Способ изготовления нетканых материалов

 

Со!оз Советских 4Î7439

О-П ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Социалистических

Рвспу6лии к п тентю

3aÂ1Ic1Ii! û!1 0Т патспта ¹

МПК В 29! 1/00

Заявлено 02.Ч11 1968 (№ 1251637/23-5) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет—

О1!уб. !вковано 21.Х1.1973. Бюллегень ¹ 46 УДК 678.026.2(088.8) Гос!/даротвеикый комитет

Совета Миииотров СССР по демм иеооретеиий и открытий

Дата опубликования описания 1.Ч1.1971

Авторы изобретения

Иностранцы америк Иосиф Добо и Вильям Сирус Маллопт!и (Соединенные Штаты Америки) Донг Ува Ким (Корея) Иностранная фирма

«Монсанто Компани» (Соединенные Штаты Америки) Заявитель

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Известе!! способ производства нетканых материалов путем формования полотнища из волокнистой массы, в состав которой входит по меньшей мере 10% нейлона, предусматривающий связывание соприкасающихся друг с другом волокон за счет циркуляции через материал потока газа с последующим его удалением. Но этот способ пригоден только для материалов, обладающих термопластичными свойствами.

Предлагаемый способ отличается тем, что с целью расширения области его использования на стадии циркуляции применяют газ, обладающий активными свойствами по отношению к волокнам и частично поглощаемый ими.

Избыток газа затем удаляют и производят калапдрирование формуемого полотнища.

В качестве газа мо?кпо применять, например, хлористый водород, двуокись серы, трехфтористый бор.

По предлагаемому способу нити вытягивают из смеси полиамидов и гшевматически утончают перед их размещением в произвольном порядке на поверхности конвейерного ремня для образования однородного полотнища.

Предпочтительно полотно опрыскивают по поверхности раствором для облегчения операций с еще несвязанными волокнами. Полотно протягивают через камеру, наполненную активирующим газом, в которой полотно выдерживается в течеп!Ic врcblc1111, достаточного для noIIepxll0cTl1oro поглощения газа ьолокпамп.

i(oIITaI(T к!ежду вопокна 11! В точках их соединения усиливается путем калапдрированпя кеlк перед, так и после обра!?Отки газом. Затем газ удаляется из волокон. П ?с.пе удаления активпрующего газа оста!отея прочные узелки волокон.

Лктивирующпй газ х!О кет содержать хлористый водород, треххлорнстьш бор, сернистый ангидрид. Учитывая повышенную скорость поглощения и дссорбцпп и относппелы!о удобное использование хлористого водорода, его следует считать предпочтпте,пьным акт!!вирую!цп

15 газом. Поэтому топько оп и указывается ниже.

Пред!70чтитслы10 также подде1?живать аКтивирующий газ прп техшературе прпблизптслы10 20 — 25 С Jj751 Однородности уc,70DIIÉ Oáработки и удобства использования, хотя могут

2р применяться и более высокие пли низкие температуры. Абсорбция зависит от температуры (при более высоких температурах выше скорость абсорбции). Тем не le!lee обнаружено, что абсорбция понижается с повышением температуры или да?ке прекращается совсем при достижении температуры 110 С.

Хотя водные растворы хлор стого водорода (соляная кислота) известны как растворителп для многих полиампдов, не попизированныи

Зр чистый хлористый водород не является ряство407439

3 рителем, и процесс можно вести в полностью безводных условиях. Процесс соединения не зависит от растворения полимера. Следует указать также, что не эффект растворения объясняет то обстоятельство, что другИе полимеры, крОме ПОлиамндОВ, также раствОримые в СОЛЯной кислоте, не подвергаются сцеплению под воздействием газообразного хлористого водорода. Тем не менее лучшее соединение получается в атмосферных условиях, в которых уровень влажности поддерживается выше 25 о/О, лучше находится в интервале 40 — 60 /о. Для получения сцепляющегося взаимодействия волокна должны быть в очень тесном контакте.

В случае соединения двух пересекающихся волокон это условие может быть соблюдено поддержанием волокон в натянутом перекрещенном состоянии. Для сетки из волокон приемлемо осуществление усадки переплетенных волокон или подверганне сетки сжатию. Сжатие сетки может осуществляться как до, так и после обработки хлористым водородом. На практике предварительное сжатие имеет то преимущество, что сообщает большую прочность сетке из-за увеличения давления в узелках волокон.

