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 параллельно горизонтальной плоскости пластика слоев, имеющих различную слособность к растяжению, а механическую фибрилляцию его производят в направлении, 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 по крайнем мере один слой из полипропилена и сополимера полипропилена, полученного на основе более чем 50% пропилена.
термопластичного слоистого пластика заключается в следующем.
В качестве исходных материала берется слоистый пластик, состоящий по меньщей
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
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 (обычно в 100 или более, например в 1000 раз превышают толщину).
Слоистые пластики (изделия) приготовляют или совместной экструзией двух расплавленных или, по меньщей мере, пластифицированных термопластов через одно и то же щелевидное отверстие экструдера или раздельной экструзией двух слоев с последующим соединением этих слоев в пластифицированном состоянии под давлением. Слоистое изделие
можно экструдировать в форме трубы, которую затем разрезают предпочтительно в продольном направлении.
Слоистое изделие разрезается на полосы шириной 2-30 мл с последующим вытягива3лять до разрезания. Этот процесс можно осуществлять непрерывно, получая таким образом бесконечные растянутые полоски. Полоски можно использовать как пряжу после обычной в производстве пряжи обработки, на-5 пример скручивания и т. д. После первой вытяжки изделия с последующим разделением на волоконце при перетирании, растирании, раздире и других механических операциях получают материал оченью приятный на вид. Разделение на волоконце обычно используется в случае пленок, ориентируемых при вытяжке. Ориентация делает пленку легко расщепляемой. В процессе расщепления ориентация должна происходить в15 одном направлении. Получающиеся в процессе расщепления узкие полоски могут заменять натуральные или синтетические волокна во многих случаях. Кроме того, получаются структуры, состояшие из узких полосок, кото-20 рые в различных точках соединяются часто еще более узкими полосками, называемыми фибриллами, Процесс расщепления на фибриллы применяется .для слоистых изделий. Песмотря на25 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,ЗО 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.35 Если слоистое изделие изготовляется соединением двух раздельно экструдированных пленок, которые уже обладают некоторой степенью ориентации, то для эффективного разделения на фибриллы нужно, чтобы направ-40 ление ориентации в двух слоях совпадало. Фибрилляцию можно осуществлять при растирании между валками, имеюшими шероховатую поверхность и вращающимися с различными периферическими скоростями, или45 между каучуковыми ремнями, которые также движутся с различными скоростями. Кроме того, процесс разделения на фибриллы осуществляется раздроблением, обработкой щетками или булавками, скручиванием, исполь-50 зованием ложного скручивания, обработкой сильными воздушными потоками. Если требуется получить штапельное волокно, то раздирают материал на кусочки до стадии вытягивания и фибрилляции. При этом длина этих55 кусочков в основном направлении ориентации равна самому большому размеру, которого могут достичь волокна в процессе разделения на фибриллы. Таким образом, разрезание осуществляют в направлении, перпендикулярном60 основному направлению вытяжки. Вытягивание осуществляют в направлении движения материала, но возможно также, чтобы основнее направление вытягивания было перпендикулярно направлению движения. Расщепление65 4 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 враш,аюш,егося цилиндра, который взаимодействует с рядом враш,ающихся 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), непользуемого в качестве исходного материала, равна 0, мм, но предпочтительнее 0,03- 1 мм. Ширина мата термопластичного материала, полученного путем экструзии, равна 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 О-40°С. В узких полосках, волокнах и пряже возникает извитость, так как используется комбинация термопластов, кривые напряжение - 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 и 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 и 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 экстрагировании 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 больщей 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 выщеупомянутой 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 wpou,eoce фибрилляции и чтобы большинство волокон состояло из двух слоев. Хорошая адгезия обычно существует между высокомолекулярными термопластами со сходным химическим строением. Примерами термопластов, которые обладают хорошей адгезией друг к другу, являются: найлои 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-сополимерами 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, поливинилхлорнд 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.
когда добавка вводится только в один слой, а не в оба.
Для каждого 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 больще, 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 эфирьт 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 или оба слоя могут быть вспененными, но с различной плотностью, т. е. иметь различный объем пор на единицу ма. Очень хорошая .адгезия между слоями наблюдается при идентичности термопластов, которая в дальнейшем называется химической идентичностью.
При химит:- ской идентичности наблюдается такое сходство в строении, когда, по меньшей мере, 90 мол. % звеньев, повторяюшихся в цепи молекулы, соответствуют по расположению атомов углерода молекулам полимеризующегося мономера, или в случае продукта поликонденсации двух различных функциональных соединений, продукту конденсации одной молекулы одного функционального соединения с другой мoлeкvлoй другого функционального соединения. Химическая идентично сть, таким образом, не нарушается НРИ различии в молекулярных весах термопластов. Идентичность не нарушается при несовпаденип строения в начале и конце цепи, а в случае полиэтилена и при разнице в степени разветвления. 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 промежутков времени нагревания ДВУХ частей расплава, если эти части содержат различные
концентрации стабилизатопов молекулярного веса, или в том случае, если ста-билизатор молекулярного веса содержится в одной части расплава. Стабилизаторами для полиолефинов являются, например, объемные фенолы, особенно многоатомные фенолы, например бисфенолы и трехядерные фенолы, органические сульфиды, например дилаурилтиодипропионат, органические фосфаты, напримеп три(нонилфенил)6осфат амины и многие другие соединения. Обычно их применяют в концентрациях 0,05-2 вес. % 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 состояния. Соответствующий эффект может быть достигнут путем совместной экструзии двух потоков одного и того же термопласта, причем эти потоки
пропускают через каналы различной (Ьопмы и/или щелевидные отверстия различной формы. Различие в форме, имеющее большое значение, относится в данном случае к длине (в направлении движения) и сходимости линий
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 полимера из расплавленного состояния.
Карбоновыми кислотами являются: янтарная, глутаровая, адипиновая, тетраметиладипиновая, себациновая, пробковая, фталевая, фенилуксусная, дифенилуксусная, феиилдиметилуксусная, о-бутилбензойная и «-бутилбензойная, о-изопропилбензойная, п-изопропилбензойная, га-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%. 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 и трикотажным изделиям и к нетканым материалам (например, к текстильным изделиям), полученным путем связывания волокон, но не ткачеством, а другим путем, из тех же самых материалов.
Предмет изобретения
0
1.Способ получения волокна из термопластичного слоистого пластика путем вытягивания и механической фибрилляции его, отличающийся тем, что, с целью получения извитого волокна, используют пластик, состоящий из нескольких, расположенных параллельно горизонтальной плоскости пластика слоев, имеющих различную способность к растяжению, а механическую фибрилляцию его производят в направлении, параллельном направ0лению вытяжки.
2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что для усиления извитости получаемого волокна его нагревают.
3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что
5 нагревание осуществляют после того, как из волокон получена пряжа.
4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что слои слоистого пластика состоят из одного
0 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
5 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, что слоистый пластик имеет по крайней мере
один слой из сополимера полипропилена, полученного на основе более чем 50% пропилена.
