Способ получения волокна из термопластичного слоистого пластика

Способ получения волокна из термопластичного слоистого пластика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 336886

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Ссеетскиз

"..оциалистическиа

Респуйлин

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

М. Кл. D 02g 3/06

Заявлено 27.Ч11.1967 (№ 1177456/28-12) Приоритет 31ХШ.1966, № 6612238, Нидерланды

Опубликовано 21.1V.1972. Бюллетень № 14

Комитет по делам изойретеиий и открытий при Совете Мииистров

СССР

УДК 677.46.028.3 (088.8) Дата опубликования описания 29Х.1972

Автор изобретения

Иностранец

Геррит Шуур (Нидерланды)

Иностранная фирма

«Шелл Интернешенел Рисерч Маатсхапей Н.В.» (Нидерланды) Заявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНА ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО

СЛОИСТОГО ПЛАСТИКА

Изобретение относится к области производства волокна из термопластических материалов, а именно к способу получения волокна из термопластичного слоистого пластика.

Известен способ получения волокна из термопластичного слоистого пластика путем вытягивания и механической фибрилляции его.

Недостатком этого способа является невозможность получения извитого волокна.

С целью получения извитого волокна, придающего материалу, изготовленному из него, объемный вид.

По предлагаемому способу используют пластик, состоящий из нескольких, расположенных пар аллельно горизонтальной плоскости пластика слоев, имеющих различную способность к растяжению, а механическую фибрилляцию его производят в на правлении, параллельном направлению вытяжки, при этом для усиления извитости получаемого влокна его нагревают после того, как из волокон получена пряжа. Слои слоистго пластика состоят из одного и того же полимера, имеющего различные молекулярные веса и различную кристалличность. Кроме того, пластик имеет ао крайнем мере один слой из полипропилена и сополимера полипропилена, полученного на основе более чем 50% пропилена.

Сущность способа получения волокна из термопластичного слоистого пластика заключается в следующем.

В качестве исходных материала берется слоистый пластик, состоящий по меньшей мере из двух слоев, которые при одной и той же температуре характеризуются несовпадающими кривыми растяжение — напряжение, растягивается и механически разделяется на фибриллы или разделяется на узкие полоски

lo параллельно направлению растяжения.

Слоистое изделие состоит, по меньшей мере, из двух различных слоев, соединенных один с другим, Длина и ширина изделия по меньшей мере в 10 раз превышает толщину (обыч15 но в 100 или более, например в 1000 раз превышают толщину) .

Слоистые пластики (изделия) приготовляют или совместной экструзией двух расплавленных или, по меньшей мере, пластифицирован20 ных термопластов через одно и та же щелевидное отверстие экструдера или раздельной экструзией двух слоев с последующим соединением этих слоев в пластифицированном состоянии под давлением. Слоистое изделие

25 можно экструдировать в форме трубы, которую затем разрезают предпочтительно в продольном направлении.

Слоистое изделие разрезается на полосы шириной 2 — 30 мл с последующим вытягива50 нием этих полос. Вытяжку можно осущест1336886 лять до разрезания. Этот процесс можно осуществлять непрерывно, получая таким образом бесконечные растянутые полоски. Полоски можно использовать как пряжу после обычной в производстве пряжи обработки, например скручивания и т. д.

После первой вытяжки изделия с последующим разделением на волоконце при перетирании, растирании, раздире и других механических операциях получают материал очень приятный на вид. Разделение на волоконце обычно используется в случае пленок, ориентируемых при вытяжке. Ориентация делает пленку легко расщепляемой. B процессе расщепления ориентация должна происходить в одном направлении. Получающиеся в процессе рас|цепления узкие полоски могут заменять натуральные или синтетические волокна во многих случаях. Кроме того, получаются структуры, состоящие из узких полосок, которые в различных точках соединяются часто еще более узкими полосками, называемыми фибриллами.

Процесс расщепления на фибриллы применяется для слоистых изделий. Несмотря на то, что один из слоев изделия ориентируется в большей степени и более легко поддается расщеплению на фибриллы, чем другой слой, было установлено, что если прикладываются значительные по величине механические силы, расщепление продолжает происходить и в слое, который менее поддается фибрилляции.