Обнаружено, что самосцепляющиеся полимеры под воздействием газа (хлористого водорода) содержат обычно в своей структуре группу — ХСО. Для придания полимерам свойства сцепления требуется равномерная концентрация этих групп, которые присоединяются и группам, не изменяющим основность нежелательным образом. Найдено, что полиамиды, содержащие некоторые ароматические группы, подвергаются таким реакциям соединения, но некоторые полностью ароматические олиамиды не поддаются реакции, несмотря на то, что концентрация групп — NCO в них сравнима с их концентрацией в полигексаметиленадипамиде (нейлон 66), сцепляемом весьма легко.

Это может зависеть от жесткости структуры, от ароматических колец в основании амидных групп или от комбинации этих условий.

Хотя механизм сцепления не раскрыт полностью, ожидается, что оп основан на разрыве водородных связей между цепями полимера путем образования комплекса НСI с амидной группой. В химии полимеров хорошо известно, что большинство физических свойств полиамидов во многом зависит от межмолекулярных водородных связей между группами — СΠ— и — NH — в соседних цепочках полимеров. Связи образуют перекрестия между молекулярными цепочками, повышая такие свойства, как точки плавления и прочность па растяжение.

Когда эти связи разрушены под воздействием хлористого водорода, полимерные цепочки н структурах становятся более гибкими и ослабляют напряжение, оказываемое под действием приложенной к структуре нагрузки. Процесс является обратимым и, когда хлористый водород десорбируется, водородные связи восстанавливаются. При сдвиге почимерных цепочек

4. многие из новых связей образуются между цепочками в двух различных структурах.

Фотомикрографии поперечных сечений волокон, связанных указанным процессом, показывают наличие гомогенной структуры в зоне соединения без какого-либо признака специального скрепления волокон. Дальнейшим подтверждением этой теории является то, что самосцепляющиеся полимеры не могут прикре10 пляться к неспособным к самосцеплению полимерам в указанных условиях, в то время как различные полиамиды, обладающие свойством самосцепления, могут прикрепляться один к другому

15 Сцепление осуществляется со временем выдержки, которое может варьироваться от

1 сек до нескольких минут, в зависимости от композиции и структуры соединяемых материалов. Эффективное сцепление достигается при

20 концентрации НСI, изменяющейся в диапазоне от 100 до 25О/о смеси с воздухом. Путем регулирования времени выдержки, глубина проникновения газа в отдельные волокна может легко контролироваться и ограничиваться 5 глубина, необходимая для получения требуемого эффекта сцепления, На практике хорошее сцепление получено при проникновении газа

I .d небольшуlo величину, порядка 5 /о площади поперечного сечения волокон. )Келательными

Зо величинами, проникновения являются величины от 20 до 50 /О, Оптимальное время выдержки изменяется в соответствии с конкретной композицией полимера, концентрацией активирующего газа, З5 диаметром волокна и предыдущих методов обработки волокон. Вообще говоря, более тонкие волокна из-за того, что они имеют большую площадь поверхности на единицу веса, потребуют более короткого времени для сцепления, 40 чем грубые волокна. Увеличенное время выдержки приводит обычно к понижению прочности на растяжение очевидно потому, что глубина проникновения газа в волокна нарушает ориентацию.

45 Десорбция активирующего газа может достигаться при комнатной температуре путем промывки в воде или очень слабом водном растворе основы; кроме того это может быть достигнуто в совершенно безводных условиях

50 путем нагрева, что является преимуществом из-за простого восстановления активирующего газа.

Температуры, необходимые для десорбции, гораздо ниже температур размягчения или то55 чек плавления полимера и поэтому не меняют физических свойств структур.

Пример 1. Нейлон 66, предварительно высушенный до уровня влажности порядка

0,01 вес. /,, продавливается в расплаве при

5р температуре около 290 С через фильеру, имеющую .!4 отверстий диаметра 0,009 дюйма (0,023 сл). Скорость пропускания массы через фильеру составляет 0,78 фунтов в час (0,35 кг/час), 55 Полученные волокна подвергают дальней407439

5 шей вытяжке и располагают в произвольном порядке на движущемся конвейере под действием пневматического распылителя; вытяжная камера при этом располагается под конвейером. Расстояние между соплом распылителя и ремнем конвейера составляет 18 дюймов (45,8 см).

Полотно получается в форме непрерывного л иста.

