DE69512804T2

DE69512804T2 - Schnellspinnen von Mehrkomponentenfasern mit hochperforierten Spinndüsen und Kühlung mit hoher Geschwindigkeit

Info

Publication number: DE69512804T2
Application number: DE69512804T
Authority: DE
Inventors: Carl J. Wust Jr.
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Fibervisions Lp (a Delaware LP
Priority date: 1994-01-05
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-01-05
Also published as: DK0662533T3; FI946154A0; CN1120079A; KR950032740A; EP0662533A1; DE69512804D1; TW259823B; CN1056891C; JPH07216626A; IL111879A0; ZA9564B; CA2137649A1; IL111879A; EP0662533B1; US5411693A; JP3892057B2; SG48752A1; RU94044344A; CA2137649C; ES2137449T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Multikomponenten- Kunstfasern, insbesondere Bikomponenten-Kunstfasern, die bei der Herstellung ungewebter Textilerzeugnisse verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Einrichtungen für die Herstellung von. Multikomponenten-Polymerfasern und -fäden bei hoher Geschwindigkeit und in einer dicht gepackten Anordnung. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung Multikomponentenfasern, die mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung einer oder mehrerer Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte unter nachfolgendem Quenchen mit hoher Geschwindigkeit der Fasern hergestellt werden.
Die Herstellung von Multikomponenten-Polymerfasern umfaßt typischerweise die Verwendung von zumindest zwei unterschiedlichen Polymeren, die im geschmolzenen Zustand über eine komplizierte Spinnanordnung zum oberen Loch einer Spinndüse geführt werden, so daß die gewünschte Querschnittsform für die sich ergebenden Multikomponentenfasern erhalten werden kann, die von der Basis der Spinndüse extrudiert werden.
Multikomponentenfasern können in zahlreichen Konfigurationen hergestellt werden, und der Begriff "Multikomponentenfasern", wie er hier verwendet wird, soll allgemein "Bikomponentenfasern" umfassen, wobei Bikomponentenfasern zwei unterschiedliche und getrennte Polymerkomponenten umfassen, und Multikomponentenfasern zwei oder mehr unterschiedliche und getrennte Polymerkomponenten enthalten können. Zu den verschiedenen Bikomponentenfaserkonfigurationen gehören: der konzentrische Hüllen-Kern-Typ, bei welchem ein Kern aus einem ersten Polymer hergestellt wird, und eine konzentrische Hülle, die aus zweitem Polymer hergestellt ist, konzentrisch zum Kern angeordnet ist; den Typ Seite an Seite, bei welchem zwei Polymerkomponenten Seite an Seite parallel zueinander in der Faser angeordnet sind; und die Konfiguration mit drei Lappen, bei welcher drei Spitzen einer die Form von drei Lappen aufweisenden Faser aus einem Polymer hergestellt werden, welches sich von einem Polymer unterscheidet, welches den Rest der Faser bildet.
Es gibt allgemein zwei Arten von Verfahren, die zur Herstellung von Multikomponentenfasern des voranstehend geschilderten Typs verwendet werden. Ein Verfahren ist das ältere zweistufige "Langspinnverfahren", bei welchem zuerst ein Schmelzextrudieren von Fasern bei typischen Spinngeschwindigkeiten von 500 bis 300 Meter pro Minute erfolgt, häufiger, abhängig von dem zu verspinnenden Polymer, zwischen 500 und 1500 Meter pro Minute, die erhaltenen, nicht verstreckten Fasern gebündelt werden, und diese temporär aufbewahrt werden, und dann gesammelt werden, um einen dicken Kammzug auszubilden, der in einem zweiten Schritt durch eine Einrichtung befördert wird, die normalerweise bei 100 bis 250 Meter pro Minute läuft, in welcher die Fasern verstreckt, gekräuselt und auf Stapel geschnitten werden.
Das zweite Verfahren ist ein einstufiges "Kurzspinnverfahren", bei welchem die Umwandlung von Polymeren in Stapelfasern in einem einzige Schritt durchgeführt wird, wobei die typischen Spinngeschwindigkeiten im Bereich von 50 bis 200 Meter pro Minute liegen. Die Produktivität des einstufigen Verfahrens wird durch Verwendung einer erheblich höheren Anzahl an Löchern pro Spinndüse erhöht, verglichen mit jener, die typischerweise bei dem Langspinnverfahren eingesetzt wird.
Da das "Kurzspinnverfahren" durchgeführt wird, ohne daß irgendeine Unterbrechung zwischen dem Spinnschritt und dem Verstreckungsschritt auftritt, ist es in der Hinsicht vorteilhafter als das "Langspinnverfahren", daß höhere Ausbeuten erzielt werden können, ohne daß Speicherraum für die Faser zwischen den Schritten erforderlich ist, oder ein zusätzlicher Installierungsraum, der für die Anordnung der "Langspinneinrichtung" benötigt wird.
Die Grundlagen der Herstellung geschmolzener Multikomponentfäden sind aus dem US-Patent Nr. 4 738 607 von NAKAJIMA et al bekannt und dort beschrieben, welches insgesamt durch Bezugnahme eingeschlossen wird. In diesem Patent werden zumindest zwei verschiedene thermoplastische Polymere unabhängig durch Erwärmung geschmolzen, um unabhängige Spinnflüssigkeiten herzustellen, und werden die beiden Flüssigkeiten getrennt unter Druck Spinnlöchern zugeführt, auf unabhängigen Wegen, wobei die zu diesem Zeitpunkt oder unmittelbar bevor miteinander in einem vorbestimmten Verhältnis vereinigt Werden. Die vereinigten Polymere werden dann von den Bodenlöchern der Spinndüse in Form von mehreren Multikomponentenfasern extrudiert, die dann zur Verfestigung gequericht werden müssen.
Weiterhin sind Einrichtungen und Verfahren zum Schmelzspinnen von Polymeren bekannt, um bestimmte Vorteile beim Spinnen von Bikomponentenfasern zu erzielen. Beispielsweise betrifft das US-Patent Nr. 4 406 850 von HILLS (HILLS '850), welches insgesamt durch Bezugnahme eingeschlossen wird, Einrichtungen und Verfahren zum Liefern eines Vorrats unterschiedlicher Polymere zu jeder Spinnöffnung in einer Spinndüse, während eine relativ hohe Oberflächendichte der Fäden pro Flächeneinheit der Spinndüsenstirnfläche oder Spinndüsenoberfläche aufrechterhalten wird.
HILLS '850 beschreibt, daß der schwierigste Typ des Bikomponentenspinnens, um eine hohe Anzahl an Löchern pro Flächeneinheit der Spinndüsenoberfläche oder eine hohe Lochoberflächendichte zu erzielen, der konzentrische Hüllen- Kern-Typ ist. HILLS '850 beschreibt eine verbesserte Spinnanordnungskonstruktion, um eine "hohe Lochoberflächendichte" zu erzielen, wenn konzentrische Hüllen-Kern-Fasern gesponnen werden. Die Spinndüsenplatte wird so beschrieben, daß sie eine Lochoberflächendichte von 2,0 bis 2,5 Durchgängen pro Quadratzentimeter der Spinndüsenbodenoberfläche erzielt, und HILLS '850 gibt an, daß sogar ein noch engerer Abstand möglich ist.
Das US-Patent Nr. 5 162 074 von HILLS (HILLS '074), welches insgesamt durch Bezugnahme eingeschlossen wird, betrifft Einrichtungen und Verfahren zum Spinnen von Multikomponentenfasern bei einer sogar noch höheren Lochoberflächendichte. HILLS '074 beschreibt eine Lochoberflächendichte von etwa acht Spinnöffnungen in jedem Quadratzentimeter der Spinndüsenstirnfläche, sowie die Positionierung der Spinnöffnungen in versetzten Reihen, um ein wirksameres Faserquenchen zu fördern. Das Patent HILLS '074 verwendet eine oder mehrere Einweg-Verteilerplatten, bei welchen Verteilerflußwege auf eine oder beide Seiten eingeätzt sind, um unterschiedliche Polymerkomponenten an geeignete Spinndüseneinlaßlochorte zu verteilen.
Um die Produktivität zu maximieren (also Gramm an Polymer pro Minute pro Quadratzentimeter von Spinndüsenoberfläche), sowie die Gleichförmigkeit der Fasern (also Denier und Form), während die Kosten so niedrig wie möglich gehalten werden, verwendet HILLS '074 bei verschiedenen Versuchsläufen eine Spinndüse, welche Spinnöffnungen (also Löcher) aufweist, die sechs Millimeter getrennt in der Richtung senkrecht zum Quench-Luftfluß angeordnet sind, um eine sich ergebende Lochoberflächendichte von 7,9 Löchern pro Quadratzentimeter der Spinndüsenoberfläche zu erzeugen (also der Bodenoberfläche, oder 12,6 Quadratmillimeter pro Loch). Bei dieser Dichte war ein starker Quench-Luftfluß innerhalb der ersten 150 Millimeter unterhalb der Spinndüse erforderlich, um eine Vereinigung der Fäden, zu verhindern. HILLS '074 gibt die Eigenschaften der verwendeten Quencheinheit nicht an, sondern verwendet eine leicht verfügbare und wohlbekannte Quencheinheit.
Bei der gesamten Multikomponentenfaserherstellung über Schmelzspinnen trat das Problem des ausreichenden Quenchens geschmolzener Fasern auf, die bei Lochoberflächendichten von mehr als ein Loch pro 12,6 Quadratmillimeter der unteren Oberfläche der Spinndüse gesponnen werden.
Standardquencheinheiten sind nicht dazu fähig, geschmolzene Multikomponentenfäden ausreichend zu kühlen, und dies führt zu "vereinigten" Fäden, bei welchem sich zwei oder mehr Fäden miteinander verschmelzen, bevor sie ausreichend verfestigt sind. Eine weitere Schwierigkeit, die von nicht ausreichender Kühlung herrührt, ist die "Knotenbildung", bei welcher die geschmolzenen Fäden (also Fasern) nicht ausreichend schnell abgekühlt werden, um den Spinnbelastungen zu widerstehen, was zu gebrochenen Fasern oder Fäden führt.
