DE2334741A1 - Werkzeug fuer die herstellung von vliesbahnen im schmelzblasverfahren - Google Patents

Werkzeug fuer die herstellung von vliesbahnen im schmelzblasverfahren

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DE2334741A1 DE19732334741 DE2334741A DE2334741A1 DE 2334741 A1 DE2334741 A1 DE 2334741A1 DE 19732334741 DE19732334741 DE 19732334741 DE 2334741 A DE2334741 A DE 2334741A DE 2334741 A1 DE2334741 A1 DE 2334741A1
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Description

RECHTSANWXlTt
DR. JUR. DIfUCHEM. WALTER BEIt
ALFREO HOSPPSNFR 6, Juli 1973
DR. Ju=?. iMK.-C ιλ'Λ. K-J. WOLFF
DR. JuH. H. ...i CiK. BlIL
Be /Me 623 FRANKFURiAM MAtN-HOCHSI
Unsere Nr. l8 781
Esso Research and Engineering Company Linden, N.J., V.St.A.
Werkzeug für die Herstellung von Vliesbahnen im Schmelzblasverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft die besondere Ausgestaltung der Werkzeugspitze für das Schmelzblasen von thermoplastischen Materialien. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Werkzeugspitzen, nämlich scharfkantige Formspitzen, die eine besondere Ausgestaltung für das Schmelzblasen von thermoplastischen Polymeren in der Form einer Reihe von Austrittsöffnungen in der Kante aufweisen.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist eine feste einteilige Formspitze. Eine andere Ausführungsform ist ein zweiteiliges Werkzeug mit einer Mehrzahl von Kapillarröhren, die die Austritts-
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öffnungen ergeben.
Schmelzblasverfahren und Vorrichtungen dafür sind in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:
1. Naval Research Laboratory Report 4364 "Manufacture of Superfine Organic Fibers", 15. April 1954
2. Wente, Van A., Industrial and Engineering Chemistry, 48, Nr. 8 (1956, S. 1342 - 13 46).
3. Naval Research Laboratory Report "Formation of Superfine, Thermoplastic Fibers", 11. Februar 1959
Ein Schmelzspinn- und -blasverfahren ist in der britischen Patentschrift 1 o55 187 und in der US Patentschrift'3 379 beschrieben.
Ein Spritzspinnverfahren ist beschrieben in dem japanischen Patent 25 87I/69 , bekanntgemacht am 3o. Oktober I969.
Eine Schmelzblasvorrichtung ist beschrieben in der US Patentschrift 3 650 866.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung mit einer neuen scharfkantigen Werkzeugpsitze, die besonders ausgestaltet ist für das Schmelzblasen von thermoplastischen, faserbildenden Materialien, wie beispielsweise Polymeren, zur Herstellung von Vliesbahnen. Der Querschnitt der Werkzeugspitze ist ungefähr dreieckig. Der Kantenscheitel, der die Austrittsöffnungen enthält, liegt im Schnittpunkt von zwei Seiten des Dreiecks und darf an keiner Stelle mehr als 0,051 mm breit sein.
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Luftzuführungsvorrichtungen können ebenfalls vorgesehen sein, um zusammen mit der Werkzeugspitze zu wirken.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht' des gesamten Formwerkzeugs für die Durchführung des Schmelzblasverfahrens, einschließlich einer erfindungsgemäßen Werkzeugspitze als ein Teil davon.
Fig. 2 ist eine detaillierte, vergrößerte Querschnittsansicht einer einteiligen erfindungsgemäßen Werkzeugspitze, die den Ka^enwinkel und die Stellung der Werkzeugspitze zu den Gaszuführungsvorrichtungen zeigt.
Fig. 3 ist eine teilweise Seitenansicht der Werkzeugpsitze nach Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Werkzeugspitze nach Fig.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausgestaltung der Werkzeugspitze nach Fig. 2, die erläutert, daß die Austrittsöffnungen weder genau in einer Linie liegen noch rund sein müssen.
Fig. 6 ist eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht des "scharfen" Teils des Kantenscheitels, wobei die gestrichelte Linie den Bereich angibt, in dem die Kante jede Form haben kann.
Fig. 7 ist eine Ausgestaltung von Fig. 6, die eine rauhe Kantenform innerhalb des Bereichs der gestrichelten Linie zeigt. Obwohl dies nicht besonders bevorzugt ist, liegt es im Bereich der Erfindung.
Fig. 8 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugspitze, bei der Kapillaren in den Austrittsöff-
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nungen benutzt werden.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9~9 von Fig. 8.
Fig. Io ist eine Querschnittsansicht ähnlich wie Fig. 2 einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Formspitze.
