BR0011173B1 - aparelho e processo de fiação por fusão para a fiação de filamentos polìmericos contìnuos. - Google Patents

Description

"APARELHO E PROCESSO DE FIAÇÃO POR FUSÃO PARA A FIAÇÃO DEFILAMENTOS POLIMÉRICOS CONTÍNUOS"Referência Anterior

O presente pedido reivindica a prioridade do pedido provisório n°60/129.412, depositado em 15 de abril de 1999, e o incorpora integralmentecomo referência.

Fundamentos da Invenção

A presente invenção refere-se a processos e aparelhos para afiação por fusão de filamentos poliméricos sob alta velocidade, porexemplo mais de 3.500 metros por minuto, para filamentos de poliéster.

A maior parte dos filamentos poliméricos sintéticos, tais comopoliésteres, é fiada por fusão, ou seja, eles são extrusados a partir de umafusão polimérica aquecida. Nos processos atuais, após os fluxosfilamentares fundidos recém-extrusados emergirem da fieira, eles sãoresfriados por um fluxo de gás de resfriamento para acelerar seuendurecimento. Eles podem então ser enrolados para formar umpacote de fio de filamento contínuo ou processados de outra forma,sendo por exemplo recolhidos na forma de feixe de filamentoscontínuos paralelos para processamento, por exemplo como fibrafilamentar contínua, para conversão,ou seja, em fibra básica ou outro tipode processamento.

Sabe-se há muito tempo que filamentos poliméricos, tais comopoliésteres, podem ser preparados diretamente, ou seja, na condição fiada,sem qualquer necessidade de arrastamento, através de fiação em altasvelocidades da ordem de 5 km/min ou mais. Hebeler descreveu isso parapoliésteres na Patente Norte-Americana n° 2.604.667.

Existem essencialmente dois tipos básicos de sistemas deresfriamento em geral com utilização comercial. O resfriamento de fluxocruzado tem sido preferido e utilizado comercialmente. O resfriamento de fluxocruzado envolve o sopro de gás de resfriamento transversalmente e a partir deum dos lados do conjunto filamentar recém extrusado. Muito desse ar, do fluxocruzado, passa através do outro lado e para fora do conjunto de filamentos.

Dependendo de vários fatores, parte do ar pode ser retida pelos filamentos econduzida com eles em direção a um rolo de enrolamento, que é dirigido enormalmente encontra-se na base de cada posição de fiação. O fluxocruzado tem sido geralmente preferido por muitas empresas de engenhariade fibra à medida que aumentaram as velocidades dos rolos de enrolamento(também conhecidas como "velocidades de retirada" e às vezesdenominadas velocidades de fiação), devido à crença de que o "resfriamentode fluxo cruzado" proporciona a melhor maneira de soprar maioresquantidades de gás de resfriamento exigidas pelo aumento da velocidade ouda passagem.

Outro tipo de resfriamento é denominado "resfriamento radial" evem sendo utilizado para a fabricação comercial de alguns filamentospoliméricos, por exemplo,conforme descrito pela Knox, na Patente Norte-Americana n° 4.156.071, e pela Collins et al, nas Patentes Norte-Americanas n°5.250.245 e 5.288.553. Neste tipo de "resfriamento radial", o gás deresfriamento é dirigido para dentro através de um sistema de anteparo deresfriamento que envolve o conjunto filamentar recém extrusado. Esse gás deresfriamento normalmente sai do sistema de resfriamento passando com osfilamentos para fora do aparelho de resfriamento. Embora, para um conjuntocircular de filamentos, a expressão "resfriamento radial" seja apropriada, omesmo sistema pode funcionar de forma essencialmente similar se o conjuntofilamentar não for circular, por exemplo, retangular, oval ou outro, com sistemasde anteparos envolventes de formato correspondente, que dirigem o gás deresfriamento para dentro, em direção ao conjunto filamentar.Na década de 1980, Vassilatos e Sze fizeram aprimoramentossignificativos na fiação sob alta velocidade de filamentos poliméricos edescreveram isto e resultando nos filamentos aprimorados das Patentes Norte-Americanas n° 4.687.610, 4.691.003, 5.141.700 e 5.034.182. Estas patentesdescrevem técnicas de gerenciamento de gás, em que o gás envolvia osfilamentos recém extrusados para controlar sua temperatura e perfis deatenuação. Embora essas patentes descrevam inovações no campo da fiaçãosob alta velocidade, existe o desejo contínuo de aumentar a produtividade defiação através do aumento das velocidades de retirada, mantendo pelo menoscomparáveis ou aprimorando as propriedades do fio.

Descrição Resumida da Invenção

De acordo com estas necessidades, são fornecidos processos eaparelhos para a fiação de filamentos poliméricos.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido umaparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricos contínuos,que compreende:

- uma câmara de entrada de gás do primeiro estágio adaptadapara localizar-se abaixo de uma fieira e uma câmara de entrada de gás dosegundo estágio localizada abaixo da câmara de entrada de gás do primeiroestágio, em que as câmaras de entrada de gás do primeiro e segundo estágiosfornecem gás aos filamentos, para controlar a temperatura dos filamentos; e

- um tubo localizado abaixo da câmara de entrada de gás dosegundo estágio para envolver os filamentos à medida que se resfriam, o tuboinclui uma parede interna que possui uma seção convergente, seguida por umaseção divergente.

De acordo com ainda outro aspecto da presente invenção, éfornecido um aparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentospoliméricos contínuos, que compreende:- um abrigo adaptado para localizar-se abaixo de uma fieira;

- uma câmara do primeiro estágio e uma câmara do segundoestágio, cada qual formada por uma parede interna do abrigo;

- uma entrada de gás do primeiro estágio para o fornecimento degás à câmara do primeiro estágio;

- uma entrada de gás do segundo estágio para o fornecimento degás à câmara do segundo estágio;

- uma parede fixada na parede interna na parte inferior da câmarado primeiro estágio para separar a câmara do primeiro estágio da câmara dosegundo estágio;

- um anteparo de resfriamento em posição central na câmara doprimeiro estágio, em que o aparelho é adaptado de forma que o gáspressurizado seja soprado para dentro a partir da entrada de gás do primeiroestágio através da câmara do primeiro estágio para uma região formada nointerior da parede do anteparo de resfriamento;

- uma parede interna disposta abaixo do anteparo deresfriamento, entre a entrada de gás do primeiro estágio e a entrada de gás dosegundo estágio;

- uma seção convergente do primeiro estágio formada no interiorda parede interna;

- um tubo perfurado disposto abaixo da seção convergente doprimeiro estágio e entre a entrada de gás do primeiro estágio e a entrada degás do segundo estágio, o tubo perfurado esta localizado na parte central dacâmara do segundo estágio;

- uma parede interna localizada abaixo do tubo perfurado;

- um tubo localizado no interior da parede interna, o tubo inclui nasuperfície da parede interior uma seção convergente do segundo estágiolocalizada na câmara de segundo estágio e uma seção divergente localizadana saída da câmara do segundo estágio; e

- opcionalmente, um cone convergente que possui paredesperfuradas localizadas na saída do tubo.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provido umprocesso de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricos contínuos,que compreende a passagem de uma fusão polimérica aquecida em uma fieirapara formar filamentos; o fornecimento de gás aos filamentos é a partir de umacâmara de entrada de gás localizada abaixo da fieira no primeiro estágio; ofornecimento de gás aos filamentos é a partir de uma câmara de entrada degás do segundo estágio; a passagem dos filamentos para um tubo localizadoabaixo das câmaras de entrada de gás, em que o dito tubo compreende umaparede no interior que possui uma primeira seção convergente; e a passagemdos filamentos através do tubo.

De acordo com outra realização da presente invenção, é providoum aparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricoscontínuos, que compreende um tubo para envolver os filamentos; duas ou maiscâmaras de entrada de gás adaptadas para localizar-se abaixo de uma fieira eque fornecem gás aos filamentos, para controlar a temperatura dos filamentos,compreendendo adicionalmente pelo menos um estágio de descarga adaptadopara remoção de ar do aparelho.

De acordo ainda com outro aspecto da presente invenção, éprovido um processo de fiação por fusão para a fiação de filamentospoliméricos contínuos, que compreende:

- passagem de uma fusão polimérica aquecida em uma fieira paraformar filamentos;

- fornecimento de gás aos filamentos a partir de uma câmara deentrada de gás localizada abaixo da fieira no primeiro estágio;

-fornecimento de meios para que o gás seja ventilado a partir depelo menos uma câmara de descarga de gás localizada abaixo do primeiroestágio;

- passagem dos filamentos através de um tubo localizado abaixoda câmara de entrada de gás, em que o dito tubo compreende no interior daparede uma primeira seção convergente que aumenta a velocidade do ar; e

- permissão de que os filamentos saiam do tubo.

