Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Faser, die mittels eines Schmelzspinnverfahrens hergestellt ist.

Es ist seit langem bekannt, dass synthetische Fasern aus einer Vielzahl von thermoplastischen Polymeren durch Schmelzspinnen hergestellt werden können. Bei diesen Fasern kann es sich um Monofile handeln, d .h. um einzelne Filamente, oder um Multifile, die aus einer Mehrzahl von Filamenten gebildet sind, wobei die Fasern kontinuierlich in praktisch unbegrenzter Länge, d .h . als Endlosfasern, herstellbar sind . Grundvoraussetzung für die Anwendbarkeit des Schmelzspinnverfahrens ist, dass das betreffende Polymer schmelzverarbeit- bar ist, d .h. eine ausreichend hohe Schmelzviskosität aufweist.

Für verschiedene technische Anwendungen besteht ein großes Interesse an Fasern aus vollfluorierten Polymeren wie PTFE, um dessen besondere Eigenschaften wie Chemikalien- und Temperaturresistenz sowie geringer Reibungskoeffizient für die Herstellung von entsprechenden textilen Materialien ausnutzen zu können. Eine Anwendung des Schmelzspinnverfahrens scheidet für ho- mopolymeres PTFE jedoch aus, da dieses aufgrund seiner extrem hohen Schmelzviskosität nicht thermoplastisch verarbeitbar ist.

Aus diesem Grund werden gemäß dem Stand der Technik PTFE-Fasern durch das Spleißen und Recken von Folien hergestellt, wobei diese Folien aus expandiertem PTFE oder aus Suspensions-PTFE gebildet sein können. Derartige Fasern weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, insbesondere die begrenzte Faserlänge aufgrund der diskontinuierlichen Herstellung, die hohe Rauheit der Faseroberfläche und die fehlende Profilierbarkeit des Faserquerschnitts. Dies führt u.a. zu einer schlechten Verwebbarkeit der Fasern. Die fehlende

Schmelzverarbeitbarkeit von PTFE führt weiterhin zu dem Nachteil, dass die Fasern oder daraus hergestellte textile Materialien nicht verschweißt werden können. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine mittels Schmelzspinnverfahren hergestellte Faser mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird bei der Faser der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Faser einen ersten Anteil umfassend ein schmelzverarbeitbares, vollfluoriertes erstes Polymer umfasst, und einen zweiten Anteil umfassend ein thermoplastisches zweites Polymer. Die Erfindung umfasst dabei sowohl den Fall, dass die beiden Anteile bzw. Polymere als Compound, d .h. als homogene Mischung, vorliegen, als auch den Fall, dass die beiden Anteile räumlich voneinander getrennte Bereiche der Faser bilden. Die Anteile können im letzteren Fall auf verschiedenste Weise angeordnet sein, was weiter unten noch im Detail beschrieben wird.

Bei der erfindungsgemäßen Faser können die Vorteile des Schmelzspinnverfahrens mit den vorteilhaften Eigenschaften eines vollfluorierten Polymers kombiniert werden, da mit dem ersten Polymer ein Fluorpolymer eingesetzt wird, das im Gegensatz zu normalem PTFE schmelzverarbeitbar ist. Zusätzlich können die Eigenschaften der Faser durch den vorgesehenen zweiten Anteil eines thermoplastischen zweiten Polymers weiter beeinflusst und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Insbesondere kann dieser zweite Anteil dazu dienen, der Faser eine im Vergleich zu PTFE bzw. anderen vollfluorierten Polymeren erhöhte mechanische Festigkeit zu verleihen.

Das erste Polymer ist günstigerweise ein Copolymer von Tetrafluorethylen und mindestens einem vollfluorierten Comonomer, wobei der Comonomeranteil ca. 1 Mol-% oder weniger beträgt, bevorzugt von ca. 0,1 Mol-% bis ca. 1 Mol-%. Ein Comonomeranteil in diesem niedrigen Bereich ist bereits ausreichend, um dem Fluorpolymer Schmelzverarbeitbarkeit zu verleihen, wobei die vorteilhaften Eigenschaften von PTFE wie Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit erhalten bleiben. Dieser Effekt beruht auf dem niedrigeren Molekulargewicht der Copolymere, wodurch die Schmelzflussrate im Vergleich zu normalen PTFE deutlich erhöht wird.

Besonders bevorzugt ist das Comonomer des ersten Polymers ausgewählt aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylethern (insbesondere Perfluorethylvinyl- ether und Perfluorpropylvinylether), Perfluor-(2,2-dimethyl-l,3-dioxol) und Mischungen hiervon. Copolymere dieser Art sind beispielsweise in der EP 1 263 877 Bl beschrieben.

