CZ283192B6

CZ283192B6 - Vícesložková trojlaločná vlákna a způsob jejich výroby

Info

Publication number: CZ283192B6
Application number: CS922945A
Authority: CZ
Inventors: Gerry A. Hagen
Original assignee: Basf Corporation
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1998-01-14
Also published as: YU48337B; YU86892A; SK279770B6; SK294592A3; AU655317B2; US5244614A; CA2074910C; AU2533792A; CA2074910A1; EP0534334A3; CZ294592A3; JPH05222605A; US5458972A; EP0534334A2

Abstract

Způsob výroby vícesložkového trojlaločného vlákna zahrnuje opatření trojlaločné kapiláry (11,12) charakterizované třemi rameny, třemi vrcholy a axiálním středem, směrování první roztavené polymerní kompozice do axiálního středu a přivádění druhé roztavené polymerní kompozice do alespoň jednoho z vrcholů. Vlákno takto vyrobené má trojlaločné jádro vymezující povrch a obal obklopující alespoň jednu třetinu povrchu jádra.Vícesložkové vlákno má trojlaločný příčný průřez a obal a jádro, přičemž obal obklopuje přibližně pravidelný obvod okolo vlákna.ŕ

Description

Způsob výroby vícesložkového trojlaločného vlákna

Oblast techniky

Tento vynález se obecně týká syntetických polymemích filamentů. Vynález se zvláště týká vícesložkových trojlaločných vláken a způsobu jejich výroby.

Dosavadní stav techniky

Výraz vlákno, jak se zde používá, zahrnuje vlákna o mimořádné nebo neurčité délce (to znamená fílamenty) a vlákna o krátké délce (to jest stříž). Výraz příze se vztahuje k nepřetržitému pásu vláken.

Výraz modifikační poměr znamená poměr Ri/R?, kde R₂ představuje průměr největšího kruhu, který je zcela uvnitř příčného průřezu vlákna, a Ri představuje průměr kruhu, který opisuje příčný průřez.

Výraz trojlaločné vlákno znamená vlákno se třemi laloky, které má modifikační poměr alespoň 1,4.

Výraz polymemí kompozice znamená libovolný jednotlivý termoplastický polymer, kopolymer nebo polymemí směs, zahrnující přísady, jsou-li přítomny.

O vláknech, která mají trojlaločný příčný průřez, je známo, že předčí v řadě vlastností vlákna, která mají kruhový průřez.

Je také známo, že kombinace dvou nebo většího počtu rozdílných polymemích složek, pokud rozdíly vyplývají z rozdílných přísad nebo ze samotných základních polymerů, vede k výrobě vláken se zlepšenými vlastnostmi pro řadu konečných použití. Například složená (kompozitová) polyesterová vlákna, která jsou samotvarovatelná, jsou uvedena v US patentu č. 3 671 379 Evanse a kol.

Také US patent č. 3 418 200 Tannera popisuje vícelaločná složená vlákna koncově barvená, která se mohou snadno štěpit. US patent č. 3 700 544 Matsuiho uvádí složená vlákna, sestávající z obalu a jádra, která mají zlepšenou ohybovou pevnost. U jednoho z průřezů, které popisuje Matsui, jde o trojúhelníkové vlákno, sestávající z obalu a jádra. Tyto patenty se uvádějí toliko jako příklady různých efektů, které se mohou dosáhnout s vícesložkovými vlákny.

Způsoby a zařízení pro výrobu vícesložkových vláken jsou také známy. Například taková zařízení jsou zřejmá z US patentu č. 3 188 689 Breena. US patentu č. 3 601846 Hudnalla US patentu č. 3 618 166 Ando a kol., US patentu č. 3 672 802 Matsui a kol., US patentu č. 3 709 971 Shimoda a kol., US patentu č. 3 716 317 Williamse ml. a kol., US patentu č. 4 370 114 Okamoto a kol., US patentu č. 4 406 850 Hillse a US patentu č. 4 738 607 Nakajima a kol.

