Verfahren zur Herstellung von Kern-Mantel-Stapelfasern mit einer dreidimensionalen Kräuselung sowie eine derartige Kern-Mantel-Stapelfaser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kern-Mantel- Stapelfasern mit einer dreidimensionalen Kräuselung durch Extrudieren und Abkühlen der Faser und anschließender mehrstufiger Behandlung in einer Faserstraße bis zum Zerschneiden der Faser zu Stapelfasern sowie eine Kern-Mantel- Stapelfaser mit einer dreidimensionalen Kräuselung bestehend aus mehreren Po- lymerkomponenten.

Synthetische Stapelfasern werden in zunehmendem Maße für die Herstellung von Faservliesmaterialien verwendet, wobei insbesondere die äußere Beschaffenheit sowie die Verbundmöglichkeit der Fasern besondere charakteristische Größen darstellen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich die Stapelfasern mit einer Kern- Mantel-Charakteristik, bei welcher der Mantel der Faser ein thermobondierbares Polymermaterial aufweist, besonders gut geeignet ist, um durch Thermobondieren eine vorverfestigte Vliesschicht zu erhalten. Derartige Vliesschichten werden bevorzugt für Mehrschichtvliesmaterialien verwendet, da im wesentlichen Vermi- schungen der Faser zwischen den einzelnen Schichten eintreten. Eine derartige Kern-Mantel-Faser ist beispielsweise aus der JP 2-191717 bekannt.

Bei der bekannten Kern-Mantel-Stapelfaser wird die Faser aus zwei unterschiedlichen Polymerkomponenten extrudiert, um im Mantel der Fasern ein für das Thermobondieren günstiges Material zu erhalten. Desweiteren sind die Polymerkomponenten derart gewählt, dass nach Abkühlung diese unterschiedliche Schrumpfverhalten aufweisen, was bei der Weiterbehandlung zur Selbstkräuselung der Faser führt. Eine derartige auch als sogenannte dreidimensionale Kräuselung bekannte Eigenschaft der Faser wird dabei besonders verstärkt, indem der Kern exzentrisch innerhalb des Faserquerschnittes ausgebildet ist und somit sich eine im wesentlichen zu beiden Seiten der Faser unterschiedliche Materialbeschaf-

fenheit einstellt, die den Selbstkräuselungseffekt noch verstärken. Nach dem Schmelzspinnen der Faser wird diese verstreckt, mechanisch gekräuselt und nach einer Schrumpfbehandlung bei ca. 100°C zu Stapelfasern geschnitten.

Die exzentrische Anordnung des Kernes innerhalb des Faserquerschnittes besitzt jedoch den Nachteil, dass stellenweise eine unzureichende Ummantelung mit der jeweils zweiten Polymerkomponente entsteht, was den Weiterverarbeitungspro- zess insbesondere hinsichtlich der Thermobondiereigenschaften behindert. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, dass die erzeugte 3D-Kräuselung im we- sentlichen auf den Unterschieden zwischen den Polymerkomponenten basiert.

Aus der US 2004,0234757 Al ist ebenfalls eine derartige Kern-Mantel- Stapelfaser und deren Herstellungsprozess bekannt, wobei die exzentrische Ausbildung der Polymerkomponenten innerhalb des Faserquerschnittes zur Erzeu- gung einer 3D-Kräuselung noch dadurch verbessert werden soll, indem die Faser einseitig mit einem Kühlluflstrom beaufschlagt wird. Durch die nachfolgende thermische Behandlung zur Fixierung der Kräuselung bei Temperaturen bis 200 ⁰ C werden die abkühlungsbedingten Strukturveränderungen jedoch weitestge- hend aufgehoben, so dass die Selbstkräuselung im wesentlichen nur durch die Unterschiede der Polymerkomponenten bestimmt bleibt. Zudem weist die Faser eine exzentrisch ausgebildete Kernmantelstruktur auf, die zu den bereits zuvor genannten Nachteilen fuhrt.

Aus der EP 0 891 433 Bl geht eine Kern-Mantel-Stapelfaser hervor, bei welcher die Faser eine symmetrische Kern-Mantel-Anordnung aufweist. Hierbei besteht die Faser jedoch aus einer Polymerkomponente, die durch Oxidarion im Randbereich zersetzt ist und somit die Kern-Mantel- Struktur zeigt. Derartige Fasern besitzen jedoch sehr schlechte Eigenschaften zur Ausbildung einer Selbstkräuselung, so dass mechanische Kräuselungen unumgänglich sind. Die mechanische Kräuselung, die auch als sogenannte zweidimensionale Kräuselung bezeichnet