Ainda em outra realização da presente invenção, é provido umaparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricos contínuos,que compreende um tubo para envolver os filamentos; uma ou mais entradasde gás adaptadas para localizar-se abaixo de uma fieira, com pelo menos umaentrada incluindo meios de fornecimento de gás aos filamentos acima dapressão atmosférica para controlar a temperatura dos filamentos; e umexaustor a vácuo para remoção do gás.

Em outro aspecto da presente invenção, é provido adicionalmenteum aparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricoscontínuos, que compreende um tubo localizado abaixo da câmara de entradade gás para envolver os filamentos à medida que se resfriam, o tubo inclui nointerior da parede uma seção convergente para aceleração de gás, seguida poruma seção divergente.

Em outra realização da presente invenção, é providoadicionalmente um aparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentospoliméricos contínuos, que compreende:

- um abrigo adaptado para localizar-se abaixo de uma fieira;

- uma câmara de primeiro estágio, uma câmara de segundoestágio e uma câmara de terceiro estágio, cada qual formada por uma paredeinterna do abrigo;

- uma entrada de gás do primeiro estágio para o fornecimento degás à câmara de primeiro estágio;- uma entrada de gás do segundo estágio para o fornecimento oudescarga de gás da ou para a câmara do segundo estágio;

- uma entrada de gás do terceiro estágio para o fornecimento degás à câmara do terceiro estágio; e

- uma seção convergente em pelo menos um dos estágios ouapós o terceiro estágio, para aceleração do gás.

Na realização da presente invenção, é também provido umaparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricos contínuos,que compreende;

- duas ou mais câmaras de entradas de gás adaptadas paralocalizar-se abaixo de uma fieira e que fornecem gás aos filamentos paracontrolar a temperatura dos filamentos;

- pelo menos uma entrada de gás para o fornecimento de gás auma ou mais câmaras de entrada;

- pelo menos uma placa anular perfurada que separa as câmarasde entrada; e

- um tubo para envolver os filamentos à medida que se resfriam, otubo inclui no interior da parede uma seção convergente, opcionalmenteseguida por uma seção divergente.

Em um aspecto da presente invenção, também é provido ummétodo de resfriamento de filamentos de poliéster fiados por fusão, quecompreende o fornecimento de um gás de resfriamento aos filamentos em pelomenos dois estágios, acelerando o gás entre os estágios.

Em outro aspecto da presente invenção, é provido um aparelhode fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricos contínuos, quecompreende um tubo para envolver os filamentos, este tubo inclui uma seçãodivergente com perfurações e uma ou mais entradas de gás.

Em ainda outro aspecto da presente invenção, é provido umaparelho de fiação por fusão para a fiação de filamentos poliméricos contínuos,que compreende um tubo para envolver os filamentos, uma ou mais entradasde gás, meios para introduzir gás superatmosférico em pelo menos umaentrada, e um meio de introdução de ar ambiente em pelo menos uma entrada.

Objetos, funções e vantagens adicionais da presente invençãotornar-se-ão evidentes a partir do relatório descritivo detalhado que se segue.

Descrição Resumida das Figuras

A Figura 1 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde um aparelho comparativo.

A Figura 2 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma realização da presente invenção, conforme utilizada nos Exemplos 1 e 2.

A Figura 3 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma segunda realização da presente invenção.

A Figura 4 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma terceira realização da presente invenção.

A Figura 5 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma quarta realização da presente invenção.

A Figura 6 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma quinta realização da presente invenção.

A Figura 7 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma sexta realização da presente invenção.

A Figura 8 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma sétima realização da presente invenção.

A Figura 9 é uma vista esquemática em elevação da seção parcialde uma oitava realização da presente invenção.

A Figura 10 é uma vista esquemática em elevação da seçãoparcial de uma nona realização da presente invenção.A Figura 11 é uma vista esquemática em elevação da seçãoparcial de uma décima realização da presente invenção.

A Figura 12 é uma vista esquemática em elevação da seçãoparcial de uma décima-primeira realização da presente invenção.

A Figura 13 é uma vista esquemática em elevação da seçãoparcial de uma décima-segunda realização da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção proporciona aparelhos e métodos quepermitem o gerenciamento do ar de resfriamento, de forma que a velocidade defilamento possa ser aumentada, de modo que aumente a produtividade,mantendo ou aprimorando as características do produto. Além disso, osmétodos podem utilizar menos ar que os processos convencionais, de forma areduzir os custos associados com o alto consumo de ar.

O sistema e processo de resfriamento utilizado como controle éum sistema de resfriamento radial convencional e é descrito com referência àFigura 1 dos desenhos. O sistema de resfriamento radial utilizado comocontrole inclui um abrigo cilíndrico (7), que forma uma câmara anular defornecimento de gás de resfriamento (5) que é pressurizada com gás deresfriamento soprado através da entrada de fornecimento de gás (8). A câmaraanular de fornecimento de gás de resfriamento (5) é formada por uma paredede fundo (1), uma parede interna cilíndrica centralizada (10) e um conjunto deanteparo de resfriamento cilíndrico (11) de diâmetro similar, que compreendeuma ou mais partes localizadas no topo da parede interna (10).Preferencialmente, o conjunto de anteparo de resfriamento (11) compreendeum tubo perfurado em volta de um anteparo de malha de fios (não mostrado), oque facilita o fluxo homogêneo e a distribuição do ar. O gás de resfriamentopressurizado (tal como ar, nitrogênio ou outro gás) é fornecido uniformementeatravés do conjunto de anteparo de resfriamento (11) a partir da câmara anular(5) para a região (12) abaixo da fieira (13), onde um conjunto de filamentos (14)extrusados a partir da fieira (13) começa a resfriar-se. A fieira (13) encontra-seem posição central em relação ao abrigo (7) e pode fluir ou ser paralisado apartir da superfície inferior do bloco da bomba (também denominado bloco defiação ou guia de fiação) (22), no qual o abrigo (7) fica em contato. Osfilamentos (14) prosseguem através da região (12) e passam através docilindro tubular de exaustão (15) (também denominado tubo de exaustão) parafora da unidade de resfriamento, para baixo no rolo de enrolamento (4), cujavelocidade de superfície é denominada velocidade de retirada dos filamentos(14).

As seguintes dimensões de controle do resfriador são mostradasnas Figuras 1 e especificadas no Exemplo 1.

A - altura de atraso de resfriamento, é a distância entre a face dafieira e a superfície inferior do bloco da bomba (22).

B- altura do anteparo de resfriamento, é o comprimento verticaldo conjunto do anteparo de resfriamento cilíndrico (11).

C - altura do tubo de exaustão, é a altura do tubo através do qualos filamentos (14) deixam o resfriador após passarem através do conjunto doanteparo de resfriamento (11).

D- diâmetro do anteparo de resfriamento, é o diâmetro interno doconjunto do anteparo de resfriamento.

D1 - diâmetro do tubo de exaustão, é o diâmetro interno do tubode exaustão.

De acordo com a presente invenção, é provido um processo eaparelho de fiação de filamentos poliméricos. De forma geral, o gás éintroduzido no aparelho através de uma ou mais entradas em um ou maisestágios. O gás é combinado á medida que flui para baixo, através dosestágios. O gás é então expelido do aparelho através de uma parede ou tubode saída. Parte do gás pode sair do sistema através de um ou mais estágios deexaustão e o novo gás pode ser adicionado através de entradas de gássubseqüentes. Um exemplo do sistema é exibido na Figura 2. Na Figura 2, éilustrado um sistema de resfriamento de dois estágios de acordo com apresente invenção. O processo da presente invenção será descrito com relaçãoà operação do aparelho, conforme descrito abaixo. Este sistema compreendeelementos similares aos da Figura 1, tais como um abrigo cilíndrico externo(107) adaptado para localizar-se abaixo de uma fieira (113). A fieira (113)encontra-se em posição central em relação ao abrigo (107), em recesso a partirde uma superfície inferior do bloco da bomba (122), conforme exibido na Figura2, no qual fica em contato o abrigo (107).

Entretanto, o processo e o sistema de resfriamento de acordocom a presente invenção são diferentes do controle exibido na Figura 1 pelofato de que, por exemplo, a presente invenção mostrada na Figura 2compreende dois estágios, uma seção convergente (116) para aceleração doar e uma seção divergente e convergente no tubo (119). A câmara do primeiroestágio (105) e a câmara do segundo estágio (106) são formadas na paredeinterna cilíndrica do abrigo (107). A câmara do primeiro estágio (105) éadaptada para localizar-se abaixo da fieira (113) e fornece gás aos filamentos(114) para controlar a temperatura dos filamentos (114). A câmara do segundoestágio (106) é posicionada entre a entrada de gás do primeiro estágio (108) eo tubo (119) localizado abaixo da primeira entrada de fluxo de gás (108) paraenvolver os filamentos à medida que se resfriam. Uma parede anular (102),que é conectada à parede interna cilíndrica (103) na parte inferior da câmarado primeiro estágio (105), separando a câmara do primeiro estágio (105) dacâmara do segundo estágio (106). Entretanto, conforme exibido na Figura 11,no aparelho da presente invenção pode haver uma única entrada de gás quefornece para uma ou mais câmaras. O número de entradas de gás pode sermodificado para permitir flexibilidade no controle do fluxo de gás. Uma entradade gás do primeiro estágio (108) fornece gás à câmara do primeiro estágio(105). De forma similar, uma entrada de gás do segundo estágio (109) fornecegás à câmara do segundo estágio (106). Pode-se utilizar qualquer gás comoresfriamento médio. Preferencialmente o gás de resfriamento é o ar,especialmente para o processamento de poliéster, pois o ar é mais barato quequalquer outro gás, mas pode-se utilizar outro gás, tal como vapor ou um gásinerte, como nitrogênio, se necessário devido à natureza sensível dosfilamentos poliméricos, especialmente quando quentes e recém extrusados. Ogás de resfriamento que flui para cada estágio pode ser reguladoindependentemente através do fornecimento de gás de resfriamentopressurizado através das entradas (108) e (109), respectivamente.

