Verfahren zur Herstellung von Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern, Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern und diese enthaltende Artikel

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern, Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern und diese enthaltende Artikel.

Hochleistungsfasern, d.h. Fasern mit einer hohen Reißfestigkeit und mit einem hohen Zugelastizitätsmodul, wie z.B. Fasern aus Aramid, Polyolefin, Polybenzo- xazol oder Polybenzthiazol werden bekanntlich als Verstärkungsfasern in einer Vielzahl von Artikeln eingesetzt, z.B. in Reibbelägen. Insbesondere beim Einsatz von Hochleistungsfasern als Verstärkungsfasern in Reibbelägen wird von den Hochleistungsfasern ein hohes Füllstoffrückhaltevermögen gefordert.

Die Forderung nach hohem Füllstoffrückhaltevermögen wird von verpulpten Hochleistungsfasern erfüllt, z.B. von Aramidpulpe, deren mit Kaolin gemessenes Füllstoffrückhaltevermögen bei etwa 80 % liegt.

Jedoch stellt das Verpulpen von Hochleistungsfasern, also

- das Schneiden der Fasern,

- das Herstellen einer Suspension aus den geschnittenen Fasern,

- das ggf. mehrfach durchzuführenden Refinen der geschnittenen Fasern,

- das Trocknen der refinten Fasern und

- das Komprimieren der getrockneten Fasern

ein arbeits- und energieaufwendiges Verfahren dar, das entsprechend kostenintensiv ist.

US 2003/0022961 A1 beschreibt ein Reibmaterial, das u.a. eine Mischung enthält, die aus einer trockenen Aramidpulpe mit mindestens einem Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer nassen Aramidpulpe, einer Holzpulpe und einer acrylischen Pulpe besteht. Zur Herstellung der trockenen Aramidpulpe werden Aramidfasern bereitgestellt, auf eine Länge von 13 mm geschnitten, gemahlen und gesiebt. Das Mahlen erfolgt durch Scheren der Kurzfasern zwischen einer rotierenden und einer feststehenden Scheidvorrichtung, sodass die Kurzfasern durch das Mahlen nicht nur verpulpt sondern weitere Male geschnitten werden, wodurch die Stammlänge praktisch aller resultierenden Pulpefasern kürzer ist als die Schnittlänge der Kurzfasern vor dem Mahlen. Jedoch neigen die Siebe während des Betriebs zum Verstopfen, sodass das in US 2003/0022961 A1 beschriebene Bereitstell-, Schneid-, Mahl- und Siebverfahren nach einer gewissen Zeit unterbrochen und das verstopfte Sieb ausgetauscht oder wieder gängig gemacht werden muss. Folglich ist das in US 2003/0022961 A1 beschriebene Bereitstell-, Schneid-, Mahl- und Siebverfahren für einen Dauerbetrieb nicht geeignet ist.

Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das weniger arbeits- und energieaufwendig ist, ferner für einen Dauerbetrieb geeignet ist und trotzdem ein als Verstärkungsfasern einsetzbares Erzeugnis liefert, das sich zu Artikeln weiterverarbeiten lässt, deren Qualität im Vergleich zur Qualität von in gleicher Weise aber mit Pulpe hergestellten Artikeln zumindest nicht schlechter ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines organischen Hochleistungsfilamentgarns mit einer

Reißfestigkeit von mindestens 10 g/dtex und einem Zugelastizitätsmodul von mindestens 150 g/dtex.

b) Fibrillieren des Hochleistungsfilamentgarns im trockenen Garnzustand, wodurch ein Fibrillen aufweisendes Hochleistungsfilamentgarn resultiert und c) Schneiden des aus Schritt b) resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungsfilamentgarns zu Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge.

Der Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem eingangs beschriebenen Verpulpungsverfahren zeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine kleinere Anzahl von Schritten umfasst, welche einfach durchzuführen sind. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren deutlich weniger energieaufwendig. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil die im eingangs beschriebenen Verpulpungsverfahren erforderlichen Schritte des ggf. mehrfach durchzuführenden Refinens und des Trocknens entfallen. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren deutlich kostengünstiger als das eingangs beschriebene Verpulpungsverfahren. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Dauerbetrieb geeignet.

Dennoch liefert das erfindungsgemäße Verfahren Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge, womit in an sich bekannter Weise Artikel hergestellt werden können, welche Artikeln, die in gleicher Weise aber unter Verwendung der entsprechenden Pulpe hergestellt wurden, an Qualität zumindest hinsichtlich des Abriebs nicht nur ebenbürtig sondern sogar überlegen sind.

