
PA 6 mit einem ETA relativ zwischen 2,1 und 3,4, PA 12 mit einem ETA. relativ zwischen 1,7 und 2, 1
509810/0991
verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Polymer innerhalb des Faserbildungsbereiches
nur teilweise in Fasern umgewandelt wird.
6. Verfahren nach einem, der Ansprüche .1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Fluidium innerhalb des Ablenkungsbereiches,
bezogen auf eine im Ablenkungsbereich auf die Ziehfläche gerichtete Normalebene, in einem Winkelbereich
zwischen + 65 und - 45 , vorzugsweise zwischen + 55 und - 15 , zur Einwirkung gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet
durch Verwendung von Gasen.. Dämpfen,
Flüssigkeiten, strömungsgetragenen Feststoffteilchen
und/oder von Mischungen dieser als strömendes Fluidum.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger aus seiner Richtung mit mindestens 5 abgelenkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8} dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger aus seiner Richtung
mit höchstens 90 abgelenkt wird.
50981 0/0991
•öl/.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger bei Verwendung von
Polyolefinen mit Ausnahme von HD-PE vorzugsweise mit 30 bis 80 , bei Verwendung von
HD-PE mit 10 bis 60 , bei Verwendung von
gesättigten Polyestern mit 50 bis 80 , bei Verwendung von
CA, CAB, CP mit 20° bis 60°, bei Verwendung von Polymermischungen
und Polymerlegierung en mit mehr als 30 aus seiner Richtung abgelenkt wird.
11. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß unaufgefasertes Polymer bzw. die Polymer-Restschicht gegen Zutritt der Atmosphäre
abgedeckt wird.
12. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß unaufgefasertes Polymer "gegen die Atmosphäre mittels mindestens eines Schutzgases abgeschirmt
wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung von Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß ein den Träger (19) berührender Teil (15) mindestens
eines Düsenkörpers (14) als Ablenkvorrichtung für den Träger ausgebildet und im Bereich eines Faserbildungsraumes
(25) angeordnet ist.
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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (14) verschwenk-
und/oder verschiebbar (Lagerung 13) ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (17) zum Eindüsen mindestens einer Flüssigkeit in das Fluidum vorgesehen
sind.
16. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (17)
zur Einmischung von Feststoffteilchen in das Fluidum vorgesehen sind.
17. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Fas er bildungsraum (25) angrenzende Ziehfläche (23) der unstrukturierten,
adhäsiven Oberfläche einer Förderfläche, vorzugsweise einer Walze (10) angehört.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß eine an den Faserbildungsraum angrenzende Ziehfläche (23) einer unstrukturierten adhäsiven
Bandbegrenzungsfläche (50) angehört.
509810/0991
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