Um conjunto de anteparo de resfriamento cilíndrico (111), comona Figura 1, que compreende uma ou mais partes, preferencialmente um tubocilíndrico perfurado e um tubo de anteparo de fios, encontra-se em posiçãocentral na câmara do primeiro estágio (105). Em todas as realizações dapresente invenção, o "tubo perfurado" é um meio de distribuição do fluxo degás radialmente para um estágio. Pode-se utilizar um anteparo de malha defios, um anteparo eletrogravado ou um conjunto de anteparo que compreendeanteparos de malhas de fios e um tubo perfurado. O gás de resfriamentopressurizado é soprado para dentro a partir da entrada do primeiro estágio(108) através da câmara do primeiro estágio (105) e do conjunto de anteparode resfriamento cilíndrico (111) para uma região (112) formada no interior daparede cilíndrica do conjunto do anteparo de resfriamento cilíndrico (111),abaixo da fieira (113). Um feixe de filamentos fundidos (114), após serextrusado, passa através de orifícios das fieiras (não mostradas), passandoatravés da região (112) onde os filamentos (114) começam a resfriar-se. Aparede interna (103) é disposta abaixo do conjunto de anteparo de resfriamentocilíndrico (111) e entre a entrada de gás do primeiro estágio (108) e a entradade gás do segundo estágio (109). Uma seção convergente do primeiro estágio(116) é formada no interior do abrigo (107) e, mais especificamente, no interiorda parede, na parede interna (103), entre a entrada de gás do primeiro estágio(108) e a entrada de gás do segundo estágio (109). A seção convergente podeser posicionada em qualquer parte do aparelho da presente invenção, de formaa acelerar a velocidade de ar. A seção convergente pode ser movida para cimaou para baixo no tubo, para atingir o gerenciamento desejado de gás. Podehaver uma ou mais dessas seções convergentes. Os filamentos (114)continuam a partir da região (112) para fora do primeiro estágio do sistema deresfriamento, através de uma pequena seção tubular da parede interna (103)antes de passar através da seção convergente (116) do primeiro estágio,juntamente com o gás de resfriamento do primeiro estágio, o qual é aceleradona direção do trajeto do filamento à medida que os filamentos (114) continuama resfriar-se.

O tubo cilíndrico perfurado (117) é disposto abaixo da seçãoconvergente do primeiro estágio (116) e entre a entrada de gás do primeiroestágio (108) e a entrada de gás do segundo estágio (109). O tubo cilíndricoperfurado (117) encontra-se em posição central na câmara do segundo estágio(106). Entretanto, o tubo perfurado pode ser posicionado conforme o desejadopara fornecer o gás desejado para os filamentos. Por exemplo, abaixo daentrada de gás do segundo estágio, uma parede interna cilíndrica (118)encontra-se posicionada abaixo do tubo cilíndrico perfurado (117). É instaladoum segundo fornecimento de gás de resfriamento a partir da entrada defornecimento do segundo estágio (109), forçando-se o gás através do tubocilíndrico perfurado (117). Entre a seção convergente do primeiro e do segundoestágio, (116) e (126), respectivamente, é formado uma seção tubular (125)pelas paredes internas da seção convergente (116) com diâmetro de entrada(D3), diâmetro de saída (D4) e altura (L2). A seção tubular (125) e a seçãoconvergente (116) podem ser formadas como peça única ou formadas comopeças separadas que são conectadas entre si, por exemplo através derosqueamento.

A seção tubular (125) pode ser reta, conforme mostrado na Figura2, ou afilada, conforme mostrado na Figura 4. A razão entre os diâmetros (D2)e (D4) é geralmente de D4/D2 < 0,75 e, preferencialmente, D4/D2 < 0,5.Através da utilização dessa razão, pode-se aumentar a velocidade do ar deresfriamento. O gás de resfriamento do segundo estágio passa através daentrada da seção convergente do segundo estágio, com o diâmetro (D5) criadopela saída da seção tubular (125) da primeira seção convergente (116) e pelaentrada do tubo de fiação (119). A expressão "tubo de fiação" é utilizada paradesignar a parte do aparelho que possui disposição convergente e divergente.Preferencialmente, a última parte do tubo apresenta essa disposição. Aextremidade superior do tubo de fiação (119) encontra-se posicionada nasuperfície interior da parede cilíndrica interna (118).

Uma seção convergente do segundo estágio (126) comcomprimento (L3) e diâmetro de saída (D6) é formada no interior da parede dotubo (119) e seguida por uma seção divergente (127) de comprimento (L4),também formada no interior da parede do tubo (119), que se estende até aextremidade do tubo (119), o qual possui diâmetro de saída (D7). Os filamentos(114) deixam o tubo (119) através do diâmetro de saída (D7) e são tomadospor um rolo (104), cuja velocidade de superfície é denominada velocidade deretirada dos filamentos (114). A velocidade pode ser modificada conforme adesejada. Preferencialmente, o rolo é dirigido em velocidade de superfície demais de 500 m/min,e para poliéster, preferencialmente mais de 3500 m/min. Avelocidade média dos gases combinadas do primeiro e segundo estágioaumenta na direção de trajeto de filamento na seção convergente do segundoestágio (126) e, em seguida, é reduzida à medida que o gás de resfriamentomove-se através da seção divergente (127). O gás de resfriamento do segundoestágio combina-se com o gás de resfriamento do primeiro estágio na seçãoconvergente do segundo estágio (126) para auxiliar no resfriamento dosfilamentos. A temperatura e o fluxo do gás de resfriamento para as entradas(108) e (109) podem ser controlados independentemente.

O anteparo convergente opcional (120), ou cone de difusão, quepossuem paredes perfuradas, podem ser localizados na saída do tubo defiação (119). Permite-se que o gás de resfriamento saia através das paredesperfuradas do cone de difusão (120), o que reduz a velocidade do gás de saídae a turbulência ao longo do trajeto dos filamentos. As outras figurasexemplificam meios alternativos para exaustão do gás de saída, de forma quereduz a turbulência. Os filamentos (114) podem deixar o tubo de fiação (119)através do bocal de saída (123) do anteparo convergente (120) e dali podemser tomados por um rolo (104).

Além das dimensões de altura (A) e (B) definidas anteriormentena Figura 1, um resfriador preferido de acordo com a presente invenção possuias seguintes dimensões:

L1 - comprimento da seção convergente do primeiro estágioL2 - comprimento do tubo do primeiro estágioD2 - diâmetro de entrada da seção convergente do primeiroestágio

L3 - comprimento da seção convergente do segundo estágioD3 - diâmetro de entrada da seção tubular da seção convergentedo primeiro estágio

D4 - diâmetro de saída da seção tubular da seção convergente doprimeiro estágio

L4 - comprimento da seção divergente do segundo estágioD5 - diâmetro de entrada da seção convergente do segundoestágio

D6 - diâmetro de saída da seção convergente do segundo estágio

D7 - diâmetro de saída da seção divergente do segundo estágio

L5 - comprimento do anteparo convergente opcional

Embora o aparelho ilustrado na Figura 2 seja um aparelho de doisestágios, o anteparo convergente opcional (120) localizada na saída do tubo(119) é aplicável a um aparelho de estágio único, bem como a qualqueraparelho de múltiplos estágios. Além disso, as seções convergentes (116) e(126), mostradas na Figura 2 antes da saída do tubo (119), bem como adisposição convergente (126)/divergente (127) no interior do tubo (119), podemser aplicáveis a qualquer dispositivo de múltiplos estágios, ou a um dispositivode estágio único. A presente invenção não é limitada a dispositivos de doisestágios. Pode-se introduzir gás nas entradas (108) e (109)independentemente, sob pressão atmosférica ou pressão superior. Além disso,o gás pode ser forçado para a entrada de gás (109) acima da pressãoatmosférica, o que permite que o gás seja sugado pela entrada (108). Gasesidênticos ou diferentes podem ser adicionados nas entradas (108) e (109).

