ES2330794T3

ES2330794T3 - Conjunto de envase de hilado.

Info

Publication number: ES2330794T3
Application number: ES06848456T
Authority: ES
Inventors: Ravi R. Vedula; Jr. James E. Bryson
Original assignee: Lubrizol Advanced Materials Inc
Current assignee: Lubrizol Advanced Materials Inc
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2009-12-15
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: EP1966415B1; CN101365831A; US8425821B2; US20070148275A1; WO2007076380A3; ATE441740T1; DE602006008987D1; JP2010053505A; JP2009523918A; EP1966415A2; HK1129132A1; US20120001362A1; WO2007076380A2; CN101365831B

Abstract

Un aparato que comprende: un conjunto de envase de hilado que funciona para recibir un material termoplástico fluido generalmente libre de grumos en su interior, y para producir una fibra individual de material, en el que el material se hace reaccionar para formar grumos en su interior generalmente dentro de un tiempo de reacción después que el material se recibe dentro del conjunto de envase de hilado, el conjunto incluye: un cuerpo cilíndrico, extendiéndose el cuerpo cilíndrico a lo largo del eje central, y en el que el cuerpo incluye un primer extremo axial y una segunda porción axial dispuesta axialmente desde del primer extremo axial; una entrada adyacente a la segunda porción axial, en el que la entrada está funcionando para recibir el material a una presión elevada; una placa de la hilera adyacente al primer extremo axial, en el que la placa de la hilera incluye una abertura de fibra situada axialmente, en la que la abertura está funcionando para producir la fibra individual; un área de la cavidad dentro del cuerpo, en el que el área de la cavidad es un intermediario fluido entre la entrada y la abertura de la fibra; una placa rompedora, en el que la placa rompedora se extiende en el área de la cavidad, en el que la placa rompedora incluye una pluralidad de aperturas a través de ella, en la que cada una de las aperturas está en funcionamiento para proporcionar el flujo de material a través de las mismas, y en el que dicha placa rompedora incluye una apertura central alineada axialmente y en la que cada pluralidad de aperturas en un primer patrón circular concéntrico más cercano al eje, se dispone radialmente a una primera distancia radial partir de la apertura central, y en el que la pluralidad de aperturas en un segundo patrón circular concéntrico se dispone radialmente hacia fuera e inmediatamente adyacentes a las aperturas en el primer patrón circular concéntrico a una segunda distancia radial, donde la primera distancia radial es mayor que la segunda distancia radial, y donde las aperturas se sitúan para proporcionar un flujo del primero que entre será el primero que sale generalmente a través de toda el área de la cavidad.

Description

Conjunto de envase de hilado.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a dispositivos y métodos para usarse en el hilado por fusión de fibras de elastoméricas, tales como fibras de poliuretano. Las realizaciones ejemplares se refieren a un conjunto de envase de hilado usado para producir tales fibras.

Antecedentes de la invención

La gran mayoría de las fibras de poliuretano termoplástico (TPU) se elaboran por un proceso de hilado en seco que implica disolver el TPU en un disolvente. El uso de las fibras de hilado por fusión TPU ha aumentado en los últimos años. El hilado por fusión no implica el uso de un disolvente, y por lo tanto, es más respetuoso con el medio ambiente.

Las fibras de hilado por fusión TPU implican suministrar un polímetro TPU a una extrusora y de la extrusora a una hilera donde la fibra sale de la hilera. Los polímeros, tales como TPU, tienden a cristalizar o reticularse formando grumos si permanecen en el equipo de procesado de fusión durante demasiado tiempo. Este es el caso cuando se añaden agentes reticulantes al TPU antes de suministrarlo a la hilera. Estos grumos del polímero reticulado y/o polímero cristalizado formados primeramente pueden encontrar su camino a través de la hilera y causar defectos o propiedades no deseables en la fibra. También pueden dar como resultado la rotura de la fibra. Los grumos de material cristalizado y/o reticulado también pueden acumularse en las cavidades aguas arriba de la abertura de la fibra. Esto puede dar como resultado una contrapresión excesiva y reducir el flujo del material. La contrapresión puede acumularse hasta el punto en que la fibra ya no pueda producirse. Esto requiere parar el proceso de fabricación de la fibra y limpiar el equipo para retirar el material de bloqueo.

Otro problema que puede ocurrir con las fibras de TPU hiladas por fusión es que el módulo de las fibras puede ser demasiado alto para aplicaciones de tricotado circular.

Por tanto, existe una necesidad para mejorar las fibras elastoméricas hiladas por fusión.

Sumario de la invención

Un objeto de una realización ejemplar es hilar por fusión fibras elásticas, tales como TPU, en un proceso que supone largos tiempos de ejecución.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en sección transversal de un conjunto de envase de hilado ejemplar que incluye una placa rompedora y una abertura de salida para la fibra rebajada en la placa de la hilera.

La Figura 2 es una vista superior de una placa rompedora ejemplar usada en el conjunto de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista superior de una placa rompedora ejemplar de la técnica anterior.

La Figura 4 es una vista isométrica de una pieza del canal de transporte ejemplar del conjunto ejemplar de la Figura 1.

La Figura 5 es una vista isométrica de una pieza del canal de transporte ejemplar de la técnica anterior.

La Figura 6 es una vista isométrica de un espaciador y la placa de la hilera de una realización ejemplar.

La Figura 7 es una vista isométrica de una placa de la hilera de la técnica anterior.

La Figura 8 es una vista despiezada de los componentes en el conjunto de envase de hilado ejemplar dentro del cuerpo.

La Figura 9 es una vista isométrica de los componentes mostrados en la Figura 8 en un estado ensamblado.

La Figura 10 es una vista isométrica del cuerpo cilíndrico del conjunto de envase de hilado ejemplar que muestra la salida de fibra rebajada en una realización ejemplar.

La Figura 11 es una vista isométrica que muestra un conjunto de envase de hilado de la técnica anterior que incluye la abertura de salida para la fibra más cerca de la salida del cuerpo.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a los aparatos de las reivindicaciones 1 y 14. Las realizaciones preferidas resultan evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes.

Ahora con referencia a los dibujos y particularmente a la Figura 1, donde se muestra un conjunto de envase de hilado (10) de una realización ejemplar. El conjunto de envase de hilado 10 incluye un cuerpo generalmente cilíndrico 12. El cuerpo 12 se extiende a lo largo de un eje central 14.

En la realización ejemplar el cuerpo incluye la abertura del cuerpo 16 en un extremo axial del mismo. La abertura del cuerpo 16 es de un diámetro más pequeño que una perforación 18 que se extiende dentro del cuerpo. En la posición ensamblada del conjunto de envase de hilado la perforación incluye un número de componentes apilados. Estos componentes en la realización ejemplar incluyen un espaciador anular 20. En la realización ejemplar el espaciador 20 se soporta sobre un escalón anular que se extiende hacia el interior 22 y que limita la perforación.

Una placa de la hilera 24 se sitúa adyacente al espaciador 20. La placa de la hilera 24 incluye una abertura de fibra 26 situada axialmente en su interior. La abertura 26 produce una fibra individual a partir del conjunto de envase de hilado ejemplar de una forma que se discutirá más adelante. La fibra individual se produce en una salida 28 desde la abertura de fibra. La salida se dispone axialmente hacia el interior de la abertura del cuerpo en la realización ejemplar. La placa de la hilera ejemplar 24 además incluye un área rebajada en su interior que está limitada por una superficie anular generalmente plana 30. La superficie anular generalmente plana 30 se extiende en relación circundante con la abertura de la fibra 26.

Una arandela anular 32 se sitúa en el conjunto adyacente a la placa de la hilera 24. La arandela anular 32 de la realización ejemplar incluye una abertura central que corresponde en diámetro al rebaje en la placa de la hilera.

El conjunto ejemplar además incluye una placa rompedora 34. La placa rompedora 34 de la realización ejemplar incluye una pluralidad de aperturas 36 a través de la misma. Como se discutirá más adelante en detalle la disposición de las aperturas de la realización ejemplar proporciona propiedades de flujo al material a través del conjunto de envase de hilado lo que proporciona propiedades deseables en la producción de la fibra.

Adyacente a la placa rompedora 34 de la realización ejemplar hay un tamiz 38. Como se muestra mejor en la Figura 8, el tamiz de la realización ejemplar incluye un área porosa central y un área compacta anular periférica. Por supuesto, debe entenderse que esta estructura es ejemplar y pueden usarse otros enfoques en otras realizaciones.

El conjunto ejemplar además incluye una pieza del canal de transporte 40. La pieza del canal de transporte de la realización ejemplar incluye una porción anular 42 y una porción de proyección cilíndrica 44. Una entrada 46 que funciona para recibir el material fluido se extiende axialmente a través de la pieza del canal de transporte. En la realización ejemplar la pieza del canal de transporte incluye una superficie anular generalmente plana 48. En la realización ejemplar la superficie anular generalmente plana se extiende en relación circundante con la entrada 46. La pieza del canal de transporte ejemplar 40 también incluye en la porción de proyección cilíndrica, un rebaje en el que se sitúa una arandela de compresión 50. La arandela de compresión 50 facilita la conexión hermética a fluido con un conducto que suministra el material fluido que forma la fibra.

