DE69423264T3

DE69423264T3 - Kern-Mantel-Faser mit hoher thermischer Haftfestigkeit in einem Schmelzspinnsystem

Info

Publication number: DE69423264T3
Application number: DE69423264T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Conyers Coffin; Shiv Conyers Sibal; Rakesh Kumar Conyers Gupta; Kunihiko Conyers Takeuchi; Walter Jack Freeman
Original assignee: FIBERVISIONS DELAWARE LT LPA; Fibervisions Lp (a Delaware Ltd Partnership) Wilmington
Current assignee: FIBERVISIONS, L.P. (A DELAWARE LIMITED PARTNERSHIP
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: EP0630996A3; CN1065293C; RU94021648A; DE69423264T2; US6116883A; KR950000500A; KR100382441B1; US5705119A; EP0630996B2; ES2142910T3; FI943072A0; ZA944566B; CA2125016A1; DK0630996T3; EP0630996B1; JPH0711508A; DK0630996T4; CA2125016C; TW252159B; FI113062B

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Polymerfasern und -filamenten.
2. Hintergrundinformation
Die Herstellung von Polymerfasern und -filamenten beinhaltet gewöhnlich die Verwendung einer Mischung aus einem einzelnen Polymer mit Sollmengen von Stabilisatoren und Pigmenten. Die Mischung wird zu Fasern und faserförmigen Produkten unter Verwendung handelsüblicher Verfahren schmelzextrudiert. Vliesgewebe werden typischerweise hergestellt durch Herstellung einer Bahn dieser Fasern und anschließendes thermisches Sondieren der Fasern, wo sie sich berühren. Noch spezieller werden Stapelfasern zu Vliesgeweben z. B. unter Verwendung einer Kardiermaschine konvertiert, und das kardierte Gewebe wird thermisch bondiert. Das thermische Sondieren kann unter Verwendung verschiedener Heiztechniken erreicht werden, einschließlich Erwärmen mit beheizten Walzen und Erwärmen durch Verwendung des Ultraschallschweißens.
Herkömmliche thermisch bondierte Vliesgewebe weisen gute Volumen- und Weichheitseigenschaften auf, aber eine weniger als optimale Festigkeit in Querrichtung und eine weniger als optimale Festigkeit in Querrichtung in Kombination mit hoher Dehnung. Die Festigkeit der thermisch bondierten Vliesgewebe hängt von der Orientierung der Fasern und der inhärenten Festigkeit der Bondierungspunkte ab.
Über die Jahre wurden Verbesserungen an Fasern durchgeführt, die stärkere Bindungsfestigkeiten bereitstellen. Jedoch sind weitere Verbesserungen notwendig, um noch höhere Gewebefestigkeiten zu liefern, um die Verwendung dieser Gewebe in den heutigen Hochgeschwindigkeits-Konvertierungsverfahren für Hygieneprodukte, wie Windeln und andere Typen von Inkontinenzprodukten, zu erlauben. Insbesondere besteht ein Bedarf an einer thermisch bondierbaren Faser und einem resultierenden Vliesgewebe, die eine hohe Festigkeit in Querrichtung und hohe Dehnung besitzen.
Weiterhin besteht ein Bedarf an der Erzeugung thermisch bondierbarer Fasern, die eine überlegene Festigkeit in Querrichtung, Dehnung und Zähigkeitseigenschaften in Kombination mit Gewebegleichförmigkeit und -volumen erreichen können. Insbesondere besteht ein Bedarf, Fasern zu erhalten, die kardierte, kalandrierte Gewebe mit Querrichtungseigenschaften in der Größenordnung von wenigstens 650 g/in (12,5 N/5 cm) bei einer Dehnung von 140 bis 180% und einer Zähigkeit von 480 bis 700 g/in (9 bis 13,5 N/5 cm) für ein bei Geschwindigkeiten von bis zu 500 ft/min (152 m/min) oder mehr bondiertes Gewebe mit 20 g/yd² (24 g/m²) erzeugen können.
Eine Anzahl von Patentanmeldungen wurde vom vorliegenden Anmelder eingereicht, die auf Verbesserungen hinsichtlich Polymerabbau, Spinn- und Abschreckschritten und Extrusionszusammensetzungen gerichtet sind, die die Herstellung von Fasern mit einer verbesserten Fähigkeit zur thermischen Sondierung zusammen mit der Fähigkeit zur Erzeugung eines Vliesgewebes mit erhöhter Festigkeit, Dehnung, Zähigkeit und Zusammenhalt ermöglichen. Z. B. betreffen die US-Patente Nrn. 5 281 378 , veröffentlicht am 25. Januar 1994, 5 318 735 , veröffentlicht am 7. Juni 1994, und 5 431 994 , veröffentlicht am 11. Juli 1995, und EP-A-445 536 Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-haltigen Fasern durch Extrudieren von Polypropylen-haltigem Material mit einer Molekulargewichtsverteilung von wenigstens ca. 5,5, um ein heißes Extrudat mit einer Oberfläche zu bilden, wobei das Abschrecken des heißen Extrudats in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre so reguliert wird, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau der Oberfläche zu bewirken. Z. B. kann das Abschrecken des heißen Extrudats in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre so reguliert werden, daß die Temperatur des heißen Extrudats oberhalb ca. 250°C für einen Zeitraum gehalten wird, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau der Oberfläche zu erhalten.
Indem das Abschrecken reguliert wird, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau der Oberfläche zu erhalten, enthält die resultierende Faser im wesentlichen eine Anzahl von Zonen, die durch unterschiedliche Eigenschaften definiert sind, einschließlich Unterschieden in der Schmelzflußrate, dem Molekulargewicht, dem Schmelzpunkt, der Doppelbrechung, der Orientierung und der Kristallinität. Wie in diesen Anmeldungen offenbart, schließt die durch den verzögerten Abschreckprozeß erzeugte Faser insbesondere eine innere Zone ein, die durch das wesentliche Fehlen oxidativen Polymerabbaus gekennzeichnet ist, eine äußere Zone mit einer hohen Konzentration an durch oxidative Kettenspaltung abgebautem Polymermaterial und eine Zwischenzone, die durch eine von innen nach außen gerichtete Zunahme der Menge des oxidativen Kettenspaltungs-Polymerabbaus gekennzeichnet ist. Mit anderen Worten kann die Abschreckung des heißen Extrudats in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre so reguliert werden, um eine Faser mit einem abnehmenden Gewichtsmittel des Molekulargewichts zur Oberfläche der Faser hin und einer zunehmenden Schmelzflußrate zur Oberfläche der Faser hin zu erhalten. Z. B. umfaßt die Faser eine innere Zone mit einem Gewichtmittelwert des Molekulargewichts von ca. 100 000 bis 450 000 g/mol, eine äußere Zone, einschließlich der Oberfläche der Faser, mit einem Gewichtmittelwert des Molekulargewicht von weniger als ca. 10 000 g/mol und eine zwischen der inneren und der äußeren Zone angeordnete Zwischenzone mit einem Gewichtsmittelwert des Molekulargewichts und einer Schmelzflußrate zwischen denen der inneren und der äußeren Zone. Ferner besitzt die innere Kernzone einen Schmelzpunkt und eine Orientierung, die höher als die der äußeren Oberflächenzone sind.
Weiterhin betreffen US-A-5 629 080 , veröffentlicht am 13. Mai 1997 (Gupta et al.), und EP-A-552 013 Verfahren zum Verspinnen von Polypropylen-Fasern und die resultierenden Fasern und aus solchen Fasern hergestellte Produkte. Die Verfahren dieser Patentbeschreibungen von Gupta et al. schließen das Schmelzverspinnen einer Polypropylenzusammensetzung mit einer breiten Molekulargewichtsverteilung durch eine Spinndüse zur Bildung geschmolzener Fasern und das Abschrecken der geschmolzenen Fasern unter Erhalt thermisch bondierbarer Polypropylen-Fasern ein. Die Verfahren der Anmeldungen von Gupta et al. können sowohl in einem zweistufigen "Langspinn"-Verfahren als auch in einem einstufigen "Kurzspinn"-Verfahren verwendet werden. Gemäß bestimmter Aspekte der in den Patentbeschreibungen von Gupta et al. offenbarten Erfindung werden im wesentlichen konstante Eigenschaften innerhalb des die Faser bildenden Materials beibehalten, wie der rheologische Polydispersitätsindex und die Schmelzflußrate, wenn das Material extrudiert, abgeschreckt und gestreckt wird, und eine im wesentlichen einheitliche Faser wird erhalten.
Bezüglich bekannter Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern schließen diese Verfahren insbesondere das ältere zweistufige "Langspinn"-Verfahren und das neuere einstufige "Kurzspinn"-Verfahren ein. Das Langspinn-Verfahren beinhaltet zuerst das Schmelzextrudieren von Fasern bei typischen Spinngeschwindigkeiten von 500 bis 3 000 m/min und, abhängig vom zu verspinnenden Polymer, noch üblicher 500 bis 1 500 m/min. Zusätzlich werden diese Fasern in einem zweiten Schritt, der gewöhnlich mit 100 bis 250 m/min durchgeführt wird, gestreckt, gekräuselt und zu Stapelfasern geschnitten. Das einstufige Kurzspinn-Verfahren beinhaltet die Konvertierung von Polymer zu Stapelfasern in einem Einzelschritt, wobei typische Spinngeschwindigkeiten im Bereich von 50 bis 200 m/min liegen. Die Produktivität des Einschritt-Verfahrens wird durch die Verwendung von ca. 5- bis 20-mal so viel Kapillaren in der Spinndüse erhöht, wie sie typischerweise im Langspinn-Verfahren verwendet werden. Z. B. würden Spinndüsen für ein typisches kommerzielles "Langspinn"-Verfahren ca. 50 bis 4 000, bevorzugt ca. 3 000 bis 3 500 Kapillaren einschließen, und Spinndüsen für ein typisches kommerzielles "Kurzspinn"-Verfahren würden ca. 500 bis 100 000 Kapillaren, bevorzugt ca. 30 000 bis 70 000 Kapillaren einschließen. Typische Temperaturen zur Extrusion der Spinnschmelze in diesen Verfahren betragen ca. 250 bis 325°C. Ferner bezeichnet die Anzahl der Kapillaren für Verfahren, in denen Zweikomponenten-Filamente erzeugt werden, die Anzahl der extrudierten Filamente und üblicherweise nicht die Anzahl der Kapillaren in der Spinndüse.
Das Kurzspinn-Verfahren zur Herstellung von Polypropylen-Faser ist deutlich unterschiedlich vom herkömmlichen Langspinn-Verfahren hinsichtlich der für die Spinnkontinuität erforderlichen Abschreckbedingungen. Im Kurzspinn-Verfahren mit den Spinndüsen hoher Lochdichte, die mit etwa 100 m/min verspinnen, ist eine Abschreckluft-Geschwindigkeit im Bereich von ca. 3 000 bis 8 000 ft/min (900 bis 2 500 m/min) erforderlich, um eine vollständige Faserabschreckung innerhalb eines Zolls (24,4 mm) unterhalb der Spinndüsenoberfläche zu beenden. Im Gegensatz wird im Langspinn-Verfahren bei Spinngeschwindigkeiten von ca. 1 000 bis 1 500 m/min eine geringere Abschreckluft-Geschwindigkeit im Bereich von 300 bis 500 ft/min (90 bis 160 m/min) verwendet. Daher ist das Erreichen einer Faser vom Kern-Mantel-Typ, wie in den oben genannten Kozulla-Anmeldungen offenbart (in denen das Abschrecken zum Erreichen eines verzögerten Abschreckens reguliert wird), in einem Kurzspinn-Verfahren aufgrund der hohen Abschreckluft-Geschwindigkeit schwierig, die für das Kurzspinn-Verfahren benötigt wird.
Vorrichtungen und Verfahren sind ebenfalls für das Schmelzverspinnen von Polymeren bekannt, um bestimmte Vorteile im Spinnverfahren zu erhalten. Z. B. betrifft US-A-3 354 250 (Killoran et al.) ein Extrusionsverfahren und eine Vorrichtung, worin die Berührung von geschmolzenem oder plastischem Material mit beweglichen Teilen vermieden wird und die Verweilzeit des Polymers im geschmolzenen Zustand auf ein Minimum gehalten wird. Speziell wird im Extrusionsystem von Killoran die Keilzylinderbuchse durch einen umgebenden Kühlwassermantel gekühlt statt erhitzt, was Wärme abführt, um die Schnecke, die Zylinderbuchse und das Pulver auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des am niedrigsten schmelzenden Addditivs zu halten.
