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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Herstellung von Endlosfasern oder -filamenten und insbesondere
zur Bildung einer Faser mit zwei separaten und verschiedenen Komponenten.
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Synthetische
Fasern werden bekanntermaßen
auf konventionelle Weise hergestellt, indem flüssige Polymere durch mehrere
sehr kleine Öffnungen eines
Mundstücks
gepresst werden.
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Diese
synthetischen Fasern können
ebenfalls bekanntermaßen
zwei Polymerkomponenten mit unterschiedlichen Merkmalen und physikalischen
Eigenschaften umfassen. Diese Fasern sind die so genannten „Hülle-Kern"-Fasern, die eine
zentrale Komponente (den Kern) im Inneren einer weiteren Faserkomponente
(der Haut oder Hülle)
enthalten.
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Bei
der Bildung dieser Hülle-Kern-Fasern
ist es sehr wichtig, den Faserkern ordnungsgemäß in der Mitte der Faser zu
halten, denn selbst wenn der Faserkern auch nur leicht von der Fasermitte
versetzt ist, werden die Merkmale und physikalischen Eigenschaften
der entstehenden Faser negativ beeinflusst.
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Ein
konventionelles Verfahren zur Bildung der oben genannten Hülle-Kern-Fasern
sieht die Verwendung einer dem Mundstück vorgelagerten Platte vor,
einschließlich
erster mehrerer Öffnungen,
die durch die dem Mundstück
vorgelagerte Platte verlaufen, entlang derer eine der beiden Komponenten fließt, sowie
ein weiteres Mundstück
einschließlich zweiter
mehrerer Öffnungen,
durch die die zweite Komponente fließt, wobei die zweite Komponente nach
dem Beifügen
zur ersten Komponente durch die entsprechenden Öffnungen des Mundstücks mit
dem oben genannten Hülle-Kern-Muster
ausgestoßen wird.
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Somit
sollte ersichtlich sein, dass die Ausrichtung zwischen den ersten
und zweiten mehreren Öffnungen
durch die dem Mundstück
vorgelagerte Platte und durch das Mundstück selbst kritisch sein kann,
da selbst bei einer leichten Abweichung der ersten Öffnungen
von den zweiten Öffnungen
die Kernkomponente nicht zentriert in Bezug auf die zweite Komponente
wäre und
die erhaltene Faser oben genannte Nachteile aufweisen würde.
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Da
sowohl die dem Mundstück
vorgelagerte Platte als auch die Mundstückplatte selbst mit mehreren
ungeordneten durchgehenden Öffnungen
versehen sind, die eine sehr geringe Größe haben, sollte ersichtlich
sein, dass die entsprechenden Toleranzen sehr gering sind. Somit
wäre eine
kleine Nichtausrichtung der genannten kleinen Öffnungen auf irgendeine Weise
möglich.
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Zudem
wird dieses Problem weiterhin dadurch verschlimmert, dass die Faserkomponenten
in einem flüssigen
Zustand gehalten werden müssen, wenn
veranlasst wird, dass sie durch die beiden Mundstückplatten
fließen.
Dementsprechend erreichen die Mundstückplatten ein vergleichsweise
hohes Temperaturniveau (bis zu 350 °C), und es müssen die verschiedenen Schmelzpunkte
und Gradzahlen der beiden Komponenten berücksichtigt werden.
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Da
die Mundstückplatten
in der Regel aus einem Stahl bestehen, verursachen diese hohen Temperaturen
(und deren mögliche Änderungen)
eine Veränderung
der Plattengröße, sowohl
durch Ausdehnung als auch Zusammenziehen, und durch diese Veränderungen
können
die Öffnungen
einer Platte in Bezug auf die entsprechenden Öffnungen der anderen Platte
versetzt oder verschoben werden, wodurch in großem Maße und unerwünschterweise
die beiden Öffnungsgruppen
oder -reihen nicht ausgerichtet sind.