wird, führt grundsätzlich zu einem geringeren Bauschvermögen und Fülligkeit der Faser.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kern- Mantel-Stapelfaser mit einer dreidimensionalen Kräuselung sowie eine derartige Kern-Mantel-Stapelfaser zu schaffen, bei welcher eine gute Thermobondierbarkeit trotz hoher Eigenkräuselung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie eine Kern-Mantel-Stapelfaser nach Anspruch 12 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merk- " malskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kern-Mantel-Stapelfaser an ihrem Umfang eine gleichmäßig verteilte Polymerkomponente aufweist, deren Eigenschaften auf den Weiterverarbeitungsprozess abgestimmt sein können. Somit lassen sich vorteilhaft thermische Verbindungen durch einzelne Aufschmelzpunkte sicher zu jeder Faser herstellen. Dabei hat sich überraschenderweise ge- zeigt, dass die bei der Verfestigung der Faser insbesondere im Mantelbereich durch die scharfe Anblasung erzeugte unterschiedliche Kristallinität zu einer hohen Selbstkräuselung führt, die durch die zwischen dem Mantel und dem Kern resultierenden Materialunterschied noch verstärkt wird. Wesentlich hierbei ist jedoch, dass eine nach dem Schmelzspinnen der Faser vorgenommene Mehrstu- fenbehandlung in einer Faserstraße bei Temperaturen ausgeführt wird, die unterhalb der Glasumwandlungstemperatur der Polymerkomponente im Mantel der Fasern liegen. Damit wird ein Abbau der Strukturveränderungen aufgrund der unterschiedlichen Abkühlhistorie der Faserseiten vermieden. Die unterschiedlichen Kristallinitäten führen bei der nachfolgenden Behandlung insbesondere einer Verstreckung zu einer ausgeprägten Kräuselung der Faser.

Die erfindungsgemäße Kern-Mantel-Stapelfaser weist hierzu in der symmetrischen ausgebildeten Kern-Mantel-Struktur an einer Faserseite eine feine kristalline Struktur und auf eine gegenüber liegende Faserseite eine wesentlich gröbere kristalline Struktur auf. Damit zeigt die Faser nach der Mehrstufenbehandlung eine intensiv eingeprägte 3D-Kräuselung, die zu einem bauschigen und voluminösen Charakter der Faser führt. Somit lassen sich derartige Fasern auch vorteilhaft als Füllmaterial verwenden. Aufgrund der hervorragenden Thermobondierbarkeit ist die erfindungsgemäße Stapelfaser auch bevorzugt für mehrlagige Vlieserzeugnisse geeignet.

Es hat sich gezeigt, dass die dreidimensionale Kräuselung in der Kern-Mantel- Stapelfaser noch dadurch verbessert werden kann, indem die Faser mit einem Hόhlkern extrudiert wird, welcher einen im Zentrum ausgebildeten Hohlanteil von mindestens 2 % des Faserquerschnittes aufweist. Der Hohlanteil kann dabei ma- ximal eine Größe von 30 % des Faserquerschnittes einnehmen. Durch den Hohlanteil wird eine Trennung zwischen der durch die Kühlluft beaufschlagte Faserseite und der gegenüber liegenden Faserseite geschaffen, so dass die durch Abkühlung bedingten Strukturveränderungen sich noch stärker an den beiden Faserseiten ausbilden. Zudem erhöht sich die Elastizität der Faser bei gleicher Bau- schigkeit.

Der Hohlquerschnitt der Faser wird vorzugsweise durch eine Düsenbohrung mit einem C-formigen öffiiungsquerschnitt extrudiert. Damit lässt sich in dem Hohlanteil des Faserquerschnittes eine Füllung eines gasförmigen Mediums vorzugs- weise einer Umgebungsluft realisieren. Die in dem Hohlanteil enthaltene Luft wirkt somit zusätzlich isolierend zwischen den Faserseiten, so dass die durch die einseitige Abkühlung erzeuge Strukturveränderung noch stärker hervortreten können. Desweiteren bewirkt die Füllung innerhalb der Faser eine Erhöhung der Elastizität, so dass insbesondere eine relativ hohe elastische Rückdehnung an der Fa- ser feststellbar ist.

Je nach Anforderung der Weiterverarbeitung wird die Kernmantelstapelfaser mit einem Mantel extrudiert, welcher den Kern mit einer im wesentlichen koaxial ausgebildeten Ringfläche im Bereich von 5 bis 50% des Faserquerschnittes umschließt. Damit ist eine hohe Flexibilität in der Ausgestaltung der Kern-Mantel- Stapelfaser gegeben, um unterschiedliche Kombinationen von Polyermkomponen- ten in unterschiedlichen Anteilen zu verwirklichen.

Um den durch die scharfe Anblasung mit einer Blasluftgeschwindigkeit von mindestens 3 m/s bedingten Abkühlunterschieden zwischen der angeblasenen Faser- seite und der nicht angeblasenen Faserseite zu erhöhen wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Abkühlung der Faser mit einer Kühlluft vorgenommen, die eine Lufttemperatur im Bereich von 5°C bis 30 ⁰ C aufweist. Vorzugsweise wird die Kühlluft mit einer Temperatur von unterhalb 20°C an die frisch extrudierten Fasern herangeführt.

Die Extrusion der Fasern lässt sich dabei sowohl durch Rechteckspinndüsen als auch durch Ringspinndüsen ausführen. Bei der Verwendung von Rechteckspinndüsen mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen wird das durch die Düsenöffnungen extrudierte Filamentbündel entlang einer Querstromanblasung geführt und von außen durch den Kühlluftstrom gekühlt.

Bei der Verwendung einer Ringspinndüse mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen werden die zu einem Filamentschleier extrudierten Fasern bevorzugt durch eine Kerzenanblasung gekühlt, bei welcher der Kühlluftstrom die ringförmige FiIa- mentschar radial von innen nach außen durchströmt.

