IT201600083786A1 - Processo ed apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, fili così ottenuti e loro applicazioni - Google Patents

Processo ed apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, fili così ottenuti e loro applicazioni

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IT201600083786A1
IT201600083786A1 IT102016000083786A IT201600083786A IT201600083786A1 IT 201600083786 A1 IT201600083786 A1 IT 201600083786A1 IT 102016000083786 A IT102016000083786 A IT 102016000083786A IT 201600083786 A IT201600083786 A IT 201600083786A IT 201600083786 A1 IT201600083786 A1 IT 201600083786A1
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bcf
multifilament
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filament
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Riccardo Audisio
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Description

"Processo ed apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, fili così ottenuti e loro applicazioni"
"A process and an apparatus for producing coarse count and tridimensional crimped multifilament BCF yarns, yarns thus obtained and applications thereof"
DESCRIZIONE
CAMPO TECNICO
La presente invenzione si riferisce al settore dei fili per applicazioni non tessili e, specificatamente, alla produzione e alLuso di fili BCF (Bulk Continuous Filament) multifilamento.
Più specificatamente, la presente invenzione si riferisce alla produzione e all'uso di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale dotati di proprietà chimico-fisiche e meccaniche controllate.
Più precisamente, la presente invenzione riguarda un processo produttivo, e la relativa apparecchiatura, per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, a partire da materiali sintetici, in particolare poliammide 6.6.
Inoltre, la presente invenzione riguarda i fili ottenuti mediante il suddetto processo o la suddetta apparecchiatura sia in forma avvolta che in forma tagliata.
La presente invenzione trova applicazione preferita e vantaggiosa per applicazioni non tessili, e particolarmente per la realizzazione di tappeti per grandi superfici. STATO DELL'ARTE
I fili BCF (Bulk Continuous Filament) multifilamento, come noto nel settore tecnico di riferimento e descritto, ad esempio, nel Brevetto Statunitense n. US 3401 516, sono fili continui composti da numerosi filamenti a cui sono stati conferiti effetti di arricciatura ed ondulazione tipici delle fibre naturali.
I fili BCF vengono abitualmente prodotti mediante processi produttivi che comprendono la filatura per estrusione di materiale polimerico fuso, la formazione di filamenti multipli, la stiratura e la testurizzazione meccanica mediante trattamento in aria dei fili multifilamento per conferire loro i suddetti effetti di arricciatura ed ondulazione; in generale, tali processi produttivi tradizionali consentono di ottenere effetti di arricciatura ed ondulazione solamente su due assi, vale a dire di ottenere una testurizzazione bidimensionale dei fili, che impedisce la coesione ottimale tra le bave dei fili e necessita quindi di un'operazione supplementare nota come "interlacciatura" mediante punti di nodo interspaziati per tenere unite le bave dei fili.
Un esempio di processo tradizionale per la produzione di fili BCF è descritto nel Brevetto Statunitense n. US 6 776943 B2, che prevede di partire da poliammide 6 e di effettuare la fase di testurizzazione meccanica mediante un getto d'aria a bassa velocità e ad alta temperatura; i fili BCF prodotti con questo processo presentano un contenuto alfa-cristallino di almeno circa il 45 % ed un restringimento della matassa di fili inferiore a circa 12,7 mm (0,50 pollici); gli svantaggi di questa soluzione consistono principalmente nel fatto che le caratteristiche chimico-fisiche non sono modificabili poiché non sono modificabili le condizioni che le determinano e nel fatto che la testurizzazione meccanica obbliga meccanicamente il filo a fare un percorso predefinito per cui non si possono variare le forme (angoli ed archi) ottenuti nel processo.
Inoltre, i fili BCF multifilamento disponibili presentano generalmente proprietà chimico-fisiche (specificamente grado di amorficità/cristallinità, basicità ed affinità tintoriale) e meccaniche (specificamente elasticità e tenacità) non controllate.
La testurizzazione bidimensionale unitamente al mancato controllo delle proprietà chimico-fisiche e meccaniche dei fili è la causa principale dei problemi di scarsa agglomerazione che si verificano durante la cardatura degli stessi, con conseguente disomogeneità del tessuto cardato ottenuto.
Infine, i fili BCF multifilamento attualmente disponibili presentano titolo per singolo filamento inferiore a 40 denari, cioè 44,44 decitex, e titolo totale (somma dei titoli dei singoli filamenti) inferiore a 2.000 decitex.
Per ottenere fili BCF multifilamento lavorabili nella realizzazione di tessuti tecnici non tessili è necessario raggiungere titoli totali uguali o superiori a 4.000 dtex e questo, finora, è stato realizzato ricorrendo ad operazioni di ritorcitura e cablaggio di più fili; tali operazioni di accoppiamento tuttavia, oltre a rendere più lungo e complicato il ciclo di lavorazione, provocano lo stress dei fili e la loro conseguente riduzione di qualità.
Resta, dunque, non soddisfatta l'esigenza di produrre fili BCF multifilamento dotati di testurizzazione tridimensionale.
Resta, inoltre, non soddisfatta l'esigenza di controllare le proprietà chimico-fisiche e meccaniche dei fili BCF prodotti.
