DK142655B - Fremgangsmåde til fremstilling af splitfiberprodukter. - Google Patents

Description

(S' (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT H2655 DANMARK isn int.ci.* d 01 d 5/42 «(21) Ansøgning nr. 4719/71 (22) Indleveret den 29. 8βρ. 1971 (24) Utbedag 29. ββρ. 1971 (44) Ansøgningen fremlagt og fremleaggelsesskriftet offentliggjort den O. dec . 1 980 DIREKTORATET FOR 4 t PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Pnontet begæret fra den

1. okt. 197Ο, 46766/70, GB

(71) SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V., Car el van By«

Tandtlaan 30, Haag, NL.

(72) Opfinder: Lam Hwat Gouw, Broekmolenweg 20, Delft, NL.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Giersing & StellInger._ (54) Fremgangsmåde til fremstilling af splitfiberprodukter.

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af fiber-produkter ud fra et baneformet materiale, som frembringes ved sintring af partikler af eventuelt fyldstofboldigt termoplastisk polymert materiale, og som derefter strakkes.

Det er kendt, at sådanne materialebaner eller folier ved strækningen får tendens til opsplitning i fibre, men at det til fremkaldelse og fuldførelse af denne opsplitning er nødvendigt at underkaste den strakte bane en yderligere mekanisk behandling som f.eks. behandling med en nålevalse; snoning eller gnidning.

Det har nu vist sig, at man ved en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art kan undgå en særskilt, mekanisk bearbejdningsoperation til opsplitning af banen i fibre, hvis ifølge opfindelsen det baneformede materiale strækkes ved forhøjet temperatur i en sådan 142655 2 grad, at det herved opsplittes til fibre eller til en fiberbane. Piberdannelsen sker således spontant udelukkende under indvirkning af s trækningen ved forhøjet temperatur.

Materialebanen, ud fra hvilken fiberproduktet opnås ved strækning, kan fremstilles på mange forskellige måder, f.eks. ved at man aflejrer pulver af det tennoplastiske materiale på en opvarmet overflade, fra hvilken banen derefter kan fjernes uden vanskelighed. En sådan aflejring kan gennemføres ved at lade pulverpartiklerne dryppe jævnt ned på overfladen, f.eks. ved hjælp af sier eller andre egnede fordelingsorganer. I mange tilfælde lean man med fordel anvende et fluidiseret leje af pulverpartikler eller en forstøverpistol til aflejringen af partiklerne. Det foretrækkes specielt at aflejre pulveret på et løbende endeløst bånd eller en roterende cylindrisk tromle ved at give pulverpartiklerne en elektrisk opladning og jordforbinde båndet eller tromlen. X dette tilfælde skal båndet eller tromlen være ledende, og hensigtsmæssigt er overfladen af metal såsom rustfrit stål, chrompletteret stål og phosphorbronce. Båndets eller tromlens overflade kan være dækket med et egnet, ikke klæbende overtrækslag. Således kan båndet eller tromlen bestå af teflonovertrukket metal. Opvarmningen af partiklerne efter aflejringen kan ske ved opvarmning af båndet til en temperatur, som er tilstrækkeligt høj til i det mindste delvis at smelte det eller de anvendte termoplastiske materialer. Opvarmningen kan gennemføres ved induktion, inklusive højfrekvensinduktion, infrarød- eller laserstråleopvarmning· Når der anvendes en løbende overflade, såsom et endeløst bånd eller en roterende tromle, til gennemførelse af den foreliggende fremgangsmåde, fjernes den opnåede materialebane hensigtsmæssigt fra overfladen ved aftrækning ved en højere hastighed end overfladens lineære hastighed. Den deraf betingede strækning af materialet, medens dette endnu er varmt, får også smeltenedtrækning til at forekomme, hvilket forøger finheden af fibrene i det resulterende produkt. Imidlertid er det også muligt at afkøle banen i vand før s træknings trinnet. Derefter strækkes det således opnåede fiberprodukt, hvad enten det først er afkølet eller ikke, monoaksialt, om nødvendigt under opvarmning ved en vilkårlig egnet metode, og afkøles tilsidst, hvis dette er nødvendigt eller ønsket. Biaksial strækning er imidlertid også mulig og kan være fordelagtig véd fremstilling af visse slutprodukter. Ved den netop omtalte udførelse af fremgangsmåden foretrækkes det, at partiklerne af termoplastisk materiale ikke smelter fuldstændigt, og derfor reguleres båndtemperaturen hensigtsmæssigt til undgåelse af variation over , 142655 3 et bredt interval. Egnede strækningernetoder omfatter varm- eller koldstrækningsteknik, som er velkendt i formstofproceeteknologien, inklusive i nogle tilfælde anvendelse af luftdyser, specielt hvis fremstilling af individuelle fibre tilsigtes.

