DK147111B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af en ordnet fiberbane - Google Patents

Description

(19) DANMARK

φ (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 147111 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 4778/78 (51) lnt.CI.3: D 04 H 3/05 (22) Indleveringsdag: 26 okt 1978 (41) Alm. tilgængelig: 27 apr 1979 (44) Fremlagt: 09 apr 1984 (86) International ansøgning nr.: -(30) Prioritet: 26 okt 1977 GB 44537/77 (71) Ansøger: ‘IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED; London SW1P 4QG, GB.

(72) Opfinder: Peter Manfrid ‘Elils; GB, Robert David *Glbb; GB.

(74) Fuldmægtig: Firmaet Cha«. Hude_ (54) Fremgangsmåde og apparat til fremstilling af en ordnet fiberbane

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til fremstilling af en ordnet fiberbane og af den i indledningen til krav 1, henholdsvis krav 2 angivne art.

I GB—ps 1.341.998 beskrives en fremgangsmåde til fremstilling af en bane ud fra et antal filamenter, hvori filamenterne ved hjælp af en gasstråle føres frem imod en samleflade under forskydning, og hvor en svingningsbevægelse ved hjælp af lufttryk og sugning meddeles filamenterne i et lukket ^ hus, således at filamenterne lægges i løb på samlefladen.

Efterhånden som filamenterne forladér huset underkastes de r· r* en væsentlig turbulens og følgelig kan filamenterne ikke s. lægges på nogen ensartet homogen måde på samlefladen. Dette p. skyldes at huset er lukket på alle dets lodrette sider, * 3 2 147111 således at en væsentlig del af den gas, der indføres for at fremkalde svingning, rammer samlefladen.

Med den fremgangsmåde der er beskrevet i GB-PS 1.341.998, kan filamenterne lægges på samlefladen med en virkningsgrad, som nedenfor defineret, på omkring 75%. Ved den nu beskrevne fremgangsmåde kan man lægge dugter bestående af filamenter på en samleflade, der forskydes, med en virkningsgrad på over 95%.

For at opnå dette er den indledningsvis omtalte fremgangsmåde ifølge opfindelsen ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte, medens det i indledningen omtalte apparat er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 2 anførte.

Det foretrækkes at benytte en kontinuert dugt bestående af et eller flere filamenter ved den foreliggende opfindelse, da disse kan fremstilles direkte ud fra et syntetisk polymert stof, f.eks. ved smeltespinding. Stabelfiberdugter, der fortrinsvis kun har en lav snoningsgrad, kan også benyttes, og betegnelsen "fibrøs dugt", som brugt her, indbefatter såvel disse som tilsvarende materialer.

Ved fremstilling af dugter bestående af et antal filamenter ved smelteekstrusion af en syntetisk polymer er det ønskeligt at strække eller orientere filamenterne for at forbedre deres styrke og andre fysiske egenskaber. Dette kan gøres ved at fremføre de netop ekstruderede filamenter ved en stor hastighed således, at når de er kølet tilstrækkeligt, vil enhver yderligere strækning af de stadig plastiske filamenter medføre, at de polymere kæder får en orientering, der gøres blivende ved filamenternes yderligere køling til en temperatur under omdannelsespunktet. Et gasstrålerør er et hensigtsmæssigt middel til at fremføre dugten og fremkalde dens orientering. Midler til at meddele en svingningsbevægelse til dugten kan også være et gasstrålerør. Sådanne stråle- 147111 3 rør kan anbringes på modstående sider af det fremførende strålerørs udløb og drives skiftevis for at styre den udstrøm-mende dugt først i én retning og derpå i den modsatte retning. Alternativt kan et enkelt intermittent drevet strålerør bennyttes til at meddele svingningsbevægelsen.

