EP1959035B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern Download PDF

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EP1959035B1
EP1959035B1 EP20080002078 EP08002078A EP1959035B1 EP 1959035 B1 EP1959035 B1 EP 1959035B1 EP 20080002078 EP20080002078 EP 20080002078 EP 08002078 A EP08002078 A EP 08002078A EP 1959035 B1 EP1959035 B1 EP 1959035B1
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EP
European Patent Office
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cross
distributing
equal
bores
assigned
Prior art date
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EP20080002078
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Norbert Goffing
Engelbert Löcher
Ararad Emirze
Klaus Klein
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Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/28—Formation of filaments, threads, or the like while mixing different spinning solutions or melts during the spinning operation; Spinnerette packs therefor
    • D01D5/30—Conjugate filaments; Spinnerette packs therefor
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers

Definitions

  • the invention relates to a process and an apparatus for producing spliceable fibers by means of a melt spinning process using at least two mutually incompatible polymer components, spliceable fibers prepared by the process, and their use.
  • document GB-A-2 232 118 describes a composite fiber for producing fine fibers, wherein the fine fibers are obtained by dissolving a first component P1 of the composite fiber, which is a readily soluble polymer, and consist of a second (insoluble) component P2 of the composite fiber.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for producing spliceable fibers by means of a melt spinning process, with which it is possible to conduct the melt streams of the two or more incompatible (incompatible) polymer components during the melt spinning process in that flow around the individual polymer streams is prevented by a different polymer stream or a flow of the various polymer streams into one another, in particular in the case of strongly differing proportions by weight of the polymer components.
  • this object is achieved according to the invention by arranging the at least one spin capillary distributor bores, the cross sectional area of the at least one distributor borehole assigned to a respective polymer component being dependent on the volume flow of the respective Polymer component is adjusted.
  • fibers By fibers is meant here staple fibers, continuous fibers or filaments. Also yarn spun fibers are included. The fibers can also be combined into nonwovens, in particular nonwoven webs, the nonwovens.
  • the cross-sectional area of the distributor bore assigned to a respective polymer component is adjusted so that the flow or flow rate of all relevant polymer components is equal to a deviation of 0 to less than or equal to 20%, preferably equal to or less than 10%.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the distributor bores associated with a respective polymer component to the sum of the cross-sectional areas of the distributor bores associated with another polymer component is set such that it corresponds to the volume flow ratio of the polymer components used with a deviation of 0 to less than or equal to 20%, preferably equal or less than 10%.
  • the volume flow ratio is preferably not equal to 1.
  • the flow or flow velocities of all relevant polymer streams are set at least approximately equal, so that clearly separate segments formed, preferably from segments of equal cross-sectional shape, even with preferably selected for the process weight ratios of 80:20 to 97: 3 of two incompatible with each other Polymer components, even with mechanical methods, in particular by water jets, are particularly easy splice.
  • the minimum amount of equal to or less than 20 wt .-%, preferably equal to or less than 15, 10 or 5 wt .-% or up to 3 wt .-%, of a component, in particular of relatively expensive polymers, such as polyamide 6.6 the cost of starting materials and end products of multicomponent fibers can be reduced. Furthermore, undesirable properties of a component, such as yellowing, can be reduced by using only a minimal amount of this component. Also, the significant reduction in polymer content and / or the clear segmentation of the polymer components in the fibers can improve recyclability.
  • the process is designed in a preferred embodiment just for a desired uniform melt distribution of polymers in which the viscosity ratio of the polymer components of 1: 1 to 10: 1, preferably from 1: 1 to 7: 1 and more preferably from 1: 1 to 4: 1.
  • the method is also suitable for the production of various cross-sectional shapes of the multicomponent fibers.
  • the distribution wells are arranged in a circle, in particular to produce hollow fibers.
  • star-shaped or arranged in a series distribution wells are preferably selected.
  • the arrangements and the cross-sectional shapes of the distributor bores are preferably adapted to those of the spinning capillaries.
  • the polymer components which are incompatible with one another are preferably assigned to the respective distributor bores alternately individually or in blocks alternately, and the polymer components of one type are assigned to the respective distributor bores, preferably in equal blocks.
  • thermoplastic polymers selected from polyesters Polyethylene terephthalate (PET), of polyolefins, preferably polyethylene (PE) and / or polypropylene (PP), from polylactates and / or from polyamides (PA) used as components.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PA polyamides
  • incompatible (incompatible) polymer components are selected, preferably PET and PP, PET and PA6, PET and PA6.6, or PP and PE.
  • the desired properties of the multicomponent fibers can be precisely controlled.
  • a polymer component having a lower melting temperature is preferably used as the polymer component with a lower proportion by weight.
  • a polymer component with a smaller proportion by weight is used as the adhesive or binding component.
  • the cross-sectional area of a respective distributor bore is advantageously varied by replacement and / or addition of components.
