Im Herstellungsprozess von Spinnvliesstoffen können verschiedene Faktoren die physikalischen Eigenschaften des Produkts beeinflussen. Die Analyse des Zusammenhangs zwischen diesen Faktoren und der Produktleistung ermöglicht die präzise Steuerung der Prozessbedingungen und die Herstellung hochwertiger, vielseitig einsetzbarer Spinnvliesstoffe aus Polypropylen. Im Folgenden werden die wichtigsten Einflussfaktoren auf die physikalischen Eigenschaften von Spinnvliesstoffen kurz erläutert und mit Ihnen geteilt.
Schmelzindex und Molekulargewichtsverteilung von Polypropylenscheiben
Die wichtigsten Qualitätsmerkmale von Polypropylen-Scheiben sind Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Isotropie, Schmelzindex und Aschegehalt. Das Molekulargewicht der für das Spinnen verwendeten PP-Chips liegt zwischen 100.000 und 250.000. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die rheologischen Eigenschaften der Schmelze bei einem Molekulargewicht von etwa 120.000 optimal sind und gleichzeitig eine hohe maximale Spinngeschwindigkeit erreicht wird. Der Schmelzindex beschreibt die rheologischen Eigenschaften der Schmelze und liegt bei Polypropylen-Scheiben für Spinnvliese üblicherweise zwischen 10 und 50. Beim Spinnen zu einem Vlies erhält der Faden nur einen Luftzug, dessen Verstreckungsgrad durch die rheologischen Eigenschaften der Schmelze begrenzt wird. Je höher das Molekulargewicht, d. h. je niedriger der Schmelzindex, desto schlechter die Fließfähigkeit und desto geringer der erreichbare Verstreckungsgrad des Fadens. Unter gleichen Bedingungen des Schmelzausstoßes aus der Düse ist die Fasergröße des erhaltenen Filaments ebenfalls größer, was zu einem festeren Griff des Spinnvlieses führt. Bei hohem Schmelzindex sinkt die Viskosität der Schmelze, die rheologischen Eigenschaften verbessern sich, der Dehnungswiderstand nimmt ab und unter gleichen Dehnungsbedingungen steigt das Dehnungsverhältnis. Mit zunehmendem Orientierungsgrad der Makromoleküle steigt auch die Bruchfestigkeit des Spinnvlieses, während die Feinheit der Filamente abnimmt, was zu einem weichen Griff des Gewebes führt. Unter gleichen Prozessbedingungen gilt: Je höher der Schmelzindex von Polypropylen, desto geringer die Feinheit und desto höher die Bruchfestigkeit.
Die Molekulargewichtsverteilung wird häufig durch das Verhältnis des gewichtsmittleren Molekulargewichts (Mw) zum zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) des Polymers (Mw/Mn) gemessen, dem sogenannten Molekulargewichtsverteilungswert. Je kleiner der Molekulargewichtsverteilungswert, desto stabiler sind die rheologischen Eigenschaften der Schmelze und desto stabiler verläuft der Spinnprozess, was die Spinngeschwindigkeit erhöht. Zudem weist das Polymer eine geringere Schmelzelastizität und Zugviskosität auf, wodurch die Spinnspannung reduziert wird, PP leichter verstreckt und verfeinert werden kann und somit feinere Fasern entstehen. Darüber hinaus ist die Netzwerkstruktur gleichmäßig und die Fasern fühlen sich angenehm an.