Die Fasern werden bevorzugt nach dem Extrudieren mit einer Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 100 m/min, bis 1.000 m/min, abgezogen, so dass die Weiterverarbeitung der Faser auf einer Fasestraße sowohl kontinuierlich als auch dis- kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Um möglichst günstige Thermobondiereigenschaften in der Kern-Mantel- Stapelfaser zu erhalten, wird der Mantel aus einem niedrigschmelzenden Polymer beispielsweise einem Co-Polyester oder Olefin extrudiert. Der Kern lässt sich dagegen bevorzugt aus einem Polyolefln beispielsweise einem PP-Polymer extrudie- ren, was als kostengünstiges Füllmaterial anzusehen ist.

Die erfindungsgemäße Kern-Mantel-Stapelfaser zeichnet sich neben der hohen dreidimensionalen Kräuselung insbesondere durch ihre hohe Formstabilität aus, da bei der Verarbeitung zu einem Vliesstoff im wesentlichen nur die Polymer- komponente im Mantelbereich der Faser genutzt wird, um eine thermische Verbindung herzustellen. Hierbei bleibt im wesentlichen die Polymerkomponente im Kern der Faser unbeeinfiusst. Die in der Faser erzeugte Selbstkräuselung sorgt insbesondere zu einer großvolumig im Verhältnis leichten Faserstruktur, so dass hochvoluminöse Vliese mit hoher Porosität und guten Wiedererholungsvermögen daraμs herstellbar sind.

Das relativ leichte spezifische Gewicht der Faser wird insbesondere einerseits durch einen relativ großen Hohlanteil von max. 30% des Faserquerschnitts erreicht und andererseits durch die Wahl des Materials, das insbesondere im Mantel eine Materialdichte aufweist, die größer ist als die Materialdichte im Kern. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Materialdichte im Mantel um einen Faktor zwischen 1 bis 1,5 größer ist als die Materialdichte des Kernes.

Die Selbstkräuselung der Faser, die sich aufgrund einseitig schnellerer Abkühlung sowie eventueller gewünschter Ungleichmäßigkeiten in der Materialverteilung über den Faserquerschnitt der Faser einstellt, liegt in einem Bereich von 5 bis 12 Schlingen von einer Faserlänge von 1 inch, was eine Faserlänge von 25,4 mm entspricht. Derartige Kräuselungen sind insbesondere geeignet, um bauschige Vliese daraus zu bilden.

Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung derartiger Kern-Mantel- Stapelfasern bevorzugt im unteren Titerbereich liegt, so dass die Verfahrensvariante besonders vorteilhaft ist, bei welcher nach der Mehrstufenbehandlung eine Faser mit einem Filamenttiter im Bereich von 2 den bis 20 den erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Faservlieserzeugnis zeichnet sich besonders dadurch aus, dass ein Faserverbund auf einfache Art und Weise durch beispielsweise Beaufschlagung mit Heißluft herstellbar sind. Zudem lassen sich sowohl mehrschichtige Faservliese als Formpressteil oder Halbzeug herstellen. Ebenso könnten die Fa- servlieserzeugnisse aufgrund ihrer Bauschigkeit als Füllmaterial Verwendung finden.

Die erfindungsgemäßen Stapelfasern werden bevorzugt durch Kadieren zu einem Flor verarbeitet, wobei die Verfestigung der Stapelfasern innerhalb des Flors in einfacher Art und Weise durch eine thermische Verfestigung durch Verschmelzen der Kreuzungspunkte der Stapelfaser erfolgen kann. Hierzu lässt sich das Flor beispielsweise durch erhitzte Luft oder durch Strahlungsheizelemente erwärmen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine Ultraschallverfestigung vorzunehmen, bei welcher die Fasern lediglich an ihren Kreuzungspunkten mit anderen Fasern durch Reibung soweit aufgewärmt werden, dass ein Verschmelzen eintritt.

Durch den relativ hohen Grad der Selbstkräuselung ist die Faser bevorzugt geeignet, um dreidimensionale Faserstrukturen in dem Vlies zu erzeugen. Dabei besitzt das Vlies den besonderen Vorteil, dass selbst nach mechanischer Belastung eine Rückformung weitestgehend eintritt. Dieser Effekt kann über einen sehr langen Zeitraum durch die besondere Eigenschaft der Faser genutzt werden.

Der aus den Stapelfasern gebildete Vliesstoff wird somit insbesondere als Wär- meisolations-, Schallisolations- oder Polsterungsmaterial ausgebildet. Derartige Materialien zeichnen sich insbesondere durch das geringe Flächenvolumen aus, das durch die erfindungsgemäße Kern-Mantel-Stapelfaser möglich ist. Insoweit

können derartige Vliesstoffe mit relativ geringem Rohstoffeinsatz hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand einiger Ausführungs- beispiele unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Seitensicht einer Schmelzspinnvorrichtung zum Extru- dieren einer Vielzahl von Fasern

Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig.