O atraso (A) na Figura 2 pode ser um atraso aquecido ou nãoaquecido. Utiliza-se um atraso aquecido (muitas vezes denominadotemperador). O comprimento e a temperatura do atraso podem variar, de formaa fornecer a velocidade desejada de resfriamento dos filamentos.

Em todas as realizações da presente invenção, qualquer tipodesejado de enrolamento poderá ser utilizado adicionalmente ou no lugar dorolo (204). Por exemplo, pode-se utilizar um sistema de enrolamento de trêsrolos para fios de filamentos contínuos, conforme demonstrado pela Knox naPatente Norte-Americana n° 4.156.071, com entrelaçamento conforme alimostrado ou, por exemplo, o chamado sistema menos-ondulado, em que o fioé entrelaçado e, em seguida, enrolado na forma de pacote sobre o primeiro rolodirigido (204), conforme mostrado na Figura 3 ou, por exemplo, os filamentosque não são entrelaçados nem enrolados podem passar na forma de um feixede filamentos paralelos contínuos para processamento da fibra, geralmentediversos desses feixes são combinados para o processamento da fibra.

Com referência à Figura 3, é ilustrado um sistema de resfriamentode três estágios de acordo com a presente invenção. Nas figuras, as setassimples indicam a direção do fluxo de gás. Como no sistema de resfriamentode dois estágios mostrado na Figura 2, o sistema compreende um abrigocilíndrico externo (207) adaptado para localizar-se abaixo de uma fieira (213) eum conjunto de anteparo de resfriamento cilíndrico (211) que geralmentecompreende uma ou mais partes. A câmara do primeiro estágio (205) e acâmara do segundo estágio (206) são formadas na parede cilíndrica interna doabrigo.

A câmara do primeiro estágio (205) é adaptada para localizar-seabaixo da fieira (213) e fornece gás para os filamentos (214), a fim de controlara temperatura dos filamentos (214). A câmara do segundo estágio (206) éposicionada abaixo da câmara do primeiro estágio (205). O sistema demúltiplos estágios da Figura 3 compreende adicionalmente uma câmara doterceiro estágio (230) posicionada abaixo da câmara do segundo estágio (206)formada na parede cilíndrica interna do abrigo.

Como na Figura 2, a parede anular (202), que é fixada à paredecilíndrica interna (203) na parte inferior da câmara do primeiro estágio (205),separando a câmara do primeiro estágio (205) da câmara do segundo estágio(206). Além disso, na Figura 3, uma segunda parede anular (232) é fixada auma segunda parede interna cilíndrica (233) na parte inferior da câmara dosegundo estágio (230) separando a câmara do segundo estágio (206) dacâmara do terceiro estágio (230).A entrada de gás do primeiro estágio (208) fornece gás à câmarado primeiro estágio (205), a entrada de gás do segundo estágio (209) fornecegás à câmara do segundo estágio (206) e a entrada de gás do terceiro estágio(231) fornece gás à câmara do terceiro estágio (230). Um tubo cilíndricoperfurado (217) é disposto abaixo da seção convergente do primeiro estágio(216) na câmara do segundo estágio (206). Outro tubo cilíndrico perfurado(248) é disposto entre uma seção convergente do segundo estágio (235) e umaseção convergente do terceiro estágio (236). O fluxo de gás de resfriamentopara cada estágio pode ser regulado independentemente, pelo fornecimento degás de resfriamento pressurizado através dessas entradas.

Na Figura 3, uma seção convergente do primeiro estágio (216)com convergência contínua é formada entre a entrada de gás do primeiroestágio (208) e a entrada de gás do terceiro estágio (231). A seçãoconvergente do segundo estágio (235) com um tubo reto na saída da seçãoconvergente é formada entre a entrada de gás do segundo estágio (209) e aparede inferior (201). Um tubo (219), que compreende uma seção convergente(236) e, em seguida, uma seção divergente (227), estende-se a partir daentrada do terceiro estágio (231). A extremidade superior do tubo (219)encontra-se posicionada no interior da superfície da parede cilíndrica interna(218). Uma seção convergente do terceiro estágio (236) de comprimento (L6)que possui um diâmetro de entrada (D5') e diâmetro de saída (D6') é formadano interior da parede do tubo (219) e é seguida por uma seção divergente (22)de comprimento (L7), também formada no interior da parede do tubo (219), quese estende até a extremidade do tubo (219). Como na realização mostrada naFigura 2, os filamentos (214) deixam o tubo (219) através do bocal de saída(223) e são tomados pelo rolo (204). Um anteparo convergente opcional ou umcone difusor de exaustão perfurado (220), conforme descrito acima, também émostrado na Figura 3.Todas as realizações do aparelho da presente invenção podemtambém incluir um aplicador de acabamento (238) e um jato de entrelaçamento(239), conforme mostrado na Figura 3. Os filamentos (214), após deixarem ossistemas de resfriamento, prosseguem até o rolo (204). O rolo (204) puxa osfilamentos (214) em seu trajeto a partir da cabeça da fieira, de forma que suavelocidade no rolo (204) seja a mesma velocidade da superfície do rolo (204),sendo esta velocidade conhecida como velocidade de retirada. Como éconvencional, pode-se aplicar acabamento aos filamentos sólidos (214) atravésdo aplicador de acabamento (238) antes que atinjam o rolo (204).

A presente invenção aplica-se a processos de fios de filamentosde fio parcialmente orientado (ΡΟΥ), fio altamente orientado (HOY) e fiototalmente depositado (FDY). Em processos de POY e HOY, os fios defilamentos são enrolados essencialmente com a mesma velocidade de retirada.No processo de FDY, os fios são depositados mecanicamente após a retirada eenrolados a cerca de X vezes a velocidade de retirada, em que X é a razão dedeposição.

A utilização de três estágios, como na Figura 3, pode servantajosa por permitir melhor controle do gás e maior flexibilidade noresfriamento.

A Figura. 4 mostra um sistema de resfriamento em múltiplosestágios de acordo com a presente invenção. O sistema da Figura. 4 é similarao da Figura. 2, mas adicionalmente inclui dois estágios de exaustão. Osistema de resfriamento de múltiplos estágios da Figura. 4, como o sistema deresfriamento de três estágios da Figura 3, compreende um abrigo cilíndricoexterno (307) adaptado para localizar-se abaixo de uma fieira (313) que possuitrês estágios, (305), (306) e (330), similares aos três estágios (205), (206) e(230), mostrados na Figura 3. Entretanto, o sistema de resfriamento modificadoda Figura 4 é diferente do da Figura 3, pelo fato de que o segundo estágio(306) é utilizado como primeiro estágio de exaustão (309), no lugar da entradade gás do segundo estágio (209), conforme mostrado na Figura 3. O sistemade resfriamento da Figura 4 compreende adicionalmente uma câmara doquarto estágio (341), que abriga um segundo estágio de exaustão (342). Acâmara do quarto estágio (341) está posicionada abaixo da câmara do terceiroestágio (330) e é similar ao segundo estágio (306). Enquanto a Figura 4descreve uma disposição específica de entradas e exaustores, a localização eo número de estágios de entrada e de exaustores podem variar para permitir ocontrole desejado do gás de resfriamento,

Pode-se introduzir gás no sistema de qualquer maneira desejada.

Geralmente, a primeira entrada de gás (308) fornece gás à câmara do primeiroestágio (305) e a segunda entrada de gás (331) fornece gás ã câmara doterceiro estágio (330). A câmara do primeiro estágio compreendeadicionalmente um conjunto de anteparo de resfriamento cilíndrico (311) quecontém uma ou mais partes. O primeiro estágio de exaustão (309) e o segundoestágio de exaustão (342) proporcionam exaustão do sistema da câmara dosegundo estágio (306) e da câmara do quarto estágio (341), respectivamente.

Um tubo cilíndrico perfurado (317) encontra-se disposto abaixo da primeiraseção convergente (316) e abaixo da primeira entrada de gás (308), nosegundo estágio (306). Outro tubo cilíndrico perfurado (348) encontra-sedisposto entre a segunda seção convergente (335) que possui extremidadeafilada (350) e a terceira seção convergente (340). Um terceiro tubo cilíndricoperfurado (349) encontra-se disposto entre a terceira seção convergente (340)e o tubo (319). O gás de resfriamento que flui para cada câmara do sistema daFigura 4 pode também ser regulado independentemente pelo fornecimento degás de resfriamento pressurizado através das entradas.

O gás pode ser retirado do sistema de qualquer maneiradesejada. Geralmente, utiliza-se vácuo ou pressão natural/atmosférica. Porexemplo, a exaustor pode simplesmente liberar gás para a atmosfera sobpressão atmosférica, ou pode remover gás através da utilização de vácuo. Oexaustor remove o ar quente que é utilizado para controlar o resfriamento daquantidade de filamentos.

A Figura 4 poderá incluir opcionalmente uma seção divergente econvergente, por exemplo, no último estágio, como na Figura 2. A extremidadesuperior do tubo (319) encontra-se posicionada na superfície interior da paredeinterna cilíndrica (318). O tubo (319) pode ser alternativamente um tubo retocomo o tubo de exaustão mostrado na Figura 1. Como na realização mostradana Figura 2, os filamentos (314) deixam o tubo (319) e são tomados pelo rolo(304) de qualquer maneira desejada.