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Im
Dokument EP-A-0 284 784 wird eine Vorrichtung beschrieben, die im
Wesentlichen der Präambel
von Anspruch 1 entspricht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
wäre es
wünschenswert, eine
Vorrichtung und ein Verfahren einfacher und zuverlässiger Art
und Weise zu bieten, um mögliche Nichtausrichtungen
der Öffnungen
der beiden Mundstückplatten
auszugleichen, damit es der Faserkernkomponente gestattet wird,
genau zentriert in Bezug auf die Hüllenkomponente zu sein.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 zur Herstellung von Endlosfasern oder -filamenten geboten, die
durch ein erstes und ein zweites Komponentenpolymer gebildet werden,
wobei die genannte Vorrichtung eine erste Platte umfasst, die einen
Einlass zum Erhalten des ersten Komponentenpolymers und mehrere
hindurchgehende erste Öffnungen
aufweist, wobei der erste Komponentenpolymer zu einem Auslassende
der Öffnungen
fließt.
Eine zweite Platte ist der ersten Platte gegenüberliegend montiert, wobei
die zweite Platte mehrere zweite Öffnungen aufweist, die axial
mit den mehreren ersten Öffnungen
der ersten Platte ausgerichtet sind, wobei die zweite Platte mit
einem Fließkanal
versehen ist, der der zweiten polymeren Komponente gestattet, durch
zweiten Öffnungen
zu fließen
und aus jeweiligen Auslassenden der letzteren auszutreten.
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Mehrere
biegsame hohle Rohrleitungen sind axial in den zweiten Öffnungen
angeordnet, wobei ein Ende jeder Rohrleitung angrenzend an das Auslassende
einer der genannten ersten Öffnungen
angeordnet ist und das andere Ende jeder biegsamen Rohrleitung so
angeordnet ist, dass es an die Auslassenden der zweiten Öffnungen
angrenzt. Die biegsamen Rohrleitungen sind über ihre Querschnittsfläche mit
einer Fläche
ausgestattet, die eine kleinere Fläche aufweist als die entsprechenden
Flächen
der zweiten Öffnungen,
wobei die biegsamen Rohrleitungen mit einer Biegsamkeit oder Elastizität ausgestattet
sind, die so geschaffen ist, dass mögliche Nichtausrichtungen der
ersten und zweiten Öffnungen überwunden
werden, wodurch verhindert wird, dass sich die ordnungsgemäßen Flussrichtungen
der genannten beiden Komponentenpolymere verändern.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist jede biegsame Rohrleitung mit Zentriermitteln
versehen, die am anderen Ende der Rohrleitungen angeordnet sind,
wobei sich die Zentriermittel auswärts erstrecken und mit den Wänden der
zweiten Öffnungen
eingreifen, wodurch die anderen Enden der biegsamen Rohrleitungen
in Bezug auf die zweiten Öffnungen
zentriert werden und dadurch das andere Ende in einer Position gehalten
wird, die sogar dann axial mit den zweiten Öffnungen ausgerichtet ist,
wenn das Ende der biegsamen Rohrleitung nicht axial mit den zweiten Öffnungen
ausgerichtet ist.