Resta, infine, non soddisfatta l'esigenza di produrre fili BCF multifilamento con titoli totali uguali o superiori a 4.000 dtex, preferibilmente fino a 8.000 dtex, e titolo per singolo filamento fino a oltre dieci volte maggiori di quelli attualmente disponibili. In sintesi, fino al momento attuale, a conoscenza del Richiedente, non sono note soluzioni che permettano di evitare le operazioni di interlacciatura dei fili, che superino i problemi di scarsa agglomerazione che si verificano durante la cardatura dei fili stessi e che consentano di disporre di fili BCF multifilamento a grosso titolo, vale a dire a titoli totali uguali o superiori a 4.000 dtex, preferibilmente fino a 8.000 dtex, per realizzare tessuti tecnici non tessili senza ricorrere ad operazioni di ritorcitura e cablaggio di più fili.
Pertanto il Richiedente, con il processo e l'apparecchiatura secondo la presente invenzione, intende porre rimedio a tale mancanza.
SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE
È scopo della presente invenzione superare gli inconvenienti dell'arte nota legati alla produzione di fili BCF multifilamento.
Più precisamente, è scopo della presente invenzione superare gli inconvenienti dell'arte nota legati alla produzione di fili BCF multifilamento in termini di coesione ottimale tra le bave dei fili, scarsa agglomerazione ed insufficiente titolo per la realizzazione di tessuti tecnici non tessili.
In particolare, la presente invenzione intende risolvere il problema di evitare le operazioni di interlacciatura dei fili, superare la sola testurizzazione bidimensionale e controllare le proprietà chimico-fisiche e meccaniche dei fili stessi, allo scopo di migliorare l'omogeneità dei fili BCF ottenuti e dei successivi manufatti.
Ancora in particolare, la presente invenzione intende risolvere il problema di conferire sia elevati titoli per singolo filamento sia elevati titoli totali dei fili BCF multifilamento per uso nella manifattura di tessuti tecnici non tessili.
Tali obiettivi vengono conseguiti con il processo e con l'apparecchiatura secondo la presente invenzione che, vantaggiosamente e grazie soprattutto ad un raffreddamento in acqua e ad un successivo trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore, consentono di produrre fili BCF multifilamento a grosso titolo, testurizzazione tridimensionale e dotati di proprietà chimico-fisiche e meccaniche controllate, al fine di migliorarne l'agglomerazione e l'omogeneità, aumentarne il volume e realizzare la coesione ottimale tra le bave dei fili BCF.
Specificamente, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un processo per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la rivendicazione 1.
Inoltre, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione vengono raggiunti con un'apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la rivendicazione 6.
Inoltre, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione vengono raggiunti con dei fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la rivendicazione 9.
Inoltre, i suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione vengono raggiunti con un tappeto realizzato con fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la rivendicazione 12.
Forme di realizzazione preferite e varianti dell'apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, nonché dei fili così ottenuti e delle loro applicazioni secondo la presente invenzione costituiscono l'oggetto delle rivendicazioni dipendenti; in particolare, in forme di realizzazione preferite e vantaggiose, i fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione possono presentarsi in forma avvolta oppure in forma tagliata.
Un altro aspetto della presente Invenzione riguarda l'uso dei fili BCF multifilamento per applicazioni non tessili, e particolarmente per la realizzazione di tappeti per grandi superfici.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione e che ciascuna delle caratteristiche tecniche in esse rivendicata è eventualmente indipendente ed utilizzabile autonomamente rispetto agli altri aspetti dell'invenzione.
Risulterà immediatamente evidente che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione come rivendicato nelle rivendicazioni allegate.
Vantaggiosamente, la soluzione tecnica secondo la presente invenzione permette di: - incrementare il titolo per singolo filamento ed il titolo totale dei fili BCF multifilamento, anche migliorandone la qualità;
- ottenere proprietà chimico-fisiche (specificamente grado di amorficità/cristallinità, basicità ed affinità tintoriale) e meccaniche (specificamente elasticità e tenacità) controllate dei fili BCF prodotti;
- conseguire la coesione ottimale tra le bave dei fili, così evitando operazioni di interlacciatura;
- migliorare l'agglomerazione dei fili, con conseguente migliore omogeneità dei manufatti;
- semplificare il processo produttivo, riducendone conseguentemente i relativi costi e consumi; e
- utilizzare i fili BCF prodotti nel campo dei tessuti tecnici non tessili e, in particolare, per la realizzazione di tappeti per grandi superfici.
Ulteriori caratteristiche vantaggiose appariranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente di preferite ma non esclusive forme di realizzazione, fornite a puro titolo esemplificativo e non limitativo.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà descritta qui di seguito mediante alcune forme di realizzazione preferite, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. Questi disegni illustrano differenti aspetti ed esempi della presente invenzione e, dove appropriato, strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento simili.
La FIG. 1 è un diagramma di flusso che mostra le fasi del processo per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la presente invenzione;
la FIG. 2 è una rappresentazione schematica dell' apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la presente invenzione;
la FIG. 3A è una rappresentazione schematica in vista laterale che illustra la testurizzazione tridimensionale dei fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione;
la FIG. 3B è una rappresentazione schematica in vista dall'alto che illustra la testurizzazione tridimensionale dei fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione;
la FIG. 3C è una rappresentazione schematica in vista tridimensionale che illustra la testurizzazione tridimensionale dei fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione;
la FIG. 4A è una rappresentazione schematica in vista laterale che illustra la testurizzazione bidimensionale dei fili BCF tradizionali;
la FIG. 4B è una rappresentazione schematica in vista dall'alto che illustra la testurizzazione bidimensionale dei fili BCF tradizionali;
la FIG. 4C è una rappresentazione schematica in vista tridimensionale che illustra la testurizzazione bidimensionale dei fili BCF tradizionali;
la FIG. 5A mostra una sezione trasversale di un tappeto prodotto con i fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione;
la FIG. 5B mostra ima vista in pianta di un tappeto prodotto con i fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione;
la FIG. 6A mostra una sezione trasversale di un tappeto prodotto con fili BCF tradizionali; e
la FIG. 6B mostra una vista in pianta di un tappeto prodotto con fili BCF tradizionali. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE
Mentre l'invenzione è suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio.