Jak je doloženo v patentech, náležejících k dosavadnímu stavu techniky, velká námaha byla zaměřena na vyvinutí vícesložkových vláken, stejně jako na způsob a zařízení pro jejich výrobu. Trojlaločná vlákna, zahrnující obal a jádro, nejsou ještě vyráběna účinně a s dostatečnou rovnoměrností a výkonností. Také se vyskytují nedostatky ve schopnosti upravit obalové složky pro libovolný víceúčelový způsob. Tak zůstává potřeba způsobu výroby trojlaločného vlákna, zahrnujícího obal a jádro, kde se řídí relativně přesně poměr obalu k jádru, jakož i složení samotné obalové složky. Předpokládá se, že vlákna, vyrobená takovým způsobem, najdou veliké uplatnění při různých použitích.

- 1 CZ 283192 B6

Dosud nebyl popsán způsob výroby vláken s obalem z několika složek, jako například podle obr. 6, a skutečnost, že obal nemusí obalovat celé vlákno, jako například podle obr. 9.

Podstata vynálezu

Způsob výroby vícesložkového trojlaločného vlákna, majícího modifíkační poměr alespoň 1,4, spočívá podle vynálezu v tom, že se zavádí roztavený polymer o teplotě 240 až 290 °C do trojlaločné zvlákňovací kapiláry, přičemž se jeden proud zavádí do axiálního středu a alespoň jeden druhý proud se zavádí do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

Podstatou vynálezu je tedy zlepšený nový způsob výroby trojlaločných složených vláken, majících obal a jádro.

S překvapením se zjistilo, že trojlaločná vlákna, opatřená obalem a jádrem, se mohou zvlákňovat z taveniny směrováním roztaveného obalového polymeru do nejméně jednoho vrcholu ústí zvlákňovací trysky pro trojlaločné zvlákňování. Je řada zvláštních prostředků, které se mohou použít k provádění způsobu podle vynálezu a pracovníkovi v oboru je jasné, že vynálezu není omezen na nějaký zvláštní příkladný způsob, při kterém se směřuje roztavený polymer do vrcholu zvlákňovací trysky pro trojlaločné zvlákňování.

Vynález blíže objasňuje následující popis příkladných provedení, která však vynález nijak neomezují a v rozsahu vynálezu jsou možné obměny a modifikace. Vynález také objasňují obrázky na výkresech.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je schéma způsobu zavádění složek podle vynálezu do trojlaločné kapiláry.

Na obr. 2 je půdorysný pohled na trojlaločnou kapiláru, vhodnou pro provádění způsobu podle vynálezu.

Na obr. 3 je schematický průřez řezem 3-3 z obr. 1, umožňující pohled ve směru znázorněných šipek.

Na obr. 4 je trojlaločné vlákno, zahrnující jádro a obal, který zabírá přibližně pravidelný obvod jádra v důsledku pravidelného odměřování obalového polymeru do každého vrcholu.

Na obr. 5 je vlákno s tlustším obalem, vyrobené způsobem podle vynálezu.

Naobr. 6. je vlákno s několika složkovým obalem as jádrem, vyrobené způsobem podle vynálezu.

Na obr. 7 je podobné vlákno jako na obr. 4.

Na obr. 8 je podobné vlákno jako na obr. 6.

Na obr. 9 je podobné vlákno s obalem jen na části jádra, vyrobené způsobem podle vynálezu.

