MXPA06013324A - Extrusion de fibra por fluido lubricado. - Google Patents

Abstract

Se describen metodos y sistemas para la extrusion de fibras polimericas. El proceso de extrusion preferiblemente involucra el suministro de un lubricante por separado de un flujo de fusion de polimero a cada orifico de una boquilla de extrusion de forma que el lubricante preferiblemente se integre al flujo de fusion de polimero cuando pasa a traves del orificio de boquilla.

Description

EXTRUSIÓN DE FIBRA POR FLUIDO LUBRICADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el campo del procesamiento y aparato para la extrusión de fibras de polímero. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los métodos y aparatos convencionales de formación de fibra típicamente involucran la extrusión de material polimérico a través de orificios. Las velocidades, presiones y temperaturas del proceso típico de extrusión de fibra representan una relación entre los requerimientos económicos y las características físicas del material polimérico. Por ejemplo, el peso molecular del material polimérico está directamente ligado tanto a la viscosidad de fundido como al rendimiento del material polimérico. Desafortunadamente, las mejoras en el desempeño del material polimérico convencionalmente están ligadas al peso molecular incrementado y que corresponden a viscosidades de fundido relativamente altas. Las viscosidades de fundido más altas típicamente resultan ' en procesos más lentos, y económicamente menos viables . Para tratar las altas viscosidades de fundido de los polímeros de peso molecular más alto, los procesos convencionales pueden contar con un procesamiento de Ref.:177227 temperatura relativamente alta en un esfuerzo por reducir la viscosidad de fundido del material polimérico. La temperatura de proceso típicamente puede, sin embargo, ser limitada por la degradación del material polimérico a temperaturas más altas. En conjunto con temperaturas de proceso incrementadas, las presiones del proceso, en este caso, la presión a la cual el polímero es extruído, también puede ser incrementada para mejorar la velocidad del proceso. La presión del proceso puede, sin embargo, ser limitada por el equipo empleado para extruir las fibras. Como resultado, la velocidad de procesamiento en los procesos convencionales es típicamente restringida por los factores discutidos anteriormente. En vista de las cuestiones discutidas anteriormente, la estrategia convencional en la extrusión de polímero fundido para la elaboración de fibra es reducir el peso molecular del material polimérico para obtener índices de procesamiento económicamente viables. El peso molecular reducido resulta en un ajuste correspondiente en las propiedades de material de las fibras poliméricas extruídas . Para tratar al menos parcialmente el ajuste en las propiedades del material de fibras extruídas convencionales, la resistencia de la fibra puede ser mejorada por la orientación del material polimérico en la fibra. La orientación es impartida al jalar o estirar la fibra después de que salga de la boquilla de extrusión. Como resultado, el material polimérico utilizado para las fibras típicamente debe tener una capacidad considerable portadora de tensión de tracción en el estado semifundido en el cual el material polimérico sale por la boquilla (o las fibras simplemente se romperán al ser jaladas) . Tales propiedades están convencionalmente disponibles en polímeros semi-cristalinos tales como, por ejemplo, el polietileno, polipropileno, poliésteres y poliamidas. De esta forma, los procesos de extrusión de fibra convencionales pueden ser realizados únicamente con un número limitado de materiales poliméricos. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona métodos y sistemas para la extrusión de fibras poliméricas. El proceso de extrusión preferiblemente involucra el suministro de un lubricante por separado de un flujo de fusión de polímero para cada orificio de una boquilla de extrusión de tal manera que el lubricante preferiblemente encierre el flujo de fusión de polímero al pasar a través de la boquilla de extrusión. El uso de un lubricante suministrado por separado del flujo de fusión de polímero en un proceso de extrusión de fibra polimérica puede proporcionar un buen número de ventajas potenciales. Por ejemplo, el uso de lubricante suministrado separadamente puede mantener las fibras poliméricas orientadas en la ausencia de tracción, en este caso, en algunas modalidades para obtener una fibra polimérica orientada puede no ser necesaria la tracción o el estiramiento de la fibra después de que salga de la boquilla. Sí las fibras poliméricas no son jaladas después de la extrusión, no necesitan presentar una considerable capacidad portadora de tensión de tracción en el estado semifundido en el que se encuentran después de que salga de la boquilla. En lugar de, los métodos de extrusión lubricados de la presente invención pueden, en algunos casos, dar orientación al material polimérico al desplazarse a través de la boquilla de tal manera que el material polimérico pueda estar orientado preferiblemente antes de que salga de la boquilla. Una ventaja potencial por la reducción o eliminación de la necesidad de tracción o estiramiento, para impartir orientación es que los materiales poliméricos candidatos para extruir fibras poliméricas pueden ser ampliados significativamente para incluir materiales poliméricos que no podrían de lo contrario ser utilizados para fibras extruídas. Los Polímeros de heterofase también pueden ser extruídos dentro de una fibra orientada por medio del método propuesto. Las construcciones de compuestos de fibra tales como 'funda/núcleo' o 'islas en el mar' o 'pastel' o 'pastel hueco' también son compatibles con este método. Las ventajas posibles de los métodos de la presente invención pueden incluir, por ejemplo, la capacidad de extruir múltiples fibras poliméricas simultáneamente a presiones relativamente bajas. Las presiones relativamente bajas pueden dar como resultado un ahorro de gastos en términos de costos de equipo y de proceso. Para los propósitos de la presente invención, el término "fibra" (y variaciones de la misma) significa una estructura delgada parecida al hilo o filamento que tiene una longitud substancialmente continua en relación a su ancho, por ejemplo, una longitud que es de por lo menos 1000 veces su ancho. El ancho de las fibras de la presente invención puede ser limitado preferiblemente a una dimensión máxima de 5 milímetros o menos, preferiblemente 2 milímetros o menos, y aún más preferiblemente 1 milímetro o menos. Las fibras de la presente invención pueden ser fibras monocomponentes, bicomponentes o fibras conjugadas (por conveniencia, el termino "bicomponente" será usualmente usado para aludir a fibras que consisten de dos componentes así como también para fibras que consisten de mas de dos componentes) ; y las secciones de fibra de fibras bicomponentes, en este caso, las secciones que ocupan parte de la sección transversal y que se extienden sobre la longitud de las fibras bicomponentes . Otra ventaja posible de algunas modalidades de la presente invención puede ser encontrada en la capacidad para extruír polímeros con un bajo índice del flujo de fusión (MFI, por sus siglas en inglés) . En los procesos de extrusión de fibra polimérica convencionales, el MFI de los polímeros extruídos es de aproximadamente 35 o más alto. Utilizando los métodos de la presente invención, la extrusión de fibras poliméricas puede ser realizadas utilizando polímeros con un MFI de 30 ó menos, en algunos casos de 10 ó menos, en otros casos de 1 ó menos, y en aún otros casos 0.1 ó menos. Antes de la presente invención, el procesamiento de extrusión de tales polímeros de (bajo MFI) alto peso molecular para formar fibras era típicamente realizado con el uso de solventes para disolver el polímero y de esta forma reducir su viscosidad.