  • the invention further relates to splittable fibers prepared by a method as set forth above.
  • the splittable fibers produced in particular by the above method have at least two incompatible polymer components, wherein the minimum amount of a polymer component is equal to or less than 20% by weight, preferably equal to or less than 10% by weight, more preferably equal to or less 5 wt .-%, most preferably up to 3 wt .-%, and wherein the individual polymer components are composed of clearly separated segments, preferably from segments of equal cross-sectional shape for each type of polymer components.
  • the minimum amount of a polymer component is equal to or less than 20% by weight, preferably equal to or less than 10% by weight, more preferably equal to or less 5 wt .-%, most preferably up to 3 wt .-%
  • the individual polymer components are composed of clearly separated segments, preferably from segments of equal cross-sectional shape for each type of polymer components.
  • the spliceable fibers produced by the abovementioned process are used for producing nonwovens, in particular filters, clothing, hygiene or cleaning products or tufted products, in particular carpet carriers.
  • a further object of the invention is to provide an apparatus for producing spliceable fibers, with which it is possible to conduct the melt streams of the two or more incompatible polymer components in the melt spinning process so that flow of the individual polymer streams through another polymer stream or into one another the various polymer streams is prevented even with greatly differing proportions by weight of the polymer components.
  • the minimum fraction of a polymer component is in particular equal to or less than 20% by weight, preferably equal to or less than 10% by weight, particularly preferably equal to or less than 5% by weight, very particularly preferably up to 3% by weight.
  • the device has distributor bores upstream of the spin capillaries, the cross-sectional area of the at least one distributor bore assigned to a respective polymer component being adapted to the volume flow of the respective polymer components.
  • the ratio of the sums of the cross-sectional areas of the distributor bores assigned to a respective polymer component preferably corresponds at least approximately to the volume flow ratio of the polymer components used with a deviation of 0 to less than or equal to 20%, preferably equal to or less than 10%.
  • the number of distributor bores associated with a respective polymer component and the size of the cross-sectional areas of the distributor bores associated with a respective polymer component are adapted to the volume flow ratio of the relevant polymer components such that the flow or flow rate of all relevant polymer components is substantially the same, that is with a deviation of 0 to less than or equal to 20%, preferably equal to or less than 10%.
  • the distributor bores accordingly have round, arcuate, slot-shaped, star-shaped and / or angular, in particular triangular or quadrangular, cross-sectional shapes.
  • the distributor bores are advantageously arranged in a circle. Also star-shaped or in one Row arranged distribution holes are provided depending on the desired cross-sectional shape of the spliceable fibers.
  • the distributor bores are individually assigned alternately or in blocks alternately to the respective polymer components, wherein the distributor bores for one type of polymer components are particularly preferably arranged in blocks of equal size.
  • the cross-sectional area of a respective distributor bore is variable by replacement and / or addition of components.
  • Splittable multicomponent fibers are usually produced by spinning two or more polymers from spinning capillaries from one spinneret. At the interfaces of two polymer components, the individual components can be separated from each other after the fibers have been spun off and cooled.
  • FIG. 1 are known circularly arranged round distributor bores 6 with the same cross-sectional area for flow for mutually incompatible polymer components, for example for the polymer components A and B shown, wherein the polymer components A and B are individually distributed alternately on the distributor bores 6 according to the arrangement (AB) n, where n is an integer equal to or greater than 1
  • the polymer component B flows apart because of their greater flow velocity and displaces or encloses in the sequence of the polymer component A.
  • This flow formation of the polymer component B (dotted arrow) and the polymer component A (solid arrow) is schematically in FIG. 2 shown.
  • a melt spinning method or a melt spinning device 2 is provided, in which distributor bores 6 arranged upstream of the spin capillaries 4 are used whose arrangement and configuration are specific to the used polymer components is tuned.
  • cross-sectional areas of the distributor bores 6 associated with a respective polymer component are adapted to one another with respect to the volume flow of the relevant polymer components.
  • the flow or flow rate of all the relevant polymer components is adjusted by a corresponding adjustment of the distribution holes 6 with respect to the number of a respective polymer component associated distribution holes 6 and with respect to the size of the cross-sectional areas of a respective polymer component associated distribution holes 6 at least approximately equal.
  • This flow education is exemplified by the polymer component B (dotted arrow) and the polymer component A (solid arrow) schematically in FIG. 3 shown.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the distributor bores 6 assigned to a respective polymer component to the sum of the cross-sectional areas of the distributor bores 6 assigned to another polymer component is set such that it at least approximately corresponds to the volume flow ratio of the relevant polymer components, ie with a deviation from 0 to less than or equal to 20%, preferably equal to or less than 10%.
  • equal distribution holes 6, that is, with equal cross-sectional areas, with a number in the ratio 1: 4 with the block-alternating arrangement A BBBB A BBBB ... optimally for a uniform Flow rate of the polymer components A and B through the associated distributor bores 6.