Si deve intendere, comunque, che non vi è alcuna intenzione di limitare l'invenzione alle specifiche forme di realizzazione illustrate, ma, al contrario, l'invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell'ambito dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni.
Nella seguente descrizione, pertanto, l'uso di "ad esempio", "ecc.", "o/ oppure" indica alternative non esclusive senza alcuna limitazione, salvo diversa indicazione; l'uso di "anche" significa "tra cui, ma non limitato a" se non diversamente indicato; l'uso di "include/ comprende" significa "include / comprende, ma non limitato a" a meno che non altrimenti indicato.
Il processo e l'apparecchiatura per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale della presente invenzione, nonché i fili ottenuti mediante tale processo e/o tale apparecchiatura e loro applicazioni, si basano sul concetto innovativo di sottoporre dei filamenti estrusi di poliammide 6.6 ad un raffreddamento in acqua ed i fili BCF multifilamento ottenuti ad un successivo trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore, in modo che i fili BCF multifilamento finali risultano dotati di proprietà chimico-fisiche e meccaniche controllate e presentano grosso titolo (sia totale sia per ogni singolo filamento) nonché testurizzazione tridimensionale.
Gli Inventori hanno infatti sorprendentemente ed inaspettatamente scoperto la possibilità di ottenere un grosso titolo (sia totale sia per ogni singolo filamento) grazie al raffreddamento in acqua di filamenti estrusi di poliammide 6.6 ed anche la testurizzazione tridimensionale dei fili BCF multifilamento ottenuti grazie al successivo trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore di questi ultimi.
Una caratteristica importante di detti processo ed apparecchiatura risiede nel fatto di poter controllare le proprietà chimico-fisiche (specificamente grado di amorficità/cristallinità , basicità ed affinità tintoriale) e meccaniche (specificamente elasticità e tenacità) dei fili BCF multifilamento.
Nella presente descrizione, con il termine "filamento" o "bava" si intende indicare il singolo filamento o la singola bava che, unito / a ad un numero variabile tra 8 e 600 di altri filamenti o di altre bave, va a formare il filo BCF multifilamento; si precisa che nella presente descrizione, i termini "filamento" e "bava" vengono usati indifferentemente, come sinonimi; si precisa, inoltre, che il titolo del singolo filamento o della singola bava, espresso in decitex (d/ tex), moltiplicato per il numero di filamenti o di bave fornisce il titolo totale, sempre espresso in decitex (d/ tex), del filo BCF multifilamento; ogni singolo filamento od ogni singola bava può essere espresso/ a, nella letteratura di settore, anche in dpf (denier per filament, denari per filamento), la conversione tra decitex e dpf essendo nota.
Nella presente descrizione, con il termine "fili BCF (Bulk Continuous Filament)" si intendono indicare fili ottenuti in modo continuo in fase di filatura e, quindi, in modo differente dai fili filati ottenuti con processo di filatura di fibre di lunghezza variabile, naturali od artificiali.
Nella presente descrizione, con il termine "multifilamento" si intende indicare un filo comprendente una pluralità definita, preferibilmente variabile da 8 a 600, di filamenti ed avente una dimensione definita espressa in decitex, preferibilmente variabile da 13 a 420 decitex.
Nella presente descrizione, con il termine "poliammide 6.6" si intende indicare il materiale comunemente conosciuto col nome generico di nylon 6.6 avente la seguente formula chimica:
Il nylon 6.6 differisce dal nylon 6 avente la seguente formula chimica:
Nella presente descrizione, con il termine "titolo totale" si intende la somma dei titoli dei singoli filamenti che compongono il filo espressi in decitex o denari.
Nella presente descrizione, con il termine "grosso titolo totale" si intende indicare un titolo totale non inferiore a 4.000 decitex.
Nella presente descrizione, con il termine "titolo per singolo filamento" si intende indicare il titolo unitario, espresso in decitex o denari del singolo filamento o della singola bava.
Nella presente descrizione, con il termine "grosso titolo per singolo filamento" si intende indicare un titolo per singolo filamento non inferiore a 40 decitex e fino a 600 decitex.
Nella presente descrizione, con il termine "grado di amorficità/cristallinità" si intende indicare il rapporto all'interno del filamento, e precisamente di tutto il filamento, tra zone amorfe e zone cristalline; si precisa che la determinazione del grado di amorficità/cristallinità viene effettuata mediante diffrazione di raggi X. Nella presente descrizione, con il termine "basicità" si intende indicare la prevalenza di zone basiche rispetto a quelle acide all'interno del filamento; si precisa che l'identificazione delle zone basiche avviene attraverso analisi di birifrangenza oppure misura della densità oppure spettroscopia IR; in particolare, nella presente descrizione, la "basicità" è legata alla presenza di gruppi terminali amminici NH2e, precisamente, la basicità aumenta all' aumentare dei gruppi terminali amminici NH2(normalmente la concentrazione di NH2nella poliammide 6.6 di viscosità standard è di circa 46 meq/kg, milliequivalenti per kg).
