DE68917177T2 - Zusammengesetzte Fasern und damit hergestellte Filterelemente. - Google Patents

Zusammengesetzte Fasern und damit hergestellte Filterelemente.

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Polyolefin/Polyester-Verbundfasern mit einem niedrigen scheinbaren Elastizitätsmodul und Filterelemente, die aus derartigen Verbundfasern hergestellt werden.
  • Ein Verfahren für die Herstellung eines hohlen, zylindrischen Filterelementes durch Aufwickeln eines Vlieses aus Polyolefinverbundfasern auf einen Kern, während das Vlies erwärmt wird, wird in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-43139/1981 offenbart. Entsprechend jenem Verfahren ist es möglich, ein Filterelement mit der gewünschten Porosität durch Regulierung des Druckes zum Zeitpunkt des Aufwickelns zu erhalten, aber da das Ausgangsmaterial des Elementes aus Polyolefinverbundfasern hergestellt wird, ist der Nachteil vorhanden, daß die obere Grenze der Gebrauchstemperatur bei nur 80 bis 90ºC liegt, und das Filterelement kann in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Flüssigkeit quellen, die durch das Element hindurchgeht.
  • Um ein Filterelement zu erhalten, das bei hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, wurde vorgeschlagen, die Polyolefinverbundfasern durch Polyesterfasern zu ersetzen, die einen niedrigschmelzenden, nichtkristallinen Polyester als Mantelkomponente und einen hochschmelzenden, kristallinen Polyester als Kernkomponente aufweisen. Da der niedrigschmelzende Polyester jedoch glasartig ist, kann sich der niedrigschmelzende Polyester in Pulverform während des Spinnens oder Streckens oder während der Herstellung und beim Einsatz des Filterelementes ablösen. Wenn Polyolefin/Polyester-Verbundfasern eingesetzt werden, die Polyäthylen als Mantelkomponente und einen kristallinen Polyester als Kernkomponente aufweisen, ist der Nachteil zu verzeichnen, daß, da der scheinbare Elastizitätsmodul des Polyesters hoch ist, das resultierende Filterelement voluminös ist und eine niedrige Dichte aufweist. Deshalb ist das Element nicht für das Ausfiltrieren von feinen Teilchen nützlich, und es zeigt ebenfalls eine geringe Härte und ist weich und hat daher keine lange Lebensdauer beim praktischen Einsatz.
  • Entsprechend einer ersten Ausführung der Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung von Polyolefin/Polyester-Verbundfasern vorgelegt, wobei das Verfahren aufweist: das Verbundspinnen eines Polyolefins als Mantelkomponente und eines Polyesters als Kernkomponente; das Strecken der resultierenden nichtgestreckten Elementarfäden auf das Zwei- oder Mehrfache ihrer Ausgangslänge bei einer Temperatur von 20ºC oder mehr über der sekundären Umwandlungstemperatur des Polyesters und unterhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins; und das Spannungsfreimachen der resultierenden gestreckten Elementarfäden bei einer Temperatur von 20ºC oder mehr über der sekundären Umwandlungstemperatur des Polyesters und unterhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins über 30 Sekunden oder mehr, um Verbundfasern zu erhalten, die einen scheinbaren Elastizitätsmodul von 20,58 MPa (210 kg/cm²) oder weniger aufweisen.
  • Die Erfindung liefert außerdem ein Verfahren für die Herstellung eines Filterelementes durch Aufwickeln von Polyolefin/Polyester- Verbundfasern, die entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung erhalten wurden, auf einen Kern, während die Verbundfasern auf die Schmelzklebetemperatur ihrer Mantelkomponente erwärmt werden; Einstellen der Porosität oder des Hohlraumanteils dieses auf einen gewünschten Wert und Abkühlen des resultierenden Materials sowie Entfernen des Kerns. Das Filterelement kann entsprechend dem Verfahren hergestellt werden, das in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-43139/1981 offenbart wird. Das Filterelement der vorliegenden Erfindung weist einen geeigneten Hohlraumanteil, eine große Härte, eine obere Grenze der Gebrauchstemperatur von bis zu 140ºC und ein geringes Quellen durch Flüssigkeiten auf.