1 ^■ Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht einer Faserstraße zur Mehrstufenbehand- lung einer Vielzahl von Kernmantelfasern Fig. 4 schematisch ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Kern- Mantel-Stapelfaser Fig. 5 schematisch ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kern-Mantel-Stapelfaser

Fig. 6 schematisch eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbei- Spiels einer Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren einer Vielzahl von Kern-Mantel-Fasern

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Vorrichtungsteile bilden ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Derartige Stapelfaser-Herstellungsanlagen weisen die Besonderheit auf, dass die durch Schmelzspinnen extrudierten Fasern vor einer mehrstufigen Behandlung zwischengespeichert werden. Damit lassen sich beim Schmelzspinnen der Faser und bei der mehrstufigen Behandlung der Faser unterschiedliche Produktionsgeschwindigkeiten und unterschiedliche Materialflüsse realisieren und auf den je- weiligen Prozessabschnitt optimieren. So wird in einer ersten Stufe des Herstel-

lungsprozesses eine Vielzahl von Kern-Mantel-Fasern extrudiert und als ein soge- nanten Tow in eine Kanne zur Zwischenspeicherung abgelegt.

In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Schmelzspinnvorrich- tung schematisch in mehreren Ansichten gezeigt. Fig. 1 zeigt die Schmelzspinnvorrichtung in einer Seitenansicht und in Fig. 2 ist die Schmelzspinnvorrichtung in einer Querschnittsansicht dargestellt. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.

Die Schmelzspinnvorrichtung weist eine Spinneinrichtung 1 auf, die mit einer Schmelzeaufbereitung 2 verbunden ist. Die Schmelzeaufbereitung 2 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Schmelzquellen 3.1 und 3.2 gebildet,- die über die Schmelzeverteilersysteme 4.1 und 4.2 mit der Spinneinrichtung 1 ver- bunden sind. Die Schmelzequellen 3.1 und 3.2 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Extruder dargestellt, welcher jeweils ein Polymerwerkstoff aufschmelzen. So lässt sich durch die Schmelzequelle 3.1 eine erste Polymerkomponente A und durch die Schmelzequelle 3.2 eine zweite Polymerkomponente B zu jeweils einer Polymerschmelze aufbereiten, die der Spinneinrichtung 1 zugeführt, wird.

Die Spinneinrichtung 1 weist mehreren in einem Spinnbalken 7 nebeneinander angeordnete Spinndüsenmittel 5.1, 5.2 und 5.3 auf. Die Spinndüsenmittel 5.1, 5.2 und 5.3 sind mit den Schmelzeverteilersystemen 4.1und 4.2 gekoppelt. Innerhalb der Spinndüsenmittel 5.1, 5.2 und 5.3 sind Förder- und Führungsmittel vorgese- hen, um die zugeführten Schmelzeströme jeweils durch eine Vielzahl von Düsen- öffhungen in einer auf der Unterseite der Spinndüsenmittel angebrachten Rechteckdüsenplatte zu extrudieren. Das Extrudieren von Kern-Mantel-Fasern ist im Stand der Technik allgemein bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung und Ausbildung der Vorrichtungsteile an dieser Stelle verzichtet wird.

Zum Extrudieren einer Kern-Mantel-Faser mit einem Hohlkern werden insbesondere Düsenöfmungen verwendet, die einen C-förmigen öffiiungsquerschnitt aufzeigen. Damit lässt sich die Faser mit einer Füllung eines gasförmigen Fluids erzeugen. Das gasförmige Fluid wird dabei aus der in der Umgebung der Faser vor- herrschende Gasathmosphäre gebildet. Da diese Umgebung im wesentlichen durch die Umgebungsluft bestimmt ist, gelangt somit Luft in den Hohlanteil des Kernes der Faser.

Jede der den Spinndüsenmitteln 5.1 bis 5.3 zugeordneten Rechteckdüsenplatten 6.1, 6.2 und 6.3 erzeugt eine Vielzahl von Kern-Mantel-Fasern, die als Filament- bündel in einer Faserschar austreten und abgezogen werden. So wird durch die Düsenplatte 6.1 das Filamentbündel 12.1, durch die Düsenplatte 6.2 das Filament- bündel 12.2 etc. extrudiert. ^•

Unterhalb des Spinnbalkens 7 ist eine Kühleinrichtung 8 angeordnet. Die Kühleinrichtung 8 weist zu jeden Filamentbündel 12.1 bis 12.3 jeweils einen Kühlschacht 9.1, 9.2 und 9.3 auf, durch welchen die Filamentbündel zur Abkühlung geführt werden. An einer Seite der Kühlschächte 9.1, 9.2 und 9.3 ist eine Blaswand 10 ausgebildet, die unmittelbar mit einer Druckkammer 11 gekoppelt ist. Die Druckkammer 11 ist mit einer Kühlluftquelle (hier nicht dargestellt) verbunden, durch welche in der Druckkammer 11 eine Kühlluft mit überdruck zugeführt wird, so dass die Blaswand 10 einen Kühlluftstrom erzeugt, der im wesentlichen quer zur Laufrichtung der Filamentbündel 12.1 bis 12.3 gerichtet ist.