Таким образом, в материале, подвергнутом процессу фибрилляции, большинство, если не все волокна, состоят из двух слоев.

Если слоистое изделие изготовляется соединением двух раздельно экструдированных пленок, которые уже обладают некоторой степенью ориентации, то для эффективного разделения на фибриллы нужно, чтобы направление ориентации в двух слоях совпадало.

Фибрилляцию можно осуществлять при растирании между валками, имеющими шероховатую поверхность и вращающимися с различными периферическими скоростями, или между каучуковыми ремнями, которые также движутся с различными скоростями. Кроме того, процесс разделения на фибриллы осуществляется раздроблением, обработкой щетками или булавками, скручиванием, использованием ложного скручивания, обработкой сильными воздушными потоками. Если требуется получить штапельное волокно, то раздирают материал на кусочки до стадии вытягивания и фибрилляции. При этом длина этих кусочков в основном направлении ориентации равна самому большому размеру, которого могут достичь волокна в процессе разделения на фибриллы, Таким образом, разрезание осуществляют в направлении, перпендикулярном основному направлению вытяжки. Вытягивание осуществляют в направлении движения материала, но возможно также, чтобы основное направление вытягивания было перпендикулярно направлению движения. Расщепление

25 зо

65 на фибриллы слоистого изделия для получения штапельного волокна можно осуществлять аналогичным способом.

Процесс фибрилляции осуществляется (особенно, если требуется штапельное волокно) на кардной машине. Кардная машина обычно состоит из вращающегося цилиндра, который взаимодействует с рядом вращающихся валков меньшего диаметра, называемых шляпками и рядками. Вдоль цилиндра и валков расположены кардные иглы, которые осуществляют процесс фибрилляции. Фибриллируемый материал выходит из машины в виде мата.

Для увеличения однородности мата последний пропускают через вторую кардную машину или через ряд кардных машин. При использовании кардной машины процессы фибрилляции и чесания волокон происходят одновременно и нет необходимости в отдельной операции расчесывания. Кардная машина также удобна для равномерного смещения волокон, полученных путем фибрилляции термопластичных пленок и слоистых изделий с другими волокнами, например натуральными.

Можно также получать штапельное волокно путем разрезания бесконечного материала, полученного одним из вышеописанных способов, на части желаемой длины.

Толщина слоистого пластика (изделия), используемого в качестве исходного материала, равна 0,01 — 3 мм, но предпочтительнее 0,03—

1 мм.

Ширина мата термопластичного материала, полученного путем экструзии, р авна 10—

100 см. Слоистый мат подобной толщины разрезают на полосы шириной, например, 1—

10 см перед вытяжкой и фибрилляцией, причем направление полос совпадает с направлением движения. Эти полосы затем вытягивают в направлении движения. Отношение вытяжки следует выбирать на основе желаемого эффекта и состава слоистого изделия. Подходящими величинами являются 1: 3 — 1: 20, особенно 1: 5 — 1: 15. Вытяжку можно осуществлять в несколько стадий, Температура, при которой осуществляют вытяжку, ниже точки размягчения слоя слоистого изделия, который размягчается при наибольшей температуре, т, е. ниже точки размягчения того слоя изделия, который имеет самую высокую точку размягчения из всех слоев изделия. При этом точка размягчения может повышаться при действии продольных сил в направлении ориентации. Вытяжку предпочтительнее проводить при температуре, которая на 10 — 100 С ниже точки размягчения слоя изделия с наивысшей точкой размягчения.

Фибрилляцию предпочтительно осуществлять при температуре около комнатной, но не при температуре близкой к точке размягчения, Обычно предпочитают использовать температуру 0 — 40 С. В узких полосках, волокнах и пряже возникает извитость, так как используется комбинация термопластов, кривые. на336886

15 пряжение — растяжение которых при одной и той же температуре не совпадают. Это несовпадение кривых исключает использование слоистых изделий, состоящих из слоев полностью идентичного состава.

Внутренние напряжения возникают в результате обычной вытяжки обоих слоев изделия, что приводит к ориентации слоя в разной степени. Если слоистое изделие не разделено на фибриллы или узкие полоски, то эти внутренние напряжения не вызывают изменения формы.