Obr. 1 schematicky představuje způsob dopravy složek podle vynálezu. Část 10 desky, tvořící zvlákňovací trysku, znázorňuje jednu kapiláru 11 a trojlaločné ústí 12. Na obr. 1 jsou znázorněny jednotlivé proudy A, B, C aD roztaveného polymeru, přičemž každý proud roztaveného polymeru se může odděleně odměřovat do kapiláry 11 zvlákňovací trysky. Obecně dopravní

-2 CZ 283192 B6 cesta každého proudu roztaveného polymeru do kapiláry 11 zvlákňovací trysky je zobrazena čárou. Jak je znázorněno na obr. 1, každý proud A, B,CaD roztaveného polymeru má vlastní extruder 14a, 14b, 14c a 14d a odměřovací čerpadlo 15a, 15b, 15c a 15d. Pokud je každý proud polymeru vybaven vlastním extruderem a odměřovacím čerpadlem, je možné dosáhnout velkých změn trojlaločného průřezu, jak bude vysvětleno.

Obr. 2 zachycuje půdorysný pohledu na trojlaločnou kapiláru, vhodnou podle vynálezu, a umožňuje pohled ve směru šipek 2-2 na obr. 1, kde je znázorněno trojlaločné ústí 12. Toto trojlaločné ústí 12 má tři ramena 13, 13' a 13. Jak je zřejmé z obr. 2, mezi jednotlivými rameny jsou vrcholy a, a’ a a. I když rozměry kapiláry nejsou rozhodující, výhodný rozměr kapilár je takový, že délka každého ramene je přibliž ně 0,554 mm a šířka zhruba 0,075 mm. Hloubka kapiláry je přibližně 0,250 mm. Uhel mezi podélnou osou každého ramene může být okolo 120°.

Obr. 3 zachycuje schematický průřez řezem 3-3 na obr. 1 a umožňuje pohled ve směru znázorněných šipek. Na pohledu je znázorněno vstupní ústí 14, které může mít průměr řadově 4,3 mm. Kruhový otvor 15 má průměr okolo 2 mm. Všechny vrcholové otvory 17 a středový otvor 18. kterými se zavádí jednotlivé proudy roztaveného polymeru do kapiláry 11, mohou mít průměr řádově 0,60 mm. I když se udávají jednotlivé rozměry otvorů, kapilár, ústí a podobných prvků, nejsou tyto rozměry míněny jako omezení vynálezu, nýbrž jako jeho objasnění. Ostatní vhodné rozměry mohou být souměřitelné.

Při provedení vynálezu proud C polymeru směřuje středovým otvorem 18 do středu trojlaločného ústí 12, kde proud C po vytlačení tvoří trojlaločné jádro. Proudy polymeru A, B a D se dostávají do vrcholů a' , a a a vrcholovými otvory 17, kde po vytlačení proudy A, B a D tvoří obal, sousedící s trojlaločným jádrem. V závislosti na množství polymeru, odměřeného do každého vrcholu, tvar obalu se snadno mění předem stanoveným způsobem. Například pokud se polymer nezavádí do vrcholu a, obal vlákna, definovaný vrcholem a' a a , bude obklopovat pouze zhruba dvě třetiny vnějšího povrchového jádra, tvořeného proudem polymeru C.

Když polymer je téměř pravidelně odměřován do každého vrcholu, výsledné trojlaločné vlákno, zahrnující obal a jádro, má obal, který zabírá přibližně pravidelný obvod jádra, jak je doloženo na obr. 4. Polymer, odměřovaný do vrcholu, se s překvapením rozděluje přibližně rovnoměrně po délce sousedních ramen. Polymer, odměřovaný do jiných vrcholů v přibližně stejném množství, má za výsledek rovnoměrný obvod obalu 20, který obklopuje vnější povrch trojlaločného jádra 21. Obal, produkovaný z každého vrcholového proudu, je souhlasně na konci ramene vytlačovacího ústí.

Jiný znak způsobu umožňuje vyrobit vlákna, opatřená obalem a jádrem, která mají relativně tlustší část obalu při předem stanoveném způsobu, jak je doloženo na obr. 5 v poněkud zvětšeném měřítku. Například pokud se proud D odměřuje ve zvýšeném množství do vrcholu a a proudy A a B se odměřují do vrcholů a' a a v menším množství, potom výsledný filament má rozdílný tvar obalu 25. Část 26 obalu 25, definovaného laloky 27 a 27', je tlustší než část obalu, definovaného laloky 27’ a 27 nebo laloky 27 a 27' . Laloky 27, 27'a 27 představují polymer, vytlačovaný rameny 13. 13' a 13.