Pode-se introduzir gás no sistema através das entradas de gás(308) e (331) por qualquer meio, podendo ser atmosférico ou pressurizado. Ofornecimento e a exaustão podem ser dispostos conforme desejado, porexemplo, de forma alternada. Em uma realização, o ar de resfriamento novo éprovido através da entrada (308). A câmara do segundo estágio (306) é entãoutilizada para remoção de uma parte do ar quente da câmara do primeiroestágio (305). A quantidade de ar quente que é removida pode ser controladaativamente através da pressão do primeiro estágio de exaustão (309) e/ou peladeterminação adequada do tamanho da área de fluxo do tubo cilíndricoperfurado (317) no interior da câmara do segundo estágio (306) (com relação àárea de fluxo na saída da segunda seção convergente (335)). Após a remoçãode uma parte do ar quente da câmara do segundo estágio (306), mais ar novode resfriamento é fornecido na câmara do terceiro estágio (330), conforme onecessário.

Na câmara do quarto estágio (341), uma parte do ar quente énovamente removida de maneira similar à da câmara do segundo estágio(306). Isso é feito principalmente para aumentar a uniformidade/estabilidade dalinha de costura através da redução do fluxo total de ar de resfriamento nadireção do trajeto da linha de costura, o que reduz a alta turbulência e o jato emlarga escala na saída do resfriamento.

A Figura 5 exibe outra realização da Figura 3, com elementossimilares aos da Figura 3 designados pela mesma série (200) de números dereferência e com elementos não encontrados na Figura 3 sendo designadospor novos números de referência da série (400). O sistema de múltiplosestágios, mostrado na Figura 5, é provido de exaustor (409) para a câmara dosegundo estágio (406). O sistema da Figura 5, como o sistema de três estágiosda Figura 3, compreende duas seções convergentes, (416) e (435), um tuboconvergente e depois divergente (419) e um anteparo convergente opcional(420) na saída. A primeira entrada de gás (408) fornece gás à câmara doprimeiro estágio (405). A segunda entrada de gás (209) é substituída por umestágio de exaustão (409), que remove gás da câmara do segundo estágio(406). Uma câmara do terceiro estágio (430) compreende uma segundaentrada de gás (431) que fornece gás à câmara do terceiro estágio (430). Ogás de resfriamento que flui para dentro e para fora de cada estágio pode serregulado independentemente, pelo fornecimento de gás de resfriamentoatravés dessas entradas.

O exaustor (409) pode ser similar ao exaustor da Figura 4.Novamente, como em todas as figuras, a localização da seção divergente podevariar para gerar a velocidade desejada do gás. Além disso, uma seçãoconvergente não é necessária na Figura 5, de forma que o tubo pode ser umtubo reto.

De forma similar à realização discutida na Figura 3, pode-seintroduzir gás no sistema através das entradas de gás (408) e (431) porqualquer meio, podendo ser atmosférico ou pressurizado. O fornecimento e aexaustão podem também ser alternados. Em uma realização da presenteinvenção, o novo ar de resfriamento é fornecido normalmente. A câmara dosegundo estágio (406) é então utilizada para remover uma parte do ar quenteda câmara do primeiro estágio (405). A quantidade de ar quente que estasendo removida pode ser controlada ativamente pela pressão do primeiroestágio de exaustão (409) e/ou pela definição adequada do tamanho da áreade fluxo do tubo cilíndrico perfurado (217) no interior da câmara do segundoestágio (406) (com relação à área de fluxo na saída da segunda seçãoconvergente (435)). Após a remoção de uma parte do ar quente da câmara dosegundo estágio (406), mais ar novo de resfriamento é fornecido na câmara doterceiro estágio (430), conforme o necessário.

Deverá ser evidente para os técnicos no assunto que variaçõesda presente invenção podem ser realizadas sem abandonar o escopo dapresente invenção. Por exemplo, na Figura 6 é ilustrada uma dessas variaçõesdo aparelho da Figura 2, em que os elementos similares aos da Figura 2 sãodesignados pelos mesmos números de referência da série (100) e em que oselementos não encontrados na Figura 2 são designados por novos números dereferência da série (500). Na Figura 6, é aplicado um nível apropriado de vácuosobre o lado externo do anteparo convergente opcional (120) através de umacaixa a vácuo (521). Esse vácuo facilita adicionalmente a saída lateral do gás,de forma a minimizar a velocidade de saída do gás e a turbulência associadado gás na direção da linha de fiação. A caixa a vácuo (521) pode compreenderopcionalmente uma placa perfurada opcional (não exibida) posicionada nasaída do anteparo convergente (120), em local próximo a uma saída de sucção(547) ou vácuo. As perfurações permitem que o gás saia em silêncio.

A Figura 7 ilustra uma variação adicional do aparelho da Figura 2,com elementos similares aos da Figura 2 designados pelos mesmos númerosde referência da série (100) e com elementos não encontrados na Figura 2designados por novos números de referência da série (600). Nesta realização,o anteparo convergente opcional (120) é substituído por um tubo de paredereta (645), o qual é perfurado de forma a permitir que o gás lateral saia atravésde uma caixa a vácuo (621).

As Figuras 8 e 9 ilustram outras realizações da presenteinvenção. Novamente, nessas Figuras, elementos similares aos da Figura 2são designados pelos mesmos números de referência da série (100), mas comnovos números de referência da série (700). A Figura 8 mostra um sistema deresfriamento de dois estágios que possui uma seção convergente do primeiroestágio (116), uma seção convergente do segundo estágio (126) e uma peçadivergente curvada (727) que facilita o movimento suave do gás que sai por(D6) sem mudança brusca de direção. O tubo de parede reta de diâmetro (D8),que é preferencialmente pelo menos duas vezes maior que (D6), permite oequilíbrio do fluxo de gás fluindo para baixo saindo silenciosamente. Tambémpode ser fornecida um anteparo convergente opcional (120) que possui umbocal de saída (123), em que o fluxo de gás fluiria para baixo, através doanteparo convergente opcional (120) e do bocal de saída (123). Na Figura 9, oaparelho é o mesmo da Figura 8, com exceção do anteparo convergenteopcional (120), que é removido e substituído por um tubo perfurado (720),como na Figura 7.

As configurações das Figuras 6 a 9 possuem efeitos análogos aoda configuração da Figura 2, ou seja, elas facilitam adicionalmente a saídalateral do gás, de forma a minimizar a velocidade de saída do gás e aturbulência associada ao gás na direção da linha de fiação. Os conceitosmostrados nas Figuras 6 a 9 aplicam-se igualmente bem a aparelhos deresfriamento, com uma ou mais entradas de gás, e opcionalmente um ou maisexaustores.

A Figura 10 ilustra uma variação adicional do aparelho da Figura2, com elementos similares aos da Figura 2 designados pelos mesmosnúmeros de referência da série (100) e com elementos não encontrados naFigura 2 designados por novos números de referência da série (800). Apresente invenção, mostrada na Figura 10, compreende dois estágios, umaseção convergente afilada (816) para a aceleração do ar e uma seçãoconvergente e divergente no tubo (819). Toda ou uma parte da seçãodivergente (827) é perfurada, de forma a permitir que uma parte do gás sejaexpulso, enquanto são expandidos e atingindo ao mesmo tempo os efeitossimilares aos exibidos nas Figuras 6 a 9.

A Figura 11 ilustra uma variação adicional do aparelho da Figura2, com elementos similares aos da Figura 2 sendo designados pelos mesmosnúmeros de referência da série (100) e com elementos não encontrados naFigura 2 designados por novos números de referência da série (900). A Figura11 mostra um aparelho de dois estágios com entrada única de acordo com apresente invenção. O aparelho de dois estágios e entrada única é similar ao daFigura 2, mas apresenta uma única entrada de gás. A câmara do primeiroestágio (105) e a câmara do segundo estágio (106) são formadas na paredecilíndrica interna do abrigo (107). A câmara do primeiro estágio (105) éadaptada para localizar-se abaixo de uma fieira (113). A câmara do segundoestágio (106) é posicionada entre a câmara do primeiro estágio (105) e o tubo(119). Uma parede anular perfurada (902), na qual é fixada à parede cilíndricainterna (103) na parte inferior da câmara do primeiro estágio (105), separandoa câmara do primeiro estágio (105) da câmara do segundo estágio (106). O gásfornecido através de uma entrada de gás do segundo estágio (109) fornece gásà câmara do segundo estágio (106) que flui através da parede anular perfurada(902) para a câmara do primeiro estágio (105). Desta forma, o gás fornecidoatravés da entrada de gás do segundo estágio fornece gás aos filamentos nascâmaras do primeiro e segundo estágios.