El conjunto de envase de hilado ejemplar además incluye una tuerca de compresión 52. La tuerca de compresión 52 de la realización ejemplar incluye una porción roscada anular externa 54. La porción roscada 54 se configura para engranar las roscas de acoplamiento situadas en una porción correspondiente de la perforación 18. La tuerca de compresión 52 además incluye una abertura de entrada 56 que está centrada axialmente en su interior. La porción de proyección cilíndrica de la pieza del canal de transporte de la realización ejemplar se extiende a través de la abertura de entrada en el estado ensamblado del conjunto de envase de hilado. Además debería entenderse que la tuerca de compresión 52 puede incluir aperturas u otras estructuras adecuadas que faciliten la rotación de la tuerca de compresión a fin de sostener los componentes del conjunto de envase de hilado en una relación ensamblada apilada en la perforación durante su uso, y también para posibilitar el desmontaje de los componentes del conjunto cuando se desee para sustitución, limpieza u otros fines. Por supuesto, debe entenderse que estas estructuras son ejemplares y en otras realizaciones pueden usarse otros enfoques.

Como es aparente a partir de las Figuras 8 y 9, en la realización ejemplar del conjunto, el espaciador, la placa de la hilera, la arandela, la placa rompedora, el tamiz y la pieza del canal de transporte pueden ensamblarse en la perforación 18. Los componentes ensamblados se mantienen en sus posiciones dentro del mismo apretando la tuerca de compresión 52. Además, cuando los componentes se ensamblan el conjunto de envase de hilado incluye un área de la cavidad indicada generalmente como 58, a través de la cual el material fluye entre la entrada 46 y la salida 28. Adicionalmente, como puede apreciarse, los componentes del conjunto de envase de hilado pueden retirarse para reparación, sustitución o limpieza aflojando la tuerca de compresión 52 y retirando los diversos componentes de la perforación. Además debe entenderse que estos componentes son ejemplares y los principios descritos en este documento pueden usarse con otros componentes de los conjuntos de envase de hilado u otros conjuntos que se adapten para producir fibras de materiales termoplásticos.

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La Figura 2 muestra una vista superior de la placa rompedora 34. Como se ha descrito, la placa rompedora ejemplar 34 incluye una pluralidad de aperturas 36. En la realización ejemplar las aperturas incluyen una apertura central alineada axialmente 60. La apertura central 60 en la posición ensamblada del conjunto de envase de hilado se alinea con el eje 14. La placa rompedora ejemplar 34 además incluye aperturas dispuestas en tres patrones circulares concéntricos alrededor de la apertura central 60. Las aperturas 62 se incluyen en el primer patrón circular concéntrico. Las aperturas 64 se incluyen en el segundo patrón circular concéntrico y se disponen radialmente hacia fuera con relación a las aperturas 62 en el primer patrón circular concéntrico. Las aperturas 66 en el tercer patrón circular concéntrico se disponen radialmente hacia fuera con relación a las aperturas 64 en el segundo patrón circular concéntrico. Por supuesto, debe entenderse que aunque en la realización ejemplar se usan tres patrones circulares concéntricos, en otras realizaciones pueden usarse otros enfoques.

En las realizaciones ejemplares las aperturas 62 en el primer patrón circular concéntrico tienen un diámetro eficazmente más pequeño para fines del flujo del material y tienen un área de sección transversal más pequeña que las aperturas 64 en el segundo patrón circular concéntrico. De la misma forma, en la realización ejemplar las aperturas 66 en el tercer patrón circular concéntrico tienen un diámetro mayor y un área de sección transversal mayor que las aperturas 64 en el segundo patrón circular concéntrico.

Además, en la realización ejemplar la distancia radial desde la apertura central 60 hasta las aperturas 62 en el primer patrón circular concéntrico, es una distancia radial mayor que la distancia radial entre las aperturas 62 y las aperturas 64, y también es una distancia radial mayor que entre las aperturas 64 y las aperturas 66. Esta configuración en la realización ejemplar proporciona propiedades de flujo que se consideran convenientes para fines de producción de fibras por la realización ejemplar.

Durante el funcionamiento de la realización ejemplar la pluralidad de aperturas proporciona un flujo del material mayor con el incremento de la distancia radial desde el eje 14. Este enfoque proporciona un patrón de flujo deseable dentro del área de la cavidad 58. La disposición de la apertura proporciona un flujo del primero que entra/primero que sale básicamente a través de toda el área de la cavidad. Este flujo que puede denominarse de forma alternativa como flujo pistón, asegura que generalmente el polímero fundido no permanezca en la cavidad durante el funcionamiento durante el tiempo de reacción, ya que de lo contrario, daría como resultado la producción de material reticulado y/o cristalino que formaría grumos semi-sólidos en el fundido de polímero. Para los fines de esta descripción, el término "grumos" debe entenderse que incluye cuerpos sólidos y semi-sólidos que tienen un fluido con menor consistencia que otros materiales que fluyen a través del área de la cavidad. Como se ha descrito anteriormente, dichos grumos son indeseables, y pueden causar defectos y propiedades no deseables en la fibra que se produce. Dichos grumos dentro del área de la cavidad pueden también producir un incremento de la contrapresión que impide el flujo del material a través del conjunto de envase de hilado para producir la fibra. Dicho flujo reducido da como resultado velocidades de procesamiento más lentas y finalmente la detención del proceso de producción para que el conjunto de envase de hilado pueda limpiarse.

Los principios empleados en conexión con la placa rompedora ejemplar 34 pueden apreciarse mejor por medio del patrón de aperturas mostrado en la placa rompedora de la técnica anterior 68 mostrado en la Figura 3. La placa rompedora de la técnica anterior 68 incluye un patrón uniforme de aperturas. Este patrón uniforme generalmente da como resultado que pase más material a través de las aperturas centrales y a través de la abertura de la placa de la hilera para producir la fibra. El material que pasa a través de las otras aperturas se mueve más lento y, por tanto, mayor cantidad de material permanece en el conjunto de envase de hilado durante un periodo de tiempo que alcanza el tiempo de reacción. Como resultado, se forman grumos en el área de la cavidad. Estos grumos funcionan restringiendo el flujo, lo que resulta en un incremento de la contrapresión y velocidades de funcionamiento más bajas. La formación de tales grumos también impacta en la calidad del material de fibra producido en la abertura de la hilera. Estos aspectos indeseables se reducen aplicando los principios descritos en este documento.

Aunque en una realización ejemplar la disposición de patrones circulares concéntricos de aperturas se usa para lograr las propiedades de flujo deseables, en otras realizaciones pueden usarse otros enfoques. Estos pueden incluir, por ejemplo, placas rompedoras que incluyan patrones curvados de aperturas para lograr las características deseables. Estos patrones curvados pueden incluir ranuras o espirales alargadas que logren las características de flujo que proporcionen los resultados deseables descritos. En otras realizaciones pueden usarse disposiciones de aperturas en espiral, incluyendo aperturas de diversas formas. En otras realizaciones más pueden emplearse estructuras distintas a las placas rompedoras a fin de lograr las propiedades de flujo deseables. Estas propiedades de flujo pueden lograrse a través del uso de aperturas, álabes, aliviaderos u otras estructuras. Por supuesto, estos enfoques son ejemplares y en otras realizaciones pueden usarse otros enfoques.

Un aspecto, aún más útil, del conjunto de envase de hilado ejemplar es la forma asociada del área de la cavidad 58. En la realización ejemplar el área de la cavidad se une axialmente por las superficies generalmente anulares 48 y 30. Estas superficies generalmente anulares proporcionan ventajas en el entorno maximizando los caudales y minimizando el área superficial.

La Figura 4 muestra la pieza del canal de transporte 40 de la realización ejemplar. La superficie plana 48 rodea la entrada del material y durante el funcionamiento obliga al material a fluir radialmente hacia fuera mientras el material entra en el área rebajada en su interior a una presión elevada. Esta estructura ayuda a mover el material a través de la pieza del canal de transporte generalmente más rápido en comparación con la estructura de la técnica anterior 70 que se muestra en la Figura 5. Como puede apreciarse la pieza del canal de transporte anterior 70 incluye una cámara más cónica. La cámara cónica incrementa el área y aumenta el tiempo de permanencia del material dentro de la cavidad. La estructura de la pieza ejemplar 40 intenta minimizar aquellas condiciones que pueden dar como resultado grumos indeseables en el material. Se aplican principios similares a la configuración de la superficie anular plana 30 que rodea la abertura de la fibra en la placa de la hilera 34. Por supuesto, estos enfoques son ejemplares y pueden usarse otros enfoques en otras realizaciones.