Este método lleva consigo la dificultad de disolver el polímero de alto peso molecular y después removerlo (incluyendo eliminación o reciclado) . Ejemplos de polímeros de bajo índice de flujo de fusión incluyen el LURAN S 757 (ASA, 8.0 MFI) disponible de BASF Corporation de Wyandotte,MI, P4G2Z-026 (PP,1.0 MFI) disponible de Huntsman Polymers of Houston, TX, FR PE 152 (HDPE, 0.1 MFI) disponible de PolyOne Corporation of Avon Lake, OH, 7960.13 (HDPE, 0.06 MFI) disponible de ExxonMobil Chemical of Houston, TX, ENGAGE 8100 (ULDPE, 1.0 MFI) disponible de ExxonMobil Chemical of Houston, TX. Otra ventaja potencial de algunos métodos de la presente invención puede incluir los índices relativamente altos de flujo de masa que puedan ser alcanzados. Por ejemplo, utilizando los métodos de la presente invención, puede ser posible extruír material polimérico en fibras a índices de 10 gramos por minuto o más altos, en algunos casos 100 gramos por minuto o más altos, y en otros casos a índices de 400 gramos por minuto o más altos. Estos índices de flujo de masa pueden ser alcanzados a través de un orificio que tiene un área de 0.2 milímetros cuadrados (mm2) o menos. Aún otra ventaja potencial de algunos métodos de la presente invención puede incluir la capacidad para extruír fibras poliméricas que incluyen orientación a nivel molecular que puedan, por ejemplo, aumentar la resistencia o proporcionar otras propiedades mecánicas, ópticas, etc., convenientes. Si las fibras poliméricas están construidas de polímeros amorfos, las fibras poliméricas amorfas pueden estar caracterizadas opcionalmente como partes incluyentes de fases de polímeros amorfos rígidos u ordenados o fases de polímeros amorfos orientados (en este caso, partes en las cuales las cadenas moleculares están alineadas dentro de la fibra, a los grados que varían, generalmente a lo largo del eje de la fibra) . A pesar de que las fibras poliméricas orientadas son conocidas, la orientación se obtiene convencionalmente por tracción o al jalar las fibras conforme salen de un orificio de boquilla. Muchos polímeros no pueden, sin embargo, ser jalados después de la extrusión debido a que no poseen la resistencia mecánica suficiente inmediatamente después de la extrusión en el estado fundido o semifundido para ser jalados sin romperse. Los métodos de la presente invención, sin embargo, pueden eliminar la necesidad de tracción de fibras poliméricas para obtener la orientación debido a que el material polimérico puede ser orientado dentro de la boquilla antes de que salga del orificio. Como resultado, las fibras orientadas pueden ser extruídas utilizando polímeros que convencionalmente no podrían ser extruídos y jalados en un proceso comercialmente viable. En algunos métodos de la presente invención, puede ser preferible controlar la temperatura del lubricante, la boquilla, o tanto el lubricante como la boquilla para templar el material polimérico de tal forma que la orientación no se pierda o que no sea significativamente reducida debido a la relajación afuera de la boquilla. En algunos casos, el lubricante puede ser seleccionado basándose, al menos en parte, en su capacidad para templar el material polimérico, por ejemplo, por evaporación. En un aspecto, la presente invención proporciona un método para elaborar una fibra polimérica al pasar un flujo de fusión de polímero a través de un orificio localizado dentro de una boquilla, en donde el orificio tiene una entrada, una salida y una superficie interior que se extiende desde la entrada hasta la salida, en donde el orificio es un orificio semi-hiperbólico convergente, y en donde el flujo de fusión de polímero entra por el orificio de la entrada y sale por el orificio de la salida; suministrando lubricante al orificio por separado desde el flujo de fusión de polímero, en donde el lubricante es introducido a la entrada del orificio, y recolectando una fibra que incluye el flujo de fusión de polímero después de que el flujo de fusión de polímero sale por la salida del orificio. En otro aspecto, la presente invención proporciona un método para construir una fibra polimérica al pasar un flujo de fusión de polímero a través de un orificio de una boquilla, en donde el orificio tiene una entrada, una salida y una superficie interior que se extiende desde la entrada hasta la salida, en donde el orificio es un orificio semi-hiperbólico convergente, y en donde el flujo de fusión de polímero entra al orificio por la entrada y sale del orificio en la salida, en donde el flujo de fusión de polímero incluye un polímero volumétrico, en donde el polímero volumétrico es una mayoría de flujo de fusión de polímero, y en donde el polímero volumétrico consiste esencialmente de un polímero con un índice de flujo de fusión de 1 o menos medido en las condiciones especificadas para el polímero en ASTM D1238; suministrando lubricante al orificio por separado del flujo de fusión de polímero; y recolectando una fibra que incluye el volumétrico después de que el flujo de fusión de polímero sale a la salida del orificio.

Estas y otras características y ventajas de varias modalidades de los métodos, sistemas, y artículos de la presente invención pueden ser descritas abajo de acuerdo con varias modalidades ilustrativas de la presente invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es un diagrama esquemático ilustrando una ventana de proceso para los métodos de conformidad con la presente invención. La Figura 2 es una vista seccional transversal extendida de una parte de una boquilla ilustrativa que puede ser utilizada de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 es una vista extendida del orificio en la boquilla de la Figura 2. La Figura 4 es una vista plana de una parte de una placa de boquilla de extrusión ilustrativa que puede ser utilizada de acuerdo con la presente invención. La Figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema que incluye una boquilla de conformidad con la presente invención.

La Figura 6 es una vista seccional transversal extendida de otro aparato de extrusión que puede ser utilizado de acuerdo con la presente invención. La Figura 7 es una vista plana extendida de otro orificio de boquilla ilustrativo y canales de lubricación que pueden ser utilizados de acuerdo con la presente invención. La Figura 8 es una vista seccional transversal extendida de una fibra polimérica ilustrativa saliendo de un orificio de la boquilla de acuerdo con los métodos de la presente invención DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción detallada de las modalidades ilustrativas de la invención, se hace referencia a las figuras que forman parte de esta, y en los cuales se muestran, en forma ilustrativa, modalidades específicas en las cuales la invención puede ser practicada. Debe ser entendido que otras modalidades pueden ser utilizadas y que se pueden hacer cambios estructurales sin desviarse del alcance de la presente invención. Como se discutió anteriormente, la presente invención proporciona métodos y sistemas para manufacturar fibras poliméricas a través de un proceso de extrusión por fluido lubricado. La presente invención puede también incluir fibras poliméricas que pueden ser manufacturas utilizando tales sistemas y métodos . Los métodos de la presente invención preferiblemente involucran la extrusión de un flujo de fusión de polímero de una boquilla que tiene uno o más orificios. Se suministra un lubricante a la boquilla por separado del flujo de fusión de polímero, preferiblemente en forma que resulte en que el lubricante sea preferencialmente localizado cerca de la superficie exterior del flujo de fusión de polímero al pasar a través de la boquilla. El lubricante puede ser otro polímero u otro material tal como, por ejemplo, aceite mineral, etc. Puede ser preferible que la viscosidad del lubricante sea considerablemente menor que la viscosidad del polímero lubricado (bajo las condiciones a las cuales el polímero lubricado es extruído) . Algunas boquillas ilustrativas y fibras que pueden ser extruídas de ellas se describen abajo. Una ventaja posible de utilizar un lubricante en los métodos y sistemas de la presente invención es que la ventana de proceso en la cual las fibras pueden ser manufacturadas puede ser ampliada en relación a los procesos convencionales de extrusión de fibra de polímero. La Figura 1 representa una gráfica sin dimensión para ilustrar esta ventaja posible. El índice de fluidez del flujo de fusión de polímero se incrementa moviéndose a la derecha por el eje x y el índice de flujo del lubricante se incrementa moviéndose hacia arriba por el eje y. El área entre la línea punteada (representada lo más cercana al eje x) y la línea continua (localizada arriba de la línea punteada) es indicativa del área en la cual los índices de fluidez del flujo de fusión de polímero y el lubricante pueden ser mantenidos en estado estable con respecto de uno con otro. Las características de un flujo constante son preferiblemente presiones constantes para ambos el flujo de fusión de polímero y el lubricante. Además, el flujo de estado estable preferiblemente también puede ocurrir a presiones relativamente bajas para el lubricante y/o el flujo de fusión de