ITV Denkendorf

Hochtemperatur-Filtermedien auf

Basis der Meltblow-Technologie

Hof, den 09. November 2011

C. Rieger, M. Dauner, A. Seeberger (Irema), A. Jung (Irema), H. Planck

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Feinstfaserherstellung am ITV Denkendorf:

Die 500mm breite Meltblow-Anlage

Hofer Vliesstofftage 2011 2

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Feinstfaserherstellung am ITV Denkendorf:

Die 1m breite Zentrifugenspinnanlage

Hofer Vliesstofftage 2011 3

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Wasserstrahlverfestigungsanlage am

ITV Denkendorf

� 500mm Arbeitsbreite

� Zukünftig inline mit Meltblow-Anlage

� Verfestigung von Feinstfasern

� Kaschierung textiler Flächen

� Mit freundlicher Unterstützung des Landes Baden-Württemberg

� Installation durch Trützschler Nonwovens GmbH

Hofer Vliesstofftage 2011 4

Quelle: Trützschler Nonwovens GmbH

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Hochtemperatur-Filtermedien

Geeignete thermoplastische Kunststoffe für Hochtemperaturanwendungen:

Hofer Vliesstofftage 2011 5

Polymerbezeichnung Schmelzpunkt [°C] Vorteile Problematik

Polybutylenterephthalat (PBT) 220

preisgünstig,

hohe Verfügbarkeit,

einfache Verarbeitung im Meltblow

keine ausreichende

Temperaturstabilität

Tmax = 150°C

Polyimid (PI) > 300 hohe Temperaturstabilität

Anspruchsvolle Verarbeitung

Bislang keine Feinfaservliese

sehr teuer

Polyphenylensulfid (PPS) 285 hohe TemperaturstabilitätAnspruchsvolle Verarbeitung

teuer

Polytetrafluorethylen (PTFE) 327 hohe TemperaturstabilitätAnspruchsvolle Verarbeitung

sehr teuer

Polyethylenterephthalat (PET) > 250

sehr preisgünstig,

sehr hohe Verfügbarkeit,

temperaturstabil bis 200°C

einfache Verarbeitung

Polymer neu im Meltblow

Material schrumpft stark unter

Temperatureinfluss

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ZIM-Projekt: „Entwicklung eines Meltblow-

Verfahrens für Hochtemperatur-Filtermedien“

� Gefördert durch das Bundesministerium für

Wirtschaft und Technologie

� ZIM – Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

� In freundlicher Zusammenarbeit mit der Irema-Filter

GmbH

� Ziel: Schrumpfarme Meltblow-Vliesstoffe aus PET für

die Heißgasfiltration bis 200°C

Schrumpf in MD und CD < 3%

Hofer Vliesstofftage 2011 6

Quelle: Irema

© DITF/ITV Hofer Vliesstofftage 2011 7

Schrumpfproblematik von PET:

Ausgangssituation

Starker Schrumpf über die komplette Vliesstoffbreite in Längs- und

Querrichtung, CD > MD

Versuchsnummer MB 0254-04

PolymerInvista

RT 12

Schmelzetemperatur [°C]

288

Polymerdurchsatz [g/ho/min]

0,03

Heißlufttemperatur [°C]

300

Heißluftdurchsatz [Nm³/h]

220

DCD[mm]

200

Bandgeschwindigkeit [m/min]

0,5 4652

0

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50

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70

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90

100

MD CD

Pro

zen

twe

rt

Prozentualer Schrumpf in MD und CD

Schrumpfneigung MB 0254-04 bei 100°C und 60min

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Mögliche Einflussfaktoren auf das

Schrumpfverhalten

Hofer Vliesstofftage 2011 8

Schrumpfreduzierung

Polymerausrüstung

AdditivierungKeimbildner

Kristallisationsbeschleuniger

Verfahrenstechnisch

Konstruktive FaktorenProzessparameter

Nachbehandlung

KalandrierenTempern

Etc.

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Mögliche Einflussfaktoren auf das

Schrumpfverhalten

Hofer Vliesstofftage 2011 9

Verfahrenstechnisch

Konstruktive Faktoren

Kapillargeometrie

Luftanblaswinkel

etc.

Prozessparameter

Temperaturen

Polymer Heißluft

Durchsätze

Polymer Heißluft

DCD

Bandgeschwindigkeit

etc.

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Schrumpfbestimmung von Meltblow-Vliesstoffen

aus PET

Hofer Vliesstofftage 2011 10

� Trockenschrank, 100% bzw. 50% Umluft

� An Schnur hängende Proben mit 300mm (MD) x 50mm (CD)

� Vliesstoffproben Rechts, Mitte und Links

� Vorerst Messungen bei Niedertemperatur 100°C, 15min, falls geringer Schrumpf

� Weitere Messung bei Hochtemperatur 200°C (180°C), 15min

� Zusätzliche Einzelmessung über 60min und über 24h bei 200°C (180°C)

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Einfluss der DCD auf den Schrumpf

Hofer Vliesstofftage 2011 11

Bei einem sehr geringen Abstand zwischen Düse und Ablageband kann

der Schrumpf stark reduziert werden

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10

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100

DCD = 300mm DCD = 200mm DCD = 100mm

Pro

zen

twe

rt

Prozentualer Flächenschrumpf über die Vliesstoffbreite

Schrumpfneigung MB 0258 bei 100°C und 15min;

DCD = 100mm bis 300mm

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Einfluss der Heißlufttemperatur auf den Schrumpf

Hofer Vliesstofftage 2011 12

Eine Erhöhung der Heißlufttemperatur bewirkt eine signifikante

Schrumpfreduzierung

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0

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100

Heißluft

300°C

Heißluft

350°C

Pro

zen

twe

rt

Prozentualer Flächenschrumpf über die Vliesstoffbreite

Schrumpfneigung MB 0257 bei 100°C und 15min;

