Unter Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., Wir fertigen Polypropylenfaser in zwei miteinander verbundenen Schritten. Zunächst wird Polypropylenharz durch Polymerisation aus Propen hergestellt. Anschließend wird dieses Harz durch Schmelzen, Extrudieren, Kühlen, Ziehen und Schneiden oder andere nachgeschaltete Verarbeitungsschritte zu Fasern verarbeitet. Mit einfachen Worten: Wir beginnen mit einem Polymer und verwandeln dieses Polymer dann in orientierte Filamente, die in Beton, Textilien, Vliesstoffen und vielen anderen Industrieprodukten verwendet werden können. Polypropylen ist als Faser weit verbreitet, da es ein thermoplastisches Polymer ist, das zu einem großen Teil in der Schmelze zu Fasern versponnen wird und aufgrund seiner geringen Dichte, chemischen Beständigkeit und Zähigkeit für viele Endanwendungen geeignet ist.
Für Betonkäufer ist diese Frage aus einem sehr praktischen Grund wichtig. Die Art und Weise, wie eine Polypropylenfaser hergestellt wird, wirkt sich auf ihre Form, Oberfläche, Steifigkeit, Dispersion und endgültige Leistung aus. Die EN 14889-2 definiert Polymerfasern für Beton als gerade oder verformte Stücke aus extrudiert, ausgerichtet und geschnitten Material, das zu Beton oder Mörtel verarbeitet werden kann. Diese Definition ist hilfreich, weil sie zeigt, dass die Herstellung nicht nur ein Detail im Hintergrund ist. Sie ist ein Teil dessen, was der Faser ihre endgültige Leistung in der Mischung verleiht.
Die kurze Antwort
Vereinfacht gesagt, werden Polypropylenfasern wie folgt hergestellt: Wir stellen Polypropylenharz aus Propen her, wandeln dieses Harz in Granulat um, schmelzen das Granulat in einem Extruder, drücken die Schmelze durch eine Spinndüse oder eine Schlitzdüse, kühlen die Filamente oder die Folie ab, verstrecken sie, um eine molekulare Ausrichtung zu erreichen, und veredeln, kräuseln, schneiden, fibrillieren oder verpacken das Produkt je nach Verwendungszweck. Bei Stapelfasern umfasst ein industrieller Standardablauf häufig das Schmelzen, die Extrusion durch Spinndüsenlöcher, das Abschrecken, das Auftragen des Spinnfinishs, das Ziehen, das Kräuseln, das Schneiden in Stapelfasern und das Ballen.
Das ist der Kernprozess. Die genaue Linie ändert sich je nach Produkttyp. A monofile Betonfaser Linie ist nicht genau dasselbe wie eine fibrillierte Spaltfolienlinie. Eine Anlage für textile Multifilamentgarne ist nicht genau das Gleiche wie eine Anlage für makrosynthetische Betonfasern. Aber die Herstellungslogik ist immer noch dieselbe: schmelzen, formen, kühlen, ausrichten und verarbeiten.
Wir beginnen mit Propylen und stellen Polypropylen-Harz her
Der erste Schritt ist nicht das Spinnen der Fasern. Der erste Schritt ist die Herstellung des Polymers selbst. Polypropylen wird durch Additionspolymerisation aus Propen hergestellt. Bei handelsüblichem Polypropylen handelt es sich hauptsächlich um isotaktisches Polypropylen, da diese Struktur dem Polymer eine nützliche Kristallinität verleiht und es für starke, steife Produkte und Fasern geeignet macht. Britannica stellt fest, dass isotaktisches Polypropylen mit Hilfe von Ziegler-Natta-Katalysatoren hergestellt wird, und das Essential Chemical Industry erklärt, dass industrielles Polypropylen in Masse, in der Gasphase oder als Schlamm hergestellt werden kann.