Nella presente descrizione, con il termine "affinità tintoriale" si intende indicare la capacità del filamento di trattenere le sostanze coloranti all'interno del proprio nucleo centrale.
Nella presente descrizione, con il termine "elasticità" si intende indicare la capacità del filamento di deformarsi sotto l'azione di forze esterne applicate su di esso e di riacquistare la propria forma iniziale quando le forze esterne applicate cessano.
Nella presente descrizione, con il termine "tenacità" si intende indicare la capacità del filamento di assorbire un'entità di energia per unità di volume senza rompersi; per misurare la "tenacità" si può utilizzare la forza a rottura (cN) rapportata al titolo iniziale del filamento (tex o decitex).
Nella presente descrizione, con il termine "agglomerazione" si intende indicare la capacità di coesione tra singoli filamenti o porzioni tagliate di fili BCF per ottenere un tessuto non tessuto, chiamato comunemente "velo"; si precisa che la capacità di coesione tra i filamenti avviene quando i filamenti stessi restano tutti uniti tra di loro in modo naturale, senza necessità di ulteriori lavorazioni o utilizzo di additivi.
Nella presente descrizione, con il termine "coesione" si intende indicare la predisposizione dei filamenti o di porzioni tagliate di fili BCF ad intrecciarsi tra di loro in modo regolare e senza l'ausilio di ulteriori lavorazioni o utilizzo di additivi. Nella presente descrizione, con il termine "omogeneità" si intende indicare la regolarità di peso e spessore ottenuta grazie alla coesione.
Nella presente descrizione, con il termine "testurizzazione" si intende indicare il processo per conferire ai filamenti o a porzioni tagliate di fili BCF le curve di crettatura non lineare tipiche delle fibre naturali.
Nella presente descrizione, con il termine "crettatura" si intende indicare la particolare arricciatura e ondulazione conferita ai filamenti o alle porzioni tagliate di fili BCF con il suddetto processo di testurizzazione.
Nella presente descrizione, con il termine "tessuti tecnici non tessili" si intende indicare prodotti diversi da quelli tessili; i tessuti tecnici non tessili si differenziano per l'esigenza di dover sopportare stress meccanici decisamente più elevati, a partire da 100 % più elevati.
Con riferimento alla Fig. 1, il processo per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, comprende le seguenti fasi:
- predisporre poliammide 6.6 come materiale di partenza (fase 100);
essiccare detta poliammide 6.6 con azoto (fase 101);
estrudere detta poliammide 6.6, così ottenendo dei filamenti 6a (fase 102); immediatamente a valle dell'estrusione, raffreddare in acqua i filamenti 6a ottenuti nella precedente fase 102 ad una temperatura e per un tempo predeterminati, così ottenendo fili BCF multifilamento a grosso titolo 6b (fase 103); sottoporre a trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore i fili BCF multìfilamento a grosso titolo 6b ottenuti nella precedente fase 103, in cui le quantità di aria e vapore sono in rapporto predeterminato tra loro, così ottenendo fili BCF multìfilamento a grosso tìtolo e testurizzazione tridimensionale 6c (fase 104). Facoltativamente, il processo secondo la presente invenzione può comprendere anche la seguente fase:
tra la fase 101 e la fase 102, aggiungere sostanze coloranti.
Secondo la presente invenzione, l'operazione facoltativa di tintura avviene in massa, nello specifico aggiungendo al materiale di partenza delle sostanze coloranti sfuse, ad esempio in granuli o in polvere; preferibilmente le sostanze coloranti sono pigmenti naturali ed artificiali; più preferibilmente, le sostanze coloranti sono una miscela equilibrata di pigmenti naturali ed artificiali, poiché i pigmenti naturali sono più lucenti e vivaci ma tendono a subire una migrazione in acqua, mentre i pigmenti artificiali sono meno vivi ma non migrano e, quindi, sono tecnicamente più performantì.
Secondo la fase 100 della presente invenzione, si usa come materiale di partenza della poliammide 6.6; in particolare, la poliammide 6.6 utilizzata si trova sotto forma di granuli o "chips", con granulometria media dell'ordine di 2 mm x 2 mm x 3 mm. Come anzidetto, la poliammide 6.6 utilizzata nella presente invenzione ha la formula chimica sopra riportata e presenta preferibilmente una temperatura di fusione pari a 260 °C ed un peso specifico pari a 1,15 g/cm<3>.
Secondo la successiva fase 101 della presente invenzione, la poliammide 6.6 viene essiccata con azoto.
Tale operazione viene svolta in torri di essicamento, per la durata media di 10 ore e ad una temperatura media di 82 °C.
L'azoto utilizzato ha preferibilmente purezza pari al 90 %; il flusso di azoto viene fatto fluire con una portata media di 20 kg/h.
La poliammide 6.6 essiccata presenta un contenuto di umidità residua inferiore a 700 p.p.m. (partì per milione), ovvero inferiore a 0,07 % del peso della poliammide 6.6. Secondo la successiva fase 102 della presente invenzione, la poliammide 6.6 essiccata viene estrusa, così ottenendo dei filamenti 6a.
L'estrusione avviene in una filiera di tipo convenzionale e, quindi, non verrà descritta in dettaglio.