Ein schmelzverarbeitbares, vollfluoriertes Polymer, welches als erstes Polymer im Rahmen der Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kann, wird von der ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH in Bietigheim-Bissingen unter der Marke Moldflon ^® vertrieben.

Günstig ist es, wenn das erste Polymer einen Amorphanteil von mindestens 50% aufweist, typischerweise im Bereich von ca. 60%. Der hohe Amorphanteil ergibt sich durch die Unregelmäßigkeiten in der Molekülstruktur, die durch das Comonomer bedingt werden.

Für das zweite Polymer des zweiten Anteils der erfindungsgemäßen Faser kommen prinzipiell alle thermoplastischen Polymere in Frage, die ebenfalls schmelzverarbeitbar sind, und die in Abhängigkeit von dem gewünschten Eigenschaftsprofil der Faser ausgewählt werden können. Bevorzugt ist das zweite Polymer ausgewählt aus Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyamiden, Polyimiden (insbesondere Polyetherimid), Polyetherketonen (insbesondere Polyetheretherketon), Polyphenylensulfid oder Mischungen hiervon.

Besonders günstig ist insbesondere die Verwendung von Hochtemperaturkunststoffen wie Polyimiden, Polyetherketonen oder Polyphenylensulfid, deren Schmelzpunkte zum Teil über demjenigen des vollfluorierten ersten Polymers liegen, als zweites Polymer. Alternativ kann auch ein weiteres Fluorpolymer als zweites Polymer der erfindungsgemäßen Faser verwendet werden. Bei einer der Ausführungsformen der Erfindung ist die Faser aus einem Compound gebildet ist, der ca. 20 bis ca. 80 Gew.% des ersten Polymers und ca. 20 bis ca. 80 Gew.% des zweiten Polymers umfasst. Die Faser, die ein Monofil oder ein Multifil sein kann, besteht hierbei aus einem homogenen Material, dessen Eigenschaften durch die Art und den Anteil des zweiten Polymers über einen weiten Bereich variiert werden können. Der Compound kann neben den beiden Polymeren noch weitere Bestandteile umfassen, wie z. B. verschiedene Arten von Füllstoffen oder weitere Polymere.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden der erste und der zweite Anteil räumlich voneinander getrennte Bereiche der Faser. In diesem Fall können besonders vorteilhafte Eigenschaften der Faser erzielt werden, wie weiter unten beschrieben wird.

Es kann in diesem Fall vorgesehen sein, dass der erste Anteil der Faser im Wesentlichen vollständig aus dem ersten Polymer besteht und keine oder nur unwesentliche weitere Bestandteile enthält. Alternativ kann der erste Anteil aus einem Compound des ersten Polymers mit einem oder mehreren weiteren Polymeren und/oder mit einem oder mehreren Füllstoffen bestehen. Durch eine solche Abmischung können die Eigenschaften des ersten Anteils der Faser variiert bzw. optimiert werden. Als mögliche Füllstoffe sind insbesondere Molybdänsulfid und Graphit zu nennen, durch die die Verschleißfestigkeit des ersten Polymers erhöht werden kann.

Wenn der erste und der zweite Anteil der erfindungsgemäßen Faser räumlich voneinander getrennte Bereiche bilden, können diese in jeder geeigneten Weise angeordnet und/oder miteinander verbunden sein. Einige bevorzugte Varianten solcher Anordnungen werden nachfolgend beschrieben .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Faser ein Multifil, umfassend Filamente aus dem ersten Polymer, die den ersten Anteil bilden, und Filamente aus dem zweiten Polymer, die den zweiten Anteil bilden. Derartige Multifile aus verschiedenen Filamenten können durch ein Schmelz- spinnverfahrens unter Verwendung von Spinndüsen mit einer Mehrzahl von Löchern, die aus dem Stand der Technik an sich bekannt sind, hergestellt werden.

Bevorzugt umfasst eine erfindungsgemäße Faser in Form eines Multifils insgesamt ca. 10 bis ca. 150 Filamente, wobei ca. 20% bis ca. 80% der Filamente aus dem ersten Polymer und ca. 20% bis ca. 80% der Filamente aus dem zweiten Polymer gebildet sind. Das Verhältnis zwischen dem ersten Anteil und dem zweiten Anteil kann danach gewählt werden, ob die Eigenschaften des ersten Polymers oder des zweiten Polymers bei der erfindungsgemäßen Faser überwiegen sollen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Faser ein Monofil, bei dem der erste und der zweite Anteil sich jeweils in Faserrichtung erstrecken und stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die beiden Anteile der Faser liegen in diesem Fall also innerhalb eines Monofils vor, jedoch nicht als Compound, sondern räumlich voneinander getrennt. Bei der erfindungsgemäßen Faser kann es sich des Weiteren auch um ein Multifil handeln mit einer Mehrzahl von Filamenten, die entsprechend dem vorstehend beschriebenen Monofil aufgebaut sind.