  • FIG. 4 In the case of circular distribution holes 6 having circular cross-sectional shapes, such a configuration is shown in FIG. 4 shown.
  • FIG. 5 In the case of circular distributor bores 6 with angular cross-sectional shapes for the distributor bores 6 assigned to the polymer components A (gray) and B (black), such an embodiment is shown in FIG FIG. 5 shown.
  • the number of distributor bores 6 assigned to the polymer components A and B is the same, and the size of the cross-sectional areas of the distributor bores 6 assigned to the polymer component B is 4 times the size of the cross-sectional areas of the distributor bores 6 assigned to the polymer component A.
  • the polymer components A and B assigned to the respective distributor bores 6 in particular individually alternately.
  • FIG. 6 In the case of circular distribution holes 6 having circular cross-sectional shapes, such a configuration is shown in FIG FIG. 6 shown.
  • FIG. 7 A plan view of a preferred embodiment of circularly arranged distributor bores 6 with round cross-sectional shapes for polymer component A and with combined slot-shaped and arcuate cross-sectional shapes for polymer component B is shown in FIG. 7 shown.
  • any other embodiments are provided with combinations of any volume flow ratios with adapted distributor bores 6 with respect to the number and size of the cross-sectional areas in any cross-sectional shapes.
  • FIG. 8 shows a perspective side view of a device 2 according to the invention for producing spliceable fibers 1 from two together incompatible polymer components A and B, in which the spinning capillary 4, the distributor bores 6 are connected upstream.
  • the ratio of the sums of the cross-sectional areas of the distributor bores 6 associated with the polymer component streams A (gray) and B (black) at a volume flow ratio of the polymer components A (gray) and B (black) is 1: 3, corresponding to 1: 3.
  • distributor bores 6 are optimal for a uniform flow velocity of the polymer components A and B (s. FIG. 3 ).
  • the polymer components flow through the aforementioned distribution holes 6 at at least approximately the same flow rate, so that multicomponent fibers 1 produced therefrom with minimum proportions of a polymer component equal to or less than 20% by weight, preferably equal to or less than 10% by weight, are particularly preferably equal to or less than 5 wt .-% or up to 3 wt .-% clearly separated segments 8, 10 have, in particular with the same cross-sectional shape, as in FIG. 9 shown by way of example the stated polymer components A (gray) and B (white).
  • cross-sectional shapes are particularly suitable for splicing itself by mechanical methods, in particular by water jets.
  • FIG. 10 shown cross section of a fiber 12 with said polymer components A (gray) and B (white), prepared by a known method or a known device, just no clearly separated segments, in particular with respect to the polymer component B (white).

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern mittels eines Schmelzspinnprozesses unter Verwendung von mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymerkomponenten, nach dem Verfahren hergestellte spleißfähige Fasern, und deren Verwendung.
    • Stand der Technik
  • Komposit-Fasern aus verschiedenen Polymerkomponenten sind bekannt. Beispielsweise beschreibt Dokument US 3,924,045 eine Mehrkomponenten-Faser, die variierende Gehalte der verschiedenen Faser-Komponenten in Richtung der Faserachse aufweist.
  • Dokument GB-A-2 232 118 beschreibt eine Komposit-Faser zur Herstellung feiner Fasern, wobei die feinen Fasern durch Auflösen einer ersten Komponente P1 der Komposit-Faser, die ein leicht lösliches Polymer darstellt, erhalten werden und aus einer zweiten (unlöslichen) Komponente P2 der Komposit-Faser bestehen.
  • Dokument US 2003/039832 beschreibt eine spaltbare Mehrkomponenten-Faser, deren Zusammensetzung in Richtung der Faserachse variiert.
  • Aus den Dokumenten EP 0 413 688 , US 5,562,930 und FR 2 647 815 sind Verfahren und Vorrichtungen für die Herstellung von spleißfähigen Fasern mittels eines Schmelzspinnprozesses unter Verwendung von mindestens zwei miteinander unverträglichen (inkompatiblen) Polymerkomponenten bekannt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern mittels eines Schmelzspinnprozesses bereitzustellen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die Schmelzströme der beiden oder mehreren miteinander unverträglichen (inkompatiblen) Polymerkomponenten beim Schmelzspinnprozess so zu leiten, dass ein Umfließen der einzelnen Polymerströme durch einen anderen Polymerstrom oder ein Ineinanderfließen der verschiedenen Polymerströme, insbesondere bei stark differierenden Gewichtsanteilen der Polymerkomponenten, verhindert wird.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11 erreicht.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 15 erreicht.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung spleißfähiger Fasern durch einen Schmelzspinnprozess unter Verwendung von mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymerkomponenten wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem der zumindest einen Spinnkapillare Verteilerbohrungen vorgeschaltet werden, wobei die Querschnittsfläche der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten zumindest einen Verteilerbohrung abhängig vom Volumenstrom der jeweiligen Polymerkomponente eingestellt wird.