polímero. El área de arriba de la línea continua (en el lado opuesto de la línea continua desde la línea punteada) es indicativa de la región en la cual el exceso de lubricante puede provocar que fluya el flujo de fusión de polímero a través de la boquilla a pulsar. En algunos casos, la pulsación puede ser lo suficientemente fuerte para interrumpir el flujo de corriente de fusión de polímero y romper o terminar cualquiera de las fibras que salen de la boquilla. El área debajo de la línea punteada (en este caso, entre la línea punteada y el eje x) es indicativa de las condiciones a las cuales el flujo de lubricante se estanca o mueve a cero. En tal situación, el flujo de corriente de fusión de polímero no se lubrica más y la presión del flujo de fusión de polímero y el lubricante típicamente aumenta rápidamente. Por ejemplo, la presión del flujo de fusión de polímero puede aumentar de 200 psi (1.3X106 Pa) a 2400 psi (1.4X107 Pa) en una cuestión de segundos bajo tales condiciones. Esta área sería considerada como la ventana de operación convencional para boquillas tradicionales para formar fibras no lubricadas, con el índice de flujo de masa de los polímeros siendo limitado principalmente por las altas presiones de operación. La ventana de proceso ampliada ilustrada en la Figura 1, preferiblemente puede ser proporcionada usando un boquilla en la cual los orificios convergen de manera que de cómo resultado un flujo elongacional esencialmente puro del polímero. Para hacer así, puede ser preferido que el orificio de boquilla tenga un perfil convergente semi hiperbólico a lo largo de su longitud (en este caso, la dirección en la cual el primer polímero fluye) según lo discutido aquí. Entre las ventajas potenciales de por lo menos algunas modalidades de la presente invención es la capacidad de fabricar fibras poliméricas de materiales poliméricos que no son típicamente extraídos dentro de las fibras poliméricas . El índice de flujo de fusión es un término común de la industria relacionado con la viscosidad de fusión de un polímero. La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) incluye un método de prueba (ASTM D1238) . Este método de prueba especifica cargas y temperaturas que serán usadas para medir tipos de polímeros específicos. Como son utilizados aquí, los valores del índice de flujo de fusión se obtendrán a las condiciones especificadas por ASTM D1238 para el tipo de polímero dado. El principio general para la prueba del índice de fusión involucra calentar el polímero a ser probado en un cilindro con un émbolo en la parte superior y un pequeño vaso capilar u orificio localizado en la parte inferior del cilindro. Cuando esté térmicamente equilibrado, se coloca un peso predeterminado en el émbolo y la mezcla extruida es recolectada y pesada por una cantidad de tiempo predeterminada. Un valor mas alto del índice de fusión es típicamente asociado con un índice de flujo mas alto y una viscosidad más baja, ambos pueden ser indicativos de un peso molecular bajo. En cambio, los valores de índice de fusión bajos están típicamente asociados con índices de flujo bajos y viscosidades más altas, ambos pueden ser indicativos de un polímero de peso molecular más alto. En los procesos de extrusión de fibra polimérica convencionales, el MFI de los polímeros extruídos es de aproximadamente 35 o mas alto. Utilizando los métodos de la presente invención, el flujo de fusión de polímero utilizado para formar las fibras poliméricas extruídas puede incluir uno o mas polímeros, con todos de ellos, ya sea uno o mas polímeros, presentando un MFI de 30 o menos, en algunos casos de 10 o menos, en otros casos de 1 o menos, y aún en otros casos de 0.1 o menos. En algunas modalidades, el flujo de fusión de polímero puede consistir esencialmente de un polímero que preferiblemente presenta un MFI de 30 o menos, en algunos casos de 10 o menos, en otros casos de 1 o menos, y en aún en otros casos de 0.1 o menos. En algunas modalidades, el flujo de fusión de polímero puede estar caracterizado porque incluye un polímero volumétrico que forma al menos la mayoría del volumen del flujo de fusión de polímero. En algunos casos, puede ser preferido que el polímero volumétrico forme 60% o mas del volumen del flujo de fusión de polímero, o en otros casos, puede ser preferido que el polímero volumétrico forme el 75% o mas del volumen del flujo de fusión de polímero. En estos casos, los volúmenes son determinados mientras el flujo de fusión de polímero es suministrado al orificio de una boquilla. El polímero volumétrico puede presentar preferiblemente un MFI de 30 o menos, en algunos casos de 10 o menos, en otros casos de 1 o menos, y aún en otros casos de 0.1 o menos. En modalidades que pueden estar caracterizadas porque incluyen un polímero volumétrico, el flujo de fusión de polímero puede incluir uno o más polímeros secundarios en adición al polímero volumétrico. En varias modalidades, los polímeros secundarios pueden presentar preferiblemente un MFI de 30 o menos, en algunos casos de 10 o menos, en otros casos de 1 o menos, y aún en otros casos de 0.1 o menos Algunos ejemplos de polímeros que pueden ser polímeros con bajo MFI y que pueden ser extruídos en fibras de acuerdo con la presente invención . pueden incluir, por ejemplo, polietileno de Peso Molecular Ultra Alto (UHMWPE) , caucho de Monómero de etileno propileno dieno (EDPM) , polipropileno de alto peso molecular, policarbonato, ABS, AES, polimidos, norbomenas, copolímeros de Z/N y Metaloceno (EAA, EMAA, EMMA, etc.), sulfuro de polifenileno, ionómeros, poliésteres, poliamidas, y derivados (por ejemplo, PPS, PPO, PPE) . Otros ejemplos de polímeros con bajo MFI que pueden ser compatibles con la presente invención son los tradicionales polímeros "vidriosos". El término "vidrioso" usado aquí es el mismo uso tradicional de una morfología de densidad aleatoria que muestra una temperatura de transición vitrea (Tg) , característica de densidad, reología, óptica y cambios dieléctricos en el material. Ejemplos de polímeros vidriosos pueden incluir, pero no se limitan solo a, polimetilmetacrilatos, poliestirenos, policarbonatos, polivinilcloruros, etc. Aún otros ejemplos de polímeros de MFI bajo que pueden ser compatibles con la presente invención son los tradicionales polímeros "elásticos". El término "elástico" es el mismo que se usa en la nomenclatura tradicional : un material macromolecular aleatorio con peso molecular suficiente para formar un entramado importante para dar como resultado un material con un tiempo de retención largo. Ejemplos de polímeros "elásticos" pueden incluir, pero no se limitan solo a; poliuretanos, polietilenos de ultra baja densidad, copolímeros de bloque estirénico tales como el estireno-isopreno-estireno (SIS, por sus siglas en inglés) , estireno-butadieno-estireno (SBS, por sus siglas en inglés) , estireno-etileno/butileno-estireno (SEBS, por sus siglas en inglés), poliisoprenos, polibutadienos, caucho EPDM, y sus análogos . La presente invención puede también ser utilizada para extruir polímeros amorfos en fibras. Como es utilizado aquí, un "polímero amorfo" es un polímero que tiene de muy poco a nada de cristalinidad, usualmente indicada por la falta de un punto de fundido distintivo o transición de primera orden cuando es calentado en un calorímetro de escaneo diferencial de acuerdo a la ASTM D3418. En aún otras modalidades, una ventaja posible de la presente invención puede ser encontrada en la capacidad para extruir fibras poliméricas usando un polímero multifase como el flujo de fusión de polímero y un lubricante. Por polímero multifase, entiéndase, por ejemplo, macromoléculas orgánicas que están compuestas de diferentes especies que se fusionan dentro de sus propias regiones separadas . Cada una de las regiones tiene sus propias propiedades diferentes tales como temperatura de transición vitrea (Tg) , densidad gravimétrica, densidad óptica, etc. Una de éstas propiedades de un polímero multifase es aquella en la cual las fases poliméricas separadas presentan diferentes respuestas reológicas a la temperatura. Más específicamente sus viscosidades de fusión a temperaturas de proceso de extrusión pueden ser claramente diferentes. Ejemplos de algunos polímeros multifase pueden ser descritos en, por ejemplo, las Patentes Norteamericanas Nos. 4,444,841 ( heeler) , 4,202,948 (Peascoe) , y 5,306,548 (Zabrocki et al) . Como es utilizado aquí, "multifase" se refiere a un arreglo de macromoléculas que incluyen copolímeros de monómeros inmiscibles. Debido a la incompatibilidad que los polímeros presentan, las fases claramente diferentes o "dominios." pueden estar presentes en la misma masa del material. Ejemplos de polímeros termoplásticos que pueden ser convenientes para el uso en la extrusión de fibras de polímero multifase de conformidad con la presente invención incluyen, pero no están limitados a estos materiales de las siguientes clases: polímeros multifase de polieter, poliésteres, o poliamidas; poliestireno sindiotáctico orientado, polímeros de monómeros de etileno-propileno-dieno ("EPDM"), que incluyen copolímeros ternarios de etileno-propileno-dieno no conjugado injertados con una mezcla de estireno y acrilonitrilo (también conocidos como estireno de EPDM acrilonitrilo o "AES"); copolímeros de estireno acrilonitrilo ("SAN") que incluyen injertos de composiciones de caucho tales como aquellos que comprenden un sustrato enlazado de caucho de acrilato (por ejemplo, butil acrilato) injertado con estireno y acrilonitrilo o derivados de los mismos (por ejemplo, alfa-metil estireno y metacrilonitrilo) conocidos como "ASA" o copolímeros de acrilonitrilo-estireno-acrilato y aquellos que comprenden de un sustrato de butadieno o copolímeros de butadieno y estireno o acrilonitrilo injertado con estireno o acrilonitrilo o derivados de los mismos (por ejemplo, alfa-metil estireno y metacrilonitrilo) conocido como "ABS" o copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno, así como también copolímeros extraíbles de estireno-acrilonitrilo (en este caso, copolímeros no injertados) también típicamente referidos como polímeros "ABS"; y combinaciones o mezclas de los mismos. Como es usado aquí, el término "copolímero" debe ser entendido como que incluye terpolímeros, tetrapolímeros, etc. Algunos ejemplos de polímeros que pueden ser usados para la extrusión de fibras de polímero multifase pueden ser encontrados dentro de la familia estirénica de resinas de copolímero multifase (en este caso, un copolímero termoplástico estirénico multifase) referidos anteriormente como AES, ASA y ABS, y combinaciones y mezclas de los mismos. Tales polímeros son descritos en la Patente Norteamericana Nos. 4,444,841 (Wheeler) , 4,202,948 (Peascoe) , y 5,306,548 (Zabrocki et al) . Las mezclas pueden estar en forma de fibras de multicapas donde cada capa es una resina diferente, o mezclas físicas de los polímeros que son entonces extruídos dentro de una sola fibra. Por ejemplo, resinas ASA y/o AES pueden ser coextruídas sobre ABS. Los sistemas de polímeros multifase pueden presentar grandes retos en el procesamiento de las fibras porque las diferentes fases pueden tener respuestas reológicas muy diferentes al procesamiento. Por ejemplo, el resultado puede ser una respuesta pobre de tensión de polímeros multifase. La respuesta reológica diferente de las diferentes fases puede provocar amplias variaciones en las respuestas a la tracción durante los procesos de formación de fibras convencionales que involucran la tracción o el estiramiento de las fibras extruídas. En muchos casos, la presencia de múltiples fases de polímeros presenta una cohesión insuficiente para resistir la tensión de tracción de los procesos de tracción, provocando que las fibras se rompan o rupturen. En la presente invención, los retos únicos que pueden ser asociados con la extrusión de polímeros multifase pueden ser tratados basados en como el material es orientado durante la formación de la fibra. Puede ser preferido que, con respecto a la presente invención, el material del polímero multifase sea apretado o 'empujado' a través del orificio de la boquilla para orientar los materiales del polímero (opuestamente a estirar o jalar) . Como resultado la presente invención puede reducir considerablemente la posibilidad de fractura. Algunos polímeros multifase que pueden ser utilizados en los métodos según la presente invención son las resinas multifase AES y ASA, y combinaciones o mezclas de las mismas. Resinas de AES y ASA comercialmente disponibles o combinaciones de las mismas incluyen, por ejemplo, aquellas disponibles bajo las designaciones de comercio ROVEL, de la compañía Dow Chemical Company, Midland, MI, y LORAN S 757 y 797 de BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen, Rep. Fed. de Alemania), CENTREX 833 y 401 de Bayer Plastics, Springfield, CT, GELOY de General Electric Company, Selkirk, NY, VITAX de Hitachi Chemical Company, Tokio, Japón. Se cree que algunos materiales de AES y/o ASA comercialmente disponibles también tienen ABS mezclado en si mismos. Las resinas SAN comercialmente disponibles incluyen aquellas disponibles bajo la designación de comercio TYRIL de Dow Chemical, Midland, MI. Resinas de ABS comercialmente disponibles incluyen aquellas disponibles bajo la designación de comercio CYOLAC tales como CYOLAC GPX 3800 de General Electric, Pittsfield, MA. Las fibras de polímero multifase pueden también estar preparadas de una mezcla de uno o más de los materiales listados anteriormente y de uno u otros más polímeros termoplásticos. Ejemplos de tales polímeros termoplásticos que pueden ser mezclados con los materiales de rendimiento listados anteriormente incluyen, pero no están limitados a solo estos, materiales de las siguientes clases: polieters biaxialmente orientados, poliésteres biaxialmente orientados, poliamidas biaxialmente orientadas; polímeros acrílicos tales como el poli (metil teacrilat) ; policarbonatos; poliimidas; celulósicos tales como el acetato de celulosa, celulosa, (acetato-co-butirato) , nitrato de celulosa, poliésteres tales como el poli (butileno tereftalato), poli (etileno tereftalato); fluoropolímeros tales como el poli (clorofluoroetileno) , poli (vinilideno florado); poliamidas tales como el poli (caprolactam) , poli (ácido aminocaproico) , poli (ácido hexametileno diamino-co-adipico) , poli (amido-co-imido) y poli (ester-co-imido) ; polietercetonas; poli (eterimida) ; poliolefinas tales como el poli (metilpentano) ; poliuretanos alifáticos y aromáticos; poli (éter de fenileno); poli (sulfuro de fenileno); poli (estireno) atáctico; poliestireno sindiotáctico boquillado; polisulfona; polímeros modificados por silicona (en este caso, los polímeros que contienen un pequeño porcentaje de peso (menos del 10 por ciento de peso) de silicona) tales como la poliamida de silicona y el policarbonato de silicona; copolímeros de etileno ionomérico tales como el poli (ácido etileno-co-metacrílico) con iones de sodio o zinc, los cuales están disponibles bajo las designaciones de comercio SURLYN-8920 y SURLYN-9910 de E.I. DuPont de Nemours, Wilmington, DE; copolímeros de polietileno funcionales por ácido tales como el poli (etileno-co-ácido acrílico)y poli (etileno-co-ácido metacrílico) , poli (etileno-co-ácido maleico) y poli (etileno-co-ácido fumarico) polímeros modificados por fluoro tales como el perfluoropoli (etilentereftalato) ,- y mezclas de los polímeros descritos anteriormente tales como la poliimida y mezcla de polímero de acrílico, y un poli (metilmetacrilato) y mezcla de fluoropolímero . Las composiciones de polímero usadas con respecto a la presente invención pueden incluir otros ingredientes, por ejemplo, estabilizadores UV y antioxidantes tales como aquellos disponibles de Ciba-Geigy Corp. , Ardsley, NY, bajo la designación de comercio IRGANOX, pigmentos, retardadores de fuego, agentes antiestáticos, agentes desmoldantes tales como esteres de ácido graso disponibles bajo las designaciones de comercio LOXIL G-715 o LOXIL-G40 de Henkel Corp., Hoboken, NJ, o WAX E de Hoechst Celanese Corp., Charlotte, NC. Colorantes tales como pigmentos y tintes pueden también ser incorporados dentro de las composiciones de polímeros. Ejemplos de colorantes pueden incluir pigmento de rutilo Ti02 disponible bajo las designaciones de comercio R960 de Dupont de Nemours, Wilmington, DE, pigmentos de oxido de hierro, negro de carbón, sulfuro de cadmio, y ftalocianina de cobre. Con frecuencia, los polímeros arriba identificados están comercialmente disponibles con uno o más de estos aditivos, particularmente pigmentos y estabilizadores. Típicamente, tales aditivos son utilizados en cantidades para transferir las características deseadas. Preferiblemente, son utilizados en cantidades de aproximadamente 0.02-20% en peso, y más preferiblemente aproximadamente 0.2-10% en peso, basado en el peso total de la composición del polímero. Otra ventaja potencial de al menos alguna de las modalidades de la presente invención es la capacidad para extruir el flujo de fusión de polímero a una temperatura relativamente baja. Por ejemplo, en el caso de los polímeros semi-cristalinos, puede ser posible extruir el flujo de fusión de polímero cuando la temperatura promedio del flujo de fusión de polímero al ser presionada a través de la entrada de cada orificio en la boquilla este dentro de 10 grados Celsius o menos , por encima de una temperatura de procesamiento de fundido del flujo de fusión de polímero. En algunas modalidades, la temperatura promedio del flujo de fusión de polímero puede preferiblemente estar a, o debajo de una temperatura de procesamiento de fundido del flujo de fusión de polímero antes de que el flujo de fusión de polímero salga por la salida del orificio. Aún cuando no es deseable una limitación por la teoría, la teoría indica que la presente invención puede basarse sobre el predominio de las propiedades del lubricante para procesar el polímero durante la extrusión, con la viscosidad del polímero jugando un factor relativamente menor en respuesta al estrés (presión y temperatura). Además, la presencia del lubricante puede permitir el "templado" (por ejemplo, cristal o la formación de la vitrificación del vidrio) del polímero dentro de la boquilla. Una ventaja posible del templado dentro de la boquilla puede incluir, por ejemplo, retener la orientación y la precisión dimensional de la mezcla extruída.