A Figura 12 ilustra uma variação dos aparelhos da Figura 3 e daFigura 4, com os elementos similares das Figura 3 e Figura 4 designados pelosmesmos números de referência da série (200) e (300) e os elementos nãoencontrados na Figura 3 e Figura 4 serão designados por novos números dereferência da série (1100). A Figura 12 mostra um aparelho de quatro estágiosde acordo com a presente invenção. O primeiro estágio (1105) é aberto para aatmosfera. A aceleração do ar na câmara do segundo estágio (1106), que atuacomo aspirador, induz o fluxo de gás para e através do primeiro estágio (1105).

O fornecimento de gás na entrada de gás do segundo estágio (1108) ésuperatmosférico. Elevada aceleração na velocidade de ar na primeira seçãoconvergente (1116) que atua como aspirador, sugando o gás ambiente(atmosférico) do primeiro estágio (1105). É provido um exaustor (1109) para acâmara do terceiro estágio (1130). Assim, a câmara do terceiro estágio (1130)é utilizada para remover uma parte do ar quente das câmaras do primeiro e dosegundo estágios (1105) e (1106). A quantidade de ar quente esta sendoremovido pode ser controlada ativamente através da pressão no estágio deexaustão (1109) e/ou através de definição apropriada do tamanho da área defluxo do conjunto do anteparo de resfriamento cilíndrico (1111) e/ou tuboperfurado (1117). O gás é adicionalmente introduzido para o sistema atravésda entrada de gás (1131) na câmara do quarto estágio (1141), sob pressãoatmosférica ou superatmosférica.

A Figura 13 ilustra uma variação adicional do aparelho da Figura4, com elementos similares aos da Figura 4 designados pelos mesmosnúmeros de referência da série (300) e os elementos não encontrados naFigura 4 são designados por novos números de referência da série (1200). Apresente invenção, conforme mostrado na Figura 13, compreende um tubo(1219) que possui uma seção convergente (1236) e uma seção reta (1227) nasaída de resfriamento. O diâmetro e o comprimento da seção reta (1227) dotubo podem possuir tamanho adequado para proporcionar contrapressão idealpara o controle da quantidade de ar que será removida na câmara do quartoestágio (341). De forma similar, a seção convergente (1236) pode possuirtamanho adequado para proporcionar reforço e estabilidade para o ar envolveros filamentos.

Na Figura 13, uma parede anular (302), que é fixada à paredecilíndrica interna (303) na parte inferior da câmara do primeiro estágio (305),separando a câmara do primeiro estágio (305) da câmara do segundo estágio(306). Uma primeira seção convergente (1216) que apresenta convergênciaafilada ou contínua na saída da seção convergente que é formada entre oprimeiro estágio de exaustão (309) e a parede anular (343). Outra paredeanular (332), fixada à parede cilíndrica interna (333) na parte inferior da câmarado segundo estágio (306), separando a câmara do segundo estágio (306) dacâmara do terceiro estágio (330). Uma segunda seção convergente (1235) éformada entre a segunda entrada de gás (331) e a parede inferior (301). Umaterceira parede anular (343), que é fixada à parede cilíndrica interna (344) naparte inferior da câmara do terceiro estágio (330), separando a câmara doterceiro estágio (330) da câmara do quarto estágio (341).

Os conceitos mostrados nas Figuras 6 a 13 são igualmente bemaplicados em aparelhos de resfriamento de um ou mais estágios, com uma oumais entradas de gás, e opcionalmente um ou mais exaustores. O de estágioúnico pode incluir uma ou mais entradas de gás ou um ou mais exaustores degás, ou uma combinação de pelo menos um exaustor e pelo menos umaentrada. Além disso, a presente invenção não se limita à geometria circular ecilíndrica. Por exemplo, o anteparo de resfriamento, o tubo perfurado e asseções de convergência e divergência podem ser retangulares ou ovais emseção cruzada, caso o conjunto de fieira (filamentos) possua seção cruzadaretangular ou de formato irregular.

A presente invenção não se limita a um sistema de resfriamentoque envolve um conjunto circular de filamentos, mas pode ser aplicado maisamplamente, por exemplo, em outros sistemas de resfriamento apropriadosque introduzem o gás de resfriamento em um conjunto apropriadamenteconfigurado de filamentos fundidos recém extrusados em uma região abaixo deuma fieira.

O presente relatório descritivo fornece detalhes da preparação defilamentos de poliéster. Entretanto, a presente invenção não se restringe afilamentos de poliéster, podendo ser aplicada a outros polímeros fiáveis porfusão, que incluem poliolefinas, tais como polipropileno e polietileno. Ospolímeros incluem copolímeros, polímeros misturados, misturas e polímeros decadeia ramificado, apenas para citar alguns exemplos. Também o termo"filamento" é utilizado de forma genérica, sem excluir, necessariamente, fibrascortadas (freqüentemente denominadas como feixe), embora polímerossintéticos sejam geralmente preparados inicialmente na forma de filamentospoliméricos contínuos, à medida que são fiados por fusão (extrusados). Avelocidade dos filamentos dependerá do polímero utilizado. Mas o aparelho dapresente invenção pode ser utilizado em velocidades mais altas que ossistemas convencionais.

Exemplos

A presente invenção será agora exemplificada pelos seguintesexemplos não limitadores. O sistema de resfriamento radial convencional daFigura 1 é utilizado como controle de resfriamento radial, denominado a seguircomo "Controle RQ A". As fibras produzidas nos exemplos foramcaracterizadas pela medição de certas propriedades.

A maior parte das propriedades das fibras são propriedadesconvencionais de tensão e contração, medidas convencionalmente, conformedescrito nas Patentes Norte-Americanas N- 4.687.610, 4.691.003, 5.141.700,5.034.182 e 5.824.248.A dilatação denier (DS) é uma medida da irregularidade de um fioao longo das extremidades através do cálculo da variação de massa medidaem intervalos regulares ao longo do fio. A variabilidade de denier é medida pelacondução do fio através de uma ranhura do capacitor, o qual responde àmassa instantânea na ranhura. A amostra de teste é dividida eletronicamenteem oito subseções de 30 m com medições a cada 0,5 m. É calculada a médiadas diferenças entre as medições das massas máxima e mínima em cada umadas oito subseções. A dilatação denier é registrada como percentual dessadiferença média dividida pela massa média ao longo de todos os 240 m do fio.

O teste pode ser conduzido em um instrumento ACW 400/DVA (Peso e Corteautomático/Acessório de Variação de Denier), disponível através da LenzingTechnik, Lenzing, Áustria, A-4860.

A Tensão de Deposição (DT), em gramas, foi medida na razão de1,7 vezes da deposição e a temperatura do aquecedor de 180 0C. A tensão dedeposição é utilizada como medida de orientação. A tensão de deposição podeser medida em um Instrumento de Tensão de Deposição DTI 400, tambémdisponível através da Lenzing Technik.

A tenacidade (Ten) é medida em gramas por alongamento (E)1 empercentual. Eles são medidos de acordo com ASTM D2256, utilizando umaamostra de comprimento medido de 25,4 cm em umidade relativa de 65% e 21°C, na razão de alongamento de 60% por minuto.

CFM foi medido em polegadas de água.

Um Aparelho de Teste Uster 3 Modelo C, fabricado pela ZellwegerUster AG, CH-8610, Uster, A Suíça utilizava para medir a irregularidade demassa do fio de teste e de controle em U%(N). O número percentual indica odesvio na quantidade de massa da massa média da amostra testada e é forteindicador da uniformidade total do material. O teste foi realizado de acordo como Método ASTM D 1425. Todos os fios testados foram conduzidos a 183 m/minpor 2,5 minutos. A unidade de entrelaçamento Rotofil do aparelho de teste foiajustada para proporcionar entrelaçamento S nos fios e sua pressão foiajustada para obter o U% ideal. Para POYs 127-34, 170-34 e 115-100, apressão foi de 1,0 bar e POY 265-34 utilizou 1,5 bar. Também se utilizoupressão de 1,0 bar para o teste dos produtos HOY 100-34.

Exemplo 1

Um fio de poliéster de filamento de 127 denier, seção cruzadaredonda 34 (127-34), foi fiado a partir de politereftalato e de polietileno, atravésda utilização de um sistema de resfriamento, conforme descrito anteriormente eilustrado na Figura 2, que contém os parâmetros primários de aparelhorelacionados na Tabela 1 abaixo, para produzir fio cujas propriedades tambémsão fornecidas na Tabela 1. O ar de resfriamento do primeiro estágio éfornecido (50 CFM, 23 l/seg) através de um conjunto de anteparo deresfriamento (111), que possui diâmetro interno (D), abaixo do qual encontra-sea seção convergente do primeiro estágio com diâmetro de entrada (D2) e altura(L1). Uma seção tubular (125) formada pelas paredes internas da seçãoconvergente (116) possui diâmetro de entrada (D3), diâmetro de saída (D4) ecomprimento (L2). Uma fonte secundária e independente de ar de resfriamento(44 CFM, 20,5 l/seg) é fornecida através do tubo cilíndrico perfurado (117) ecombina-se com o fornecimento de ar do primeiro estágio na entrada (diâmetro(D5)) da seção convergente do segundo estágio (126). A seção convergente dosegundo estágio (126) possui diâmetro de saída (D6), comprimento deconvergência (L3) e é posicionada na entrada do tubo de fiação (119). A parteinferior do tubo de fiação (119) diverge para o diâmetro (D7) ao longo docomprimento (L4) e é equipada com um cone difusor de exaustão perfurado(120) de altura (L5). Para todos os exemplos e controles, quando aplicável, ocomprimento do tubo perfurado do segundo estágio (117) é de 47,6 mm. Oaparelho de acordo com a presente invenção do Exemplo 1 será definido aseguir como "Realização A". O fio fiado com a Realização A apresentouvelocidade de retirada de 3900 m/min.