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Vorzugsweise
sind die biegsamen Rohrleitungen in den ersten Öffnungen der ersten Platte
an deren Auslassende angebracht. Des Weiteren ist die zweite Platte
gemäß dem genannten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit Mundstücköffnungen
versehen, die an die Auslassenden der zweiten Öffnungen angrenzen und mit
den zweiten Öffnungen
in Verbindung stehen, um der zweiten Komponente zu gestatten, von
den zweiten Öffnungen
in die Mundstücköffnungen
zu flie ßen,
wobei das andere Ende jeder biegsamen Rohrleitung mit einer Ausstoß- oder
Auslassöffnung
versehen ist, die den Fluss der ersten polymeren Komponente in die
entsprechende Mundstücköffnung in
den Fluss der zweiten polymeren Komponente richtet, wodurch eine Hülle-Kern-Faser
oder ein solches Filament entsteht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren gemäß Anspruch
6 zur Herstellung von Endlosfasern oder -filamenten mit zwei polymeren Komponenten,
wobei das Verfahren den Schritt des Anordnens einer ersten oberen
Platte umfasst, die im Inneren mit mehreren ersten Öffnungen
versehen ist, an einer Position, die direkt an eine zweite Platte
angrenzt, welche wiederum in ihrem Inneren mit mehreren zweiten Öffnungen
und an ihrer unteren Fläche mit
mehreren Mundstücksöffnungen
versehen ist, wobei die ersten und zweiten Öffnungen axial ausgerichtet
sind. Das Verfahren der Erfindung umfasst weiterhin den Schritt
des Anordnens mehrerer biegsamer hohler Rohrleitungen in einer solchen
Weise, dass ein Ende jeder Rohrleitung mit jeder ersten Öffnung verbunden
ist, sich dadurch die biegsamen Rohrleitungen in die zweiten Öffnungen
erstrecken und damit axial ausgerichtet sind, und wobei jede flexible
Rohrleitung mit einer Querschnittsfläche versehen ist, die geringer
als die entsprechende Fläche der
zweiten Öffnungen
ist, um mit letzteren einen Fließkanal zu bilden. Das genannte
Verfahren umfasst weiterhin die Schritte des Verformens der biegsamen
Rohrleitungen durch Beigen der biegsamen Rohrleitungen an ihren
oberen Endabschnitten, wodurch mögliche
Nichtausrichtungen oder Verschiebungen zwischen den ersten und zweiten Öffnungen überwunden
werden.
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Das
Verfahren umfasst weiterhin die Schritte des Bereitstellens eines
ersten Weges für
die erste polymere Komponente, wobei sich dieser erste Weg durch
die ersten Öffnungen
und im Inneren der biegsamen hohlen Rohrleitungen erstreckt, damit
diese aus letzteren und durch die Mundstücksöffnungen ausgestoßen wird,
sowie das Bereitstellen eines zweiten Fließwegs für die zweite polymere Komponente,
wobei sich dieser zweite Fließweg
durch die zweiten Öffnungen
und um die äußere Oberfläche der
biegsamen Rohrleitungen erstreckt, damit diese von den zweiten Öffnungen
und durch die Mundstücköffnungen
ausgestoßen
wird, wodurch der Fluss der ersten polymeren Komponente, die durch die
Mundstücköffnungen
hindurchtritt, umschlossen wird, wodurch eine Hülle-Kern-Faser oder ein solches Filament
gebildet wird.
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Bei
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte
des Anordnens der unteren Enden der biegsamen Rohrleitungen an den
entsprechenden unteren Enden der zweiten Öffnungen sowie das mechanische
Halten der unteren Enden der biegsamen Rohrleitungen an einer zentrierten
Position, die in Bezug auf die zweiten Öffnungen zentriert sind, insbesondere
an einer Position, die sogar dann axial mit den zweiten Öffnungen
und den entsprechenden Mundstücköffnungen
ausgerichtet ist, wenn die oberen Enden der biegsamen Rohrleitungen nicht
axial mit den zweiten Öffnungen
ausgerichtet sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
vertikale Querschnittansicht, in der die Vorrichtung zur Herstellung
von Zwei-Komponenten-Fasern
oder Filamenten gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt ist;
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2 eine
Querschnitt-Detailansicht, die im Wesentlichen entlang der Linie
II-II aus 1 verläuft;
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3 eine
Querschnittansicht, in der eine Hülle-Kern-Faser dargestellt ist, die eine
Kernkomponente umfasst, die in Bezug auf die Struktur der genannten
Faser zentriert ist;
und
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4 eine
weitere Querschnittansicht, in der eine Hülle-Kern-Faser dargestellt
ist, die eine Kernkomponente umfasst, die in Bezug auf die Struktur
der Faser versetzt oder nicht zentriert ist.
