DE3034960A1

DE3034960A1 - Electrostatically spun polymer fibre with porous foamed surface - and pore-free core, for clothing, absorption filter, or sound damper

Info

Publication number: DE3034960A1
Application number: DE19803034960
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys. Dr. 6945 Hirschberg Schmidt
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1982-04-22

Abstract

An electrostatically spun fibre of a polymeric material has a very porous surface structure and opt. a band-shaped profile. The polymer has an amorphous or partially oriented molecular structure. The surface structure is a component of a foamed layer, which surrounds a fibre core which is free from pores. The foam layer is very uniform in thickness, and size and distribution of the pores. It is formed from the same material as the fibre core, but has a considerably lower degree of molecular orientation, which favours the heat-welding of adjacent fibres. The pores may be open or closed. Open pores pref. have constant cross-section, are arranged at right angles to the surface, and completely penetrate the layer. Pores of this type are pref. for the infiltration of cleansing or disinfecting cpds., which widens the scope of use of the fibres in textiles. The fibre has greater strength (e.g. 2-5x that of known electrostatically spun fibres), better pore structure, better dyeability, and greater resistance to rubbing.

Description

Elektrostatisch ersponnene Faser aus einem polymeren WerkstoffElectrostatically spun fiber made from a polymer material

Die Erfindung betrifft eine elektrostatisch ersponnene Faser aus einem polymeren Werkstoff, die eine stark poröse Oberflächenstruktur aufweist und yegebenenfalls ein bandförmiges Profil.The invention relates to an electrostatically spun fiber from a polymeric material that has a highly porous surface structure and, if necessary a band-shaped profile.

Auf eine Faser der vorstehend angesprochenen Art nimmt DE-OS 20 32 072 Bezug. Sieewird erhalten durch das elektrostatische Verspinnen gelöster hochpolymerer Werkstoffe, beispielsweise eines in einem leicht verdampfenden organischen Lösungsmittel gelösten Polystyrols, Zelluloseesters oder eines Polycarbonats. Die Fasern wiesen eine mehr oder weniger zerklüftete Oberflächenstruktur auf, die sich in das Innere der Faser nicht fortsetzte. Die Festigkeit erreichte nur eine geringe Größenordnung, und eine technische Verwendung war dadurch nur in solchen Anwendungen möglich, in denen diesbezüglich keine großen Anforderungen gestellt wurden. DE-OS 20 32 072 nimmt daher lediglich Bezug auf eine Verwendung in einem Feinststaubfilter, in dem eine Schicht solcher Fasern zwischen luftdurchlässigen Abdeckschichten eingespannt ist.DE-OS 20 32 072 reference. It is obtained by electrostatic spinning of dissolved high polymers Materials, for example one in an easily evaporating organic solvent dissolved polystyrene, cellulose ester or a polycarbonate. The fibers showed a more or less rugged surface structure that extends into the interior the fiber did not continue. The strength reached only a small order of magnitude, and technical use was therefore only possible in such applications, in which in this regard were not made great demands. DE-OS 20 32 072 therefore only refers to a use in a fine dust filter in which a layer of such fibers clamped between air-permeable cover layers is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Faser in Hinblick auf eine verbesserte Festigkeit und eine verbesserte Porenstruktur weiter ZU ert:iickeln.The invention is based on the object of such a fiber in view further to improve strength and an improved pore structure: iickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrostatisch ersponnene Faser aus einem polymeren Werkstoff gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der polymere Werkstoff eine amorphe oder eine wenigstens teilweise kristallisierte Molekularstruktur aufweist, daß die Oberflächens-truktur Bestandteil einer geschäumten Schicht ist, und daß diese einen Faserkern umhüllt, der im wesentlichen frei von Poren ist.According to the invention, this object is achieved by an electrostatically spun Fiber made of a polymer material, which is characterized in that the polymeric material is amorphous or at least partially crystallized Molecular structure shows that the surface structure is part of a foamed Layer is, and that this envelops a fiber core which is essentially free of Pores is.