Viele Thermoplaste können zu guten Faservliesen im Schmelzblasverfahren verarbeitet werden, sofern ein geeignetes Werkzeug benutzt wird. Das Grundverfahren besteht darin, daß man heiße Gasströme (gewöhnlich Luft) auf 2 diametral gegenüberliegende Seiten der austretenden geschmolzenen Polymerströme einwirken läßt, um die Schmelze zu strecken. Die geschmolzenen, gestreckten Faserströme werden äußerlich gekühlt und dann vorzugsweise auf einem Sieb als endlose Bahn gesammelt.
Es wurde gefunden, daß Störungen in dem idealisierten Verfahren ("Schuß"-Bildung, verursacht durch Polymeransammlung, und Ablösungen als Tropfen usw.) herabgesetzt werden können durch (1) die Benutzung von Werkzeugen mit entsprechend scharfen Spitzen oder (2) geeignetem Zurücksetzen der Lufteinlässe oder (3) durch beide Maßnahmen zusammen. Die vorliegende Erfindung beschreibt die Bereiche der Variablen für die geometrische Gestaltung des Werkzeugs, die für das Schmelzblasen als nützlich gefunden wurden.
Die Werkzeuge, wie sie in den in dem Bericht des Novel Research Laboratory beschriebenen Versuchen benutzt wurden, waren sämtlich zweiteilige Werkzeuge mit in ihrer Oberfläche eingefrästen Nuten, die nach entsprechendem Zusammenbau zwischen 2o und 3,5 quadratische oder rechteckige Löcher pro cm der Werkzeugkante ergaben. In allen Fällen wies die fcjerkzeugspitze nach einem 2,5 cm langen Teil, der eine solche Anordnung von Löchern hatte, einen 2,5 cm langen Teil ununterbrochene Spitze auf. Diese ununterbrochenen Teile
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ergaben den physikalischen Halt und Raum für Schrauben, die die zwei Hälften der geteilten Werkzeugspitze zusammenhielten. Die Autoren des Berichts schlossen, daß 3j5 Löcher pro cm Werkzeug wünschenswert sind, um den Umfang an "Schuß" (shot) herabzusetzen. Die Steglängen betrugen 2,5 bis 5 cm.
Die Arbeiten des Naval Research Laboratory umfaßten Werkzeugspitzen mit Winkeln von 3o bis beinahe 9o , wobei ein Winkel von 6o empfohlen wurde als der beste Kompromiß zwischen der Herstellung von "Schuß" und "Seil" (shot and rope). Diese Angaben stimmen mit den Versuchen der vorliegenden Erfindung überein. Die Luftschlitze nach den Berichten des Naval Research Laboratorys waren o,2o bis o,25 nun weit bei einer Steglänge von 14,3 mm· In den Berichten des Naval Research Laboratorys gibt es keine Offenbarung über irgendwelche Erfordernisse für ein Zurücksetzen der Luftschlitzkante gegenüber der Werkzeugspitze noch irgendeine Erwähnung von Schlüsselfaktoren für die Schärfe der Werkzeugkante.
Als das Problem des optimalen Aufbaus der Pormspitze untersucht wurde, wurde gefunden, daß zumindest Io Param&er beteiligt sind. Es wurde jedoch gefunden, daß nur einige davon, wie Lochgroße, Schärfe der Werkzeugspitze, Luftschlitzweite und das Versetzen der Lufteinlässe gegenüber der Werkzeugspitze, bestimmte Bedingungen erfüllen müssen, um optimale Qualität zu wirtschaftlichen Bedingungen zu erhalten. Dies ist die Grundlage für die vorliegenden erfinderischen Merkmale.
Ein oder mehrere thermoplastische Harze in Form von Pellets v/erden durch den Einfülltrichter 1 in den Extruder 2 eingefüllt (Fig. 1). Die thermoplastische Mischung wird thermisch in dem Extruder 2 und manchmal auch in dem Werkzeugkopf 3 behandelt. Die thermische Behandlung der thermoplastischen Mischung wird im Extruder 2 bei recht hohen Temperaturen, die von dem speziellen Thermoplast abhängen, ausgeführt, da die Viskosität des Thermoplast im Augenblick seines Kontakts mit der heißen Luft wichtig ist,
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Der Grad der erforderlichen thermischen Behandlung schwankt sowohl in Abhängigkeit von dem benutzten thermoplastischen Harz als auch in Abhängigkeit von dem Molekulargewicht des thermoplastischen Harzes und des Umfangs der thermischen Behandlung, die es vor der Einführung in den Extruder 2 erfahren hat.
Es wurde beispielsweise festgestellt, daß Poy|Lpropylen und andere Polyolefine erhebliche thermische Behandlung erfordern, ehe sie in dem Schmelzblasverfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Andere brauchbare Thermoplaste sind alle faserbildenden Thermoplaste einschließlich Glas. Außerdem gibt es keinen Grund, nicht auch hitzehärtbare Harze, soweit sie geschmolzen werden können, zu benutzen.
