Untersuchungen zum Verarbeitungsverhalten von Meltblown-Spunlaids aus duromerem Aminoplast

Ziel des Forschungsvorhabens war die Gewinnung von grundlegenden Erkenntnissen zum Verarbeitungsverhalten von duromeren Meltblown-Spunlaids auf der Basis eines neuartigen extrudierbaren Aminoplastharzes. Dabei sollte das duromere Ausgangsmaterial den unterschiedlichen realen Prozessbedingungen bei der Vliesstoffverarbeitung für verschiedenartigste technische Textilien gerecht werden.

Ergebnisse

Die Untersuchungen am TITK konzentrierten sich auf die Einflüsse der verfahrensrelevanten Parameter zum Erspinnen feiner Fasern aus thermoplastisch verarbeitbaren Aminoplastgranulaten mittels modifizierter Meltblown-Technologie, die für eine homogene Vliesablage bedeutsamen Faktoren sowie die Nachbehandlung zur Schaffung eines duromeren Flächengebildes.

Durch die Besonderheiten bei der Verarbeitung der Aminoplastgranulate (enges Verarbeitungsfenster, starke Hygroskopie) wurden zur Optimierung der Extruder-Laufzeit die Temperaturzonen angepasst. Hierbei wurde die Einfüllzone des Extruders aktiv gekühlt. So konnte sichergestellt werden, dass es durch die Wärmeleitung über die Extruderschnecke auch beim Langzeitbetrieb nicht zu einem Aufheizen der Einfüllzone kommt. Dies hätte beim Überschreiten der Gelpunkttemperatur des Harzes ein Ankleben in der Einfüllzone zur Folge, was zu Zuführungsstörungen führen würde.

Je nach gewählten Prozessparametern ist es möglich Aminoplast-Meltblown-Spinnvliese mit unterschiedlichen, anwendungsoptimierte Eigenschaften herzustellen. Für die Herstellung stark verdichteter Meltblown-Spunlaids wurde die Kombination von starker Absaugleistung und geringem Abstand zwischen Spinnbalken und Ablageband gewählt. So konnte ein dichtes Vlies aus tendenziell sehr feinen Fasern gebildet werden. Das hergestellte Material weist für die Weiterverarbeitung in späteren Arbeitsschritten eine dichte, weitgehend geschlossene Vliesoberfläche sowie gute Wiederabrollbarkeit des gewickelten Materials auf. Für die Herstellung von sehr voluminösen Vlies-Varianten kommt eine Trommelablage zum Einsatz, bei der die Vliesbildung im Spalt zweier perforierter Trommeln stattfindet. Die so abgelegten Spinnvliese weisen neben ihrer verbesserten Homogenität besonders hohe akustische Dämmeigenschaften auf und können ebenfalls leicht für die Weiterverarbeitung abgerollt werden, da sowohl Unter- als auch Oberseite leicht verdichtet sind.

Des Weiteren wurden umfangreiche Versuchsreihen zur Härtung der Meltblown-Spunlaids aus duromerem Aminoplast durchgeführt. Dabei wurden sowohl die notwendigen Temperaturen als auch die Verweilzeiten bestimmt.

Mit den erhaltenen Informationen war es möglich, eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Materials zu erreichen. Zusätzlich konnte eine Verweilzeitoptimierung zur Erfüllung der strengen Vorgaben bezüglich des Formaldehydgehalts nach DIN EN ISO 14184-1 sowie nach VDA 275 erzielt werden.

Bei Verwendung von Klebevliesen aus Polyester-Copolymeren im Flächenmassebereich von 10 bis 20 g/m² ließen sich effizient stabile Verbunde fertigen. Die Verbunde wurden durch Kalandrieren sowie durch die Nutzung eines Doppelbandtrockners nachbehandelt. Letztere Variante zeigte sowohl qualitativ als auch bezüglich der Produktionsgeschwindigkeit besonders mit zunehmender Flächenmasse deutliche Vorteile.

Untersuchungen zur Fluor-Carbon-Imprägnierung der Meltblown-Spunlaids waren auch ohne vorrausgehende Oberflächenaktivierung möglich. Die Brandklasse blieb nach der Imprägnierung erhalten.

Eine einseitig geschlossene Oberfläche der MB-Spunlaids sollte durch Beschichtung erzeugt werden. Neben den erfolgreichen Versuchen zum Kalandrieren von thermoplastischen Materialien auf die Vliesstoffbahn wurden als Alternative vernetzende Cellulosederivate genutzt.

Vorteile der zweiten Vorgehensweise sind das Arbeiten im wässrigen Medium und das Vorliegen eines nach der Behandlung nichtschmelzenden Materials. Das Cellulosederivat liegt als wässrige Lösung vor und kann über Spüh- und Rakelprozesse appliziert werden. Weiterhin bleibt bei einem auf diese Weise beschichteten Vliesstoff unter Verwendung von flammhemmend modifizierten Cellulosederivaten sein selbstverlöschender Charakter erhalten. Im Ergebnis der Versuchsreihen stellte sich jedoch heraus, dass es auch bei Verwendung von hochviskosen Cellulosederivat-Lösungen zu einem weitgehenden Durchschlagen des Cellulosederivats durch den gesamten Vliesstoffquerschnitt kommt. Für eine rein einseitige Oberflächenbeschichtung ist diese Methode dem Verbund mit Thermoplasten unterlegen. Die textilphysikalischen Untersuchungen der so behandelten MB-Spunlaids zeigten eine deutliche Festigkeitssteigerung.

Die verschiedenen Meltblown-Qualitäten wurden am STFI hinsichtlich ihres Verarbeitungsverhaltens sowie ihrer textilphysikalischen Eigenschaften untersucht und bewertet. Unter zielgerichteter Anwendung der Vliesverfestigungsverfahren Vernadeln und Verwirbeln mittels Wasserstrahlen wurden die vom TITK für die Untersuchungen hergestellten Meltblown-Spunlaids mechanisch stabilisiert. Die Oberflächenstruktur wurde gezielt beeinflusst, um ein prozesskompatibles Handling des durch den duromeren Charakter spröden Materials in der Weiterverarbeitung zu Folge- bzw. Endprodukten zu gewährleisten.

Anwendung

Im Rahmen der strategischen Fokussierung der klein- und mittelständischen Textilunternehmen auf technische Anwendungen werden Produkte für den speziellen Einsatz im Hochleistungsbereich (hohe Dauerstands- und Zersetzungstemperatur, sehr gutes akustisches Isolationsvermögen, intrinsische Flammfestigkeit, etc.) verstärkt nachgefragt. MER-Vliesstoffe leisten dafür einen wesentlichen Beitrag.

Zur Identifikation effizienter Anwendungslösungen für das neuartige Material waren weitere Untersuchungen heranzuziehen, innerhalb derer temperaturbeständige Lösungen für unterschiedlichste technische Einsatzbereiche betrachtet wurden.

Auf Basis der Bewertung des MB-Spunlaidmaterials werden vor allem Materialverbundkonstruktionen angestrebt. In Abstimmung mit dem projektbegleitenden Ausschuss wurden potenzielle Anwendungsfelder in den Produktgruppen Hitzeschutz, Heißluftfiltration und Schallisolation identifiziert.