PT96353A

PT96353A - Processo e aparelho para a fiacao de filamentos de dois componentes

Info

Publication number: PT96353A
Application number: PT96353A
Authority: PT
Inventors: Barrie Linton Davies
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1992-09-30
Also published as: IE904617A1; JP2568314B2; EP0434448A3; DE69009424D1; ATE106461T1; DE69009424T2; EP0434448B1; EP0434448A2; JPH03294509A; ES2055347T3; CA2030311A1; DK0434448T3

Description

71 878 F-8G83 -2 MEMÓRIA DESCRITIVft

Este invento refere-se a um processo e aparelho para a fiação de filamentos de dois componentes e os produtos aperfeiçoados produzidos pelos mesmos. Além disso, este invento refere-se a um processo e aparelho para fiação de filamentos aperfeiçoados de dois componentes numa relação bainha/núcleo concêntrica ou excêntrica.

Antecedentes

Filamentos de dois componentes com a configuração de bainha/núcleo são bem conhecidos, e uma variedade de conjuntos de fiação e de fieiras têm sido utilizados na produção de tais filamentos. Uma unidade de fiação convencional envolve a alimentação do material que forma a bainha para os orifícios da fieira numa direcção perpendicular aos orifícios, e a injecção do material que forma o núcleo dentro do material que forma a bainha à medida que ele flui através dos orifícios da fieira.

Uma unidade de fiação de dois componentes está descrita na patente dos Estados Unidos 4 406 850, por meio da qual o polímero de bainha fundido é escoado em fluxo de fita através das partes, semelhantes a ranhuras rebaixadas, da superfície de topo da fieira colocada entre as filas das entradas em relevo do núcleo da fieira. A patente U.S. 4 251 200 descreve também uma unidade de fiação de dois componentes que compreende uma placa de fieira e uma placa distribuidora espaçadas entre si, tendo a placa distribuidora uma abertura oposta a cada orifício da placa fieira e uma saliência semelhante a um planalto que se estende à volta do eixo comum da abertura e do orifício de extrúsão. Adicionalmente, a unidade inclui uma placa de orifícios para restringir a entrada ao orifício. A concentricidade das capilaridades do núcleo e da bainha nas unidades de fiação da arte anterior, como acima descrito e noutras unidades de fiação não é satisfatória. É difícil posicionar correctamente a placa distribuidora e a fieira das unidades da arte anterior de modo a obter-se o alinhamento correcto do distribuidor e das passagens de fluxo e do controlo 71 878 F-8083 -3-

da queda de pressão de modo a produzir fibras de dois componentes de núcleo/bainha de secção transversal uniforme. É característica das unidades de fiação da arte anterior, como exemplificado pelas referências citadas, a folga entre a superficie de saída do distribuidor e a superfície de entrada da fieira ser fixa. Assim, se a viscosidade do polímero de bainha varia ou se a razão entre o núcleo e a bainha altera, é perdido o controlo da queda de pressão nas unidades da arte anterior. É necessário controlar a queda de pressão do polímero de bainha adjacente ã entrada da fieira, como será explicado mais tarde, para obter fibras de dois componentes consistentes de filamento a filamento.

Além disso, naquelas unidades de fiação onde a folga anular entre o distribuidor e a fieira é fixa, a pressão do polímero é suficiente ãs vezes para arquear a fieira para fora do distribuidor, abrindo por meio disso a folga e alterando a queda. de pressão. As passagens de saída e entrada do distribuidor e fieira, respectivamente, mais perto do centro e da fonte do polímero de bainha terão folgas maiores e as mais afastadas do centro terão a folga mais estreita. 0 polímero de bainha fluirá preferencialmente para as passagens interiores, proporcionando uma fraca uniformidade do filamento de dois componentes. 0 invento 0 invento proporciona um processo aperfeiçoado e aparelho para a produção de filamentos aperfeiçoados de dois componentes de bainha/núcleo com secção transversal uniforme, por meio do qual a unidade do conjunto de fiação pode ser facilmente ajustada, para compensar a mudança na viscosidade do polímero de bainha e a mudança no fluxo do polímero, e o fluxo do polímero de bainha para cada passagem de fluxo do polímero de núcleo na fieira pode ser controlado separadamente.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma concretização da unidade de conjunto de fiar do invento. A figura 2 é um ' çorté vertical de uma unidade de

F-8083 distribuidor/calço/fieira de passagem múltipla. A figura 3 é um corte vertical de uma unidade de distribuidor /calço/fieira para produzir filamentos de dois componentes concêntricos. A figura 4 é um corte vertical de uma unidade de distribuidor /calço/fieira para produzir filamentos de dois componentes excêntricos. A figura 5 é um corte vertical de uma unidade de distribuidor /calço/fieira para produzir filamentos de dois componentes de secção transversal não circular.