Die thermoplastische Mischung wird von einer, von dem Antrieb angetriebenen Forderschnecke durch den Extruder 2 und in den Werkzeugkopf 3 transportiert. Der Werkzeugkopf 3 enthält eine Heizvorrichtung, die durch elektrische Leiter betrieben wird. Sie kann für die zusätzliche thermische Behandlung des thermoplastischen Harzes vor dem Schmelzblasen benutzt werden.
Das thermoplastische Harz wird dann durch eine Reihe von Werk-, zeugöffnungen 6 in den Werkzeugkopf 3 in einen Gasstrom gepreßt, der die Harze zu Fasern 7 dehnt, die auf einer sich bewegenden Sammelvorrichtung 8, die aus einem um die Achsen 9 umlaufenden Band besteht, gesammt werden, um die endlose Vliesbahn/Dilden.
Wie aus Pig. 2 ersichtlich ist, wird der Gasstrom, der die thermoplastische Harzmischung dehnt, durch die Gasschlitze oder Kanäle 11 und 12 herangeführt. Diese Gasschlitze 11 und 12, die durch später zu beschreibende Verstelleinrichtungen verstellt werden können, werden durch die Zuleitungsrohre 13 und lh mit heißem Gas, vorzugsweise Luft, gespeist. Zur Vereinfachung wird im folgenden der Begriff "Luft" benutzt, jedoch darauf hingewiesen,
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daß dieser Begriff alle anderen Gase umfassen soll und entsprechend austauschbar ist.
Obwohl andere Faktoren einige begrenzte Wirkung haben, ist die geometrische Konfiguration der Kante der Werkzeugspitze entscheidend. Die Kante (E) ist am Schnittpunkt der zwei Außenflächen 16 und 17 -der Werkzeugp)sitze 15 gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform beschreiben die Oberflächen 16 und 17 ein gleichschenkliges Dreieck, wie gezeigt. Vorzugsweise ist der Scheitel (E) so dünn wie möglich, d.h. eine einzellinige Messerkante. Es gibt aber praktische Begrenzungen durch die Bearbeitungstechniken und allgemein werden die Austrittsöffnungen einen die Kantenbreite übersteigenden Durchmesser haben und die Kanten werden flach sein.
So wurde gefunden, daß Vliesbahnen guter Qualität hergestellt werden können, wenn der Scheitel (E) der Werkzeugspitze abgestumpft ist zu einer Fläche von einer Breite von nicht mehr als o,o5 mm. Eine 'Werkzeugspitzenkante (E), die zu einer Fläche mit einer Breite von o,17 mm abgeflacht war, war nicht mehr imstande, Vliesbahnen mit annehmbar geringem Schuß unter irgendeiner Schmelzblasbedingung zu produzieren.
Während theoretisch eine scharfe messergleiche Kante die besten Ergebnisse bringen würde, wurde gefunden, daß im praktischen Gebrauch die abgeflachte Version praktischer ist und beinahe so gut arbeitet.
Ein Problem bei einer messerscharfen Kante ist, daß sie bei leichtestem Druck oder Berührung leicht verschleißt,verbiegt, sich verdreht, sich verlagert, deformiert wird und dergleichen. Dies kann eine Blockierung oder eine falsche Ausrichtung der Austrittsöffnungen zur Folge haben.
Darüber hinaus, vie später gezeigt wird, wird die Werkzeugspitze
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in einer Ausführungsform zusammen mit Luftschlitzverstellvorrichtungen benutzt, die eine kleine aber entscheidende Distanz gegenüber der Kante der Werkzeugspitze zurückgesetzt sein müssen. Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß die Kante gleichmäßig ist- Erteilt man der Kante eine geringe Ebene, erlaubt dies leicht die Einstellung des sehr geringen aber wichtigen Abstandes der Zurückversetzung.
In gleicher Weise arbeiten Werkzeuge mit Scheitelspitzen mit "toten Flächen" wegen übergroßen Radien der Krümmung oder anderen komplizierteren geometrischen Formen nicht zufriedenstellend.
Jeder Punkt auf dem Scheitel (E) der Werkzeugspitze, der mehr als ungefähr o,o5 mm von dem Weg der mit hoher Geschwindigkeit ausströmenden Gasströme entfernt ist, ist zum Zwecke der Definition hier als "toter Raum" zu betrachten.
Es muß erkannt werden, daß der tatsächliche Weg des Gasstroms hier von besonderem Einfluß ist. Der Gasstrom kann der Oberfläche des Scheitels der Werkzeugspitze in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren folgen oder nicht folgen. So wird der Scheitel der Werkzeugspitze, der rund ist, dessen Krümmungsradius aber zu groß ist, d.h.'mehr als ungefähr 0,05 mm beträgt, nicht zufriedenstellend sein,v/eil der Gasstrom der Krümmung der Oberfläche nicht folgen wird. In anderen Fällen mag der Gasstrom der Oberfläche des Scheitels der Werkzeugspitze deshalb nicht folgen, weil der Gasstromfluß durch die Konfiguration des gesamten Gasschlitzes bestimmt ist. Diese Überlegungen müssen bei der Gestaltung der Werkzeugspitze in Rechnung gestellt werden.