  • Unter Fasern werden hier Stapelfasern, Endlosfasern oder Filamente verstanden. Auch zu Garnen versponnene Fasern werden hiervon mitumfasst. Die Fasern können ebenfalls zu Vliesen, insbesondere zu verfestigten Vliesen, den Vliesstoffen, zusammengelegt werden.
  • Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands dar.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird die Querschnittsfläche der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrung derart eingestellt, dass die Fließ- oder Strömungsgeschwindigkeit aller betreffenden Polymerkomponenten gleich ist mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt von gleich oder kleiner 10%.
  • Dazu wird das Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen gegenüber der Summe der Querschnittsflächen der einer anderen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen derart eingestellt, dass es dem Volumenstromverhältnis der verwendeten Polymerkomponenten untereinander entspricht mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt gleich oder kleiner 10%. Dabei ist das Volumenstromverhältnis bevorzugt ungleich 1.
  • Damit werden die Fließ- oder Strömungsgeschwindigkeiten aller betreffenden Polymerströme zumindest annähernd gleich eingestellt, so dass klar voneinander getrennte Segmente entstehen, bevorzugt aus Segmenten gleich großer Querschnittsform, die selbst bei für das Verfahren bevorzugt ausgewählten Gewichtsverhältnissen von 80:20 bis 97:3 zweier miteinander unverträglicher Polymerkomponenten, sogar mit mechanischen Methoden, insbesondere durch Wasserstrahlen, besonders gut spleißbar sind.
  • Durch den minimalen Anteil von gleich oder kleiner 20 Gew.-%, bevorzugt von gleich oder kleiner 15, 10 oder 5 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-%, einer Komponente, insbesondere von vergleichsweise teuren Polymeren, wie beispielsweise Polyamid 6.6, können die Kosten für die Ausgangsstoffe und die Endprodukte von Mehrkomponentenfasern reduziert werden. Ferner können unerwünschte Eigenschaften einer Komponente, wie beispielsweise das Vergilben, durch den Einsatz eines lediglich minimalen Anteils dieser Komponente verringert werden. Auch kann die deutliche Herabsetzung eines Polymeranteils und/oder die klare Segmentierung der Polymerkomponenten in den Fasern die Recyclingfähigkeit verbessern.
  • Bei einem sehr geringem Anteil der Minorkomponente kann man sich zudem bei einer nachträglichen Einfärbung des Vlieses auf die Anfärbung der Majorkomponente beschränken.
  • Das Verfahren ist in bevorzugter Ausgestaltung gerade auch für eine gewünschte gleichmäßige Schmelzverteilung von Polymeren ausgelegt, bei denen das Viskositätsverhältnis der Polymerkomponenten von 1:1 bis 10:1 beträgt, bevorzugt von 1:1 bis 7:1 und besonders bevorzugt von 1:1 bis 4:1.
  • Das Verfahren ist auch für die Herstellung vielfältiger Querschnittsformen der Mehrkomponentenfasern geeignet.
  • Für die Verteilerbohrungen werden vorteilhafterweise runde, bogenförmige, schlitzförmige, sternförmige und/oder eckige, insbesondere drei- oder viereckige Querschnittsformen, eingesetzt. Vorzugsweise werden die Verteilerbohrungen kreisförmig angeordnet, insbesondere um Hohlfasern herzustellen. Auch sternförmig oder in einer Reihe angeordnete Verteilerbohrungen werden bevorzugt ausgewählt.
  • Dabei werden die Anordnungen und die Querschnittsformen der Verteilerbohrungen bevorzugt denen der Spinnkapillaren angepasst.
  • Für eine optimale Schmelzflussverteilung werden die miteinander unverträglichen Polymerkomponenten den jeweiligen Verteilerbohrungen bevorzugt einzeln alternierend oder blockweise alternierend zugeordnet, und dabei werden die Polymerkomponenten einer Art den jeweiligen Verteilerbohrungen vorzugsweise in gleich großen Blöcken zugeordnet.
  • Zur Herstellung spleißfähiger Mehrkomponentenfasern werden bevorzugt thermoplastische Polymere, ausgewählt aus Polyester, bevorzugt Polyethylenterephthalat (PET), aus Polyolefinen, bevorzugt Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP), aus Polylactaten und/oder aus Polyamiden (PA) als Komponenten eingesetzt.
  • Für Bikomponentenfasern werden Kombinationen von miteinander unverträglichen (inkompatiblen) Polymerkomponenten ausgewählt, bevorzugt von PET und PP, von PET und PA6, von PET und PA6.6 oder von PP und PE.
  • Durch den geringeren Gewichtsanteil insbesondere von vergleichsweise teuren Polymeren, wie Polyamid 6.6, können Kosten eingespart werden.