Unterhalb der Kühleinrichtung 8 sind mehrere Präparationswalzen 13.1 bis 13.6 sowie mehrere Umlenkrollen 14.1 bis 14.3 vorgesehen, durch welche die Filamentbündel 12.1, 12.2 und 12.3 zu eine Tow 22 zusammengeführt werden. Wobei der Abzug der Filamentbündel 12.1 bis 12.3 im wesentlichen durch das Abzugswerk 15 erfolgt, welches mehrere Abzugswalzen 16 aufweist, an denen das Tow geführt ist. Dem Abzugswerk 15 ist ein Fördermittel 17 nachgeordnet, welches eine Umlenkwalze 18 sowie zwei nachgeordnete Haspelwalzen 19.1 bis 19.2 auf-

weist. Die Haspelwalzen 19.1 und 19.2 sind mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben, wobei das zwischen den Haspelwalzen 19.1 und 19.2 gefuhrt Tow in eine unterhalb des Fördermittel 17 gehaltenen Kanne 20 gefordert wird. Die Kanne 20 ist in einer Kannenhalterung 21 gehalten, die eine Bewegung der Kanne ausfuhrt, so dass das Tow 22 innerhalb der Kanne 20 gleichmäßig verteilt abgelegt werden kann.

Zur weiteren Behandlung der Fasern wird nach Befüllung der Kanne 20 diese in eine sogenanntes Kannengatter gestellt, um in einer zweiten Prozessfolge eine Mehrstufenbehandlung an den Fasern auszuführen. In Fig. 3 sind die Vorrichtungsteile eines Ausfuhrungsbeispiels einer Faserstraße gezeigt, um nach einer Mehrstufenbehandlung die Faserstränge zu der erfindungsgemäßen Kern-Mantel- Faser zu zerschneiden. Am Anfang der Faserstraße ist ein Kannengatter 23 ange- • ordnet, welches eine Vielzahl von Kannen 20 hält. Dem Kannengatter ist ein Sammelabzugswerk 24 zugeordnet, durch welches die in den Kannen gespeicherten Fasern als Tow abgezogen und zusammengeführt werden. Die Tow-Stränge 22 werden anschließend mehreren Behandlungseinrichtungen zugeführt und am Ende durch eine Schneideinrichtung 29 zu Stapelfasern in vorbestimmter Länge geschnitten. Die Behandlungseinrichtungen umfassen ein erstes Streckwerk 25.1, eine Behandlungskammer 26, ein zweites Streckwerk 25.2, eine Trocknereinrichtung 27 und eine Zugstelleinrichtung 28.

Das erste Streckwerk 25.1 ist unmittelbar neben dem Sammelabzugswerk 24 angeordnet. Dem Streckwerk 25.1 folgt das zweite Streckwerk 25.2, wobei jedes der Streckwerke 25.1 und 25.2 über mehrere Streckwalzen verfügt. Die Tow-Stränge 22 werden mit einfacher Umschlingung an den Streckwalzen der Streckwerke 25.1 und 25.2 geführt. Die Streckwalzen der Streckwerke 25.1 und 25.2 sind angetrieben, wobei die Streckwalzen der Streckwerke 25.1 und 25.2 in Abhängigkeit von dem gewünschten Verstreckverhältnis mit unterschiedlichen Umfangsge- schwindigkeiten betrieben werden. Zur gleichzeitigen thermischen Behandlung der Fasern können die Streckwalzen der Streckwerke 25.1 und 25.2 je nach An-

forderung einen gekühlten Walzenmantel oder einen beheizten Walzenmantel aufweisen.

Zur Behandlung beispielsweise zur Erwärmung der Fasern ist zwischen dem ers- ten Streckwerk 25.1 und dem zweiten Streckwerk 25.2 ein Behandlungskanal 26 ausgebildet, in welchem die Faser eine Konditionierung erhalten. So besteht die Möglichkeit, die Faserstränge auf eine vorbestimmte Temperatur mittels Heißluft oder mittels heißem Dampf zu temperieren. Alternativ kann die Konditionierung auch eine Benetzung der Faserstränge beinhalten.

Dem Streckwerk 25.2 folgt eine Trocknereinrichtung 27, um den Feuchtigkeitsgehalt in den Fasersträngen zu reduzieren, um eine letztmalige Fixierung der Kräuselung in der Faser zu erhalten.

Am Ende der Faserstraße ist eine Zugstelleinrichtung 28 sowie die Schneideinrichtung 29 vorgesehen, um die Faserstränge der Kern-Mantel-Faser kontinuierlich zu Stapelfasern mit vorgegebener Faserlänge zu schneiden.

Die in Fig. 3 dargestellte Faserstraße ist im Aufbau und Anordnung der Behand- lungseinrichtung beispielhaft. So lassen sich zwischen dem Kannengattergestell 23 und der Schneideinrichtung 29 zusätzliche Behandlungseinrichtungen hinzufügen. Für eine Mehrstufenverstreckung könnte beispielsweise dem zweiten Streckwerk ein drittes Streckwerk folgen, wobei zwischen dem zweiten und dritten Streckwerk eine zusätzliche Dampfbehandlung möglich wäre. Zudem könnte der Trockeneinrichtung 27 eine Verlegeeinrichtung vorgeordnet sein, um die Führungsbreiten des Tows 22 innerhalb der Faserstraße zu verändern. Um extreme Kräuselungen in den Kern-Mantel-Fasern zu erzeugen, wäre ebenfalls möglich, der Trockeneinrichtung eine Kräuseleinrichtung vorzuordnen.