In dem Schmelzblasverfahren der vorliegenden Erfindung wird der Gasschlitz durch die Gestaltung der Werkzeugspitze 15 des Werkzeugs (K) und die Luftschlitzanpassungsvorrichtungen (Z) bestimmt.
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In dem Schmelzblasverfahren müssen die geschmolzenen Polymerströme, die aus einem einzigen thermoplastischen Polymeren, einer Mischung von thermoplastischen Polymeren oder thermoplastischen Polymeren mit Farbstoffen, Zusätzen oder anderen modifizierenden Mitteln bestehen können, sehr schnell durch den Gasstrom von den Werkzeugöffnungen weggezogen werden.
Wenn es auf dem Scheitel (E) der Werkzeugspitze 15 einen "toten Raum" gibt, wird sich geschmolzenes Polymere auf dem Scheitel (E) ansammeln. Möglicherweise sammelt sich die Masse des geschmolzenen Polymeren in dem "toten Raum" bis es einen recht großen Umfang erreicht und wird dann von der Werkzeugspitze nicht als Paser, sondern als "Schuß" (shot) weggeblasen. Um dieses unerwünschte Ergebnis zu vermeiden, muß der Scheitel der Werkzeugspitze frei von "totem Raum" sein.
Im Zusammenhang mit dieser Anmeldung ist "toter Raum" ein Punkt auf der Werkzeugkante, wo Polymeres sich "verstecken" kann. Das bedeutet nach dem vorher gesagten, daß Polymeres sich dann "verstecken" kann, wenn der Luftstrom es nicht wegblasen kann.
Die Bedeutung der vorliegenden Erfindung besteht in der Aufdeckung des Phänomens des "toten Raums" und in der geänderten Gestaltung der Werkzeugspitze, um dieses Phänomen zu vermeiden.
Es wurde in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gefunden, daß die Länge der Fläche der Werkzeugöffnung 18, die in Fig. 2 als Dimensin (A) bezeichnet ist, über einen weiteren Bereich ohne wesentlichen Einfluß auf die Arbeit des Werkzeugs (K) schwanken
Die Mindestlänge (A) wird im wesentlichen bestimmt durch die Menge an Metall, die verfügbar ist, um als Wände für die Polymerschmelze zu dienen, sobald die äußeren Luftwinkel ausgewählt sind. Die größte
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Länge von (A) ist durch den Druck begrenzt, der erforderlich ist, urn das Polymere durch die Öffnung zu pressen. Längen (A) ve,: 0,287 bis 5jo3 cm wurden als geeignet gefunden.
Der Durchmesser der Werkzeugöffnungen 18 wird gewöhnlich in mittlerem hydraulischen Durchmesser angegeben. Der mittlere hydraulische Durchmesser ist gleich h χ die benetzte Querschnittsfläche dividiert durch den benetzten Umfang (Perry's Chemical Engineering Handbook, 4. Auflage, McGraw Hill, 1963, Seiten 5-I6).
Als typische Beispiele sind der mittlere hydraulische Durchmesser eines Kreises der Durchmesser und eines Quadrats die Länge einer Seite.
Die Werkzeugöffnungen 18 haben vorzugsweise einen Druchmesser (B) zwischen o,2 und 0,56 mm. Alle Durchmesser innerhalb dieser Grenzen wurden als zufriedenstellend gefunden. Durchmesser (B) von o,75 nun und mehr konnten ohne großen "Schuß" in der Vliesbahn nicht benutzt werden. Kleinere Durchmesser von (B) können benutzt werden. Die Kosten für Löcher mit solch geringern Durchmesser steigen jedoch schnell an.
Die Werkzeugöffnungen 18 können jede Form (C) haben, wie in Fig. 5 dargestellt ist, da diese für die Durchführung des Schmelzblasverfahrens nicht entscheidend ist. Rechteckige, dreieckige und runde Querschnitte sind ohne erkennbare Probleme benutzt worden. Die V/erkzeugöffnungen in einem bestimmten Werkzeug wez*den normalerweise den gleichen Querschnitt für alle Öffnungen haben, weil das Werkzeug so leichter hergestellt werden kann, jedoch sind auch Werkzeugöffnungen mit unterschiedlichen Querschnitten zu gebrauchen.
Von Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Schmelzblasverfahrens und der Einheitlichkeit des hergestellten Vlieses sind die Abstände (D) zwischen den Werkzeugöffnungen 18. Werkzeuge mit 8 - 13 Öffnunger 18 pro cm sind erfolgreich erprobt worden. Im wesentlichen haben die
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Beobachtungen ergeben, daß der Lochabstand keinen entscheidenden Einfluß hat, so lange die Werkzeugspitze scharf ist.