Bei der industriellen Harzproduktion wird Propen unter kontrollierter Temperatur und kontrolliertem Druck mit einem Katalysatorsystem in Kontakt gebracht. Bei der Massepolymerisation findet die Polymerisation in flüssigem Propen statt. Bei der Gasphasenroute strömen Propen und Wasserstoff über ein Katalysatorbett, und das nicht umgesetzte Gas wird rezykliert. Das Katalysatorsystem und der Prozessweg beeinflussen die Polymerstruktur, und diese Struktur wirkt sich später darauf aus, wie gut das Polymer in Fasern umgewandelt werden kann. In derselben Quelle von Essential Chemical Industry wird auch darauf hingewiesen, dass Metallocen-Katalysatoren für einige Polypropylenqualitäten verwendet werden, insbesondere wenn eine strengere Kontrolle der Struktur erforderlich ist.
Nach der Polymerisation wird das Polymer in eine brauchbare feste Form, in der Regel Pellets, umgewandelt. Diese Pelletform wird von den meisten Faserwerken in die Extrusionsanlage eingespeist. Zu diesem Zeitpunkt handelt es sich bei dem Produkt noch um Harz, nicht um Fasern. Die Faserphase beginnt erst, nachdem das Polymer umgeschmolzen und geformt wurde.
Wir bereiten das Harz für die Faserspinnerei vor
Bevor wir mit dem Spinnen beginnen, wählen wir den richtigen Polypropylen-Typ und bereiten das Harz für eine stabile Verarbeitung vor. Das Schmelzspinnen funktioniert am besten mit thermoplastischen Polymeren, die unterhalb ihrer Zersetzungstemperatur schmelzen und die eine ausreichende thermische Stabilität, ein ausreichendes Molekulargewicht, eine ausreichende Reinheit und eine ausreichende Schmelzfestigkeit für einen gleichmäßigen Fluss aufweisen. Ein kürzlich erschienener Bericht über schmelzgesponnene Fasern erklärt, dass diese Faktoren Grundvoraussetzungen für ein stabiles Spinnen und gute Fasereigenschaften sind.
In der realen Produktion ist dies auch die Phase, in der Pigmente, Stabilisatoren oder andere Zusatzstoffe eingeführt werden können, wenn das Produktdesign dies erfordert. INEOS weist darauf hin, dass bei der Extrusion Polypropylen zusammen mit vom Kunden hinzugefügten Pigmenten oder Stabilisatoren verarbeitet werden kann und dass eine gute Temperaturkontrolle durch den Extruder, das Siebpaket, die Brecherplatte, den Adapter und die Düse wichtig ist. Dieser Teil des Prozesses sieht von außen einfach aus, hat aber einen direkten Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Schmelze, die Farbstabilität und die endgültige Faserkonsistenz.
Für uns als Hersteller ist dieser Schritt der Punkt, an dem sich das Produktdesign zu unterscheiden beginnt. Für eine feine Mikrofaser, eine monofile Betonfaser und ein fibrilliertes Produkt wird nicht immer derselbe Harzaufbau verwendet. Das Basispolymer ist immer noch Polypropylen, aber das Prozessfenster und die nachgeschalteten Ziele sind unterschiedlich. Das ist ein Grund, warum ein zuverlässiger PP-Faserlieferant mehr tut, als nur Granulat zu kaufen und Kunststoff in Stücke zu schneiden. Der Lieferant muss die gesamte Umwandlungsstrecke kontrollieren.
Wir schmelzen das Harz und extrudieren es durch eine Spinndüse
Sobald das Harz fertig ist, führen wir es dem Extruder zu. Der Extruder schmilzt das Granulat und baut Druck auf, dann wird die Schmelze durch Filter und ein Düsensystem geleitet. Bei der Faserherstellung wird die Schmelze normalerweise durch sehr kleine Spinndüsenlöcher gepresst, um Endlosfilamente zu bilden. In der allgemeinen Schmelzspinnliteratur wird dies als eines der wichtigsten industriellen Verfahren zur Herstellung von Chemiefasern aus thermoplastischen Polymeren beschrieben, und INEOS fasst die Polypropylenfaserherstellung mit der gleichen Abfolge zusammen: Schmelzen im Extruder, dann Extrudieren durch Spinndüsenlöcher.