Como es utilizada aquí, la "temperatura de procesamiento de fundido" del flujo de fusión de polímero es la temperatura mas baja a la cual el flujo de fusión de polímero es capaz de pasar a través de los orificios de la boquilla dentro de un periodo de 1 segundo o menos . En algunos casos , la temperatura de procesamiento de fundido puede estar a, o ligeramente arriba de la temperatura de transición del vidrio si el flujo de fusión de polímero es amorfo o a, o ligeramente arriba de la temperatura de fundido si el flujo de fusión de polímero es cristalino o semicristalino. Si el flujo de fusión de polímero incluye uno o mas polímeros amorfos mezclados ya sea con alguno o ambos de uno o mas polímeros cristalinos y con uno o mas polímeros semicristalinos, entonces la temperatura de procesamiento de fundido es el más bajo de la temperatura de transición de cristal más baja de los polímeros amorfos o la temperatura de fundido mas baja de los polímeros cristalinos y semicristalinos . Un orificio de boquilla ilustrativo que puede ser utilizado en las boquillas de conformidad a la presente invención es representado en la vista seccional transversal de la Figura 2, en la cual una placa de boquilla 10 y una tapa de placa de boquilla complementaria 12 son representadas en una vista seccional transversal. La placa de boquilla 10 y la tapa de placa de boquilla 12 definen un conducto de suministro de polímero 20 que está en comunicación fluida con un orificio 22 en la placa de boquilla 10. La porción del conducto de suministro de polímero 20 formado en la tapa de la placa de boquilla 12 termina en la abertura 16, en donde el flujo de fusión de polímero entra en la parte del conducto de suministro de polímero 20 formado dentro de la placa de boquilla , 10 a través de la abertura 14. En la modalidad representada, la abertura 16 en la tapa de la placa de boquilla 12 es generalmente del mismo tamaño al de la abertura 14 en la placa de boquilla 10. La Figura 3 representa una vista extendida del orificio 22 con la adición de la letra "r" como referencia indicativa del radio del orificio 22 y "z" indicativa de la longitud del orificio 22 a lo largo del eje 11. El orificio 22 formado en la placa de boquilla 10 puede preferiblemente converger de tal forma que el área seccional transversa (medida en forma transversa al eje 11) es más pequeña que el área seccional transversal de la entrada 24. Puede ser preferido que, como se discute aquí, la forma del orificio de la boquilla 22 sea designada de tal manera que el índice de tensión elongacional del flujo de fusión de polímero sea constante a lo largo de la longitud del orificio 22 (en este caso, a lo largo del eje 11) . Como se discute aquí, puede ser preferido que el orificio de la boquilla tenga un perfil semi-hiperbólico convergente. La definición de una forma "semi-hiperbólica" empieza con la relación fundamental entre el flujo de volumen, área de canal y velocidad de fluido. Aunque las coordenadas cilindricas son utilizadas con respecto a la descripción del orificio 22, se debe entender que los orificios de la boquilla utilizados con respecto a la presente invención pueden no tener un perfil cilindrico circular. El flujo a través del orificio 22 a lo largo del eje 11 puede ser descrito en cada posición a lo largo del eje 11 por la siguiente ecuación: Q =V* A (1) en donde Q es la medida de flujo volumétrico a través del orificio, V es la velocidad de flujo a través del orificio y A es el área seccional transversal del orificio 22 en la ubicación seleccionada a lo largo del eje 11. La ecuación (1) puede ser rearreglada y resuelta por la velocidad para generar la siguiente ecuación: V = Q/A (2) Debido a que el área seccional transversal de un orificio convergente cambia a lo largo de la longitud del canal del orificio, la siguiente ecuación puede ser utilizada para describir las diversas relaciones entre las variables en la Ecuación (2) : dvz/dz = (-Q/A2 ) (cLA/dz) (3) En la Ecuación (3), la expresión para el cambio en velocidad con el cambio de posición abajo de la longitud del orificio también define un flujo extensional (€) del fluido.

Un flujo extensional estable o constante puede ser un resultado preferido de flujo a través de un orificio convergente. Como resultado, puede ser preferido que el área seccional transversal del orificio cambie de tal forma para que de cómo resultado un flujo constante extensional a través del orificio. Una ecuación que define un flujo extensional estable o constante puede ser expresado como: dVz/dz = € = constante (4) Una expresión que puede ser sustituida por el cambio en el área con el cambio en la posición abajo de la longitud del orificio y que producirá un flujo extensional estable o constante puede ser expresado como f(r,z) = Constante = r2z (5) una forma genérica de la expresión de la Ecuación (5) puede ser la siguiente: f(r,z) = Ci + C2 r2z (6) La Ecuación (6) puede ser utilizada para determinar la forma de un orificio 22 como se utiliza con respecto a la presente invención. Para designar la forma de un orificio, puede ser preferido que la restricción geométrica del diámetro de la salida 26 del orificio 22 sea determinada (bajo el entendimiento que el diámetro de salida indica el tamaño de fibra extruída del orificio 22). Alternativamente, el diámetro de la entrada 24 del orificio 22 puede ser utilizado. Cuando el radio (y, de esta manera, el área correspondiente) ya sea de una entrada 24 o la salida 26 del orificio 22 es escogido, entonces los otros pueden ser determinados al seleccionar la deformación extensional deseada seleccionada, entonces los otros radios (en este caso, el radio de la entrada 24 o el de la salida 26) pueden ser determinados preferiblemente al seleccionar la deformación extensional deseada experimentada por el fluido (en este caso, un flujo de fusión de polímero) pasando a través del orificio 22. Este valor, en este caso, la deformación extensional, puede ser referido algunas veces como la "Deformación Henky." La Deformación Hencky está basada en la deformación extensional o de ingeniería de un material que está siendo estirado. La ecuación presentada abajo describe la Deformación Hencky para un fluido al pasar a través de un canal, por ejemplo, un orificio de la presente invención: Deformación Hencky en Fluido = ln (r02 / rz2) = ln (A0/Az) . (7) La selección de la Deformación Hencky deseada para ser experimentada por el fluido pasando a través del orificio fija o establece el radio (y, de esa manera, el área) del otro extremo del orificio como se discutió anteriormente. La última característica de diseño restante es establecer la longitud del orificio a ser lubricado. Una vez que la longitud del orificio 22 ("z" en la Figura 3) es seleccionada y los radios/áreas de la entrada 24 y salida son conocidos, la Ecuación 6 puede ser retrocedida para cambiar el radio (área) con el cambio en la posición debajo de la longitud del orificio 22 (a lo largo de la dirección "z") para obtener las constantes Ci y C2. La siguiente ecuación proporciona el radio del orificio en cada ubicación a lo largo de la dimensión "z" (rz) : Rz = [((Z)e3 - 1) + Longitud) / (r entrada 2 * Longitud)]"12 (8) en donde "z" es la ubicación a lo largo del eje longitudinal en la dirección z al medirse desde la entrada del orificio; e=(r entrada)2 / (r salida)2; s = Deformación Hencky; rentrada es el radio a la entrada del orificio; rsaiida es el radio en la salida del orificio, y la Longitud total del orificio en la dirección z desde la entrada hasta la salida del orificio.

Para discutir la Deformación de Hencky y los principios asociados, se puede hacer referencia a C.W. Macosko "Rheology Principies, Measurements and Aplications, " pp. 285-336 (Wiley-VCH Inc., New York, lst Ed. Regresando a la Figura 2, la placa de boquilla 10 también incluye un pasaje de lubricado 30 en la comunicación de fluido con una cámara de lubricante 32 formado entre la placa de boquilla 10 y la tapa de la placa de boquilla 12. La placa de boquilla 10 y la tapa de la placa de boquilla 12 preferiblemente definen un espacio 34 de forma que un lubricante pase dentro de la cámara de lubricante 32 a través del conducto lubricado 30 pasará dentro del conducto de suministro de polímero 20 desde la ranura 36 y a través de la abertura 14. Como tal, el lubricante puede ser suministrado al orificio 22 por separado del flujo de fusión de polímero. La ranura 36 puede extenderse preferiblemente sobre el perímetro del conducto de suministro de polímero 20. La ranura 36 puede preferiblemente ser continua o discontinua sobre el conducto de suministro de polímero 20. El espacio entre la placa de boquilla 10 y la tapa de la placa de boquilla 12 que forma el espacio 34 y la ranura 36 puede ser ajustado basado en una variedad de factores tales como la presión a la cual un flujo de fusión de polímero es pasado a través del conducto de suministro de polímero 20, las viscosidades relativas del flujo de fusión de polímero y el lubricante, etc. En algunos casos, la ranura 36 puede estar en la forma de una abertura o aberturas formadas por la interfase de dos superficies rugosas (por ejemplo, grabada, erosionada, etc.) formando el espacio 34 (o una superficie rugosa y una superficie lisa contraria) .