  • Ferner können durch den Einsatz spezifischer Gewichtsanteile der verwendeten Polymere die gewünschten Eigenschaften der Mehrkomponentenfasern genau gesteuert werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird als Polymerkomponente mit einem geringeren Gewichtsanteil vorzugsweise eine Polymerkomponente mit einer niedrigeren Schmelztemperatur eingesetzt.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Polymerkomponente mit geringerem Gewichtsanteil als Klebe- oder Bindekomponente eingesetzt. Durch diese Maßnahme können die Eigenschaften des daraus hergestellten Vliesstoffes beeinflusst werden, insbesondere kann dessen Grad der Verfestigung bzw. Weichheit eingestellt werden, ohne dass eine Verfestigung durch Wasserstrahlen erforderlich wird.
  • Die Querschnittsfläche einer jeweiligen Verteilerbohrung wird vorteilhafterweise durch Austausch und/oder Zusatz von Bauteilen variiert.
  • Die Erfindung betrifft ferner durch ein oben dargestelltes Verfahren hergestellte spleißfähige Fasern.
  • Vorteilhafterweise sind die insbesondere durch das obige Verfahren hergestellten spleißfähigen Fasern, die zumindest zwei miteinander unverträgliche Polymerkomponenten aufweisen, wobei der minimale Anteil einer Polymerkomponente gleich oder kleiner 20 Gew.-%, bevorzugt gleich oder kleiner 10 Gew.-%, besonders bevorzugt gleich oder kleiner 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 3 Gew.-%, beträgt, und wobei die einzelnen Polymerkomponenten aus klar voneinander getrennten Segmenten aufgebaut sind, bevorzugt aus Segmenten gleich großer Querschnittsform für jeweils eine Art von Polymerkomponenten. Dadurch werden besonders bevorzugte PIE-Fasern hergestellt.
  • Verwendung finden die nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten spleißfähigen Fasern zur Herstellung von Vliesstoffen, insbesondere von Filtern, Bekleidung, Hygiene- oder Reinigungsprodukten oder Tuftprodukten, insbesondere Teppichträgern.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern bereitzustellen, mit der es möglich ist, die Schmelzströme der beiden oder mehreren miteinander unverträglichen Polymerkomponenten beim Schmelzspinnprozess so zu leiten, dass ein Umfließen der einzelnen Polymerströme durch einen anderen Polymerstrom oder ein Ineinanderfließen der verschiedenen Polymerströme selbst bei stark differierenden Gewichtsanteilen der Polymerkomponenten verhindert wird. Dabei beträgt der minimale Anteil einer Polymerkomponente insbesondere gleich oder kleiner 20 Gew.-%, bevorzugt gleich oder kleiner 10 Gew.-%, besonders bevorzugt gleich oder kleiner 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt bis zu 3 Gew.-%.
  • Zur Lösung der Aufgabe weist die Vorrichtung den Spinnkapillaren vorgeschaltete Verteilerbohrungen auf, wobei die Querschnittsfläche der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten zumindest einen Verteilerbohrung an den Volumenstrom der jeweiligen Polymerkomponenten angepasst ist.
  • Vorzugsweise entspricht das Verhältnis der Summen der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen dem Volumenstromverhältnis der verwendeten Polymerkomponenten untereinander zumindest annähernd mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt von gleich oder kleiner 10%.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Anzahl der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen und die Größe der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen dem Volumenstromverhältnis der betreffenden Polymerkomponenten untereinander derart angepasst, dass die Fließ- oder Strömungsgeschwindigkeit aller betreffenden Polymerkomponenten im Wesentlichen gleich ist, das heißt mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt gleich oder kleiner 10%.
  • Abhängig von den gewünschten Querschnittsformen der herzustellenden spleißfähigen Fasern weisen die Verteilerbohrungen dementsprechend runde, bogenförmige, schlitzförmige, sternförmige und/oder eckige, insbesondere drei- oder viereckige Querschnittsformen, auf.
  • Zur Herstellung von Hohlfasern oder-filamenten sind die Verteilerbohrungen vorteilhafterweise kreisförmig angeordnet. Auch sternförmige oder in einer Reihe angeordnete Verteilerbohrungen sind abhängig von der gewünschten Querschnittsform der spleißfähigen Fasern vorgesehen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Verteilerbohrungen einzeln alternierend oder blockweise alternierend den jeweiligen Polymerkomponenten zugeordnet, wobei die Verteilerbohrungen für eine Art von Polymerkomponenten besonders bevorzugt in gleich großen Blöcken angeordnet sind.
  • Vorteilhafterweise ist die Querschnittsfläche einer jeweiligen Verteilerbohrung durch Austausch und/oder Zusatz von Bauteilen variabel.