Die GB-A-936 729, die während der Prüfung der vorliegenden Anmeldung genannt wurde, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Fadenmaterialien durch Extrudieren eines synthetischen geschmolzenen, faserbildenden Polymers nach unten durch eine mehrere Öffnungen aufweisende Spinndüse, wobei ein Strom oder mehrere Ströme eines Quenchfluids gegen jeden Faden innerhalb eines Zolls (2,54 cm) der Spinndüsenoberfläche in einem Winkel zwischen 45º unter und 45º über der Horizontalrichtung gerichtet werden, wobei die Fäden unter einer Spannung von zumindest 0,003 g/Denier stehen, und auf eine Temperatur von mehr als 15ºC unterhalb des Schmelzpunktes des Polymers in einer Entfernung von weniger als 2 Zoll (5,08 cm) von der Spinndüse abgekühlt werden. Dieses Dokument betrifft Monokomponentenfasern, und geht nicht das Problem an (und beschreibt daher auch keine Lösung in dieser Hinsicht), Knotenbildung und die Vereinigung von Multikomponentenfasern zu verhindern, die unter Verwendung einer Spinndüse mit einer hohen Lochdichte hergestellt werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein hohe Produktion an Multikomponentenfasern über Hochgeschwindigkeitsspinnen durch eine oder mehrere Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte zu erzielen, und die Anordnung der Multikomponentenfasern, die von der einen oder den mehreren Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte unter hoher Geschwindigkeit extrudiert werden, ausreichend zu quenchen, unter Verwendung einer verbesserten Hochgeschwindigkeitsquencheinheit. Die Lochoberflächendichte ist definiert als die Anzahl an Oberflächenlöchern pro Flächeneinheit der Stirnfläche (also der Bodenoberfläche) einer Spinndüse.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Verhinderung der Vereinigung und/oder Knotenbildung der Multikomponentenfasern, die durch die eine Spinndüse oder die mehreren Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte unter hoher Geschwindigkeit extrudiert werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Fasern zu verspinnen, die einen gleichförmigen Querschnitt über die Länge der erzeugten Fasern aufweisen, wobei die anderen Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Diese Ziele der vorliegenden Erfindung können dadurch erreicht werden, daß ein Verfahren für das Hochgeschwindigkeitsspinnen von Multikomponenten-Polymerfäden zur Verfügung gestellt wird, welches umfaßt: Zufuhr einer ersten Polymerkomponente bei einer ersten Schmelztemperatur in zumindest eine Spinnanordnung; Zufuhr einer zweiten Polymerkomponente bei einer zweiten Schmelztemperatur in die zumindest eine Spinnanordnung; Vereinigung der ersten und zweiten Polymerkomponente zu einer Multikomponentenkonfiguration, und Extrudieren durch zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, um geschmolzene Multikomponentenfäden zu erzeugen; und Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids (vorzugsweise Luft) unter hoher Geschwindigkeit quer über die Extrusionsrichtung der geschmolzenen Multikomponentenfäden.
Der hier verwendete Begriff "Hochgeschwindigkeitsspinnen" betrifft Spinngeschwindigkeiten von zumindest 30 Metern pro Minute.
Der hier verwendete Begriff "hohe Lochoberflächendichte" in Bezug auf Spinndüsen, und der Begriff "Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte" werden in Bezug auf Spinndüsen verwendet, die eine Lochoberflächendichte von zumindest einem Loch pro 12 Quadratmillimeter Bodenoberfläche der Spinndüse aufweisen. Die hier verwendeten Begriffe "hohe Geschwindigkeit" und "hohe Stirnflächengeschwindigkeit" sollen Quencheinheiten bezeichnen, die eine Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest 800 Fuß (244 m) pro Minute aufweisen.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Quenchens der geschmolzenen Multikomponentenfasern durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit das Blasen eines Fluids bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest 1000 Fuß (305 m), in einem bevorzugten Bereich von etwa 1000 Fuß pro Minute bis 1600 Fuß (488 m) pro Minute. Besonders bevorzugt umfaßt der Schritt des Quenchens der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit das Blasen eines Fluids bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest etwa 1200 Fuß (366 m) pro Minute. Eine bevorzugte maximale Stirnflächengeschwindigkeit ist nicht größer als etwa 1400 Fuß (427 m) pro Minute. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Schritt des Quenchens der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit das Blasen eines Fluids bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von etwa 1300 Fuß (396 m) pro Minute.
Weiterhin wird der Verfahrensschritt des Quenchens der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit vorzugsweise von einer Quencheinheit durchgeführt, die eine Öffnung aufweist, durch welche das Fluid geblasen wird, wobei die Öffnung zumindest so breit ist wie die vereinigte Breite der geschmolzenen Multikomponentenfäden, die von einer der Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden, und eine variable Höhe aufweist. Die Öffnung der Quencheinheit weist vorzugsweise eine Höhe von bis zu 50 mm auf.
Vorzugsweise ist die Öffnung der Quencheinheit auf eine Höhe von zumindest etwa 20 mm während des Quenchens eingestellt. Eine bevorzugte maximale Höheneinstellung ist nicht größer als etwa 40 mm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Öffnung der Quencheinheit eine Höhe von etwa 35 mm auf.
Vorzugsweise ist die Quencheinheit in einer Horizontalentfernung von zumindest etwa 4,5 cm Zentimetern von dem nächsten geschmolzenen Multikomponentenfaden angeordnet, gemessen vom Zentrum der Öffnung der Quencheinheitsstirnfläche aus. Vorzugsweise ist die Quencheinheit in einer Horizontalentfernung von nicht mehr als etwa 5, 5 Zentimetern von dem nächsten geschmolzenen Multikomponentenfaden angeordnet, gemessen vom Zentrum der Öffnung der Quencheinheitsstirnfläche aus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnung der Quencheinheit in einer Horizontalentfernung von etwa 5 Zentimetern angeordnet.
Vorzugsweise ist die Quencheinheit in einer Vertikalentfernung von etwa 0,0 bis 20,0 Zentimeter von einer Bodenkante der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte zu einer Oberkante der Öffnung angeordnet. Besonders bevorzugt beträgt die Vertikalentfernung zumindest etwa 1,0 Zentimeter. Eine bevorzugte maximale Vertikalentfernung ist nicht größer als etwa 10,0 Zentimeter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Öffnung der Quencheinheit in einer Vertikalentfernung von etwa 5,0 Zentimeter von der Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Quencheinheit in einer Vertikalentfernung von etwa 1,0 Zentimeter von der Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte angeordnet.
Vorzugsweise ist die Quencheinheit in einem Winkel von etwa 0 bis 50º in Bezug auf die Horizontalrichtung angeordnet, wobei die Öffnung auf ein Zentrum einer Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte gerichtet ist. Besonders bevorzugt beträgt der Positionierungswinkel zumindest etwa 10º. Ein bevorzugter Maximalwinkel ist nicht größer als etwa 35º. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Positionierungswinkel auf etwa 23º eingestellt.
Vorzugsweise bläst die Quencheinheit ein Fluid unter hoher Geschwindigkeit durch die voranstehend angegebene Öffnung bei einer Temperatur von etwa 50 bis 90º Fahrenheit (10 bis 32ºC). Besonders bevorzugt beträgt die Fluidtemperatur zumindest etwa 60º Fahrenheit (15,5ºC). Eine bevorzugte maximale Fluidtemperatur beträgt nicht mehr als etwa 80º Fahrenheit (27ºC). Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur des Fluids, welches unter hoher Geschwindigkeit von der Hochgeschwindigkeitsquencheinheit ausgeblasen wird, etwa 70º Fahrenheit (21ºC).
Vorzugsweise werden die geschmolzenen Multikomponentenfäden bei einer Spinngeschwindigkeit von zumindest von etwa 30 Meter pro Minute erzeugt, und beträgt der bevorzugte Bereich zwischen etwa 30 Meter pro Minute und 900 Meter pro Minute. Besonders bevorzugt beträgt die Spinngeschwindigkeit zumindest etwa 60 Meter pro Minute. Besonders bevorzugt beträgt die Spinngeschwindigkeit nicht mehr als etwa 450 Meter pro Minute. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Spinngeschwindigkeit zumindest etwa 90 Meter pro Minute. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Spinngeschwindigkeit nicht mehr als 225 Meter pro Minute. Noch bevorzugter beträgt die Spinngeschwindigkeit zumindest etwa 100 Meter pro Minute. Noch bevorzugter beträgt die maximale Spinngeschwindigkeit nicht mehr als etwa 165 Meter pro Minute.
Vorzugsweise weist die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte eine Bodenoberfläche auf, durch welche die geschmolzenen Multikomponentenfasern extrudiert werden, wobei die Bodenoberfläche zumindest ein Loch pro 8 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche enthält. Besonders bevorzugt weist die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte zumindest ein Loch pro 5 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche auf. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, bei welcher zumindest ein Loch pro 2,5 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche oder Stirnfläche vorgesehen ist. Wahlweise kann die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte zumindest ein Loch pro 0,6 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche aufweisen.
Die geschmolzenen Multikomponentenfasern können verschiedene Anteile an Komponenten enthalten, beispielsweise zwei, drei, vier, usw., und diese Komponenten können in verschiedenen Mengen vorhanden sein. Beispielsweise kann eine der Komponenten zumindest 10 Prozent ausmachen, 30 Prozent oder 50 Prozent, des Gesamtgewichtes der geschmolzenen Multikomponentenfäden. Bevorzugt enthalten die hergestellten geschmolzenen Multikomponentenfäden etwa 10 bis 90 Gewichtsprozent der ersten Komponente und etwa 90 bis 10 Gewichtsprozent der zweiten Komponente. Besonders bevorzugt enthalten die geschmolzenen Multikomponentenfäden etwa 30 bis 40 Gewichtsprozent der ersten Komponente und etwa 70 bis 30 Gewichtsprozent der zweiten Komponente. Eine bevorzugte Ausführungsform stellt geschmolzene Multikomponentenfäden her, die etwa 50 Gewichtsprozent der ersten Komponente und etwa 50 Gewichtsprozent der zweiten Komponente enthalten.