En rotationsventil med en eller to porte kan hensigtsmæssigt benyttes til at tilvejebringe den skiftende eller intermitterende drift af de to strålerør eller det enkelte strålenrør, og rotationshastigheden for denne ventil tilvejebringer en simpel styring af svingningsamplituden, der beskrives af dugtenj rotationshastigheden står i omvendt forhold til dugt-amplituden, når andre betingelser er konstante. Således kan længden af dugtløbene lagt på samlefladen i hvert fald i^cHiiae inden for et område på 0,5 til 4 m ved at indstille ventilens rotationshastighed, især fordi brugen af tæt ved hinanden anbragte plader mellem de svingende strålerør og samle-fladen tillader, at ændringer har deres fulde virkning på bevægelsen. Svingende strålerør kan have en enkelt munding eller et antal mundinger på linie eller fortrinsvis en snæver spalte for udstrømning af trykluft eller -gas. Det foretrækkes at montere de afbøjende strålerør således, at såvel vinklen mellem strålerørene, såfremt der benyttes to, og vinklen for strålerøret eller hvert strålerør i forhold til den udstrømmende dugt,kan reguleres som et yderligere middel til at styre dugtsvingningen.

Fremførende strålerør er velkendte inden for teknikken og består af indløbs- og udløbsåbninger for dugten og organer til at indføre den fremførende gas. Udløbsåbningen kan være konvergerende eller divergerende, men det foretrækkes at benytte en parallel gennemstrømningsåbning for at bevære den udstrømmende dugts uskadthed, idet den passerer til svingnings- 4 147111 stedet.

Man har fundet, at når med et lille mellemrum anbragte plader er tilvejebragt mellem det fremførende/svingende organ og samlefladen, vil dugten antage en plan bølgeformet sving-ning, hvis amplitude kan vokse i efter hinanden følgende halvbølger fra svingningsstedet op til en værdi, der afhænger af de involverede kræfter og vil beyare denne plane bevægelse, indtil den når samlefladen, hvorpå den lægges i i det væsent-lige parallelle regelmæssige løb. Det foretrækkes, at pladernes højde over samlefladen er omtrent den samme som den afstand, der kræves til at etablere den første top i den bølgeformede svingning eller den maksimale amplitude, hvis en svingning .. af denne art er etableret. Pladerne bør forløbe så tæt til svingningsstedet og så tæt til samlefladen som praktisk muligt, således at den maksimale styring af den faldende dugt bevares.

Fremgangsmåden og apparatet ifølge den foreliggende opfindelse gør det muligt at lægge stærkt orienterede baner, hvori dugterne lægges i parallelløb med en nøjagtighed og præcision, der hidtil var nmulig. Et mål for denne nøjagtighed eller virkningsgrad kan defineres som følger;

Virkningsgrad E faktisk banebredda_W

længde af dugt/løb (ml

V

Nævneren kan udtrykkes således; dugthastighed ved svingningspunktet (m/min;) 2, dugtsvingningshastighed (cykler/min,1 Således kan E (%1 udtrykkes som; E = ---W·— 100,

S

147111 5 hvor E er den procentvise lægningsvirkningsgrad, W er den faktiske banebredde i meter, R er svingningshastigheden, cykler/pr. minut, og S er dugthastigheden ved udstrømning fra det frem·? førende organ i m/minut,

Dugtlægningsvirkningsgraden defineret på denne måde er et totalt mål for virkningsgraden, og ved f.eks, at lægge baner af kontinuerte syntetiske filamentgarner, opnås værdier på 95% og bedre, og i disse baner er virkningsgraden for alle med undtagelse af nogle få procent af banebredden ved kanten i det væsentlige 100%,

Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen er særlig gunstig ved lægning af sådanne meget regelmæssige baner med bredder på over 0,5 m og ved store dugthastigheder, Baner med en bredde på 2,5 m kan således lægges ved en dugthastighed på mindst 3600 m/min. med en total virkningsgrad på 96% eller større. Desuden kan hvert løbs lægning udføres med en meget stor nøjagtighed til fremstilling af en bane med i det væsentlige ens tykkelse, især når flere dugtlæggende organer benyttes sammen til at fremstille en enkel- eller flerlagsbane.