Un aspecto más útil de la realización ejemplar del conjunto de envase de hilado es la configuración de la salida para la fibra desde la placa de la hilera con relación a la abertura del cuerpo. En la realización ejemplar, la salida 28 de la abertura para la fibra 26 situada axialmente, se dispone axialmente hacia el interior con relación a la superficie anular plana 72 en la que se extiende la abertura del cuerpo 16. En la realización ejemplar la salida para la fibra 28 se dispone axialmente hacia el interior más de 5 milímetros (mm) en la superficie anular del cuerpo. Además en la realización ejemplar usada en la producción de fibra de TPU, la salida se rebaja 15,5 mm con respecto a la superficie anular del cuerpo. En realizaciones alternativas pueden usarse rebajes mayores. Esta configuración del rebaje permite que la fibra se enfríe más lentamente. Esto es el resultado de que durante el periodo crítico, después de que la fibra salga primero de la abertura en la placa de la hilera, la fibra permanece rodeada por el cuerpo caliente del conjunto de envase de hilado. Además, a medida que la fibra pasa hacia fuera de la salida la misma se ve rodeada dentro del rebaje por un aire caliente relativamente estancado que, además, facilita el enfriamiento de forma más lenta. Esta lentitud de enfriamiento en la realización ejemplar da como resultado una fibra que tiene un módulo más bajo al 100% de alargamiento. Este módulo más bajo se desea en especial cuando la fibra se usa en procesos de tricotado tales como fabricación de tela.

La Figura 10 muestra el extremo axial del conjunto de envase de hilado de una realización ejemplar con la salida 28 de la placa de la hilera rebajada axialmente hacia el interior con respecto a la apertura en el cuerpo. La Figura 11 contrasta el enfoque de la técnica anterior en que la salida de la placa de la hilera estaba básicamente al mismo nivel o solo ligeramente rebajada tal como en un intervalo de 2 mm desde la superficie anular del cuerpo. Similarmente, la Figura 6 muestra una vista isométrica del espaciador 20 que sirve para rebajar la abertura en la placa de la hilera y la salida en su interior desde la abertura del cuerpo. Esto está en contraste con la placa de la hilera de la técnica anterior 74 mostrada en la Figura 7.

Como puede apreciarse a partir de una comparación de la realización ejemplar con la técnica anterior, la realización ejemplar ralentiza el enfriamiento de la fibra a través del uso de la salida para la fibra rebajada y el rebaje que rodea al cuerpo. Este enfoque mejora sustancialmente las propiedades de la fibra que se produce usando el conjunto de envase de hilado de la realización ejemplar. Por supuesto estas estructuras son ejemplares y pueden usarse otros enfoques en otras realizaciones.

En una realización ejemplar, el material polímero que se tiene que hilar por fusión para obtener fibras elásticas se suministra a una extrusora para fundir el polímero. El polímero fundido puede suministrarse opcionalmente desde la extrusora y mezclarse con un agente reticulante y suministrarse a un colector de distribución. Si no se usa el agente reticulante, el fundido de polímero se suministra directamente a un colector de distribución. El polímero fluye desde el colector de distribución hasta la bomba de fundido. La bomba de fundido suministra el polímero al conjunto de envase de hilado. El fundido de polímero entra en el conjunto de envase de hilado a través de la entrada 46. El fundido de polímero avanza desde la entrada 46 hasta el tamiz 38. El tamiz 38 elimina cualquier materia extraña y cualquier polímero no fundido. El material de fundido de polímero avanza a través del tamiz 38 hasta la placa rompedora 34. El polímero pasa a través de las aperturas en la placa rompedora hasta la placa de la hilera 24. A partir de la placa de la hilera 24 se forma una fibra en la salida 28 a medida que el fundido de polímero pasa a través de la abertura para la fibra 26 en la placa de la hilera 24. La fibra se enfría y se recubre con un aceite para acabado y se enrolla en
bobinas.

La fibra elástica más deseable para usarse en esta realización ejemplar es un poliuretano termoplástico (TPU) ligeramente reticulado. El polímero de TPU preferido será descrito a continuación.

La realización preferida de TPU es un poliéter de TPU. El TPU se elabora a partir de una mezcla de intermedios terminados en hidroxilo que se hacen reaccionar con un poliisocianato y un prolongador de cadena terminado en hidroxilo.

Se ha descubierto que cuando se usa un polímero de poliéter de TPU para elaborar la fibra de hilado por fusión, una mezcla de intermedios terminados en hidroxilo que tienen diferentes pesos moleculares promedio en número proporcionan características superiores de procesamiento para las fibras hiladas por fusión. Se ha descubierto que si la mezcla de intermedios terminados en hidroxilo es tal que el intermedio de mayor peso molecular se mezcla con el intermedio de menor peso molecular se obtendrá un peso molecular promedio en peso de al menos 1200 Daltons. Preferiblemente, de 1200 a 4000 Daltons, y más preferiblemente de 1500 a 2500 Daltons, el TPU puede hilarse por fusión durante periodos de tiempo extensos sin incrementos excesivos de presión en el conjunto de envase de hilado. Esto evita la presión excesiva que da como resultado la rotura de la fibra, lo que requiere que la operación de hilado por fusión se tiene que detener hasta que el envase de hilado pueda limpiarse.

Para producir fibras hiladas por fusión de acuerdo con una realización ejemplar, se requiere tener un TPU elaborado a partir de una mezcla de al menos dos intermedios terminados en hidroxilo y un agente reticulante. La mezcla de intermedios tiene un primer poliéter intermedio como el componente principal y con un M_{n} más alto que el segundo intermedio. El segundo intermedio se selecciona a partir del grupo que consiste de poliéter, poliéster, policarbonato, policaprolactona y mezclas de los mismos; y el segundo intermedio tiene un M_{n} más bajo que el primer intermedio. Preferiblemente, el segundo intermedio también es un poliéter. Para simplificar, la realización se describirá en este documento en términos de poliéter de TPU que tiene una mezcla de intermedios de poliéter. Debe reconocerse que el segundo intermedio puede ser distinto de un poliéter intermedio, pero debe presentarse en cantidades más bajas y tener un M_{n} más bajo que el primer poliéter intermedio.

El poliéter de TPU usado puede elaborarse haciendo reaccionar una mezcla de al menos dos intermedios poliéter terminados en hidroxilo con un poliisocianato y un prolongador de cadena.

Los intermedios de poliéter terminados en hidroxilo son polioles de poliéter obtenidos a partir de un diol o poliol que tiene un total de 2 a 15 átomos de carbono, preferiblemente un diol de alquilo o glicol que se hace reaccionar con un éter que comprende un óxido de alquileno que tiene de 2 a 6 átomos de carbono, típicamente óxido de etileno u óxido de propileno o mezclas de los mismos. Por ejemplo, el poliéter con funcionalidad hidroxilo puede producirse haciendo reaccionar en primer lugar propilenglicol con óxido de propileno seguido por la reacción posterior con óxido de etileno. Los grupos hidroxilo primarios que resultan a partir de óxido de etileno son más reactivos que los grupos hidroxilo secundarios y, por tanto, se prefieren. Los polioles de poliéter de uso comercial incluyen poli(etilenglicol) que comprende óxido de etileno reaccionado con etilenglicol, poli(propilenglicol) que comprende óxido de propileno reaccionado con propilenglicol, poli(tetrametilglicol) que comprende agua reaccionada con tetrahidrofurano (PTMEG). El éter de politetrametilenglicol (PTMEG) es el poliéter intermedio preferido. Los polioles de poliéter además incluyen aductos de poliamidia de un óxido de alquileno y pueden incluir, por ejemplo, un aducto de etilendiamina que comprende el producto de reacción de etilendiamina con óxido de propileno, un aducto de dietiletilentriamina que comprende el producto de reacción de dietiletilentriamina con óxido de propileno, y polioles de poliéter similares de tipo poliamida. Los copoliéteres también pueden utilizarse en las realizaciones ejemplares. Los copoliéteres típicos incluyen el producto de reacción de THF con óxido de etileno o THF con óxido de propileno. Estos están disponibles en BASF como poli THF B, un copolímero de bloque, y poli THF R, un copolímero aleatorio. Los diversos intermedios de poliéter generalmente tienen un peso molecular promedio en número (M_{n}), según determina el ensayo de los grupos funcionales terminales que es un promedio de peso molecular mayor de 700, tal como de 700 a 10.000, deseablemente de 1.000 a 5.000 y preferiblemente de 1.000 a 2.500 Daltons.

Las realizaciones ejemplares usan una mezcla de dos o más intermedios de poliéter, con un poliéter que tiene un peso molecular más alto que el otro poliéter. El poliéter de peso molecular más bajo tendrá un peso molecular M_{n} de 700 a 1500 Daltons mientras que el poliéter de peso molecular más alto tendrá un M_{n} de 1500 a 4000 Daltons, preferiblemente de 1800 a 2500 Daltons. La mezcla debería tener un peso molecular promedio en peso mayor de 1200 Daltons, preferiblemente mayor de 1500 Daltons. Por ejemplo, una muestra de 1000 gramos de una mezcla del 70% en peso de un poliéter de M_{n} 2000 con el 30% en peso de un poliéter de M_{n} 1000 tendría un M_{n} en peso promedio de 1538 Daltons de los dos componentes de la mezcla de 1000 gramos. El componente de poliéter de M_{n} 2000 tendría 0,35 moles (1000 x 0,7/2000). El componente de poliéter de M_{n} 1000 tendría 0,3 moles (1000 x 0,3/1000). Los moles totales serían 0,65 (0,35 + 0,3) moles en los 1000 gramos de muestra y tendrían un M_{n} en peso promedio de (1000/0,65) o 1538 M_{n}.