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BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen ist 1 eine schematische Ansicht
im Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung
der Erfindung, die insbesondere für die Herstellung von Fasern
oder Filamenten entwickelt wurde.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Mundstückplatte 10,
die gegenüberliegend
und unter einer dem Mundstück
vorgelagerten Platte 12 angeordnet ist. Ein Verteiler-
oder Abgabesystem 14 zur Abgabe von flüssigen Polymeren an die dem
Mundstück
vorgelagerte Platte 12 steht darüber hinaus zur Verfügung.
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Gemäß dem hier
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann ein vollständiges
Mundstück
aus zwei rechteckigen Mundstückplatten
gebildet werden, die in einer gegenseitig nebeneinander liegenden
Anordnung angeordnet sind, wobei jede rechteckige Komponentenplatte
eine Länge
von 1 bis 6 Metern oder mehr und eine Breite von etwa 300 mm hat.
Auf der unteren Fläche
der Mundstückplatte 10 sind
mehrere Mundstücköffnungen 18 vorgesehen,
wobei jede Mundstücköffnung 16 in
der Mitte von 5 mm Fläche
der unteren Seite der Platte 10 angeordnet ist. In diesem
Zusammenhang sollte ersichtlich sein, dass die vorgegebenen Abmessungen
lediglich beispielhaft für
eine typische Art und Weise ist, die Erfindung auszuführen. Tatsächlich können verschiedene
Abmessungen oder Größen vorgesehen
werden, die von der gewünschten
Anwendung abhängig
sind.
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Das
Verteiler- oder Abgabesystem 14, das schematisch in 1 dargestellt
ist, umfasst Abgabekanäle 18,
wobei eine erste flüssige
polymere Komponente A im Inneren einer Kammer 20 fließt und anschließend durch
mehrere Öffnungen 22 in eine
zweite Kammer 24. Anschließend fließt die Komponente A vertikal
abwärts
von der zweiten Kammer 24 durch mehrere vertikal angeordnete Öffnungen 26 mit
einem entsprechenden Auslassende 28 an der unteren Fläche der
dem Mundstück
vorgelagerten Platte 12. Das Abgabesystem 14 umfasst des
Weiteren mehrere zweite Rohrleitungen 30, durch die eine
zweite flüssige
polymere Komponente B in Richtung der vertikalen Öffnungen 32,
die durch die dem Mundstück
vorgelagerte Platte 12 gebildet werden, fließt.
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Die
Mundstückplatte 10 wird
auf ihrer oberen Fläche
mit einer vergleichsweise breiten offenen Kammer 34 gebildet,
die die Komponente B aus den Öffnungen 32 der
dem Mundstück
vorgelagerten Platte 12 aufnimmt. Der untere Abschnitt
der Mundstückplatte 10 ist
mit mehreren sich vertikal erstreckenden zweiten Öffnungen 36 versehen,
wovon jede mit der Kammer 34 in Verbindung steht und deren
unteres Ende mit einer der genannten Mundstücköffnungen 16 in Verbindung
steht.
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Da
die Mundstückplatte 10 und
die dem Mundstück
vorgelagerte Platte 12 in einer einander gegenüberliegenden
Positionen montiert sind, wie in 1 dargestellt,
sind die ersten vertikalen Öffnungen 26 der
dem Mundstück
vorgelagerten Platte 12 im Allgemeinen axial mit den zweiten
vertikalen Öffnungen 36 der
Mundstückplatte 10 ausgerichtet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine biegsame hohle Rohrleitung 38 am unteren
Ende jeder der ersten Öffnungen 26 der
dem Mundstück
vorgelagerten Platte 12 angebracht. Die unteren Enden der
biegsamen Rohrleitungen 38 erstrecken sich vertikal in
die zweiten Öffnungen 36 der
Mundstückplatte 10,
die axial mit dieser ausgerichtet sind.
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Die
biegsamen Rohrleitungen 38 werden vorzugsweise von einem
dünnen
Edelstahl-Blechelement gebildet, das so geschaffen ist, dass es
geeignet biegsame Rohrleitungen zur Verfügung stellt, wie im Folgenden
ersichtlich wird. In diesem Zusammenhang sollte jedoch ersichtlich
sein, dass die Rohrleitungen 38 aus irgendeinem anderen
geeigneten Material bestehen können.