Beispielsweise kann mit den aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge nach einer Standardrezeptur ein Bremsbelag hergestellt werden, welcher überraschenderweise sowohl auf dem Belag als auch auf der Scheibe einen Abrieb zeigt, der kleiner ist als der Abrieb eines nach der gleichen Standardrezeptur hergestellten Bremsbelages, der anstelle der aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge Aramidpulpe enthält. Dieses Ergebnis ist umso weniger

vorhersehbar, als die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge ein mit Kaolin gemessenes Füllstoffrückhaltevermögen zeigen, das in einem Bereich von ca. 10 % bis ca. 40 % liegt, das zwar höher ist als bei Aramid- kurzfasern (etwa 4 %), aber drastisch niedriger als das Füllerrückhaltevermögen von Aramidpulpe (etwa 80 %).

Angesichts dieses im Vergleich zu Aramidpulpe geringen Füllstoffrückhaltevermögens wäre es bereits überraschend gewesen, wenn der Abrieb des Bremsbelags, der die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge enthält, nur wenig höher wäre als der Abrieb des entsprechenden Bremsbelags mit Aramidpulpe. Noch mehr hätte es überrascht, wenn der Abrieb des Bremsbelags, der die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge enthält, gleich gering wäre wie der Abrieb des entsprechenden Bremsbelags mit Aramidpulpe. Folglich muss es in besonderem Maße überraschen, dass der Abrieb des Bremsbelags, der die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge enthält, sogar geringer ist als der Abrieb des entsprechenden Bremsbelags mit Aramidpulpe.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „Fibrillieren", dass das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellte organische Hochleistungsfilamentgarn so über eine Reibfläche geführt wird, dass vorzugsweise eine Längsreibung resultiert.

Ferner bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Ausdruck „Fibrillen" Fasern, die von den Filamenten des Hochleistungsfilamentgarns abzweigen und einen Durchmesser aufweisen, der nur einen Bruchteil, z.B. nur die Hälfte bis ein Zwanzigstel des Durchmessers eines Filaments, vorzugsweise nur ein Drittel bis ein Zehntel des Durchmessers eines Filaments beträgt. Da, wie zuvor erwähnt,

das Hochleistungsfilamentgarn so über eine Reibfläche geführt wird, dass vorzugsweise eine Längsreibung resultiert, und die Längsreibung über die gesamte Länge des Hochleistungsfilamentgarns erfolgt, können die Fibrillen des in Schritt b) resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungsfilamentgarns eine Länge aufweisen, die in der Größenordnung der Länge des Hochleistungsfilamentgarns liegt. Jedoch wird durch das in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgende Schneiden die Länge der Fibrillen entsprechend verkürzt, wodurch Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge resultieren, von denen Fibrillen abzweigen, und wodurch auch Fibrillen resultieren, die lösgelöst von den Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge vorliegen.

Das Fibrillieren des Hochleistungsfilamentgarns in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens findet im trockenen Garnzustand statt. Dies bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass das Garn einen Wassergehalt aufweist, der sich einstellt, wenn das Garn einer Atmosphäre mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von höchstens 90 %, vorzugsweise von höchstens 60 % und besonders bevorzugt von höchstens 50 % ausgesetzt wird.

Für das Bereitstellen als Hochleistungsfilamentgarn in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahren sind alle organischen Filamentgarne mit einer Reißfestigkeit von mindestens 10 g/dtex und mit einem Zugelastizitätsmodul von mindestens 150 g/dtex geeignet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „Hochleistungsfilamentgarn" ein Garn mit den vorstehend genannten Eigenschaften, wobei die Filamente des Garns senkrecht zu ihrer Länge vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Jedoch können auch Garne mit einer anderen Querschnittsgestalt eingesetzt werden, wie z.B. mit einer elliptischen oder tri-, tetra- bzw. multilobalen Querschnittsgestalt.

Vorzugsweise wird in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Hoch- leistungsfilamentgarn bereitgestellt, das ausgewählt ist aus einem oder mehreren Mitgliedern der Gruppen umfassend Aramidfilamentgarne, Polyolefinfilamentgar- ne, Polybenzoxazolfilamentgarne und Polybenzthiazolfilamentgarne.