Schleudertemperatur
Die Spinntemperatur hängt vom Schmelzindex der Rohstoffe und den Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften des Produkts ab. Je höher der Schmelzindex des Rohstoffs, desto höher die Spinntemperatur und umgekehrt. Die Spinntemperatur steht in direktem Zusammenhang mit der Viskosität der Schmelze. Eine niedrige Temperatur führt zu einer hohen Viskosität der Schmelze, was das Spinnen erschwert und die Bildung von gebrochenen, steifen oder groben Fasern begünstigt, was die Produktqualität beeinträchtigt. Um die Viskosität der Schmelze zu reduzieren und ihre rheologischen Eigenschaften zu verbessern, wird daher üblicherweise die Temperatur erhöht. Die Spinntemperatur hat einen signifikanten Einfluss auf die Struktur und die Eigenschaften der Fasern. Je niedriger die Spinntemperatur, desto höher die Streckviskosität der Schmelze, desto größer der Streckwiderstand und desto schwieriger lässt sich das Filament verstrecken. Um Fasern mit gleicher Feinheit zu erhalten, muss die Streckluftgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen relativ hoch sein. Daher lassen sich die Fasern unter gleichen Prozessbedingungen bei niedriger Spinntemperatur nur schwer verstrecken. Die Faser zeichnet sich durch eine hohe Feinheit und geringe Molekülorientierung aus, was sich in Spinnvliesstoffen mit geringer Reißfestigkeit, hoher Bruchdehnung und einem harten Griff äußert. Bei höheren Spinntemperaturen lässt sich die Faser besser strecken, die Faserfeinheit nimmt ab und die Molekülorientierung zu. Dies führt zu hoher Reißfestigkeit, geringer Bruchdehnung und einem weichen Griff der Spinnvliesstoffe. Es ist jedoch zu beachten, dass bei zu hoher Spinntemperatur die entstehenden Filamente unter bestimmten Kühlbedingungen nicht ausreichend schnell abkühlen und während des Streckprozesses brechen können, was zu Defekten führen kann. In der Praxis sollte die Spinntemperatur zwischen 220 und 230 °C liegen.
Kühlformungsbedingungen
Die Abkühlgeschwindigkeit des Filaments hat einen signifikanten Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften von Spinnvliesstoffen während des Formgebungsprozesses. Kühlt das geschmolzene Polypropylen nach dem Austritt aus der Spinndüse schnell und gleichmäßig ab, verläuft die Kristallisation langsam und der Kristallinitätsgrad niedrig. Die resultierende Faserstruktur ist eine instabile, scheibenförmige Flüssigkristallstruktur, die beim Dehnen ein höheres Dehnungsverhältnis erreichen kann. Die Ausrichtung der Molekülketten ist besser, was die Kristallinität weiter erhöht, die Faserfestigkeit verbessert und die Dehnung verringert. Dies äußert sich in Spinnvliesstoffen mit höherer Bruchfestigkeit und geringerer Dehnung. Bei langsamer Abkühlung weisen die Fasern hingegen eine stabile monokline Kristallstruktur auf, die die Faserdehnung erschwert. Dies äußert sich in Spinnvliesstoffen mit geringerer Bruchfestigkeit und höherer Dehnung. Um die Bruchfestigkeit zu verbessern und die Dehnung von Spinnvliesstoffen zu reduzieren, werden beim Formgebungsprozess üblicherweise das Kühlluftvolumen erhöht und die Temperatur der Spinnkammer gesenkt. Darüber hinaus ist der Kühlabstand der Filamente eng mit ihren Eigenschaften verknüpft. Bei der Herstellung von Spinnvliesstoffen wird der Kühlabstand in der Regel auf 50–60 cm festgelegt.