Descrição de Concretizações Preferidas

Referindo os desenhos anexos e mais especificamente à figura 1, uma unidade de conjunto de fiar filamentos de dois componentes pode ser fabricada a partir de um distribuidor 10, um calço 11 e uma fieira 12. 0 distribuidor 10 é colocado de modo a receber um polímero de bainha extrusado em fusão ou um polímero de bainha em solução através de um canal 13 e um polímero de núcleo extrusado em fusão ou um polímero de núcleo em solução através do canal 14. Cada um dos polímeros de bainha e de núcleo são passados aos respectivos canais 13 e 14 por meios convencionais de extrusão em fusão, bomba e filtro, não representados aqui. 0 distribuidor 10 funciona de modo a converter o polímero de núcleo em filamentos e canalizar o fluxo do polímero de bainha para a fieira 12. 0 polímero de núcleo é bombeado através de passagens múltiplas 16 para a superfície inferior uniforme do distribuidor 10. As passagens 16 podem estar dispostas em qualquer número de filas ou colunas dependendo da sua dimensão, da viscosidade do polímero de núcleo, da extensão das passagens 16 e das características do fluxo do polímero de núcleo particular. 0 fundo de cada passagem 16 é cónico para proporcionar um filamento de núcleo do diâmetro desejado. Contudo para não estar limitado a isso, a densidade das passagens 16 no distribuidor 10 quando, por exemplo, o polímero de núcleo é tereftalato de polietileno fundido e o diâmetro da passagem de saída é da gama de 0,1 milímetros (mm) a 1,0 mm, podem ser de 71 878 F-8083 -5 sp ,/"· ''JaassaaBBb

ri-- ,M modo que cada passagem utiliza 10 mm2 da área da fieira. 0 polímero de bainha que flui através do canal 13 é bombeado para as passagens 17 e através das passagens 17 para a fieira 12. Contudo para não estar limitada a isso, as passagens 17 são preferivelmente colocadas axialmente no distribuidor 10,de modo que o polímero de bainha fluirá radial e exteriormente através das passagens de saída 17 em direcção às entradas das passagens 22.

Um calço 11, é colocado entre o distribuidor 10 e a fieira 12 e é mantido fixo em relação ao distribuidor 10 e ã fieira 12 por parafusos 19 que engatam os rebaixos roscados no distribuidor 10. 0 distribuidor 10 e a fieira 12 são posicionados relativamente pelos pinos de encaixe 18. Para superar o arqueamento e a separação do distribuidor 10 e da fieira 12, os quais podem ocorrer no funcionamento das unidades de conjuntos de fiar convencionais, foi colocado um anel de parafusos 10 no centro da unidade, como mostrado na figura 2. 0 calço pode ser fabricado a partir de uma variedade de materiais,tal como aço inoxidável ou latão, sendo o aço inoxidável preferido. O calço pode ser construído como uma unidade única ou em duas peças separadas, interior e exterior. 0 número e a colocação dos parafusos 19 é de modo a controlar a deflexão, preferivelmente para limitar a deflexão para menos do que 0,002 mm, O calço 11 deve ter espessura substancialmente constante, tendo preferivelmente uma variação de espessura de menos do que 0,002 mm e as aberturas circulares 21 devem estar em alinhamento apropriado com as passagens 16 do distribuidor e as passagens 22 da fieira. Os calços 11 com espessuras diferentes, que variam normalmente de 0,025 a 0,50 mm, são utilizados para regular as mudanças na viscosidade do polímero de bainha, as mudanças no fluxo do polímero ou para mudar a queda de pressão como será explicado mais tarde. 0 topo liso da superfície uniforme da fieira 12 é rebaixado, proporcionando um canal 23 para o fluxo do polímero de bainha para cada passagem 22. As partes circulares em relevo ou botões 71 878 F-8083 6-