Dies bedeutet, dass das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Hochleistungsfilamentgarn z.B. nur aus einem der genannten Filament- garne besteht. Jedoch kann in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens das bereitgestellte Filamentgarn auch aus zwei oder mehreren der genannten FiIa- mentgarne bestehen. Ferner kann im erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt a) ein Hochleistungsfilamentgarn bereitgestellt werden, das aus einer Mischung von Aramidfilamenten und/oder Polyolefinfilamenten und/oder Polybenzoxazolfilamen- ten und/oder Polybenzthiazolfilamenten besteht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten „Aramidfilamentgarne" FiIa- mentgarne aus einem aromatischen Polyamid, worin mindestens 85 % der Amid (-CO-NH-) Bindungen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind. Ein für die vorliegende Erfindung besonders bevorzugtes aromatisches Polyamid ist Poly-para-phenylenterephthalamid, ein Homopolymer, das aus der mol:mol Polymerisation von para-Phenylendiamin und Terephthalsäuredichlorid resultiert. Ferner sind für die vorliegende Erfindung als aromatische Polyamide Copolymere geeignet, die zusätzlich zu para-Phenylendiamin und Terephthalsäuredichlorid kleine Anteile anderer Diamine und/oder anderer Dicarbonsäurechloride in der Polymerkette eingebaut enthalten. Dabei gilt als allgemeine Regel, dass bezogen auf para- Phenylendiamin und Terephthalsäuredichlorid die anderen Diamine und/oder anderen Dicarbonsäurechloride mit einem Anteil von bis zu 10 mol-% in der Polymerkette eingebaut sein können.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten „Polyolefinfilamentgarne" FiIa- mentgarne aus Polyethylen oder Polypropylen. Dabei ist unter „Polyethylen" ein im wesentlichen lineares Polyethylenmaterial zu verstehen, das ein Molekulargewicht

von vorzugsweise mehr als einer Million aufweist und kleine Anteile von Kettenverzweigung oder von Comonomeren enthalten kann, wobei unter einem „kleinen Anteil" zu verstehen ist, dass pro 100 Kohlenstoffatomen in der Hauptkette nicht mehr als 5 Kettenverzweigungen oder Comonomere enthalten sind. Das lineare Polyethylenmaterial kann zusätzlich bis zu 50 Gew.-% eines oder mehrerer polymerer Additive wie z.B. Alken-1 -Polymere, insbesondere Niederdruckpolyethylen, Niederdruckpolypropylen und dergleichen enthalten, oder niedermolekulare Additive wie Antioxidantien, UV-Absorber, Farbstoffe und dergleichen, die üblicherweise eingearbeitet werden. Ein derartiges Polyethylenmaterial ist unter der Bezeichnung „extended chain polyethylen" (ECPE) bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter „Polypropylen" ein im wesentlichen lineares Polypropylen zu verstehen, das ein Molekulargewicht von vorzugsweise mehr als einer Million aufweist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter „Polybenzoxazolen" und „Poly- benzthiazolen" Polymere aus den im folgenden dargestellten Struktureinheiten zu verstehen, worin die an den Stickstoff gebundenen aromatischen Gruppen vorzugsweise carbocyclisch sind, wie in den Struktureinheiten dargestellt. Jedoch können besagte Gruppen auch heterocyclisch sein. Ferner sind die an den Stickstoff gebundenen aromatischen Gruppen vorzugsweise sechsgliedrige Ringe, wie in den Struktureinheiten dargestellt. Jedoch können besagte Gruppen auch als kondensierte (fused) oder nicht-kondensierte (unfused) polycyclische Systeme ausgebildet sein.

Das in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Hoch- leistungsfilamentgarn hat vorzugsweise einen Garntiter im Bereich von 200 dtex bis 7000 dtex, besonders bevorzugt im Bereich von 400 dtex bis 4000 dtex.

In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Hochleistungsfilament- garn bereitgestellt, das vorzugsweise einen Filamenttiter im Bereich von 0,2 dtex bis 6,0 dtex, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 dtex bis 2,5 dtex aufweist.

Das Bereitstellen des Hochleistungsfilamentgarns in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf vielerlei Weise geschehen. Besonders einfach und daher bevorzugt wird das Bereitstellen des Hochleistungsfilamentgarns in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Abwickeln des Hochleistungsfilamentgarns von einer Spule oder von einem Spulengatter bewerkstelligt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) das Hochleistungsfilamentgarn an einer geeigneten Stelle des Spinnprozesses, womit das jeweilige Hochleistungsfilamentgarn hergestellt wird, bereitgestellt. Dafür ist generell jede Stelle des jeweiligen Spinnprozesses geeignet, an der das Hochleistungsfilamentgarn

- bereits die im erfindungsgemäßen Verfahren geforderten Werte der Reißfestigkeit von mindestens 10 g/dtex und des Zugelastizitätsmodul von mindestens 150 g/dtex aufweist und

- sich in einem trockenen Garnzustand befindet, der für das im anschließenden Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens stattfindende Fibrillieren erforderlich ist.