Vorzugsweise tritt bei dem Verfahren eine Extrusionsrate der ersten Polymerkomponente von etwa 0,01 bis 0,12 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch auf, und beträgt die Extrusionsrate der zweiten Polymerkomponente etwa 0,01 bis 0,12 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch. Besonders bevorzugt beträgt die Extrusionsrate der ersten Polymerkomponente zumindest etwa 0,02 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch, und beträgt die Extrusionsrate der zweiten Polymerkomponente zumindest etwa 0,02 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch. Besonders bevorzugt beträgt die maximale Extrusionsrate der ersten Polymerkomponente nicht mehr als etwa 0,06 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch, und beträgt die maximale Extrusionsrate der zweiten Polymerkomponente nicht mehr als etwa 0,06 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Extrusionsrate der ersten Polymerkomponente etwa 0,02 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch, und beträgt die Extrusionsrate der zweiten Polymerkomponente etwa 0,02 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform beträgt die Extrusionsrate der ersten Polymerkomponente etwa 0,06 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch, und beträgt die Extrusionsrate der zweiten Polymerkomponente etwa 0,06 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch.
Wahlweise umfaßt das Verfahren weiterhin den Schritt der Zufuhr zumindest einer dritten Polymerkomponente bei einer dritten Schmelztemperatur zu der zumindest einen Spinnanordnung, zur Vereinigung mit der ersten und zweiten Polymerkomponente, um geschmolzene Multikomponentenfasern auszubilden.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind auch dadurch erreichbar, daß eine Einrichtung zum Hochgeschwindigkeitsspinnen von Multikomponenten-Polymerfäden zur Verfügung gestellt wird, und insbesondere eine Einrichtung zur Durchführung der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Daher wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Hochgeschwindigkeitsspinnen von Multikomponenten-Polymerfäden zur Verfügung gestellt, welche zumindest ein Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte aufweist; zumindest ein Zufuhrelement zum Zuführen einer ersten Polymerzusammensetzung durch die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, und zumindest ein Zufuhrelement zum Zuführen einer zweiten Polymerzusammensetzung durch die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, um eine Anordnung aus geschmolzenen Multikomponentenfäden zu extrudieren; und zumindest eine Quencheinheit zum Quenchen der Anordnung aus den geschmolzenen Multikomponentenfäden, wenn die geschmolzenen Multikomponentenfäden die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte verlassen, um wirksam eine Knotenbildung und eine Vereinigung der Multikomponentenfäden zu verhindern.
Vorzugsweise weist die zumindest eine Quencheinheit eine Stirnfläche auf, die mit einer Öffnung versehen ist, durch welche die zumindest eine Quencheinheit ein Fluid mit einer hohen Stirnflächengeschwindigkeit ausbläst, und weist die Stirnfläche eine feste Breite und eine variable Höhe auf. Vorzugsweise ist die Höhe bis zu etwa 50 mm variabel.
Bevorzugt ist die variable Höhe im Gebrauch auf zumindest etwa 20 mm eingestellt. Vorzugsweise ist die variable Höhe im Gebrauch auf nicht mehr als 40 mm eingestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die variable Höhe dqr Stirnfläche der zumindest einen Quencheinheit auf etwa 35 mm eingestellt.
Bevorzugt ist die feste Breite der Stirnfläche der zumindest einen Quencheinheit zumindest ebenso breit wie die vereinigte Breite der geschmolzenen Multikomponentenfasern, die aus der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die feste Breite zumindest etwa 21 Zoll (53,3 cm). Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die feste Breite zumindest etwa 23 Zoll (58,4 cm).
Vorzugsweise weist die zumindest eine Quencheinheit ein Antriebselement zum Blasen eines Fluids durch die Stirnfläche der Quencheinheit bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest etwa 800 Fuß (244 m) pro Minute auf, mit einem bevorzugten Bereich von etwa 1000 Fuß (305 m) pro Minute bis 1600 Fuß (488 m) pro Minute. Besonders bevorzugt bläst das Antriebselement ein Fluid durch die Stirnfläche bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest etwa 1200 Fuß (366 m) pro Minute. Es wird bevorzugt, daß das Antriebselement ein Fluid durch die Stirnfläche bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von nicht mehr als 1400 Fuß (427 m) pro Minute bläst. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bläst das Antriebselement ein Fluid durch die Stirnfläche bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von etwa 1300 Fuß (396 m) pro Minute. Bevorzugt bläst das Antriebselement ein Fluid durch die Stirnfläche bei einer Volumenrate von etwa 300 Kubikfuß (8,5 Kubikmeter) pro Minute.
Die Einrichtung weist vorzugsweise zumindest ein Winkelmontageelement für die Winkelmontage der zumindest einen Quencheinheit in Bezug auf die zumindest eine. Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte auf, um das Hochgeschwindigkeitsfluid auf, den Boden der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte in einem Winkel von etwa 0 bis 50 Grad zu richten. Besonders bevorzugt bringt das zumindest eine Winkelmontageelement die zumindest eine Quencheinheit in einem Winkel von zumindest etwa 10 Grad in Bezug auf die Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte an. Es wird bevorzugt, daß das zumindest eine Winkelmontageelement die zumindest eine Quencheinheit in einem Winkel von nicht mehr als etwa 35 Grad in Bezug auf die Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte montiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform montiert das zumindest eine Winkelmontageelement die zumindest eine Quencheinheit in einem Winkel von etwa 23 Grad in Bezug auf die Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte.
Vorzugsweise weist die Einrichtung weiterhin zumindest ein Vertikalmontageelement zur vertikal einstellbaren Montage der zumindest einen Quencheinheit in Bezug auf die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte auf, so daß der Rand der Stirnfläche der zumindest einen Quencheinheit, der am nächsten an der Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte liegt, in eine Vertikalentfernung von etwa 0,0 bis 20,0 Zentimetern liegt, gemessen von der Bodenoberfläche bis zum Oberrand.
Vorzugsweise montiert das Vertikalmontageelement die zumindest eine Quencheinheit so, daß die Vertikalentfernung zwischen der Bodenoberfläche der Spinndüse und dem nächsten Rand der Stirnfläche zumindest etwa 1,0 Zentimeter beträgt. Vorzugsweise montiert da Vertikalmontageelement die zumindest eine Quencheinheit so, daß die Vertikalentfernung zwischen der Bodenoberfläche der Spinndüse und dem nächsten Rand der Stirnfläche nicht mehr als etwa 20,0 Zentimeter beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Vertikalentfernung nicht mehr als etwa 10,0 Zentimeter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vertikalentfernung etwa 5,0 Zentimeter. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vertikalentfernung etwa 1,0 Zentimeter.
Vorzugsweise weist die Einrichtung weiterhin zumindest ein Horizontalmontageelement zur horizontal einstellbaren Montage der zumindest einen Quencheinheit in Bezug auf die geschmolzenen Multikomponentenfäden auf, wenn sie von der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden, wobei das zumindest eine Horizontalmontageelement die zumindest eine Quencheinheit in einer Horizontalentfernung von zumindest etwa 4,5 Zentimeter montiert, gemessen von einem nächsten, geschmolzenen Multikomponentenfaden zu einem Zentrum der Stirnfläche. Vorzugsweise ist die Horizontalentfernung nicht größer als etwa 5,5 Zentimeter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Horizontalentfernung auf etwa 5 Zentimeter eingestellt.
Die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte weist eine Bodenoberfläche auf, durch welche die geschmolzenen Multikomponentenfasern extrudiert werden, und weist vorzugsweise zumindest ein Loch pro 8 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche auf. Besonders bevorzugt weist die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte zumindest ein Loch pro 5 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung ist zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte vorgesehen, bei welcher zumindest ein Loch pro 2,5 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche vorhanden ist. Wahlweise kann die Einrichtung zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte aufweisen, bei welcher zumindest ein Loch pro 0,6 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche vorgesehen ist.