Také, jak shora uvedeno, není nutné, aby se použily všechny tři vrcholové otvory. V závislosti na požadovaném výsledku se může použít jeden nebo dva vrcholové otvory k dodávání roztaveného polymeru do vrcholů trojlaločného ústí zvlákňovací trubice.

Podle jiného znaku způsobu se mohou dávkovat dvě až čtyři rozdílné polymemí kompozice do vrcholů a, a' a a a do jádra, k přípravě trojlaločného vlákna s obalem a jádrem, kde jde o vícesložkový obal, jak je znázorněno na obr. 6.

- 3 CZ 283192 B6

Polymerní kompozice mohou sestávat z rozdílných kompatibilních polymemích základů, nebo se mohou odlišovat přísadami, jako jsou pigmenty, které jsou přidávány každou z dopravních cest. Výhoda tohoto způsobu spočívá vtom, že přísady mohou být obsaženy v jediném vlákně, ale v rozdílných částech obalu. Zvláště výhodné je, když každý polymer je stejného typu nebojsou 5 si navzájem příbuzné, například jde vždy o nylon nebo jde vždy o nylon 6 a rozdíl je v pigmentaci.

Kromě nového zavádění polymerů do kapiláry zvlákňovací trysky podle vynálezu se mohou použít jiné výrobní parametry, stanovené pro polymer, určený k vytlačování. Například, pokud se 10 vynález použije pro výrobu trojlaločných vláken z nylonu 6, mohou se pro zvlákňování taveniny z nylonu 6 použít známé podmínky.

Jiné provedení vynálezu se týká vícesložkového trojlaločného vlákna s obalem as jádrem, kde obal zaujímá přibližně pravidelný obvod vlákna. Tento obal může tvořit kdekoli přibližně 10 až 15 zhruba 90 % obalu, s výhodou přibližně 15 až 50 % obalu. Modifikační poměr u trojlaločného vlákna je s výhodou větší než asi 1,5, výhodněji 2 až 4. Takové vlákno se může pigmentovat alespoň v části jádra a/nebo obalu. Takové vlákno je ilustrováno na obr. 4.

Trojlaločná vlákna s obalem as jádrem se mohou vyrobit způsobem podle vynálezu. Pro 20 zvlákňování z taveniny se mohou použít podmínky, známé pro typ vytlačované polymerní kompozice.

Při způsobu podle vynálezu se mohou použít vláknotvomé polymery a vlákny podle tohoto vynálezu jsou vysokomolekulámí látky, které mají vláknotvomé vlastnosti, jako polyamidy 25 ajejich kopolymery, polyethylentereftaláty ajejich kopolymery a polyolefiny. Po vytlačení se filamenty zpracovávají o sobě známými způsoby podle svého konečné použití. Způsoby zpracování závisí na zamýšleném použití a provádí se o sobě známými způsoby. Příklady jsou dloužení-vinutí a zvlákňování-dloužení-vinutí.

Výhodné provedení vynálezu zahrnuje pigmentování alespoň jedné roztavené polymerní kompozice před jejím zvlákňováním.

Jiné výhodné provedení zahrnuje přivádění druhé roztavené polymerní kompozice do alespoň dvou vrcholů tak, že obal obklopuje alespoň přibližně dvě třetiny vnějšího povrchu jádra, 35 s výhodou pokud přivádění zahrnuje odměřování druhé roztavené polymerní kompozice a druhá roztavená polymerní kompozice se odměřuje ve velkém množství do alespoň jednoho vrcholu, takže trojlaločné vlákno má nerovnoměrný obal, obklopující alespoň dvě třetiny vnějšího povrchu jádra.