In diesem Stadium wird die erste Form der Faser festgelegt. Die Anzahl der Löcher, die Lochgeometrie, der Durchsatz, der Schmelzedruck und das Temperaturprofil beeinflussen alle das Filamentbündel, das die Spinndüse verlässt. Mit anderen Worten: Hier hört Polypropylen auf, nur Harz zu sein, und beginnt, ein echtes Filamentprodukt zu werden.
Wir kühlen die frischen Filamente sofort
Frisch extrudierte Polypropylenfilamente können nicht lange geschmolzen bleiben. Sie müssen kontrolliert abgekühlt und verfestigt werden. Beim Schmelzspinnen gelangen die extrudierten Stränge in ein Abschreckmedium wie gekühlte Luft, wo sie sich verfestigen. In Berichten über die Schmelzspinntechnologie wird diese Abkühlungsphase als Standardteil des Prozesses beschrieben, und der INEOS-Polypropylen-Leitfaden erklärt, dass das Abschrecken bei kommerziellen Stapelfaseranlagen auf die Spinndüsenextrusion folgt.
Dieser Abkühlungsschritt ist wichtiger, als es den Anschein haben mag. Wenn die Kühlung nicht stabil ist, kann der Fadendurchmesser variieren, der Fadenbruch kann zunehmen, und das spätere Ziehen ist schwieriger zu kontrollieren. In der modernen Produktion dient das Abschrecken nicht nur der Kühlung. Es ist Teil der Prozesskontrolle. Es trägt dazu bei, die Gleichmäßigkeit der Faser zu bestimmen, bevor die Orientierung beginnt.
Wir tragen das Finish auf, damit die Fasern gut laufen und verteilt werden können.
Nach dem Abschrecken werden die Filamente häufig einer Endbehandlung unterzogen. In einer Stapelfaseranlage führt INEOS die Anwendung der Spinnpräparation als einen der Standardproduktionsschritte auf. Für betonorientierte Polymerfasern ist die EN 14889-2 auch sehr eindeutig, dass jede Oberflächenbehandlung oder Beschichtung deklariert und kontrolliert werden muss, und sie erklärt, dass die Spinnausrüstung die Dispergierung der Fasern im Beton unterstützt. Ohne die richtige Beschichtung dispergieren einige Fasern nicht leicht und können dazu neigen, sich zu verklumpen.
Dieser Punkt ist bei konkreten Anwendungen sehr wichtig. Käufer konzentrieren sich oft auf Länge und Zugfestigkeit, aber die Oberflächenbehandlung kann für die Leistung vor Ort genauso wichtig sein. Eine Faser, die auf dem Datenblatt gut aussieht, sich aber im Mischer schlecht verteilt, führt zu Problemen auf der Baustelle. Deshalb betrachten wir die Kontrolle der Oberflächenbehandlung als Teil des Produkts und nicht als kleinen nachträglichen Aspekt.
Wir ziehen die Fäden, um Stärke aufzubauen
Nachdem die Faser geformt und abgekühlt ist, wird sie gestreckt. Dieser Schritt wird als Verstrecken bezeichnet. Er ist einer der wichtigsten Schritte bei der Herstellung von Polypropylenfasern, da er die molekulare Orientierung entlang der Faserachse erhöht. Studien über die Verarbeitung von Polypropylenfasern zeigen, dass das Streckziehen das Polymer in hoch orientierte und kristallisierte Fasern umwandelt, und andere Studien stellen fest, dass ein höheres Streckverhältnis die Orientierung erhöht und die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul deutlich verbessert.
Im Klartext bedeutet dies, dass die Verstreckung die Umwandlung eines weichen ersten Filaments in eine brauchbare technische Faser bewirkt. Ohne ausreichende Verstreckung wird die Faser in der Regel schwächer und weniger stabil sein. Bei kontrollierter Verstreckung richten sich die Polymerketten besser aus, die Faser wird stärker, und das Endprodukt kann seine Aufgabe in Beton oder Textilien zuverlässiger erfüllen. Dies ist einer der wichtigsten Gründe, warum die Prozesssteuerung bei der PP-Faserherstellung so wichtig ist.