  • Das Polyolefin, das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann ein soweit bekanntes Polyolefin sein, wie beispielsweise Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, kristallines Polypropylen, usw., und im Falle des Polyäthylens jene, die einen Schmelzindex von 5 oder höher aufweisen, wobei insbesondere die mit 10 oder höher bevorzugt werden, während im Falle des kristallinen Polypropylens jene am liebsten eingesetzt werden, die eine Schmelzflußgeschwindigkeit von 10 oder mehr aufweisen.
  • Der Polyester, der bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann ein Polyester sein, der einen Schmelzpunkt von 200ºC oder darüber und Äthylenterephthalateinheiten aufweist, die 50 Gew.-% oder mehr des Moleküls einnehmen und in Faserqualität vorliegen. Die sekundäre Umwandlungstemperatur des Polyesters liegt im Bereich von 65 bis 85ºC.
  • Ein derartiges Polyolefin und ein derartiger Polyester werden nach dem Verbundspinnen verarbeitet, um Verbundfasern in einer Mantel -Kern- Ausführung zu erhalten, wobei ein bekanntes Verfahren angewandt wird (siehe beispielsweise Dokument DE-A-3315360). Die resultierenden nichtgestreckten Elementarfäden werden auf das Zwei- oder Mehrfache der Ausgangslänge bei einer Temperatur von 20ºC oder mehr, vorzugsweise 30ºC oder mehr, über der sekundären Umwandlungstemperatur des Polyesters und unterhalb der Schmelzklebetemperatur des Polyolefins gestreckt, und sie werden danach bei einer Temperatur von 20ºC oder mehr über der sekundären Umwandlungstemperatur des Polyesters und unterhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins über 30 Sekunden oder mehr spannungsfreigemacht. Wenn die Temperatur beim Strecken niedriger ist als die vorangehend erwähnte Temperatur, zeigen die resultierenden Verbundfasern einen hohen scheinbaren Elastizitätsmodul, und wenn ein Filterelement bei Verwendung dieser Fasern hergestellt wird, wird nur ein Erzeugnis erhalten, das die Nachteile wie bei den vorangehend erwähnten konventionellen Verfahren aufweist. Wenn die Temperatur beim Strecken die sekundäre Umwandlungstemperatur oder eine niedrigere ist, wenn die resultierenden gestreckten Fasern für die Herstellung von Filterelementen eingesetzt werden, führen die Fasern außerdem zu einem hohen Prozentwert der Wärmeschrumpfung bei deren Verarbeitungstemperatur, und so wird ein Filterelement geliefert, das auf seiner Oberfläche Vorsprünge und Vertiefungen und eine ungleichmäßige Verteilung der Poren darin aufweist. Wenn die Temperatur beim Spannungsfreimachen niedriger ist als der vorangehend erwähnte Bereich, oder wenn die Zeit für das Spannungsfreimachen weniger als 30 Sekunden beträgt, zeigen die resultierenden Verbundfasern einen hohen scheinbaren Elastizitätsmodul, so daß die Filterelemente, bei denen derartige Verbundfasern eingesetzt werden, eine hohe Porosität aufweisen und daher für eine genaue Filtration ungeeignet sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird detaillierter mittels der Beispiele und der Vergleichsbeispiele beschrieben.
  • Außerdem werden nachfolgend die Meßverfahren beschrieben, die bei diesen Beispielen zur Anwendung kommen.
  • Scheinbarer Elastizitätsmodul:
  • Dieser Wert wurde erhalten, indem zuerst die Anfangszugspannung gemäß Punkt 7-10 des JIS L1013 (Prüfverfahren für Chemiefasern) gemessen und danach der Wert aus der vorangegangenen Anfangszugspannung entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wurde:
  • Scheinbarer Elastizitätsmodul (kg/mm²) = 9·p·(Anfangsgrad des Zugwiderstandes) (g/d)
  • worin für p 1,15 im Falle des PP (Polypropylen)/PET (Polyester) und 1,17 im Falle von PE/PET eingesetzt wurde.
  • Filtrationsversuch: Eine Suspension eines feinkörnigen Schleifpulvers (F0 # 1200, Teilchendurchmesser 5 bis 15 um, 90%) (20 g) in Wasser (50 l) wurde von der äußeren Fläche eines Filterelementes in dessen Hohlraumteil mit einer Geschwindigkeit von 2 m³/h im Rückgewinnungsverfahren gebracht. Nach 2 Minuten wurden die Teilchen in 100 ml des gesammelten Filtratwassers auf einem Membranfilter gesammelt, der in der Lage ist, Teilchen mit einem Teilchendurchmesser bis zu 1 um zu sammeln, gefolgt vom Messen der Teilchendurchmesser bei 3000 Teilchen mit Hilfe des "Luzex 450" (Markenname), hergestellt von der Nileco Co., Ltd.).