Es ist gefunden worden und stellt ein Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, daß das Werkzeug vorzugsvjeise so viele Öffnungen wie möglich pro cm haben soll, um die Einheitlichkeit der hergestellten Vliesbahn zu vergrößern und das Blasgas wirksam zu benutzen.
In dieser Ausgestaltung sind die Austrittsöffnungen auf der gesamten Länge des Werkzeugs gleichartig angebracht, selbst wenn das Werkzeug eine Länge von 1 m und mehr hat. Dies steht im Gegensatz zu den Arbeiten des Naval Research Laboratorys, bei denen die Werkzeugöffnungen in Bündeln angeordnet waren mit relativ großen Zwischenräumen zwischen den einzelnen Bündeln von Öffnungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Wakseug (K) aus einem einzigen Stück und deshalb sind die VJerkzeugöffnungen in den Werkzeugkörper eingebohrt. Dies kann durch eine Vielzahl von Mitteln, wie konventionelle Bohrtechniken, elektrische Entladungsbearbeitung (EDM), Laserstrahlen und dergleichen geschehen. Werkzeuge in einer Länge von bis zu 1 m mit einer ununterbrochen Reihe von Werkzeugöffnungen sind durch EDM oder Bohren hergestellt worden.
Die aus einem Teil bestehenden Werkzeuge, in die die Öffnungen eingebohrt sind, haben einen bestimmten Vorteil im Betrieb gegenüber geteilten Werkzeugen. In einem geteilten Werkzeug mit demselben eingeschlossenen Winkel ist die scharfe Kante nur halb so dick und kann an der Kante leicht verformt werden. Dies hat ein leichtes Bluten von Polymeren zwischen den Löchern an den Auslaßkanten zur Folge. Dieses Polymerbluten wird entweder extrem dünne Fasern bilden oder eine geschlossene Fläche (shot), was ein weniger einheitliches oder ein unerwünschtes Produkt ergibi
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Ein wesentlich geringerer Faktor ist die Anordnung der Werkzeugöffnungen 18. Da die Herstellung einer geraden Linie von schmalen Werkzeugöffnungen 18 schwierig ist, werden nicht alle Öffnungen 18 genau auf einer einzelnen Linie oder einem Scheitel (E) des Werkzeugs (K) liegen. Abweichungen, wie sie als (F) in Fig. 5 gekennzeichnet sind, bis zu o,o5 mm von der Mittellinie der Werkzeugöffnungen im Scheitel (E) sind gemäß der vorliegenden Erfindung annehmbar.
Ein Werkzeug mit zwei Prozent Werkzeugöffnungen, die mehr als o,o75, aber weniger als o,l mm von der Mittellinie abweichen, sind nach der vorliegenden Erfindung annehmbar, da ein solches V/erkzeug unter allen Betriebsbedingungen benutzt werden kann. Wenn jedoch ein Werkzeug 5 % oder mehr Werkzeugöffnungen mit einer Abweichung von mehr als o,l mm aufweist, ist es ungeeignet für den Betrieb unter Hochluftbedingungen. Eine Werkzeugöffnung, die mehr als o,o75 mm vom Scheitel der Werkzeugspitze abweicht, kann leicht mit dem bloßen Auge erkannt werden.
Luftschlitzanpassungsvorrichtungen (Z) sind in Bezug auf die Werkzeugspitze 15 des Werkzeugs (K) in Fig. 2 gezeigt.· Die Luftschlitze 11 und 12 sind vorgesehen, um sehr schnell strömende Luft gleichförmig den aus den Werkzeugöffnungen 18 austretenden Polymerfäden zuführen zu können.
Die Tiefe (G) der Luftschlitze und das Zurücksetzen (H) der Luftschlitzkanten 19 und 2o der Verstellvorrichtung (Z) gegenüber der Kante (E) beeinflußt gleichfalls die Qualität des schmelzgeblasenen Produkts. Die Stärke (J) der Luftschlitzanpassungsvorrichtung (Z) hat, wie gefunden wurde, nur geringen Einfluß.
Die Breite (G) der Luftschlitze wird so eingestellt, daß sie
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schmal ist, um möglichst wenig Luft für das Schmelzblasverfahren zu benötigen, aber groß genug, um genügend Luft zur Dehnung des geschmolzenen Polymeren herbeizuführen. Geeignete Weiten für (G) reichen von ungefähr o,15 bis o,75 mm, vorzugsweise von o,2 bis ο,4 mm.
Das Zurücksetzen (H) der Kanten der Luftschlitzkanten I9 "und gegenüber der Werkzeugspitze ist entscheidend beim Hochluftweg. Da Faserbrücke und Neubeginn sich ständig ereignen, sollten die Luftlippen nicht so nahe an der Polymerquelle sein, daß sie mit Polymerem bespritzt werden können. Wenn dies geschieht, wird das Luftbild gestört, der Faserbruch und die Ansammlung von Polymerem auf der Lippe beschleunigt und eine schlechte, mit "Schüssen" gefüllte Bahn hergestellt.