Die Erfindung wird noch besser aus den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen nicht-einschränkende Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, und in denen die wesentlichen Eigenschaften der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Einrichtung zum Hochgeschwindigkeitsspinnen von Multikomponentenfasern, einschließlich Hochgeschwindigkeitsquenching, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Stirnflächenansicht der Öffnung einer Quencheinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine linksseitige Teilansicht entlang den Linien III-III und III'-III' der Einrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine Spinndüse zur Bereitstellung der Multikomponentenfasern gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 schematisch eine Bodenstirnfläche einer Spinndüse zur Bereitstellung der Multikomponentenfasern gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der Herstellung von Fasern wird, wenn ein wesentlicher Abfall der Anzahl an Fäden pro Spinndüse toleriert wird, eine erheblich geringere Faserproduktion pro Spinnstation erzielt, was die Kapitalkosten zum Erhalten eines bestimmten Niveaus der Faserproduktion wesentlich erhöht. Dies führt dazu, daß weitere Spinnstationen erforderlich sind, von denen jede Polymerpumpen benötigt, Pumpenantriebe, Temperaturregelvorrichtungen, Polymerrohre, Quencheinrichtungen, Aufnahmerollen sowie Gebäuderaum zur Aufnahme der Geräte. Selbst kleine Verbesserungen bezüglich der Anzahl an Fäden, die pro Spinndüse extrudiert werden, sind daher in Bezug auf die endgültigen Produktkosten wesentlich.
Eine Anzahl an Patentanmeldungen wurde von der vorliegenden Anmelderin eingereicht, welche Verbesserungen bei den Schritten des Polymerspinnens und des Quenchens betreffen. Die europäische Patentanmeldung Nr. 0 552 013 von Gupta et al betrifft Verfahren zum Spinnen von Polypropylenfasern, sowie die sich ergebenden Fasern und Erzeugnisse, die aus derartigen Fasern hergestellt sind. Die Verfahren der Anmeldung von Gupta et al umfassen das Schmelzspinnen einer Polypropylenzusammensetzung mit einer breiten Molekulargewichtsverteilung über eine Spinndüse zur Ausbildung geschmolzener Fasern, und das Quenchen der geschmolzenen Fasern, um thermisch verbindbare Polypropylenfasern zu erhalten. Die Verfahren der Anmeldung von Gupta et al können sowohl in einem "Langspinnverfahren" mit zwei Schritten eingesetzt werden, als auch in einem einschrittigen "Kurzspinnverfahren". Die Produktivität des einschrittigen Verfahrens wird unter Verwendung der etwa 5 bis 20-fachen Anzahl an Kapillaren in der Spinndüse erhöht, verglichen mit typischen Werten bei dem Langspinnverfahren. Beispielsweise weisen Spinndüsen für ein typisches kommerzielles "Langspinnverfahren" etwa 50 bis 40000, vorzugsweise etwa 3000 bis 3500 Kapillaren bei einer bevorzugten Ausführungsform auf, und etwa 1000 bis 1500 bei einer weiteren bevorzugten Anordnung, und weisen Spinndüsen für ein typisches, kommerzielles "Kurzspinnverfahren" etwa 500 bis 100000 Kapillaren auf, vorzugsweise etwa 30000 bis 70000 Kapillaren. Typische Temperaturen für das Extrudieren der Spinnschmelze bei diesen Verfahren betragen etwa 250 bis 325ºC. Darüber hinaus betrifft bei Verfahren, bei welchen die Komponentenfäden erzeugt werden, die Anzahl an Kapillaren die Anzahl an extrudierten Fäden, jedoch nicht notwendigerweise die Anzahl an Kapillaren in der Spinndüse.
Um die Ziele zu erreichen, Multikomponentenfasern bei hoher Geschwindigkeit zu erhalten, vorzugsweise in einem Kurzspinnverfahren, stellt die vorliegende Erfindung einen ausreichenden Quenchstrom für die extrudierten Polymerfasern in der Nähe des Ortes der Extrusion aus der Spinndüse zur Verfügung. Beispielsweise treten, da die üblichen Quenchmechanismen nicht ausreichend Multikomponentenfasern quenchen, die aus zumindest einer Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte in einem Kurzspinnverfahren extrudiert werden, Probleme wie vereinigte Fäden und eine Knotenbildung der Fäden auf, wenn die Oberflächendichte an Löchern in der Spinndüse oder den Spinndüsen, aus welchen die Fasern extrudiert werden, die Lochoberflächendichte einer Spinndüse überschreitet, die etwa ein Loch pro 12,6 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche aufweist.
Insbesondere weisen bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Quencheinheiten verschiedene Eigenschaften auf, um so einen ausreichenden Quenchstrom für die extrudierten Multikomponentenfasern zur Verfügung zu stellen, damit die Fasern in solchem Ausmaß verfestigt werden, daß unter anderem eine Vereinigung der Fasern und eine Knotenbildung der Fasern verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft verschiedene Arten von Fasern, einschließlich Fäden und Stapelfasern. Diese Begriffe werden mit ihrer üblichen Bedeutung im Handel verwendet. Typischerweise wird der Begriff Faden zur Bezeichnung der kontinuierlichen Faser auf der Spinnmaschine verwendet; zur Erleichterung werden hier allerdings die Begriffe Faser und Faden auch wechselseitig verwendet. "Stapelfaser" soll geschnittene Fasern oder Fäden bezeichnen. Beispielsweise weisen Stapelfasern für ungewebte Textilerzeugnisse, die bei Windeln nützlich sind, Längen von etwa 1 bis 3 Zoll (2,54 bis 7,62 cm) auf, besonders bevorzugt von 1,25 bis 2 Zoll (3,18 bis 5,08 cm).
Die Polymermaterialien, die als Multikomponentenfäden gemäß der vorliegenden Erfindung extrudiert werden können, können sämtliche Polymere umfassen, die in einem Langspinn- oder Kurzspinnverfahren extrudiert werden können, um direkt die Multikomponentenfäden in bekannten Verfahren mit niedrigerer Lochoberflächendichte zur Erzeugung von Multikomponentenfäden herzustellen, beispielsweise Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohol und Ethylenacrylsäurecopolymere. Beispielsweise können Polyolefine Polyethylene, Polypropylene, Polybutene sowie Poly-4-methyl-1-pentene umfassen; Polyamide können verschiedene Nylons umfassen, und Polyvinylacetate können Ethylenvinylacetate umfassen.
Eine bevorzugte Polymerzusammensetzung, die extrudiert werden soll, ist eine Polymermischung für die Herstellung von Bikomponentenfasern in einer Anordnung mit Kern und Hülle, wobei der Kern aus Polypropylen und die Hülle aus Polyethylen besteht. Eine weitere bevorzugte Zusammensetzung, die zur Herstellung von Bikomponentenfasern extrudiert werden soll, ist eine Polymermischung für eine Anordnung mit Kern und Hülle, bei welcher der Kern aus Polyester und die Hülle aus Ethylenvinylacetat besteht. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen Bikomponentenfasern betreffen, soll die Erfindung nicht hierauf beschränkt sein, und betrifft Multikomponentenfasern mit drei oder mehr Polymerbestandteilen. Entsprechend soll, obwohl es sich bei der bevorzugten Konfiguration um eine Konfiguration mit Kern und Hülle handelt, die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt sein, und betrifft jegliche Multikomponentenkonfiguration, einschließlich der voranstehend erwähnten Konfigurationen.
Die Polymerzusammensetzungen, die extrudiert werden sollen, können Polymere umfassen, die eine enge Molekulargewichtsverteilung oder eine breite Molekulargewichtsverteilung aufweisen, wobei für Polypropylen eine breite Molekulargewichtsverteilung vorgezogen wird.
Weiterhin umfaßt der hier verwendete Begriff Polymer Homopolymere, verschiedene Polymere wie Copolymere und Terpolymere, sowie Mischungen (einschließlich Mischungen und Kompositionen, die durch Mischung getrennter Portionen hergestellt werden, oder durch Ausbildung einer Mischung in situ). Beispielsweise kann das Polymer Copolymere von Olefinen aufweisen, beispielsweise Propylen, und können diese Copolymere verschiedene Bestandteile enthalten, beispielsweise jene, die in den voranstehend genannten Anmeldungen von Gupta et al diskutiert wurden.
Der Schmelzflußindex (MFI), der hier beschrieben wird, wird entsprechend ASTM D1238-82 bestimmt (Bedingung L für Polypropylen und Bedingung E für Polyethylen. Andere Polymere laufen unter unterschiedlichen Bedingungen ab, die in der voranstehend erwähnten empfohlenen Prozedur aufgeführt sind). Durch Umsetzung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in die Praxis, und durch Spinnen von Polymerzusammensetzungen unter Verwendung von Schmelzspinnverfahren, beispielsweise eines Langspinnverfahrens oder Kurzspinnverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, können Fasern und Fäden erhalten werden, die eine hervorragende Gleichförmigkeit aufweisen, und die unter Verwendung einer oder mehrere Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte hergestellt werden können, für eine hervorragende Produktivität, die zu verringerten Herstellungskosten führt.
Beispielsweise bei einem typischen Kurz-Vorgang für das Extrudieren von Hüllen-Kern-Fasern, die Kerne aus Polypropylen und Hüllen aus Polyethylen aufweisen, wobei die Kernkomponente Polypropylen und die Hüllenkomponente Polyethylen ist, wobei das Polypropylen bei einer Schmelztemperatur von etwa 250ºC extrudiert wurde, und das Polyethylen bei einer Schmelztemperatur von etwa 230ºC extrudiert wurde, wurden die beiden Polymerströme durch eine Spinnbalken, der mit Dowtherm ummantelt war, bei 260ºC in eine Spinnanordnung übertragen. Die Spinnanordnung behielt die Aufteilung der Polymere als getrennte Schmelzströme bei, bis unmittelbar vor der Spinndüse, wo sie zu einer Hüllen- Kern-Konfiguration vereinigt wurden. Bei einer Spinndüse, die beispielsweise 15744 Löcher mit einem Durchmesser von 0,012 Zoll (0,305 mm) aufweist, mit einem L/D-Verhältnis von 2 : 1, angeordnet in einem rechteckigen Muster, mit einer Lochdichte von einem Loch pro 2,5 mm², und einem Verspinnen der Polymere in einem Verhältnis von 50 : 50 von Kernkomponente zu Hüllenkomponente, wobei die Extrusionsrate für jede Komponente 0,021 gm/min/Loch beträgt, ist eine Standardflußquencheinheit unzureichend, sämtliche die Spinndüse verlassenden Fasern zu verfestigen, bevor irgendeine Art einer Störung auftritt. Die beiden häufigsten Störungen, die bei Verwendung einer Standardflußquencheinheit unter den voranstehend geschilderten Bedingungen auftraten, waren eine Vereinigung, bei welcher zwei oder mehr Fasern miteinander verschmolzen, bevor sie ausreichend verfestigt wurden; sowie Knotenbildung, bei welcher eine oder mehrere Fasern unter der Spinnspannung infolge der geringen Zugfestigkeit brechen, die durch unzureichende Verfestigung hervorgerufen wird.