Bei einem Schmelzspinnprozess, wie z.B. beim Spinnen von Polyolefinfilament- garn, kann die Stelle dort sein, wo das Garn die Verstreckung verlässt. Bei einem Nass-Spinnprozess, wie z.B. beim Spinnen von Aramidfilamentgarn, kann die Stelle dort sein, wo das Garn sich in einem trockenen Garnzustand befindet. Anschließend wird das Garn online in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens im trockenen Garnzustand fibrilliert und in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge geschnitten.

In jedem Fall, d.h. einerlei, ob es sich um einen Trocken- oder Nass-Spinnprozess handelt, resultieren bei einer Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Spinnprozess, womit das jeweilige Hochleistungsfilamentgarn hergestellt wird, Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge. Dadurch entfällt das ansonsten als Abschluss des Spinnverfahrens notwendige Aufwickeln.

Somit erlaubt die Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Spinnprozess nicht nur den eingangs beschriebenen Ersatz des energie- und arbeitsaufwendigen Verpulpungsverfahrens durch das erfindungsgemäße Verfahren, das

einfacher durchzuführen und weniger energieaufwendig ist, sondern auch noch das Weglassen des ansonsten erforderlichen Aufwickeins. Letzteres hat zur Folge, dass der ansonsten notwendige Aufwand für

- die Qualitätskontrolle der Spulen,

- die Einlagerung oder den Versand der Spulen und

- das Rüsten der Spulen für den ansonsten üblichen Verpulpungsprozess vollständig entfällt. Vielmehr stehen als Endprodukt des in einen konventionellen Spinnprozess integrierten erfindungsgemäßen Verfahrens Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge zur Verfügung, die sofort zu Artikeln weiterverarbeitet werden können, bei denen es auf tribologische Eigenschaften ankommt, wie z.B. bei Bremsbelägen.

In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Hochleistungsfilament- garn fibrilliert. Die Fibrillierung des Garns wird dadurch erzeugt, dass das Garn - vorzugsweise in Längsrichtung - eine Reibung erfährt. Die Reibung wird dadurch erzeugt, dass das Garn über eine Reiboberfläche beliebiger Art, z.B. über eine flache, gekrümmte oder umschlungene Reiboberfläche geführt wird, wobei gleichzeitig für einen guten Kontakt zwischen Garn und Reiboberfläche gesorgt wird.

Als flache Reiboberfläche kommt in einfacher Ausführungsform z.B. eine Fadenbremse in Frage.

Als gekrümmte Reiboberfläche kommt in einfacher Ausführungsform z.B. ein Zylinder in Frage.

Die durch das Führen des Hochleistungsfilamentgarns über die Reiboberfläche unter Spannung bewirkte Intensität der Fibrillierung - ausgedrückt durch die Häufigkeit und die Länge der Fibrillen je Garnlängeneinheit - ist abhängig vom Reibungskoeffizienten der Reiboberfläche und der angelegten Spannung. Um eine hohe Intensität der Fibrillierung zu erreichen, ist es insbesondere dann, wenn das

Hochleistungsfilamentgarn einen hohen Garntiter aufweist und aus sehr vielen Filamenten besteht, vorteilhaft, die einzelnen Filamente des Garns vor dem Fibril- lieren in eine Konfiguration zu bringen, in denen möglichst viele Filamente an der Oberfläche des Garns liegen, z.B. durch Spreizen des Garns. Dies gelingt auf einfache Weise durch Führen des Hochleistungsfilamentgarns über eine gekrümmte Reiboberfläche.

In jedem Fall kann das in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens stattfindende Fibrillieren des Hochleistungsfilamentgarns grundsätzlich mit jeder Vorrichtung durchgeführt werden, die dazu führt, dass das Hochleistungsfilamentgarn Fibrillen aufweist. Von den in Betracht kommenden Vorrichtungen zur Fibrillierung werden in Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens solche bevorzugt eingesetzt, die ausreichende Fibrillierungsintensität mit einfacher Durchführbarkeit vereinen. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt b) das Fibrillieren mit einem konventionellen Scheibenfriktionsgerät mit Friktionsscheiben durchgeführt, wie es zum Falschdrahttexturieren von Garnen eingesetzt wird, wobei aber im erfindungsgemäßen Verfahren die Drehzahl der Friktionsscheiben < 2000 min-1 , vorzugsweise < 1000 min-1 , noch bevorzugter < 500 min-1 und ganz besonders bevorzugt 1 -200 m-1 oder 0 min-1 beträgt, und wobei die Friktionsscheiben vorzugsweise mit einer Oberfläche aus Ni-Carbid oder Ni-Diamant ausgerüstet sind.