Bei der Beschreibung der Verarbeitung von Polypropylen lehrt Killoran, daß die Erweichungstemperatur von Polypropylen innerhalb des Bereichs von 168 bis 170°C liegt und das Material bei dieser Temperatur halbplastisch und klebrig wird. Killoran lehrt weiterhin, daß die für das Filtern und die Extrusion von Polypropylen erforderliche Temperatur bis zu 280°C betragen kann, so daß die Polypropylen-Temperatur während des Durchgangs durch Perforationen im Block von ca. 170°C auf 270 oder 280°C erhöht wird, d. h. es liegt ein Anstieg von ca. 100°C vom anfänglichen Erweichen am Eingang zum Block bis zum geschmolzenen Zustand am Ausgang des Blocks vor. Deshalb sind die Lehren von Killoran auf das Erwärmen des Polymers von einem festen Zustand zu einem geschmolzenen Zustand beschränkt, um einen verringerten Zeitraum zu erreichen, in dem das Polymer in einem geschmolzenen Zustand ist, ebenso wie auf die Verhinderung, daß das Polymer im geschmolzenen Zustand bewegliche Teile berührt.
Weiterhin betrifft US-A-3 437 725 (Pierce) das Schmelzverspinnen von synthetischen Polymeren, einschließlich Polypropylen. Gemäß der Erfindung von Pierce ist die Spinndüse so konstruiert, daß sie die Verwendung von Polymeren mit höheren Schmelzviskositäten ermöglicht, entweder aus Polymeren mit hohem Molekulargewicht oder aus Polymeren mit steifen Kettenstrukturen. Speziell ist die Spinndüse von Pierce so konstruiert, um das Verspinnen von Polymer mit einer hohen Schmelzviskosität ohne Abbau des Polymers zu erlauben. Um dieses Fehlen des Abbaus des Polymers zu erreichen, leitet Pierce das geschmolzene Polymer durch den Filterhalter bei einer Anfangstemperatur innerhalb eines Temperaturbereiches unterhalb desjenigen, bei der ein wesentlicher Polymerabbau auftreten wird, leitet das Polymer in eine Anzahl von Leitungen, die jeweils zu einer unterschiedlichen Spinnkapillare in der Spinndüsenscheibe führen und eine Eingangstemperatur innerhalb des Anfangstemperaturbereiches haben, heizt die Spinndüsenscheibe zur Erhöhung der Temperatur entlang der Passage von der Temperatur am Eingang auf eine um wenigstens 60°C höhere Temperatur an der Spinnkapillare und extrudiert das Polymer aus der Spinnkapillare nach einem Weg von maximal 4 s durch die erhitzte Passage. Das Abschrecken nach Pierce wird unter Verwendung von Inertgas durchgeführt, und das Verfahren wird unter Verwendung eines zweistufigen Langspinn-Verfahrens erreicht, worin die Filamente zuerst versponnen und anschließend gestreckt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kern-Mantel-Filamente oder -Fasern unter Verwendung von Schmelzspinnverfahren zu erhalten. Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kontrolle der Kern-Mantel-Struktur der Fasern oder Filamente zu ermöglichen, wodurch eine Kern-Mantel-Struktur erhalten werden kann, die entweder einen Gradienten oder einen ausgeprägten Schritt zwischen dem Kern und der Oberfläche der Faser besitzt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Spinnen von Polymer-Filamenten bereit, das ein Verfahren gemäß Anspruch 1 ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Spinnen von Polymer-Filamenten bereit, das ein Verfahren gemäß Anspruch 2 ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zum Spinnen von Polymer-Filamenten bereit, die eine Vorrichtung gemäß Anspruch 34 ist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum Spinnen von Polymer-Filamenten bereit, die eine Vorrichtung gemäß Anspruch 35 ist.
Das polymere Material in den Fasern oder Filamenten kann verschiedene Polyolefine umfassen. Z. B. können Polyolefine Polyethylene umfassen, die Polyethylene niedriger Dichte, Polyethylene hoher Dichte und lineare Polyethylene niedriger Dichte, einschließlich Polyethylenen, die durch Copolymerisieren von Ethylen mit wenigstens einem C_3-12-α-Olefin hergestellt werden; Polypropylene, wie ataktisches, syndiotaktisches und isotaktisches Polypropylen – einschließlich teilweise oder vollständig isotaktischer oder wenigstens im wesentlichen vollständig isotaktischer Polypropylene; Polybutene, wie Poly-1-butene, Poly-2-butene und Polyisobutylene, und Poly-4-methyl-1-pentene. Bevorzugt umfaßt das polymere Material Polypropylen, und bevorzugt besitzt der innere Kern der Faser oder des Filaments eine Schmelzflußrate von ca. 10, und die durchschnittliche Schmelzflußrate der Faser oder des Filaments beträgt ca. 11 oder ca. 12.
Im Verfahren und in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Erwärmen der Polymerzusammensetzung an einer Stelle an der oder benachbart zur wenigstens einen Spinndüse das Erwärmen der Polymerzusammensetzung auf eine Temperatur von wenigstens ca. 200°C, bevorzugt wenigstens ca. 220°C und besonders bevorzugt wenigstens ca. 250°C. Ferner umfaßt das Extrudieren der erwärmten Polymerzusammensetzung das Extrudieren bei einer Temperatur von wenigstens ca. 200°C, bevorzugt wenigstens ca. 220°C und besonders bevorzugt wenigstens ca. 250°C.
Im Verfahren und in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Spinndüse direkt erhitzt werden und/oder ein mit der Spinndüse verbundenes Element, wie eine mit Löchern versehene Scheibe, kann erhitzt werden. Bevorzugt wird die Spinndüse oder das verbundene Element im wesentlichen gleichförmig erwärmt, um sicherzustellen, daß im wesentlichen alle und bevorzugt alle Filamente, die durch die Spinndüse extrudiert werden, ausreichende Bedingungen erreichen können, um eine Kern-Mantel-Struktur zu erhalten.
Das Erhitzen der Spinndüse kann auf eine Temperatur von wenigstens ca. 230°C, bevorzugt wenigstens ca. 250°C sein und kann im Bereich von ca. 250 bis 370°C, bevorzugt im Bereich von ca. 290 bis 360°C und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 330 bis 360°C sein.
Die erfindungsgemäße Spinndüse enthält bevorzugt ca. 500 bis 150 000 Kapillaren, wobei bevorzugte Bereiche ca. 30 000 bis 120 000 Kapillaren, ca. 30 000 bis 70 000 Kapillaren und ca. 30 000 bis 45 000 Kapillaren sind. Diese Kapillaren können eine Querschnittsfläche von ca. 0,02 bis 0,2 mm², bevorzugt ca. 0,07 mm² und eine Länge von ca. 1 bis 20 mm, bevorzugt eine Länge von ca. 1 bis 5 mm und besonders bevorzugt eine Länge von ca. 1,5 mm aufweisen. Die Kapillaren können eine Vertiefung in einem unteren Bereich aufweisen, und die Vertiefung kann eine Querschnittsfläche von ca. 0,05 bis 0,4 mm², bevorzugt ca. 0,3 mm² und eine Länge von ca. 0,25 bis 2,5 mm, bevorzugt eine Länge von ca. 0,5 mm aufweisen.
Zusätzlich können die Kapillaren einen verjüngten oberen Teil aufweisen. Diese verjüngten Kapillaren können eingelassene Kapillaren mit einer Gesamtlänge von ca. 3 bis 20 mm, bevorzugt ca. 7 bis 10 mm umfassen; mit einer ersten Querschnittsfläche von ca. 0,03 bis 0,2 mm² im unteren Bereich; mit einer maximalen Querschnittsfläche an einer Oberfläche der wenigstens einen Spinndüse von ca. 0,07 bis 0,5 mm², bevorzugt ca. 0,2 mm²; und wobei sich die eingelassenen Kapillaren von der maximalen Querschnittsfläche zur ersten Querschnittsfläche mit einem Winkel von ca. 20 bis 60°, bevorzugt ca. 35 bis 45° und besonders bevorzugt ca. 45° verjüngen. Die eingelassenen Kapillaren können einen Abstand von der maximalen Querschnittsfläche zur ersten Querschnittsfläche von ca. 0,15 bis 0,4 mm einschließen.
Die verjüngten Kapillaren können angesenkte, eingelassene Kapillaren umfassen. Diese angesenkten, eingelassenen Kapillaren können einen oberen verjüngten Teil mit einem Durchmesser von ca. 0,6 mm und einer Länge von ca. 0,5 mm umfassen; mit einer oberen Kapillare mit einem Durchmesser von ca. 0,5 mm und einer Länge von ca. 3,5 mm; mit einem mittleren Bereich mit einer Länge von ca. 0,1 mm; und mit einer unteren Kapillare mit einem Durchmesser von ca. 0,35 mm und einer Länge von ca. 1,5 mm.
Die verjüngten Kapillaren können angesenkte Kapillaren umfassen. Diese angesenkten Kapillaren können eine obere Kapillare mit einem Durchmesser von ca. 0,5 mm und einer Länge von ca. 4 mm umfassen; mit einem mittleren verjüngten Teil mit einer Länge von ca. 0,1 mm; und mit einer unteren Kapillare mit einem Durchmesser von ca. 0,35 mm und einer Länge von ca. 2 mm.
Wenn das Erwärmen das Erwärmen mit einem mit Löchern versehenen Element umfaßt, bevorzugt mit einer mit Löchern versehenen Scheibe, wird die mit Löchern versehene Scheibe stromaufwärts der Spinndüse angeordnet, bevorzugt ca. 1 bis 4 mm, bevorzugt ca. 2 bis 3 mm und besonders bevorzugt ca. 2,5 mm. Die Spinndüse und die mit Löchern versehene Scheibe können eine entsprechende Anzahl von Kapillaren umfassen und ein entsprechendes Muster aufweisen, oder es kann eine unterschiedliche Anzahl von Kapillaren und/oder ein unterschiedliches Muster bestehen. Die Kapillaren in der mit Löchern versehenen Scheibe können eine Querschnittsfläche aufweisen, die bis zu ca. 30% größer als die Querschnittsfläche der Kapillaren in der Spinndüse ist.
Die mit Löchern versehene Scheibe enthält bevorzugt ca. 500 bis 150 000 Kapillaren, wobei bevorzugte Bereiche ca. 30 000 bis 120 000 Kapillaren, ca. 30 000 bis 70 000 Kapillaren und ca. 30 000 bis 45 000 Kapillaren sind. Diese Kapillaren haben bevorzugt eine Querschnittsfläche von ca. 0,03 bis 0,3 mm², besonders bevorzugt ca. 0,1 mm² und eine Länge von ca. 1 bis 5 mm, besonders bevorzugt ca. 1,5 mm.
Das Erwärmen der mit Löchern versehenen Scheibe kann auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C sein und kann im Bereich von ca. 250 bis 370°C, bevorzugt im Bereich von ca. 280 bis 350°C und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 300 bis 360°C sein.
Das Abschrecken umfaßt jedes radiale Abschrecken mit einem oxidativen Gas, das mit einer hohen Geschwindigkeit fließt, spezifisch mit 3 000 bis 12 000 ft/min (900 bis 3 600 m/min), besonders bevorzugt ca. 4 000 bis 9 000 ft/min (1 200 bis 2 800 m/min) und sogar besonders bevorzugt 5 000 bis 7 000 ft/min (1 500 bis 2 100 m/min). Die geschmolzenen Filamente werden unverzüglich abgeschreckt, nachdem sie extrudiert sind.
Das Erwärmen kann erreicht werden unter Verwendung von Leitungs-, Induktions-, magnetischem Erwärmen und/oder Strahlung und kann erreicht werden unter Verwendung von Impedanz- oder Widerstandserwärmung, Hochfrequenzerwärmung und/oder magnetischem Erwärmen.
Die Polymerzusammensetzung kann verschiedene, verspinnbare Polyolefine umfassen, wie Polyethylen und Polypropylen. Das Polymer kann gewöhnliche Spinntemperaturen, d. h. die Polymer-Schmelztemperatur, und eine enge oder breite Molekulargewichtsverteilung aufweisen. Für Polypropylen beträgt die Temperatur der Schmelzspinnzusammensetzung ca. 200 bis 300°C, bevorzugt 220 bis 260°C und besonders bevorzugt 230 bis 240°C, die Schmelzflußrate beträgt bevorzugt ca. 0,5 bis 40 dg/min, wobei bevorzugte Bereiche 5 bis 25 dg/min, 10 bis 20 dg/min, 9 bis 20 dg/min und 9 bis 15 dg/min sind. Bevorzugt hat die Polypropylenzusammensetzung eine breite Molekulargewichtsverteilung von wenigstens ca. 4,5. Ferner können Polymerzusammensetzungen wie in den oben bezeichneten Patentbeschreibungen von Kozulla oder Gupta et al. in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Z. B. kann die Molekulargewichtsverteilung der Polymerzusammensetzung wenigstens ca. 5,5 sein, wie von Kozulla offenbart.