Dann wandeln wir die Faser in die richtige Produktform um
In diesem Stadium beginnt die Linie, sich je nach Zielprodukt zu verzweigen. Polypropylenfasern werden nicht alle in einer Endform hergestellt. Sie können zu Monofilamenten, Multifilamentgarnen, Stapelfasern, Bändern, Schlitzfolienprodukten und anderen technischen Varianten verarbeitet werden. In Berichten über Polypropylenfasern für Beton wird darauf hingewiesen, dass PP-Fasern auf zwei Arten hergestellt werden können: durch Schmelzspinnen, um Monofilamente zu erzeugen, oder aus einer Polypropylenfolie, die zu fibrillierten Fasern verarbeitet wird. In umfassenderen Berichten über das Schmelzspinnen werden auch das Schmelzspinnen für Filamente und Stapelfasern sowie das Filmspinnen für Spaltbandfilamente aufgeführt.
Bei monofilen Produkten behalten wir den Filamentverlauf bei und schneiden sie auf die gewünschte Länge. Bei Stapelfasern folgen wir der klassischen Abfolge von Ziehen, Kräuseln, Schneiden und Pressen. Bei fibrillierten Produkten wird die Polypropylenfolie aufgeschlitzt und dann zu einer netzartigen, fibrillierten Struktur geöffnet. In einer Fachzeitschrift wird darauf hingewiesen, dass fibrillierte Fasern durch Schlitze in einer dünnen Kunststofffolie hergestellt werden, weshalb ihre Struktur ganz anders aussieht als die eines einfachen runden Monofilaments.
Das ist auch der Grund, warum sich zwei Polypropylenfasern im Beton sehr unterschiedlich verhalten können, selbst wenn sie das gleiche Basispolymer haben. Der Herstellungsweg verändert den Querschnitt, die Oberfläche, die Steifigkeit, die Art und Weise, wie sich die Faser in der Mischung öffnet, und die Art und Weise, wie sie mit Rissen interagiert.
Wir crimpen, hitzebehandeln, schneiden und verpacken
Handelt es sich bei dem Zielprodukt um Stapelfasern, sind die nächsten Standardvorgänge das Kräuseln, Schneiden und Pressen. Der INEOS-Leitfaden für die Polypropylenverarbeitung listet Verstrecken, Kräuseln, Schneiden zu Stapelfasern und Ballenpressen als normale Produktionsschritte bei der Herstellung von Stapelfasern aus Polypropylen auf. Anbieter von Maschinen für Stapelfaseranlagen beschreiben die gleiche grundlegende Abfolge: Extrusion, Schmelzspinnen, Verstrecken, Kräuseln, Schneiden und Pressen.
Durch das Kräuseln erhält die Faser mehr Volumen und eine bessere Handhabung. Durch das Schneiden wird das Endlosmaterial in die exakte Faserlänge gebracht, die für die jeweilige Anwendung benötigt wird. Die Verpackung muss dann die Faserform schützen und dafür sorgen, dass das Produkt leicht in Dosier- oder Textilsysteme eingeführt werden kann. Bei Produkten in Betonqualität muss die Verpackung auch eine saubere Dosierung und gute Handhabung auf der Baustelle unterstützen.
Auch bei Betonfasern setzen wir auf Standards und Dispersion
Bei der Herstellung von Polypropylenfasern für Beton hört der Prozess nicht auf, wenn die Linie stoppt. Das Produkt muss auch der Marktnorm und der vorgesehenen Funktion entsprechen. Die EN 14889-2 klassifiziert Polymerfasern nach ihrer physikalischen Form. Sie definiert Mikrofasern mit einem Durchmesser von weniger als 0,30 mm und Makrofasern mit einem Durchmesser von mehr als 0,30 mm und stellt fest, dass Makrofasern der Klasse II im Allgemeinen dort eingesetzt werden, wo eine Erhöhung der Restbiegefestigkeit erforderlich ist. Nach derselben Norm muss der Hersteller auch das Basispolymer, die Form, eine etwaige Bündelung und eine etwaige Oberflächenbehandlung oder -beschichtung angeben.