  • Quellversuch: Das Volumen (V') eines Filterelementes, das unter den Bedingungen von siedendem Wasser (110ºC, 2 Stunden), Toluol (20ºC, 5 Tage) oder Heißluft (120ºC, 5 Tage) behandelt wurde, wurde aus dem Wert des Außendurchmessers (d') und der Länge (l') berechnet. Das Volumen (V) des Filterelementes vor der Behandlung wurde in der gleichen Weise berechnet. Der Prozentwert der Quellung wurde entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:
  • V' - V/V· 100 = prozentuale Quellung
    • Beispiel 1
  • Das Verbundspinnen wurde durchgeführt, indem ein Polyester (PET) (Grundviskosität 0,65, Schmelzpunkt 255ºC, sekundäre Umwandlungstemperatur 70ºC) als Kernkomponente und ein Polyäthylen hoher Dichte (Schmelzindex 20, Schmelzpunkt 130ºC) als Mantelkomponente in einem Verbundverhältnis von 1/1 eingesetzt wurde, um nichtgestreckte Elementarfäden (Feinheit des einzelnen Elementarfadens: 10 d) herzustellen, gefolgt vom Strecken der Elementarfäden auf das 3-fache der Ausgangslänge bei 110ºC und danach dem Spannungsfreimachen bei 90ºC über 3 Minuten, um gestreckte Elementarfäden (Feinheit des einzelnen Elementarfadens: 3,5 d) zu erhalten. Die gestreckten Elementarfäden wurden auf eine Faserlänge von 51 mm geschnitten, um Stapelfasern zu erhalten, die danach zu einem Vlies mit einer Masse je Flächeneinheit von 20 g/m² mittels einer Karde verarbeitet wurden, gefolgt vom Erwärmen des Vlieses schrittweise von seinem Ende aus auf 140 bis 150ºC über 2 Sekunden mittels eines Infrarotdunkelstrahlheizkörpers, während das Vlies horizontal bewegt wird, um ein Vlies in einem Zustand zu bilden, wo das Polyäthylen hoher Dichte allein geschmolzen wurde, dem Aufwickeln des Vlieses in einer genauen Menge auf einen Kern aus nichtrostendem Stahl (Außendurchmesser: 30 mm) (4 kg/m) unter dem Druck seines Eigengewichtes, dem Abkühlen des Vlieses, dem Herausziehen des mittleren Kernes und dem Schneiden des Vlieses, um ein Filterelement zu erhalten, das einen Außendurchmesser von 70 mm, einen Innendurchmesser von 30 mm, eine Länge von 250 mm und ein Gewicht von 240 g aufweist.
  • Das auf diese Weise erhaltene Filterelement war sehr hart und zeigte weder Falten noch ein Verziehen auf sowohl der inneren als auch der äußeren Fläche, und wenn man seinen Querschnitt betrachtete, zeigte sich, daß die Poren gleichmäßig verteilt waren.
  • Die Bedingungen beim Strecken und der scheinbare Elastizitätsmodul der vorangehend gestreckten Elementarfäden sowie die Ergebnisse des Filtrationsversuchs und des Quellversuchs des Filterelementes werden in Tabelle 1 gezeigt.
    • Beispiel 2
  • Das Verbundspinnen wurde in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 durchgeführt, außer daß ein kristallines Polypropylen (Schmelzflußgeschwindigkeit 15, Schmelzpunkt 160ºC) als Mantelkomponente eingesetzt wurde, um nichtgestreckte Elementarfäden (Feinheit des einzelnen Elementarfadens: 10 d) zu erhalten, die danach auf das 3,5-fache der Ausgangslänge bei 140ºC gestreckt wurden, gefolgt vom Spannungsfreimachen bei 135ºC über 5 Minuten und dem Schneiden, um Stapelfasern herzustellen, die eine Feinheit des einzelnen Elementarfadens von 3 d und eine Faserlänge von 51 mm aufweisen, und die in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 verarbeitet wurden, außer daß die Temperatur der Erwärmung auf 170 bis 180ºC verändert wurde, um ein Filterelement zu erhalten. Dieses Element war hart und homogen wie im falle jenes aus Beispiel 1. Die Ergebnisse der Bewertung werden in Tabelle 1 gezeigt.