Wenigstens ein Metallcarboxylat kann zur Polymerzusammensetzung hinzugegeben werden. Das Metallcarboxylat kann wenigstens ein Mitglied umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Nickelsalzen von 2-Ethylhexansäure, Caprylsäure, Decansäure und Dodecansäure und 2-Ethylhexanoaten von Fe, Co, Ca und Ba, wie Nickeloctoat, besteht.
Bevorzugt kann die Polymerzusammensetzung in jeder der erfindungsgemäßen Ausführungsformen der wenigstens einen Spinndüse mit einer Fließgeschwindigkeit von ca. 10 bis 200 m/min und besonders bevorzugt mit einer Fließgeschwindigkeit von ca. 80 bis 100 m/min zugeführt werden. Ferner kann die extrudierte erwärmte und/oder teilweise abgebaute Polymerzusammensetzung bevorzugt eine Fließgeschwindigkeit von ca. 10 bis 200 m/min und besonders bevorzugt von ca. 80 bis 100 m/min aufweisen. Mit anderen Worten beträgt die bevorzugte Spinngeschwindigkeit ca. 10 bis 200 m/min und besonders bevorzugt ca. 80 bis 100 m/min.
Zusätzlich sind das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ebenfalls bevorzugt so angeordnet, daß sie den oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens einer Oberfläche der geschmolzenen Filamente bewirken, um Filamente mit einer Kern-Mantel-Struktur zu erhalten, die Vliesgewebe mit einer Festigkeit in Querrichtung von wenigstens 650 g/in (12,5 N/5 cm) für ein mit Geschwindigkeiten von wenigstens 250 ft/min (76 m/min) bondiertes Gewebe von 20 g/yd² (24 g/m²) bilden können.
Die Spinndüse kann verschiedene Abmessungen aufweisen, wobei bevorzugte Abmessungen eine Breite von ca. 30 bis 150 mm und eine Länge von ca. 300 bis 700 mm sind, wie eine Breite von ca. 40 mm und eine Länge von ca. 450 mm, oder eine Breite von ca. 100 mm und eine Länge von ca. 510 mm. Die Spinndüse kann kreisförmig sein mit einem bevorzugten Durchmesser von ca. 100 bis 600 mm, bevorzugt ca. 400 mm, besonders wenn eine radiale Abschreckung verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die Erfindung ist besser verständlich und ihre Eigenschaften werden erläutert in den anliegenden Abbildungen, die nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung zeigen:
1 stellt eine Mikrophotographie einer mit RuO₄ angefärbten Polypropylen-Faser dar, erhalten unter Verwendung des Kozulla-Verfahrens.
2 stellt eine Mikrophotographie einer mit RuO₄ angefärbten Polypropylen-Faser dar, erhalten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 stellt eine elektrisch erwärmte, mit einer Spinndüse verbundene Scheibe dar, um die erfindungsgemäß erhältliche Kern-Mantel-Filamentstruktur zu liefern;
4 stellt eine andere Ausführungsform einer elektrisch erwärmten, mit einer Spinndüse verbundenen Scheibe dar, um die erfindungsgemäß erhältliche Kern-Mantel-Filamentstruktur zu liefern;
5 stellt eine Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur dar, die durch Hochfrequenzerwärmen erwärmt wird;
6 stellt eine Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur dar, die eingelassene verjüngte Kapillaren einschließt;
7 stellt eine Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur dar, die angesenkte, eingelassene Kapillaren einschließt;
8 stellt eine Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur dar, die angesenkte Kapillaren einschließt;
9 stellt eine Spinnpaketanordnung dar, die eine elektrisch beheizte Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur einschließt;
10 stellt eine Spinnpaketanordnung dar, die eine durch Hochfrequenzerwärmen beheizte Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur einschließt;
11 stellt eine Vorrichtung mit radialer Abschreckung dar, die mit einer elektrisch beheizten Spinndüse zum Bereitstellen der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur arbeitet;
12 stellt eine Vorrichtung mit beweglicher Düse zum Abschrecken der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Filamentstruktur dar;
13a, 13b, 13c und 13d stellen die beheizte Spinndüse dar, die in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet wurde;
14 stellt die Spinnpaketanordnung dar, die die beheizte Spinndüse in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet;
15 stellt den Polymer-Zufuhrverteiler dar, der in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet wurde;
16a und 16b stellen den Verteiler dar, der in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet wurde;
17 stellt dend Abstandshalter dar, der in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet wurde; und
18a und 18b stellen das unteres Klemmelement dar, das in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet wurde.
19 stellt die Spinnpaketanordnung dar, die die beheizte Scheibe in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet; und
20a und 20b stellen die beheizte Scheibe dar, die in den Entwicklungsuntersuchungen im kleinen Maßstab in den in Tabelle I aufgeführten Beispielen verwendet wurde.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Um die Aufgaben zum Erhalt von Fasern und Filamenten mit einer Kern-Mantel-Morphologie und insbesondere zum Erhalt von Fasern und Filamenten mit einer Kern-Mantel-Morphologie in einem Kurzspinn-Verfahren zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine ausreichende Umgebung für das Polymermaterial in der Umgebung sein Extrusion aus der Spinndüse bereit. Weil diese Umgebung in einem Kurzspinn-Verfahren nicht allein unter Verwendung einer kontrollierten Abschreckung erreichbar ist, wie eine verzögerte Abschreckung wie im Langspinn-Verfahren, und weil das Langspinn-Verfahren eine verzögerte Abschreckung benötigt, wird die Umgebung zum Erhalt einer Kern-Mantel-Faser z. B. erfindungsgemäß unter Verwendung einer Vorrichtung und von Verfahren erhalten, die einen wenigstens teilweisen Oberflächenabbau der geschmolzenen Filamente fördern, wenn sie durch die Spinndüse extrudiert werden. Insbesondere werden in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Elemente so mit der Spinndüse verbunden, daß eine ausreichende Temperaturumgebung wenigstens an der Oberfläche des extrudierten Polymermaterial bereitgestellt wird, um eine Kern-Mantel-Filamentstruktur zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Herstellung verschiedener Formen von Fasern, einschließlich Filamenten und Stapelfasern, gerichtet. Diese Begriffe werden in ihren gewöhnlichen, kommerziellen Bedeutungen verwendet. Typischerweise wird Filament hier verwendet, um die kontinuierliche Faser auf der Spinnmaschine zu bezeichnen; jedoch werden die Begriffe Faser und Filament hier zweckmäßig auch austauschbar verwendet. "Stapelfaser" wird verwendet, um geschnittene Fasern oder Filamente zu bezeichnen. Z. B. haben Stapelfasern für Vliesgewebe, wie sie in Windeln nützlich sind, bevorzugt Längen von ca. 1 bis 3 Zoll (2,5 bis 7,5 cm), besonders bevorzugt 1,25 bis 2 Zoll (3,0 bis 5 cm).
Die im wesentlichen nicht einheitliche morphologische Struktur der erfindungsgemäßen Kern-Mantel-Fasern kann durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) von mit Rutheniumtetroxid (RuO₄) angefärbten Faserdünnschnitten charakterisiert werden. In dieser Hinsicht, wie von Trent et al. in Macromolecules, Band 16, Nr. 4, 1983, "Ruthenium Tetroxide Staining of Polymers for Electron Microscopy" gelehrt, ist es wohlbekannt, daß die Struktur von Polymermaterialien von ihrer Wärmebehandlung, Zusammensetzung und Verarbeitung abhängig ist und daß wiederum die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien, wie Zähigkeit, Schlagzähigkeit, Rückprallelastizität, Ermüdung und Bruchfestigkeit, hochempfindlich von der Morphologie abhängen können. Ferner lehrt dieser Artikel, daß die Transmissionselektronenmikroskopie eine anerkannte Technik zur Charakterisierung der Struktur heterogener Polymersysteme in hochgradiger Auflösung ist; es ist jedoch häufig notwendig, den Bildkontrast für Polymere unter Verwendung eines Anfärbemittels zu erhöhen. Nützliche Anfärbemittel für Polymere sollen Osmiumtetroxid und Rutheniumtetroxid einschließen. Zum Anfärben der Filamente und Fasern ist Rutheniumtetroxid das bevorzugte Anfärbemittel.
In der morphologischen Charakterisierung werden Proben von Filamenten oder Fasern mit wäßrigem RuO₄, wie einer 0,5 Gew.-%igen wäßrigen Lösung von Rutheniumtetroxid, erhältlich von Polysciences, Inc., über Nacht bei Raumtemperatur angefärbt. (Während eine flüssige Farbe in diesem Verfahren verwendet wird, ist das Anfärben der Proben mit einer gasförmigen Farbe ebenfalls möglich.) Angefärbte Fasern werden in ein Spurr-Expoxidharz eingebettet und über Nacht bei 60°C ausgehärtet. Die eingebetteten, angefärbten Fasern werden dann auf einem Ultramikrotom unter Verwendung eines Diamantmessers bei Raumtemperatur zu Dünnschnitten verarbeitet, um mikrotomisierte Schnitte von ca. 80 nm Dicke zu erhalten, die auf einer herkömmlichen Vorrichtung, wie einem Zeiss EM-10 TEM, bei 100 kV untersucht werden können. Die energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) wurde verwendet, um zu bestätigen, daß das RuO₄ vollständig bis ins Zentrum der Faser eingedrungen war.
Fasern, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Methoden erzeugt werden, zeigen eine Anreicherung des Rutheniums (Ru-Rückstand) im äußeren Oberflächenbereich des Faserquerschnitts auf eine Tiefe von wenigstens ca. 0,5 μm und bevorzugt auf eine Tiefe von wenigstens ca. 1 μm, wobei die Kerne der Fasern einen viel geringeren Ruthenium-Gehalt aufweisen.
Ein anderes Testverfahren zur Darstellung der Kern-Mantel-Struktur der erfindungsgemäß erhältlichen Fasern, das besonders nützlich bei der Auswertung der Fähigkeit einer Faser zur thermischen Sondierung ist, besteht aus der Mikroschmelzanalyse von Rückstand unter Verwendung eines Wärmestufenversuchs. Dieses Verfahren wird verwendet, um die Gegenwart eines Rückstandes im Anschluß an die axiale Schrumpfung einer Faser während des Erwärmens zu untersuchen, wobei die Gegenwart einer höheren Rückstandsmenge direkt mit der Fähigkeit einer Faser korreliert, eine gute thermische Sondierung bereitzustellen. In diesem Wärmestufenverfahren wird eine geeignete Wärmestufe, wie eine Mettler FP52 Wärmestufe für geringe Massen, kontrolliert über einen Mettler FP5-Kontrollprozessor, auf 145°C eingestellt. Ein Tropfen Siliconöl wird auf einen sauberen Objektträger gegeben. Fasern werden in Längen von 1/2 mm aus drei zufälligen Bereichen der Filamentprobe geschnitten und mit einer Prüfspitze in das Siliconöl gerührt. Die statistisch dispergierte Probe wird mit einem Deckglas abgedeckt und auf die Wärmestufe gesetzt, so daß beide Enden der geschnittenen Fasern zum größten Teil im Blickfeld sind. Die Temperatur der Wärmestufe wird dann mit einer Geschwindigkeit von 3°C/min auf 164°C erhöht. Bei ca. 163°C schrumpfen die Fasern axial, und die Gegenwart oder Abwesenheit von Schlepprückständen wird beobachtet. Wenn die Temperatur 164°C erreicht, wird das Erwärmen gestoppt und die Temperatur schnell auf 145°C reduziert. Die Probe wird dann durch ein geeignetes Mikroskop untersucht, wie ein trinokulares Nikon SK-E-Polarisationsmikroskop, und eine Photographie eines repräsentativen Bereichs wird aufgenommen, um eine Standbildwiedergabe zu erhalten, wobei z. B. eine mit einer Pasecon-Videoröhre und einem Sony Up-850 S/W-Videodrucker ausgerüstete MTI-NC70 Videokamera verwendet wird. Eine Beurteilung "gut" wird verwendet, wenn die Mehrheit der Fasern Reste hinterläßt. Eine Beurteilung "schlecht" wird verwendet, wenn nur wenige Prozent der Fasern Rückstände hinterlassen. Andere vergleichbare Beurteilungen sind ebenfalls erhältlich und schließen eine Beurteilung "annehmbar", die zwischen "gut" und "schlecht" fällt, eine Beurteilung "sehr gut", die oberhalb "gut" liegt, und eine Beurteilung "ohne" ein, die selbstverständlich unterhalb "schlecht" liegt.