Wenn die Zurückversetzung weniger als o,125 mm bei scharfem Werkzeugrand beträgt, treten die oben beschriebenen Fehlleistungen ein. Wenn die Zurückversetzung o,4 mm oder größer ist, kann die Luft sich augenscheinlich ausdehnen und wird näher an dem Werkzeugrand turbulent und mehr Faserbrüche und Schüsse treten auf, obwohl die Luft lippen nicht mit Polymerem bespritzt vrerden.
Bei dem Niederluftweg mit einem scharfen Werkzeugrand gelten die gleichen Beschränkungen in den Abmessungen. Wenn jedoch eine ebene Fläche auf der Werkzeugspitze vorhanden ist, ist ein geringeres oder negatives Zurückversetzen möglich.
Das Zurückversetzen (H) wurde als optimal gefunden, wenn es zwischen o,125 und o,25 mm, vorzugsweise zwischen 0,15 und o,225 mm beträgt. Im allgemeinen ist die Länger des Luftkanals (J) ohne Bedeutung und kann frei gewählt werden.
Fig. 4 zeigt eine direkte Draufsicht auf eine bevorzugte typische Werkzeugkante der Werkzeugspitze 15 gemäß der Erfindung. Die Werkzeuglöcher sind im wesentlichen rund, gleichmäßig und ohne wesentliche Abweichung vom Mittelpunkt. Die Werkzeugkante ist die
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horizontale Linie, auf der die Austrittsöffnungen mit ihrem Mittelpunkt im wesentlichen liegen.
Es ist zu bemerken, daß der Durchmesser der Austrittsöffnungen größer als die Breite der V/erkzeugkante ist. Dies ist noch klarer zu erkennen in Fig. ~5, die eine Seitenansicht des Prontteils von Fig. 4 ist. Die runden Austrittsöffnungen bilden halbrunde Ausschnitte in der Werkzeugkante. Der ebene Teil soll o,l mm nicht überschreiten.
Fig. 6 und 7 zeigen die unterschiedlichen Formen, die die V/erkzeugkante (E) haben kann und troztdem den Grundsätzen der Erfindung entspricht. Die gestrichelte Linie stellt die "Katen-Umhüllungslinie" dar. Die tatsächliche Kante kann jede Form innerhalb dieser Umhüllungslinie haben, solange sie die 0,05 mm-Regel beachtet. Eine bevorzugte Form für die Kante ist, dass sie relativ eben ist.
Bei der in Fig. 8 wiedergegebenen Ausführungsform wurden die oberen und unteren Werkzeugblöcke 25 und 26 hinter der Kammer 28 so augefräst, daß die Mulden 29 und 3o entstanden, die Kapillarrohre 31 aufnehmen können. Die Kapillarrohre werden in den Mulden 29 und 3o zwischen den Werkzeugblöcken 25 und 26 durch Lötmittel 5 festgehalten.
Bei dieser Ausgestaltung enden die Rohre 31 außerhalb der Kammer 28 in einem scharfwinkligen Punkt, der mit A bezeichnet wird. Die Spitze 33 hat allgemein einen dreieckigen Querschnitt und kann durch maschinelle Bearbeitung der Außenflächen der Werkzeugblöcke 25 und 26 gebildet werden, wie noch näher beschrieben wird. Die Punkte A der Rohre 31 werden in einem Zerspanungsvorgang gebildet. Der Winkel dieses Punktes liegt im Bereich von 3o bis 9o , vorzugsweise 55 bis 65 , insbesondere r O
DO .
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Fig. 9 zeigt die Stellung der Rohre 31 zueinander, nachdem sie in der bevorzugten Ausfuhrungsform ausgerichtet und eingelötet worden sind.
In einer Ausführungsform werden die Werkzeugblöcke 25 und 26 und die Rohre 31 so bearbeitet, daß die Rohre 31 an ihre Außenseite angrenzende Flächen dergestalt haben, daß sie mit den Oberflächen 38 des oberen Werkzeugblocks und 39 des unteren Werkzeugblocks übereinstimmen und den eingeschlossenen Winkel oc bilden. Siehe Fig. 8.
Die Kapillarrohre 31 können einen Innendurchmesser von ungefähr o,25 bis ungefähr 0,625 mm und einen Außendurchmesser von 0,625 bis 1,125 mm, vorzugsweise o,75 bis l,o mm haben.
Die für die Herstellung einer Ausführungsform der Erfindung tatsächlich benutzten Kapillarrohre 31- waren nahtlose Rohre aus rostfreiem Stahl 316. Dieser Stahltyp kann den bei dem Löten benutzten Temperaturen widerstehen. Die Rohre hatten einen Innendurchmesser von 0,375 +_ o,ol25 inm, einen Außendurchmesser von ο,775 mm und eine Länge von 2,5 cm.