Jiné výhodné provedení zahrnuje přivádění

a) třetí roztavené polymerní kompozice do nejméně jednoho z vrcholů za vzniku trojlaločného vlákna, které má jádro z jediné polymerní kompozice a obsahuje nejméně dvě polymerní kompozice v obalu, kde obal obklopuje alespoň dvě třetiny vnějšího povrchu jádra, přičemž 45 s výhodou se přivádění provádí odměřováním druhé a třetí polymerní kompozice a nejméně jedna z druhé nebo třetí polymerní kompozice se odměřuje ve větším množství do nejméně jednoho z vrcholů, takže trojlaločné vlákno má dvousložkový nerovnoměrný obal, obklopující alespoň dvě třetiny vnějšího povrchu jádra, nebo

b) čtvrté roztavené polymerní kompozice do nejméně jednoho vrcholu za vzniku čtyřsložkového trojlaločného vlákna, které má jádro z jediné polymerní kompozice a obsahuje tři polymerní kompozice v obalu, přičemž obal zcela obklopuje jádro.

-4 CZ 283192 B6

Jiné výhodné provedení zahrnuje pigmentování nejméně dvou roztavených polymemích kompozic a přivádění třetí roztavené polymemí kompozice do nejméně jednoho vrcholu za vzniku troj ložkového trojlaločného vlákna, které má jádro z jediné polymemí kompozice a obsahuje alespoň dvě polymemí kompozice v obalu, přičemž obal obklopuje nejméně dvě třetiny vnějšího povrchu jádra, a popřípadě se zavádí čtvrtá roztavená polymemí kompozice do nejméně jednoho z vrcholů za vzniku čtvrté složky trojlaločného vlákna, které má jádro z jediné polymemí kompozice a tři polymemí kompozice jsou v obalu, přičemž obal úplně obklopuje jádro. S výhodou se přivádění provádí za odměřování druhé, třetí a čtvrté polymemí kompozice a alespoň jedna z druhé, třetí nebo čtvrté polymemí kompozice se odměřuje ve větším množství, takže trojlaločné vlákno má nerovnoměrný obal, tvořený třemi složkami, zcela obklopující jádro.

Jiné výhodné provedení zahrnuje vícesložkové vlákno, které má trojlaločný příčný průřez s obalem a jádrem, přičemž obal zaujímá přibližně pravidelný obvod, obklopující vlákno, výhodně, kde obalem je přibližně 10 až 90 % příčného průřezu, zvláště výhodně, kde obalem je přibližně 15 až zhruba 50% příčného průřezu, a toto vlákno má výhodně modifikační poměr větší než přibližně 1,4, zvláště výhodně, kde obal nebo jádro obsahuje pigment.

Jiné výhodné provedení zahrnuje vícesložkové vlákno, které má příčný trojlaločný průřez, modifikační poměr alespoň 1,4 a jádro alespoň zčásti obklopené obalem, výhodně kde obal zabírá od přibližně 15 do zhruba 50 % průřezu, zvláště výhodně, kde obal úplně obklopuje jádro.

Příklady provedení vynálezu

Příklady 1 až 4

Čtyři navzájem nezávislé extrudery, z nichž každý má nezávisle na sobě ovládané zubové čerpadlo, dodávají 4 proudy taveniny nylonu 6, který má relativní viskozitu 2,69 (měřeno s hmotnostně 96 % kyselinou sírovou), o teplotě 265 °C ke zvlákňovací zkoušce. Čtyři proudy roztaveného nylonu 6 se jednotlivě odměřují v oddělených podílech do trojlaločné zvlákňovací kapiláry. Tři z těchto proudů se v odměřeném množství zavádějí do vrcholů kapilárních laloků a jeden polymemí proud se odměřuje do jádra. Všechny polymemí kompozice sestávají z nylonu 6 a jsou zhotoveny, vytlačeny a odměřeny za standardních podmínek pro zvlákňování taveniny nylonu 6.