En mindre nøjagtig temperaturregulering kræves, hvis raateria-lebanen, som skal trækkes, også indeholder et fyldstof i en mængde på indtil 80 vægt-^6 af det termoplastiske materiale. I mange tilfælde kan fyldstoffet tilsættes i pulverform til det ligeledes pulverf ormede ter-moplastiske materiale inden dettes aflejring på et underlag. De anvendte fyldstofmængder afhænger i almindelighed af fyldstoffets art.

Egnede fyldstoffer er f.eks. kvarte, glaspulver, ler, talg, carbonater, såsom calciumcarbonat, eller træpulp. Fyldstoffer af denne kategori anvendes fortrinsvis i mængder på 15 - 25 vægt-^ af det termoplas ti ske materielle. Andre fyldstoffer, som hensigtsmæssigt anvendes i visse tilfælde, er farvestoffer, metaloxider eller metalsalte, idet sådanne oxider eller salte, som indeholder krystalvand som seede for farvestoffer undertiden specielt foretrækkes, f.eks. Al 3H20. Foretrukne mængder af fyldstoffer af den sidstnævnte kategori er 0,5 - 5 vægt-^6 af det termoplas tiske materiale.

Der kan også anvendes et pulver, som indeholder mere end én termoplastisk polymer, til at fremstille materialebanen, som skal omdannes til fibre eller en fiberbane ved strækning, hvilket således giver produkter med forskellige fibre. Også i dette tilfælde er temperaturen mindre kritisk. Når f.eks. temperaturen holdes konstant mellem smeltepunktet for den lavest smeltende polymer og smeltepunktet for den næstlavest smeltende, sker deringen sammensmeltning af de forskellige polymerer til hinanden. Skønt partiklerne af de forskellige polymerer kan aflejres samtidigt, foretrækkes det i nogle tilfælde at aflejre polymererne i pulverform efter hinanden fra forskellige fluid!-serede lejer eller sprøjtepistoler i rækkefølgen fra. det højeste til det laveste smeltepunkt.

Overfladen, på hvilken partiklerne aflejres, kan være profileret, dvs. den omfatter høje og lave områder, sædvanligvis i et regelmæssigt mønster. Ved anvendelse af en flad eller på egnet måde profileret trykvalse får materialebanen efter monoaksial eller biaksial strækning udseende af en bane forsynet med relief, hvilket begunstiger opsplitningen i fibre.

Yderligere ingredienser kan anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, f.eks. kemiske opblæsningsmidler eller ikke-orienterbar, lavt smeltende termoplastisk polymer i partikelform, idet det sidste 142655 4 materiale ved smeltning ved lav temperatur tjener til sammenbinding af fibrene i de resulterende produkter. Hvis sådanne lavtsmeltende partikler anvendes, fås en meget fin fiberbane, som om ønsket kan underkastes en efterbehandling som f.eks. gnidning til adskillelse af fibrene fra hinanden og til opnåelse af fibre af en endnu lavere denier.

X stedet for eller sammen med fyldstofferne kan anvendes naturlige eller syntetiske fibre med et højere smeltepunkt end det eller de termoplastiske basismaterialer, som anvendes. Sådanne fibre kan tilsættes til de termoplastiske udgangsmaterialer før eller efter disses aflejring på et opvarmet underlag. Monoaksial eller biaksial strækning af banen, som er dannet ved sammensmeltning af de aflejrede partikler, giver i mange tilfælde ikke-vævede tekstilstoffer, som er anvendelige som sådanne eller til kombination med tilstødende lag ved varmebinding.

En af de yderligere fordele ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er finheden af fibrene i de resulterende produkter. X mange tilfælde er disse fibre af lavere denier end fibre opnået ved den normale filmfibrilleringsmetode. Endvidere opnås der ved anvendelse af et eller flere egnede additiver som diskuteret ovenfor fiberbaner eller ikke-vævede tekstilstoffer på en langt enklere måde end ved de konventionelle processer til fremstilling af sådanne strukturer. Til film-fibre kræver sådan fremstilling sædvanligvis på hinanden følgende trin i form af ekstrudering, køling, strækning, fibrillering, kartning og sammenbinding. Endvidere kan blandinger af forskellige typer fibre opnås på en ligeså enkel måde som fremstilling af fibre fra ét basismateriale og uden nødvendighed af et separat blandingstrin.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan mange termoplastiske materialér anvendes på egnet måde, f.eks. homo- og copolymere af vinyl- ' chlorid, vinylidenchlorid, vinylacetat, acrylonitril, polyestre og polyamider. Foretrukne basismaterialer er homo- og copolymere af lactoner, specielt polypivalolacton, og af monoolefiner som ethylen og propylen. Lavtrykspolyethylen samt polypropylen i alle kendte former er specielt foretrukne udgangsmaterialer.