Das zu einer Kern-Mantel-Filamentstruktur extrudierte Polymermaterial kann jedes Polyolefin umfassen, das in einem Langspinn- oder Kurzspinnverfahren extrudiert werden kann, um direkt die Kern-Mantel-Struktur in den Filamenten zu erzeugen, wenn sie am Ausgang der Spinndüse gebildet werden. Z. B. können Polyolefine umfassen: Polyethylene, wie Polyethylene niedriger Dichte, Polyethylene hoher Dichte und lineare Polyethylen niedriger Dichte, einschließlich von Polyethylenen, die durch Copolymerisieren von Ethylen mit wenigstens einem C_3-12-α-Olefin hergestellt werden; Polypropylene, wie ataktisches, syndiotaktisches und isotaktisches Polypropylen – einschließlich teilweise und vollständig isotaktischer oder wenigstens im wesentlichen vollständig isotaktischer Polypropylene –, Polybutene, wie Poly-1-butene, Poly-2-butene und Polyisobutylene, und Poly-4-methyl-1-pentene.
Ein zu extrudierendes Polymermaterial ist ein Polymermaterial zur Herstellung von Polyolefin-Fasern, bevorzugt Polypropylen-Fasern. Deshalb umfaßt die zu Filamenten zu extrudierende Zusammensetzung ein olefinisches Polymer und bevorzugt Polypropylen.
Die zu extrudierenden Polymerzusammensetzungen können Polymere mit einer engen Molekulargewichtsverteilung oder breiten Molekulargewichtsverteilung umfassen, wobei eine breite Molekulargewichtsverteilung für Polypropylen bevorzugt ist.
Weiterhin schließt der hier verwendete Begriff Polymer Homopolymere, verschiedene Polymere, wie Copolymere und Terpolymere, und Mischungen ein (einschließlich von Mischungen (Elends) und Legierungen, die durch Vermischen separater Ansätze oder Bildung einer Mischung in situ hergestellt werden). Z. B. kann das Polymer Copolymere von Olefinen wie Propylen umfassen, und diese Copolymere können verschiedene Komponenten enthalten. Im Falle von Polypropylen schließen solche Copolymere bevorzugt bis zu ca. 10 Gew.-% von wenigstens einem Vertreter aus Ethylen und Buten ein, aber können unterschiedliche Mengen davon enthalten, abhängig von der gewünschten Faser oder dem Filament.
Die hier beschriebene Schmelzflußrate ("melt flow rate", MFR) wird gemäß ASTM D-1238 (Bedingung L; 230/2,16) bestimmt.
Durch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und durch das Verspinnen von Polymerzusammensetzungen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kurzspinn-Verfahrens können Fasern und Filamente erhalten werden, die ausgezeichnete thermische Bondierungseigenschaften in Kombination mit ausgezeichneter Festigkeit, Zugfestigkeit und Zähigkeit aufweisen. Ferner können die Fasern und Filamente Vliesmaterialien mit außergewöhnlicher Festigkeit in Querrichtung, Zähigkeit, Dehnung, Einheitlichkeit, Volumen und Weichheit unter Verwendung eines Kurzspinn-Verfahrens liefern.
Obwohl wir nicht an irgendeine besondere Theorie gebunden zu sein wünschen, werden hinsichtlich des oben gesagten Filamente mit Polymerzonen unterschiedlicher Eigenschaften erhalten, indem das Polymer in der Nähe der Spinndüse entweder durch direktes Erwärmen der Spinndüse oder eines der Spinndüse benachbarten Bereichs erwärmt wird. Mit anderen Worten erwärmt das Erwärmen der vorliegenden Erfindung die Polymerzusammensetzung an einer Stelle an der oder benachbart zur wenigstens einen Spinndüse durch direktes Erwärmen der Spinndüse oder eines Elements, wie einer beheizten Scheibe, die ca. 1 bis 4 mm oberhalb der Spinndüse positioniert ist, um die Polymerzusammensetzung auf eine ausreichende Temperatur zu erwärmen, um eine Kern-Mantel-Filamentstruktur beim Abschrecken in einer oxidativen Atmosphäre zu erhalten. Z. B. beträgt die Extrusionstemperatur des Polymers für ein typisches Kurzspinn-Verfahren für die Extrusion von Polypropylen ca. 230 bis 250°C, und die Spinndüse hat eine Temperatur an ihrer unteren Oberfläche von ca. 200°C. Diese Temperatur von ca. 200°C erlaubt keinen oxidativen Kettenspaltungsabbau am Ausgang der Spinndüse. In dieser Hinsicht wird eine Temperatur von mehr als ca. 200°C, bevorzugt wenigstens ca. 220°C und sogar besonders bevorzugt wenigstens ca. 250°C über den Ausgang der Spinndüse benötigt, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau der geschmolzenen Filamente zu erhalten, um dadurch Filamente mit einer Kern-Mantel-Struktur zu erhalten. Obwohl das Polymermaterial auf eine ausreichende Temperatur zum Schmelzspinnen in bekannten Schmelzspinnsystemen erwärmt wird, wie im Extruder oder an einem anderen Ort, bevor es durch die Spinndüse extrudiert wird, kann das Polymermaterial entsprechend keine hinreichend hohe Temperatur bei der Extrusion aus der Spinndüse unter oxidativen Abschreckbedingungen beibehalten, ohne daß das Erwärmen an einer Stelle an der oder benachbart zur Spinndüse bereitgestellt wird. In dieser Hinsicht wird das Abschrecken in den von den oben genannten Kozulla-Anmeldungen gelehrten Schmelzspinnverfahren so verzögert, daß das Filament ausreichend Zeit erhält, um eine hinreichend hohe Temperatur beizubehalten, um eine oxidative Spaltung an der Oberfläche unter Erhalt einer Kern-Mantel-Struktur zu ermöglichen.
Weiterhin kann der Wärme- und mechanische Abbau des Polymers gerade vor seiner Extrusion den Erhalt der Kern-Mantel-Struktur unterstützen. Mit anderen Worten ermöglicht die Regulierung der Extrusionsumgebung im Schmelzspinnverfahren, daß das extrudierte Material eine innere Zone mit Molekülen mit höherem Molekulargewicht und einer äußere Zone mit Molekülen mit geringerem Molekulargewicht hat. Die Moleküle mit höherem Molekulargewicht in der inneren Zone versehen die Fasern und Filamente mit hoher Festigkeit, Zugfestigkeit und Zähigkeit, während die Moleküle mit geringerem Molekulargewicht in der äußeren Zone ausreichende Fließeigenschaften liefern, damit die Fasern oder Filamente überlegene thermische Bondierungseigenschaften erreichen.
Die oxidative Abschreckung dieses Verfahrens liefert einen Kettenspaltungsabbau der Molekülketten im Polymer in der äußeren Zone, der im Vergleich zu den oben erörterten Kozulla-Anmeldungen zur Regulierung der Grenzfläche zwischen der inneren Kernzone und der äußeren Oberflächenzone fähig ist. Insbesondere tragen das Erwärmen des Polymers und die oxidative Abschreckung dazu bei, das mit dem vorliegenden Verfahren und der Vorrichtung erhaltene überlegene Filamentprodukt bereitzustellen. Somit sind die Erwärmungsbedingungen und die oxidativen Abschreckbedingungen zueinander einstellbar, um die erfindungsgemäß erhältliche Kern-Mantel-Filamentstruktur zu erhalten. Daher kann die vorliegende Erfindung geeignete Bedingungen selbst in einem Kurzspinn-Verfahren bereitstellen, die die Schaffung eines Mantels ermöglichen, was die inhärenten Stabilisatoren in der Polymerzusammensetzung, wenn vorhanden, überwindet.
Speziell ist durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ein größeres Maß an Kontrolle hinsichtlich der Struktur der Kern-Mantel-Faser erhältlich, als wenn das Kozulla-Verfahren durchgeführt wird. In dieser Hinsicht kann die Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel der erfindungsgemäß erhältlichen Kern-Mantel-Struktur so reguliert werden, daß klare Kern- und Mantel-Regionen bereitgestellt werden. Mit anderen Worten ist eine klare Stufe zwischen dem Kern und dem Mantel der vorliegenden Erfindung erhältlich, die zwei benachbarte diskrete Anteile des Filaments oder der Faser bilden; hingegen wird im Kozulla-Verfahren ein Gradient zwischen dem Kern und dem Mantel erhalten.
Insbesondere sind die 1 und 2 Mikrophotographien mit 5 000-facher Vergrößerung, die diesen Unterschied für mit RuO₄ angefärbte Polypropylen-Fasern darstellen, die unter Verwendung des Kozulla-Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurden. Wie aus diesen Mikrophotographien ersichtlich ist, ist die Kern-Mantel-Struktur der in 1 dargestellten Kozulla-Faser nicht sehr klar, und es gibt einen Gradientenbereich zwischen dem Mantel und dem Kern. Dagegen hat die in 2 dargestellte Kern-Mantel-Struktur, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurde, eine klare Demarkationslinie zwischen dem Mantel und dem Kern, wodurch zwei benachbarte, diskrete Bereiche bereitgestellt werden.
Als Ergebnis des oben beschriebenen Strukturunterschieds zwischen der Kozulla-Faser und der erfindungsgemäß erhältlichen Faser sind die physikalischen Eigenschaften der Fasern ebenfalls unterschiedlich. Z. B. ist die durchschnittliche Schmelzflußrate der erfindungsgemäß erhaltenen Fasern nur geringfügig größer als die Schmelzflußrate der Polymerzusammensetzung; hingegen ist die durchschnittliche Schmelzflußrate der Faser in der Kozulla-Faser wesentlich größer als die Schmelzflußrate der Polymerzusammensetzung. Speziell kann für eine Schmelzflußrate der Polymerzusammensetzung von ca. 10 dg/min die durchschnittliche Schmelzflußrate der erfindungsgemäßen Faser auf ca. 11 bis 12 dg/min reguliert werden, was zeigt, daß ein Kettenspaltungsabbau im wesentlichen auf den Mantelbereich der Kern-Mantel-Faser beschränkt wurde. Im Gegensatz beträgt die durchschnittliche Schmelzflußrate für die Kozulla-Faser ca. 20 bis 30 dg/min, was zeigt, daß der Kettenspaltungsabbau sowohl im Kern als auch im Mantel der Kozulla-Faser bewirkt wurde.
In jeder der erfindungsgemäßen Ausführungsformen, sei es mit direktem Erwärmen der Spinndüse oder Erwärmen in einer anderen Weise, wie mit einer beheizten Scheibe, werden die Temperatur des Polymers, die Temperatur der beheizten Spinndüse oder Scheibe und die Abschreckbedingungen reguliert, um selbst in einem Kurzspinnverfahren das Spinnen der Filamente mit einer Kern-Mantel-Struktur zu erlauben. In der Situation, in der das Polymer Polypropylen umfaßt, schließen bevorzugte Bedingungen für jede dieser Variablen die folgenden ein. Das zu extrudierende Polymer hat bevorzugt eine Temperatur von ca. 200 bis 325°C, besonders bevorzugt ca. 200 bis 300°C, noch mehr bevorzugt 220 bis 260°C und am meisten bevorzugt ca. 230 bis 240°C. Die beheizte Spinndüse hat bevorzugt eine Temperatur von wenigstens ca. 230°C, bevorzugt wenigstens ca. 250°C und kann im Bereich von ca. 250 bis 370°C, bevorzugt im Bereich von ca. 290 bis 360°C und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 330 bis 360°C sein. Die mit Löchern versehene Scheibe wird bevorzugt auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C erwärmt und kann im Bereich von ca. 250 bis 370°C, bevorzugt im Bereich von ca. 280 bis 350°C und besonders bevorzugt im Bereich von ca. 300 bis 360°C liegen. Das oxidative Abschreckungsgas besitzt eine bevorzugte Fließgeschwindigkeit von ca. 3 000 bis 12 000 ft/min (900 bis 3 600 m/min), bevorzugt eine Fließgeschwindigkeit von ca. 4 000 bis 9 000 ft/min (1 200 bis 2 800 m/min) und noch mehr bevorzugt ca. 5 000 bis 7 000 ft/min (1 500 bis 2 100 m/min). Diese Werte können in Abhängigkeit von dem behandelten Polymer und von den Abmessungen der Spinnpaketanordnung, einschließlich der Spinndüse und/oder der beheizten Scheibe, variiert werden.
Die oxidative Umgebung kann Luft, Ozon, Sauerstoff oder eine andere herkömmliche oxidierende Umgebung bei einer erwärmten oder Umgebungstemperatur an einem Bereich stromabwärts der Spinndüse umfassen. Die Temperatur- und Oxidationsbedingungen an dieser Stelle müssen beibehalten werden um sicherzustellen, daß selbst in einem Kurzspinn-Verfahren eine ausreichende Sauerstoffdiffusion innerhalb der Faser erreicht wird, um eine oxidative Kettenspaltung innerhalb wenigstens einer Oberflächenzone der Faser zu bewirken, um die Kern-Mantel-Filamentstruktur zu erhalten.