c

24 rodeiam cada passagem 22. As partes em relevo ou botões 24 projectam-se para cima a partir do canal 23 para uma altura que é igual à da superficie de topo 25 da fieira 12. A velocidade do fluxo externo do polímero de bainha através do canal 23 e sobre os botões 24*para as passagens 22,é um resultado da queda de pressão, determinada pela espessura do calço 11. A queda de pressão é inversamente proporcional ao cubo da altura da folga 26 entre o distribuidor 10 e a fieira 12. 0 controlo preciso desta altura da folga é efectuado pelo calço 11 e mantido pelo círculo interior dos parafusos 19. A profundidade dos rebaixos do canal 23 é seleccionada de modo a proporcionar uma queda de pressão baixa (normalmente 13,79 a 34,47 kPa) radialmente através do topo da fieira. A espessura do calço é seleccionada para proporcionar normalmente uma queda de pressão de 689,476 kPa, 6894,76 kPa através dos botões em relevo 24,

Como será evidente a partir dos desenhos anexos, cada passagem 22 deve estar em alinhamento concêntrico com a sua correspondente passagem 16. 0 polímero de núcleo flui através das passagens 16 e das passagens 22, saindo da fieira 12 como o núcleo de uma fibra de dois componentes. 0 polímero de bainha flui através das passagens 17, do canal 23 e da folga 26, para formar uma bainha à volta do filamento do polímero de núcleo, produzindo a fibra de dois componentes acima mencionada. 0 eixo central da passagem 16 do distribuidor estaria dentro de um circulo que tem um raio menor do que 200 micron, preferivelmente menor do que 50 micron a partir do eixo central do diâmetro interno oposto da fieira. A produção de fibras de dois componentes concêntricos está representada adicionalmente na figura 3. 0 calço 11 é colocado para provocar que o polímero de bainha 31 flua através do canal 23, sobre os botões 24, e através da folga 26 dentro do canal 22, formando uma bainha concêntrica à volta do polímero de núcleo 30, como mostrado. A produção das fibras excêntricas de bainha/núcleo está representada na figura 4. Os orifícios do calço 11 estão 71 873 F-8083 -7-

colocados de modo a restringir o fluxo do polímero de bainha 33 da maneira representada- ft secção transversal excêntrica do filamento de dois componentes produzido está também representada na figura 4. fi figura 5 representa uma unidade de fieira utilizada para produzir fibras de dois componentes de bainha/núcleo, em que o núcleo tem uma secção transversal não circular, Como mostrado, o polímero de núcleo passa através da passagem 16 do distribuidor para um calço do perfil de núcleo 36 que contém uma passagem 37, que tem uma secção transversal em forma de Y, 0 polímero de núcleo flui através do calço de perfil de núcleo 36 para a passagem 22, da maneira anteriormente descrita. O polímero de bainha passa para a passagem 22 da maneira anteriormente descrita e é produzida uma fibra de dois componentes que tem uma bainha 39 e um núcleo 38.

Os filamentos de dois componentes de bainha/núcleo produzidos pela unidade de fieira do invento têm secção transversal uniforme de filamento a filamento. 0 núcleo e a bainha de cada filamento terão substancialmente o mesmo formato em secção transversal e a mesma área. Preferivelmente, o coeficiente de variabilidade do diâmetro para as fibras de dois componentes deste invento será menor do que 2,50%, baseado nas medidas do diâmetro de, pelo menos, vinte e cinco filamentos produzidos simultaneamente. 0 coeficiente de variabilidade (CV) é determinado por:

Desvio padrão do diâmetro do filamento CV _ -- x ioo

Diâmetro médio do filamento 0 coeficiente de variabilidade da excentricidade para vinte e cinco filamentos de dois componentes concêntricos do invento, produzidos simultaneamente, será preferivelmente menor do que 1,0¾. 0 coeficiente de variabilidade da excentricidade (ECV) é determinado pela seguinte relação:

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Deslocamento do centro do núcleo ECV = -- x 100

Diâmetro dos filamentos de dois componentes

Normalmente, o coeficiente de variabilidade do diâmetro dos filamentos de dois componentes de bainha/núcleo produzidos comercialmente excederá os 4,5¾ e o coeficiente de variabilidade da excentricidade dos filamentos de dois componentes de bainha/ /núcleo concêntricos excederá os 6,00¾. 0 invento será descrito mais adiante, no que se refere à produção de fibras de dois componentes de bainha/núcleo, em que o polímero de bainha compreende uma mistura de polietileno fundido como descrito mais adiante e o polímero de núcleo compreende um tereftalato de polietileno fundido, contudo será entendido pelos peritos na arte que poderiam ser utilizados outros polímeros de bainha e de núcleo.