Скручивание возникает в процессе фибрилляции или при комнатной температуре, или при более повышенной температуре, вследствие исчезновения когезии волокон изделия

v. исчезновения препятствия скручиванию.

Если после вытяжки пластик выдерживают под определенным напряжением (в случае скручивания) и охлаждается под напряжением, то может случиться, что во время дальнейшей фибрилляции внутренние напряжения в материале будут слишком малы для возникновения скручивания, если только не повысить снова температуру.

Если неоднородная ориентация, возникающая при вытяжке, не вызывает требуемой степени скручивания, то можно вслед за описанными операциями осуществить нагревание до температур, при которых возникает скручивание. Увеличение степени скручивания при этих условиях объясняется уменьшением ориентации, которая происходит в различной степени или с различной скоростью в двух слоях волокон, при этом применяются температуры на 5 — 80 С ниже точки размягчения слоя с наименьшей точкой размягчения. Требующийся промежуток времени для нагревания зависит от состава изделия, ориентации слоев, температуры и желаемого эффекта.

Продолжительность нагревания можно определить экспериментально, и она обычно находится в интервале от нескольких секунд до нескольких минут.

Продолжительное нагревание приводит снова к уменьшению степени скручивания, вследствие общего уменьшения ориентации.

Таким образом, нагревание является средством контроля скручивания.

Нагревание, которое увеличивает или контролирует степень скручивания, можно осуществлять после того, как из материала получена пряжа и даже после того, как волокна или пряжа были сотканы или каким-либо другим путем переработаны в текстильные изделия.

Усиление скручивания после изготовления этих текстильных изделий позволяет улучшить их внешний вид и увеличить их объем.

Увеличения степени скручивания после вытяжки и фибрилляции или разделения на узкие полосы можно достичь не только при нагревании, но также при увлажнении (паром или водой, если необходимо, теплой водой), набухании (при соприкосновении с жидкостями, вызывающими набухание) или при экстра20

65 гировании определенных примесей, находящихся в термопластах, например, пластификаторов (при помощи определенных экстрагирующих агентов). При этом увеличение скручивания объясняется тем, что у одного из слоев волокна меняется его состав и объем в большей степени, чем у другого слоя. Различные способы увеличений скручивания можно использовать в комбинации один с другим.

Иногда может быть желательно предотвратить скручивание немедленно сразу же после вытяжки и процесса фибрилляции, что возможно при скручивании растянутого изделия и охлаждении его до фибрилляции, и вызвать скручивание при помощи вышеупомянутой обработки (нагревании, смачивании и т. д.) как только материал будет переработан в пряжу или текстильные изделия.

Контроль (уменьшение) скручивания путем уменьшения ориентации при нагревании или другой обработке можно осуществлять посредством такого нагревания или другого вида обработки до фибрилляции или разделения на узкие полоски.

Слои изделия должны хорошо соединяться один с другим, чтобы эта когезия не исчезала в процессе фи брилляции и чтобы большинство волокон состояло из двух слоев. Хорошая адгезия обычно существует между высокомолекулярными термопластами со сходным химическимм строением. Пример а ми тер мопластов, которые обладают хорошей адгезией друг к другу, являются: найлон 6 с найлоном

66, полиэфир гликоля и терефталевой кислоты с полиэфиром гликоля и изофталевой кислоты, полипропилен с сополимерами этилена и пропилена при статистическом распределении звеньев, полипропилен с блок-сополимепами пропилена и этилена, полипропилен с блоксополимером, содержащим блоки полипропилена и блоки сополимера этилена с пропиленом со статистическим распределением звеньев этилена и пропилена, полиметакрилат с полиметилметакрилатом, поливинилацетат с поливинилпропионатом, поливинилхлорид с поливинилиденхлоридом, циклизованный каучук с полиолефинами, циклокаучук с полимером пивалолактоном и циклокаучук с поливинилхлоридом. Достаточная величина адгезии все еще существует между полиэтиленом и полипропиленом в слоистых изделиях, полученных совместной экструзией, способом раздувания пленок.

Очень хорошая адгезия между слоями может быть достигнута при полной идентичности высокомолекулярных термопластов двух слоев, при этом требование несовпадения при одной и той же температуре кривых растяжение — напряжение у двух слоев можно удовлетворить созданием различия между двумя слоями путем выбора различных добавок, например, наполнителей, красителей, пигментов, пластификаторов. агентов, промотирующих текучесть и т. д. Простейшим является случай, 336886

15 го

7 когда добавка вводится только в один слой, а не в оба.