Die Temperaturumgebung, um die Kern-Mantel-Filamentstruktur zu erhalten, kann durch eine Vielzahl von Erwärmungsbedingungen erreicht werden und kann die Verwendung von Erwärmen durch Leitung, Konvektion, Hochfrequenz, magnetisches Erwärmen und Strahlung einschließen. Z. B. kann Widerstands- oder Impedanzerwärmen, Lasererwärmen, magnetisches Erwärmen oder Hochfrequenzerwärmen verwendet werden, um die Spinndüse oder eine mit der Spinndüse verbundene Scheibe zu erwärmen. Bevorzugt erwärmt das Erwärmen im wesentlichen gleichförmig die Spinndüse oder die mit der Spinndüse verbundene Scheibe. Weiterhin kann die Spinndüse oder die mit der Spinndüse verbundene Scheibe eine hohle Scheibe mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit umfassen, die durch sie hindurchfließt, oder sie kann mit einer Bandheizung ausgerüstet sein, die um ihr Äußeres gewickelt ist. Hinsichtlich des magnetischen Erwärmens kann z. B. eine Magnetfeldheizvorrichtung wie in US-A-5 025 124 (Alfredeen) offenbart verwendet werden, um das Erwärmen der Spinndüse oder der mit ihr verbundenen Elemente zu erhalten. Diese Mittel zur Erwärmung des extrudierbaren Polymers an der oder an einer Stelle benachbart zur Spinndüse zum Erhalt der Kern-Mantel-Filamentstruktur sind nicht erschöpfend, und andere Mittel zum Erwärmen der Spinndüse oder der mit ihr verbundenen Elemente befinden sich im Erfindungsumfang. Mit anderen Worten können verschiedenen Quellen für Erwärmungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Polymerschmelzzusammensetzung zu erwärmen, die sich auf einer bestimmtem Temperatur befindet, wenn sie eine Stelle an der oder benachbart zur Spinndüse erreicht, um sicherzustellen, daß sich die Polymerschmelzzusammensetzung auf einer ausreichenden Temperatur befindet, wenn sie durch die Spinndüse extrudiert wird, um eine Kern-Mantel- Filamentstruktur beim Abschrecken in einer oxidativen Atmosphäre zu erhalten.
In den Abbildungen sind mehrere nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, worin verschiedene Strukturen bereitgestellt sind, um die Kern-Mantel-Filamentstruktur zu erhalten, insbesondere unter Verwendung eines Kurzspinn-Verfahrens. Bezugnehmend auf 3 wird dort schematisch eine Spinndüse 1 mit Kapillaren 2 dargestellt, durch die Polymer extrudiert wird, das durch den Fluß Q des oxidativen Gases zur Bildung von Filamenten 3 abgeschreckt werden soll. Oberhalb der Spinndüse befindet sich eine Scheibe 4 mit Kapillaren 5, wobei die Kapillaren 5 den Kapillaren 2 der Spinndüse 1 entsprechen. Ein elektrischer Strom wird bereitgestellt, wie Durchleitungen 6 zur Scheibe 4, um die Scheibe entweder durch Widerstand oder Impedanz zu erwärmen.
Die Scheibe 4 kann auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden, wie eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C, um die Temperatur des Polymers zu erhöhen, wenn es die Scheibe 4 erreicht und durch sie hindurchgelangt. Insbesondere wird das Polymer, wenn es durch die Scheibe 4 hindurchgelangt, auf eine ausreichende Temperatur erwärmt, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens der Oberfläche des geschmolzenen Filaments bei der Extrusion aus der Spinndüse in den Fluß Q des oxidativen Gases zu erlauben. Obwohl wir nicht auf irgendeine besondere Theorie festgelegt zu sein wünschen, sind in dieser Ausführungsform Moleküle mit geringerem Molekulargewicht an der Oberfläche des Polymers erhältlich (im Vergleich zum Kern), wenn sie oxidativen Abschreckbedingungen aufgrund des differentiellen Erwärmens unterworfen wird, das an der Oberfläche des Extrudats erhalten wird, ebenso wie aufgrund der zusätzlichen Spannung auf den Polymerstrom, wenn das Polymer zur und aus der Scheibe 4 zur Spinndüse 1 fließt.
Der Abstand "c" zwischen der beheizten Scheibe 4 und der Spinndüse 1 kann in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Zusammensetzung, der Temperatur der Zusammensetzung und den Abmessungen der Kapillaren 2 variiert werden. Z. B. sollten die Kapillaren 2 und 5 für eine Schmelzflußrate eines Polypropylen-Polymers von ca. 0,5 bis 40 dg/min und eine Temperatur von ca. 200 bis 325°C eine Querschnittsfläche "a" von ca. 0,03 bis 0,3 mm², bevorzugt ca. 0,1 mm², und eine Länge "b" von ca. 1 bis 5 mm, bevorzugt ca. 1,5 mm haben, und der Abstand "c" sollte ca. 1 bis 4 mm, bevorzugt ca. 2 bis 3 mm und besonders bevorzugt ca. 2,5 mm betragen.
Die Kapillaren 2 und 5 können die gleichen oder im wesentlichen gleichen Abmessungen haben, wie in 3 gezeigt, oder können verschiedene Abmessungen haben, wie wenn die Kapillaren 2 einen kleineren oder größeren Durchmesser als die Kapillaren 5 haben. Wie z. B. in 4 dargestellt, wobei auf ähnliche Teile mit den gleichen Referenzzeichen aber mit Strichen verwiesen wird, können die Kapillaren 5' einen größeren Durchmesser als die Kapillaren 2' aufweisen. In diesem Fall würden die Kapillaren 5' bevorzugt bis zu ca. 30% weiter als die Kapillaren 2' sein und bevorzugt eine Querschnittsfläche von 0,4 mm² aufweisen. Ein begrenzender Faktor für die Größe der Kapillaren 5' für Ausführungsformen, in denen die Kapillaren 5' in Anzahl und/oder Muster den Kapillaren 2' entsprechen, ist die Fähigkeit, die Festigkeit der beheizten Scheibe beizubehalten, während eine große Anzahl von Kapillaren darin eingepaßt wird.
Wie in 5 und 6 dargestellt, kann die Spinndüse ferner direkt durch verschiedene Mittel erwärmt werden, wodurch eine beheizte Scheibe ausgelassen werden kann. Wie in 5 gezeigt, kann z. B. eine Induktionsspule 7 um die Spinndüse 8 herum angeordnet werden, um die Spinndüse auf eine ausreichende Temperatur zum Erhalt der Kern-Mantel-Filamentstruktur zu erwärmen. Die Temperatur, auf die die Spinndüse erwärmt werden soll, variiert in Abhängigkeit von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Polymers, der Temperatur des Polymers und den Abmessungen der Kapillaren 9. Z. B. würden die Kapillaren 9 für eine Schmelzflußrate eines Polymers wie Polypropylen von ca. 0,5 bis 40 dg/min und eine Temperatur von ca. 200 bis 325°C eine Querschnittsfläche "d" von ca. 0,02 bis 0,2 mm², bevorzugt ca. 0,07 mm², und eine Länge "e" von ca. 1 bis 20 mm, bevorzugt 1 bis 5 mm und besonders bevorzugt ca. 1,5 mm aufweisen.
6 zeigt eine modifizierte Spinndüsenstruktur, worin die Kapillaren 10 der Spinndüse 11 auf der oberen Oberfläche 12 der Spinndüse 11 so eingelassen sind, daß die Kapillaren 10 einen verjüngten oberen Bereich 13 einschließen. Kapillaren 10 haben eine Gesamtlänge von ca. 3 bis 20 mm, bevorzugt 7 bis 10 mm; eine erste Querschnittsfläche 10a von ca. 0,03 bis 0,2 mm² an einem unteren Bereich; eine maximale Querschnittsfläche 10b an der Oberfläche 12 von ca. 0,07 bis 0,5 mm², bevorzugt ca. 0,2 mm²; und die eingelassenen Kapillaren verjüngen sich von der maximalen Querschnittsfläche 10b zur ersten Querschnittsfläche 10a in einem Winkel α von ca. 20 bis 60°, bevorzugt ca. 35 bis 45° und besonders bevorzugt ca. 45°. Die eingelassenen Kapillaren können einen Abstand "f" zwischen der maximalen Querschnittsfläche 10b und der ersten Querschnittsfläche 10a von 0,15 bis 0,4 mm einschließen.
Wie in 7 dargestellt, können die Kapillaren angesenkte, eingelassene Kapillaren 49 umfassen. Diese angesenkten, eingelassenen Kapillaren können einen oberen verjüngten Bereich 49a mit einem oberen Durchmesser 49b von ca. 0,6 mm und einer Länge von ca. 0,5 mm umfassen. Der obere Durchmesser 49b verjüngt sich in einem Winkel β von ca. 20 bis 60°, bevorzugt ca. 35 bis 45° und besonders bevorzugt ca. 45° auf eine obere Kapillare 49c mit einem Durchmesser von ca. 0,5 mm und einer Länge von ca. 3,5 mm. Ein mittlerer verjüngter Bereich 49d mit einer Länge von ca. 0,1 mm und einem Winkel γ von ca. 20 bis 60°, bevorzugt ca. 35 bis 45° und besonders bevorzugt ca. 45° verbindet die obere Kapillare 49c mit einer unteren Kapillare 49e mit einem Durchmesser von 0,35 mm und einer Länge von ca. 1,5 mm.
Wie in 8 dargestellt, können die Kapillaren angesenkte Kapillaren 50 umfassen. Diese angesenkten Kapillaren 50 können eine obere Kapillare 50a mit einem Durchmesser von ca. 0,5 mm und einer Länge von ca. 4 mm umfassen. Ein mittlerer verjüngter Bereich 50b mit einer Länge von ca. 0,1 mm verjüngt sich in einem Winkel θ von ca. 20 bis 60°, bevorzugt ca. 35 bis 45° und besonders bevorzugt ca. 45° auf eine untere Kapillare 50c mit einem Durchmesser von 0,35 mm und einer Länge von ca. 2 mm.
Jede der oben beschriebenen Spinndüsen kann eine Vertiefung in einem unteren Bereich aufweisen, wie die in 8 dargestellte Vertiefung 50b. Die Vertiefung kann eine Querschnittsfläche von ca. 0,05 bis 0,4 mm², bevorzugt ca. 0,3 mm², und eine Länge von ca. 0,25 bis 2,5 mm, bevorzugt eine Länge von ca. 0,5 mm aufweisen.
9 stellt eine beispielhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Spinnpaketanordnung zum Impedanzerwärmen der Spinndüse dar. In der Spinnpaketanordnung 14 der 9 gelangt das Polymer 15 in das Spinnpaketoberteil 16, gelangt durch durch Siebfilter 17, die Stauscheibe 18 und durch die beheizte Spinndüse 19, die mit einer Niederspannung durch eine einstellbare Klemme 21 aus dem Transformator 20 versorgt wird.
Dieser Typ von Spinnpaketanordnung ist auf diesem Gebiet bekannt, mit der Ausnahme der Erwärmung der Spinndüse. Entsprechend können der Siebfilter und die Stauscheibe und die Konstruktionsmaterialien unter Verwendung herkömmlicher Richtlinien für diese Anordnungen ausgewählt werden.
Zum Impedanzerwärmen der Spinndüse oder der beheizten Scheibe beträgt der Strom bevorzugt ca. 500 bis 3 000 Ampere, die Transformator-Abgriffspannung beträgt bevorzugt 1 bis 7 Volt, und die Gesamtleistung sollte bevorzugt ca. 3 bis 21 kW betragen. Diese Werte können in Abhängigkeit vom behandelten Polymer und den Abmessungen der Spinnpaketanordnung, einschließlich der Abmessungen der Spinndüse und/oder der beheizten Scheibe, variiert werden.
10 stellt eine exemplarische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spinnpaketanordnung zum Hochfrequenzerwärmen der Spinndüse dar. In der Spinnpaketanordnung 22 der 10 gelangt das Polymer 29 in das Spinnpaketoberteil 23, gelangt durch Siebfilter 24, Stauscheibe 25 und durch die beheizte Spinndüse 26, die mit einer Induktionsspule 28 erwärmt wird, welche die Spinndüse umgibt. Die Spinnpaketanordnung umgibt ein Dowtherm-Verteiler 27.
Zum Hochfrequenzerwärmen der Spinndüse oder der beheizten Scheibe beträgt die Schwingungsfrequenz ca. 2 bis 15 kHz, bevorzugt etwa 5 kHz, und die Leistung beträgt ca. 2 bis 15 kW, bevorzugt 5 kW. Wie beim Impedanzerwärmen können diese Werte jedoch in Abhängigkeit vom behandelten Polymer und den Abmessungen der Spinnpaketanordnung, einschließlich der Abmessungen der Spinndüse und/oder der beheizten Scheibe, variiert werden.