    • Ausführung der Erfindung
  • Der Gegenstand der Erfindung wird anhand einiger Beispiele näher erläutert, ohne die Erfindung einzuschränken.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen von den Spinnkapillaren vorgeschalteten Verteilerbohrungen gegenüber einer bekannten Anordnung einer Verteilerplatte für eine Spinnkapillare beschrieben, die jeweils zum Durchfluss für zwei nicht miteinander verträgliche Polymerkomponenten A und B mit einem Gewichtsverhältnis von 20 : 80 bis 3 : 97 vorgesehen sind. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Aufsicht auf eine bekannte Anordnung und Ausgestaltung einer Verteilerplatte mit Verteilerbohrungen für eine Spinnkapillare zum Durchfluss für Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz),
    Fig. 2:
    Strömungsausbildung der Polymerkomponenten A (durchgezogener Pfeil) und B (gepunkteter Pfeil) mit Hilfe eines bekannten Verfahrens bzw. mit Hilfe einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern gemäß Figur 1,
    Fig. 3
    Strömungsausbildung der genannten Polymerkomponenten A (durchgezogener Pfeil) und B (gepunkteter Pfeil) mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern,
    Fig. 4
    eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausgestaltung von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen mit runden Querschnittsformen, mit unterschiedlicher Anzahl zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz) und mit jeweils gleich großen Querschnittsflächen zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B sowie mit in der Summe unterschiedlich großen Querschnittsflächen zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B,
    Fig. 5:
    eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausgestaltung von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen, mit eckigen Querschnittsformen, mit unterschiedlicher Anzahl zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz) und mit jeweils gleich großen Querschnittsflächen zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B sowie mit in der Summe unterschiedlich großen Querschnittsflächen zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B,
    Fig. 6:
    eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausgestaltung von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen mit runden Querschnittsformen, mit gleicher Anzahl zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz) und mit sowohl einzeln als auch in der Summe unterschiedlich großen Querschnittsflächen zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B,
    Fig. 7:
    eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausgestaltung von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen mit runden Querschnittsformen zum Durchfluss für die genannte Polymerkomponente A (grau) sowie mit kombiniert schlitz- und bogenförmigen Querschnittsformen zum Durchfluss für die genannte Polymerkomponente B (schwarz), mit gleicher Anzahl zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B und mit sowohl einzeln als auch in der Summe unterschiedlich großen Querschnittsflächen zum Durchfluss für die genannten Polymerkomponenten A und B,
    Fig. 8:
    perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung spleißfähiger Fasern aus mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz), bei der der Spinnkapillare Verteilerbohrungen vorgeschaltet sind,
    Fig. 9:
    Querschnitt einer Faser mit den genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (weiß), hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
    Fig. 10:
    Querschnitt einer Faser mit den genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (weiß), hergestellt durch ein bekanntes Verfahren bzw. mit einer bekannten Vorrichtung.
  • Spleißfähige Mehrkomponentenfasern werden üblicherweise hergestellt, indem aus einer Spinndüse zwei oder mehrere Polymere aus Spinnkapillaren versponnen werden. An den Grenzflächen zweier Polymerkomponenten können nach dem Ausspinnen und Abkühlen der Fasern die einzelnen Komponenten voneinander getrennt werden.
  • In Figur 1 sind bekannte kreisförmig angeordnete runde Verteilerbohrungen 6 mit gleicher Querschnittsfläche zum Durchfluss für miteinander unverträgliche Polymerkomponenten, beispielhaft für die Polymerkomponenten A und B, gezeigt, wobei die Polymerkomponenten A und B einzeln alternierend auf die Verteilerbohrungen 6 verteilt sind gemäß der Anordnung (AB)n, wobei n für eine ganze Zahl von gleich oder größer 1 steht.
  • Die Polymerkomponente B fließt dabei wegen deren größerer Strömungsgeschwindigkeit auseinander und verdrängt bzw. umschließt in der Folge die Polymerkomponente A. Diese Strömungsausbildung der Polymerkomponente B (gepunkteter Pfeil) und der Polymerkomponente A (durchgezogener Pfeil) ist schematisch in Figur 2 gezeigt.
  • Dies kann insbesondere bei den angegebenen Gewichtsverhältnissen von 20 : 80 bis 3 : 97 dazu führen, dass die Fasern aus den Polymerkomponenten A und B nicht mehr mechanisch gespleißt werden können, sondern, wenn überhaupt, lediglich mittels eines Lösungsmittels. Das Spleißen mittels eines Lösungsmittels ist allerdings besonders nachteilhaft, weil das Lösungsmittel anschließend wieder entfernt werden muss und gegebenenfalls aufwendig recycelt werden muss.
  • Um ein mechanisches Spleißen, insbesondere ein Spleißen mittels Wasserstrahlen, selbst bei Fasern mit einem stark differierenden Gewichtsverhältnis zu ermöglichen, ist ein Schmelzspinnverfahren bzw. eine Schmelzspinnvorrichtung 2 vorgesehen, bei dem den Spinnkapillaren 4 vorgeschaltete Verteilerbohrungen 6 eingesetzt werden, deren Anordnung und Ausgestaltung spezifisch auf die eingesetzten Polymerkomponenten abgestimmt wird.