In Fig. 1 ist eine Einrichtung für das Hochstirnflächengeschwindigkeitsquenchen von Multikomponentenfasern dargestellt, die mit hoher Geschwindigkeit durch zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte versponnen werden, gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine erste Polymerkomponente wird dem ersten Einlaßport 1 zugeführt, und eine zweite Polymerkomponente wird dem Einlaßport 2 der Spinnanordnung 3 zugeführt, wobei die erste und zweite Komponente von unterschiedlichen Dosierpumpen zugeführt werden. Die in Fig. 1 gezeigte Spinnanordnung 3 dient dazu, die Bikomponentenfasern herzustellen. Wahlweise kann eine Spinnanordnung mit einem dritten Einlaß zur Verarbeitung einer dritten Polymerkomponente zur Herstellung von Trikomponentenfasern verwendet werden. Zusätzlich können Spinnanordnungen eingesetzt werden, die mehr als drei Polymerkomponenten für die Herstellung komplexerer Multikomponentenfasern annehmen.
In Fig. 4 ist eine detailliertere Perspektivansicht einer bekannten Spinnanordnung (beispielsweise einer solchen, die in der voranstehend angegebenen Zitatstelle HILLS '074 gezeigt ist) dargestellt, die bei der Einrichtung von Fig. 1 eingesetzt werden kann. Ein erster und zweiter Einlaßport 1, 2 führen durch eine obere Platte 4 und liefern die jeweilige Polymerkomponente an einen zeltförmigen Hohlraum 5 bzw. 6. Eine Siebhalterungsplatte 7 haltert Siebe 7' und 7" zum Filtern der Polymerkomponente, die aus dem Hohlraum 5 bzw. 6 herausfließt. Unterhalb der Siebe 7' und 7" befindet sich eine Gruppe nebeneinander angeordneter, ausgenommener Schlitze 9' und 9". Ein Feld aus Flußverteilungsöffnungen A (für die erste Polymerkomponente) und B (für die zweite Polymerkomponente) ist in der Platte 10 angeordnet. Schlitze 11' und 11" sind zur Öffnung A bzw. B ausgerichtet, damit die erste und zweite Polymerkomponente getrennt jeweiligen Öffnungen zugeführt wird.
Eine Verteilerplatte 12 ist unmittelbar unterhalb (also stromabwärts) der Platte 10 angeordnet. Die Verteilerplatte 12 weist ein regelmäßiges Muster an einzelnen Dämmen 13 auf, wobei jeder Damm 13 so angeordnet ist, daß er einen jeweiligen Zweig der ersten fließenden Polymerkomponente durch eine zugehörige Dosieröffnung A empfängt. An beiden Enden jedes Damms 13 ist eine Verteilungsöffnung 14 vorgesehen. Die Dämme 13 und die Verteilungsöffnungen 14 werden vorzugsweise (besonders bevorzugt durch photochemisches Ätzen) in die Verteilerplatte 12 eingeätzt, wobei die Dämme 13 auf der stromaufwärtigen Seite der Platte 12 geätzt werden, und Öffnungen 14 von der stromabwärtigen Seite der Verteilungsplatte 12 aus geätzt werden. Allerdings kann die Verteilungsplatte 12 auch durch andere Verfahren hergestellt werden, beispielsweise Bohren, Aufreiben, und andere Arten der Bearbeitung und des Schneidens. Die dargestellte Verteilerplatte dient nur zu Erläuterungszwecken. Die Anzahl und die Arten der Verteilungsplatten werden durch die Komplexizität der Polymerkomponentenverteilung bestimmt, die für jede Faser gewünscht ist.
Die stromaufwärtige Oberfläche der Verteilerplatte 12, welche nicht die Dämme 13 enthält, wird geätzt oder auf andere Art und Weise auf eine vorbestimmte Tiefe bearbeitet, um die zweite Polymerkomponente von den Dosieröffnungen B zu empfangen. Die Spinndüsenplatte 15 ist mit einem Feld von Spinnlöchern 16 versehen, die vollständig durch ihre Dicke verlaufen. Jedes Spinnloch 16 weist eine Senkbohrung 17 auf, die ein Einlaßloch an der stromaufwärtigen Seite der Spinndüsenplatte 15 bildet. Die erste und zweite Polymerkomponente werden zuerst in der gewünschten Konfiguration am Einlaßloch 17 zusammengebracht, und aus den Spinnlöchern 16 werden Fasern extrudiert, welche die gewünschte Multikomponentenkonfiguration aufweisen.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Bodenoberfläche (also Stirnfläche) einer Spinndüse, beispielsweise jener, die in Fig. 4 gezeigt ist, gesehen von unten aus. Die Spinnlöcher 16 sind in versetzten Reihen angeordnet, um den Quenchwirkungsgrad zu erhöhen. Zur Erhöhung der Produktivität ist es wünschenswert, Spinnlöcher 16 in einem möglichst dichten Muster vorzusehen. Die erhältliche Dichte wird durch geometrische Randbedingungen beschränkt, die festlegen, wie nahe die Bauteile aneinander angeordnet werden können, ohne sich gegenseitig zu stören. In diesem Zusammenhang weisen Spinndüsen mit Standardlochoberflächendichte eine Lochoberflächendichte von bis zu etwa einem Spinnloch pro 12,6 mm² der Spinndüsenstirnfläche (also der Bodenoberfläche) auf. Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte umfassen beispielsweise Spinndüsen mit einer Lochoberflächendichte von einem Loch pro 8 mm². Spinndüsen, welche Lochoberflächendichten von bis zu einem Loch pro 2,5 mm² aufweisen, wurden für die Herstellung von Multikomponentenfasern entworfen, und es konnten Lochoberflächendichten von bis zu einem Loch pro 0,6 mm² für Einkomponentenfasern erzielt werden.
Wenn die Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte für die Herstellung von Multikomponentenfasern verwendet werden, stellte sich ein Standardquenchsystem als unerwünscht heraus, und verfestigte die aus der Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte extrudierten Fasern unzureichend, was zu Knoten und/oder vereinigten Fäden führte. Das Standardquenchsystem umfaßte einen üblichen rechteckigen Querstromkasten, der mit einer Schaumauskleidung mit einer Länge von 35 Zoll (88,9 cm) und einer Breite von 25 Zoll (63,5 cm) versehen war, und so ausgebildet war, daß man ein konstantes Geschwindigkeitsprofil von 330 Fuß/min (101 m/min) entlang der Gesamtlänge der Stirnfläche erhielt.
Wiederum in Fig. 1 ist eine Einrichtung gezeigt, welche ein verbessertes Quenchsystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Beispielsweise werden erste und zweite Polymere getrennt trocken gemischt, und zwar mit jeweiligen Additiven, in einem kontinuierlichen Vorgang, und es wird sowohl die erste als auch die zweite Polymermischung einem getrennten Vorratsbehälter direkt oberhalb eines Beschickungstrichters eines Extruders (nicht gezeigt) zugeführt. Sowohl die erste als auch zweite Polymermischung wird über einen getrennten Extruder (nicht gezeigt) zugeführt, und als erste bzw. zweite geschmolzene Polymerkomponente extrudiert.
Die erste geschmolzene Polymerkomponente wird in die Spinnanordnung 3 über den Einlaßport 1 auf einer ersten Schmelztemperatur eingegeben, und eine zweite geschmolzene Polymerkomponente wird über den Einlaßport 2 bei einer zweiten Schmelztemperatur eingegeben. Obwohl Fig. 1 nur eine Spinnanordnung 3 zeigt, soll die Erfindung nicht darauf beschränkt sein, und kann zwei oder mehr Spinnanordnungen für die parallele Verarbeitung von Multikomponentenfäden aufweisen. Wenn Polypropylen und Polyethylen als die Polymerkomponenten verwendet werden, wird die Schmelztemperatur auf etwa 250ºC bzw. 230ºC gehalten.
Die geschmolzenen Polymerkomponenten werden Wie voranstehend geschildert durch die Spinnanordnung 3 verarbeitet, und es wird ein dicht gepacktes Feld von geschmolzenen Multikomponentenfasern aus den Spinnlöchern 16 an der Bodenoberfläche der Spinndüse 15 extrudiert. Die Komponenten können zu Multikomponentenfasern bei einem Verhältnis von etwa 10 bis 90 Gewichtsprozent der ersten Komponente zu etwa 90 bis 10 Gewichtsprozent der zweiten Komponente vereinigt werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent der ersten Komponente zu etwa 70 bis 30 Gewichtsprozent der zweiten Komponente. Eine bevorzugte Ausführungsform mit Kern und Hülle weist ein Verhältnis von etwa 50 Gewichtsprozent der ersten Komponente zu etwa 50 Gew.-% der zweiten Komponente auf.
Die Spinngeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit, bei welcher die Multikomponentenfasern aus den Spinnlöchern extrudiert werden, kann im Bereich von etwa 30 m/min bis 900 m/min liegen. Bevorzugt beträgt die Spinngeschwindigkeit zumindest etwa 60 Meter pro Minute. Besonders bevorzugt beträgt die Spinngeschwindigkeit nicht mehr als etwa 450 Meter pro Minute. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Spinngeschwindigkeit zumindest etwa 90 Meter pro Minute. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Spinngeschwindigkeit nicht mehr als 225 Meter pro Minute. Noch bevorzugter beträgt die Spinngeschwindigkeit zumindest etwa 100 Meter pro Minute. Darüber hinaus bevorzugt beträgt die maximale Spinngeschwindigkeit nicht mehr als etwa 165 Meter pro Minute.
Die Extrusionsrate der Multikomponentenfasern aus den Spinnlöchern 16 beträgt etwa 0,01 bis 0,12 gm/min pro Spinndüsenloch für jede Komponente, wenn die Komponenten bei einem Gewichtsverhältnis von 50 : 50 vereinigt werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen beträgt die bevorzugte lineare Extrusionsrate für jede Komponente etwa 0,02 gm/min pro Spinndüsenloch, wenn die Komponenten bei einem Gewichtsverhältnis von etwa 50 : 50 vereinigt werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen beträgt die bevorzugte maximale Extrusionsrate für jede Komponente etwa 0,06 gm/min pro Spinndüsenloch, wen die Komponenten bei einem Gewichtsverhältnis von 50 : 50 vereinigt werden.