Um das erfindungsgemäße Verfahren durchführen zu können, sind folgende für die Schmelzspinnvorrichtung und die Faserstraße erforderlichen Prozesseinstel-

hingen erforderlich. So wird zur Erzeugung einer dreidimensionalen Kräuselung in der Kern-Mantel-Faser nach dem Extrudieren die Kern-Mantel-Faser mit eine scharfen Kühlluftstrom angeblasen. Hierzu wird durch die Blaswand 10 ein Kühlluftstrom mit einer Blasluftgeschwindigkeit von mindestens 3 m/s erzeugt. Es hat sich herausgestellt, dass bei Abzugsgeschwindigkeiten im Bereich von 300 bis 800 m/min, die Blasluftgeschwindigkeit im Bereich von 3 bis 8 m/s eingestellt wird. Die scharfe Abblasung der Faserstränge nach dem Extrudieren führt zu einer ungleichmäßigen Abkühlung der Faser, so dass die unmittelbar angeblasene Faserseite schneller abkühlt als die gegenüber liegende nicht angeblasene Seite der Faser. Damit ergibt sich im kristallinen Aufbau insbesondere der Mantelschicht der Faser eine differenzierte Struktur, die insbesondere nach der Mehrstufenbe- handlung zu einer intensiven dreidimensionalen Kräuselung der Faser führt. Hierbei ist jedoch die Mehrstufenbehaπdlung mit einer Temperatur auszuführen, die deutlich unterhalb der Glasumwandlungstemperatur der Polymerkomponente im Mantel der Faser liegt. Damit ist sichergestellt, dass die während der Abkühlung gebildeten Molekularstruktur nicht zerstört wird. Insoweit ist insbesondere die Mantelstruktur der Faser für die Ausbildung der Selbstkräuselung bestimmend. Bei der Herstellung einer Kern-Mantel-Faser, bei welcher die Polymerkomponente A für den Kern durch eine Polypropylen und die Polymerkomponente B für den Mantel durch ein Polyethylentereftalat gebildet ist, wurde die Mehrstufenbehandlung bei einer maximalen Temperaturbelastung der Fasern von <70°C ausgeführt. Die Glasumwandlungstemperatur T _g des Polyethylentereftaltes beträgt 75 ⁰ C, so dass die während der Abkühlung sich ausgebildete Molekularstruktur der Mehrstufenbehandlung erhalten blieb. So fuhren die Verstreckungen der Kern-Mantel- Fasern zu ungleichförmigen Verzug der Faserinnenseite gegenüber der Faseraußenseite, die sich insbesondere nach einer Relaxation in der Trockeneinrichtung zu einer intensiven dreidimensionalen Kräuselung in der Faser auswirkt.

In Fig. 4 ist schematisch ein Faserquerschnitt einer Kern-Mantel-Faser gezeigt. Der Faserquerschnitt der Kern-Mantel-Faser 30 weist eine symmetrische Anordnung zwischen einem Kern 31 und einem Mantel 32 auf. Der Kern 31 wird somit

gleichf _ö rmig durch den Mantel 32 mit einer Ringfläche ummantelt. Zur Abkühlung der mit Schmelztemperaturen im Bereich von 220 bis 300 °C extrudierten Fasern werden an einer vorderen Faserseite 38 mit einem Kühlluftstrom beaufschlagt. Der Kühlluftstrom wird mit einer Blasluftgeschwindigkeit im Bereich von 3 bis 8 m/sec. in Richtung der Kern-Mantel-Faser 30 geblasen. Die Lufttemperatur der Kühlluft liegt dabei im Bereich von 5°C bis 30°C, vorzugsweise wird eine Temperatur von unterhalb 18 ⁰ C eingestellt. Bei der Verfestigung der Kern- Mantel-Faser 30 stellen sich nun molekulare Differenzen zwischen der vorderen Faserseite 38 und der hinteren Faserseite 39. Insbesondere die Polymerkomponen- te B im Mantel 32 bildet an den Faserseiten 38 und 39 eine unterschiedliche Kristallinität aus. Im Bereich der vorderen Faserseite 38 bilden sich durch die starke Abkühlung relativ viele kleine Kristalle aus. Im abgewandten Bereich auf der Faserseit'e 39 bilden sich durch die langsamere Abkühlung relativ wenige, dafür jedoch größere Kristalle aus. Diese durch die Verfestigung gebildete innere Struktur der Polymerkomponente B sowie die materialspezifischen Unterschiede zwischen den Polymerkomponenten B im Mantel und der Polymerkomponente A im Kern 31 werden in der nachfolgenden Mehrstufenbehandlung genutzt, um eine sehr intensive und gleichmäßige dreidimensionale Kräuselung in der Kern- Mantel-Faser auszubilden.