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Das
untere Ende dieser biegsamen Rohrleitungen 38 ist mit einer
Querschnittsfläche
versehen, die geringer als die entsprechende Fläche der zweiten Öffnungen 36 ist.
Auf diese Weise wird ein Fließkanal 40 zwischen
der äußeren Fläche der
Rohrleitungen 38 und der inneren Fläche der vertikalen Öffnungen 36 gebildet.
Des Weiteren ist das untere Ende der Rohrleitungen 38 mit
mehreren Zentrierelementen 42 versehen, die auswärts ausgerichtet
sind und dadurch mit den Wänden
der Öffnungen 36 eingreifen.
Diese Elemente 42 sind so in ihrer Größe bemessen, dass sie ohne
weiteres das untere Ende der entsprechenden Rohrleitung 38 am unteren
Ende der entsprechenden vertikalen Öffnung 36 zentrieren und
dadurch die unteren Enden der Rohrleitungen 38 in axialer
Ausrichtung mit den Öffnungen 36 halten, selbst
wenn die oberen Enden der Rohrleitungen 38 nicht axial
mit den Öffnungen
ausgerichtet sind, wie dies im Folgenden ersichtlich werden wird.
Diese Zentrierelemente 42 können von den in den Abbildungen
gezeigten Mustern verschiedene Konfigurationen haben und sie können zum
Beispiel einen vieleckigen Querschnitt oder Ähnliches aufweisen, der Scheitelpunkte
aufweist, die mit den Wänden
der Öffnungen 36 eingreifen.
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Jede
biegsame Rohrleitung 38 ist wie dargestellt mit einem Auslass
oder einer Ausstoßöffnung 44 versehen,
die genau unter den Zentrierelementen 42 angeordnet sind,
wodurch die Öffnung
so angeordnet wird, dass sie den flüssigen Polymerfluss von den Öffnungen
in Richtung Mitte der angrenzenden Mundstücköffnungen 16 leitet.
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Während des
Betriebs der Vorrichtung fließt die erste
flüssige
polymere Komponente A, die in der Abbildung durch durchgehende Pfeile
gekennzeichnet ist, aus den Abgaberohrleitungen 18 in die
dem Mundstück
vorgelagerte Platte 12, wobei geeignete Filter (nicht dargestellt)
zur Filterung der flüssigen Komponente
A bereitgestellt werden können.
Die flüssige
Komponente A fließt
entsprechend vertikal durch die Öffnungen 22,
anschließend
durch die zweite Kammer 24 und in die oberen Enden der
ersten Öffnungen 26.
Anschließend
fließt
die Komponente A abwärts
durch das Innere der biegsamen hohlen Rohrleitungen 38 zu
den Ausgangsöffnungen 44 und
tritt in die entsprechenden Öffnungen
des Mundstücks 16 ein,
durch das es an der Mundstückplatte 10 austritt.
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Gleichzeitig
fließt
eine zweite flüssige
polymere Komponente B, die in den Abbildungen durch durchbrochene
Pfeile dargestellt wird, durch die Abgaberohrleitungen 30 in
die Richtung der vertikalen Öffnungen 32 der
dem Mundstück
vorgelagerten Platte 12. Anschließend gelangt die Komponente
B zur Öffnungskammer 34 des
oberen Endes der Mundstückplatte 10 und
fließt
anschließend
abwärts durch
die Kanäle 40,
die zwischen den biegsamen hohlen Rohrleitungen 38 und
den zweiten Öffnungen 36 gebildet
werden. Die Komponente B wird insbesondere an den unteren Enden
der letzteren Öffnungen
gesammelt und durch die Öffnungen
des Mundstücks 15 ausgestoßen, wodurch
die Komponente A umschlossen wird, wenn sie aus den Ausstoß- oder Auslassöffnungen 44 der
Rohrleitungen 38 und in das Innere der Öffnungen des Mundstücks 16 austritt.