Nach dem Extrudieren aus den Spinnlöchern 16 werden die Multikomponentenfasern 18 sofort durch ein Fluid mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit gequericht, welches aus der Stirnfläche 22 der Quenchdüse 21 austritt. Die Temperatur des aus der Stirnfläche 22 austretenden Fluids beträgt etwa 50º Fahrenheit bis 90º Fahrenheit (10 bis 32ºC). Eine bevorzugte minimale Quenchfluidtemperatur an der Stirnfläche 22 beträgt etwa 60º Fahrenheit (50,5ºC). Eine bevorzugte maximale Quenchfluidtemperatur an der Stirnfläche 22 beträgt etwa 80º Fahrenheit (27ºC). Bei einem bevorzugten Beispiel liegt die Quenchfluidtemperatur an der Stirnfläche 22 auf etwa 70º Fahrenheit (21ºC).
Die Spinnfertigbearbeitung wird durch eine Walze (nicht gezeigt) aufgebracht, nachdem sich die Fäden verfestigt haben. Die Fäden werden zwischen Septetten (nicht gezeigt) in einen Kammzug gezogen, und der Kammzug wird vorher erwärmt, bevor er in eine Kräuselvorrichtung (nicht gezeigt) des Stopfkastentyps eintritt, in welcher die Fäden gekräuselt werden. Als nächstes wird mit den Fäden eine Luftkühlung auf einem Förderer (nicht gezeigt) durchgeführt, und wird ein Überfinish über Schlitzstangen (nicht gezeigt) aufgebracht. Alternativ hierzu kann der Überfinish in Sprühform auf den Kammzug aufgebracht werden, nachdem dieser die Kräuselvorrichtung verläßt. Schließlich werden die Fäden auf Stapel geschnitten, und zu Ballen ausgeformt.
Das in Fig. 1 gezeigte Quenchsystem 20 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Allerdings kann mehr als eine der Quencheinheiten für eine Portionsverarbeitung eingesetzt werden, und können andere entsprechende Konfigurationen dazu verwendet werden, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die Quencheinheit 20 weist zumindest ein Antriebselement 23 zum Blasen eines kontrollierten Fluidflusses durch die flexible Rohrleitung 24 in die Quenchdüse 21 und schließlich durch die Stirnfläche 22 der Quenchdüse auf, wo der Fluidfluß auf das Feld aus geschmolzenen Multikomponentenfasern oder -fäden 18 gerichtet wird, um diese zu quenchen. Das bevorzugte Quenchfluid ist Luft, jedoch können andere Fluide, beispielsweise Inertgase, statt Luft oder mit dieser kombiniert eingesetzt werden. Eine Standardabsauganordnung 40 mit einer mit einem Ventil versehenen Öffnung 42 ist dazu vorgesehen, das Quenchfluid zu entfernen, nachdem es durch das Feld aus Multifäden 18 hindurchgegangen oder um dieses herumgegangen ist.
Das zumindest eine Antriebselement 23 ist vorzugsweise ein Zentrifugalgebläse, welches das System im Überfluß versorgt, jedoch können ändere Äquivalente eingesetzt werden, beispielsweise eine Turbine und dergleichen. Das Flußkontrollelement 25 kontrolliert die Fluidmenge, die der Quenchdüse 21 zugeführt wird. Vorzugsweise ist das Flußkontrollelement 25 ein Schmetterlingsventil, jedoch kann eine andere äquivalente Ventilvorrichtung statt eines Schmetterlingsventils verwendet werden. Ein Auslaß 26 (in der geöffneten Position gestrichelt dargestellt) entsorgt jegliches überschüssiges Fluid, welches von dem Antriebselement 23 geliefert wird.
Die Düse 21 ist an der Einrichtung 50 über ein Horizontalmontageelement 27, ein Winkelmontageelement 28 und ein Vertikalmontageelement 29 angebracht, die miteinander als Montageeinheit 30 verbunden sind, und an welcher die Düse 21 durch Montagevorrichtungen 29 befestigt ist. Ein Pitot-Rohr 31 mißt den Druck des durch die Düse 21 hindurchgehenden Fluids. Die Montageeinheit 30 ist an der Einrichtung 50 bei 32 über Bolzen, Schrauben, mittels Verschweißung oder eine andere Befestigungsvorrichtung befestigt. Das Horizontalmontageelement 27 ist über ein Einstellelement 27' einstellbar, welches vorzugsweise ein Schraubenantrieb ist, jedoch auch eine Spannschloßanordnung, eine Ritzel- Zahnstangenanordnung oder ein anderer äquivalenter Vorspannmechanismus sein kann. Die Einstellung des Horizontalmontageelements 27 bewegt die Stirnfläche 22 näher an das Feld der extrudierten geschmolzenen Fäden 18 oder weiter von diesen weg. Die Horizontalentfernung der Stirnfläche 22 von den geschmolzenen Fäden 18 wird von der geschmolzenen Faser am nächsten zum Zentrum der Stirnfläche 22' (sh. Fig. 2) zum Zentrum der Stirnfläche 22' gemessen. Die Düse ist in einer Horizontalentfernung von etwa 0,0 bis etwa 10 cm beweglich. Eine bevorzugte minimale Horizontalentfernung für das Quenchen mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit beträgt etwa 4,5 cm. Eine bevorzugte maximale Horizontalentfernung für das Quenchen mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit beträgt etwa 5,5 cm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Horizontalentfernung von etwa 5 cm eingestellt.
Die Einstellung des Vertikalmontageelementes 29 bewegt die Stirnfläche 22 näher zur Bodenoberfläche (oder Stirnfläche) 15' der Spinndüse 15 oder von dieser weg. Die Vertikalentfernung der Stirnfläche 22 von der Bodenoberfläche 15' wird von der Höhe der Oberkante 22" der Stirnfläche 22 bis zur Höhe der Bodenoberfläche 15' der Spinndüse gemessen. Die Düse ist in einer Vertikalentfernung von etwa 0,0 bis etwa 10 cm beweglich. Eine bevorzugte minimale Vertikalentfernung für das Quenchen mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit beträgt etwa 0,0 cm. Eine bevorzugte maximale Vertikalentfernung für das Quenchen mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit beträgt etwa 6,0 cm, wobei eine Vertikalentfernung von etwa 5,0 cm eine der bevorzugsten Einstellungen darstellt, und eine Vertikalentfernung von etwa 1,0 cm eine weitere der bevorzugsten Einstellungen darstellt.
Die Einstellung des Winkelmontageelements 28 ändert den Winkel α zwischen der Richtung, in welcher die Quenchdüse einen Quenchfluidstrahl D richtet, und der Horizontalrichtung der unteren Oberfläche 15' der Spinndüse. Der Winkelbereich des Winkelmontageelements liegt zwischen etwa 0 Grad (also Quenchstrom im wesentlichen parallel zur unteren Spinndüsenoberflächen und senkrecht zur Extrusionsrichtung) und etwa 50 Grad. Ein bevorzugter Minimalwinkel beträgt etwa 10 Grad. Ein Bevorzugter Maximalwinkel beträgt etwa 35 Grad. Ein Winkel von etwa 23 Grad stellt eine der bevorzugsten Einstellungen dar.
Die Quenchdüse 21 ist mit einer Höhenänderungsvorrichtung versehen, die einstellbar ist, um die Höhe der Öffnung an der Stirnfläche 22 der Quenchdüse 21 zu ändern. Die Höhenänderungsvorrichtung 33 ist vorzugsweise eine ebene Platte, deren Winkel durch die Einstellung des Höheneinstellmechanismus 34 geändert werden kann. Der Höheneinstellmechanismus ist vorzugsweise ein Schraubentrieb mit einem Einstellknopf, jedoch können statt dessen auch andere äquivalente Einstellmechanismen verwendet werden. Fig. 2 zeigt eine Endansicht der Stirnfläche 22 und die Auswirkungen der Höhenänderungsvorrichtung 33 auf die Höhenabmessung h der Stirnfläche. Die Höhe h ist durch die Höhenänderungsvorrichtung (beispielsweise Platte) 33 bis zu einer Höhe von etwa 50 mm änderbar. Vorzugsweise ist die Minimalhöhe der Stirnflächenöffnung auf etwa 20 mm eingestellt. Bevorzugt ist die maximale Höhe der Stirnflächenöffnung auf etwa 40 mm eingestellt. Eine bevorzugte Ausführungsform umfaßt eine Höheneinstellung von etwa 35 mm. Eine Änderung der Höhe der Stirnflächenöffnung ändert die Fläche der Öffnung, die umgekehrt proportional zur Stirnflächengeschwindigkeit des Quenchstroms ist, der die Stirnfläche verläßt.
Fig. 3 zeigt eine linke Seitenansicht eines Abschnitts der Einrichtung entlang den Linien III-III sowie III'-III' in Fig. 1. Für ein wirksames Quenchen wird bevorzugt, daß mit sämtlichen geschmolzenen Multikomponentenfäden ein Hochgeschwindigkeitsquenchen durchgeführt wird; ausgesandt von der Stirnfläche 22 aus. Daher wird vorgezogen, daß die Breite w der Stirnfläche 22 größer ist als die Breite w' des Feldes der Fäden, die aus einer Spinndüse 15 mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden. In der Praxis weist die Stirnfläche 22 eine feste Breite von zumindest etwa mehr als 18 Zoll (45,7 cm) auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine feste Breite w von zumindest 21 Zoll (53,3 cm) vorgesehen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Quencheinheit, die eine feste Stirnflächenbreite von zumindest etwa 23 Zoll (58,4 cm) aufweist.
Durch geeignete Einstellung der Stirnflächenhöhe der Quenchdüse 21 und der Flußkontrollvorrichtung 25 kann die Quencheinheit einen Quenchfluidstrom durch die Stirnfläche 22 mit einer Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest etwa 800 Fuß/min (244 m/min) ausblasen, und bevorzugt innerhalb eines Bereiches von etwa 1000 Fuß/min (305 m/min) bis 1600 Fuß/min (488 m/min). Besonders bevorzugt beträgt eine minimale Stirnflächengeschwindigkeit etwa 1200 Fuß/min (366 m/min). Besonders bevorzugt beträgt eine maximale Stirnflächengeschwindigkeit etwa 1400 Fuß/min (427 m/min). Eine bevorzugte Ausführungsform weist eine Einstellung der Quencheinheit auf, mit welcher eine Stirnflächengeschwindigkeit von etwa 1300 Fuß/min (396 m/min) erzielt wird. Bei einer Stirnfläche von etwa 1300 Fuß/min (396 m/min) stößt die Quenchdüse Fluid mit einer Volumenrate von etwa 300 Kubikfuß/min (8,5 Kubikmeter/min) aus.
Um die vorliegende Erfindung noch weiter zu beschreiben werden die folgenden, nicht-einschränkende Beispiele dargestellt. Zwei Beispiele für den Stand der Technik (also die Beispiele 1 und 2) dienen zu Vergleichszwecken.