I filamenti 6a di poliammide 6.6 ottenuti per estrusione nella precedente fase 102 vengono quindi, immediatamente a valle dell'estrusione, raffreddati in acqua ad una temperatura e per un tempo predeterminati, secondo la fase 103 della presente invenzione.
Preferibilmente, il raffreddamento in acqua avviene in una vasca posta ad una distanza uguale od inferiore a 5 mm dall'uscita dall'estrusore, in cui la temperatura dell'acqua di raffreddamento è compresa tra 17 °C e 50 °C, preferibilmente è pari a 35 °C, ed in cui il tempo di raffreddamento è compreso tra 0,5 secondi e 0,8 secondi, preferibilmente è pari a 0,6 secondi.
Inoltre, il raffreddamento in acqua avviene ad una velocità variabile tra 5.800 mm/secondo e 8.300 mm/secondo, preferibilmente pari a 6.000 mm/secondo.
Come anticipato, gli Inventori hanno sorprendentemente ed inaspettatamente scoperto che il raffreddamento in acqua di filamenti estrusi 6a di poliammide 6.6 nelle condizioni sopra indicate, e precisamente ad una elevata velocità, consente di ottenere filamenti a grosso titolo per ogni singolo filamento e corrispondenti fili BCF multifilamento a grosso titolo totale 6b.
In particolare, i filamenti ottenuti mediante il processo secondo l'invenzione presentano un titolo per ogni singolo filamento fino a 420 decitex, ed i corrispondenti fili BCF multifilamento a grosso titolo 6b presentano un titolo totale uguale o superiore a 4.000 decitex, preferibilmente fino a 8.000 dtex.
A titolo di confronto si riporta che i filamenti ottenuti mediante processi di filatura tradizionale presentano un titolo per ogni singolo filamento fino a 44 decitex, ed i corrispondenti fili BCF multifilamento presentano un titolo totale fino a 2.000 decitex. Inoltre, il raffreddamento in acqua secondo la fase 103 della presente invenzione permette di controllare le proprietà chimico-fisiche e meccaniche dei fili BCF multifilamento.
Specificamente, il processo secondo la presente invenzione permette di poter controllare il grado di amorficità/cristallinità, la basicità e l'affinità tintoriale come proprietà chimico-fisiche, e l'elasticità e la tenacità come proprietà meccaniche.
Gli Inventori ritengono che il controllo della velocità di raffreddamento in acqua dei singoli filamenti estrusi consenta il controllo del loro contenuto percentuale di zone amorfe, da cui dipendono sia il grado di amorficità/cristallinità sia la basicità sia l'affinità tintoriale; in particolare, più la velocità di raffreddamento è elevata, più prevalgono, nei singoli filamenti, le zone amorfe rispetto a quelle cristalline; un filamento avente un grado di amorficità più elevato comporta che pochi gruppi ammidici siano impegnati nella formazione di ponti di idrogeno intermolecolari e questo, conseguentemente, risulta in una maggiore basicità ed in una migliore affinità tintoriale dei singoli filamenti e dei corrispondenti fili BCF multifilamento. Gli Inventori ritengono che anche l'uniformità del raffreddamento in acqua, grazie alla maggiore efficienza di scambio termico tra i singoli filamenti e l'acqua stessa, concorra al miglioramento delle loro proprietà chimico-fisiche e meccaniche.
Più in dettaglio il grado di amorficità/cristallinità, in funzione della velocità di raffreddamento / transizione vetrosa, è controllabile attraverso la temperatura dell'acqua di raffreddamento; nei processi di filatura tradizionale prevale la composizione cristallina poiché la transazione vetrosa è più lenta (indicativamente, cinque volte più lenta) e le molecole hanno il tempo di orientarsi nello stesso senso aumentando il grado di cristallinità.
Secondo gli Inventori, il controllo del grado di amorficità/cristallinità è dovuto a alla velocità di solidificazione della poliammide 6.6.
Come anzidetto, la basicità è funzione del grado di amorficità/cristallinità e quindi, mediante misurazioni con spettrometria raggi X (birifrangenza), densità, FTIR (spettrometria infrarosso) e DSC (Differential Scanning Calorimetry), si può affermare che i fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione sono più basici rispetto ai fili BCF tradizionali.
Come anzoidetto, l'affinità tìntoriale dipende anch'essa dalla percentuale di zone amorfe presenti nei filamenti, e quindi i fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione presentano migliore affinità tìntoriale rispetto ai fili BCF tradizionali; si precisa che sono le zone amorfe a ricevere la colorazione e, pertanto, i colori sui fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione rimangono più vivi, naturali e lucenti.
Secondo gli Inventori, il controllo dell'affinità tìntoriale è dovuto al controllo della creazione delle zone amorfe.
Anche l'elasticità dipende dalle caratteristiche amorfe/ cristalline del filo e, conseguentemente, ad una maggiore presenza di zone amorfe corrisponde una migliore elasticità; si precisa che l'elasticità si esprime in percentuale rispetto alla lunghezza originaria del campione.
Secondo gli Inventori, il controllo dell'elasticità è dovuto al controllo della temperatura di transizione vetrosa e quindi dell'orientamento e della mobilità delle molecole all'interno del filamento che permettono al filamento stesso di essere stirato per ottenere la tenacità, ma al tempo stesso di non perdere l'elasticità.