Zeichnungsbedingungen
Die Ausrichtung der Molekülketten in Seidenfäden ist ein wichtiger Faktor, der die Zugfestigkeit und Bruchdehnung einzelner Filamente beeinflusst. Je höher der Ausrichtungsgrad, desto fester das einzelne Filament und desto geringer die Bruchdehnung. Der Ausrichtungsgrad lässt sich durch die Doppelbrechung des Filaments darstellen; je größer der Wert, desto höher der Ausrichtungsgrad. Die Primärfasern, die beim Austritt von Polypropylenschmelze aus der Spinndüse entstehen, weisen eine relativ geringe Kristallinität und Ausrichtung, eine hohe Fasersprödigkeit, Bruchneigung und eine signifikante Bruchdehnung auf. Um die Eigenschaften der Fasern zu verändern, müssen sie vor der Vliesbildung je nach Bedarf unterschiedlich stark gedehnt werden.SpinnvliesherstellungDie Zugfestigkeit der Faser hängt maßgeblich von der Größe des Kühl- und Absaugluftvolumens ab. Je größer dieses Volumen, desto höher die Streckgeschwindigkeit und desto stärker die Streckung der Fasern. Dadurch verbessert sich die Molekülorientierung, die Feinheit nimmt zu, die Festigkeit steigt und die Bruchdehnung sinkt. Bei einer Spinngeschwindigkeit von 4000 m/min erreicht Polypropylenfilament seinen Sättigungswert der Doppelbrechung. Im Luftstromstreckprozess beim Spinnen zu einem Vlies überschreitet die tatsächliche Filamentgeschwindigkeit jedoch in der Regel kaum 3000 m/min. Bei hohen Anforderungen kann die Streckgeschwindigkeit daher deutlich erhöht werden. Ist das Absaugluftvolumen bei konstantem Kühlluftvolumen zu groß und die Kühlung des Filaments unzureichend, besteht die Gefahr von Faserbrüchen an der Extrusionsstelle der Düse. Dies kann zu Schäden am Spritzkopf führen und Produktion und Produktqualität beeinträchtigen. Daher sind in der Produktion entsprechende Anpassungen erforderlich.
Die physikalischen Eigenschaften von Spinnvliesstoffen hängen nicht nur von den Eigenschaften der Fasern, sondern auch von deren Netzwerkstruktur ab. Je feiner die Fasern, desto ungeordneter ist ihre Anordnung beim Verspinnen. Dadurch wird das Netz gleichmäßiger, die Faserdichte pro Flächeneinheit steigt, das Verhältnis von Längs- zu Querfestigkeit sinkt und die Reißfestigkeit erhöht sich. Durch Erhöhung des Saugluftvolumens lässt sich die Gleichmäßigkeit von Spinnvliesstoffen verbessern und ihre Reißfestigkeit steigern. Ist das Saugluftvolumen jedoch zu hoch, kann es leicht zu Faserbrüchen und zu starker Dehnung kommen. Die Polymerorientierung ist dann zu stark und der Kristallinitätsgrad zu hoch. Dies reduziert die Schlagzähigkeit und Bruchdehnung, erhöht die Sprödigkeit und führt somit zu einer Verringerung der Festigkeit und Dehnung des Vliesstoffs. Daraus lässt sich ableiten, dass die Festigkeit und Dehnung von Spinnvliesstoffen mit zunehmendem Ansaugluftvolumen regelmäßig steigen bzw. fallen. In der praktischen Produktion ist es daher notwendig, den Prozess entsprechend den Bedürfnissen und Gegebenheiten anzupassen, um qualitativ hochwertige Produkte zu erhalten.
Warmwalztemperatur
Das durch das Strecken von Fasern entstandene Faservlies ist locker und muss heißgewalzt und verklebt werden, um ein Gewebe zu bilden. Beim Heißwalzverklebungsverfahren werden die Fasern im Vlies durch heiße Walzen unter bestimmtem Druck und bestimmter Temperatur teilweise erweicht und angeschmolzen und anschließend miteinander verklebt. Entscheidend ist die präzise Kontrolle von Temperatur und Druck. Die Erhitzung dient dem Erweichen und Anschmelzen der Fasern. Das Verhältnis von erweichten zu angeschmolzenen Fasern bestimmt die physikalischen Eigenschaften des Gewebes.SpinnvliesstoffeBei sehr niedrigen Temperaturen erweichen und schmelzen nur wenige Fasern mit niedrigerem Molekulargewicht, und nur wenige Fasern sind unter Druck miteinander verbunden. Die Fasern im Faservlies