Besonders bevorzugt werden die Friktionsscheiben des Scheibenfriktionsgeräts während des Fibrillierens nicht angetrieben. In diesem Fall stellt sich abhängig von Aggregat, Geschwindigkeit und Abzugsspannung die Drehzahl der Friktionsscheiben von selbst auf einen Wert in einem der im vorhergehenden Absatz genannten Bereiche ein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) das Hochleistungsfilamentgarn mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min bis 2000 m/min über die Reiboberfläche gezogen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) die Fibrillierung des Hochleistungsfilamentgarns in zwei oder mehreren hintereinander durchlaufenen Fibrillierungsstufen b1 ), b2), ... bn-1 ) und bn) durchgeführt, wobei die Stufen b1 ), b2), ... bn-1 ) das Hochleistungsfilament- garn vorfibrillieren und die Stufe bn) das Garn mit der gewünschten Endfibrillie- rung versieht. Die Zahl n der Fibrillierungsstufen wird entsprechend der Schwierigkeit gewählt, mit der sich das jeweilige Hochleistungsfilamentgarn fibrillieren lässt und entsprechend der erwünschten Endfibrillierung. Daher ist diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere dann vorteilhaft, wenn das in Schritt a) bereitgestellte Hochleistungsfilamentgarn sich nur schwer fibrillieren lässt und/oder eine hohe Fibrillierungsintensität erwünscht ist. Dabei kann man die fibrillierende Wirkung jeder Fibrillierungsstufe b1 ), b2), ... bn-1 ) und bn) gleich oder verschieden einstellen (Letzteres z.B. durch Ausrüstung der Reiboberfläche der Friktionsscheiben in den verschiedenen Fibrillierungsstufen mit unterschiedlichen Rauhigkeiten der Reiboberflächen oder durch Unterschiede in der Anzahl und Anordnung der Friktionsscheiben oder durch unterschiedliche Anpresskräfte infolge der Wahl unterschiedlicher Fadenspannungen beim Einlaufen in das Fibril- lieraggregat), sodass die gewünschte Endfibrillierung sehr präzise eingestellt werden kann.

In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aus Schritt b) resultierende Fibrillen aufweisende Hochleistungsfilamentgarn zu Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge geschnitten. Dafür ist grundsätzlich jede Vorrichtung geeignet, die Fibrillen aufweisende Hoch- leistungsfilamentgarne auf eine im wesentlichen gleiche Länge schneiden kann. Dazu sind z.B. mechanische oder thermische Vorrichtungen in der Lage, sodass in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Schneiden mechanisch (z.B. mit einem oder mehreren Messern) oder thermisch (z.B. mit Laserstrahlen) durchgeführt werden kann.

Das Schneiden in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens findet in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Achse der Filamente statt, vorzugsweise in einem Winkel von 90°.

Dass in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens das aus Schritt b) resultierende Fibrillen aufweisende Hochleistungsfilamentgarn zu Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge geschnitten wird, bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass an der für das Schneiden gewählten Vorrichtung eine bestimmte Schnittlänge L in Millimetern eingestellt wird, und die Vorrichtung in der Lage ist, Kurzfasern mit dieser Länge L zu erzeugen, wobei diese Länge im Schnittlängenbereich von 0,5 bis 60 mm vorzugsweise höchstens die in Formel (1 ) angegebene prozentuale Schwankung

δLmax [%] = ± (40 - 0,6«L) (1 )

aufweist, wobei L die an der Schneidvorrichtung eingestellte Schnittlänge in mm bedeutet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die im wesentlichen gleiche Länge der in Schritt c) resultierenden Hochleistungskurzfasern im Bereich von 0,5 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 mm bis 20 mm, noch bevorzugter im Bereich von 1 mm bis 12 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 6 mm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die in Schritt c) resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge ein mit Kaolin gemessenes Füllstoffrückhaltevermögen von 8 % bis 40 %, besonders bevorzugt von 10 % bis 30 % auf.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern, die nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren erhältlich sind und dadurch gekennzeichnet sind, dass die Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern eine Länge aufweisen, welche durch eine in einer Schneidvorrichtung eingestellte Schnittlänge L vorgegeben ist, sodass alle Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern eine im wesentlichen gleiche Länge aufweisen. Dabei bedeutet „Fibrillen", „Hochleistungskurzfasern" und „von im wesentlichen gleicher Länge" sinngemäß das gleiche wie im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern eine im wesentlichen gleiche Länge auf, die im Bereich von 0,5 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 20 mm, noch bevorzugter im Bereich von 1 mm bis 12 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 6 mm liegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern ein mit Kaolin gemessenes Füllstoffrückhaltevermögen im Bereich von 8 % bis 40 %, besonders bevorzugt von 10 % bis 30 % auf.