Efter strækning og køling kan fiberprodukterne opnået ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes som sådanne til forskellige fiberanvendelser, eller de kan først omdannes til stabelfibre på vilkårlig kendt måde, f.eks. udskæring eller strækningsbrud.

Fiberbaner fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan have andre vigtige anvendelser, f.eks. til emballageformål eller som materiale til forskellige engangsartikler. En specielt egnet anvendelse for sådanne fiberbaner er til syntetisk papir, om nødvendigt 142655 5 eller ønsket efter egnet overtrækning eller sletning eller begge dele. Sådanne fiberbaner eller fibre kan efter egnet formaling endvidere med fordel anvendes ved fremstilling af syntetisk papir på en anden måde, nemlig som udgangsmateriale til sådan fabrikation, sædvanligvis under anvendelse af fibrene i suspension i et vandigt medium.

Opfindelsen er nærmere forklaret i det følgende, dels under henvisning til tegningen, dels ved hjælp af udførelseeekeempler. På tegningen viser fig. I og II eksempler på fiberbaner fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig* III et skematisk eksempel på et til fremgangs mådens udøvelse egnet apparatur.

Det ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede fiber-produkt omfatter sædvanligvis fibre med en vis grad af indbyrdes forbindelse og danner således i mange tilfælde et netværk af fine,’ indbyrdes forbundne fibre. Fig. I viser således en af polypropylenpartik-ler fremstillet strimmelformet fiberbane, hvis strækning er blevet afbrudt, således at produktet ved enderne endnu udviser form af en sammenhængende folie, men i øvrigt er opsplittet i fibre med en vis grad af indbyrdes sammenhæng.

Fig. II viser et udsnit af en færdigstrakt fiberbane, der er fremstillet ved strækning af en folie af sammensintrerede polyethylen-partiklar med høj massefylde. Også her foreligger der en vis grad af sammenhæng mellem fibrene.

Ved det i fig. III viste apparatur aflejres et lag af partikler 3 fra et fluidiseret leje 2 i en beholder 1 elektrostatisk på et endeløst metalbånd 4, som løber kontinuerligt over ruller 5 og 6, og som fortrinsvis består af phosphorbronce overtrukket med teflon. Båndet fører de derpå aflejrede partikler gennem en varmetunnel 8, hvor de sammensintres til en' folie 10, som derefter aftrækkes fra båndet h ved hjælp af valser 11, hvis omkredshastighed andrager et multiplum af båndet k*s fremføringshastighed, og som er anbragt i et vandbad 12. Adskillelsen af folien fra båndet b lettes ved hjælp af en såkaldt luftkniv 9, som blæser en kraftig luftstrøm ind i det kileformede mellemrum mellem folien 10 og båndet 4 ved adskillelsesstedet mellem disse. Folien 10, som på strækningen mellem båndet 4 og valserne 11 er blevet strakt til opsplitning i fibre, bortledes fra valserne 11 ved hjælp af en yderligere valse 13, fra hvilken fiberbanen føres til videreforarbejdning.

6 142655 X de følgende eksempler er de deri angivne smelteindices målt i henhold til ASTM, D 1238, betingelse L, og er udtrykt i g/lO min.

Eksempel 1

En blanding af 80 vægtdele polypropylenpulver med smelteindeks 3,1 og 20 vægtdele kvartspulver blev i det i fig. II viste apparatur fluidiseret i beholderen 1 og elektrostatisk opladet ved hjælp af ikke viste elektroder i det fluidiserede leje 2. Den pålagte spænding var 80 kV. Pulverblandingen blev aflejret på båndet 4 i en mængde på 200 g/m2. Afstanden mellem det øvre lag i det fluidiserede leje 2 og metalbåndet 4 var 5 cm, og båndet var ved hjælp af en opvarmningsindretning 7 opvarmet til 180°C. Efter passage gennem varme tunnelen 8 , hvis temperatur var 190°C, blev den sintrede folie aftrukket fra båndet ved hjælp af valserne 11 med en hastighed på 10 gange båndhastigheden og blev derved opsplittet til et fiberprodukt af netværkstypen, som blev afkølet i vandbadet 12, og som derefter blev strakt i længderetningen i forholdet 1 s 3 og derefter opvundet. Filamenterne i netværket havde en gennemsnit sdeni er på ca. 3.