Ткань опрыскивают жидкими связующими, содержащими 70 /о формиковой кислоты и 30 /о частиц нейлона с расходом связующего 2,5 см в мин для улучшения целостности ткани перед дальнейшей обработкой. Обработанный этим составом материал обжимается рельефным роликом, создающим усилие 16 фунтов на линейный дюйм (2,85 кг/см), при температуре ролика 100 С и удаляющим из ткани формиковую кислоту. От каландровых роликов ткань направляется через окружающую атмосферу в камеру подачи хлористого водорода на поверхность полотна. В этой газовой камере ткань подвергается воздействию хлористоводородной атмосферы, поддерживаемой при небольшом вакууме, предотвращающем утечку газа в окружающую среду. Расход хлористого водорода составляет 12 г в мин. Остаточный хлористый водород удаляется из ткани путем промывки волокон в слабощелочной каустической ванне. Излишек воды удаляется, затем из полотна посредством двух обжимных роликов, за которыми следуют группы сушильных роликов, обрабатывающих ткань перед ее окончательным выпуском. Получающаяся в результате ткань прочна, плотна и обладает видом тканого материала, имея основной вес

0,96 унций па квадратный дюйм (35,7 гlм ), прочность на разрыв 7,8 фунтов на дюйм на квадратный ярд (1,66 кгlсм /м ) и показатель

Штоляя сопротивления на истирание приблизительно 2000 циклов.

Пр и м ер 2. Нейлон 66 протягивается в расплаве при температуре приблизительно

290 С через фильеру с 14 отверстиями, имеющими диаметр 0,009 дюйма (0,023 см). Скорость продавливания составляет 1 фунт в час (0,45 кг/час). Затем волокна пропускаются через аспиратор, размещаемый на расстоянии

38 дюймов (96,5 см) ниже фильеры. Сопло аспиратора работает при избыточном давлении воздуха 40 фунтов на кв. дюйм (2,8 кг/см).

Утонченные волокна произвольно распределяются по поверхности непрерывно движущегося фораминизированного ремня конвейера с помощью пневматического сопла аспиратора, Расстояние между соплом и ремнем конвейера составляет 18 дюймов (45,8 см) . Ткань формируется в виде непрерывного сплошного полотна. Для обеспечения равной плотности ткани по ее краям предусмотрены наклонные пластины, отстоящие от конвейерного ремня на 9 дюймов (22,8 см). Управляющие размещением волокон пневматические сопла подают струи воз5

25 зо

6 духа на эти пластины (заставляя края волокон укладываться на ремне. Эти сопла действуют при избыточном давлении 30 фунтов на кв. дюйм (2,1 кг/см ).

Конвейерный ремень подается в своем продвижении с заданной скоростью, влияющей на вес полотна. На ширине 9 дюймов (22,8 см) плотность полотна от кромки до кромки одинакова. Получаемое полотно опрыскивается жидким связующим, включающим 70О/о формиковой кислоты и 30 /о твердых частиц нейлона при расходе 0,41 см /мин с целью обеспечения удобного дальнейшего обращения с полотном. Связующее, распределенное по поверхности полотна, вдавливается каландровыми роликами, имеющими рельеф на поверхности, в волокна с усилием 130 фунтов (59 кг) при температуре 130 С. После каландровых роликов ткань проходит через участок с окружающей атмосферой, имеющей относительную влажность 60 /о при 70 С по Фаренгейту (21,1 С), и подается в камеру с хлористым водородом. Б этой камере хлористый водород находится под вакуумом 16 дюймов (40,6 см рт. ст.)

Ткань выдерживается в камере 7 сек. Расход хлористого водорода составляет 8 г/мин. Остаточный хлористый водород удаляется из волокон в промывочной ванне; содержащей NaOH с потенциалом рН в дапазоне 11 — 13 при 30 С.

Избыток воды удаляется из полотна посредством пары обжимных роликов, за которыми следуют нагреваемые сушильные ролики.

Окончательно получаемая ткань прочна, обладает гибкостью и внешним видом тканого материала с основным весом 3,0 унций на кв. ярд (112 г/м ), прочностью на растяжение

9,3 фунт/дюйм/унция/кв. ярд (44,6 г/см /г/м ), вытягиваемость 50 /о и показатель Штолля истирания трением 1775 циклов.

Предмет изобретения

1. Способ изготовления нетканых материалов путем формования полотнища из волокнистой массы, в состав которой входит по меньшей мере 10О/О нейлона, предусматривающий связывание соприкасающихся друг с другом волокон за счет циркуляции через материал потока газа с последующим его удалением, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования способа, на стадии циркуляции применяют газ, обладающий активными свойствами по отношению к волокнам и частично поглощаемый ими, затем удаляют избыток газа и производят каландрирование формуемого полотнища.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа применяют хлористый водород.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа применяют двуокись серы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа применяют трехокись серы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа применяют трехфтористый бор.