BEISPIELE

Bei sämtlichen Beispielen sind folgende gemeinsame Eigenschaften vorhanden:
Bikomponentenfasern mit einer Hüllen-Kern-Konfiguration wurden durch Schmelzspinnen unter folgenden Bedingungen erhalten: eine Kernkomponente war HIMONT-Faser-Polypropylen mit MFI&sub2;&sub3;&sub0; von 20 dg/min. einer mittleren Molekulargewichtsverteilung (Gewicht/Nummer) von 4,3, bestimmt durch Siebexklusionschromatographie, einer Festkörperdichte von 0,905 gm/ccm, und einer Schmelzpunktspitzentemperatur von 165ºC, bestimmt durch Differenzscan-Kalorimetrie. Eine Hüllenkomponente war Faserpropylen des Typs Dow Aspun 6811A (ein Copolymer aus Ethylen und Octen-1) mit einem MFI&sub1;&sub9;&sub0; von 97 dg/min. einer Festkörperdichte von 0, 9413 gm/ccm, und einer Schmelzpunktspitzentemperatur von 126ºC.
Das Polypropylen wurde bei einer Schmelztemperatur von etwa 250ºC extrudiert, und das Polyethylen wurde bei einer Schmelztemperatur von etwa 230ºC extrudiert. Die beiden Polymerströme wurden über einen Spinnbalken, der mit Dowtherm bei 260ºC ummantelt war, an eine Spinnanordnung übertragen. Bei der Spinnanordnung wurden die Polymere als getrennte Schmelzströme aufrechterhalten, bis unmittelbar vor der Spinndüse, wo sie in einer Hüllen-Kern-Konfiguration vereinigt wurden. Die verwendete Spinndüse weist 15744 Löcher mit einem Durchmesser von 0,012 Zoll (0,305 mm) auf, mit einem L/D-Verhältnis von 2 : 1, in einem rechteckigen Muster mit einer Lochdichte von 2,5 mm² pro Loch. Die Polymere wurden in einem Gewichtsverhältnis von Kernkomponente zu Hüllenkomponente von 50 : 50 versponnen. Die Extrusionsrate jeder Komponente betrug 0,021 gm/min/Loch.

Vergleichsbeispiel 1

Die extrudierten Fäden wurden durch einen Luftquerstrom von 2000 ft³/min (56, 6 m³/min) bei 70º Fahrenheit (21ºC) aus einer herkömmlichen Querstromquencheinheit gequericht, die sich unmittelbar unterhalb der unteren Oberfläche (Stirnfläche) der Spinndüse befand (so daß die Oberkante der herkömmlichen Querstromquencheinheit mit der unteren Oberfläche der Spinndüse fluchtete). Die herkömmliche Querstromquencheinheit wies einen rechteckigen Kasten auf, der mit einer Schaumauskleidung mit einer Länge von 35 Zoll (88,9 cm) und einer Breite von 25 Zoll (63,5 cm) ausgekleidet war, und so ausgebildet war, daß sich ein konstantes Geschwindigkeitsprofil entlang der Gesamtlänge der Stirnfläche von etwa 330 Fuß/min (101) ergab. Eine Absaugeinheit mit einer Öffnung mit einer Breite von 2 Zoll (5,08 cm) und einer Länge von 25 Zoll (63,5 cm) ist auf der Seite der extrudierten Fäden entgegengesetzt zu jener Seite vorgesehen, an welcher sich die Quencheinheit befand. Die Absaugeinheit wurde bei einem statischen Druck von 0,9 Zoll (22,9 mm) von Wasser (224 Pa) betrieben. Die Fäden wurden um eine freilaufende Godet-Rolle und über einen Zugrollenstand bei 107 m/min aufgenommen.
Unter den voranstehenden Bedingungen konnte kein erfolgreicher Spinnvorgang ablaufen. Die Quenchluft war unzureichend, die gesponnenen geschmolzenen Fasern abzukühlen, bevor sie zu einem einzigen Kammzug vereinigt wurden. Daher traten vereinigte Fäden auf, sowie eine Knotenbildung.

Vergleichsbeispiel 2

Die verwendete Quencheinheit war dieselbe, die beim Vergleichsbeispiel 1 beschrieben wurde. Es wurden Quenchluftraten von 1000 bis 3000 ft³/min (28,3 bis 85,0 m³/min) von Luft im Querstrom bei Temperaturen im Bereich von 60º Fahrenheit bis 80º Fahrenheit (50,5 bis 27ºC) versucht, um geeignete Spinnbedingungen einzurichten. Bei einem Versuch wurde die untere Hälfte der Quencheinheit verschlossen, um die Luftgeschwindigkeit auf etwa 600 Fuß/min (183 m/min) zu erhöhen. Keine, der voranstehend geschilderten Kombinationen der Bedingungen war dazu geeignet, akzeptierbare Spinnbedingungen einzurichten, da immer eine Vereinigung und/oder Knotenbildung der Fäden auftrat.

Beispiel 3

Die extrudierten Fäden wurden mit Luft von 300 ft³/min (8,5 m³/min) gequericht, die bei 70º Fahrenheit (21ºC) quer über die Fadenlinie geblasen wurde, über eine Quencheinheit, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Quencheinheit fand sich 5,0 cm unterhalb der unteren Oberfläche (Stirnfläche) der Spinndüse. Die Quencheinheit war so eingestellt, daß sie eine rechteckige Stirnflächenöffnung aufwies, die 35 mm hoch und 25 Zoll (63,5 cm) breit war, einen Winkel von etwa 23º gegenüber der Horizontalen aufwies, und auf das Zentrum der unteren Oberfläche der Spinndüse gerichtet war. Die Öffnung der Quencheinheit befand sich in einer Horizontalentfernung von annähernd 5 cm. Die Stirnflächengeschwindigkeit der Luft durch die Quencheinheit betrug annähernd 1300 Fuß/min (396 m/min). Eine Absaugöffnung mit einer Öffnung mit Abmessungen von 2 Zoll (5,08 cm) mal 25 Zoll (63,5 cm) befand sich an der Seite der extrudierten Fäden entgegengesetzt zur Seite am nächsten an der Quencheinheit. Die Absaugeinheit wurde bei einem statischen Druck von 0,9 Zoll (22,9 mm) von Wasser (224 Pa) betrieben. Die Fäden wurden um eine freilaufende Godet-Rolle und über einen Zugrollenstand bei 107 m/min aufgenommen, und die Extrusionsrate jeder Komponente betrug 0,021 gm/min/Loch. Ein kontinuierlicher Spinnvorgang war zufriedenstellend, und es traten keine Knoten oder vereinigten Fäden auf.

Beispiel 4

Das Spinnen wurde unter denselben Bedingungen wie beim Beispiel 3 durchgeführt, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Zugrollengeschwindigkeit 129 m/min betrug, und die Extrusionsrate jeder Komponente 0,025 gm/min/Loch betrug. Es ergab sich ein zufriedenstellendes, kontinuierliches Spinnen, und es traten keine Knoten oder vereinigte Fäden auf.

Beispiel 5

Das Spinnen wurde unter denselben Bedingungen wie beim Beispiel 3 durchgeführt, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Zugrollengeschwindigkeit 129 m/min betrug, und die Extrusionsrate jeder Komponente 0,022 gm/min/Loch betrug. Es ergab sich ein zufriedenstellendes, kontinuierliches Spinnen, und es traten keine Knoten oder vereinigten Fäden auf.