La Figura 4 es una vista plana de la placa de boquilla 10 con la tapa de la placa de boquilla 12 removida. Múltiples aberturas 14, conductos de suministro de polímero 20, orificios de boquilla 22 y cámaras de lubricante 32 son representadas ahí. Los conductos de suministro de polímero descritos 20 tienen un área seccional transversal constante (medida en forma transversa al eje 11 en la Figura 2) y son en la modalidad descrita, cilindros circulares. Debe ser entendido, sin embargo, que los conductos de suministro de polímero 20 y los orificios de boquilla 22 asociados pueden tener cualquier forma seccional transversal apropiada, por ejemplo, rectangular, ovalada, elíptica, triangular, cuadrada, etc. Puede ser preferido que las cámaras de lubricante 32 se extiendan sobre los perímetros de los conductos de suministro de polímero 20 como se ilustra en la Figura 4 de tal forma que el lubricante pueda ser suministrado sobre el perímetro de los conductos de suministro de polímero 20. Al hacer esto el lubricante preferiblemente forma una capa sobre el perímetro del flujo de fusión de polímero al pasar a través de los conductos de suministro de polímero 20 y dentro de los orificios de la boquilla 22. En la modalidad descrita, las cámaras 32 son suministradas por conductos lubricantes 30 que se extienden a los bordes exteriores de la placa de boquilla 10 como se ilustra en la Figura 4. Puede ser preferido que cada una de las cámaras de lubricante 32 sean suministradas por un conducto lubricante 30 independiente como se observa en la Figura 4. Al abastecer cada una de las cámaras de lubricante 32 (y sus orificios de boquilla 22 asociados) independientemente, el control sobre una variedad de variables de proceso puede ser obtenido. Estas variables pueden incluir, por ejemplo, la presión del lubricante, el índice del flujo del lubricante, la temperatura del lubricante, la composición del lubricante (en este caso, lubricantes diferentes pueden ser suministradas a diferentes orificios 22), etc. Como una alternativa, sin embargo, puede ser preferida en algunos sistemas que una cámara de lubricante maestra sea utilizada para abastecer lubricante a cada uno de los conductos lubricantes 30 los cuales, a su vez, abastecen lubricante a cada una de las cámaras 32 asociadas con los orificios 22. En tal sistema, el suministro de lubricante a cada orificio puede preferiblemente ser equilibrado entre todos los orificios. La Figura 5 es un diagrama esquemático de un sistema 90 que puede ser utilizado con respecto a la presente invención. El sistema 90 puede incluir preferiblemente fuentes de polímero 92 y 94 que suministren polímero a una extrusora 96. Aunque dos fuentes de polímero son descritas, debe ser entendido que solamente una fuente de polímero puede ser proporcionada en algunos sistemas. Además, otros sistemas pueden incluir tres o más fuentes de polímero. Más aún, aunque solamente una única extrusora 96 es representada, debe ser entendido que el sistema 90 puede incluir algún sistema de extrusión o aparato capaz de suministrar el polímero o polímeros deseados a la boquilla 98 de conformidad con la presente invención. El sistema 90 además incluye un aparato lubricante 97 operablemente sujetado a la boquilla 98 para suministrar lubricante a la boquilla de acuerdo con los principios de la presente invención. En algunos casos, el equipo lubricante 97 puede estar en la forma de una fuente de polímero lubricante y aparato de extrusión. También representadas con respecto al sistema 90 están dos fibras 40 siendo extruídas desde la boquilla 98. Aunque dos fibras 40 son representadas, debe ser entendido que únicamente una fibra puede ser producida en algunos sistemas, mientras otros sistemas pueden producir tres o más fibras de polímero al mismo tiempo. La Figura 6 describe otra modalidad ilustrativa de un orificio de la boquilla que puede ser utilizada de acuerdo con la presente invención. Únicamente una porción del aparato es representada en la Figura 6 para ilustrar una relación posible entre la entrada 114 del orificio de la boquilla 122 y el suministro del lubricante a través del espacio 134 entre la placa de boquilla 110 y la tapa de la placa de boquilla 112. En el aparato representado, el lubricante suministrado por separado del flujo de fusión de polímero es introducido en la entrada 116 del orificio 122 a través del espacio 134. El flujo de fusión de polímero por si mismo es suministrado a la entrada 116 del orificio de la boquilla 122 a través del conducto de suministro de polímero 120 en la tapa de la placa de boquilla 112. Otra relación opcional representada en el aparato ilustrativo de la Figura 6 es el tamaño relativo de la entrada 114 del orificio de la boquilla 122 al ser comparado con el tamaño de la abertura 116 dirigiéndose desde el conducto de suministro de polímero 120 a la entrada 114. Puede ser preferido que el área seccional transversa de la abertura 116 sea menor que el área seccional transversal de la entrada 114 al orificio de la boquilla 122. Como es usado aquí, el "área seccional transversal" de las aberturas es determinada en un plano generalmente transverso al eje longitudinal 111 (el cual es, preferiblemente, la dirección a lo largo de la cual el flujo de fusión de polímero se mueve a través del conducto de suministro de polímero y el orificio de la boquilla 122) . La Figura 7 representa aún otro aparato posible que puede ser utilizado de acuerdo con la presente invención. La Figura 7 es una vista plana extendida de un orificio de la boquilla 222 tomada desde arriba de la placa de boquilla 210 (en una vista similar a la que se ilustra en la Figura 4) . La entrada 216 al orificio de la boquilla 222 es representada junto con la salida 226 del orificio de la boquilla 222. Una diferencia entre el diseño representado en la Figura 7 y aquel representado en las ilustraciones previas es que el lubricante es suministrado al orificio de la boquilla 222 a través de múltiples aberturas formadas al extremo de los canales 234a, 234b y 234c. Esto en contraste con la ranura continúa formada por el espacio entre la placa de boquilla y la tapa de la placa de boquilla en las modalidades descritas anteriormente.

Aunque tres aberturas para suministrar lubricantes son representadas, debe ser entendido que solamente dos y más de tres de esas aberturas pueden ser proporcionadas . La Figura 8 representa un flujo de la corriente de fusión de polímero 40 y un lubricante 42 de la salida 26 de una boquilla de conformidad con la presente invención. El flujo de fusión de polímero 40 y el lubricante 42 están mostrados en la sección transversal, representando el lubricante 42 en la superficie exterior 41 del flujo de fusión de polímero 40. Puede ser preferido que el lubricante sea proporcionado sobre la superficie exterior completa 41 de tal forma que el lubricante 42 se localice entre el flujo de fusión de polímero 40 y la superficie interior 23 del orificio de la boquilla. Aunque el lubricante 42 es representado sobre la superficie exterior 41 del flujo de fusión de polímero 40 entonces el flujo de fusión de polímero 40 ha dejado la salida del orificio 26, debe ser entendido que, en algunos casos, el lubricante 42 salga por la salida de la boquilla 26. La eliminación del lubricante 42 puede ser ya sea activa o pasiva. La eliminación pasiva del lubricante 42 puede involucrar, por ejemplo, evaporación, gravedad o adsorbentes. Por ejemplo, en algunos casos, la temperatura del lubricante 42 y/o el flujo de fusión de polímero 40 puede ser lo suficientemente alta para causar que el lubricante 42 se evapore sin alguna acción adicional después de salir por la salida de la boquilla 26. En otros casos, el lubricante puede ser activamente removido del flujo de fusión de polímero 40 utilizando, por ejemplo, agua u otro solvente, chorros de aire, etc. Dependiendo de la composición del lubricante 42, una porción del lubricante 42 puede permanecer sobre la superficie exterior 41 del flujo de fusión de polímero 40. Por ejemplo, en algún caso el lubricante 42 puede ser una composición de dos o mas componentes, tales como uno o mas transportadores y uno o mas de otros componentes . Los transportadores pueden ser, por ejemplo, un solvente (agua, aceite mineral, etc.) que es removido activa o pasivamente, dejando uno o más de otros componentes en su lugar sobre la superficie exterior 41 del flujo de fusión de polímero 40. En otras situaciones, el lubricante 42 puede ser retenido sobre la superficie exterior 41 del flujo de fusión de polímero 40. Por ejemplo, el lubricante 42 puede ser un polímero con una viscosidad que es lo suficientemente baja en relación a la viscosidad del flujo de fusión de polímero 40 de tal forma que pueda funcionar como un lubricante durante la extrusión. Ejemplos de polímeros potencialmente apropiados que pueden también funcionar como lubricantes pueden incluir, por ejemplo, alcoholes polivinilos, polipropileno de alto índice de fluidez, polietilenos, etc. A pesar de si el lubricante 42 es removido de la superficie 41 del flujo de fusión de polímero 40 o no, el lubricante 42 puede actuar como un agente templador para aumentar el índice en el cual el flujo de fusión de polímero 40 se enfría. Tal efecto templador puede ayudar a retener las estructuras en el flujo de fusión de polímero 40 deseadas en particular tales como la orientación dentro del flujo de fusión de polímero 40. Para asistir al templado, puede ser deseable, por ejemplo, proporcionar el lubricante 42 al orificio de la boquilla a una temperatura que es lo suficientemente baja para agilizar el proceso de templado. En otros