    • Vergleichsbeispiele 1 und 2
  • Die nichtgestreckten Elementarfäden, die im Beispiel I erhalten wurden, wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gestreckt, außer daß die Temperatur beim Strecken auf 70ºC (Vergleichsbeispiel 1) oder 90ºC (Vergleichsbeispiel 2) verändert wurde, gefolgt vom Aufwickeln der resultierenden gestreckten Elementarfäden auf einen Kern aus nichtrostendem Stahl in einer genauen Menge, dem Abkühlen und Schneiden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1, um Filterelemente zu erhalten. Die Elemente waren beide weich und nicht kompakt, und sie zeigten einen ungleichmäßigen Porenanteil. Die Ergebnisse der Bewertung werden in Tabelle 1 gezeigt.
    • Bezugsbeispiel
  • Das Verbundspinnen wurde durchgeführt, indem ein kristallines Polypropylen (Schmelzflußgeschwindigkeit 8, Schmelzpunkt 160ºC) als Kernkomponente und Polyäthylen hoher Dichte (Schmelzindex 20, 130ºC) als Mantelkomponente in einem Verbundverhältnis von 1/1 eingesetzt wurden, um nichtgestreckte Elementarfäden herzustellen, gefolgt vom Strecken der Elementarfäden auf das 3,5-fache der Ausgangslänge bei 90ºC und danach dem Spannungsfreimachen bei 100ºC über 3 Minuten und dem Schneiden, um Stapelfasern (Feinheit des einzelnen Elementarfadens 3 d, Faserlänge 51 mm) zu erhalten. Ein Filterelement wurde erhalten, indem die Stapelfasern in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 eingesetzt wurden, außer daß die Temperatur der Erwärmung auf 130 bis 140ºC verändert wurde. Dieses Element zeigte eine gute Qualität, aber eine niedrigere Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegen Lösungsmittel, verglichen mit dem Beispiel 1.
  • Anmerkung: Um "Denier" (= d) in "tex" umzurechnen, muß man mit 0,1111 multiplizieren TABELLE Beispiel Vergleichsbeispiel Bezugsbeispiel gestreckte Elementarfäden Kernkomponente Mantelkomponente Strecktemperatur Spannungsfreimachen Minuten scheinbarer Elastizitätsmodul Filtrationsversuch kleiner als 3 um größer als 10 um Quellversuch Filterelement Heißluft Heißwasser Toluol Gewicht Außendurchmesser +: 1 kg/cm² = 1/1.020 · 10&sup5; Pa

Claims (5)

1. Verfahren für die Herstellung von Polefin/Polyester-Verbundfasern das aufweist:
Verbundspinnen eines Polyolefins als Mantelkomponente und eines Polyesters als Kernkomponente; Strecken der resultierenden nichtgestreckten Elementarfäden auf das zwei oder mehrfache ihrer Ausgangslänge bei einer Temperatur von 20ºC oder mehr über der sekundären Umwandlungstemperatur des Polyesters und unterhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins; und
Spannungsfreimachen der resultierenden gestreckten Elementarfäden bei einer Temperatur von 20ºC oder mehr über der sekundären Umwandlungs- Temperatur des Polyesters und unterhalb des Schmelzpunktes des Polyolefins über 30 Sekunden oder mehr, um Verbundfasern zu erhalten, die einen scheinbaren Elastizitätsmodul von 20,58 MPa (210 kg/cm²) oder weniger aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polyolefin ein Polyäthylen hoher Dichte, ein Polyäthylen niedriger Dichte oder ein kristallines Polypropylen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Polyester ein Polyester für die Faserherstellung ist, der einen Schmelzpunkt von 200ºC oder mehr aufweist, und der 50% oder mehr Äthylenterephthalateinheiten aufweist.
4. Polefin/Polyester-Verbundfasern, die entsprechend dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt wurden.
5. Verfahren für die Herstellung eines Filterelementes, das aufweist: das Aufwickeln der Polefin/Polyester-Verbundfasern nach Anspruch 4 auf einen Kern, während die Fasern auf die Schmelzklebetemperatur ihrer Mantelkomponente erwärmt werden, um deren Hohlraumanteil auf einen gewünschten Wert einzustellen; und das Abkühlen des resultierenden Materials sowie das Entfernen des Kerns.
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