Um polietileno de alta densidade misturado com anidrido maleico foi preparado de acordo com o procedimento da patente dos Estados Unidos 4 684 576, sendo a descrição dessa patente aqui incorporada por referência. A resina de polietileno de alta densidade tinha um valor do fluxo de fusão (MFV) de 25 g/10 min a 190°C [ASTMD - 1238(E)] e uma densidade de 0,955 g/cc (ASTM D 792) antes da extrusão. Depois da extrusão o seu MFV medido foi de 15 g/10 min. Este produto foi misturado com uma resina de polietileno linear de baixa densidade que tinha um MFV de 18 g/10 min a 190°C, de modo que o conteúdo percentual do peso do anidrido maleico da mistura estava entre 0,09 - 0,12 por cento. A mistura de polímero foi utilizada depois como polímero de bainha, nos exemplos seguintes, tinha um MFV de 16 g/10 min a 190°C e uma densidade de 0,932 g/cc. 0 polímero de núcleo dos exemplos seguintes foi um tereftalato de polietileno tendo uma viscosidade intrínseca (ASTM D 2857) de 0,645.

EXEMPLO I A unidade de fieira da figura 1 tendo os diâmetros dos orifícios da fieira de 0,374 mm foi utilizada para fiar filamentos de dois componentes de bainha/núcleo concêntricos com -9- 71 878 F-8083 razões percentuais entre o peso do núcleo e o da bainha de 60:40 (passagem 1), 70:30 (passagem 2) e 80:20 (passagem 3). 0 polímero de bainha fundido foi passado pelas passagens 17 a uma temperatura de 275°C. 0 polímero de núcleo fundido foi passado pelas passagens 16 a uma temperatura de 275°C. A passagem total por orifício de fieira foi respectivamente de 0,852, 0,903 e 0,935 g/min.

Os filamentos de dois componentes foram extraídos para o ar a 30°C e torcidos a uma velocidade de 466,6 s-1. Os filamentos resultante foram estirados a uma razão de estiragem de 3,0 a 60°C e enrugados núma caixa de estofo convencional. Depois de estirados e curados a quente a 90°C, os filamentos foram cortados em fibras de comprimento de 38,1 mm e as propriedades são mostradas abaixo na tabela I.

TABELA I

Denier por Tensão no alon Enrugamento filamento % de alon- gamento especi por 25,4 mm ¾ de enruga- (DPF) Tenacidade gamento ficado (10¾) (CPI) Dureza mento Passa (ASTH - (ASTH - (ftSTH - (ASTH - (ASTM - (ASTH - (ASTH - 98| D-2101-82T D-2101-82) D-2101-82) D-2102-82) D-3937-82) D-2101-82) D-3937-82) 1 3,14 4,15 41 1,1 14,0 26,6 26,5 2 3,79 3,68 54 0,8 11,4 27,0 28,5 3 3,95 3,60 65 0,8 13,9 28,8 25,5 A unidade de fieira do invento pode ser utilizada para produzir filamentos de dois elementos fiados de uma solução. Ajustando as dimensões do conjunto e as viscosidades da solução de polímero, podiam ser produzidos filamentos de dois elementos de, por exemplo, acetato de celulose e viscose.

Os princípios, as concretizações preferidas e os modos de funcionamento do presente invento foram descritos na descrição anterior. Todavia, o invento que se pretende proteger aqui, não é para ser interpretado como limitado às formas particulares descritas,visto que elas são para ser vistas como ilustrativas e não como restrictivas. Podem ser feitas variações e alterações pelos peritos na arte sem sair do espirito do invento.