casos , el enfriamiento por evaporación que puede ser proporcionado utilizando algunos lubricantes puede ser confiado a este para mejorar el templado del flujo de fusión de polímero 40. Por ejemplo, el aceite mineral utilizado como lubricante 42 puede servir para templar una fibra de polipropileno al evaporarse de la superficie del polipropileno (el flujo de fusión de polímero) después de salir por la boquilla. La presente invención puede contar preferiblemente con una diferencia de viscosidad entre los materiales lubricantes y el polímero extruído. La proporción de viscosidad de polímero a un lubricante es de, por ejemplo, de 40:1 ó mas alto, ó 50:1 ó mas, puede preferiblemente ser un factor importante en la selección del lubricante para ser utilizado de acuerdo con los métodos de la presente invención. La química del lubricante puede ser secundaria a su comportamiento reológico. En esta descripción, los materiales tales como el aceite pesado SAE 20, aceite de parafina blanca, y el fluido polidimetil siloxano (PDMS, por sus siglas en inglés) son ejemplos de materiales lubricantes potencialmente apropiados. La siguiente lista no tiene por objetivo ser un límite para los lubricantes candidatos, por ejemplo, otros materiales pueden ser utilizados como lubricantes de acuerdo con la presente invención. Ejemplos ilimitados de aceites inorgánicos y sintéticos pueden incluir aceite mineral, petrolato, hidrocarbonos de cadena ramificada y lineal (y los derivados de los mismos) , parafinas líquidas y ceras de parafina sólida de baja fundición, esteres de ácidos grasos de glicerol, ceras de polietileno, ceras de hidrocarbono, ceras de montana, ceras de amida, monostearato de glicerol. Muchos tipos de aceites y ácido graso derivados de los mismos pueden también ser lubricantes apropiados de acuerdo con la presente invención. Ácidos grasos derivados de aceites pueden ser utilizados, tales como, pero no se limitan a, ácido oleico, ácido linoleico y ácido laurico. Sustitutos de ácidos grasos derivados de aceites pueden ser utilizados, tales como, y no se limitan solo a, oleamida, propil oleato y alcohol de oleilo (puede ser preferido que la volatilidad de tales materiales no sea tan alta para que así se evaporen antes de la extrusión) . Ejemplos de algunos aceites vegetales potenciales apropiados pueden incluir, pero no se limitan a, aceite de hueso de albaricoque, aceite de aguacate, aceite de baobab, aceite de grosella negra, aceite de caléndula, aceite de cannabis, aceite de cañóla, aceite chaulmoogra, aceite de coco, aceite de maíz, aceites de semilla de algodón, aceite de semilla de uva, aceite de avellana, aceite de girasol híbrido, aceite de coco hidrogenado, aceite de semilla de algodón hidrogenado, aceite de hueso de palma hidrogenado, aceite de jojoba, aceite de semilla de kiwi, aceite de nuez de kukui, aceite de nuez de macadamia, aceite de semilla de mango, aceite de semilla de espuma de los prados, aceite de amapola mexicano, aceite de olivo, aceite de hueso de palma, aceite de soya parcialmente hidrogenado, aceite de hueso de durazno, aceite de cacahuate, aceite de pecan, aceite de nuez pistache, aceite de hueso de calabaza, aceite de quinua, aceite de la semilla de cañóla, aceite de fibra de arroz, aceite de cártamo, aceite de camelia fría, aceite de aladierna buckthorn, aceite de sésamo, aceite de mantequilla de shea, aceite de sisymbrium irio, aceite de soya, aceite de semilla de girasol, aceite de nuez y aceite de germinado de trigo. Otros materiales lubricantes potenciales apropiados pueden incluir, por ejemplo, ácidos alifáticos saturados que incluyen ácido hexanoico, ácido caprilico, ácido decanoico, ácido undecanoico, ácido laurico, ácido miristico, ácido palmítico y ácido esteárico, ácidos alifáticos insaturados que incluyen ácido oleico y ácido erucico, ácidos aromáticos que incluyen ácido benzoico, ácido fenil esteárico, ácido polistearico y ácido xilil behenico y otros ácidos que incluyen ácidos carboxílicos ramificados de longitudes de cadena promedio de 6, 9 y 11 carbonos, ácido de aceite alto y ácido rosino, alcoholes primarios saturados que incluyen 1-octanol, nonil alcohol, decil alcohol, 1-decanol, 1-dodecanol, tridecil alcohol, cetil alcohol, y 1-heptadecanol, alcoholes primarios insaturados que incluyen alcohol undecilenico y alcohol de oleilo, alcoholes secundarios que incluyen 2-octanol, 2-undecanol, dinonil carbinol y diundecil carbinol y alcoholes aromáticos que incluyen 1-fenil etanol, 1-fenil-l-pentanol , nonil fenil, alcohol fenil esteárico, y 1 naftol . Otros compuestos que contienen hidroxil potencialmente útiles pueden incluir éteres de polioxietileno de alcohol de oleilo y un glicol de polipropileno que tiene un número promedio de peso molecular de aproximadamente 400. Adicionalmente líquidos potencialmente útiles pueden incluir alcoholes cíclicos tales como 4, t- butil ciclohexanol y metanol, aldehidos que incluyen salicil aldehido, aminas primarias tales como la octilamina, tetradecilamina y hexadecilamina, aminas secundarias tales como la amina bis- (l-etil-3-metil pentil) y aminas etoxiladas que incluyen N-lauril dietanolamina, N-sebo dietanol- amina, N-estearil dietanolamina y N-coco dietanolamina . Materiales lubricantes adicionales potenciales útiles pueden incluir aminas aromáticas tales como la N- sec-butilanilina, dodecilanilina, N,N-dimetilanilina, N,N-dietilanilina, p-toluidina, N-etil-o-toluidina, difenilamina y aminodifenilmetano, diaminas que incluyen N-erucil-1, 3-propano diamina y 1, 8-diamino-p-metano. Otras aminas que incluyen tetramianas ramificadas y ciclodecilamina, amidas que incluyen cocoamida, amida de sebo hidrogenada, octadecilamida, eruciamida, N,N-dietil toluamida y N-trimetilopropano estearamida, esteres alifáticos saturados que incluyen metil caprilato, etil laurato, isopropil miristato, etil palmitato, isopropil palmitato, metil estearato, isobutil estearato y tricel estearato, esteres insaturados que incluyen estearil acrilato, butil undecilenato y butil oleato, esteres alcoxi que incluyen butoxietil estearato y butoxietil oleato, esteres aromáticos cjue incluyen estearato de vinil fenil, estearato isobutil fenil, estearato tridecil fenil, metil benzoato, etil benzoato, butil benzoato, benzil benzoato, fenil laurato, fenil salicilato, metil salicilato y benzil acetato y diésteres que incluyen diestearato dimetil fenileno, dietil ftalato, dibutil ftalato, diisooctil ftalato, adipato de dicrapilo, sebacato de dibutilo, sebacato de dihexilo, diisooctil sebacato, sebacato de dicrapilo, y dioctil maleato. Aún otros mas materiales lubricantes potencialmente apropiados pueden incluir esteres de polietileno glicol que incluyen polietileno glicol ( el cual preferiblemente tiene un número de peso molecular promedio de aproximadamente 400) , difenilestearato, esteres polihidroxilicos que incluyen aceite de ricino (triglicérido) monostearato de glicerol, monooleato de glicerol, glicol diestearato glicerol dioleato y trimetilol propano monofenilstearato, éteres que incluyen difenil éter y benzil éter, compuestos halogenados que incluyen hexaclorociclopentadieno, octabromobifenilo, óxido de decabromobifenilo y 4-bromodifenilo éter, hidrocarbones que incluyen 1-noneno, 2-noneno, 2-undecano, 2-heptadecano, 2-nonadecano, 3-eicosano, 9-nonadecano, difenilmetano, trifenilmetano y trans-stilbeno, cetonas alifáticas que incluyen 2-heptanona, metil nonil cetona, 6-undecanona, metilundecil cetona, 6-tridecanona, 8-pentadecanona, 11-pentadecanona, 2-heptadecanona, 8-heptadecanona, metil heptadecil cetona, dinonil cetona y diestearil cetona, cetonas aromáticas que incluyen acetofenona y benzofenona y otras cetonas que incluyen xantona. Aún mas lubricantes potencialmente útiles pueden incluir compuestos fosforosos que incluyen trixilenil fosfato, polisiloxanos, jacinto Muget (An Merigenaebler, Inc.), Terpineol Prime No.l (Givaudan-DElawanna, Inc) , Bath Oil Fragante #5864 K (Internacional FLavor & Fragante, Inc) , Phosclere P315C (organofosfito) , Posclere P576 (organofosfito) nonil fenol estirenado, quinolina y quinalidina. Aceites con calidad emulsificante pueden también potencialmente ser usados como materiales lubricantes, tales como, pero no limitados a, aceite de pata de buey, aceite de semilla de neem, aceite de ricino hidrogenado PEG-5, aceite de ricino hidrogenado PEG-40, aceite de ricino hidrogenado PEG-20 modificado con isoestearato, aceite de ricino hidrogenado PEG-40 modificado con isoestearato, aceite de ricino hidrogenado PEG-40 modificado con laurato, aceite de ricino hidrogenado PEG-50 modificado con laurato, aceite de ricino hidrogenado PEG-5 modificado con triisoestearato, aceite de ricino hidrogenado PEG-20 modificado con triisoestearato, aceite de ricino hidrogenado PEG-40 modificado con triisoestearato, aceite de ricino hidrogenado PEG-50 modificado con triisoestearato, aceite de jojoba PEG-40, aceite de olivo PEG-7, aceite de ricino hidrogenado PPG-3, aceite de lanolina PPG-12-PEG-65, aceite de visón hidrogenado, aceite de olivo hidrogenado, aceite de lanolina, maleato de aceite de soya, aceite de rosa mosqueta, aceite de nuez de anacardo, aceite de ricino, aceite de rosa de castilla canina, aceite de emú, aceite de primarosa de noche, aceite de camelina. MÉTODOS DE PRUEBA ÍNDICE DE FLUJO DE MASA El índice de flujo de masa fue medido por un método gravimétrico básico. La mezcla extruída saliente fue capturada en una bandeja de aluminio prepesada por un periodo de 80 segundos. La diferencia entre el peso total y el peso de la bandeja fue medido en gramos y es reportado en gramos/minuto en la Tabla 1. ÍNDICE DE FLUJO