La proporción del peso en la mezcla del primer poliéter intermedio terminado en hidroxilo con respecto al segundo poliéter intermedio terminado en hidroxilo es de 60:40 a 90:10 y preferiblemente de 70:30 a 90:10. La cantidad del primer poliéter intermedio es mayor que la cantidad del segundo intermedio.

El segundo ingrediente necesario para elaborar el polímero de TPU de esta realización es un poliisocianato.

Los poliisocianatos generalmente tienen la fórmula R(NCO)_{n} donde n generalmente es de 2 a 4, siendo 2 altamente preferido puesto que la composición es un termoplástico. Por tanto, los poliisocianatos que tienen una funcionalidad de 3 o 4 se utilizan en cantidades muy pequeñas, por ejemplo menores del 5% y deseablemente menores del 2% en peso basado en el peso total de todos los poliisocianatos, puesto que los mismos causan reticulación. R puede ser aromático, cicloalifático y alifático o combinaciones de los mismos que tienen generalmente un total de 2 a 20 átomos de carbono. Los ejemplos de diisocianatos aromáticos adecuados incluyen 4,4'-diisocianato de difenil metano (MDI), H_{12} MDI, diisocianato de m-xilileno (XDI), diisocianato de m-tetrametil xilileno (TMXDI), 1,4-diisocianato de fenileno (PPDI), diisocianato de 1,5-naftaleno (NDI) y 4,4'-diisocianato de difenilmetano-3,3'-dimetoxi (TODI). Los ejemplos de diisocianatos alifáticos adecuados incluyen diisocianato de isoforona (TPDI), diisocianato de 1,4-ciclohexilo (CHDI), diisocianato de hexametileno (HDI), 1,6-diisocianato-2,2,4,4-tetrametil hexano (TMDI), diisocianato de 1,10-decano y diisocianato de trans-diciclohexilmetano (HMDI). Un diisocianato altamente preferido es MDI, que contiene menos del 3% en peso del isómero orto-para (2,4). Puede usarse una mezcla de dos o más poliisocia-
natos.

El tercer ingrediente necesario para elaborar el polímero de TPU es el prolongador de cadena. Los prolongadores de cadena adecuados son glicoles alifáticos inferiores o de cadena corta que tienen de 2 a 10 átomos de carbono e incluyen, por ejemplo, etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, trietilenglicol, isómeros cis-trans de ciclohexil dimetilol, neopentilglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,3-butanodiol y 1,5-pentanodiol. Los glicoles aromáticos también pueden usarse como prolongadores de cadena y son las opciones preferidas para las aplicaciones a alta temperatura. El bencenoglicol (HQEE) y los xilelenglicoles son prolongadores de cadena adecuados para usarse en la elaboración del TPU de esta invención. El xilelenglicol es una mezcla de 1,4-di(hidroximetil)benceno con 1,2-di(2-hidroximetil)benceno. El bencenoglicol es el prolongador de cadena aromático preferido y específicamente incluye hidroquinona, es decir, éter de bis(beta-hidroxietilo) conocido también como 1,4-di(2-hidroxietoxi)benceno; resorcinol, es decir, éter de bis(beta-hidroxietilo) conocido también como 1,3-di(2-hidroxietil)benceno; catecol, es decir, éter de bis(beta-hidroxietilo) conocido también como 1,2-di(2-hidroxietoxi)benceno y combinaciones de los mismos. Para fibras resistentes a alta temperatura, el bencenoglicol (HQEE) es el prolongador de cadena más deseable. Se obtienen resultados excelentes usando el HQEE junto con un isómero del
HQEE.

Se prefiere usar un prolongador de cadena complementario junto con el prolongador de cadena descrito anteriormente. El prolongador de cadena complementario puede ser uno de los materiales descritos anteriormente como prolongador de cadena. El prolongador de cadena complementario se selecciona preferiblemente a partir de un material que sea capaz de reducir la velocidad de cristalización del TPU y eliminar los picos de fusión a alta temperatura del TPU. Los compuestos ramificados, tales como el dipropilenglicol y el neopentilglicol son excelentes prolongadores de cadena complementarios. También, para aplicaciones a alta temperatura, un isómero de HQEE, tal como hidroxil etil resorcinol (HER), es un prolongador de cadena complementario muy eficaz. Cuando se usa un prolongador de cadena complementario, el nivel usado es del 2 al 50 por ciento en moles, preferiblemente del 10 al 30 por ciento en moles, de los moles totales del prolongador de cadena y del prolongador de cadena complementario.

Puede usarse una mezcla de dos o más prolongadores de cadena con una mezcla de dos o más prolongadores de cadena complementarios, si se desea. Sin embargo, para simplificar, normalmente se usa un prolongador de cadena con un prolongador de cadena complementario.

Los tres ingredientes necesarios anteriores (la mezcla de diferentes M_{n} de intermedios de poliéter, poliisocianato y prolongador de cadena) se hacen reaccionar preferiblemente en presencia de un catalizador.

Generalmente, puede utilizarse cualquier catalizador convencional para hacer reaccionar el diisocianato con los intermedios de poliéter o con el prolongador de cadena y el mismo se conoce bastante bien en la técnica y en la bibliografía. Los ejemplos de catalizadores adecuados incluyen los diversos éteres de alquilo o éteres alquil tiol de bismuto o estaño en los que la porción alquilo tiene de 1 a 20 átomos de carbono, incluyendo los ejemplos específicos octoato de bismuto, laurato de bismuto y similares. Los catalizadores preferidos incluyen los diversos catalizadores de estaño tales como octoato de estaño, dioctoato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño y similares. La cantidad de tales catalizadores es generalmente pequeña como por ejemplo de 20 a 200 partes por millón basándose en el peso total de poliuretano que forma monómeros.

Los polímeros de poliéter de TPU de esta invención pueden elaborarse por cualquier método de polimerización convencional bien conocido en la técnica y en la bibliografía.

Los poliuretanos termoplásticos de las realizaciones ejemplares se elaboran preferiblemente por medio de un proceso de "una sola etapa" en el que todos los compuestos se añaden juntos de forma simultánea o sustancialmente simultánea a una extrusora en caliente y se hacen reaccionar para formar el poliuretano. La proporción de equivalentes del diisocianato con respecto a los equivalentes totales de intermedios de poliéter terminados en hidroxilo y el prolongador de cadena de diol es generalmente del 0,95 al 1,10, deseablemente del 0,97 al 1,03 y preferiblemente del 0,97 al 1,00. Se prefiere que la proporción de equivalentes sea menor del 1,0 de forma que el TPU tenga grupos hidroxilo terminales para potenciar la reacción con el agente reticulante durante el proceso de hilado de la fibra. La dureza Shore A del TPU formado debería de ser de 65A a 95A, y preferiblemente de 75A a 85A, para lograr las fibras de hilado por fusión más deseables. Las temperaturas de reacción que utilizan catalizadores de uretano son generalmente de 175ºC a 245ºC y preferiblemente de 180ºC a 220ºC. El peso molecular (Pm) del poliuretano termoplástico es generalmente de 25.000 a 300.000 y deseablemente de 50.000 a 200.000 y preferiblemente de 75.000 a 150.000 medido por GPC con relación a los poliestirenos convencionales. El Pm preferido es más bajo que el de las recomendaciones de la técnica anterior para la fibra de TPU, pero el Pm más bajo permite una mejor mezcla del TPU con el agente reticulante lo que proporciona excelentes fibras hiladas.

Los poliuretanos termoplásticos también pueden prepararse utilizando un proceso con pre-polímero. En la ruta del pre-polímero, los intermedios de poliéter terminados en hidroxilo se hacen reaccionar generalmente con un exceso equivalente de uno o más poliisocianatos para formar una solución del pre-polímero que tiene poliisocianato libre o no reaccionado en su interior. La reacción generalmente se realiza a temperaturas de 80ºC a 220ºC y preferiblemente de 150ºC a 200ºC en presencia de un catalizador de uretano adecuado. Posteriormente, un tipo selectivo de prolongador de cadena, como se señaló previamente, se añade en una cantidad equivalente, generalmente igual a la de los grupos finales isocianato así como a cualquiera de los compuestos de diisocianato libres o no reaccionados. La proporción de equivalentes global del diisocianato total con respecto al equivalente total de poliéteres terminados en hidroxilo y el prolongador de cadena es por tanto de 0,95 a 1,10, deseablemente de 0,98 a 1,05 y preferiblemente de 0,99 a 1,03. La proporción de equivalentes de los poliéteres terminados en hidroxilo con respecto al prolongador de cadena se ajusta para proporcionar una dureza Shore de 65A a 95A, preferiblemente de 75A a 85A. La temperatura de reacción del prolongador de cadena es generalmente de 180ºC a 250ºC preferiblemente de 200ºC a 240ºC. Típicamente la ruta del pre-polímero puede realizarse en cualquier dispositivo convencional, siendo la preferida una extrusora. Por tanto, los intermedios de poliéter se hacen reaccionar con un exceso de equivalentes de diisocianato en una primera parte de la extrusora para formar una solución del pre-polímero y posteriormente se añade el prolongador de cadena en una parte aguas abajo y se hace reaccionar con la solución del pre-polímero. Puede utilizarse cualquier extrusora convencional, como extrusoras equipadas con tornillos de barrera que tienen una proporción de longitud a diámetro de al menos 20 y preferiblemente de al menos 25. El método del pre-polímero puede reducir los picos de fusión a alta temperatura del TPU y eliminar la necesidad de un prolongador de cadena complementario como se describió previamente en el proceso de una sola etapa.