Das Profil der vorgeschlagenen Faser ist dementsprechend gekennzeichnet durch zwei Bereiche, die klar voneinander unterschieden sind, und in denen der polymere Werkstoff in völlig verschiedener Gestalt vorliegt.The profile of the proposed fiber is marked accordingly by two areas that are clearly distinguished from each other, and in which the polymer Material is present in completely different forms.

Der Faserkern ist nahezu vollkommen frei von Poren, und eingeleitete Kräfte werden dadurch gleichmäßig über seinen gesamten Querschnitt abgetragen. Die vorgeschlagenen Fasern weisen in jedem Falle eine ohne weiteres zu garantierende Mindestzugfestigkeit auf, die immer gegeben ist.The fiber core is almost completely free of pores, and discharged As a result, forces are transferred evenly over its entire cross-section. the The fibers proposed have in any case one that can be guaranteed without further ado Minimum tensile strength, which is always given.

Wegen der Abwesenheit von Poren ist es darüberhinaus möglich, diese Festigkeit des Faserkernes durch Anwendung üblicher Verstreckungsmethoden wesentlich zu steigern. Nach einer bevorzugten Methode ist es vorgesehen, dem Faserkern die entsprechende molekulare Orientierung noch während des Erspinnens der Faser und noch vor deren Ablagerung auf einem Träger zu verleihen. Die auf diese Weise erzielbare Verstrekkung der Faser kann mit 2- bis 5-fach im Vergleich zu einer normalen elektrostatisch gesponnenen Faser mit völlig amorpher Molekularstruktur angegeben werden.In addition, because of the absence of pores, it is possible to use these The strength of the fiber core is essential through the use of conventional drawing methods to increase. According to a preferred method, it is provided that the fiber core corresponding molecular orientation even during the spinning of the fiber and to lend even before they are deposited on a carrier. The achievable in this way The stretching of the fiber can be 2 to 5 times compared to a normal electrostatic spun fiber with a completely amorphous molecular structure.

Die den Faserkern umhüllende geschäumte Schicht zeichnet sich durch eine außerordentlich große Gleichmäßigkeit hinsichtlich der Dicke sowie hinsichtlich der Größe und Verteilung der enthaltenen Poren aus. Die Schicht besteht aus dem selben Werkstoff wie der Faserkern, der Grad der molekularen Orientierung ist jedoch regelmäßig wesentlich geringer, was eine thermische Verschweißung zweier aufeinanderliegender Fasern in Abhängigkeit von dem jeweiligen Werkstoff begünstigen kann. Die in der Schicht enthaltenen Poren können offen und/oder geschlossenzellig ausgebildet sein. Sofern es sich uin offene Poren handelt, wird es bevorzugt, daß diese bei einem im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche angeordnet sind und die Schicht ganz durchdringen. Poren dieser Art eignen sich bevorzugt für die Einlagerung sekundärer Stoffe, beispielsweise einer reinigenden oder desinfizierenden Substanz, wodurch das Anwendungsspektrum der vorgeschlagenen Fasern in textilen Flächengebilden der verschiedensten Art wesentlich erweitert wird. Die Poren sind im allgemeinen nicht kompressibel.The foamed layer enveloping the fiber core is characterized by an extraordinarily great uniformity in terms of thickness and in terms of the size and distribution of the pores it contains. The layer consists of the same material as the fiber core, but the degree of molecular orientation is regularly much lower, which is a thermal welding of two superimposed Fibers can favor depending on the respective material. The one in the Pores contained in the layer can be open and / or closed-cell be. If it is uin open pores, it is preferred that this is a substantially constant cross-section substantially perpendicular to the surface are arranged and completely penetrate the layer. Pores of this type are suitable preferred for the storage of secondary substances, for example a cleaning agent or disinfectant substance, increasing the range of applications of the proposed Fibers in textile fabrics of the most varied types are significantly expanded will. The pores are generally incompressible.