Para fins de comparação, também foi fiado um fio de controle apartir do mesmo polímero, utilizando-se o sistema de resfriamento descritoanteriormente e ilustrado com referência à Figura 1, com o processo relevantee as propriedades do fio resultantes sendo também mostradas paracomparação na Tabela 1. A configuração do processo de controle do fio é de"resfriamento radial" convencional, em que o ar de resfriamento sai doresfriador através de um tubo de exaustão (15), cujo diâmetro é similar aodiâmetro do conjunto de anteparo de resfriamento (11), através do qual éfornecido ar de resfriamento. O resfriador foi alimentado com 42 CFM (19,5l/seg) de ar de resfriamento e a velocidade de retirada do fio foi de 3100 m/min.

Este exemplo demonstra que a velocidade do filamento pode seraumentada no aparelho da presente invenção, obtendo-se fio de propriedadescomparavelmente superiores, conforme refletido pelo valor aproximado dadilatação denier. Este exemplo também demonstra uma característicaimportante da presente invenção de fiação pneumática, por exemplo, que sepode fiar sob velocidades (e produtividades) mais altas, produzindo produtoidêntico ou melhor. Caso se tentasse operar sob velocidades mais altas, taiscomo 3400 m/min e acima, sem o benefício da fiação pneumática, o produtoseria diferente e, portanto, inaceitável. A tensão de deposição poderia ser alta ea %Eb, baixo. Por exemplo, no Exemplo 1, teria sido conduzido um teste decontrole (não pneumático) a 3900 m/min, a tensão de deposição provavelmenteteria sido 140 gramas (vide coluna 8, linhas 19-22 da Patente Norte-Americanan° 5.824.248). Para POYs de poliéster, a tensão de deposição praticamentecaracteriza o fio. Caso as tensões de deposição das duas amostras sejamidênticas, a %Eb, a tenacidade e outras propriedades serão aproximadamenteos mesmos.<table>table see original document page 33</column></row><table><table>table see original document page 34</column></row><table>Exemplo 2

Um segundo fio de poliéster 127-34 foi fiado através da utilizaçãodo mesmo sistema de resfriamento do Exemplo 1, com exceção do tubo retocom diâmetro de entrada (D3) e diâmetro de saída (D4) localizado entre oscones convergentes do primeiro e do segundo estágios, que é afilado. Odiâmetro de entrada (D3) é de 2,54 cm, como no Exemplo 1, mas a seção afila-se até um diâmetro de saída (D4) de 1,9 cm, o que acelera o gás deresfriamento do primeiro estágio através da seção convergente até avelocidade mais alta que no caso da seção ser reta. O aparelho modificado doExemplo 1 descrito acima será designado a seguir como "Realização B". NoExemplo 2, o primeiro estágio recebeu 33 CFM (15,4 l/seg) de ar deresfriamento, enquanto o fornecimento de ar no segundo estágio foi de 35 CFM(16,3 l/seg). A velocidade média do ar na saída do tubo do primeiro estágio(125) para o Exemplo 2 foi 17% mais alta que a no Exemplo 1 (3225 contra2755 m/min). O tubo afilado permite redução aproximada de 30% daquantidade total de consumo de ar de resfriamento (68 CFM (31,7 l/seg) contra94 CFM (43,8 I seg) para o fornecimento de ar no primeiro e no segundoestágios) necessário para o processo de fiação, mas ainda proporcionacomparável velocidades de retirada (cerca de 3900 m/min) ou produtividadeque até aumenta, o que é mais importante, a uniformidade do fio ao reduzir adilatação denier, ou seja, 0,65 contra 1,1%.<table>table see original document page 36</column></row><table><table>table see original document page 37</column></row><table>Exemplo 3

Este exemplo demonstra que outros tipos de produtos podem serfiados e resfriados através da utilização do aparelho da presente invenção. Porexemplo, fios de qualquer denier desejado podem ser produzidos emvelocidades maiores que os sistemas convencionais, pelo controle do sistemade resfriamento de ar de acordo com a presente invenção. Os controles paraessas conduções também incluem um sistema de resfriamento de fluxocruzado BARMAG disponível comercialmente (Controle XFQ) e um segundocontrole de resfriamento radial, Controlador RQ Β. O sistema de resfriamentode fluxo cruzado convencional forneceu 1278 CFM (603 litros/seg) por seislinhas de cordões, através de um anteparo de difusão com comprimento de119,9 cm, largura de 83,1 cm e área seccional cruzada de 9955 cm2. OControlador RQ B é um difusor de resfriamento radial comercial, cuja geometriaé mostrada na Figura 1, com exceção de que D = 7,6 cm, D1 = 7 cm e C = 19,8cm.

Os resultados atingidos são mostrados na Tabela 3. Para todasas realizações da presente invenção e controles, onde aplicável, ocomprimento do tubo perfurado do segundo estágio (117) é de 47,6 mm. Paratodas as conduções, exceto para a Condução 3, o Atraso de Resfriamento foide 82,5 mm.

Seis tipos diferentes de fios de poliéster foram fiados através dautilização de um aparelho de acordo com a Figura 2. A primeira condução foium fio parcialmente orientado (POY) de poliéster 127-34 ou 3,7 dpf de baixodenier, que foi fiado utilizando um controlador XFQ a 3035 m/min, ControladorRQ A a 3100 m/min, na Realização A a 3940 m/min, na Realização B a 3900m/min e na Realização B com temperador a 4500 m/min.

Outras dimensões e parâmetros foram os seguintes:

Temperatura de controle do bloco de fiação= 293 °CTemperatura do bloco de fiação da invenção = 297 0CFluxo de ar de resfriamento no primeiro estágioControlador RQ A = 42,0 CFMRealização A = 44,0 CFMRealização B = 33,0 CFM

Fluxo de ar de resfriamento no segundo estágio = 35,0 CFM,onde aplicável.

A Realização A, comparado com o controle de resfriamento radial,demonstra que a presente invenção proporciona produtos similares comvelocidade de fiação 27% mais alta.

A Realização A contra a Realização B compara os resultadospara uma seção de cone afilado (diâmetro de tubo de 19 a 25,4 mm) emcomparação com uma seção de cone reto (diâmetro do tubo de 25,4 mm). Osresultados indicam que a saída de cone afilado pode proporcionar melhoruniformidade (%DS, U% (N)), sendo obtido com a utilização de menos ar. Avelocidade de fiação foi aproximadamente a mesma.

A Realização B, utilizando um temperador em conjunto com osistema de resfriamento similar à Realização B, também foi mostrada nestacondução. Utilizou-se um temperador (200 0C, comprimento de têmpera de 100mm), em combinação com um aparelho menor que possui diâmetro de saídade cone do primeiro estágio (1S) (tubo reto com diâmetro de 15,2 mm emcomparação com diâmetro de 25,4/19 mm para a Realização B), fluxo de armuito mais baixo no primeiro estágio (19 CFM em comparação com 33 para aRealização B) e temperatura de polímero mais baixa (290 em comparação com297 para a Realização Β). A velocidade de fiação aumentou de 3900 m/minpara 4500 m/min com o temperador. Este exemplo demonstra outra variaçãoda presente invenção e os benefícios adicionais quando combinada com outroequipamento, tal como um temperador. Este exemplo também demonstra acapacidade de controle independente da produtividade de fiação, através dodesenho do primeiro estágio, para maximizar a atenuação de fusão.

A condução seguinte foi um POY de poliéster 170-34 ou 5 dpf dedenier médio, que foi fiado utilizando um controlador RQ A a 3445 m/min, naRealização A a 4290 m/min e na Realização A a 4690 m/min.

Outras dimensões e parâmetros foram os seguintes:Temperatura de controle do bloco de fiação = 291 0CTemperatura do bloco de fiação da invenção = 293 0CFluxo de ar de resfriamento no primeiro estágio

Controlador RQ A = 58,0 CFMRealização A (4290 m/min) = 35,0 CFMRealização A (4690 m/min) = 44,0 CFMFluxo de ar de resfriamento no segundo estágioRealização A (4290 m/min) = 35,0Realização A (4690 m/min) = 50,0

O controlador RQ A foi comparado com a Realização A sobvelocidades maiores para um fio de denier intermediário. Os resultadosdemonstram os efeitos sobre a produtividade de fiação causados pelo aumentodo fluxo de ar nos estágios um e dois. Foi obtido ganho de produtividade de36,1% com 94 CFM, em comparação com 24,5% com 70 CFM.