Los aditivos útiles pueden utilizarse en cantidades adecuadas e incluyen pigmentos opacificantes, colorantes, cargas minerales, estabilizadores, lubricantes, absorbedores de UV, adyuvantes de procesado y otros aditivos como se desee. Los pigmentos opacificantes útiles incluyen dióxido de titanio, óxido de cinc, y titanio amarillo, mientras que pigmentos de tinción útiles incluyen negro de humo, óxidos amarillos, óxidos marrones, ocres o sienas al natural y calcinadas, óxido de cromo verde, pigmentos de cadmio, pigmentos de cromo, y otras mezclas de óxidos metálicos y pigmentos orgánicos. Las cargas útiles incluyen arcilla de tierras diatomeas (poco compacta), sílice, talco, mica, wallostonita, sulfato de bario, y carbonato de calcio. Si se desea, pueden usarse estabilizadores útiles tales como antioxidantes e incluyen antioxidantes fenólicos, mientras que los fotoestabilizadores útiles incluyen fosfatos orgánicos, y tiolatos de organoestaño (mercapturos). Los lubricantes útiles incluyen estearatos metálicos, aceites de parafina y ceras de amida. Los absorbedores de UV útiles incluyen 2-(2'-hidroxifenol)benzotriazoles y 2-hidroxibenzo-
fenones.

Los aditivos plastificantes también pueden utilizarse provechosamente para reducir la dureza sin afectar las propiedades.

Durante el proceso de hilado por fusión, el polímero de TPU descrito anteriormente se reticula ligeramente con un agente reticulante. El agente reticulante es un pre-polímero de un intermedio terminado en hidroxilo que es un poliéter, poliéster, policarbonato, policaprolactona, o mezcla de los mismos que se hace reaccionar con un poliisocianato. Un poliéter o poliéster es el intermedio terminado en hidroxilo preferido para elaborar el agente reticulante. El agente reticulante, pre-polímero, tendrá una funcionalidad isocianato mayor de 1,0, preferiblemente de 1,0 a 1,3, más preferiblemente de 1,8 a 2,2. Se prefiere particularmente cuando ambos extremos del intermedio terminado en hidroxilo se protegen con un isocianato, por tanto tienen una funcionalidad isocianato de 2,0.

Los poliisocianatos usados para elaborar el agente reticulante son los mismo que los descritos previamente en la elaboración del polímero de TPU. Un diisocianato, tal como MDI, es el diisocianato preferido.

El intermedio de poliéster terminado en hidroxilo usado para elaborar el agente reticulante es generalmente un poliéster lineal o ramificado que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) de 500 a 10.000, deseablemente de 700 a 5.000, y preferiblemente de 700 a 4.000, un número de ácido generalmente menor de 1,3 y preferiblemente menor de 0,8. El peso molecular se determina por ensayo de los grupos funcionales terminales y se relaciona con el peso molecular promedio en número. Los polímeros se producen por (1) una reacción de esterificación de uno o más glicoles con uno o más ácidos o anhídridos dicarboxílicos o 2) por una reacción de transesterificación, es decir, la reacción de uno o más glicoles con ésteres de ácidos dicarboxílicos. Generalmente se prefieren proporciones en moles de más de un mol de glicol con respecto al ácido a fin de obtener cadenas lineales que tengan un predominio de grupos hidroxilo terminales. Los intermedios de poliéster adecuados también incluyen diversas lactonas tales como policaprolactona típicamente elaborada a partir de \varepsilon-caprolactona y un iniciador bifuncional tal como el dietilenglicol. Los ácidos carboxílicos del poliéster deseado pueden ser alifáticos, cicloalifáticos, aromáticos o combinaciones de los mismos. Los ácidos dicarboxílicos adecuados que pueden usarse individualmente o en mezclas generalmente tienen un total de 4 a 15 átomos de carbono e incluyen: succínico, glutárico, adípico, pimélico, subérico, azelaico, sebácico, dodecanedioico, isoftálico, tereftálico, ciclohexano dicarboxílico, y similares. Los anhídridos de los ácidos carboxílicos anteriores tales como el anhídrido ftálico, el anhídrido tetrahidroftálico, o similares, también pueden usarse. El ácido adípico es el ácido preferido. Los glicoles que se hacen reaccionar para formar un intermedio de poliéster deseable pueden ser alifáticos, aromáticos, o combinaciones de los mismos, y tener un total de 2 a 12 átomos de carbono, e incluir etilenglicol, neopentilglicol, dipropilenglicol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 2,2-dimetil-1,3-propanodiol, 1,4-ciclohexanodimetanol, decametilenglicol, dodecametilenglicol, y similares. El 1,4-butanodiol y las mezclas con neopentilglicol son los glicoles
preferidos.

El documento U.S.-A-4.131.737 describe policarbonatos terminados en hidroxilo y sus preparaciones. Dichos policarbonatos son lineales y tienen grupos hidroxilo terminales con exclusión esencial de otros grupos terminales. Los reactantes esenciales son glicoles y carbonatos. Los glicoles adecuados se seleccionan a partir de dioles cicloalifáticos y alifáticos que contienen de 4 a 40, y preferiblemente de 4 a 12 átomos de carbono, y a partir de polioxialquilenglicoles que contienen de 2 a 20 grupos alcoxi por molécula, conteniendo cada grupo alcoxi de 2 a 4 átomos de carbono. Los dioles adecuados para usarse en las realizaciones ejemplares incluyen dioles alifáticos que contienen de 4 a 12 átomos de carbono tales como butanodiol-1,4, pentanodiol-1,4, neopentilglicol, hexanodiol-1,6, 2,2,4-trimetilhexanodiol-1,6, decanodiol-1,10, dilinoleiglicol hidrogenado, dioleiglicol hidrogenado; y dioles cicloalifáticos tales como ciclohexanodiol-1,3, dimetilolciclohexano-1,4, ciclohexanodiol-1,4, dimetilolciclohexano-1,3, 1,4-endometilen-2-hidroxi-5-hidroximetil ciclohexano, y polialquilenglicoles. Los dioles usados en la reacción pueden ser un diol individual o una mezcla de dioles dependiendo de las propiedades deseadas en el producto terminado.

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Los intermedios de policarbonato terminados en hidroxilo son generalmente aquellos conocidos en la técnica y en la bibliografía. Los carbonatos adecuados se seleccionan a partir de carbonatos de alquileno compuestos por 5 a 7 anillos integrados que tienen la siguiente fórmula general:

1

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donde R es un radical divalente saturado que tiene de 2 a 6 átomos de carbono lineales. Los carbonatos adecuados para usar en este documento incluyen carbonato de etileno, carbonato de trimetileno, carbonato de tetrametileno, carbonato de 1,2-propileno, carbonato de 1,2-butileno, carbonato de 2,3-butileno, carbonato de 1,2-etileno, carbonato de 1,3-pentileno, carbonato de 1,4-pentileno, carbonato de 2,3-pentileno y carbonato de 2,4-pentileno.

También, son adecuados en este documento dialquilcarbonatos, carbonatos cicloalifáticos, y diarilcarbonatos. Los dialquilcarbonatos pueden contener de 2 a 5 átomos de carbono en cada grupo alquilo y ejemplos específicos de los mismos son dietilcarbonato y dipropilcarbonato. Los carbonatos cicloalifáticos, especialmente los carbonatos dicicloalifáticos, pueden contener de 4 a 7 átomos de carbono en cada estructura cíclica, y puede haber una o dos de dichas estructuras. Cuando un grupo es cicloalifático, el otro puede ser tanto alquilo como arilo. Por otro lado, si un grupo es arilo, el otro puede ser alquilo o cicloalifático. Los ejemplos preferidos de diarilcarbonatos, que pueden contener de 6 a 20 átomos de carbono en cada grupo arilo, son difenilcarbonato, ditolilcarbonato, y dinaftilcarbonato.

La reacción se realiza haciendo reaccionar un glicol con un carbonato, preferiblemente un carbonato de alquileno en el intervalo molar de 10:1 a 1:10, pero preferiblemente de 3:1 a 1:3 a una temperatura de 100ºC a 300ºC y a una presión dentro del intervalo de 13,3 Pa a 39,99 kPa (de 0,1 a 300 mm) de mercurio en presencia o ausencia de un catalizador de intercambio de éster mientras se retiran los glicoles con punto de ebullición bajo por destilación.