neigen zum Verrutschen, und Vliesstoffe weisen eine geringere Reißfestigkeit, aber eine höhere Dehnung auf. Das Produkt fühlt sich weich an, neigt aber zum Fusseln. Mit steigender Warmwalztemperatur nimmt die Menge der erweichten und geschmolzenen Fasern zu, die Faserbindung im Vlies wird fester, die Fasern verrutschen weniger leicht, die Bruchfestigkeit des Vliesstoffs steigt, und die Dehnung bleibt relativ hoch. Aufgrund der starken Affinität zwischen den Fasern nimmt die Dehnung sogar leicht zu. Bei einem deutlichen Temperaturanstieg schmelzen die meisten Fasern am Druckpunkt und bilden Schmelzklumpen, wodurch der Vliesstoff spröde wird. Die Festigkeit des Vliesstoffs nimmt nun ab, und auch die Dehnung sinkt deutlich. Er fühlt sich sehr hart und spröde an, und die Reißfestigkeit ist gering. Darüber hinaus weisen verschiedene Produkte unterschiedliche Gewichte und Dicken auf, wodurch sich auch die erforderliche Temperatureinstellung des Warmwalzwerks ändert. Bei dünnen Produkten befinden sich weniger Fasern am Walzpunkt, sodass weniger Wärme zum Erweichen und Schmelzen benötigt wird und die erforderliche Warmwalztemperatur niedriger ist. Entsprechend ist bei dicken Produkten die erforderliche Warmwalztemperatur höher.
Warmwalzdruck
Beim Warmwalzverfahren dient der Walzliniendruck der Verdichtung des Faservlieses. Dadurch erfahren die Fasern im Vlies eine gewisse Verformungswärme und können die Wärmeleitung während des Warmwalzprozesses optimal nutzen. Die erweichten und geschmolzenen Fasern verbinden sich fest miteinander, die Haftkraft zwischen ihnen erhöht sich und ein Verrutschen wird erschwert. Ist der Walzliniendruck zu niedrig, ist die Faserverdichtungsdichte am Druckpunkt im Faservlies gering, die Faserbindungsfestigkeit niedrig, die Haltekraft zwischen den Fasern gering und die Fasern verrutschen leichter. In diesem Fall fühlt sich das Spinnvlies relativ weich an, weist eine relativ hohe Bruchdehnung und eine relativ niedrige Bruchfestigkeit auf. Im Gegensatz dazu fühlt sich das Spinnvlies bei hohem Walzliniendruck fester an, hat eine geringere Bruchdehnung, aber eine höhere Bruchfestigkeit. Ist der Walzdruck im Warmwalzwerk jedoch zu hoch, kann das erweichte und geschmolzene Polymer an den Walzstellen der Faserbahn nicht mehr fließen und sich verteilen, was die Bruchfestigkeit des Vliesstoffs verringert. Zudem hängt die Einstellung des Walzdrucks eng mit dem Gewicht und der Dicke des Vliesstoffs zusammen. In der Produktion muss daher je nach Bedarf eine geeignete Wahl getroffen werden, um Produkte herzustellen, die den Leistungsanforderungen entsprechen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalischen und mechanischen Eigenschaften vonPolypropylen-SpinnvliesDie Produktqualität wird nicht durch einen einzelnen Faktor bestimmt, sondern durch das Zusammenwirken verschiedener Faktoren. In der Produktion müssen daher die Prozessparameter entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Produktionsbedingungen angepasst werden, um hochwertige Spinnvliesstoffe herzustellen, die unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht werden. Darüber hinaus sind ein strikt standardisiertes Produktionsmanagement, die sorgfältige Wartung der Anlagen sowie die kontinuierliche Verbesserung der Qualifikation und des Fachwissens der Bediener entscheidende Faktoren für die Steigerung der Produktqualität.
Dongguan Liansheng Vliesstofftechnologie Co., Ltd.Das Unternehmen wurde im Mai 2020 gegründet. Es handelt sich um einen Großbetrieb für die Herstellung von Vliesstoffen, der Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb vereint. Es produziert PP-Spinnvliesstoffe in verschiedenen Farben mit einer Breite von unter 3,2 Metern und einem Gewicht von 9 bis 300 Gramm.
Veröffentlichungsdatum: 29. November 2024