Die Intensivierung der dreidimensionalen Kräuselung in der Faser lässt sich insbesondere bei Hohlfasern noch verstärken, da während der Abkühlung zwischen den sich gegenüber liegenden Faserseiten noch größere Unterschiede erzeugt werden können. Li Fig. 5 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer derartigen Kern-Mantel- Faser gezeigt. Die Kern-Mantel-Faser 30 weist einen Hohlkern 33 auf, der symmetrisch von einem Mantel 32 umgeben ist. Aufgrund des Hohlanteils innerhalb des Hohlkern 33 findet innerhalb des Faserquerschnittes während der Abkühlung der Faser keine wesentlichen Wärmeleitungen statt, so dass die Abkühlung über den Faserquerschnitt sowohl schneller als auch mit größeren Unterschieden zwi- sehen der vorderen Faserseite 38 und der hinteren Faserseite 39 erfolgt. Insoweit ist die Kern-Mantel-Faser mit Hohlanteil besonders geeignet, um voluminöse und

bauschige Kern-Mantel-Stapelfasern zu bilden. Es hat sich gezeigt, dass bereits ein Hohlanteil von mind. 2% des Faserquerschnittes eine deutliche Verbesserung gegenüber einem Vollquerschnitt ergeben. Um einerseits eine für die Weiterbehandlung der Stapelfaser erforderliche Ummantelung der Kernfaser zu erhalten und andererseits möglichst große Abkühldefizite zwischen den Faserseiten zu erzeugen, hat sich herausgestellt, dass der Kern mit einem maximalen Hohlanteil von 30% des Faserquerschnittes extrudiert werden kann. Die bei der Weiterverarbeitung der Kern-Mantel-Stapelfaser vorteilhaften Eigenschaften zum Thermo- bondieren werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und er erfindungsgemä- ßen Faser dadurch sichergestellt, dass der Mantel den Kern mit einer im wesentlichen koaxial ausgebildeten Ringfläche im Bereich von 5 bis 50% des Faserquerschnittes umschließt. Damit lassen sich thermische Verbindungen im Weiterver- arbeitungsprozess sicher und ausreichend herstellen.

Insbesondere die Kern-Mantel-Struktur mit einem Hohlanteil in der Faser führt zu einer Faser mit relativ geringem spezifischen Gewicht, um damit großvolumige Vliesstoffe zu erzeugen. Dieser Effekt lässt sich noch dadurch verbessern, indem für den Kern der Faser eine Polymerkomponente gewählt wird, die eine im Verhältnis zum Mantel geringere Materialdichte aufweist. Unter Berücksichtigung, dass insbesondere die Mantelkomponente aus einem niedrig schmelzenden Polymer gebildet ist, lassen sich beachtliche Dichtunterschiede erreichen. So sind Unterschiede im Bereich von einem Faktor 1 bis 1,5 realisierbar, d.h., die Polymerkomponente des Mantels weist eine Dichte auf, die um den Faktor 1 bis 1,5 größer ist als die Dichte der Kernkomponente.

Das im Hohlraum der Kern-Mantel-Faser eingeschlossene gasförmige Fluid bewirkt zudem eine Erhöhung der elastischen Eigenschaft der Faser, was sich insbesondere in der elastischen Rückdehnung der Faser bemerkbar macht. So wurden elastische Rückdehnungen an einer derartigen Faser gemessen, die im Bereich von 60% lagen. Die Formstabilität der Faser wird des weiteren dadurch unterstützt, dass bei der Weiterverarbeitung durch die thermische Verfestigungsverfah-

ren im wesentlichen nur die Mantelkomponente der Faser zur Verbindung der Fasern genutzt wird. So wird für die Mantelkomponente ein Polymer gewählt, welches im Verhältnis zum Kernpolymer einen niedrigen Schmelzepunkt bzw. geringere Schmelzindexwerte (MFI) aufweist. Somit wird selbst bei der thermi- sehen Verfestigung von Vliesstoffen die Form der Faser im Kernbereich im wesentlich nicht beeinflusst.

Das im Hohlteil der Faser eingeschlossene gasförmige Fluid, das insbesondere durch eine Luft gebildet ist, stellt zudem während der Abkühlung der Faser eine vorteilhafte Isolierung zwischen den ungleichmäßig behandelten Faserseiten der Faser dar. Insoweit wird der Effekt der Selbstkräuselung noch verstärkt. Die Selbstkräuselung derartiger Fasern weisen eine Grad der Kräuselung auf, der im Bereich von 7 bis' 10 Bögen pro Faserlänge von 1 inch liegen.

Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Faserquerschnitt wird die Polymerkomponente A in dem Kern der Faser bevorzugt durch ein Polyolefin und die Polymerkomponente B in dem Mantel der Stapelfaser durch ein Polyester gebildet. Hierbei können auch Modifikationen derartiger Polymere verwendet werden. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, für spezielle Anwendungsfalle die Polymerkompo- nente A aus einem Polyester und die Polymerkomponente B aus einem Polyolefin zu bilden.

Für die Herstellung von Vlieserzeugnissen aus einer derartigen Faser hat sich insbesondere die Kombination bewährt, bei welcher der Kern aus einem PP -Polymer und der Mantel aus einem PET-Polymer gebildet ist. Damit lassen sich große Anwendungsfelder der Vlieserzeugnisse sowohl im technischen als auch im hygienischen Bereich erschließen. Ebenso ist die erfindungsgemäße Kern-Mantel- Stapelfaser besonders gut geeignet, um sehr voluminöse Vliese zu bilden, die beispielsweise als Füllmaterial für Polstermöbel, Kissen oder Decken Verwendung finden. Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften zum Thermobondieren der Faser lässt jedoch auch Anwendungen als Mehrschichtvliesstoffe möglich, wo

insbesondere Vermischungseffekte, wie sie beispielsweise beim Vernadeln oder Wasserstrahlvernadeln auftreten, gänzlich vermeiden. So lassen sich Vlieserzeugnisse in Mehrschichtanordnung ohne wesentliche Vermischung der Schichten herstellen.