Der erste und der zweite Anteil der erfindungsgemäßen Faser können innerhalb des Monofils im Querschnitt nebeneinander angeordnet sein. Eine solche Faser ist mittels eines Schmelzspinnverfahrens herstellbar, bei dem zwei Spinndüsen für das erste bzw. zweite Polymer direkt nebeneinander angeordnet sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet der erste oder der zweite Anteil den Kern des Monofils und der andere Anteil eine den Kern umgebende Hülle. Durch eine solche Kern-Hülle-Struktur der Faser können besonders vorteilhafte Eigenschaften erzielt werden. Wenn z. B. die Hülle von dem ersten Anteil mit dem ersten Polymer gebildet wird, welches eine sehr hohe Chemikalienbeständigkeit aufweist, kann der Kern aus einem zweiten Polymer mit einer geringen Chemikalienbeständigkeit gebildet sein (welches aber z. B. eine hohe Festigkeit aufweist), so dass aufgrund der Abschirmung des Kerns durch die Hülle insgesamt eine Faser mit einer hohen Festigkeit und hohen Chemikalienbeständigkeit resultiert.

Die Anteile des ersten und des zweiten Polymers können bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in einem weiten Bereich variiert werden, um die Eigenschaften der Faser an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. Beispielsweise kann der erste Anteil mit dem ersten Polymer ca. 5 bis ca. 95 Gew.% des Monofils bilden und der zweite Anteil mit dem zweiten Polymer entsprechend ca. 95 bis ca. 5 Gew.%.

Die erfindungsgemäße Faser oder deren Filamente weisen bevorzugt ein regelmäßiges Querschnittsprofil auf, insbesondere ein rundes, ovales oder polygonales Querschnittsprofil . Das bevorzugte Querschnittsprofil kann je nach vorgesehener Verwendung der Faser durch die Geometrie der Spinndüse vorgegeben werden, was einen wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Fasern gegenüber PTFE-Fasern, die durch Spleißen hergestellt sind, darstellt. Im Gegensatz zu den letztgenannten Fasern weisen die erfindungsgemäßen Fasern bzw. deren Filamente herstellungsbedingt auch eine niedrige Oberflächenrauheit auf, was insbesondere beim Verweben oder einer sonstigen Weiterverarbeitung zu textilen Materialien vorteilhaft ist.

Die Feinheit der erfindungsgemäßen Faser oder deren Filamente kann je nach Art der verwendeten Polymere und je nach Einsatzzweck der Faser in einem weiten Bereich variiert werden, wobei die Feinheit bevorzugt in einem Bereich von ca. 1 bis ca. 1000 dtex liegt, insbesondere im Bereich von ca. 2 bis ca. 100 dtex. In der Regel wird die Feinheit der einzelnen Filamente vorwiegend auch davon abhängen, ob die erfindungsgemäße Faser ein Monofil oder ein Multifil ist. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Faser mittels eines Schmelzspinnverfahrens kann die Faser nach dem Austritt aus dem oder den Löchern der Spinndüse gereckt werden, wie dies beim Schmelzspinnen von thermoplastischen Polymeren grundsätzlich bekannt ist. Durch das Recken werden die Polymermoleküle zumindest teilweise entlang der Faserrichtung orientiert, wodurch die mechanische Festigkeit der Faser erhöht werden kann.

Günstigerweise weist die erfindungsgemäße Faser eine Reißfestigkeit von ca. 4 bis ca. 200 cN/tex auf. Die Bruchdehnung der Faser liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 10% bis ca. 50%.

Die erfindungsgemäßen Fasern können für eine Vielzahl technischer Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere zur Herstellung textiler Materialien wie Geweben oder Vliesen, die aufgrund der Schmelzverarbeitbarkeit der verwendeten Polymere mittels Schweißen konfektioniert werden können. Sowohl lose Fasern als auch entsprechende textile Materialien können insbesondere zur Herstellung von Filterelementen eingesetzt werden, bei denen eine hohe Chemikalienbeständigkeit erforderlich ist.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Wasser abweisenden Textilien aufgrund der hohen Hydrophobizität der eingesetzten vollfluorierten Polymere.

Die hydrophoben Eigenschaften der erfindungsgemäßen Fasern können des Weiteren auch zur Herstellung von elektrochemischen Elementen wie z.B. Gasdiffusionselektroden ausgenutzt werden.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Es zeigen im Einzelnen : Fig. 1 : Eine schematische Querschnittsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Faser;

Fig. 2 : eine schematische Darstellung einer Spinndüsenvorrichtung zur

Herstellung der Faser gemäß Fig . 1; und

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Faser.