Die ASTM verwendet eine ähnliche praktische Logik für Polyolefin-Betonfasern. Die ASTM D7508 besagt, dass diese Spezifikation Polyolefin-Hackschnitzel für die Verwendung in Beton abdeckt und die Konformität an Eigenschaften wie Denier, Ausrüstungsgehalt, Zugfestigkeit, Schnittlänge und Einhaltung der ASTM C1116 Typ III knüpft. Für einen Betonfaserhersteller bedeutet eine gute Produktion also nicht nur die Herstellung der Faser. Es geht auch darum, eine Faser herzustellen, die beschrieben, getestet und in einer standardisierten Weise geliefert werden kann.
Hier wird unsere Arbeit bei Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. mehr als nur Extrusion. Wir fragen nicht nur, ob die Anlage Fasern herstellen kann. Wir fragen, ob die Anlage Fasern herstellen kann, die sich gut dispergieren lassen, ihre Form beibehalten, zum angestrebten Dosierungssystem passen und eine stabile Leistung von Charge zu Charge für Käufer bieten, die Ecocretefiber™ zur Betonbewehrung verwenden.
Was macht eine Polypropylenfaserlinie besser als eine andere?
Die Ausrüstungsliste mag von Fabrik zu Fabrik ähnlich aussehen, aber der wahre Unterschied liegt in der Kontrolle. Eine gute PP-Faserherstellung hängt von der Auswahl des Harzes, der Stabilität der Schmelze, der Filtration, der Temperaturkontrolle, der Gleichmäßigkeit des Abschreckens, dem Verstreckungsverhältnis, der Kontrolle des Finish und der Schnittgenauigkeit ab. In Berichten über das Schmelzspinnen wird die Bedeutung von Reinheit, stabilem Schmelzfluss und kontrollierter Verarbeitung zur Vermeidung von Instabilität und Verstopfung hervorgehoben, während die Leitfäden für die industrielle Verarbeitung zeigen, dass die nachgeschalteten Schritte sorgfältig auf den Produkttyp abgestimmt werden müssen.
Aus diesem Grund beurteilen erfahrene Einkäufer einen Polypropylenfaserhersteller nicht nur nach dem Preis. Sie schauen auch darauf, ob der Lieferant das Polymer, die Anlage, die Endanwendung und die relevanten konkreten Normen versteht. Das ist unserer Ansicht nach der Unterschied zwischen einem allgemeinen Kunststoffverarbeiter und einem echten PP-Faserhersteller.
Schlussfolgerung
Wie wird also eine Polypropylenfaser hergestellt? Bei Shandong Jianbang Chemical Fiber Co. Ltd. erklären wir es folgendermaßen: Polypropylenfaser wird durch die Herstellung von Polypropylenharz aus Propen, das Schmelzen dieses Harzes, das Extrudieren zu Filamenten oder Folien, das Abkühlen, das Ziehen zum Aufbau von Orientierung und Festigkeit und die anschließende Umwandlung in die endgültige Form durch Applizieren, Fibrillieren, Kräuseln, Schneiden und Verpacken hergestellt. Die genaue Linie ändert sich mit dem Produkt, aber der Kern der Fertigungslogik bleibt derselbe.
Für die Verwendung in Beton muss das Verfahren mehr leisten als die Herstellung eines Kunststoffstrangs. Es muss eine Faser entstehen, die die richtige Geometrie aufweist, sich gut verteilt und in der Mischung eine gleichbleibende Leistung erbringt. Das ist der Standard, den wir bei der Entwicklung von Ecocretefiber™ Produkte. Als Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. glauben wir, dass eine gute Polypropylenfaserherstellung eine Kombination aus Polymerwissenschaft, Linienkontrolle und echtem Anwendungswissen ist. Das ist es, was Harz zu einem zuverlässigen Verstärkungsmaterial macht.