  • Dazu werden die Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen 6 dem Volumenstrom der betreffenden Polymerkomponenten untereinander angepasst.
  • Die Fließ- oder Strömungsgeschwindigkeit aller betreffenden Polymerkomponenten wird durch eine entsprechende Anpassung der Verteilerbohrungen 6 bezüglich der Anzahl der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen 6 und bezüglich der Größe der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen 6 zumindest annähernd gleich eingestellt. Diese Strömungsausbildung ist beispielhaft an der Polymerkomponente B (gepunkteter Pfeil) und der Polymerkomponente A (durchgezogener Pfeil) schematisch in Figur 3 gezeigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen 6 gegenüber der Summe der Querschnittsflächen der einer anderen Polymerkomponente zugeordneten Verteilerbohrungen 6 derart eingestellt, dass es dem Volumenstromverhältnis der betreffenden Polymerkomponenten untereinander zumindest annähernd entspricht, das heißt mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt gleich oder kleiner 10%.
  • Bei einem Volumenstromverhältnis zweier Polymerkomponenten A und B von 1 : 4 sind beispielsweise gleich große Verteilerbohrungen 6, das heißt mit gleich großen Querschnittsflächen, mit einer Anzahl im Verhältnis 1 : 4 mit der blockweise alternierenden Anordnung A BBBB A BBBB... optimal für eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit der Polymerkomponenten A und B durch die zugeordneten Verteilerbohrungen 6.
  • Im Fall von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen 6 mit runden Querschnittsformen ist eine derartige Ausgestaltung in Figur 4 gezeigt. Dabei beträgt auch das Verhältnis der Summen der Querschnittsflächen der den Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz) zugeordneten Verteilerbohrungen 6 dem Volumenstromverhältnis der Polymerkomponenten A und B gemäß 1 : 4. Dabei sind die Polymerkomponenten A und B den jeweiligen Verteilerbohrungen 6 insbesondere blockweise alternierend zugeordnet.
  • Alternativ zu den runden Querschnittsformen der Verteilerbohrungen 6 sind auch andere Geometrien denkbar, wie zum Beispiel bogenförmige, schlitzförmige, sternförmige und/oder eckige Querschnittsformen.
  • Im Fall von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen 6 mit eckigen Querschnittsformen für die den Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz) zugeordneten Verteilerbohrungen 6 ist eine derartige Ausgestaltung in Figur 5 gezeigt.
  • Alternativ sind bei einem Volumenstromverhältnis zweier Polymerkomponenten A und B von 1 : 4 auch unterschiedlich große Verteilerbohrungen 6 einsetzbar. Dabei ist die Anzahl der den Polymerkomponenten A und B zugeordneten Verteilerbohrungen 6 gleich, und die Größe der Querschnittsflächen der der Polymerkomponente B zugeordneten Verteilerbohrungen 6 beträgt jeweils das 4-Fache der Größe der Querschnittsflächen der der Polymerkomponente A zugeordneten Verteilerbohrungen 6. Dabei sind die Polymerkomponenten A und B den jeweiligen Verteilerbohrungen 6 insbesondere einzeln alternierend zugeordnet.
  • Im Fall von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen 6 mit runden Querschnittsformen ist eine derartige Ausgestaltung in Figur 6 gezeigt.
  • Eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausgestaltung von kreisförmig angeordneten Verteilerbohrungen 6 mit runden Querschnittsformen für Polymerkomponente A sowie mit kombiniert schlitz- und bogenförmigen Querschnittsformen für Polymerkomponente B ist in Figur 7 gezeigt.
  • Selbstverständlich sind auch beliebige andere Ausführungsformen mit Kombinationen von beliebigen Volumenstromverhältnissen mit daran angepassten Verteilerbohrungen 6 bezüglich der Anzahl und der Größe der Querschnittsflächen in beliebigen Querschnittsformen vorgesehen.
  • Figur 8 stellt eine perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zur Herstellung spleißfähiger Fasern 1 aus zwei miteinander unverträglichen Polymerkomponenten A und B, bei der der Spinnkapillare 4 die Verteilerbohrungen 6 vorgeschaltet sind. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis der Summen der Querschnittsflächen der den Polymerkomponentenströmen A (grau) und B (schwarz) zugeordneten Verteilerbohrungen 6 bei einem Volumenstromverhältnis der Polymerkomponenten A (grau) und B (schwarz) von 1 : 3 entsprechend 1 : 3.
  • Die in den Figuren 4 bis 8 gezeigten Verteilerbohrungen 6 sind optimal für eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit der Polymerkomponenten A und B (s. Figur 3).