A terceira condução foi um POY de poliéster 265-34 ou 7,8 dpf dealto denier, que foi fiado através da utilização do controlador XFQ a 3200m/min, O controlador RQ A a 3406 m/min e fluxo de ar de 42,0 CFM no estágioum, o controlador RQ A a 3406 m/min e fluxo de ar de 58,0 CFM no estágioum, na Realização B a 4272 m/min e fluxo de ar de 29,5 CFM no estágio um, ena Realização B a 4422 m/min e fluxo de ar de 33,0 CFM no estágio 1Outras dimensões e parâmetros foram os seguintes:Temperatura do bloco de fiação para os Controles RQ e dainvenção = 281 0C

Fluxo de ar de resfriamento no primeiro estágioControlador RQ A (42 CFM) = 42,0Controlador RQ A (58 CFM) = 58,0Realização B (29,5 CFM) = 29,5Realização B (33 CFM) = 33,0Fluxo de ar de resfriamento no segundo estágio = 35,0Atraso de resfriamento = 31,7 mm

Os resultados da terceira condução mostrou os efeitos doaumento dos fluxos de ar de resfriamento sobre a produtividade para asControles RQ. Nenhum efeito foi observado durante o aumento do fluxo de arde 42 para 58 CFM (+38%). Os resultados mostraram adicionalmente osefeitos do aumento dos fluxos de ar de resfriamento sobre a produtividade parao sistema de resfriamento da Realização Β. A produtividade aumentou de25,4% para 29,8% quando o fluxo de ar aumentou de 29,5 para 33 CFM(+11,9%).

A condução 4 foi realizada através da utilização de um micro POYde poliéster 115-100 sobre o controle RQ B a 2670 m/min, na Realização B a3490 m/min e na Realização B a 3500 m/min. Os resultados demonstraram queum produto comparável poderá ser produzido sob velocidades de fiação maisaltas para fios de microdenier.

Outras dimensões e parâmetros são os seguintes:

Temperatura do bloco de fiação = +297 0CFluxo de ar de resfriamento no primeiro estágioControlador RQ B = 42,0Realização B (3490 m/min) = 29,5Fluxo de ar de resfriamento no segundo estágio = 35,0

A condução 5 foi realizada através da utilização de um fio depoliéster 170-100 ou 170-34. O fio de poliéster 170-100 ou 170-34 foi fiadoutilizando o controlador RQ B a 3200 m/min e na Realização B a 4580 m/min.Novamente, os resultados demonstraram que o produto comparável poderá serfabricado sob velocidades mais altas de fiação para fio de microdenier.

Uma condução final que consistia de HOY 100-34 sendo fiadosobre a Realização B a 5000, 6000, 7000 e 7500 m/min. Os resultadosdemonstraram que fio altamente orientado poderá ser fiado sob altasvelocidades.<table>table see original document page 43</column></row><table><table>table see original document page 44</column></row><table>Embora a presente invenção tenha sido descrita acima emdetalhes para fins de ilustração, compreende-se que o técnico especializadopode efetuar numerosas variações e alterações, sem abandonar o espírito eescopo da presente invenção, definido pelas reivindicações a seguir.

Claims (20)

1. APARELHO DE FIAÇÃO POR FUSÃO PARA A FIAÇÃODE FILAMENTOS POLIMÉRICOS CONTÍNUOS (114), que compreende:- uma câmara de entrada de gás (105) do primeiro estágioadaptada para localizar-se abaixo de uma fieira (113) e uma câmara de entradade gás (106) do segundo estágio localizada abaixo da câmara de entrada degás (105) do primeiro estágio, em que as câmaras de entrada de gás doprimeiro e do segundo estágios fornecem gás aos filamentos (114), paracontrolar a temperatura dos filamentos; e- um tubo (119) localizado abaixo da câmara de entrada de gás(106) do segundo estágio para envolver os filamentos (114) à medida que seresfriam, caracterizado pelo fato de que o tubo inclui uma parede interna quepossui uma seção convergente (126) seguida por uma seção divergente (127).

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma seção convergente (116) do primeiroestágio é formada entre a câmara de entrada de gás (105) do primeiro estágioe a câmara de entrada de gás (106) do segundo estágio.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um abrigo (107)adaptado para localizar-se abaixo de uma fieira (113), e a câmara do primeiroestágio (105) e a câmara do segundo estágio (106), cada uma formada em naparede interna do abrigo (107), e uma parede (102) é fixada à parede internana parte inferior da câmara (105) do primeiro estágio, para separar a câmarado primeiro estágio da câmara do segundo estágio (106).

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um anteparo deresfriamento (111) em posição central na câmara (105) do primeiro estágio, emque o aparelho é adaptado de tal forma que o gás pressurizado seja sopradopara dentro e a partir da entrada de gás do primeiro estágio através da câmarado primeiro estágio para uma região formada na parede interna do anteparo deresfriamento.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma seçãoconvergente (116) do primeiro estágio formada no interior da parede interna eum tubo perfurado (117) disposto abaixo da seção convergente (116) doprimeiro estágio e entre a entrada de gás do primeiro estágio (108) e a entradade gás do segundo estágio (109), com o tubo perfurado em posição central(117) na câmara (106) do segundo estágio.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um coneconvergente (120) que possui paredes perfuradas posicionado abaixo da seçãodivergente (127).

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende uma câmara do terceiro estágio(230) formada na parede interna do abrigo e uma entrada de gás do terceiroestágio (231) para fornecimento de gás à câmara do terceiro estágio, em que otubo (219) encontra-se posicionado abaixo da câmara de entrada de gás doterceiro estágio (230).

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma caixa a vácuo(521) localizada abaixo da seção divergente (127, 227), em que a caixa avácuo envolve o cone convergente (120).

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende adicionalmente uma caixa a vácuo (621)localizada abaixo da seção divergente (127, 227) e um tubo de parede reta(645) localizado abaixo da seção divergente, em que a caixa a vácuo envolve otubo de parede reta.

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que a seção divergente é uma peça divergente curva (727).

11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a seção divergente (127, 227) é uma peçadivergente curva (727) incluindo adicionalmente um tubo perfurado (720)localizado abaixo da seção divergente.

12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a seção divergente é perfurada (827) parapermitir que uma parte do gás saia enquanto é expandido.

13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma entrada de gás introduz ar ambiente àcâmara (1105) do primeiro estágio e uma segunda entrada de gás (1108)introduz gás superatmosférico à câmara do segundo estágio (1106).

14. PROCESSO DE FIAÇÃO POR FUSÃO PARA A FIAÇÃO DEFILAMENTOS POLIMÉRICOS CONTÍNUOS, que compreende as etapas de:- passagem de uma fusão polimérica aquecida em uma fieira(113) para formar filamentos (114);- fornecimento de gás aos filamentos a partir de uma câmara deentrada de gás (105) do primeiro estágio localizada abaixo da fieira;- fornecimento de gás aos filamentos a partir de uma câmara deentrada de gás (106) do segundo estágio; e- passagem dos filamentos em um tubo (119) localizado abaixodas câmaras de entrada de gás, caracterizado pelo fato de que o dito tubocompreende uma parede interna que possui uma seção convergente (126)seguida por uma seção divergente (127).

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que os filamentos deixam o tubo e são tomados porum rolo de enrolamento (104), sendo que o rolo é dirigido a uma velocidade desuperfície de pelo menos 500 metros por minuto.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que os filamentos e o gás passam através da seção convergente e, adicionalmente, o gás é acelerado na direção do trajeto dofilamento a medida que os filamentos continuam a resfriar-se.

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o gás pressurizado é soprado para dentro, parauma região onde os filamentos começam a resfriar-se na câmara de entrada degás (105) do primeiro estágio e, adicionalmente, sendo que o gás pressurizadoé soprado para dentro a partir da entrada de gás do segundo estágio e o gásdo segundo estágio combina-se com o gás do primeiro estágio na seçãoconvergente (126) para auxiliar no resfriamento dos filamentos.

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a velocidade dos gases de primeiro e segundoestágios combinados aumenta na direção do trajeto do filamento na seçãoconvergente(126)_ e, em seguida, é reduzida à medida que o gás movimenta-se através da seção divergente (127).

19. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a aplicação de umnível de vácuo aos filamentos.

20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a abertura da câmarado primeiro estágio à atmosfera, fornecendo ar superatmosférico na entrada degás (1108) do segundo estágio (1106), puxando o gás atmosférico a partir dacâmara do primeiro estágio, removendo uma parte do ar das câmaras do primeiroe do segundo estágios (1105, 1106) e introduzindo gás sob pressão atmosféricaou superatmosférica em uma entrada de gás (1131) do quarto estágio (1141).