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
10
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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
75 71
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10
20
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40
50
60
70
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90
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
66
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0
10
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80
90
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
21 140
10
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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
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Schrumpfminimierung durch Nachbehandlung
Hofer Vliesstofftage 2011 17
1 1 1 1 1 10
10
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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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100
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
10
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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
50
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200
250
300
350
400
450
0
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50
60
70
80
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100
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!