Det foretrækkes at fremstille banerne ved at forskyde samle-fladen væk fra lægningspositionen ved en hastighed afhængig af dugtlægningshastigheden i en retning enten på tværs af eller parallelt med lægningsretningen. Den første retning frembringer en bane med tværgående dugtløb svarende til et vævet stofs islæt. Den sidstnævnte retning, når dugtlægnings-organet eller -organerne føres frem og tilbage på tværs, frembringer efter hinanden følgende striber af, hvad der kan betegnes som trendagtige dugtløb, Et antal lægningsorganer kan benyttes til at lægge baner med et eller flere lag af trend-og islætagtige dugtløb og således føre til en endelig bane, der udviser to-retningsegenskaber, der er ønskelige i stoffer 147111 6 til brug som beklædningstekstiler. Det er nødvendigt på en eller anden måde at binde baner fremstillet i overens*? stemmelse med denne opfindelse for at omdanne dem til nyttige stoffer, og til dette formål foretrækkes det at benytte en eller anden form for segmentvis eller stedvis bindingsfremgangsmåde for derved at bevare de retningsmæssige egenskaber, der er indført ved banens fremstilling. Det foretrækkes endvidere i banen at anvende en vis mængde termo-plastiske tynde filamenter eller fibre og at benytte en segmentvis varmebindingsfremgangsmåde til fremstilling af det færdige stof. Sådanne segmentvise bindingsfremgangsmåder er f.eks. beskrevet i GB patenterne nr. 1,245,088, 1,474,101 og 1.474.102. Termoplastiske syntetiske tynde filamenter eller fibre af mange slags er egnede til brug ved denne opfindelse, enten alene eller i en blanding med naturlige eller andre ikke-termoplastiske fibre. Det foretrækkes mest, at banerne indeholder eller består af bikomponentsyntetiske fibre, hvori en af de komponenter, der i det mindste delvis er til stede i fibrenes eller filamenternes overflader, har et lavere blødgørings— eller smeltepunkt, end den anden, og danner en kraftig binding under passende varme- og trykbetingelser, Alternativt eller foruden de ovennævnte segmentvise eller stedvist Bindende fremgangsmåder kan andre processer benyttes, såsom f.eks. binding ved sting, hvor banen holdes sammen ved stingrækker under brug af en særskilt tråd eller en del af selve banen og en maskine, der er i stand til at fungere ved store produktionshastigheder.

Syntetiske polymere, dugter af filamenter, der er ikke-ledende og hydrofobe, har en tendens til at akkumulere statiske ladninger, når de er i friktionsmæssig berøring med fremstillingsfladerne, og da sådanne ladninger kan forstyrre den jæyne svingning eller lægning af en faldende dugt, er det nødvendigt at drage omsorg for at eliminere eller reducere akkumuleringen af sådanne ladninger ved at tilvejebringe statiske afladningsorganer ved eller tæt ved svingningspunktet eller ved overfladebehandling af filamenterne med et egnet 147111 7 kemisk stof.

Ved brug af et gasstrålerør foretrækkes det, at en lille mængde af den udstrømmende gas bringes til a,t passere i en blid strøm ned mellem pladerne for at hjælpe en oscillerende dugts gennemstrømning ned til samlefladen. Det foretrækkes også, at samlef laden er en gennemtrænge lig skærm for at til— lade gasserne at undvige, og om nødvendigt påføre en suge* virkning til undersiden ved berøringsstedet med en nylig lagt dugt for derved at sikre en fuldstændig berøring med skærmen.

På tegningen illustreres den foreliggende opfindelse og en måde, på hvilken den kan udøves under brug af trykluft såvel til transport som til svingning af en dugt« På tegningen viser fig. 1 set forfra i snit et apparat, hvori en dugt lægges på tværs ned på en hullet transportør, og fig. 2 apparatet vist i fig. 1 set fra siden.