11 stellt eine Querschnittsansicht einer Kurzspinnvorrichtung 30 mit radialer Abschreckung dar. Die Kurzspinnvorrichtung mit radialer Abschreckung, die eine modifizierte Version einer von Meccaniche Moderne, Mailand, Italien, hergestellten Vorrichtung ist, schließt eine Polymer-Einlaßspinnpumpe 31 ein, durch die das Polymer, das auf eine erste Temperatur erwärmt wird, wie 200 bis 300°C, durch eine Anzahl von Polymer-Zufuhrleitungen 32 zu den Spinnpaketanordnungen 33 mit Stauscheiben 33a und 33b geführt wird, und innere und äußere Rückhalteringe 33c und 33d und Spinndüsen 34. Das extrudierte Polymer in Form von Filamenten F wird nach unten hinter die oxidative Abschreckung mit hoher Fließgeschwindigkeit, dargestellt durch Pfeile 37, gezogen, die zwischen einer äußeren Ummantelung 38 und dem konusförmigen Kanal 39 fließt, und durch die ringförmige Öffnung 35. Wie in 11 ersichtlich, wird die ringförmige Öffnung 35 durch eine obere Ausdehnung 38a der äußeren Ummantelung 38, die durch Bolzen 38b verbunden sein kann, und die Metallscheibe 40 gebildet. Eine Einstellschraube 41 kann angezogen werden, um die äußere Ummantelung 38 einstellbar zu sichern, um unterschiedliche Längen bereitzustellen.
Ferner wird ein Thermoelement 42a in einem Bereich nahe der Spinnpumpe 31 angeordnet, um die Polymer-Zufuhrtemperatur zu messen, und ein anderes Thermoelement 42b wird nahe der Oberseite einer Spinndüsenanordnung 33 angeordnet, um die Polymertemperatur am Spinndüsenkopf zu messen. Bolzen 44 werden zur lösbaren Sicherung jeder der Spinnpaketanordnungen 33 eingesetzt. Ein Bandheizer 45 kann die Spinnpaketanordnungen 33 zur Aufrechterhaltung oder Einstellung der Schmelztemperatur der Polymerschmelze umgeben. Ferner werden Kupferpolklemmen 36 an der Spinndüse zum Anschluß an eine Stromquelle (nicht gezeigt) angebracht, um das Erwärmen der elektrisch beheizten Spinndüse in dieser Ausführungsform zu erhalten, um das Erwärmen der Polymerschmelze an der oder an einer Stelle benachbart zur Spinndüse zu erhalten. Ebenfalls ist eine Isolierung bei 46, 47 und 48 vorgesehen.
Der Abschreckfluß kann durch einen anderen als den in 11 dargestellten radialen Fluß bewirkt werden, und verschiedene andere Weisen der Bereitstellung einer hohen Geschwindigkeit an oxidativem Abschreckgas für die Filamente bei ihrem Verlassen der Spinndüse können verwendet werden. Z. B. kann eine Düse relativ zu jeder Spinndüse so angeordnet werden, um eine hohe Fließgeschwindigkeit von oxidativem Abschreckgas auf die Filamente bei ihrem Verlassen jeder Spinndüse zu richten. Eine solche Düse, wie in 12 dargestellt, ist erhältlich von Automatik, Deutschland. Diese Düse 41 ist beweglich unter Verwendung der Elemente 52 montiert, um am meisten bevorzugt auf das Zentrum der Spinndüse 53 in einem Winkel δ bezüglich einer Ebene ausgerichtet zu werden, die longitudinal durch die Spinndüse mit ca. 0 bis 60°, besonders bevorzugt ca. 10 bis 60° führt, und sie kann ebenfalls bevorzugt einen Winkel von ca. 0 bis 45°, besonders bevorzugt 0 bis 25° aufweisen.
Die verschiedenen Elemente der Spinnpaketanordnung der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung herkömmlicher Konstruktionsmaterialien aufgebaut werden, wie rostfreier Stahl, einschließlich rostfreier 17-4PH-Stahl, rostfreier Stahl 304 und rostfreier Stahl 416, und Chromnickel, wie Chromnickel-800H.
Die erfindungsgemäß erhaltene gesponnene Faser kann eine kontinuierliche und/oder Stapelfaser vom Einkomponenten- oder Zweikomponententyp sein und fällt bevorzugt in den Denier pro-Filament-(dpf)-Bereich von ca. 0,5 bis 30, ist bevorzugt nicht größer als ca. 5 und liegt bevorzugt zwischen ca. 0,5 und 3,0.
Zusätzlich wird bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Faser wenigstens ein Schmelzstabilisator und/oder Oxidationsinhibitor mit der extrudierbaren Zusammensetzung vermischt. Der Schmelzstabilisator und/oder Oxidationsinhibitor wird bevorzugt in einer Gesamtmenge mit dem zu einer Faser zu verarbeitenden Polypropylen in einem Mengenbereich von ca. 0,005 bis 2,0 Gew.-% der extrudierbaren Zusammensetzung, bevorzugt ca. 0,03 bis 1,0 Gew.-% vermischt. Solche Stabilisatoren sind bei der Polypropylenfaser-Herstellung wohlbekannt und schließen ein: Phenylphosphite, wie IRGAFOS 168 (erhältlich von Ciba Geigy Corp.), ULTRAVOX 626 (erhältlich von General Electric Co.) und SANDOSTAB PEP-Q (erhältlich von Sandoz Chemical Co.); und gehinderte Phenolharze, wie IRGANOX 1076 (erhältlich von Ciba Geigy Corp.) und CYANOX 1790 (erhältlich von American Cyanamid Co.); und N,N'-Bispiperidinyldiamin-haltige Stoffe, wie CHIMASSORB 119 und CHIMASSORB 944 (erhältlich von Ciba Geigy Corp.). (IRGAFOS, ULTRAVOX, SANDOSTAB, IRGANOX und CHIMASSORB können registrierte Handelsmarken sein.) Der wenigstens eine Schmelzstabilisator und/oder Oxidationsinhibitor kann in die extrudierbare Zusammensetzung gemischt oder kann separat zu den Polypropylenen hinzugegeben werden, die zur Bildung der extrudierbaren Zusammensetzung vermischt werden.
Zusätzlich können Aufheller wie Titandioxid in Mengen von bis zu 2 Gew.-%, Säurefänger wie Calciumstearat in Mengenbereichen von ca. 0,05 bis 0,2 Gew.-%, Färbemittel in Mengenbereichen von 0,01 bis 2,0 Gew.-% und andere wohlbekannte Additive in der erfindungsgemäßen Faser eingeschlossen werden. Benetzungsmittel, wie in US-A-4 578 414 offenbart, werden ebenfalls in nützlicher Weise in die erfindungsgemäße Faser eingearbeitet. Andere handelsübliche nützliche Additive schließen LUPERSOL 101 (erhältlich von Pennwalt Corp.) ein. (LUPERSOL kann eine registrierte Handelsmarke sein.)
Zusätzlich können Metallcarboxylate zum Polymermaterial hinzugegeben werden. Diese Metallcarboxylate sind bekannt für die Verwendung in Polymermaterialien, die dem thermischen Sondieren unterzogen werden, und es wird angenommen, daß eine kleine Menge an Metallcarboxylaten die Oberflächenschmelztemperatur der Polymermaterialien, wie Polypropylen-Faser, erniedrigt. Typische Metallcarboxylate schließen Nickelsalze von 2-Ethylhexansäure, Caprylsäure, Decansäure und Dodecansäure und 2-Ethylhexanoate von Fe, Co, Ca und Ba ein. Bevorzugte Metallcarboxylate schließen Nickeloctoate ein, wie eine 10%ige Lösung von Nickeloctoat in Leichtbenzin, erhalten von Shepherd Chemical Co., Cincinnati, Ohio. Bevorzugt sind die Metallcarboxylate im zu Fasern oder Filamenten zu verarbeitenden Polymermaterial in einer Konzentration von ca. 7 bis 1 000 ppm, am meisten bevorzugt ca. 700 ppm eingeschlossen.
Um die vorliegende Erfindung klarer zu beschreiben, werden die folgenden, nicht beschränkenden Beispiele bereitgestellt. Alle Teile oder Prozente in den Beispielen sind gewichtsbezogen, wenn nicht anders angegeben.
Beispiele
Fasern wurden sowohl unter Verwendung von Entwicklungsversuchen im kleinen Maßstab als auch von Versuchen in Pilotanlagen unter den in Tabelle I aufgeführten Betriebsbedingungen erzeugt. Insbesondere sind die unterschiedlichen Polymere, ihre Temperaturen und Spinnbedingungen und unterschiedliche Bedingungen in Tabelle I aufgeführt, begleitet von Informationen hinsichtlich der Kern-Mantel-Struktur der resultierenden Fasern, beruhrned auf der Mikroschmelzanalayse.
Die in den Beispielen in Tabelle I aufgeführten Versuchsverfahren schließen die folgenden ein:
Beispiele 1 bis 67 verwendeten eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, wobei die Beispiele 22 bis 44 0,00019% Ultranox 626 als Oxidationsinhibitor-Stabilisator beinhalten.
Beispiele 68 bis 75 und 188 bis 196 verwendeten eine beheizte Spinndüse mit vertieften Kapillaren in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab.
Beispiele 76 bis 79 verwendeten eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, worin das Erwärmen mit einem Bandheizgerät erreicht wurde.
Beispiele 80 bis 89 verwendeten eine beheizte Spinndüse in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, worin das Erwärmen mit einem Bandheizgerät erreicht wurde.
Beispiele 90 bis 187 verwendeten eine beheizte Spinndüse mit vertieften Kapillaren in einem Versuch in einer Pilotanlage, wobei die Beispiele 90 bis 150 eine Extrudertemperatur von 240 bis 280°C verwendeten und die Beispiele 151 bis 187 eine Extrudertemperatur von 285 bis 300°C verwendeten.
Beispiele 197 bis 202 verwendeten eine beheizte Spinndüse ohne vertiefte Kapillaren in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab.
Beispiele 203 bis 313 verwendeten eine beheizte Spinndüse ohne vertiefte Kapillaren in einem Versuch in einer Pilotanlage.
Beispiele 314 bis 319 verwendeten eine beheizte Spinndüse ohne vertiefte Kapillaren in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, worin das Polypropylen Nickeloctoat enthielt.
Beispiele 320 bis 324 verwendeten eine beheizte Spinndüse ohne vertiefte Kapillaren in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, worin das Polymer Polyethylen war.
Beispiele 325 bis 331 verwendeten eine Spinndüse ohne vertiefte Kapillaren in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, worin das Polymer Polyester war.
Im Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab, der eine beheizte Spinndüse verwendete, wurde eine direkt beheizte Spinndüse 60 aus Chromnickel-800H mit Abmessungen, wie in 13a dargestellt, von 0,3 Zoll (7,6 mm) (Abmessung "g") × 0,25 Zoll (6,35 mm) (Abmessung "h") konstruiert, die 59 Kapillaren 61 einschloß, die in abwechselnden Reihen von 6 und 7 Kapillaren mit einem Durchmesser von 0,012 Zoll (0,3 mm) und einer Länge von 0,12 Zoll (3 mm) angeordnet waren, wobei die Spinndüse eine entsprechende Dicke von 0,12 Zoll (3 mm) hatte. Insbesondere gab es 5 Reihen mit 7 Kapillaren, die sich mit 4 Reihen mit 6 Kapillaren abwechselten, wobei die Kapillaren sich in einem Abstand von 0,03 Zoll (0,75 mm) (Abmessung "i") voneinander und 0,035 Zoll (0,90 mm) (Abmessung "j") von den Kanten 62 der Spinndüse befanden.
Wie in 13b, 13c und 13d dargestellt, wird die Spinndüse 60 in eine Vertiefung 64 des Spinndüsenhalters 63 eingefügt, wobei die Vertiefung 64 entsprechende Abmessungen von 0,3 Zoll (7,6 mm) (Abmessung "g'") × 0,25 Zoll (6,35 mm) (Abmessung "h'") zur Spinndüse 60 und eine Tiefe von 0,1 Zoll (2,5 mm) (Abmessung "o") aufweist. Der Spinndüsenhalter hat einen oberen Bereich 65 mit einem Durchmesser von 0,745 Zoll (19,0 mm) (Abmessung "n") und einer Dicke von 0,06 Zoll (1,5 mm) (Abmessung "l") und einen unteren Bereich 66 mit einem Durchmesser von 0,625 Zoll (16,0 mm) (Abmessung "m") und einer Dicke, um eine Gesamtdicke von 0,218 Zoll (5,5 mm) (Abmessung "k") für den Spinndüsenhalter 63 bereitzustellen. Ferner wurden Kupferpolklemmen 68 an die obere Oberfläche 67 des Spinndüsenhalters 63 zur Verbindung mit einer Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden.