Heißlufttemperatur 300°C - 350°C

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Einfluss des Heißluftdurchsatzes auf den Schrumpf

Hofer Vliesstofftage 2011 13

Bei einem höheren Heißluftdurchsatz nimmt die Schrumpfneigung der

Vliesstoffe ab

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100

Heißluftdurchsatz

170Nm³/h

Heißluftdurchsatz

220Nm³/h

Pro

zen

twe

rt

Prozentualer Flächenschrumpf über die Vliesstoffbreite

Schrumpfneigung MB 0257 bei 100°C und 15min;

Heißluftdurchsatz 170Nm³/h - 220Nm³/h

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Optimierung der Prozessparameter

Hofer Vliesstofftage 2011 14

Bei optimierten Prozessbedingungen kann die Schrumpfneigung

erheblich reduziert werden

6 70

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90

100

MD CD

Pro

zen

twe

rtProzentualer Schrumpf in MD und CD

Schrumpfneigung MB 0257-07 bei 180°C und 15min

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DSC-Analysen von Vliesstoffen vor und nach dem

Schrumpf

Hofer Vliesstofftage 2011 15

Vliesstoff vor Schrumpfbestimmung

Stark schrumpfender Vliesstoff:

Deutliche Rekristallisation sowohl vor als auch nach der

Schrumpfbestimmung spricht für geringen Kristallisationgrad des

Vliesstoffes

Vliesstoff nach Schrumpfbestimmung

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DSC-Analysen von Vliesstoffen vor und nach dem

Schrumpf

Hofer Vliesstofftage 2011 16

Vliesstoff vor Schrumpfbestimmung

Vliesstoff mit leichtem Schrumpfverhalten:

Hoher Kristallisationsgrad des Vliesstoffes

Vliesstoff nach Schrumpfbestimmung

© DITF/ITV

Schrumpfminimierung durch Nachbehandlung

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1 1 1 1 1 10

10

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100

Links MD Links CD Mitte MD Mitte CD Rechts MD Rechts CD

Pro

zen

twe

rt

Prozentualer Schrumpf über die Vliesstoffbreite in MD und CD

Schrumpfneigung MB 0269-07 bei 200°C und 15min

Versuchsnummer MB 0269-05

PolymerAdvansa

SB64I1

Schmelzetemperatur [°C]

277

Polymerdurchsatz [g/ho/min]

0,05

Heißlufttemperatur [°C]

300

Heißluftdurchsatz [Nm³/h]

140

DCD[mm]

150

Bandgeschwindigkeit [m/min]

0,25

Durch eine zusätzliche Nachbehandlung ist es uns heute möglich, nahezu

schrumpffreie MB-Vliesstoffe aus PET herzustellen.

Aber Gefahr der Versprödung

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Vergleich der Schrumpfneigung

[ Standardeinstellung ]

Hofer Vliesstofftage 2011 18

[ Optimierte

Prozessparameter ]

[ Nachbehandlung ]

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Faserdurchmesserbereiche

Hofer Vliesstofftage 2011 19

Standardeinstellung:

Median der Faserdurchmesser zwischen 5µm und 6µm

0

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Häu

figke

iten

[%]

Faserdurchmesser [µm]

Relative sowie kumulierte relative Häufigkeitsverte ilung der Faserdurchmesser, automatische Analyse bei 1000-facher Vergrößerung

© DITF/ITV

Faserdurchmesserbereiche

Feinfasereinstellung:

Median der Faserdurchmesser zwischen 1µm und 2µm

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0

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Häu

figke

iten

[%]

Faserdurchmesser [µm]

Relative sowie kumulierte relative Häufigkeitsverte ilung der Faserdurchmesser, automatische Analyse bei 1000-facher Vergrößerung

© DITF/ITV

Filtrationseffizienz

Hofer Vliesstofftage 2011 21

Gute Abscheideleistung in Abhängigkeit des Faserdurchmessers,

jedoch relativ hoher Druckverlust

0

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10,7 µm 6,1 µm 3,8 µm 0,9 µm

Ab

sch

eid

ele

istu

ng

[%

]

Mittlerer Faserdurchmesser

Abscheideleistung im Rondenprüfstand (Irema)

Abscheideleistung (NaCl 0,3-0,5µm; v=14cm/s) [%] Druckverlust [Pa]

© DITF/ITV

Zusammenfassung

� Parameterauswahl beeinflusst das Schrumpfverhalten von PET-Vliesstoffen stark

� Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Herstellung schrumpffreier PET-Vliesstoffe

durch gezielte Nachbehandlung

� Faserdurchmesser und Flächengewicht sind einstellbar

(im Projekt: Faserdurchmesser zwischen 1µm und 12µm sowie Flächengewichte

von 30g/m² bis 100g/m²)

� Bei zu intensiver Nachbehandlung kann die Haptik der Vliesstoffe leiden, das

Material wird spröde

� Gute Abscheideleistung bei feinem Faserdurchmesser, allerdings relativ hoher

Druckverlust

22Hofer Vliesstofftage 2011

Es ist möglich, nahezu schrumpffreie Meltblow-

Vliesstoffe aus PET zu produzieren!

© DITF/ITV

Danksagung

Für die finanzielle Unterstützung des ZIM-Projektes KF2009117GZ9

danken wir dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

Die Förderung durch das BMWi erfolgt aufgrund eines Beschlusses des

Deutschen Bundestages.

Wir danken dem Projektträger AiF Projekt GmbH für die Betreuung des Projektes und

Bayern Innovativ für die Unterstützung bei Antragstellung und Durchführung.

Hofer Vliesstofftage 2011 23

ITV Denkendorf

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

und einen guten Appetit!