La relazione tra elasticità e tenacità è stretta e proporzionale; un filo elastico non risulterà tenace perché ha subito poco streching, vale a dire un allungamento inferiore al 100 % della lunghezza originaria, mentre un filo tenace non risulterà elastico perché ha subito un forte stretching, vale a dire un allungamento superiore al 150 % della lunghezza originaria.
La tenacità dipende dall'entità di forza che bisogna esercitare per allungare il filamento; secondo gli Inventori, il controllo della tenicità è dovuto principalmente alle condizioni di raffreddamento in acqua secondo la fase 103, come anzidetto, e di stiro.
Il grosso tìtolo dei fili permette di evitare le operazioni di interlacciatura e quelle di ritorcitura e cablaggio di più fili, così da ottenere manufatti di migliore qualità ed anche semplificare e velocizzare il processo produttivo.
I fili BCF multifilamento a grosso tìtolo ottenuti nella precedente fase 103 vengono, successivamente, sottoposti a trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore, in cui le quantità di aria e vapore sono in rapporto predeterminato tra loro, secondo la fase 104 della presente invenzione.
Si desidera qui precisare che per "trattamento non meccanico" si intende un trattamento che, diversamente dai trattamenti meccanici tradizionali, non viene realizzato mediante contatto con il dispositivo di testurizzazione; il trattamento non meccanico secondo la presente invenzione prevede, invece, il passaggio dei fili BCF multifilamento in un dispositivo contenente una miscela di aria e vapore, senza l'esercizio di alcuna azione meccanica, e quindi di contatto, del dispositivo sui fili BCF multifilamento; in sintesi, il termine "trattamento non meccanico" viene usato, nella presente descrizione, come sinonimo di "trattamento senza contatto con il dispositivo di testurizzazione".
Come anticipato, gli Inventori hanno sorprendentemente ed inaspettatamente scoperto che il trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore di fili BCF multifilamento a grosso titolo totale di poliammide 6.6 nelle condizioni sopra indicate consente di ottenere fili BCF multifilamento a testurizzazione tridimensionale.
Preferibilmente, le quantità di aria e vapore sono in rapporto compreso tra 50 : 50 in volume e tra 70 : 30 in volume, preferibilmente sono in rapporto 60 : 40 in volume. Con riferimento alle Figg. 3A-3C e 4A-4C sono visibili, rispettivamente, la testurizzazione tridimensionale dei fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione a confronto con la testurizzazione bidimensionale dei fili BCF tradizionali; in particolare, le Figg. 3A e 4A sono viste laterali, le Figg. 3B e 4B sono viste dall'alto e le Figg. 3C e 4 C sono viste tridimensionali.
Come si può osservare, i fili BCF multifilamento secondo la presente invenzione, grazie alla testurizzazione tridimensionale, hanno profili curvilinei e variamente orientati nello spazio; al contrario, i fili BCF tradizionali, a causa della testurizzazione bidimensionale, presentano profili spezzati ed orientati solo lungo due direzioni nello spazio.
La testurizzazione tridimensionale dei fili permette di conseguire una coesione ottimale tra le bave dei fili e migliorarne l'agglomerazione, così da ottenere manufatti di migliore qualità.
Con riferimento alla Fig. 2, l'apparecchiatura 1 per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, che costituisce un aspetto indipendente ed utilizzabile autonomamente rispetto agli altri aspetti dell'invenzione, comprende:
una tramoggia di alimentazione 2 per poliammide 6.6;
una camera di essicamento 3 per essiccare detta poliammide 6.6 con azoto;
- un estrusore 4 per estrudere detta poliammide 6.6, così ottenendo dei filamenti 6a;
immediatamente a valle dell'estrusore 4, una vasca 5 per raffreddare in acqua detti filamenti 6a, così ottenendo fili BCF multifilamento a grosso titolo 6b;
- un dispositivo 7 comprendente un vano 8 ed un tubo 9 posto internamente a detto vano 8, detto vano 8 essendo atto ad ospitare una miscela di aria e vapore e detto tubo 9 essendo atto ad ospitare i fili BCF multifilamento a grosso titolo precedentemente ottenuti 6b, così ottenendo fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale 6c.
La tramoggia di alimentazione 2, la camera di essicamento 3 e l'estrusore 4 sono di tipo convenzionale e, quindi, non saranno descritti in dettaglio.
L'estrusore 4, tuttavia, può opportunamente modificato in modo che i filamenti assumano sezioni differenti quali, ad esempio, a forma di "delta", trilobate, miste poligonali e/o curvilinee, e così via, secondo la specifica esigenza.
La vasca 5 per raffreddare in acqua i filamenti 6a, posta immediatamente a valle dell'estrusore 4, prevede che il percorso dei filamenti 6a sia modificabile nella sua lunghezza ed in profondità ed è preferibilmente realizzata in acciaio inossidabile; preferibilmente, detta vasca 5 contiene acqua osmotizzata, preferibilmente in un quantitativo di 500 litri; è evidente che il quantitativo di acqua può essere modificato in funzione delle specifiche esigenze.