Som vist i fig. 1 føres en dugt 1 ved hjælp af en lille spændvalse 2 ind i indløbet 3 for et fremførende gasstråle*· rør 4, der forsynes med trykluft fra en indløbsport 5 over dugtindløbet 3. Trykluften spænder garnet og fører det frem til udløbet 6, tæt ved hvilket der på hver side er anbragt afbøjningsgasstrålerør 7, der skiftevis tilføres trykluft-impulser fra en motoriseret rotationsventil 8. Dugten 1 falder fra gasstrålerørsudløbet 6 ind i det konvergerende indløb 9 mellem to parallelle plader 10, der er anbragt med et lille mellemrum fra hinanden og anbragt på tværs af og tæt ved en endeløs hullet transportør 11, Gasstrålerørene 7 ret* tes skiftevis imod den udstrømmende dugt 1 og bevæger den mod venstre og så til højre og får den til at svinge og antage en plan sinusformet bane, efterhånden som den falder mellem 8 147111 pladerne 10. Medens dugten 1 passerer mellem pladerne 10, udvikler den første bevægelse, der er meddelt ved afbøjnings-gasstrålerørene, sig til sin fulde udstrækning, indtil dugten ved niveauet for transportøren 11 har bevæget sig ud til den fulde ønskede bredde og derpå lægges ned på transportøren i efter hinanden følgende parallelle løb 12 på tværs af transportøren. For at understøtte den regelmæssige og fuldstændige lægning af hver dugt på transportøren er en sugeledning 13 anbragt under transportøren 11 og er forsynet med et snævert spalteformet indløb 14 anbragt tæt op ad transportørens underside og umiddelbart under pladerne 101 s nedre kanter. En sugeblæser 15 giver en sugevirkning ved indløbet 14 til at presse dugterne imod transportørfladen.

I fig. 1 ses længder af dugten 1, der forskydes til venstre og højre, og som er vist under en noget idealiseret forskydning eller bevægelse mellem pladerne 10 i punkteret linie. Undersøgelse af det på tegningen illustrerede apparat under driftsbetingelser ved hjælp af stroboskopisk belysning gennem en transparent plade 10 viser, at dugten indtager en jævn sinusformet bane, hvis form ændres med amdringer i fremførings- og svingningshastighederne.

Pladerne 10 tjener til at styre og stabilisere den svingende dugts bevægelse. Pladernes bredde i svingningsretningen skal mindst være lig med og fortrinsvis en lille smule større end den maksimale bredde af den bane, der skal lægges. Som beskrevet ovenfor afhænger pladernes højde af de benyttede lægningsbetingelser og formen af den etablerede dugtbane. Pladerne bør være anbragt så tæt ved hinanden som muligt og skulle fortrinsvis nærme sig hinanden lidt i nedadgående retning som f.eks, fra en indbyrdes afstand ved toppen på 4 mm til en afstand yed den nedre ende på 2 mm. Denne tilspidsning understøtter den sideværts gasudstrømning og reducerer den eventuelle forstyrrelse af dugterne på samlefladen. Afstanden mellem pladernes nedre ende og samleorganet er U7111 9 ligeledes reduceret til et minimum i overensstemmelse med en så stor som mulig virkningsgrad og en nøjagtig lægning, dvs, således at man får en maksimal styring af dugten, medens den bevæges og umiddelbart efter at den er lagt. Ved større dugthastigheder og banebredder bliver pladernes funktion stadig mere vigtig. Uden den ene eller begge plader og selv ved lave dugthastigheder, smalle banebredder og fuldstændig uden ydre indflydelse, såsom luftstrømme,dannedes fuldstændigt utilfredsstillende uregelmæssige baner. De efterfølgende eksempler illustrerer opfindelsen og den måde på hvilken den kan udøves.

Eksempel 1.

En dugt, der var sammensat af 60 syntetiske filamenter og med en slut-decitex på 200 spundet direkte fra en spindevorte, blev ved hjælp af valser, der drejede ved en hastighed på 3650 m/min., ført til indløbet af et fremførende gasstråle- 2 rør, der blev forsynet med trykluft ved et tryk på 1758 g/cm ,

En motordreven rotationsventil, der blev forsynet med tryk- 2 luft ved et tryk på 5625 g/cm , gav trykluftimpulser skiftevis til hver af de to afbøjningsgasstrålerør, der var an·** bragt umiddelbart under det fremførende gasstrålerør og symmetrisk i forhold til dette ved en indskrevet vinkel på 165° mellem gasstrålerørene. Hvert afbøjningsgasstrålerør modtog trykluft fra rotationsventilen under 50% af ventilomdrejningen. Rotationsventilen roterede ved en hastighed på 2300 omdrejninger pr. min. Den dugt, der strømmede ud fra det frem-førende/afbøjende organ, blev ført mellem et par plader, der var 0,9 m brede og 0,5 m høje. Toppen af pladerne var 1 cm under stråleorganets udløb, og pladerne havde en indbyrdes afstand på 4 mm ved toppen og 2,5 mm ved bunden. Pladernes bund lå 3 cm over en vandret anbragt hullet transportør.