Die erfindungsgemäße Stapelfaser wird bevorzugt zu einem kadierten Flor verarbeitet, wobei die anschließende thermische Verfestigung in einfacher Art und Weise ausführbar ist. Aufgrund des vergleichsweise niedrigen Schmelzpunktes des Außenmaterials der Kern-Mantel-Stapelfaser lässt sich das Flor bereits durch Konfektion mittels Durchströmung einer erhitzten Luft aufheizen. Ebenso besteht die Möglichkeit, die Erwärmung des Flors durch Strahlungsheizelemente zu erzeugen. Besonders vorteilhaft ist jedoch, das Flor durch eine Ultraschallverfestigung zu behandeln, so dass die Fasern lediglich an ihren Kreuzungspunkten mit anderen Fasern durch Reibung soweit aufgewärmt werden, dass ein Verschmelzen eintritt.

Die Kern-Mantel-Struktur der Faser bewirkt bei den hergestellten Vliesstoffen insbesondere eine Formstabilität, da die erforderliche Energie zum Anschmelzen der Fasern gering ist und somit der Kern der Faser im wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Die elastischen Eigenschaften sowie die Selbstkräuselung der Faser fuhren zu hochvoluminösen Vliesen mit hoher Porosität und sehr guten Wiedererho- lungsvermögen, dass selbst bei mehrmaliger mechanischer Belastung im wesentlichen unverändert bleibt. Insoweit ist die Stapelfaser insbesondere zur Herstellung einer dreidimensionalen Faserstruktur in dem Vlies geeignet.

Diese hergestellten Vliese sind bevorzugt als Wärmeisolationsmaterial oder Schallisolationsmaterial ausgebildet. Aufgrund der Formstabilität sind sie jedoch auch bevorzugt als Polsterungsmaterial beispielsweise für eine Innenraumpolste- rung im Automobilbereich geeignet. Hierbei macht sich insbesondere auch die Temperaturstabilität der Faser vorteilhaft bemerkbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand eines Ausfuhrungsbeispieles einer Vorrichtung beschrieben, bei welcher die Fasern diskontinuierlich vom Schmelzspinnen bis hin zum Schneiden geführt sind. Grundsätzlich besteht doch auch die Möglichkeit, eine derartige Kern-Mantel-Faser im kontinuierlichen Pro- zessfluß herzustellen. Hierbei werden die Faserstränge unmittelbar nach dem Extrudieren und Abziehen unmittelbar in die Faserstraße eingezogen. Das erfindungsgemäße Verfahren erstreckt sich somit auf alle zur Herstellung von Stapelfasern bekannten Vorrichtungen, wobei insbesondere die Einstellungen der Abkühlung sowie der Mehrstufenbehandlung erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Insbesondere das Abkühlen der frisch extrudierten Fasern lässt sich alternativ auch durch andere einseitig auf die Faser einwirkenden Anblasungen auswirken. So ist die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung auch alternativ mit einer Ringspinndüse auszuführen. In Fig. 6 ist hierzu ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem das Spinndüsenmittel 5.1 auf seiner Unterseite eine Ringspinndüsenpatte 36 aufweist. Die Ringspinndüsenplatte 36 führt zur Extrusion der Kern-Mantel- Faser zu einem Filamentschleier 35. Zur Abkühlung der Faserstränge in dem Fi- lamentschleier 35 ist innerhalb des Filamentschleiers 35 eine Blaskerze 37 angeordnet, die an ihrem Mantel einen gleichmäßigen Kühlluftstrom erzeugt. Der Kühlluftstrom gelangt somit von innen nach außen durch den Filamentschleier 35, so daß die Faserstränge einseitig angeblasen werden. Die Anbindung der Blaskerze 37 an eine Kühlluftquelle kann hierbei sowohl von oben durch das Spinndüsenmittel 5.1 oder alternativ unterhalb der Spinneinrichtung ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

1 Spinneinrichtung

2 Schmelzeaufbereitung

3.1, 3.2 Schmelzequelle

4.1, 4.2 Schmelzeverteilersystem

5.1, 5.2, 5. 3 Spinndüsenmittel

6.1, 6.2, 6. 3 Rechteckdüsenplatte

7 Spinnbalken

8 Kühleinrichtung

9.1, 9.2, 9. 3 Kühlschacht

10 Blaswand

11 Druckkammer

12.1 , 12.2, 12.3 Filamentbündel

13.1 , 13.2 ... 13.6 Präparationswalze

14.1 , 14.2, 14.3 Umlenkrolle

15 Abzugswerk

16 Abzugswalzen

17 Fördermittel

18 Umlenkwalze

19.1, , 19.2 Haspelwalzen

20 Kanne

21 Kannenhalterung

22 Tow

23 Kannengatter

24 Sammelabzugswerk

25.1, 25.2 Streckwerk

26 Behandlungskanal

27 Trocknereinrichtung

28 Zugstelleinrichtung

29 Schneideinrichtung

30 Kern-Mantel-Faser

31 Kern

32 Mantel

33 Hohlkern 34 Kühlluftstrom

35 Filamentschleier

36 Ringspinndüsenplatte

37 Blaskerze

38 Faserseite (vorn) 39 Faserseite (hinten)