Più in dettaglio e secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione (non mostrata), per modificare il percorso dei filamenti 6a in lunghezza ed in profondità, all'interno di detta vasca 5 sono posizionati dei rulli in acciaio inossidabile rivestiti al plasma, per favorire lo scivolamento dei filamenti 6a; detti rulli, preferibilmente in numero pari a quattro, sono montati su un unico braccio tuffante che, a seconda dell'inclinazione assegnata e regolabile mediante opportuni mezzi, aumenta o diminuisce la sua profondità in acqua, da pelo libero fino a contatto con il fondo vasca, ed allunga od accorcia sino a ± 30 % il percorso dei filamenti 6a e, conseguentemente, il tempo di soggiorno in acqua degli stessi; come anzidetto, l'inclinazione del braccio tuffante viene assegnata secondo le specifiche esigenze ed è opportunamente regolata tra cinque posizioni predefinite da altrettanti riscontri meccanici di fine corsa del braccio stesso; l'inclinazione può variare tra 30° e 60° rispetto alla direzione di ingresso dei filamenti 6a nella vasca.
La vasca 5 per raffreddare in acqua i filamenti 6a, è preferibilmente posta ad una distanza uguale od inferiore a 5 mm dall'uscita dall'estrusore 4, per ottenere fili BCF multifilamento a grosso titolo 6b.
Il dispositivo 7, che comprende un vano 8 ed un tubo 9 posto internamente a detto vano 8, è di dimensione variabile da 0,6 a 5 mm in funzione del fascio di fili da ospitare, è traforato per garantire una rugosità controllata ed è preferibilmente realizzato in acciaio inossidabile; tale configurazione del dispositivo 7 permette di ottenere fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale 6c. L'apparecchiatura 1 può inoltre comprendere mezzi 10 (non mostrati) per avvolgere detti fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale 6c; tali mezzi 10 per avvolgere i fili sono di tipo noto e non vengono, pertanto, descritti in detta gho.
In alternativa alla configurazione di cui sopra, l'apparecchiatura 1 può inoltre comprendere mezzi 20 (non mostrati) per tagliare detti fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale 6c; i mezzi 20 per tagliare i fili sono di tipo noto e non vengono, pertanto, descritti in dettaglio.
I fili BCF multifilamento ottenuti mediante il processo e/o tramite l'apparecchiatura secondo la presente invenzione risultano, dunque, conseguire vantaggiose caratteristiche e proprietà.
In particolare, i fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale ottenuti mediante il processo sopra descritto e/o con l'apparecchiatura sopra descritta, che costituiscono un aspetto indipendente ed utilizzabile autonomamente rispetto agli altri aspetti dell'invenzione, hanno titolo totale uguale o superiore a 4.000 decitex, preferibilmente fino a 8.000 dtex, con ciascun filamento avente titolo fino a 420 decitex, e sono dotati di proprietà chimicofisiche e meccaniche controllate, in particolare grado di amorficità/cristallinità compreso tra 70/30 % e 50/50 %, preferibilmente è pari a 60/40 %, basicità compresa tra 4 gradi francesi e 10 gradi francesi, preferibilmente è pari a 7 gradi francesi, affinità tintoriale compresa tra 80 % e 95 %, preferibilmente è superiore a 90 %, elasticità compresa tra 30 % e 100 %, preferibilmente tra 40 % e 70 %, più preferibilmente è pari a 60 % e tenacità compresa tra 15 cNW/tex e 50 cNW/tex, preferibilmente è pari a 30 cNW/tex; si precisa che l'uso dei gradi francesi per la misura della basicità è noto nel settore di riferimento della presente invenzione.
I fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la presente invenzione possono presentarsi in forma avvolta oppure in forma tagliata. Come anzidetto, i fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la presente invenzione sono particolarmente adatti per applicazioni non tessili; preferibilmente e vantaggiosamente, i fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale secondo la presente invenzione sono impiegati per la realizzazione di tappeti per grandi superfici.
Costituisce quindi, infine, un aspetto indipendente ed utilizzabile autonomamente rispetto agli altri aspetti dell'invenzione un tappeto 50 realizzato con fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale 6c.
Con riferimento alle Figg. 5A e 5B, si osserva che il tappeto 50 secondo la presente invenzione è prodotto con filo BCF multifilamento secondo la presente invenzione, che non necessita di essere ulteriormente trattato con ritorcitura o altro processo di assemblamento; a titolo di confronto, nelle Figg. 6A e 6B, è visibile un tappeto 50' prodotto con fili BCF tradizionali; in particolare, le Figg. 5A e 6A sono sezioni trasversali e le Figg. 5B e 6B sono viste in pianta.
Come si può osservare, il tappeto 50 secondo la presente invenzione, grazie all'uso di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale 6c, presenta una struttura piana; al contrario, il tappeto 50' prodotto con fili BCF tradizionali a grosso titolo e testurizzazione bidimensionale, presenta una struttura attorcigliata. Il tappeto 50 secondo la presente invenzione viene prodotto utilizzando fili BCF multifilamento in forma avvolta.
II tappeto 50 secondo la presente invenzione presenta vantaggiose caratteristiche quali l'assenza di antiestetici "pallini", grazie al fatto che il filo utilizzato non è ritorto, durata del colore, proprietà antimacchia e resistenza all'usura e all'abrasione; queste caratteristiche sono dimostrate mediante i seguenti test.
Come si deduce da quanto sopra esposto, la soluzione tecnica innovativa qui descritta presenta le seguenti caratteristiche vantaggiose:
- incremento del titolo per singolo filamento e del titolo totale dei fili BCF multifilamento, anche migliorandone la qualità;
- ottenimento di proprietà chimico-fisiche (specificamente grado di amorficità/cristallinità, basicità ed affinità tintoriale) e meccaniche (specificamente elasticità e tenacità) controllate dei fili BCF prodotti;
- conseguimento di una coesione ottimale tra le bave dei fili, così evitando operazioni di interlacciatura;
- miglioramento dell'agglomerazione dei fili, con conseguente miglioramento dell'omogeneità dei manufatti;
- semplificazione del processo produttivo, e conseguente riduzione dei relativi costi e consumi; e
- possibilità di utilizzare i fili BCF prodotti nel campo dei tessuti tecnici non tessili e, in particolare, per la realizzazione di tappeti per grandi superfici.