Claims

71 878 F-8083 -10- REIVINDICAC5ES 1 - Conjunto de fieiras de filamentos para a produção de filamentos de dois componentes de bainha/núcleo, o qual compreende um distribuidor que tem uma pluralidade de passagens espaçadas de fluxo do polímero de núcleo e passagens múltiplas de fluxo do polímero de bainha, o qual tem uma fieira com uma pluralidade de passagens espaçadas de fluxo do polímero de núcleo e passagens múltiplas de fluxo do polímero de bainha, estando cada uma das ditas passagens da fieira do polímero de núcleo em alinhamento axial com o orifício de saída da respectiva passagem distribuidora do fluxo de núcleo, meios de fornecimento do polímero de núcleo para ditribuição do polímero pressurizado para a entrada de cada uma das ditas passagens distribuidoras de fluxo do polímero de núcleo, e meios de fornecimento do polímero de bainha para distribuição do polímero de bainha pressurizado, para a entrada de cada uma das ditas passagens de fluxo do polímero de bainha; caracterizado por compreender meios de calço colocados entre a dita fieira e o dito distribuidor para espaçamento da dita fieira do dito distribuidor, e para controlar separadamente o fluxo do polímero de bainha da saída das ditas passagens distribuidoras de fluxo do polímero de bainha, para a entrada de cada dita passagem de fluxo do polímero de núcleo, de fieira.
2 - Conjunto de fieiras de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a superfície superior da fieira que contém as ditas entradas espaçadas de passagem do polímero de núcleo conter também os canais do polímero de bainha, estando os ditos meios de calço colocados para efectuar uma queda de pressão controlada, entre cada um dos ditos canais e entradas de passagem de fluxo de fieira adjacentes.
3 - Conjunto de fieiras de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dito polímero de bainha ser induzido para fluir radial e externamente através dos ditos canais, para cada uma das ditas entradas da fieira de passagem do polímero de núcleo.
4 - Conjunto de fieiras de acordo com a reivindicação 3, 71 878 F-8G83

-11-caracterizado por os ditos meios de enchimento estarem colocados de modo a formar fibras concêntricas de dois componentes de bainha/núcleo.
5 - Conjunto de fieiras de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os ditos meios de enchimento estarem colocados de modo a formar fibras excêntricas de dois componentes de bainha/núcleo.
6 - Conjunto de fieira de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os ditos meios de calço compreenderem um calço superior e um calço inferior e o calço superior adjacente ao dito distribuidor conter uma pluralidade de passagens espaçadas de fluxo do polímero de núcleo em alinhamento axial espaçado com a pluralidade das ditas passagens espaçadas de fluxo do polímero de núcleo do distribuidor, e por cada uma das ditas passagens de fluxo do polímero de núcleo espaçadas por calço ter uma secção transversal que é diferente da secção transversal de cada uma das ditas passagens de fluxo do polímero de núcleo do distribuidor.
7 - Processo de fiação por fusão de fibras de dois componentes bainha/núcleo, caracterizado por compreender a passagem de correntes múltiplas de polímero de núcleo fundido a partir das passagens de fluxo do distribuidor através das múltiplas passagens paralelas de fluxo da fieira, em alinhamento axial respectivo com as ditas passagens múltiplas de fluxo, do distribuidor, a passagem do polímero de bainha fundido pressurizado através dos canais posicionados na superfície superior da dita fieira e circundando as entradas das ditas passagens de fluxo da fieira, e a direcção do dito polímero de bainha, para fluir a partir dos ditos canais para dentro de cada uma dastditas passagens de fluxo da fieira e cada uma das correntes de polímero de núcleo a uma queda de pressão controlada.
8 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o dito polímero de bainha ser feito fluir radialmente para fora através dos ditos canais, para cada um dos ditos orifícios de entrada de passagem do núcleo da fieira.
9 - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado 71 878 F-8083 -12

por cada uma das fibras de dois componentes que sai da dita fieira ser um filamento concêntrico de bainha/núcleo.
10 - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por cada uma das fibras de dois componentes que sai da dita fieira ser um filamento excêntrico de bainha/núcleo.
11 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o dito polímero de bainha ser uma poliolefina e o dito polímero núcleo ser um poliéster.
12 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a dita poliolefina ser uma mistura de um polietileno de alta densidade, anidrido maleico enxertado e um polietileno de baixa densidade linear e o dito polímero de núcleo ser um tereftalato de polietileno.
13 - Processo de acordo com qualquer reivindicação 7a 12, caracterizado por serem produzidos simultaneamente filamentos múltiplos de polímero de dois componentes de bainha/múcleo.
14 - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o coeficiente de variabilidade do diâmetro ser menor do que 2,50¾.
15 - Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por cada filamento ser um filamento concêntrico de bainha e núcleo e por o coeficiente de variabilidade de excentricidade ser menor do que 1,00¾.
16 - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o dito polímero de bainha ser uma poliolefina e o dito polímero de núcleo ser um poliéster.
17 - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o dito polímero de bainha ser uma mistura de um polietileno de alta densidade, anidrido maleico enxertado e um polietileno de baixa densidade linear e o dito polímero de núcleo ser um tereftalato de polietileno. -13- 71 878 F-8083 Lisboa,
21. DEZ. 1990 Por HOEGHST CELANESE CORPORATION - O AGENTE OFICIAL -