Die Eigenschaften der aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge machen sich auch in einem Artikel bemerkbar, welcher diese Fasern enthält. Daher wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ferner gelöst durch

- ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels, wobei das Verfahren die Schritte a) bis c) des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst und zusätzlich Schritt d) umfasst, der darin besteht, dass die aus Schritt c) resultierenden Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurz-

fasern von im wesentlichen gleicher Länge unter Zusatz eines oder mehrerer Füllstoffe in an sich bekannter Weise zu einem Artikel, welcher diese Fasern enthält, verarbeitet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Artikels wird in Schritt d) neben dem Füllstoff bzw. den Füllstoffen eine oder mehrere Pulpen aus Hochleistungsfilamentgarnen zugesetzt.

Desweiteren wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch einen Artikel umfassend Fibrillen aufweisende Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge und einen oder mehrere Füllstoffe. Auch hierbei bedeuten die Ausdrücke „Fibrillen", „Hochleistungskurzfasern" und „von im wesentlichen gleicher Länge" sinngemäß das gleiche wie im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Artikels umfasst der Artikel zusätzlich eine oder mehrere Pulpen aus Hochleistungskurzfasern.

Die Option, wonach der aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierende Artikel bzw. der erfindungsgemäße Artikel zusätzlich zu den Fibrillen aufweisenden Hochleistungskurzfasern von im wesentlichen gleicher Länge eine oder mehrere Pulpen aus Hochleistungsfilamentgarnen enthalten kann, bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass in den besagten Artikeln zusätzlich z.B. eine Pulpe aus einem oder mehreren Hochleistungsfilamentgarnen des gleichen Typs (z.B. vom para-Aramidpulpe) oder von verschiedenen Typen (z.B. von para- Aramidpulpe und von meta-Aramidpulpe oder Polyacrylnitrilpulpe) vorhanden sein kann.

Ferner kann der aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierende Artikel bzw. der erfindungsgemäße Artikel auch eine oder mehrere Pulpen enthalten, die nicht aus Hochleistungsfilamentgarnen hergestellt wurden, d.h. aus Garnen mit einer

Reißfestigkeit von weniger als 10 g/dtex und einem Zugelastizitätsmodul von weniger als 150 g/dtex, sofern dies die gewünschten Eigenschaften besagter Artikel nicht beeinträchtigt.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Artikels und des aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Artikels liegt die im wesentlichen gleiche Länge der Fasern in einem Bereich von 0,5 mm bis 60 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 mm bis 20 mm, noch bevorzugter im Bereich von 1 mm bis 12 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 6 mm.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Artikels und des aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Artikels beträgt der Gewichtsanteil der Fasern am Gesamtgewicht des Artikel 0,1 % bis 25 %, besonders bevorzugt 0,5 % bis 10 %.

In wiederum weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Artikels und des aus dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Artikels ist der Artikel ein Reibbelag, ein Kupplungsbelag oder ein sonstiger Artikel, bei dem es auf tribologische Eigenschaften ankommt.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

i) Herstellung fibrillierter para-Aramidkurzfasern gleicher Länge:

Ein para-Aramidfilamentgarn der Type 1000 3360 dtex (2000 Filamente; Garntiter = 3360 dtex) von Teijin Twaron wird von einer Spule abgewickelt, gespreizt und bei einer Vorspannung von 70 cN/tex mit einer Geschwindigkeit von 600 m/min und mit einer Traktionskraft von 10 N zweimal durch ein konventionelles