Для каждото вида термопласта добавками являются вещества, которые обычно используются вообще для термопластов. В качестве наполнителей можно использовать неорганические вещества, например каолин, бентонит, глину и т. п. Общеизвестными пигментами являются, например, двуокись титана, сульфид цинка, желтый кадмий и красный кадмий.

Широко используемой добавкой является также углеродная сажа. Различие в кривых растяжение — напряжение двух слоев при условии, что только один из них содержит углеродную сажу (или некоторые пигменты или красители), становится даже больше, когда применяют нагревание, так как температура слоя, содержащего добавку, повышается более быстро.

При выборе органических красителей учитывается природа окрашиваемого термопласта, при этом используются вещества, улучшающие накрашиваемость.

Разница в окраске слоев приводить к появлению декоративного эффекта после скручивания. Пластификаторами в особенности для поливинилхлорида являются эфиры с высокой температурой кипения, например диоктилфталат и трикрезилфосфат. Если в качестве термопластов используются полиолефины, то добавляется парафиновый воск, повышающий текучесть полиолефинов. Можно использовать комбинацию добавок с соответствующей функцией и/или добавок с различными функциями.

Требование несовпадения при одной и той же температуре кривых растяжение — напряжение двух слоев, состоящих из двух абсолютно одинаковых термопластов, можно также удовлетворить, если два слоя отличаются друг от друга в отношении пористости: один слой может быть, например, твердым, а другой вспененным нли оба слоя могут быть вспененными, но с различной плотностью, т, е. иметь различный объем пор на единицу объема. Очень хорошая адгезия между слоями наблюдается при идентичности термопластов, которая в да. ьнейшем называется химической идентичностью.

При хими .-ской идентичности наблюдается такое сходство в строении, когда, по меньшей мере, 90 мол. % звеньев, повторяющихся и цепи молекулы, соответствуют по расположению атомов углерода молекулам полимеризующегося мономера, или в случае продукта поликонденсации двух различных функциональных соединений, продукту конденсации одной молекулы одного флнкциоттального соединения с другой молекл лойт дпугого функционального соединения. Химическая идентичность, таким образом, не нарушается пои пазличии в молекулярных весах термопластов.

Идентичность не нарушается при несовпадении строения в начале и конце цепи. я в сллчае полиэтилена и при разнице в степени разг5 зо т5

65 ветвления. Химически идентичными являются также сополимеры, которые отличаются только несколькими процентами в величинах соотношения мономеров, из которых они получаются. Так сополимер, состоящий из пропилена и этилена в молярном соотношении 50: 50, и сополимер, состоящий из тех же мономеров в соотношении 60: 40, как раз являются химически идентичными.

Различие в кривых напряжение — растяжение, требуемое для изготовления извитых волокон и пряжи, полученных из слоистого изделия, при химической идентичности слоев можно получить, если при изготовлении слоистого изделия выбрать два термопласта, которые химически идентичны, но которые отличаются средним молекулярным весом, молекулярновесовым распределением, стерео-конфигурацией, кристалличностью и/или ориентацией.

Слоистое изделие такого типа можно изготовить путем деления потока расплавленного термопласта (например, полиолефина) на две части и нагревания этих частей при различных температурах и/или в течение различных промежутков времени так, чтобы средние молекулярные веса этих частей уменьшались с различной скоростью, с последующей экструзией двух частей вместе через щелевидное отверстие. Разницу в среднем молекулярно весе можно также получить при одной и той же температуре и в течение одинаковых ппомежутков времени нагревания двлх частей пасплава, если эти части содержат различные концентрации стабилизаторов молекулярного веса, или в том случае, если стабилизатор молекулярного веса содержится в одной части расплава. Стабилизаторами для полиолефинов являются, например, объемные Феттолы, особенно многоатомные фенолы, например бисфенолы и трехядерные фенолы, органические сульфиды, например дилаурилтиодипропионат, ооганические фосфаты. напоимеп три(нонилфенил) Фосфат амины и многие другие соединения. Ооычно их применяют в концентрациях

0,05 — 2 вес. о/о в расчете на полиолефин.