Die Fig . 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Faser 10 mit einem runden Querschnittsprofil und einer Kern-Hülle-Struktur. Die Hülle 12 bildet den ersten Anteil der Faser 10 und umfasst ein schmelzverar- beitbares, vollfluoriertes erstes Polymer. Der Kern 14 bildet den zweiten Anteil der Faser 10 und umfasst ein thermoplastisches zweites Polymer. Die Faser 10 ist ein Monofil, wobei auch mehrere solcher Monofile zu einem Multifil zusam- mengefasst werden können.

Die Faser 10 umfasst in etwa gleiche Anteile des ersten und des zweiten Polymers, d .h. der Kern 14 und die Hülle 12 bilden jeweils etwa 50% der Masse der Faser 10. Alternativ können diese Anteile jedoch in einem weiten Bereich variiert werden, z.B. kann der Anteil des ersten Polymers reduziert werden, so dass die Hülle 12 dünner wird.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das erste Polymer ein schmelzverarbeitbares Copolymer aus Tetrafluorethylen mit einem Anteil von 0,1 bis 1 Mol-% Perfluorpropylvinylether, welches eine Schmelztempereratur im Bereich von 314 bis 320 °C aufweist, und das zweite Polymer ist ein Poly- etheretherketon (PEEK) mit einer Schmelztemperatur von mindestens 335 °C. PEEK weist eine sehr hohe mechanische Festigkeit auf und verleiht dadurch der Faser 10 ebenfalls eine hohe Festigkeit (z.B. bis zu 200 cN/tex), während das TFE-Copolymer in der Hülle 12 durch seinen geringen Reibungskoeffizienten, chemische Beständigkeit und UV-Stabilität die entsprechenden Eigenschaften der Faser 10 bestimmt. Die Hülle 12 aus dem TFE-Copolymer erlaubt auch eine leichte Anfärbung der Faser 10, was bei reinen PEEK-Fasern wesentlich schwieriger ist.

Sowohl der Kern 14 als auch die Hülle 12 der Faser 10 können neben dem zweiten bzw. dem ersten Polymer weitere Bestandteile umfassen, um die Eigenschaften der Faser 10 entsprechend zu modifizieren, z. B. Füll- oder Verstärkung sstoffe. Ferner ist es möglich, den Kern 14 oder die Hülle 12 elektrisch leitend zu modifizieren.

Die Fig . 2 zeigt schematisch eine Spinndüsenvorrichtung 20, die zur Herstellung der Faser 10 gemäß der Fig . 1 geeignet ist. Hierbei wird eine Schmelze 22 des ersten Polymers (TFE-Copolymer) durch eine Bad 24 der Schmelze 26 des zweiten Polymers (PEEK) hindurchgepresst, wobei diese Herstellungsweise dadurch ermöglicht wird, dass die Viskosität der zweiten Schmelze 26 in dem Bad 24 geringer ist als die Viskosität der ersten Schmelze 22. Für die Kombination des TFE-Copolymers mit PEEK ist diese Voraussetzung erfüllt.

Die Faser 10 tritt bei der Vorrichtung 20 aus zwei Spinnlöchern 28 aus, wobei auch eine größere Zahl von Spinnlöchern (z. B. im Bereich von 50) vorgesehen sein kann. Die aus den Spinnlöchern 28 austretenden Fasern 10 können entweder als Monofile einzeln aufgenommen oder als Filamente zu einem Multifil vereinigt werden.

Bei der Durchführung des Schmelzspinnverfahrens mit einem TFE-Copolymer und PEEK können Verarbeitungstemperaturen von bis zu ca. 400 °C eingesetzt werden, wobei dies auch für weitere Hochtemperaturkunststoffen wie z. B. Polyimide (PI), Polyetherketonketon (PEKK) oder Polyphenylensulfid (PES) gilt. Beispielsweise können die Temperatur an drei Zonen des Extruders 355 °C, 375 °C und 380 °C betragen, und die Temperatur an der Spinndüse 390 °C.

Alternativ zu der Kern-Hülle-Struktur der Faser 10 können die beiden Anteile der erfindungsgemäßen Faser bei einem Monofil auch in anderer Weise angeordnet sein, z. B. im Querschnitt der Faser nebeneinander. Diese Variante ist schematisch in der Fig. 3 dargestellt. Bei der Faser 30 gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel bildet der erste Anteil 32 mit dem ersten Polymer die linke Hälfte des Faserquerschnitts und der zweite Anteil 34 mit dem zweiten Polymer die rechte Hälfte. Um die stoffschlüssige Verbindung der beiden Anteile 32 und 34 entlang der Kontaktfläche 36 zu verbessern, können dem ersten und/oder den zweiten Polymer entsprechende Additive zugesetzt werden, die eine chemische Verknüpfung zwischen den Materialien ermöglichen .