Eksempel 2

En blanding af 70 vægtdele polypropylen med smelteindeks 1,2 og 30 vægtdele talg fluidiseredes, blev elektrostatisk opladet og af- v lejret på et teflonovertrukket metalbånd som beskrevet i eksempel 1.

Den pålagte spænding var 90 kV. Efter passage gennem opvarmningstunnelen blev polymer-fyldstof-banen trukket af fra båndet med en hastighed på 30 gange båndhastigheden. Det opnåede fiberprodukt af netværktypen havde en gennemsnitsdenier på 3,5 for de individuelle filamenter.

Eksempel 3

En blanding af 80 vægtdele polypropylen med smelteindeks 1,2 og 20 vægtdele falg fluidiseredes, opladedes elektrostatisk og aflej-redes på et teflonovertrukket metalbånd som beskrevet i eksempel 1.

Den pålagte spænding var 90 kV. Tykkelsen af pulverlaget var omkring 1 mm. Efter passage gennem opvarmningstunnelen, hvis temperatur blev holdt på omkring 185° C, blev blandingen trukket af fra båndet med en hastighed på 45 gange båndhastigheden. Det opnåede fiberprodukt havde udseende som et ikke-vævet produkt (non-woven).

Eksempel 4

En bane af en pulverblanding som beskrevet i eksempel 1 køledes 142655 til størkning efter passage gennem opvammingetunnelen. Efter at være taget af fra båndet, blev den sintrede pulverblanding opsplittet i bånd af 3 cm's bredde, genopvarmet og strakt i en varmluftovn med en temperatur på ca. l65°C. Det opnåede kontinuerte fiberprodukt havde ne tværklignende s truktur·

Eksempel 5

En blanding af 99 volumendele polypropylenpulver med smelteindeks 1,2 og 1 volumendel AlgO^,3H20 fluidiseredes, opladedes elektrostatisk ved 70 kV og aflejredes på et rustfrit stålbånd. Afstanden mellem det øverste lag i det anvendte fluidiserede leje og båndet var 5 cm. Temperaturen af båndet var mellem 180 og 190°C. Tykkelsen af pulverlaget var ca. 200 micron. Efter passage gennem en opvarmningstunnel, hvis temperatur var omkring 190°C, afkøledes de delvis smaltede partikler til 170°C og blev derpå taget af fra båndet med en hastighed på 15 gange båndhastigheden. Den opnåede bane køledes derpå i vand, og efter at være blevet genopvarmet til 100°C blev den monoaksialt orienteret ved et forhold på 1 s 4. Det opnåede produkt havde en netværkstruktur, hvor gennemsnitsdenieren af de individuelle filamenter var omkring 1 (g/9000 nu).

Eksempel 6

En blanding af polyethylen af høj massefylde (massefylde 0,96, smelteindeks 0,4) og Al^O^, 3HgO i volumenforholdet 99 * 1 fluidisere-des og opladedes elektrostatisk ved 70 kV. Pulverblandingen aflejredes på en jordet, opvarmet cylindrisk ståltromle med reliefoverflade og overtrukket med et 30 micron tykt lag teflon. Reliefoverfladen bestod af et regelmæssigt mønster af forhøjninger. Afstanden mellem to forhøjninger var 0,4 mm og højden på disse forhøjninger 0,2 mm.

Ståltromlens temperatur var 210°C før aflejringen af pulverblandingen. Efter aflejringen pålagdes et tryk på den smeltede pulvermasse ved hjælp af en trykvalse. Smelten blev derefter afkølet til 150°C med en gasstråle og taget af fra tromlen med en hastighed på 2 gange tromlens lineære hastighed. Det opnåede produkt orienteredes i tværretningen ved et forhold på 2 1 1 og i længderetningen ved et forhold på 1,5 t 1 ved en temperatur på 90°C, Der opnåedes et netværklignende produkt.

Eksempel 7

Fibre fremstillet ifølge eksempel 5 blev udskåret til en stabellængde på 5 m og tilsat til en suspension af fyrre træsul fatpulp 142655

O

i et vægtforhoId. på 1 : 1. Fiberblandingen formaledes i en hollænder i 20 minutter og fortyndedes derpå med vand til en fiberkoncentration på 2 vægt-$. Der opnåedes et syntetisk papir ved at udhælde fibersuspensionen på en vire, som normalt anvende s til papirfabrikation, fjernelse af hovedparten af vandet ved presning af det dannede flor mellem filtvalser og tørring under tryk ved ca. 105°C.