Scheibenfriktionsgerät (Hersteller: BARMAG AG; Typenbezeichnung: FK6-32S- 556Z Type 8E mit elastischem Fadenführer) mit 8 Friktionsscheiben vom Typ FK6- 32-255 gezogen, wobei sich durch die Fadentraktion durch das Scheibenfriktionsaggregat eine Drehzahl der nicht angetriebenen Friktionsscheiben etwa 100 min ^"1 einstellt. Im vorstehend genannten Scheibenfriktionsgerät sind die 8 Friktionsscheiben auf drei Achsen angeordnet, wobei auf den ersten beiden Achsen jeweils 3 und auf der dritten Achse 2 Friktionsscheiben angeordnet sind. Der Abstand der Friktionsscheiben zueinander auf einer Achse beträgt etwa 2 cm. Die Achsen der Fritionsscheiben sind zueinander so angeordnet, dass die Friktionsscheiben in einer zueinander versetzten Anordnung vorliegen. Die Friktionsscheiben sind mit einer Friktionsoberfläche aus Ni-Carbid ausgerüstet. Nach dem Verlassen des Scheibenfriktionsgerätes wird das Fibrillen aufweisende para-Aramidfilamentgarn mit einer Fallmesserschneidmaschine PierreT G28L1 , ausgerüstet mit einer Hartmetallfallmesserschneide und einem Kettenrad von 45 Zähnen auf der Getriebewelle A und einem Kettenrad von 9 Zähnen auf der Getriebewelle B, auf eine Länge von 3,4 mm geschnitten, wodurch Fibrillen aufweisende para-Aramidkurzfasern der gleichen Länge 3,4 mm erhalten werden.

ii) Bestimmung des Kaolinrückhaltevermögens:

Zur Herstellung einer homogenen Mischung aus 3 Gew.-% der gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden Kurzfasern und 97 Gew.-% des Füllstoffs Kaolin werden 90 g der gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden Fasern mit 2910 g Kaolin der Type MK1 (Handelsname Kaolin Laude SP20, Hersteller: Heller GmbH, Wuppertal, DE) in einem MTI-Mischer (Hersteller: MIT-Mischtechnik International GmbH, Detmold, DE) bei 2300 Umdrehungen pro Minute 5 Minuten lang gemischt. Von der resultierenden homogenen Mischung werden 20 ± 0,1 g auf einem Sieb eingewogen, das eine Maschenweite von 0,25 mm hat. Das Sieb mit der homogenen Mischung wird in einer Rüttelsiebmaschine vom Typ JEL 200/80 (Hersteller: Fa. Engelsmann, Ludwigshafen, DE) 3 Minuten lang in horizontaler Richtung gerüttelt. Dabei fällt ein Teil der Mischung durch das Sieb, ein anderer Teil der Mischung, d.h. der Siebrückstand, bleibt auf dem Sieb. Aus dem Gewicht

des Siebrückstands SR bezogen auf die eingewogenen 20 g der vorstehend beschriebenen homogenen Kaolin/Faser-Mischung wird das Kaolinrückhaltevermö- gen gemäß (SR/20 g) • 100 (%) berechnet. Das Kaolinrückhaltevermögen der fibrillierten und 3,4 mm langen para-Aramidkurzfasern beträgt 14,9 %. Dieser Wert ist größer als das in gleicher Weise bestimmte ca. 4 %ige Kaolinrückhaltevermögen nicht-fibrillierter 6,0 mm langer para-Aramidkurzfasern vom Typ Twaron 1080, und etwa gleich groß wie das 15,7 %ige Kaolinrückhaltevermögen nicht-fibrillierter 3,4 mm langer para-Aramidkurzfasern von Typ Twaron 1000 3360 (Hersteller: Tei- jin Twaron), aber deutlich kleiner als das in gleicher Weise bestimmte ca. 80 %ige Kaolinrückhaltevermögen von para-Aramidpulpe der Type 1095 (Hersteller: Teijin Twaron)

iii) Bestimmung des Schüttvolumens:

30 g der gemäß ii) hergestellten homogenen Kaolin/Faser-Mischung werden in einen Messzylinder gefüllt und aus dem Füllvolumen V das Schüttvolumen gemäß V(ml)/30g berechnet. Die homogene Mischung aus 3 Gew.-% der gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden Kurzfasern und 97 Gew.-% des Füllstoffs Kaolin hat ein Schüttvolumen von 3,99 ml/g. Das Schüttvolumen einer homogene Mischung aus 3 Gew.-% para-Aramidpulpe der Type 1095 (Hersteller: Teijin Twaron) und 97 Gew.-% des Füllstoffs Kaolin beträgt 3,37 ± 0,3 ml/g, wobei ± 0,3 ml/g die maximale Fehlerbreite darstellt.

iv) Bestimmung der Schlagzähigkeit von Kaltpresslingen („Grünfestigkeit"):

Zur Herstellung eines Kaltpresslings werden 20 ± 0,1 g der gemäß ii) hergestellten homogenen Mischung aus 3 Gew.-% der gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden para-Aramidkurzfasern der Länge 3,4 mm Fasern und 97 Gew.-% Kaolin in eine Pressform eingeführt und mit 3 Presszyklen jeweils bestehend aus 30 Sekunden Pressen bei einem Druck von 70 bar und 10 Sekunden Lüften und einem abschließenden 5 Minuten langem Pressen bei einem Druck von 70 bar in einen Kaltpressling überführt, der eine Länge von 91 mm aufweist und in der Mitte eine