En sugespalte, anbragt direkte under udløbet fra pladerne, blev benyttet. Den totale dugtbredde, der blev lagt ned, var på 0,74 m sammenlignet med en teoretisk bredde beregnet ud fra garnet og rotationsventilhastighederne på 0,79 m, hvilket 1A7111 ίο gav en total lægningsvirkningsgrad på 94%, For det meste af den udsprøjtede bredde blev filamenterne lagt med i det væsentlige 100% parallellitet, idet virkningsgradstabet forekom i de 5 cm ved hver kant, hvor filamenterne afveg under trådlinieomdrejningen.

Eksempeler 2-5.

Syntetiske dugter af filamenter af forskellig størrelse blev lagt til kraftigt orienterede baner med det samme apparat som i eksempel 1 og med følgende fremstillingsparametrej pladestørrelserne blev ændret, så de passede til de ønskede banebredder ? _Dugt _ Tilfø- Luft- Pladedimen-

Eksem- Antal I Deci= I hastig- rings- tryk __sioner (m) pel fila- tex hed tryk til- R · menter m/min. for det ført . , ^ , fremfø- venti- de rende lerne stråle- g/cm ^.

rør , pr.mm.

_____g/cm2_____ 2 60 200 3550 2110 4218 1125 3,0 0,75 3 60 200 3600 2110 5625 700 3,0 0,75 4 60 167 1735 2812 2460 445 3,0 0,75 5 120 400 3650 2110 5976 2975 0,9 0,50

Disse baner blev fremstillet i følgende bredder ved de angivne totale virkningsgrader (dvs. indbefattende kantområderne) ; 147111 11

Eksem- Banebredde (ml_ Lægningsvirk'? pel Sand Teoretisk ningsgrad E, (%1 2 1,56 1,58 99 3 2,50 2,57 97 4 1,85 1,95 95 5 0,57 0,61 93

Sammen 1 ignings eksempi er A· og B.

Baner blev lagt ud fra de samme filamentdugter i eksempel 2 og 3 og henholdsvis (A) og (Bl med de samme fremstillingsparametre, men uden pladerne, i omgivelser, der var i det væsentlige fri for ydre trask og andre påvirkninger. Resultaterne var som følger:

Sammen- _Banebredde (m)_, lignende Sand ^1 Teoretisk ' E, (%) eksempler A 1,25 1,58 79 B 2,20 2,61 x 84 x Fremføringshastighed 3650 m/min.

Det var under disse forhold kun muligt at lægge en smallere bane, og lægningsvirkningsgraden var ved pladernes fravær i begge tilfælde kraftigt reduceret.

Eksempel· 6,

En bane blev lagt ud fra en syntetisk filamentdugt som be- 12 147111 nyttet i eksempel 1 med et tilsvarende apparat, der kun afveg ved, at det fremførende gasstrålerør havde en divergerende udløbsgennemstrømningsåbning i stedet for en parallel. De andre procesparametre og de opnåede resultater var som følger:

Tilfør- Tilført Pladedimen- Banebred- seis- luft- Ventil-, sioner (m) de (m) nel ~ tryk tryk hastig- Bred- HØi- ITeore- E' ?el for det ved hed, BJJd (%) fremfø- ven- omdrej- de de S d tisjc rende tilen ninger stråle- g/cnr pr.min.

rør, g/cm 6 3867 5976 2000 0,9 0,5 0,70 0,8 87

Banelægningsvirkningsgraden er forholdsvis høj, men ikke så god som ved det fremførende gasstrålerør for de foregående eksempler.

Sammenlignende eksempel C,

Til sammenligning blev der fremstillet en bane i det væsentlige som beskrevet i eksempel 6, men uden pladerne mellem svingnings- og samleorganet og med de følgende dårlige resultater:

Sammen- Tilfør- Til- Pladedimen- Banebred- lignen- seis- ført Ventil- sioner (m) de (m) de ek- tryk Luft- hastig- '* Λ iTeore- sempel for det tryk hed, Bred- Høj- Sand tisk E,

fremfø- ved omdre;j- de d£J

rende ven- ninger (%) stråle- ' tilen pr.min. rør g/cm2 g/cirr C 2812 5976 2030 0,9 0,5 0,68 0,9 76