Más específicamente, los policarbonatos terminados en hidroxilo se preparan en dos etapas. En la primera etapa, un glicol se hace reaccionar con un carbonato de alquileno para formar un policarbonato terminado en hidroxilo de bajo peso molecular. El glicol con el punto de ebullición más bajo se retira por destilación entre 100ºC y 300ºC, preferiblemente de 150ºC a 250ºC, a una presión reducida de 1333 Pa a 4000 Pa (de 10 a 30 mmHg), preferiblemente de 6666 Pa a 26,66 kPa (de 50 a 200 mmHg). Una columna de fraccionamiento se usa para separar el sub-producto de glicol de la mezcla de la reacción. El sub-producto de glicol se saca de la parte superior de la columna y el carbonato de alquileno no reaccionado y el reactante de glicol se devuelven como reflujo al recipiente de reacción. Puede usarse una corriente de gas inerte o un disolvente inerte para facilitar la retirada del sub-producto de glicol mientras éste se forma. Cuando la cantidad del sub-producto de glicol obtenido indica que el grado de polimerización del policarbonato terminado en hidroxilo está en el intervalo de 2 a 10, la presión se reduce gradualmente de 13,3 Pa a 1333 Pa (de 0,1 a 10 mmHg) y el glicol no reaccionado y el carbonato de alquileno se retiran. Esto marca el comienzo de la segunda etapa de la reacción durante la que el policarbonato terminado en hidroxilo con bajo peso molecular se condensa por destilación del glicol mientras este se forma de 100ºC a 300ºC, preferiblemente de 150ºC a 250ºC y a una presión de 13,3 Pa a 1333 Pa (de 0,1 a 10 mmHg) hasta que se obtenga el peso molecular deseable del policarbonato terminado en hidroxilo. El peso molecular (Mn) de los policarbonatos terminados en hidroxilo pueden variar de 500 a 10.000 pero en una realización preferida, variarán dentro del intervalo de 500 a 2500.

Si se desea un agente reticulante de poliéter, se elabora a partir de un intermedio de poliéter terminado en hidroxilo como se ha descrito anteriormente para la elaboración del polímero de TPU y se hace reaccionar con un poliisocianato para formar un pre-polímero.

Los agentes reticulantes tienen un peso molecular promedio en número (Mn) de 1.000 a 10.000, preferiblemente de 1.200 a 4.000 y más preferiblemente de 1.500 a 2.800. Los agentes reticulantes con un M_{n} por debajo de 1500 dan las mejores propiedades al conjunto.

El porcentaje en peso del agente reticulante usado con el polímero de TPU es del 5,0% al 20%, preferiblemente del 8,0% al 15%, y más preferiblemente del 10% al 13%. El porcentaje del agente reticulante usado es el porcentaje en peso basado en el peso total del polímero de TPU y del agente reticulante.

El proceso de hilado por fusión ejemplar para elaborar fibras de TPU implica suministrar un polímero de TPU preformado, que normalmente se funde en la extrusora y el agente reticulante se añade continuamente aguas abajo cerca del punto donde el fundido de polímero de TPU sale de la extrusora o después que el fundido de polímero de TPU salga de la extrusora. El agente reticulante puede añadirse a la extrusora antes que la fusión salga de la extrusora o después que el fundido salga de la extrusora. Si se añade después de que el fundido salga de la extrusora, el agente reticulante necesita mezclarse con el fundido de TPU usando mezcladoras estáticas o dinámicas para asegurar la mezcla apropiada del agente reticulante con el fundido de polímero de TPU. Después de que sale de la extrusora y de la mezcladora, el polímero de TPU fundido con el agente reticulante fluyen hacia un colector de distribución. El colector de distribución divide la corriente de fundido en diferentes corrientes, donde cada corriente se suministra a una pluralidad de conjuntos de envase de hilado. Normalmente, existe una bomba de fundido para cada una de las diferentes corrientes que fluyen desde colector de distribución, y cada bomba de fundido suministra a los distintos conjuntos de envase de hilado. Cada conjunto de envase de hilado puede ser del tipo descrito previamente o puede tener una estructura alternativa.

El material de TPU fundido se fuerza mediante una presión elevada a pasar a través del conjunto de envase de hilado y salir de la placa de la hilera en la forma de una fibra. El tamaño del orificio en la placa de la hilera se basa en el tamaño (denier) de la fibra deseada. Se tira de la fibra o ésta se estira mientras sale del conjunto de envase de hilado y se enfría antes de enrollarse en las bobinas. Las fibras se estiran enrollando las bobinas a una velocidad más alta que aquella que tiene la fibra cuando sale del conjunto de envase de hilado. Para las fibras de TPU hiladas por fusión, las bobinas normalmente se enrollan a una tasa de 4 a 6 veces la velocidad de la fibra que sale del conjunto de envase de hilado, pero pueden enrollarse más lentamente o más rápido dependiendo del equipo que se utiliza. Las velocidades de enrollado de bobina típicas pueden variar de 100 a 3000 metros por minuto, pero las velocidades más típicas son de 300 a 1200 metros por minuto para las fibras de hilado por fundido de TPU. Los aceites para acabado, tales como aceites de silicona, normalmente se añaden a las superficies de las fibras después del enfriamiento y justo antes de enrollarlas en bobinas.

Un aspecto importante del proceso de hilado por fusión ejemplar es la mezcla del fundido del polímero de TPU con el agente reticulante. Una apropiada mezcla uniforme es importante para lograr propiedades uniformes en la fibra y lograr tiempos de proceso prolongados sin experimentar la rotura de la fibra. La mezcla del fundido de TPU con el agente reticulante debería ser un método que logre un flujo pistón, es decir, el primero que entre será el primero que salga. La mezcla apropiada puede lograrse con una mezcladora dinámica o una mezcladora estática. Las mezcladoras estáticas son más difíciles de limpiar; por lo tanto, se prefiere una mezcladora dinámica. La mezcladora preferida es una mezcladora dinámica que tiene un tornillo sin fin y varillas de mezcla. El documento U.S.-A-6.709.147 describe un tipo de mezcladora de este tipo y tiene varillas de mezcla que pueden rotar. Las varillas de mezcla también pueden estar en una posición fija, por ejemplo fijadas al tambor de la mezcladora y extenderse hacia la línea central del tornillo sin fin. El tornillo sin fin de la mezcla puede fijarse por rosca al extremo del tornillo de la extrusora y la carcasa de la mezcladora puede unirse con pernos a la máquina extrusora. El tornillo sin fin de la mezcladora dinámica debería tener un diseño que mueva el fundido de polímero de una forma progresiva con muy poca acumulación de mezcla para lograr el flujo pistón del fundido. La proporción L/D del tornillo de mezcla debería ser mayor de 3 y menor de 30, preferiblemente de 7 a 20, y más preferiblemente de 10 a 12.

La temperatura en la zona de mezcla donde el fundido de polímero de TPU se mezcla con el agente reticulante es de 200ºC a 240ºC, preferiblemente de 210ºC a 225ºC. Estas temperaturas son necesarias para conseguir la reacción sin degradar el polímero.

El TPU formado se hace reaccionar con el agente reticulante durante el proceso de hilado de la fibra para obtener un peso molecular (Pm) del TPU en forma de fibra de 200.000 a 800.000, preferiblemente de 250.000 a 500.000, más preferiblemente de 300.000 a 450.000. La reacción en el proceso de hilado de la fibra entre el TPU y el agente reticulante en el punto donde el TPU sale del conjunto de envase de hilado debería estar por en cima del 20%, preferiblemente del 30% al 60%, y más preferiblemente del 40% al 50%. La reacción de hilado por fundido de TPU típica de la técnica anterior entre el polímero de TPU y el agente reticulante es menor del 20% y normalmente del 10-15% de la reacción. La reacción se determina por la desaparición de los grupos NCO. El % más alto de reacción de la realización ejemplar mejora la resistencia del fundido de modo que permite una temperatura de hilado más alta que mejora la capacidad de hilado del TPU. Las fibras normalmente se vaporizan en un horno, sobre las bobinas, para completar totalmente la reacción y por tanto, todos los grupos de NCO desaparecen en la fibra que se usa en las indumen-
tarias.

La temperatura de hilado (la temperatura del fundido de polímero en el conjunto de envase de hilado) debería ser mayor que el punto de fusión del polímero, y preferiblemente de 10ºC a 20ºC por encima del punto de fusión del polímero. Cuanto más alta sea la temperatura de hilado que pueda usarse, generalmente mejor será el hilado. Sin embargo, si la temperatura de hilado es demasiado alta, el polímero puede degradarse. Por lo tanto, de 10ºC a 20ºC por encima del punto de fusión del polímero TPU es el intervalo óptimo para que la realización ejemplar logre un equilibrio de hilado ideal sin que el polímero se degrade. Si la temperatura de hilado es demasiado baja, el polímero puede compactarse en la hilera y causar la rotura de la fibra. La temperatura de hilado para las fibras producidas en las realizaciones ejemplares es mayor de 200ºC y preferiblemente de 205ºC a 220ºC.