Obwohl Kapillarrohre mit rundem Querschnitt benutzt wurden, kann der Querschnitt auch quadratisch oder rechteckig sein oder jede andere Form aufweisen.
Es versteht sich, daß der Außendurchmesser der Kapillarrohre den Abstand der Werkzeugöffnungen bedingt. Dieser Abstand soll vorzugsweise zwischen o,75 und l,o mm von Mittelpunkt zu Mittelpunkt betragen.
Ein geeignetes Lötmittel für Kapillarrohre aus rostfreiem Stahl 316 ist Silberlötmittel Eutectic I80I mit einem Gehalt von 51 % Silber, 22 % Kupfer, I9 % Zink, 7 % Katmium und 1 % Zinn. Als Flumittel für dieses Lötmittel \iurde Eutectic I80I-B Flußmitti benutzt. Dieses spezielle Lötmittel schmilzt nach den Angaben des
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Herstellers bei 593° C und bindet bei 6lo C. Andere Lot- und Flußmittel können benutzt werden. Auf jeden Fall müssen der obere Werkzeugblock 15 und der untere Werkzeugblock 16 zusammengeklammert in einem Ofen oder auf andere Weise auf Temperaturen über die Bindetemperatur des benutzten Lötmittels erhitzt werden. Wenn das Lötmittel Eutectic l8ol benutzt wird, muß die Temperatur deshalb mindestens 6lo C betragen.
Fig. Io zeigt eine Ausgestaltung des Werkzeugkopfes, die keine Behandlung des Werkzeugblocks oder der Kapillaren erfordert, um die erwünschte im Querschnitt scharfkantige Spitze jeder Kapillare zu erhalten. Sie benutzt im Gegensatz dazu Kapillarrohre mit konisch ausgebildeten Rändern.
Der Werkzeugblock Mo besteht aus einem oberen Werkzeugblock und einem unteren Werkzeugblock 43- Der obere Werkzeugblock 42 hat eine Nut oder Mulde 44 und der Werkzeugblock 43 hat eine gleiche Nut oder Mulde 45, die zur Aufnahme der Kapillarrohre 4l darin herausgearbeitet sind. Die Mulden 44 und 45 enden in Schultern 46 und 47. Die Kapillarrohre 41 stoßen an diese Schultern an.
In dieser Ausgestaltung ragen diese Kapillarrohre 41 aus den Werkzeugblöcken 42 und 43 um ungefähr die halbe Rohrlänge heraus, ohne irgendeinen anderen Halt als die genannten Vierkzeugblöcke zu benötigen. Die obere Gasabdeckplatte 5o und die untere Gasabdeckplatte 51 bilden eine obere Luft- oder Gaskammer 52 und eine untere Gaskammer 53-
Die Kapillarrohre 41 haben einen konisch geformten Scheitel A mit einem eingeschlossenen Winkel zwischen 3o und 9o° und vorzugsweise zwischen 55 und 6o .
Die Spitzen 54 und 55 der oberen Luftplatte 5o und der unteren
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Luftplatte 51 haben den gleichen Winkel v/ie der Scheitel A der Kapillarrohre kl. Außerdem können die Ränder '5k und 55 der Luftplatte so verstellt werden, daß sie im wesentlichen gegenüber der Verjüngung der Kapillarrohre kl in einem Bereich von o,o25 bis o,125 nun stehen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Werkzeugkante wie auch die Vorrichtung, die das Werkzeug und die Luf-tverstellschlitze umfaßt, ist besonders nützlich bei Verfahren unter Verwendung relativ hohen Gasflusses, hier "Hochluftweg" genannt.
Der Hochluftweg benutzt Schallgeschwindigkeit im Luftschlitz. Das Produkt ist eine . opake weiche Matte von mäßig orientierten Pasern mit einem Durchmesser von 0,5 bis ^jU. · Dieses Verfahren kann am besten mit einer Werkzeugspitze und einer Luftschlitzeinstellung entsprechend den hier entwickelten Kriterien durchgeführt werden. Zufriedenstellende Produkte konnten mit Werkzaugspitzen mit einem flachen Teil von o,o5 mm oder schärfer hergestellt v/erden. Eine Werkzeugspitze mit einem flachen Teil von o,175 mm ergab keine ausreichend feinen fasrigen Hochlufterzeugnisse.
Beim Hochluftweg treten häufig Faserbrüche an den Werkzeuglöchern auf. Polymeres fließt dann weiter aus dem Loch und bildet solange eine Ansammlung bis der Tropfen groß genug ist, um vom Luftstrom weggeführt zu werden. Je größer die Kante oder Fläche der Werkzeugspitze an der Spitze ist, umso größer* ist der Polymer tropf en, der sich bilden kann, bevor die Luft stark genug ist, um eine neue Faser zu bilden. Die Tropfen werden dann in die Vliesbahn als "Schuß" übertragen.