DE FUSIÓN (MFI) El índice de flujo de fusión de los polímeros fue medido de conformidad con ASTM D1238 con las condiciones especificadas para el tipo de polímero dado. EJEMPLO 1. Una fibra polimérica fue producida utilizando un aparato similar al mostrado en la Figura 5. Un único orificio de la boquilla como es mostrado en la FIG. 6 fue utilizado. El orificio de la boquilla era circular y tenía un diámetro de entrada de 1.68mm, un diámetro de salida de 0.76 mm, una longitud de 12.7 mm y una figura semi-hiperbólica definida por la ecuación: rz = [0.00140625/( (0.625*z) +0.0625) ]~0.5 (9) donde z es la ubicación a lo largo del eje del orificio al ser medido desde la entrada y rz es el radio en la ubicación z. Un homopolímero de polipropileno (FINAPRO 5660, 9.0 MFI, Atofina Petrochemical Co., Houston, TX) fue extruído con un tornillo extrusor sencillo de 3.175 cm (30:1 L/D) utilizando un perfil de temperatura de barril de 1772 C-232e C-2462 C y una bomba de engranajes en línea ZENITH (1.6 centímetros cúbicos/revolución (cc/rev)) fijado a 19.1 RPM. La temperatura de la boquilla y la temperatura de fundido fueron de aproximadamente 220s C. El aceite mineral blanco #31 de Chevron SUPERLA como un lubricante fue suministrado a la entrada de la boquilla utilizando una segunda bomba de engranajes ZENITH (0.16 cc/rv) fijada a 30 RPM. La presión del polímero fundido y el correspondiente índice de flujo de masa de la mezcla extruída son mostrados abajo en la Tabla 1. El transductor de presión para el polímero fue colocado en el bloque de alimentación apenas por encima de la boquilla en el punto donde el polímero fue introducido en la boquilla. El transductor de presión del lubricante fue colocado en la línea de alimentación de suministro de lubricante antes de su introducción en la boquilla. Una muestra de control fue también ejecutada sin el uso de lubricante. EJEMPLO 2 Una fibra polimérica fue producida como en el ejemplo 1, a excepción de que una boquilla similar a la que se muestra en la Figura 2 fue utilizada. El orificio de la boquilla tenía un perfil circular con un diámetro en la entrada de 6.35mm, un diámetro en la salida de 0.76 mm, una longitud de 10.16 mm y una forma semi-hiperbólica definida por la Ecuación (8) como se describe aquí . La presión del polímero fundido y el índice de flujo de masa de correspondiente la mezcla extruída son mostrados abajo en la Tabla 1 con y sin lubricante. EJEMPLO 3 Una fibra polimérica fue producida como en el ejemplo 1, a excepción de que una boquilla similar a la que se muestra en la Figura 2 fue utilizada. El orificio de la boquilla tenia un perfil circular con un diámetro en la entrada de 6.35mm, un diámetro en la salida de 0.51 mm, una longitud de 12.7 mm y una forma semi-hiperbólica definida por la Ecuación (8) . El poliuretano (PS440-200 Huntsman Chemical, Salt Lake City, UT) fue utilizado para formar la fibra. El polímero fue suministrado con un tornillo extrusor sencillo de 3.81 cm (30:1 L/D) utilizando un perfil de temperatura de barril de 177S C-232a C-2462 C y una bomba de engranajes en línea ZENITH (1.6 centímetros cúbicos/revolución (cc/rev)) fijado a 19.1 RPM. La temperatura de la boquilla y la temperatura de fundido fueron de aproximadamente 215e C. El aceite mineral blanco #31 de Chevron SUPERLA como un lubricante fue suministrado a la entrada de la boquilla por medio de dos bombas de engranaje en series controladas a 99 RPM y 77 RPM respectivamente. La presión del polímero fundido y el índice de masa de flujo de la mezcla extruída son mostrados abajo en la Tabla 1. Una muestra de control fue también ejecutada sin el uso de lubricante.

Tabla 1 La Tabla 1 muestra que a presiones de fundido similares, se pueden obtener índices de flujo de masa considerablemente mas altos usando el proceso de la invención (Ejemplo 1) , y a índices de flujo de masa similares, el polímero puede ser extruído significativamente a presionas mas bajas (Ejemplo 2) . Como se ha mostrado en el Ejemplo 3, la presión de fundido puede ser importantemente reducida y el índice de flujo de masa considerablemente incrementado simultáneamente cuando se usa este proceso de la invención. Como es utilizado aquí y en las reivindicaciones agregadas, las formas singulares "un", "y", y "la", incluyen referencias plurales a menos que el contexto claramente dicte lo contrario. De esa manera, por ejemplo, la referencia a "una fibra" puede incluir una pluralidad de fibras y la referencia a "el orificio" puede abarcar uno o más orificios y equivalentes de los mismos sabido por aquellas personas experimentadas en la técnica.

Modalidades ilustrativas de esta invención son discutidas y se ha hecho la referencia a posibles variaciones dentro del ámbito de esta invención. Estas y otras variaciones y modificaciones de la invención serán aparentes para aquellas personas experimentadas en la técnica sin desviarse del ámbito de la invención, y debe ser entendido que esta invención no esta limitada a las modalidades ilustrativas como se muestran aquí. Por consiguiente, la invención se limitara solo por las reivindicaciones proporcionadas abajo y equivalentes de las mismas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
2. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones. 1. Un método de elaboración de una fibra polimérica, el método caracterizado porque comprende: pasar un flujo de fusión polímero a través de un orificio ubicado dentro de una boquilla, en donde el orificio comprende una entrada, una salida y una superficie interior que se extiende desde la entrada hasta la salida, en donde el orificio comprende un orificio semihiperbólico convergente, y en donde el flujo de fusión de polímero entra por el orificio de la entrada y sale del orificio de la salida; - suministrar lubricante al orificio por separado desde el flujo de fusión de polímero, en donde el lubricante es introducido a la entrada del orificio, y; - recolectar una fibra que incluye el flujo de fusión de polímero después de que el flujo de fusión de polímero sale por la salida del orificio. 2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero es suministrado a la entrada del orificio a través de una abertura que comprende de un área seccional transversa más pequeña que el área seccional transversa de la entrada del orificio .
3. 3. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el suministro de lubricante comprende suministrar el lubricante a través de una ranura continua formada sobre la entrada del orificio.
4. 4. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el lubricante se evapora del flujo de fusión de polímero después de que el flujo de fusión de polímero sale por la salida del orificio de tal forma que la fibra esté considerablemente libre de lubricante.
5. 5. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el lubricante comprende de dos o más componentes al ser suministrado por la entrada del orificio, y además en donde uno o mas de los componentes se evaporan del flujo de fusión de polímero después de que el flujo de fusión de polímero sale por la salida del orificio y uno o mas de los componentes permanece sobre la fibra.
6. 6. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero comprende uno o mas polímeros, y en donde todos de uno o mas polímeros comprenden de un índice de flujo de fusión de 10 o menos medido a las condiciones especificadas para uno o mas polímeros.
7. 7. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero consiste esencialmente de un polímero con un índice de flujo de fusión de 10 o menos medido a las condiciones especificadas por el polímero.
8. 8. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque, cuando el orificio comprende una salida con un área seccional transversa de 0.5 mm2 y el flujo de fusión de polímero es suministrado a la entrada del orificio a una presión de 30 megapascales o menos, el flujo de fusión de polímero pasa a través del orificio a un índice de flujo de masa de 10 gramos/minuto o más.
9. 9. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque la boquilla comprende de una pluralidad de orificios, y en donde el método además comprende suministrar el lubricante independientemente a cada orificio de la pluralidad de orificios.
10. 10. Un método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque además comprende un flujo equilibrado del lubricante entre la pluralidad de orificios.
11. 11. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque la colección de fibras comprende jalar la fibra, en donde la fibra es elongada durante la tracción. 12 Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque la temperatura promedio del flujo de fusión de polímero que pasa por la entrada del orificio está dentro de los límites de 10 grados Celsius o menos por encima de una temperatura de procesamiento de fusión del flujo de fusión de polímero. 13. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizado porque la temperatura promedio del flujo de fusión de polímero esta a, o es inferior a la temperatura de procesamiento de fusión del flujo de fusión de polímero antes de que el flujo de fusión de polímero salga por la salida del orificio. 14. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero comprende uno o más polímeros amorfos. 15. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero consiste esencialmente de uno o más polímeros amorfos. 16. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero comprende de un flujo de fusión de polímero multifase. 17. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque el flujo de fusión de polímero consiste esencialmente de un flujo de fusión de polímero multifase.