Polymemí proudy se liší složením. Tyto kompozice a odměřované objemy každé z nich jsou uvedeny v tabulce 1. Průřez dosahovaný podle odměřovacích schémat, je znázorněn na obrázcích, shora popsaných.

Všechny čiré složky jsou z přirozeného nylonu 6. Červená, modrá, šedá a zlatá složka se vztahují k pigmentovanému nylonu 6. Všechna 4 odměřovací schémata vedou k výrobě trojlaločných vláken, opatřených obalem a jádrem, která jsou vhodná pro vzorování, dosažení struktury a použití v produktech, jako je kobercová příze.

-5CZ 283192 B6

Tabulka 1

Příklad

Počet a typ složek

Průtok Objem Průřez (g/min) (%)

1. barvené jádro/rovnoměmě	obr. 7
Čirý obal	2 na kapiláru
otvor A	čirý	0,379	11
otvor B	čirý	0,379	11
otvor C	červený	2,310	67
otvor D	čirý	0,379	11
2. barvený rovnoměrný				obr. 4
obal/čiré jádro	2 na kapiláru
otvor A	červený	0,448	13
otvor B	červený	0,448	13
otvor C	čirý	2,103	61
otvor D	červený	0,48	13
3. nerovnoměrný obal	4 na kapiláru			obr. 8
otvor A	zlatý	0,831	24,1
otvor B	červený	0,355	10,3
otvor C	šedý	1,669	48,4
otvor D	modrý	0,593	17,2
4. nerovnoměrný obal	3 na kapiláru			obr. 9
otvor A	zlatý	0,831	24,1
otvor B	červený	0,355	10,3
otvor C	čirý	1,131	32,8
otvor D	čirý	1,131	32,8

Průmyslová využitelnost

Způsob výroby vícesložkového trojlaločného vlákna, majícího modifikační poměr alespoň 1,4, při kterém se zavádí roztavený polymer o teplotě 240 až 290 °C do trojlaločné zvlákňovací kapiláry, přičemž se jeden proud zavádí do axiálního středu a alespoň jeden druhý proud se zavádí do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

Claims

1. Způsob výroby vícesložkového trojlaločného vlákna, majícího modifikační poměr alespoň 1,4, vyznačující se t í m , že se zavádí roztavený polymer o teplotě 240 až 290 °C do trojlaločné zvlákňovací kapiláry, přičemž se jeden proud polymemí taveniny zavádí do axiálního středu a alespoň jeden druhý proud polymemí taveniny se zavádí do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

-6CZ 283192 B6

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se druhá polymerní tavenina zavádí nejméně do dvou vrcholů trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se dále zavádí třetí polymerní tavenina do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry, nebo čtvrtá polymerní tavenina do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

5. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se pigmentují alespoň dvě polymerní taveniny a zavádí se třetí polymerní tavenina do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

6. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se zavádí odměřovaná druhá polymerní tavenina ve hmotnostním množství 3 až 90 %, se zřetelem na taveninu, zaváděnou do axiálního středu, do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

7. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že se zavádí odměřovaná druhá polymerní tavenina ve hmotnostním množství 3 až 87 % a třetí polymerní tavenina ve hmotnostním množství 3 až 87 %, vždy se zřetelem na taveninu, zaváděnou do axiálního středu, do alespoň jednoho vrcholu trojlaločné zvlákňovací kapiláry.

8. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se přivádí odměřovaná druhá, třetí a čtvrtá polymerní tavenina ve hmotnostním množství 3 až 84 % druhé , 3 až 84 % třetí a 3 až 84 % čtvrté polymerní taveniny vždy se zřetelem na taveninu, zaváděnou do axiálního středu, do alespoň jednoho z vrcholů trojlaločné zvlákňovací kapiláry.