Un aspecto importante en la elaboración de fibras de TPU hiladas por fusión es el tiempo en que puede realizarse el proceso de forma continua sin tener que detenerse. Normalmente, la necesidad de detener el proceso es un resultado de la rotura de la fibra. La rotura de la fibra ocurre cuando la presión en la entrada del conjunto de envase de hilado se incrementa a un nivel inaceptable. Cuando la presión alcanza los (de 13,73 kN/m^{2} a 19,61 kN/m^{2} (de 140 a 200 kg fuerza por cm cuadrado), la rotura de la fibra ocurrirá de forma regular. La acumulación de presión puede ocurrir por varias razones tales como la mezcla inapropiada que lleva a la formación de productos debido a la auto reacción del agente reticulante que causa un atascamiento parcial del pequeño orificio de salida para la fibra en la hilera. La realización ejemplar permite tiempos de ejecución mucho más prolongados antes de superar la acumulación de presión perjudicial que da como resultado la rotura de la fibra.

Los ejemplos siguientes muestran las ventajas del conjunto de envase de hilado ejemplar con relación a un conjunto de envase de hilado convencional. El conjunto de envase de hilado de la realización ejemplar se evaluó en comparación con el conjunto de envase de hilado de técnica anterior. La evaluación se realizó por el hilado por fusión de un polímero de poliuretano termoplástico (TPU). El polímero de TPU usado se elaboró haciendo reaccionar un intermedio de poliéter terminado en hidroxilo (una mezcla de PTMEG de Mn 2000 y PTMEG de Mn 1000), un prolongador de cadena de glicol aromático [una mezcla de bencenoglicol (HQEE) e hidroxil etil resorcinol (HER)], y un diisocianato (MDI). Los tres componentes (intermedio de poliéter, prolongador de cadena de glicol, y diisocianato) se hicieron reaccionar en una extrusora de doble tornillo que usa un proceso de una sola etapa a 200ºC. El polímero de TPU se granuló y se usó en los Ejemplos 1 y 2 presentados a continuación para fibras hiladas. La salida en la que la fibra se produce por el conjunto de envase de hilado se rebajó axialmente unos 15,5 mm desde la apertura del cuerpo del conjunto de envase de hilado.

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Ejemplo 1

Comparativo

El polímero de TPU descrito anteriormente se usó para hilar por fusión fibras de 40 denier. Los gránulos del polímero de TPU se fundieron en una extrusora y el fundido de polímero se mezcló con un agente reticulante de pre-polímero de poliéster (Hyperlast® 5255) en una mezcladora dinámica. Después, el fundido de TPU que contenía el agente reticulante se suministró al conjunto de envase de hilado de la técnica anterior y se produjeron fibras hiladas por fusión de 40 denier. Se aplicó un aceite para acabado de silicona a las fibras y se enrollaron sobre las bobinas a una velocidad de 600 metros por minuto. Después de un proceso continuo durante 60 horas, la presión en el envase de hilado mostró un incremento sobre la presión inicial del 81,2% y las fibras comenzaron a romperse. El proceso se terminó debido a la rotura de la fibra.

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Ejemplo 2

En este ejemplo, el conjunto de envase de hilado de la realización ejemplar descrita se usó para elaborar fibras de 40 denier. Se usó el mismo polímero de TPU y el mismo agente reticulante y se usó el mismo proceso de hilado por fusión que en el Ejemplo 1. La única diferencia fue que se usó el conjunto de envase de hilado de la realización ejemplar en lugar del conjunto de envase de hilado de la técnica anterior. Después de un proceso continuo durante 120 horas, la presión en el envase de hilado mostró un incremento de tan solo el 9,5% sobre la presión inicial. El proceso se terminó después de 120 horas debido a que se consumió todo el material.

Los ensayos de las propiedades físicas en las fibras elaboradas por el Ejemplo Comparativo 1 y el Ejemplo 2 mostraron que las fibras elaboradas por el Ejemplo 2 tenían un módulo 100% menor, lo que indicaba que la salida rebajada para las fibras desde el conjunto de envase de hilado permitía a las fibras enfriarse más lentamente, mejorando por tanto sus propiedades para el tricotado y el tejido.

Los ejemplos muestran que el conjunto de envase de hilado de la realización ejemplar tiene grandes ventajas en la fabricación de fibras elásticas, tales como TPU. Al incrementar drásticamente el tiempo del proceso antes que experimente la rotura de la fibra debido al exceso de acumulación de presión, el proceso de hilado por fusión es más económico y existen menos desperdicios de material de desecho generados como resultado de la rotura de la fibra. Las propiedades de las fibras de TPU también mejoran, dando como resultado un mejor tricotado y tejido de las fibras para la creación de indumentarias.

Las fibras de TPU hiladas por fusión pueden elaborarse en una diversidad de denier. El denier es un término que existe en la técnica para designar el tamaño de la fibra. El denier es el peso en gramos de 9000 metros de longitud de fibra. Las fibras de TPU típicas de hilado por fusión se elaboran con un tamaño menor de 240 denier, más típicamente con un tamaño de 10 a menos de 240 denier, siendo el tamaño más habitual 20 y 40 denier.

Las fibras de TPU elásticas se usan para combinarse por tricotado o tejido con otras fibras tales como fibras naturales y sintéticas para elaborar diversas prendas de vestir. Las fibras de TPU pueden teñirse de diversos colores.

Las fibras de TPU elásticas de hilado por fusión de las realizaciones ejemplares se combinan normalmente por tricotado o tejido con otras fibras, tales como algodón, nylon o poliéster para elaborar diversos artículos de uso final, incluyendo indumentarias de vestido. El % en peso de las fibras de TPU elásticas hiladas por fusión en la aplicación de uso final puede variar dependiendo en la elasticidad deseable. Por ejemplo, los tejidos tejidos tienen el 1-8% en peso, la ropa interior el 2-5% en peso, los bañadores y ropa deportiva el 8-30% en peso, los corsés el 10-45% en peso y los tubos médicos extensibles el 35-60% en peso de las fibras de TPU hiladas por fusión elásticas, siendo la cantidad restante otro tipo de fibra no elástica.

La configuración ejemplar del conjunto de envase de hilado ejemplar proporciona a la fibra producida un enfriamiento más lento, lo cual se ha descubierto que hace decrecer el módulo 100%. Esta disminución en el módulo permite a la fibra un mejor rendimiento en operaciones de tricotado, tales como el tricotado circular.

El conjunto de envase de hilado ejemplar produce propiedades mejoradas para el polímero en flujo del material, lo que permite un tiempo de proceso mucho mayor antes de experimentar problemas, tales como la rotura de la fibra.

Claims

1. Un aparato que comprende:

un conjunto de envase de hilado que funciona para recibir un material termoplástico fluido generalmente libre de grumos en su interior, y para producir una fibra individual de material, en el que el material se hace reaccionar para formar grumos en su interior generalmente dentro de un tiempo de reacción después que el material se recibe dentro del conjunto de envase de hilado,

el conjunto incluye:

: un cuerpo cilíndrico, extendiéndose el cuerpo cilíndrico a lo largo del eje central, y en el que el cuerpo incluye un primer extremo axial y una segunda porción axial dispuesta axialmente desde del primer extremo axial;

: una entrada adyacente a la segunda porción axial, en el que la entrada está funcionando para recibir el material a una presión elevada;

: una placa de la hilera adyacente al primer extremo axial, en el que la placa de la hilera incluye una abertura de fibra situada axialmente, en la que la abertura está funcionando para producir la fibra individual;

: un área de la cavidad dentro del cuerpo, en el que el área de la cavidad es un intermediario fluido entre la entrada y la abertura de la fibra;

: una placa rompedora, en el que la placa rompedora se extiende en el área de la cavidad, en el que la placa rompedora incluye una pluralidad de aperturas a través de ella, en la que cada una de las aperturas está en funcionamiento para proporcionar el flujo de material a través de las mismas, y en el que dicha placa rompedora incluye una apertura central alineada axialmente y en la que cada pluralidad de aperturas en un primer patrón circular concéntrico más cercano al eje, se dispone radialmente a una primera distancia radial partir de la apertura central, y en el que la pluralidad de aperturas en un segundo patrón circular concéntrico se dispone radialmente hacia fuera e inmediatamente adyacentes a las aperturas en el primer patrón circular concéntrico a una segunda distancia radial, donde la primera distancia radial es mayor que la segunda distancia radial, y donde las aperturas se sitúan para proporcionar un flujo del primero que entre será el primero que sale generalmente a través de toda el área de la cavidad.

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2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la pluralidad de aperturas se sitúa para proporcionar un mayor flujo de material con el incremento de la distancia radial desde el eje en el área de la cavidad, preferiblemente en el que cada pluralidad de aperturas tiene un área de sección transversal mayor con el incremento de la distancia radial desde el eje, preferiblemente en el que la pluralidad de aperturas se disponen en una pluralidad de patrones circulares concéntricos alrededor del eje, preferiblemente en el que todas las aperturas incluidas en cada patrón circular concéntrico generalmente tienen la misma área de sección transversal.