Eingelagerte Substanzen werden deshalb nicht beim ersten Gebrauch vollständig herausgewaschen, sondern sie modifizieren die Eigenschaften eines entsprechend ausgestatteten Flächengebildes nachhaltig bis zu dessen vollständigem Verschleiß.Stored substances are therefore not removed the first time they are used completely washed out but they modify the properties of one accordingly equipped surface structure lasting until it is completely worn out.

In oder an den Poren können auch Teilchen, Flüssigkeiten oder Gase festgehalten bzw. adsorbiert werden, die aus einem Trägerstrom abgesondert wurden. Derartige Abscheidemechanismen sind wegen der in die Tiefe gehenden geschäumten Oberflächenschicht besonders wirksam.Particles, liquids or gases can also be in or on the pores retained or adsorbed, which were secreted from a carrier stream. Such separation mechanisms are due to the in-depth foamed Surface layer particularly effective.

Die Anfärbbarkeit und'die Reibechtheit ist aufgrund der mechanischen Verankerung von Binderfilmen wesentlich besser als bei Polymerfasern mit glatter oder nur leicht unebener Oberfläche.The dyeability and rubbing fastness is due to the mechanical Anchoring of binder films much better than with polymer fibers with smooth or only slightly uneven surface.

Bei einer Ausführung, bei der die geschäumte Schicht überwiegend geschlossene Zellen enthält, zeichnen sich die Fasern bei einem geringen spezifischen Gewicht und einer großen Festigkeit durch eine grobe Oberflächenweichheit und Fülligkeit aus. Fasern dieser Art nehmen keine Feuchtigkeit auf, und sind in Abhängigkeit von dem verwendeten polymeren Werkstoff vollkommen verrottungsfest. In Verbindung mit üblichen Stapelfasern eignen sie sich bevorzugt für die Herstellung von textilen Flächengebilden zur Verwendung in der ßekleidungsi ndustrie, insbesontlcre fUr die Herstellung von wärmedämmenden Bekleidungseinlagen.In an embodiment in which the foamed layer is predominantly closed Contains cells, the fibers are characterized by a low specific weight and great strength through coarse surface softness and bulk the end. Fibers of this type do not absorb moisture, and are dependent on the polymer material used is completely rot-proof. Combined with conventional staple fibers, they are particularly suitable for the production of textiles Flat structures for use in the clothing industry, in particular for the Manufacture of insulating garment inserts.

Das Profil der vorgeschlagenen Fasern kann in breitem Rahmen variiert werden. Bevorzugt ist ein hantelförmiges Profil, d.h. ein Profil, das etwa.einer liegenden Acht entspricht und dessen Breite etwa 2,5 bis 3,5 mal so grob ist wie die größte Dicke. Die Breite kann im Bereich von 1 bis 12 p variiert sein. Die Poren sollen bei einem runden Querschnitt einen Durchmesser von 0,01 bis 0,5 p haben, bevorzugt einen Durchmesser von 0,05 bis 0,2, wobei der Anteil offfener Poren an der Gesamtfläche der Schicht 1 bis 99 % beträgt, vorzugsweise 10 bis 70 %. Der flächenrnäßige Anteil der geschäumten Schicht am Profil der gesamten Faser beträgt 40 bis 80 %, vorzugsweise 60 %.The profile of the proposed fibers can vary widely will. A dumbbell-shaped profile is preferred, i.e. a profile that is approximately one lying eight and whose width is roughly 2.5 to 3.5 times as large as the greatest thickness. The width can be varied in the range from 1 to 12 p. The pores should have a diameter of 0.01 to 0.5 p with a round cross-section, preferably a diameter of 0.05 to 0.2, the proportion of open pores being of the total area of the layer is 1 to 99%, preferably 10 to 70%. The planar one The proportion of the foamed layer in the profile of the entire fiber is 40 to 80%, preferably 60%.