Dalla descrizione qui sopra riportata è evidente, quindi, come la soluzione tecnica secondo la presente invenzione, nei suoi diversi aspetti, permetta di raggiungere gli scopi proposti.
È altrettanto evidente, ad un tecnico del ramo, che è possibile apportare modifiche e ulteriori varianti alla soluzione descritta con riferimento alle figure allegate, senza per questo fuoriuscire dall'insegnamento della presente invenzione e dall'ambito di protezione come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Processo per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso tìtolo e testurizzazione tridimensionale, comprendente le seguenti fasi: predisporre poliammide 6.6 come materiale di partenza (fase 100); - essiccare detta poliammide 6.6 con azoto (fase 101); - estrudere detta poliammide 6.6, così ottenendo dei filamenti (6a) (fase 102); immediatamente a valle dell'estrusione, raffreddare in acqua i filamenti (6a) ottenuti nella precedente fase 102 ad una temperatura predeterminata e per un tempo predeterminato, così ottenendo fili BCF multifilamento a grosso tìtolo (6b) (fase 103); sottoporre a trattamento non meccanico con una miscela di aria e vapore detti fili BCF multìfilamento a grosso tìtolo (6b) ottenuti nella precedente fase 103, in cui le quantità di aria e vapore sono in rapporto predeterminato tra loro, così ottenendo fili BCF multìfilamento a grosso tìtolo e testurizzazione tridimensionale (6c) (fase 104).
  2. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui il raffreddamento in acqua avviene in una vasca posta ad una distanza uguale od inferiore a 5 mm dall'uscita da un estrusore, ad una velocità variabile tra 5.800 mm/ secondo e 8.300 mm/ secondo, preferibilmente pari a 6.000 mm/secondo, in cui la temperatura dell'acqua di raffreddamento è compresa tra 17 °C e 50 °C, preferibilmente è pari a 35 °C, ed in cui il tempo di raffreddamento è compreso tra 0,5 secondi e 0,8 secondi, preferibilmente è pari a 0,6 secondi.
  3. 3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le quantità di aria e vapore sono in rapporto compreso tra 30 : 70 in volume e tra 60 : 40 in volume, preferibilmente sono in rapporto 45 : 55 in volume.
  4. 4. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i fili BCF multifilamento a grosso tìtolo ottenuti presentano un tìtolo totale uguale o superiore a 4.000 decitex ed in cui ciascun filamento presenta un tìtolo fino a 420 decitex.
  5. 5. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre la seguente fase: tra la fase 101 e la fase 102, aggiungere sostanze coloranti.
  6. 6. Apparecchiatura (1) per la produzione di fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale, comprendente: una tramoggia di alimentazione (2) per poliammide 6.6; una camera di essicamento (3) per essiccare detta poliammide 6.6 con azoto; - un estrusore (4) per estrudere detta poliammide 6.6, così ottenendo dei filamenti (6a); immediatamente a valle dell'estrusore (4), ad una distanza uguale od inferiore a 5 mm dall'uscita dall'estrusore (4), una vasca (5) per raffreddare in acqua detti filamenti (6a), così ottenendo fili BCF multifilamento a grosso titolo (6b); - un dispositivo (7) comprendente un vano (8) ed un tubo (9) posto internamente a detto vano (8), detto vano (8) essendo atto ad ospitare una miscela di aria e vapore e detto tubo (9) essendo atto ad ospitare detti fili BCF multifilamento a grosso titolo precedentemente ottenuti (6b), così ottenendo fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c).
  7. 7. Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 6, comprendente inoltre: mezzi (10) per avvolgere detti fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c).
  8. 8. Apparecchiatura (1) secondo la rivendicazione 6, comprendente inoltre: - mezzi (20) per tagliare detti fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c).
  9. 9. Fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c) ottenuti mediante il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 o con l'apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, aventi titolo totale uguale o superiore a 4.000 decitex, con ciascun filamento avente titolo fino a 420 decitex, e dotati di proprietà chimico-fisiche e meccaniche controllate, in particolare il grado di amorficità/cristallinità è compreso tra 70/30 % e 50/50 %, preferibilmente è pari a 60/40 %, la basicità è compresa tra 4 gradi francesi e 10 gradi francesi, preferibilmente è pari a 7 gradi francesi, Γ affinità tintoriale è compresa tra 80 % e 95 %, preferibilmente è superiore a 90 %, l'elasticità è compresa tra 30 % e 100 %, preferibilmente tra 40 % e 70 %, più preferibilmente è pari a 60 % e la tenacità è compresa tra 15 cNW / tex e 50 cNW / tex, preferibilmente è pari a 30 cNW / tex.
  10. 10. Fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c) secondo la rivendicazione 9, che si presentano in forma avvolta.
  11. 11. Fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c) secondo la rivendicazione 9, che si presentano in forma tagliata.
  12. 12. Tappeto (50) realizzato con fili BCF multifilamento a grosso titolo e testurizzazione tridimensionale (6c) secondo la rivendicazione 10 dotato di proprietà antimacchia e di resistenza all'usura.
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