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la placa rompedora incluye un tercer patrón circular concéntrico de aperturas dispuestas radialmente hacia fuera desde e inmediatamente adyacente al segundo patrón circular concéntrico de aperturas, y en el que la pluralidad de aperturas en el tercer patrón circular concéntrico de aperturas se disponen radialmente hacia fuera desde las aperturas en el segundo patrón circular concéntrico a una tercera distancia radial, en el que la primera distancia radial es mayor que la tercera distancia radial.

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3 en el que el área de la cavidad está limitada adyacente al primer extremo axial por una primera superficie anular generalmente plana, preferiblemente en el que el área de la cavidad está limitada adyacente a la segunda porción axial por una segunda superficie anular generalmente plana.

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4 en el que el cuerpo incluye una abertura anular del cuerpo adyacente al primer extremo axial, en el que la abertura del cuerpo generalmente está alineada con el eje, y en el que la abertura de la fibra en la placa de la hilera incluye una salida por donde se extrae la fibra, y en el que la salida se dispone axialmente hacia el interior del cuerpo con relación a la abertura del cuerpo a al menos 5 mm.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 5 que además comprende un tamiz, en el que el tamiz se extiende en el área de la cavidad, y en el que el tamiz se sitúa intermedio entre la entrada y la placa rompedora.

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 6 en el que el conjunto de envase de hilado además incluye:

una pieza del canal de transporte, y

una tuerca de compresión

en el que la pieza del canal de trasporte incluye una porción anular y una porción de proyección cilíndrica centrada axialmente, en la que la entrada se extiende a través de la porción anular y de la porción de proyección cilíndrica, y

en el que la tuerca de compresión incluye una porción roscada anular externa y una abertura de acceso centrada axialmente, en la que la porción roscada anular está engranada operativamente de forma liberable con el cuerpo, y en el que la porción de proyección cilíndrica se extiende en el abertura de acceso.

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8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7 en el que el material comprende polímero de poliuretano termoplástico (TPU).

9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8 en el que la salida se dispone axialmente hacia el interior del cuerpo con relación a la abertura del cuerpo aproximadamente a unos 15,5 mm, preferiblemente en el que el TPU dentro del área de la cavidad está a al menos a 200ºC.

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la placa rompedora incluye una pluralidad de aperturas, en el que las aperturas se disponen en una pluralidad de patrones circulares concéntricos alrededor del eje, en el que las aperturas en cada patrón circular concéntrico tienen un área de sección transversal mayor con el incremento de la distancia radial desde el eje, preferiblemente en el que la pluralidad de aperturas incluyen aperturas en al menos tres patrones circulares concéntricos.

11. El aparato de acuerdo con la reivindicación 10 en el que la placa rompedora incluye una apertura central alineada con el eje, preferiblemente en el que la apertura central tiene un área de sección transversal más pequeña que las aperturas en al menos una de la pluralidad de patrones circulares concéntricos.

12. El aparato de acuerdo con la reivindicación 11 en el que la pluralidad de patrones circulares concéntricos incluye un primer patrón circular concéntrico y un segundo patrón circular promedio, en el que la pluralidad de aperturas en el primer patrón circular concéntrico se disponen radialmente en una primera distancia desde la apertura central, y en el que las aperturas en el segundo patrón circular concéntrico se disponen radialmente hacia fuera en una segunda distancia desde las aperturas en el primer patrón circular concéntrico, y en el que la primera distancia axial es mayor que la segunda distancia axial.

13. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el cuerpo incluye una abertura del cuerpo que se extiende alrededor del eje adyacente al primer extremo axial, y en el que la abertura de la fibra incluye una salida, donde la fibra se extrae por la salida, y en el que la salida se dispone axialmente hacia el interior con relación a la abertura del cuerpo al menos a 5 mm, preferiblemente en el que el material comprende un polímero de poliuretano termoplástico (TPU), y en el que la salida se dispone axialmente hacia el interior con relación a la abertura del cuerpo aproximadamente a unos 15,5 mm.

14. Un aparato que comprende:

un conjunto que funciona para recibir un material fluido de polímero de poliuretano termoplástico (TPU) generalmente sin grumos, y para producir una fibra individual de material, en el que el material se hace reaccionar para formar grumos en su interior generalmente dentro de un tiempo de reacción después que el material se recibe por el conjunto,

el conjunto incluye:

: un cuerpo, en el que el cuerpo incluye un área de la cavidad, en el que el área de la cavidad tiene un área de sección transversal de la cavidad;

: una entrada en comunicación fluida con el área de la cavidad en el que la entrada está funcionando para recibir material a presión elevada, y en el que la entrada tiene un área de sección transversal de la entrada, donde el área de sección transversal de la entrada es menor que el área de sección transversal de la cavidad;

: una salida para la fibra en conexión fluida con el área de la cavidad, en el que la salida para la fibra está funcionando para producir la fibra individual;

: al menos un miembro que se extiende en el área de la cavidad, en el que el al menos un miembro está funcionando para dirigir el flujo del material en el área de la cavidad, en el que el al menos un miembro está funcionando para mantener el flujo del primero que entra/primero que sale generalmente a través de toda el área de la cavidad, comprendiendo dicho al menos un miembro una placa que incluye una pluralidad de aperturas a través de la misma, con una apertura central alineada con el eje y una pluralidad de patrones circulares concéntricos de aperturas, en el que las aperturas en cada patrón circular concéntrico son generalmente del mismo tamaño, y en el que la pluralidad de patrones circulares concéntricos incluyen un primer patrón circular concéntrico, en el que las aperturas en el primer patrón circular concéntrico se disponen radialmente más cerca de la apertura central, y en el que la pluralidad de patrones circulares concéntricos incluyen un segundo patrón circular concéntrico, en el que las aperturas en el segundo patrón circular concéntrico se disponen radialmente hacia fuera con relación a las aperturas en el primer patrón circular concéntrico, y en el que ninguna de las aperturas en los otros patrones circulares concéntricos se extienden radialmente entre las aperturas en el primer patrón circular concéntrico y las aperturas en el segundo patrón circular concéntrico, y en el que las aperturas en el primer patrón circular concéntrico se disponen desde la apertura central a una primera distancia radial, y en el que las aperturas en el segundo patrón circular concéntrico se disponen desde la aperturas en el primer patrón circular concéntrico a una segunda distancia radial, y en el que la primera distancia radial es mayor que la segunda distancia radial.

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15. El aparato de acuerdo con la reivindicación 14 en el que el cuerpo incluye una abertura anular del cuerpo dispuesta lejos de la entrada, y en el que el orificio de salida para la fibra incluye una salida, en el que la fibra individual pasa desde el orificio de salida para la fibra en la salida, y en el que la salida está rebajada hacia el interior de la abertura del cuerpo al menos 5 mm, preferiblemente en el que el cuerpo incluye una abertura anular del cuerpo dispuesta lejos de la entrada, y en el que el orificio de salida para la fibra incluye una salida, y en el que la fibra individual pasa por el orificio de salida para la fibra en la salida, y en el que la salida está rebajada hacia el interior de la abertura del cuerpo al menos 15,5 mm.

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el conjunto incluye:

un cuerpo generalmente cilíndrico, en el que el cuerpo se extiende a lo largo de un eje central, y en el que el cuerpo incluye un primer extremo axial y una segunda porción axial dispuesta desde el primer extremo axial;

en el que la entrada está centrada axialmente adyacente a la segunda porción axial, y la abertura del cuerpo está centrada axialmente adyacente al primer extremo axial;

y en el que el área de la cavidad comprende un área cilíndrica generalmente dentro del cuerpo; y en el que la paca que incluye la pluralidad de apreturas se extiende en el área de la cavidad, preferiblemente en el que la pluralidad de aperturas en la placa se disponen para proporcionar mayor flujo de material con el incremento de la distancia radial desde el eje;

y además incluye una placa de la hilera, en la que la placa de la hilera incluye la salida para la fibra.

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17. El aparato de acuerdo con la reivindicación 16 en el que la placa incluye una pluralidad de aperturas dispuestas en al menos un patrón circular concéntrico, preferiblemente en el que el al menos un patrón circular concéntrico incluye aperturas que tienen áreas de sección transversal incrementadas con la distancia radial incrementada desde del eje.

18. El aparato de acuerdo con la reivindicación 14 en el que la placa incluye al menos tres patrones circulares concéntricos de aperturas, preferiblemente en el que el conjunto comprende un conjunto de envase de hilado, y en el que el conjunto de envase de hilado incluye una pieza del canal de transporte, en el que la pieza del canal de transporte incluye la entrada, y además incluye una tuerca de compresión, en la que la tuerca de compresión incluye una porción roscada anular externa y una abertura de acceso centrada axialmente, y en la que la porción roscada anular externa se engrana con el cuerpo, y en el que la pieza del canal de transporte se extiende en la abertura de acceso.