  • Durch diese Ausführungsformen fließen die Polymerkomponenten in zumindest annähernd gleicher Strömungsgeschwindigkeit durch die vorgenannten Verteilerbohrungen 6, so dass daraus hergestellte Mehrkomponentenfasern 1 mit minimalen Anteilen einer Polymerkomponente von gleich oder kleiner 20 Gew.-%, bevorzugt von gleich oder kleiner 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von gleich oder kleiner 5 Gew.-% oder bis zu 3 Gew.-% klar voneinander getrennte Segmente 8, 10 aufweisen, insbesondere mit gleich großen Querschnittsfomen, wie in Figur 9 beispielhaft den genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (weiß) gezeigt.
  • Diese Querschnittsformen eignen sich besonders gut zum Spleißen selbst durch mechanische Methoden, wie insbesondere durch Wasserstrahlen.
  • Im Gegensatz dazu weist beispielsweise der in Figur 10 gezeigte Querschnitt einer Faser 12 mit den genannten Polymerkomponenten A (grau) und B (weiß), hergestellt durch ein bekanntes Verfahren bzw. eine bekannte Vorrichtung, gerade keine klar voneinander getrennten Segmente auf, insbesondere bezüglich der Polymerkomponente B (weiß).

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung spleißfähiger Fasern (1) durch einen Schmelzspinnprozess unter Verwendung von mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymerkomponenten (A, B), bei dem der zumindest einen Spinnkapillare Verteilerbohrungen vorgeschaltet werden, und bei dem die Querschnittsfläche der einer jeweiligen Polymerkomponente (A, B) zugeordneten zumindest einen Verteilerbohrung derart eingestellt wird, dass das Verhältnis der Summen der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente (A, B) zugeordneten Verteilerbohrungen (6) dem Volumenstromverhältnis der verwendeten Polymerkomponenten (A, B) untereinander annähernd entspricht oder gleich ist mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt von gleich oder kleiner 10%, und wobei das Volumenstromverhältnis ungleich 1 ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als minimaler Anteil einer Polymerkomponente (A, B) ein Anteil von gleich oder kleiner 20 Gew.∼%, bevorzugt von gleich oder kleiner 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von gleich oder kleiner 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von bis zu 3 Gew.-%, eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verteilerbohrungen in runden, bogenförmigen, schlitzförmigen, sternförmigen und/oder eckigen, insbesondere drei- oder viereckigen Querschnittsformen, eingesetzt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verteilerbohrungen kreisförmig, sternförmig und/oder in einer Reihe angeordnet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die miteinander unverträglichen Polymerkomponenten (A, B) einzeln alternierend oder blockweise alternierend den jeweiligen Verteilerbohrungen zugeordnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Polymerkomponenten (A, B) einer Art den jeweiligen Verteilerbohrungen in gleich großen Blöcken zugeordnet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Polymerkomponenten (A, B) ausgewählt werden aus thermoplastischen Polymeren, insbesondere aus Polyestern, aus Polyolefinen, bevorzugt Polyethylen und/oder Polypropylen, aus Polylactaten und/oder aus Polyamiden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Polymerkomponente (A, B), die einen geringeren Gewichtsanteil aufweist, als Polymerkomponente (A, B) mit einer niedrigeren Schmelztemperatur eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Polymerkomponente (A, B), die einen geringeren Gewichtsanteil aufweist, zur Herstellung spleißfähiger Fasern oder Filamente als Klebe- oder Bindekomponente eingesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Querschnittsfläche einer jeweiligen Verteilerbohrung durch Austausch und/oder Zusatz von Bauteilen variiert wird.
  11. Vorrichtung, insbesondere für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zur Herstellung spleißfähiger Fasern aus mindestens zwei miteinander unverträglichen Polymerkomponenten (A, B) durch einen Schmelzspinnprozess, bei der zumindest einer Spinnkapillare Verteilerbohrungen vorgeschaltet sind, und bei der die Querschnittsfläche der einer jeweiligen Polymerkomponente (A, B) zugeordneten zumindest einen Verteilerbohrung an den Volumenstrom der jeweiligen Polymerkomponenten (A, B) angepasst ist, indem das Verhältnis der Summen der Querschnittsflächen der einer jeweiligen Polymerkomponente (A, B) zugeordneten Verteilerbohrungen dem Volumenstromverhältnis der verwendeten Polymerkomponenten (A, B) untereinander annähernd entspricht oder gleich ist mit einer Abweichung von 0 bis kleiner oder gleich 20%, bevorzugt gleich oder kleiner 10%.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Verteilerbohrungen (6) runde, bogenförmige, schlitzförmige, sternförmige und/oder eckige, insbesondere drei- oder viereckige Querschnittsformen, aufweisen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der die Verteilerbohrungen kreisförmig, sternförmig und/oder in einer Reihe angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Verteilerbohrungen einzeln alternierend oder blockweise alternierend den jeweiligen Polymerkomponenten (A, B) zugeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Verteilerbohrungen für eine Art von Polymerkomponenten (A, B) in gleich großen Blöcken angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der die Querschnittsfläche einer jeweiligen Verteilerbohrung durch Austausch und/oder Zusatz von Bauteilen variabel ist.
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