Wie schematisch in 14 dargestellt, wurde diese Spinndüse in eine Spinnpaketanordnung 69 montiert. Die Spinnpaketanordnung 69 schloß in aufeinanderfolgender Reihenfolge einen Polymer-Zufuhrverteiler 70, einen Filter 71, einen Verteiler 72, einen Abstandshalter 73, die Spinndüse 60 und ein unteres Klemmelement 74 ein. Die Spinnpaketanordnung wurde an ein Polymerrohr 108 zur Durchleitung des Polymers durch Einlaß 109 in die Spinnpaketanordnung 69 angebracht. Weiterhin umgaben ein Bandheizgerät 110 und Isolierung 111 die Anordnung.
Wie in 15 dargestellt, schloß der Polymer-Zufuhrverteiler 70, der aus rostfreiem 17-4PH Stahl konstruiert wurde, einen unteren Bereich 75 mit einem Durchmesser von 0,743 Zoll (19,0 mm) (Abmessung "p") und einer Dicke von 0,6 Zoll (15 mm) (Abmessung "q") und einen oberen Bereich 76 mit einem Durchmesser von 0,646 Zoll (16,4 mm) (Abmessung "r") und einer Dicke ein, um eine Gesamtdicke für den Polymerzufuhrverteiler 70 von 0,18 Zoll (4,6 mm) (Abmessung "s") bereitzustellen. Zentral angeordnet im Polymer-Zufuhrverteiler 70 befand sich mit einem konischen Abstand eine Öffnung 77 mit einem unteren Durchmesser von 0,625 Zoll (16,0 mm) (Abmessung "t") an der Oberfläche 78, der sich einwärts und aufwärts zur oberen Oberfläche 79 mit einem Winkel "u" von 72° verjüngte.
Der Siebfilter 71 schloß eine Kombination aus drei Sieben aus rostfreiem Stahl 304 ein, die von einem Aluminiumband mit 24-iger Maß (0,02 Zoll (0,05 mm) Dicke) umgeben waren. Die Siebfilter schlossen ein erstes Sieb mit 250 Mesh, ein zweites Sieb mit 60 Mesh und ein drittes Sieb mit 20 Mesh ein. Das Aluminiumband hatte einen Innendurchmesser (der eine Öffnung für den ersten Siebfilter bildete) von 0,63 Zoll (15,0 mm), einen Außendurchmesser von 0,73 Zoll (18,5 mm) und eine Dicke von 0,094 Zoll (2,4 mm).
Wie in den 16a und 16b dargestellt, schloß der Verteiler 72, der aus rostfreiem Stahl 17-4PH konstruiert wurde, ein Element 85 mit rundem Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,743 Zoll (19,0 mm) (Abmessung "v") und einer Dicke von 0,14 Zoll (3,5 mm) (Abmessung "w") ein. Eine rechteckförmige Vertiefung 83 befand sich zentrisch in der oberen Oberfläche 82 des Elements 85 mit Kanten 86 von 0,45 Zoll (11,4 mm) (Abmessung "x") und einer Tiefe zu einer unteren Vertiefungsoberfläche 83 von 0,02 Zoll (0,5 mm) (Abmessung "y"). Das Element schloß ferner 46 Kapillaren ein, die den Fluß von Polymer aus der unteren Vertiefungsoberfläche 83 durch die untere Oberfläche 84 des Elements 85 ermöglichten. Die Kapillaren hatten einen Durchmesser von 3/64 Zoll (1,2 mm), besaßen einen gleichförmigen Abstand und schlossen vier Reihen mit 7 Kapillaren abwechselnd mit drei Reihen mit 6 Kapillaren ein. Die Kapillaren waren von den Kanten 86 der Vertiefung 80 ca. 0,06 Zoll (1,5 mm) entfernt.
Wie in 17 dargestellt, schloß der Abstandshalter 73, der aus rostfreiem Stahl 416 konstriert wurde, ein oberes Element 87 mit einem Außendurchmesser von 0,743 Zoll (19,0 mm) (Abmessung "z") und einer Dicke von 0,11 Zoll (2,8 mm) (Abmessung "aa") und ein unteres Element 88 mit einem Außendurchmesser von 0,45 Zoll (11,4 mm) (Abmessung "bb") und einer Dicke von 0,07 Zoll (1,8 mm) (Abmessung "cc") ein, um eine Gesamtdicke von 0,18 Zoll (4,6 mm) (Abmessung "dd") bereitzustellen. Ferner schloß der Abstandshalter 73 eine Öffnung 89 mit einem maximalen Durchmesser an der Oberfläche 91 des oberen Elements 87 ein und verjüngte sich einwärts und abwärts entlang der konischen Verjüngung 90 zum Punkt 92, wo das untere Element 88 beginnt, und behielt dann einen konstanten Durchmesser von 0,375 Zoll (9,5 mm) (Abmessung "ff") bis zur unteren Oberfläche 93 bei.
Wie in 18a und 18b dargestellt, schloß das untere Klemmelement 74, das aus rostfreiem Stahl 416 konstruiert wurde, ein Element 94 mit einem Außendurchmesser von 2 Zoll (50 mm) (Abmessung "gg") und einer Dicke von 0,4 Zoll (10 mm) (Abmessung "kk") ein. Eine Öffnung 95 verband die obere Oberfläche 96 des Elements 94 mit der unteren Oberfläche 97. Die Öffnung 95 schloß einen maximalen Durchmesser von 0,75 Zoll (19 mm) (Abmessung "hh") an der oberen Oberfläche 96 ein und behielt diesen maximalen Durchmesser für 0,34 Zoll (8,6 mm) (Abmessung "ii") bei, wo der Durchmesser auf 0,64 Zoll (16,2 mm) (Abmessung "jj") reduziert wurde, und behielt diesen reduzierten Durchmesser bis zur unteren Oberfläche 97 bei, wodurch eine vertiefte Oberfläche 98 erhalten wurde, gegen die der Spinndüsenhalter 63 gedrückt wurde, wenn die in den Öffnungen 99 angeordneten Bolzen (nicht gezeigt) angezogen wurden. Zur Erleichterung der Ansicht der Figuren wurden die Öffnungen 99 aus 18b weggelassen. Schlitz 100 mit einer Breite von 0,25 Zoll (6,4 mm) (Abmessung "ll") befand sich im Element 94 in einer Tiefe von 0,28 Zoll (7,0 mm) (Abmessung "mm") zum Empfang und Herausragen der Kupferpolklemmen 68 aus der Spinnpaketanordnung 69.
Im Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab unter Verwendung einer beheizten Scheibe war die Struktur der Spinnpaketanordnung ähnlich derjenigen der oben beschriebenen beheizten Spinndüsenanordnung; jedoch wurde die beheizte Scheibe zur Anordnung hinzugefügt, und die Spinndüse hatte eine unterschiedliche Anzahl von Kapillaren. Insbesondere schloß die Entwicklungsversuchsanordnung im kleinen Maßstab 101, wie in 19 ersichtlich, eine Spinnpaketanordnung 102 mit einem Polymer-Zufuhrverteiler 103, einem Siebfilter 104, einem Verteiler 105, einer beheizten Scheibe 106, einer Spinndüse 60, Kupferpolklemmen 68 und einem unteren Klemmelement 107 ein. Zusätzlich war die Spinnpaketanordnung 102 in einer ähnlichen Weise wie die oben beschriebene beheizte Spinndüsenausführungsform mit einer Polymerleitung 108 zur Leitung des Polymers durch den Einlaß 109 zur Spinnpaketanordnung 102 verbunden. Ferner umgaben ein Bandheizgerät 110 und Isolierung 111 die Anordnung.
Wie in 20a und 20b dargestellt, besitzt die beheizte Scheibe 112, die aus rostfreiem Stahl konstruiert wurde, einen ähnlichen Aufbau wie der in 16a und 16b dargestellte Verteiler 72. Jedoch schloß die beheizte Scheibe 112 im Gegensatz zum Verteiler Kupferpolklemmen 113 zur Verbindung mit einer Elektrizitätsquelle (nicht gezeigt) ein und schloß 186 Kapillaren 115 ein, die sich unterhalb einer 0,1 Zoll (2,5 mm) tiefen Vertiefung 116 zum Fluß von Polymer in die durch den Pfeil 114 angegebenen Richtung befanden. Die Kapillaren-Anordnung ist in 20a dargestellt, in der es 186 teilweise gezeigte Kapillaren 115 gibt, die in abwechselnden Reihen von 15 und 16 Kapillaren mit einem Durchmesser von 0,012 Zoll (0,3 mm) und einer Länge von 0,078 Zoll (2 mm) angeordnet sind. Insbesondere waren in einer Fläche mit einer Länge entlang Kante 116 von 0,466 Zoll (11,8 mm) (Abmessung "nn") und einer Breite entlang der Kante 117 von 0,442 Zoll (11,2 mm) (Abmessung "oo") sechs Reihen mit 16 Kapillaren abwechselnd mit sechs Reihen mit 15 Kapillaren angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Kapillaren im Zentrum 0,027 Zoll (0,7 mm) entlang Kante 116 und 0,034 Zoll (0,86 mm) entlang Kante 117 betrug, wobei die Endkapillaren in den Reihen mit 16 Kapillaren 0,03 Zoll (0,76 mm) von Kante 117 entfernt waren und die Endkapillaren in den Reihen mit 15 Kapillaren von Kante 117 0,04 Zoll (1,0 mm) entfernt waren. Ferner hatte die Spinndüse im Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab mit der beheizten Scheibe 186 Kapillaren des gleichen Musters wie die beheizte Scheibe, aber einen Durchmesser von 0,008 Zoll (0,2 mm) und eine Länge von 0,006 Zoll (1,5 mm).
In Beispielen, in denen eine Spinndüse mit vertieften Kapillaren in einem Entwicklungsversuch im kleinen Maßstab verwendet wurde, hatten die Kapillaren einen Durchmesser von 0,3 mm und eine Gesamtlänge von 4,0 mm, und die vertieften Bereiche hatten einen Durchmesser von 0,5 mm und eine Länge von 1,0 mm.
In Beispielen, in denen eine beheizte Spinndüse in einem Versuch in einer Pilotanlage verwendet wurde, schloß die Spinndüse 30 500 Kapillaren mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einer Länge von 1,5 mm ein. Ein 20 kW-Transformator mit einer maximalen Spannung von 7,5 V und einer Nennspannung von 2 bis 3 V wurde für das Erwärmen der Spinndüse verwendet, wobei der Sekundärstrom das 34-fache des Primärstroms betrug.
In Beispielen, in denen ein Bandheizgerät verwendet wird, war das Bandheizgerät ein mit Glimmer isoliertes CHROMALOX-Bandheizgerät mit 150 W und 120 V. (CHROMALOX kann eine registrierte Handelsmarke sein).
Weiterhin wurde das Abschrecken in den verschiedenen Beispielen unter Verwendung einer Düse erreicht, die Luft von Raumtemperatur mit ca. 4 000 bis 6 000 ft/min (1 200 bis 1 800 m/min) einblies. Zusätzlich gibt in Tabelle I Polymer A Pellets aus linearem isotaktischem Polypropylen mit einer Schmelzflußrate von 18 ± 2 dg/min an, erhalten von Himont, Inc., Polymer B gibt Pellets aus linearem isotaktischem Polypropylen mit einer Schmelzflußrate von 9,5 ± 2 dg/min an, erhalten von Himont, Inc., Stabilisator gibt den Oxidationsinhibitor-Stabilisator Ultranox 626 an, erhalten von General Electric Co., PE gibt DOW 6811A Polyethylen an und Polyester waren Barnette Southern wiederverwertete Flaschenflocken.
In der folgenden Tabelle I kann jede in °F ausgedrückte Temperatur (F) zur entsprechenden Temperatur (C) in °C durch die Gleichung C = (F-32)/1,8 konvertiert werden.

Claims

Verfahren zum Spinnen von Polymer-Filamenten, umfassend: Zuführen einer Polymerzusammensetzung zu wenigstens einer Spinndüse, wobei die Polymerzusammensetzung ein Polyolefin umfaßt; Erwärmen der Polymerzusammensetzung an einer Stelle an der oder benachbart zur wenigstens einen Spinndüse, um ausreichendes Erwärmen der Polymerzusammensetzung zum teilweisen Abbau der Polymerzusammensetzung in einer Umgebung der wenigstens einen Spinndüse zu erhalten; Extrudieren der teilweise abgebauten Polymerzusammensetzung durch die wenigstens eine Spinndüse zur Bildung geschmolzener Filamente; und unverzügliches Abschrecken der geschmolzenen Filamente in einer oxidativen Atmosphäre, sobald die geschmolzenen Filamente extrudiert sind, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens einer Oberfläche der geschmolzenen Filamente zu bewirken, um Filamente mit einer Kern-Mantel-Struktur zu erhalten, worin das Abschrecken eine radiale Abschreckung umfasst und die radiale Abschreckung ein oxidatives Gas mit einer Fließgeschwindigkeit von 3 000 bis 12 000 ft/min (900–3 600 m/min) umfasst.