Слоистое изделие, состоящее из слоев, химически идентичных, но отличающихся один от другого кривыми растяжение — напряжение. можно также изготовить путем раздельной экструзии с одной и той же скоростью двух слоев абсолютно одинакового состава, с последующей вытяжкой их из экструдера с различными скоростями перед соединением их в изделие. В этом случае имеет место вытяжка в пластическом состоянии. Соответствующий эффект может быть достигнут путем совместной экстрлзии двух потоков одного и того же термопласта, причем эти потоки пропускают через каналы различной Фопмы и/или щелевидные отверстия различной формы. Различие в фооме, имеющее большое значение, относится в данном случае к длине (в направлении движения) и сходимости линий

В одной точке.

336886

Составитель А. Анастасиев

Техред Т. Курилко Корректоры; С. Сатагулова и Л. Царькова

Редактор В. Блохина

Заказ 1492/17 И ад Ко Тираж 448 Подписное

UHHHIIH Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4!5

Тигография, пр. Сапунова, 2

Различие в степени кристаллизации термопластичных материалов может быть вызвано при осуществлении процесса кристаллизации в присутствии веществ, которые влияют на этот процесс, например ядерных зародышей.

В случае полиолефинов, например полипропилена, можно вызвать уменьшение размеров сферолитов путем добавления определенных карбоновых кислот или их ангидридов, или солей, в особенности солей алюминия, в качестве зародышей перед началом кристаллизации полимер а из расплавленного состояния.

Карбоновыми кислотами являются: янтарная, глутаровая, адипиновая, тетраметиладипиновая, себациновая, пробковая, фталевая, фенилуксусная, дифенилуксусная, фенилдиметилуксусная, о-бутилбензойная и и-бутилбензойная, о-изопропилбензойная, и-изопропилбензойная, п-оксибензойная, салициловая, п-метоксибензойная, о-аминобензойная кислоты, моно-метилтерефталат и многие другие.

Эти зародыши обычно вводят в количествах

0,05 — 5 вес, % (предпочтительно 0,1—

1,5 вес. % в расчете на полимер).

Добавки (наполнители, пигметны, красители, пластификаторы, агенты, промотирующие текучесть, регуляторы кристаллизации, и/или стабилизаторы) можно использовать (в равных и разных концентрациях) как при наличии только химической идентичности, так и при отсутствии идентичности термопластов двух слоев.

Изобретение имеет особое значение для получения из полиолефинов волокон, пряжи и текстильных изделий. Особенно хорошие результаты достигаются, если степень кристаллизации полиолефинов по меньшей мере 50 /о, Среди полиолефинов для получения, по меньшей мере, одного из слоев изделия предпочтительно использовать полипропилен и сополимеры, в основном состоящие из звеньев пропилена. Отличным материалом является также полимер пивалолацетона.

Изобретение также относится к волокнам, штапельным волокнам и пряже, полученным вышеописанным способом, а также к тканям н трикотажным изделиям и к нетканым мате5 риалам (например, к текстильным изделиям), полученным путем связывания волокон, но не ткачеством, а другим путем, из тех же самых материалов.

Предмет изобретения

1. Способ получения волокна из термопластичного слоистого пластика путем вытягивания и механической фибрилляции его, отличающийся тем, что, с целью получения изви15 того волокна, используют пластик, состоящий из нескольких, расположенных параллельно горизонтальной плоскости пластика слоев, имеющих различную способность к растяжению, а механическую фибрилляцию его про20 изводят в направлении, параллельном направлению вытяжки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для усиления извитости получаемого волокна его нагревают.

25 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нагревание осуществляют после того, как из волокон получена пряжа.

4. Способ по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что слои слоистого пластика состоят из одного

30 и того же полимера, имеющего различные молекулярные веса.

5. Способ по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что слои слоистого пластика состоят из одного и того же полимера, имеющего различную

35 кристалличность.

6. Способ по пп. 1 — 4, отличающийся тем, что слоистый пластик имеет по крайней мере один слой из полипропилена.

7. Способ по пп. 1 — 4, отличающийся тем, 40 что слоистый пластик имеет по крайней мере один слой из сополимера полипропилена, полученного на основе более чем 50% пропилена.