Die vorgeschlagene Faser läßt sich allein oder zusammen mit anderen Fasern zu beliebigen textilen Flächengebilden verarbeiten, insbesondere zu Geweben oder zu einlagigen oder mehrlagigen Vliesstoffen. Als andere Fasern kommen neben natürlichen und synthetischen Fasern sowohl Stapelals auch Endlosfasern in Betracht. Sofern diese anderen Fasern eine starke Kräuseluny aufweisen werden Flächengebilde mit großer Elastizität und Fülliykeit erhalten, was eine bevorzugte Anwendung in bezug auf die Herstellung von Absorptionsfiltern oder von Dämpfungsniitteln für Luftschall ermöglicht.The proposed fiber can be used alone or together with others Process fibers into any type of textile fabric, in particular into fabrics or to single-layer or multi-layer nonwovens. As other fibers come next natural and synthetic fibers, both staple and continuous fibers. If these other fibers have a strong curl, they become flat structures obtained with great elasticity and fullness, which is a preferred application in relating to the manufacture of absorption filters or damping means for Airborne sound made possible.

Die in der Anlage beigefügte Abbildung nimmt Bezug auf eine offenporige Faser der erfindungsgemäßen Art in 7000-facher bzw. 14000-facher Vergrößerung.The attached figure refers to an open-pored one Fiber of the type according to the invention in 7000-fold or 14000-fold magnification.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer solchen Faser in der Draufsicht.Figure 1 shows a section of such a fiber in plan view.

Figur 2 die Faser gemäß Figur 1 in quergeschnittener Darstellung.FIG. 2 shows the fiber according to FIG. 1 in a cross-sectional view.

In der Figur 2 ist deutlich zu erkennen, daß die Poren im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche orientiert sind, daß sie die gesamte geschäu;Le Schicht durchdringen, und daß die geschäumte Schicht durch eine klare Trennungslinie vom Faserkern unterschieden ist. Die geschäumte Schicht umhüllt den vollkommen porenfreien Faserkern mit gleichmäßiger Stärke auf allen Seiten. Die etwas unscharfe Wiedergabe der geschäumten Schicht im unteren Teil der Abbildung 2 ist auf fotographische Schwierigkeiten bei der Darstelluny des gewählten Maßstabes zurückzuführen.In FIG. 2 it can be clearly seen that the pores are essentially are oriented perpendicular to the surface so that they cover the entire layer penetrate, and that the foamed layer through a clear Dividing line is different from the fiber core. The foamed layer envelops the completely non-porous Fiber core with uniform thickness on all sides. The somewhat fuzzy reproduction the foamed layer in the lower part of Figure 2 is due to photographic difficulties in the representation of the chosen scale.

Die dargestellte Faser ist eine Polycarbonatfaser, die aus einer Lösung von Polycarbonat in Methylenchlorid auf elektrostatischem Wege erzeugt worden ist. Vergleichbar gute Ergebnisse wurden daneben erzielt unter Verwendung von Spinnlösungen der folgenden Zusammensetzung: 88 Anteile Methylenchlorid und 12 Teile Polystyrol 86 " " " 14 " PVCThe fiber shown is a polycarbonate fiber that emerged from a solution of polycarbonate in methylene chloride has been generated electrostatically. Comparably good results were also achieved using spinning solutions of the following composition: 88 parts of methylene chloride and 12 parts of polystyrene 86 "" "14" PVC

Claims

Pa tent claims 1. Electrostatically spun fiber made of a polymer Material that has a highly porous surface structure and possibly a band-shaped profile, characterized in that the polymeric material is a has amorphous or a partially oriented molecular structure that the surface structure Is part of a foamed layer, and that this envelops a fiber core, which is essentially free of pores.

2. Fiber according to claim 1, characterized in that the foamed Layer has a substantially constant thickness.

3. Fiber according to claim 1 to 2, characterized in that the foamed Layer contains open and / or closed pores.

4. Fiber according to claim 3, characterized in that the open Pores with an essentially constant cross-section essentially perpendicular are arranged to the surface.

5. Fiber according to claim 3 to 4, characterized in that the pores with a round cross-section have a diameter of 0.01 to 0.5, preferably a diameter of 0.05 to 0.2 each, and that the proportion of open pores in the total area of the layer is 1 to 99 7, preferably 10 to 70%.