Breite b) = 15 mm und eine Dicke d) hat, die nach dem Pressen gemessen wird und einen Wert hat, der 7,5 mm nicht unterschreiten und 11 ,00 mm nicht überschreiten soll. Der Kaltpressling wird mittig und hochkant in das Widerlager eines Pendelschlagwerks eingelegt, wie z.B. in A.M. Wittfoht „Kunsttofftechnisches Wörterbuch, Teil 1 " (Carl Hanser Verlag München, 1981 ), Seite 249 unter „1. Charpy- Methode" dargestellt, und die Schlagarbeit An gemessen. Aus der Schlagarbeit An wird die Schlagzähigkeit an nach an = (An - 98,1 )/(b d) [mJ/mm ² ] berechnet. Auf die gleiche Weise wird die Schlagzähigkeit eines Kaltpresslings bestimmt, der statt der gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden Kurzfasern para-Aramidpulpe vom Typ 1095 (Hersteller: Teijin Twaron) enthält. Die Schlagzähigkeit des Kaltpresslings mit den gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden Kurzfasern ist mit 1 ,75 mJ/mm ² so hoch wie die Schlagzähigkeit eines in gleicher Weise aber mit nicht fibrillierten 6 mm langen para-Aramidkurzfaser. Die Schlagzähigkeit eines in gleicher weise aber mit para-Aramidpulpe von Typ 1095 hergestellten Kaltpresslings beträgt 1 ,09 ± 0,35 mJ/mm ² .

v) Herstellung eines Reibbelags:

Mit den gemäß i) hergestellten Fibrillen aufweisenden para-Aramidkurzfasern der Länge 3,4 mm wurde nach einer bei den Herstellern von Bremsbelägen kommerziell eingesetzten Standardrezeptur der Fa. Produco GmbH ein Bremsbelag B1 hergestellt.

vi) Messung von Abrieb („wear") und mittlerem Reibwert („friction value"):

Gemäß der von der SAE (Society of Automotive Engineers) im Juni 2003 herausgegebenen Vorschrift J2522 wurde der Abrieb und der mittlere Reibwert des gemäß v) hergestellten Reibbelags bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Beispiel 2

Beispiel 2 wurde mit den Schritten i) bis vi) wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch mit dem Unterschied, dass in Schritt i) von Beispiel 2 ein para-Aramidfilamentgarn der Type 1000 1680 dtex (1000 Filamente; Garntiter = 1680 dtex) eingesetzt wurde. Abrieb und mittlerer Reibwert des in Beispiel 2 resultierenden Bremsbelags B2 sind ebenfalls in nachfolgender Tabelle dargestellt.

Vergleichsbeispiel

Zum Vergleich wurde der Abrieb und der mittlere Reibwert eines wie unter v) in Beispiel 1 bzw. 2 hergestellten Vergleichsbremsbelags V gemessen mit dem Unterschied, dass anstelle der Fibrillen aufweisenden para-Aramidkurzfasern der Länge 3,4 mm eine para-Aramidpulpe vom Typ 1095 von Teijin Twaron eingesetzt wurde.

Die Tabelle zeigt, dass die mit den erfindungsgemäßen Fibrillen aufweisenden para-Aramidkurzfasern der Länge 3,4 mm hergestellten Bremsbeläge B1 und B2 einen Abrieb auf dem Belag aufweisen, der mit einem Wert von 13,0 g um ca. 8 % niedriger ist als der Abrieb des Vergleichsbremsbelags, der einem Wert von 14,1 g hat.

Die Tabelle zeigt ferner, dass die mit den erfindungsgemäßen Fibrillen aufweisenden para-Aramidkurzfasern der Länge 3,4 mm hergestellten Bremsbeläge B1 und B2 einen Abrieb auf der Scheibe aufweisen, der mit einem Wert von 8,1 g um ca. 10 % niedriger ist als der Abrieb des Vergleichsbremsbelags, der einem Wert von 9,0 g hat.

Schließlich zeigt die Tabelle, dass der mittlere Reibwert der mit den erfindungsgemäßen Fibrillen aufweisenden para-Aramidkurzfasern der Länge 3,4 mm hergestellten Bremsbeläge B1 und B2 mit einem Wert von 0,43 in dem von den Herstellern von Bremsen freigegebenen Bereich von 0,42 bis 0,45 liegt und dem mittleren Reibwert des Bremsbelags V annähernd gleicht, der mit p-Aramidpulpe hergestellt wurde.