Beispiel 6

Das Spinnen wurde unter denselben Bedingungen wie beim Beispiel 3 durchgeführt, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Zugrollengeschwindigkeit 129 m/min betrug, und die Extrusionsrate jeder Komponente 0,06 gm/min/Loch betrug. Es ergab sich ein zufriedenstellendes, kontinuierliches Spinnen, und es traten keine Knoten oder vereinigten Fäden auf.

Claims

1. Verfahren zum Spinnen von Multikomponenten-Polymerfäden bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von zumindest 30 m/min. mit:

Zufuhr einer ersten Polymerkomponente bei einer ersten Schmelztemperatur in zumindest eine Spinnanordnung;

Zufuhr einer zweiten Polymerkomponente bei einer zweiten Schmelztemperatur in die zumindest eine Spinnanordnung;

Vereinigung der ersten und zweiten Polymerkomponente in einer Multikomponentenkonfiguration, und Extrudieren durch zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, nämlich einer Spinndüse mit einer Lochoberflächendichte von zumindest einem Loch pro 12 mm² der Bodenoberfläche, um geschmolzene Multikomponentenfäden auszubilden; und

Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids mit hoher Geschwindigkeit, nämlich einer Geschwindigkeit von zumindest 800 Fuß (244 m) pro Minute, quer zur Extrusionsrichtung der geschmolzenen Multikomponentenfäden, um wirksam Knotenbildung und Vereinigung der Multikomponentenfäden zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit das Blasen eines Fluids bei einer Stirnflächengeschwindigkeit mit zumindest etwa 1000 Fuß (305 m) pro Minute umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit das Blasen eines Fluids bei einer Stirnflächengeschwindigkeit im Bereich von etwa 1000 Fuß (305 m) pro Minute bis 1600 Fuß (488 m) pro Minute umfaßt.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem der Schritt des Quenchens der geschmolzenen Multikomponentenfäden das Blasen von Luft unter hoher Geschwindigkeit quer zur Extrusionsrichtung der geschmolzenen Multikomponentenfäden umfaßt.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit durch eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit durchgeführt wird, die eine Stirnflächenöffnung aufweist, durch welche ein Fluid ausgeblasen wird, wobei die Stirnflächenöffnung zumindest so breit ist wie die vereinigte Breite der geschmolzenen Multikomponentenfäden, die von einer der Spinndüsen mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden, und eine variable Höhe aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Stirnflächenöffnung der Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit eine Höhe von etwa 20 bis 50 mm aufweist.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit durch eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit durchgeführt wird, die eine Stirnflächenöffnung aufweist, durch welche das Fluid geblasen wird, und die Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit in einer Horizontalentfernung von etwa 4,5 bis 5,5 cm von dem nächsten geschmolzenen Multikomponentenfaden angeordnet ist, gemessen vom Zentrum der Stirnflächenöffnung aus.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit von einer Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit durchgeführt wird, die eine Stirnflächenöffnung aufweist, durch welche das Fluid geblasen wird, und die Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit in einer Vertikalentfernung von etwa 0,0 bis 20,0 Zentimetern von einer Bodenkante der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte zu einer Oberkante der Stirnflächenöffnung angeordnet ist.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit von einer Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit durchgeführt wird, die eine Stirnflächenöffnung aufweist, durch welche das Fluid geblasen wird, und die Quencheinheit in einem Winkel von etwa 0 bis 50 Grad in Bezug auf die Horizontalrichtung angeordnet ist, wobei die Stirnflächenöffnung zum Zentrum einer Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte hin gerichtet ist.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden durch Blasen eines Fluids unter hoher Geschwindigkeit von einer Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit durchgeführt wird, die eine Stirnflächenöffnung aufweist, durch welche ein Fluid mit einer Temperatur von etwa 50 bis 90º Fahrenheit (10 bis 32ºC) geblasen wird.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die geschmolzenen Multikomponentenfäden unter Einsatz eines Langspinnverfahrens hergestellt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Spinngeschwindigkeit etwa 60 bis 225 Meter pro Minute beträgt.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte eine Bodenoberfläche aufweist, durch welche die geschmolzenen Multikomponentenfasern extrudiert werden, und die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte weiterhin zumindest etwa ein Loch pro 8 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte zumindest etwa ein Loch pro 0,6 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche aufweist.

15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Extrusionsrate der ersten Polymerkomponente zwischen etwa 0,01 bis 0,12 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch beträgt, und die Extrusionsrate der zweiten Polymerkomponente zwischen etwa 0,01 und 0,12 Gramm pro Minute pro Spinndüsenloch liegt.

16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem das Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden das sofortige Quenchen der geschmolzenen Multikomponentenfäden umfaßt, nachdem die geschmolzenen Multikomponentenfäden von der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert wurden.

17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die geschmolzenen Multikomponentenfäden die Komponentenfasern sind, und etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent der ersten Komponente und etwa 70 bis 30 Gewichtsprozent der zweiten Komponente enthalten.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die Bikomponentenfäden eine Polyethylenhülle und einen Polypropylenkern aufweisen.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die Bikomponentenfäden eine Polyesterhülle und einen Ethylenvinylacetatkern aufweisen.

20. Einrichtung zum Spinnen von Multikomponenten- Polymerfäden bei einer Spinngeschwindigkeit von zumindest 30 Meter/Minute, wobei vorgesehen sind:

zumindest eine Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte, nämlich eine Spinndichte mit einer Lochoberflächendichte von zumindest einem Lochpro 12 mm² der Bodenoberfläche;

zumindest ein Zufuhrelement (1) zum Zuführen einer ersten Polymerzusammensetzung durch die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, und zumindest ein Zufuhrelement (2) zum Zuführen einer zweiten Polymerzusammensetzung durch die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte, um ein Feld aus geschmolzenen Multikomponentenfäden (18) zu extrudieren; und

zumindest eine Quencheinheit (20), welche eine hohe Stirnflächengeschwindigkeit aufweist, nämlich eine Geschwindigkeit von zumindest 800 Fuß (244 m) pro Minute, zum Quenchen des Feldes aus geschmolzenen Multikomponentenfäden, wenn die geschmolzenen Multikomponentenfäden die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte verlassen, um so wirksam eine Knotenbildung und Vereinigung der Multikomponentenfäden zu verhindern.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die zumindest eine Quencheinheit (20) mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit eine Stirnfläche (22) aufweist, die mit einer Stirnflächenöffnung versehen ist, durch welche die zumindest eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit ein Fluid mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit bläst, wobei die Stirnfläche eine feste Breite (W) aufweist, und eine Vorrichtung (33, 34) zum Ändern der Höhe der Stirnflächenöffnung der Stirnfläche aufweist, wobei die Höhenänderungsvorrichtung die Höhe der Stirnflächenöffnung der Stirnfläche zwischen etwa 20 mm und 50 mm ändert, wobei die feste Breite zumindest so groß ist wie die vereinigte Breite (W') der geschmolzenen Multikomponentenfasern (18), die von der zumindest einen Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden, wobei die zumindest eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit ein Antriebselement (23) zum Blasen eines Fluids durch die Stirnfläche bei einer Stirnflächengeschwindigkeit von etwa 1000 Fuß (305 m) pro Minute bis 1600 Fuß (488 m) pro Minute aufweist, und wobei das Antriebselement ein Fluid durch die Stirnfläche bei einer Volumenrate von etwa 300 Kubikfuß (8,5 Kubikmeter) pro Minute bläst.

22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, welche weiterhin zumindest ein Winkelmontageelement (28) für die Winkelmontage der zumindest einen Quencheinheit (20) mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit aufweist, in Bezug auf die zumindest eine Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte, wobei die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte eine Bodenoberfläche (15') aufweist, durch welche die geschmolzenen Multikomponentenfasern (18) extrudiert werden, und das Winkelmontageelement die zumindest eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit so montiert, daß ein Fluid unter hoher Geschwindigkeit auf ein Zentrum des Bodens der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte in einem Winkel von etwa 0 bis 50 Grad gerichtete wird.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, welche weiterhin zumindest ein Vertikalmontageelement (29) zur vertikal einstellbaren Montage der zumindest einen Quencheinheit (20) mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit in Bezug auf die zumindest eine Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte aufweist, wobei die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte eine Bodenoberfläche (15') aufweist, durch welche die geschmolzenen Multikomponentenfasern (18) extrudiert werden, und die Stirnfläche einen Oberrand am nächsten an der Bodenoberfläche der zumindest einen Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte aufweist, und das Vertikalmontageelement die zumindest eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit in einer Vertikalentfernung von etwa 0,0 bis 20,0 Zentimeter anbringt, gemessen von der Bodenoberfläche zum Oberrand.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, welche weiterhin zumindest ein Horizontalmontageelement (27, 27') zur horizontal einstellbaren Montage der zumindest einen Quencheinheit (20) mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit in Bezug auf die geschmolzenen Multikomponentenfäden (18) aufweist, wenn sie von der zumindest einen Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte extrudiert werden, wobei das zumindest eine Horizontalmontageelement die zumindest eine Quencheinheit mit hoher Stirnflächengeschwindigkeit in einer Horizontalentfernung von etwa 4,5 bis 5,5 Zentimetern anbringt, gemessen von einem nächsten geschmolzenen Multikomponentenfaden zum Zentrum der Stirnfläche.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei welcher die zumindest eine Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte eine Bodenoberfläche (15') aufweist, durch die welche die geschmolzenen Multikomponentenfasern (18) extrudiert werden, wobei die zumindest eine Spinndüse mit hoher Lochoberflächendichte weiterhin zumindest etwa ein Loch (16) pro 8 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche aufweist.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, bei welcher die zumindest eine Spinndüse (3) mit hoher Lochoberflächendichte zumindest etwa ein Loch (16) pro 0,6 Quadratmillimeter der Bodenoberfläche (15') aufweist.