Wenn die Ecke oder ebene Fläche I,o25 mm oder größer ist, kann die Polymeransammlung so weit wachsen, daß sie sich bis zu den angrenzenden Löchern erstreckt und zum Abriß dieser Fasern führt, bevor die Luft sie entfernen kann. Dies führt normalerweise dazu, daß 2,5 oder mehr cm der Werkzeugkante zu einer einzigen großen Quelle grober unregelmäßiger Fasern und langer "Schüsse"
werden· 309884/1203

Claims (1)

  1. Ansprüche
    1) Werkzeug für das Schmelzblasen mit einer Werkzeugspitze
    —'mit (1) hohlem Inneren, (2) Außenflächen mit im allgemeinen dreieckigem Querschnitt und (3) einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen, die as Innere mit außen verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen auf einer Scheitelkante liegen, die an der Schnittlinie von zwei Außenflächen gebildet wird, und kein Punkt dieser Scheitelkante mehr als o,o5 mm von dieser Schnittlinie entfernt ist.
    2) Werkzeug nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß der dreieckige Querschnitt im wesentlichen gleichschenklig ist.
    3) Werkzeug nach Anspruch 1) oder 2)s dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspitze aus einem Stück besteht.
    Werkzeug nach Anspruch 1} oder 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen von Rohren gebildet werden, deren äußerer Rand so geformt ist, daß er mit den Außenflächen der Werkzeugspitze übereinstimmt.
    5) Werkzeug nach Anspruch k), dadurch gekennzeichnet, daß der Rand im Querschnitt dreieckig ist.
    6) Werkzeug nach Anspruch 4) dadurch gekennzeichnet, daß der Rand konisch ist.
    7) Werkzeug nach Anspruch 4) bis 6), dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt der Rohre im wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist.
    8) Werkzeug nach Anspruch 1) bis 7), dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel der Scheitelkante zwischen ungefähr 3o° und 9o° beträgt.
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    - l9 -
    9) Werkzeug nach Anspruch 1) bis 8), dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel der Scheitelkante zwischen 55°und 65° beträgt.
    Io) Werkzeug nach Anspruch 1) bis 9), dadurch gekennzeichnet,
    daß die Austrittsöffnungen des Werkzeugs einen im wesentlichen runden oder quadratischen Querschnitt mit einem hydraulischen .Durchmesser von weniger als o,55 mrn haben und nicht'mehr als mm vom Scheitel des Werkzeugs abweichen.
    11) Werkzeugkopfvorrichtung, bestehend aus
    (a) einer Werkzeugspitze nach Anspruch 3) bis Io) und
    (b) einem Paar von Luftschlitzanpassungsvorrichtungen mit inneren Oberflächen ungefähr parallel zu den Außenflächen der Werkzeugspitze und Lippenkanten, wobei die genannten Vorrichtungen so gestaltet und im Hinblick auf die Werkzeugspitze so angeordnet sind, daß
    (i) die Lippenkanten gegenüber der Scheitelkante zwischen
    o,125 und o,25 mm zurückversetzt sind und (ii) die Luftschlitze zwischen o,15 und o,75 mm weit sind..
    12) Vorrichtung nach Anspruch 11), dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschlitzweite zwischen o,2 und o,375 nun beträgt.
    13) Schmelzblasverfahren für die Herstellung von Vliesbahnen aus thermoplastischen Fasern, bei dem die geschmolzenen faserbildenden Thermoplaste durch Austrittsöffnungen einer Werkzeugspitze in einen Strom eines heißen inerten Gases gepreßt werden, der die geschmolzenen Thermoplaste zu einem Strom von Fasern dehnt, die zur Bildung der Vliesbahn gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Gasstroms im Hinblick auf den geschmolzenen Thermoplast an der Werkzeugspitze so geführt wird, daß der geschmolzene Thermoplast niemals mehr als 0,05 mm von dem Gasstrom entfernt ist.
    309884/1203
    -JLO-
    14) Verfahren nach Anspruch 13), dadurch gekennzeichnet, daß
    als Thermoplast Polyolefine, Nylon, Polykarbonate, Polyester, Polystyrol oder deren Kombinationen benutzt werden.
    15) Verfahren nach Anspruch 13) oder I1O, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeugspitze eine Spitze gemäß Anspruch 1) bis Io) verwendet wird.
    16) Verfahren nach Anspruch 13) bis 15)» dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom in einem Kanal parallel zu der Werkzeugspitze geführt wird, dieser Kanal eine Weite von ungefähr 0,175 bis o,875 nun hat und der Gasstrom diesen Kanal zwischen o»125 und o,375 mm vor dem E.rreichen der Austrittsöffnungen der Werkzeugspitze verläßt.
    17) Werkzeug nach Anspruch 1) bis lo), dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelkante flach und nicht breiter als o,l mm ist.
    Für: Esso Research and Engineering Company Linden, N.J., V.Sfc/.A.
    (Dr.H.J.Wölff) Rechtsanwalt
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    Leerseite
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