Verfahren zum Spinnen von Polymer-Filamenten, umfassend: Zuführen einer Polymerzusammensetzung zu wenigstens einer Spinndüse, wobei die Polymerzusammensetzung ein Polyolefin umfaßt; Erwärmen der Polymerzusammensetzung an einer Stelle an der oder benachbart zur wenigstens einen Spinndüse, um die Polymerzusammensetzung auf eine ausreichende Temperatur zu erwärmen, um eine Kern-Mantel-Filamentstruktur beim Abschrecken in einer oxidativen Atmosphäre zu erhalten; Extrudieren der erwärmten Polymerzusammensetzung durch die wenigstens eine Spinndüse zur Bildung geschmolzener Filamente; und Abschrecken der geschmolzenen Filamente in einer oxidativen Atmosphäre, sobald die geschmolzenen Filamente extrudiert sind, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens einer Oberfläche der geschmolzenen Filamente zum Erhalt von Filamenten mit einer Kern-Mantel-Struktur zu bewirken, worin das Abschrecken eine radiale Abschreckung umfasst und die radiale Abschreckung ein oxidatives Gas mit einer Fließgeschwindigkeit von 3 000 bis 12 000 ft/min (900–3 600 m/min) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Erwärmen der Polymerzusammensetzung das Erwärmen auf eine Temperatur von wenigstens ca. 200°C umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, worin das Erwärmen der Polymerzusammensetzung das Erwärmen auf eine Temperatur von wenigstens ca. 220°C umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin das Erwärmen der Polymerzusammensetzung das Erwärmen auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C umfaßt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, worin das Extrudieren das Extrudieren der erwärmten Polymerzusammensetzung mit einer Temperatur von wenigstens ca. 200°C umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, worin das Extrudieren das Extrudieren der erwärmten Polymerzusammensetzung mit einer Temperatur von wenigstens 220°C umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das Extrudieren das Extrudieren der erwärmten Polymerzusammensetzung mit einer Temperatur von wenigstens ca. 250°C umfaßt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, worin die geschmolzenen Filamente unverzüglich abgeschreckt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, worin das Erwärmen das Erwärmen der wenigstens einen Spinndüse umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, worin das Erwärmen das direkte Erwärmen der wenigstens einen Spinndüse umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, worin die wenigstens eine Spinndüse auf eine Temperatur von wenigstens ca. 230°C erwärmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, worin die wenigstens eine Spinndüse auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C erwärmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, worin das Erwärmen das Anordnen wenigstens eines beheizten, mit Löchern versehenen Elements stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, worin das wenigstens eine, mit Löchern versehene Element wenigstens eine mit Löchern versehene Scheibe umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 15, worin die wenigstens eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C erwärmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, worin die wenigstens eine, mit Löchern versehene Scheibe ca. 1 bis 4 mm stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17, worin das wenigstens eine, mit Löchern versehene Element ca. 2 bis 3 mm stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, worin das wenigstens eine, mit Löchern versehene Element ca. 2,5 mm stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, worin die wenigstene eine, mit Löchern versehene Scheibe und die wenigstens eine Spinndüse eine entsprechende Anzahl von Kapillaren und ein entsprechendes Muster umfassen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, worin die Kapillaren in der wenigstens einen, mit Löchern versehenen Scheibe eine Querschnittsfläche umfassen, die bis zu ca. 30% größer ist als die Querschnittsfläche der Kapillaren in der wenigstens einen Spinndüse.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, worin die wenigstens eine Spinndüse 500 bis 150 000 Kapillaren mit eingelassenen, angesenkten oder eingelassenen und angesenkten Kapillaren umfaßt, gegebenenfalls einschließlich einer unteren Vertiefung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, worin das Erwärmen wenigstens eines aus Erwärmen mit Leitung, Konvektion, Hochfrequenz, magnetisches und Strahlung umfaßt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, worin die Spinngeschwindigkeit ca. 10 bis 200 m/min beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 24, worin die Spinngeschwindigkeit ca. 80 bis 100 m/min beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, worin die Polymerzusammensetzung eine Polypropylenzusammensetzung umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 26, worin die Polypropylenzusammensetzung eine Schmelzflußrate von ca. 0,5 bis 40 dg/min besitzt.
Verfahren gemäß Anspruch 26, worin die Polypropylenzusammensetzung eine breite Molekulargewichtsverteilung besitzt.
Verfahren gemäß Anspruch 28, worin die Molekulargewichtsverteilung der Polypropylenzusammensetzung wenigstens ca. 4,5 ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, worin die Polymerzusammensetzung wenigstens ein Mittel einschließt, das die Oberflächenschmelztemperatur der Polymermaterialien erniedrigt.
Verfahren gemäß Anspruch 30, worin das wenigstens eine Mittel, das die Oberflächenschmelztemperatur der Polymermaterialien erniedrigt, wenigstens ein Metallcarboxylat umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 31, worin das wenigstens eine Metallcarboxylat wenigstens einen Vertreter umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Nickelsalzen von 2-Ethylhexansäure, Caprylsäure, Decansäure und Dodecansäure und 2-Ethylhexanoaten von Fe, Co, Ca und Ba besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 32, worin die geschmolzenen Filamente in einer oxidativen Atmosphäre abgeschreckt werden, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens einer Oberfläche der geschmolzenen Filamente zum Erhalt von Filamenten mit einer Kern-Mantel-Struktur zu bewirken, welche Vliesmaterialien mit einer Festigkeit in Querrichtung von wenigstens 650 g/in (12 bis 5 N/5 cm) für ein bei Geschwindigkeiten von wenigstens 250 ft/min (76 m/min) bondiertes Gewebe mit 20 g/yd² (24 g/m²) bilden können.
Vorrichtung zum Spinnen von Polymerfilamenten, umfassend: wenigstens eine Spinndüse; Mittel zum Zuführen einer Polymerzusammensetzung durch die wenigstens eine Spinndüse zur Extrusion geschmolzener Filamente; Mittel zum im wesentlichen gleichförmigen Erwärmen der Polymerzusammensetzung an einer Stelle an der oder benachbart zur wenigstens einen Spinndüse, um ein ausreichendes Erwärmen der Polymerzusammensetzung zum teilweisen Abbau der Polymerzusammensetzung in einer Umgebung der wenigstens einen Spinndüse zu erhalten; und Mittel zum unverzüglichen Abschrecken geschmolzener Filamente aus extrudiertem Polymer in einer oxidativen Atmosphäre, sobald die geschmolzenen Filamente die wenigstens eine Spinndüse verlassen, wobei die Mittel zum Abschrecken Mittel zum Bewirken einer radialen Abschreckung mit einem Fluss eines oxidativen Gases mit einer Fließgeschwindigkeit von 3 000 bis 12 000 ft/min (900–3 600 m/min) umfassen können, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens einer Oberfläche der geschmolzenen Filamente zu bewirken, worin (i) die Mittel zum Erwärmen wenigstens ein mit Löchern versehenes Element umfassen, das stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet ist, und/oder (ii) wenigstens eine Spinndüse bereitgestellt ist, die im wesentlichen gleichförmig durch den direkten Widerstand oder die Impedanz der Spinndüse beheizt wird, und/oder (iii) die Mittel zur Zufuhr des Polymers durch die Spinndüse zum Erhalt einer Spinngeschwindigkeit von ca. 10 bis 200 m/min fähig sind.
Vorrichtung zum Spinnen von Polymer-Filamenten, umfassend: wenigstens eine Spinndüse; Mittel zur Zufuhr einer Polymerzusammensetzung durch die wenigstens eines Spinndüse zur Extrusion geschmolzener Filamente; Mittel zum Erwärmen der Polymerzusammensetzung an einer Stelle an der oder benachbart zur wenigstens einen Spinndüse, um ein ausreichendes Erwärmen der Polymerzusammensetzung zum Erhalt einer Kern-Mantel-Filamentstruktur beim Abschrecken in einer oxidativen Atmosphäre zu erhalten; und Mittel zum Abschrecken geschmolzener Filamente aus extrudiertem Polymer in einer oxidativen Atmosphäre, sobald die geschmolzenen Filamente die wenigstens eine Spinndüse verlassen, wobei die Mittel zum Abschrecken Mittel zum Bewirken einer radialen Abschreckung mit einem Fluss eines oxidativen Gases mit einer Fließgeschwindigkeit von 3 000 bis 12 000 ft/min (900–3 600 m/min) umfassen können, um einen oxidativen Kettenspaltungsabbau wenigstens einer Oberfläche der geschmolzenen Filamente zum Erhalt von Filamenten mit einer Kern-Mantel-Struktur zu bewirken, worin (i) die Mittel zum Erwärmen wenigstens ein mit Löchern versehenes Element umfassen, das stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet ist, und/oder (ii) wenigstens eine Spinndüse bereitgestellt ist, die im wesentlichen gleichförmig durch den direkten Widerstand oder die Impedanz der Spinndüse beheizt wird, und/oder (iii) die Mittel zur Zufuhr des Polymers durch die Spinndüse zum Erhalt einer Spinngeschwindigkeit von ca. 10 bis 200 m/min fähig sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 35, die Mittel zum unverzüglichen Abschrecken der geschmolzenen Filamente umfaßt, sobald sie die Spinndüse verlassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34 bis 36, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum im wesentlichen gleichförmigen Erwärmen der wenigstens einen Spinndüse auf eine Temperatur von wenigstens ca. 230°C umfassen.
Gemäß Anspruch 37, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum im wesentlichen gleichförmigen Erwärmen der wenigstens einen Spinndüse auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 37, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum im wesentlichen gleichförmigen Erwärmen der wenigstens einen Spinndüse auf eine Temperatur von ca. 230 bis 370°C umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34 bis 36, worin die Mittel zum Erwärmen wenigstens eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe umfassen, die stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 40, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum Erwärmen der wenigstens einen beheizten, mit Löchern versehenen Scheibe auf eine Temperatur von wenigstens ca. 250°C umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 41, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum Erwärmen der wenigstens einen beheizten, mit Löchern versehenen Scheibe auf eine Temperatur von ca. 250 bis 370°C umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 42, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum Erwärmen der wenigstens einen beheizten, mit Löchern versehenen Scheibe auf eine Temperatur von ca. 280 bis 350°C umfassen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 43, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum Erwärmen der wenigstens einen beheizten, mit Löchern versehenen Scheibe auf eine Temperatur von ca. 300 bis 350°C umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 40 bis 44, worin die wenigstens eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe ca. 1 bis 4 mm stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 45, worin die wenigstens eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe ca. 2 bis 3 mm stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 46, worin die wenigstens eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe ca. 2,5 mm stromaufwärts der wenigstens einen Spinndüse angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 40 bis 47, worin die wenigstens eine beheizte, mit Löchern versehene Scheibe und die wenigstens eine Spinndüse eine entsprechende Anzahl von Kapillaren und ein entsprechendes Muster umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 40 bis 48, worin die Kapillaren in der wenigstens einen beheizten, mit Löchern versehenen Scheibe eine Querschnittsfläche umfassen, die bis zu ca. 30% größer ist als die Querschnittsfläche der Kapillaren in der wenigstens einen Spinndüse.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34 bis 49, worin die wenigstens eine Spinndüse 500 bis 150 000 Kapillaren mit eingelassenen, angesenkten oder eingelassenen und angesenkten Kapillaren umfaßt, gegebenenfalls einschließlich einer unteren Vertiefung.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34 bis 50, die ein zusätzliches Mittel zum Erwärmen der Polymerzusammensetzung auf eine Temperatur von ca. 200 bis 300°C einschließt, bevor die Polymerzusammensetzung die Mittel zum Erwärmen erreicht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34 bis 51, worin die Mittel zum Erwärmen Elemente zum Erwärmen durch wenigstens eines aus Erwärmen durch Leitung, Konvektion, Hochfrequenz, magnetisches und Strahlung umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 34 bis 52, worin die Mittel zur Zufuhr einer Polymerzusammensetzung zur wenigstens einen Spinndüse zum Erhalt einer Spinngeschwindigkeit von ca. 10 bis 200 m/min durch die wenigstens eine Spinndüse fähig sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 53, worin die Mittel zur Zufuhr einer Polymerzusammensetzung zur wenigstens einen Spinndüse zum Erhalt einer Spinngeschwindigkeit von ca. 80 bis 100 m/min durch die wenigstens eine Spinndüse fähig sind.