Wenn die beiden Komponenten A und B somit aus der Mundstückplatte 10 durch
die Öffnungen 16 austreten,
bilden sie eine Hülle-Kern-Endlosfaser oder
ein solches Filament, wobei die Komponente A den Faserkern bildet
und die Komponente B die Faserhaut oder -hülle bildet.
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Aus
der Betrachtung von 1 sollte ersichtlich werden,
dass die ersten Öffnungen 26 durch die
dem Mundstück
vorgelagerte Platte 12 axial mit den zweiten Öffnungen 36 der
Mundstückplatte 10 ausgerichtet
sein müssen,
wodurch eine Hülle-Kern-Faser
bebildet wird, deren Kern mit Bezug auf die Haut und auf die Achse
der Faser zentriert ist. Wie jedoch zuvor beschrieben haben die Öffnungen 26 und 36 einen
sehr kleinen Durchmesser und dementsprechend würde selbst eine sehr kleine
Nichtausrichtung davon zur Folge haben, dass der Faserkern von der
Mitte der Faser versetzt ist, wie in 4 darstellt,
und dies viele negative Auswirkungen hätte, wie bereits zuvor beschrieben.
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Darüber hinaus
sollte ersichtlich sein, dass der ununterbrochene Fluss der flüssigen Komponenten
A und B durch die Mundstückplatte 10 und
die dem Mundstück
vorgelagerte Platte 12 diese Teile bis auf sehr hohe Temperaturen
erhitzt, was dazu führen könnte, dass
sich die Größe dieser
Platten 10 und 12, wie bereits häufig aufgetreten,
verändert.
Unter Berücksichtigung
der geringen Toleranzbereiche, die zur Ausrichtung der kleinen Öffnungen 26 mit
den entsprechenden Öffnungen 36 erforderlich
sind, können
diese Größenänderungen
unerwünschte
Nichtausrichtungen zwischen diesen Öffnungen hervorrufen.
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Dank
der Eigenschaften der vorliegenden Erfindung können diese Nichtausrichtungen
oder Verschiebungen der Öffnungen
beseitigt werden, ohne dass die zentrierte Beziehung der Kernkomponente
A und der Haut- oder Hüllenkomponente
B negativ beeinflusst werden. Insbesondere sind sie frei in der
Kammer beweglich, wenn, aus welchen Gründen auch immer, die Auslassenden 28 der
ersten Öffnungen 26 nicht
ausgerichtet von den zweiten Öffnungen 36 der
Mundstückplatte 10 angeordnet
sind, da die oberen Enden der biegsamen hohlen Rohrleitungen 38 in
der offenen Kammer 34 angeordnet sind. Darüber hinaus
stellt die Bereitstellung der Zentrierelemente 42 sicher,
dass die unteren Enden der Rohrleitungen 38 zentriert in
Bezug auf die Öffnungen 36 und
in axialer Ausrichtung mit den Mundstücköffnungen 16 gehalten
werden, wenn die oberen Enden der biegsamen Rohrleitungen 38 aufgrund
möglicher Nichtausrichtungen
der Öffnungen 26 und 36 abgelenkt
oder verformt werden.
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Auf
diese Weise wird eine perfekte Zentrierung oder axiale Ausrichtung
der Öffnungen 44 der biegsamen
Rohrleitungen 38 und Öffnungen 16 der Mundstückplatte 10 sichergestellt.
Dementsprechend gestatten es die Rohrleitungen 38 den beiden Faserkomponenten,
die in der Mundstückplatte 10 gebildet
werden, die Kernkomponente A immer in der Mitte der Zwei-Komponenten-Fasern
angeordnet zu haben, wie in 3 dargestellt,
sogar dann, wenn die kleinen Öffnungen 26 und 36 nicht
ausgerichtet sind und dadurch verhindern, dass Fasern erzeugt werden,
deren Kernkomponente A von der Mitte der Faser versetzt ist (4).
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Die
Endlosfasern oder -filamente, die durch das Verfahren und mit der
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind
insbesondere für
die Verwendung als Stapelfaser (geschnittene Fasern), Spinnfasern
und Vliesgewebe geeignet.