DE19882909B4

DE19882909B4 - Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse

Info

Publication number: DE19882909B4
Application number: DE19882909T
Authority: DE
Inventors: Bryan D. Haynes; Jeffrey L. Mcmanus; Rick Busby
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2018-12-19
Also published as: GB0017146D0; US6001303A; BR9813659A; DE19882909T1; AU746714B2; WO1999032692A1; KR100560589B1; GB2348168B; KR20010033269A; BR9813659B1; AU1934599A; GB2348168A

Abstract

Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern durch Verfeinerung eines Stroms von geschmolzenem Polymer unter Druck in eine Mehrzahl von einzelnen Fasern, wobei die Spritzwerkzeugdüse umfasst:
eine Spritzdüsenspitze, die einen Polymerzuführdurchgang in Kommunikation mit mehreren Kapillaren festlegt, wobei der Polymerzuführdurchgang so konfiguriert ist, dass geschmolzenes Polymer unter Druck durch die Kapillaren in der Form eines Stroms geschmolzenen Polymers ausgestoßen wird, der in eine Richtung, die durch die erste Achse festgelegt ist, fließt;
eine Heißluftplatte, die so angeordnet ist, dass sie mit der Spritzdüsenspitze zusammenarbeitet, um einen Heißluftströmkanal dazwischen festzulegen, wobei die Heißluftplatte eine Kante aufweist, die nahe der Spritzdüsenspitze endet;
eine Kaltluftplatte, die so angeordnet ist, dass sie mit der Heißluftplatte zusammenarbeitet, um einen Kaltluftströmkanal dazwischen festzulegen, wobei die Kaltluftplatte eine Kante aufweist, die nahe der Spritzdüsenspitze endet, wobei der Kaltluftströmkanal so konfiguriert ist, dass ein wesentlicher Anteil der Luft, die durch den Kanal strömt, in eine...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden schmelzgeblasener Faserarn nach Ansprüchen 1 und 12. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausbilden schmelzgeblasener Fasern unter Verwendung eines Gases zum Ziehen der Fasern, das sich auf einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Polymers befindet, aus dem die Fasern hergestellt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schmelzgeblasene Fasern sind Fasern, die durch Extrusion eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Mehrzahl von feinen, üblicherweise runden Spritzdüsenkapillarröhrchen als geschmolzene Fäden oder Spinnfäden in zufließende, üblicherweise heiße und sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Gasströme (z. B. Luft) gebildet werden, um die Spinnfäden des geschmolzenen thermoplastischen Materials zu verfeinern und Fasern auszubilden. Während des Schmelzblasverfahrens werden die Durchmesser der geschmolzenen Fäden durch das Ziehen der Luft auf die gewünschte Größe vermindert. Danach werden die schmelzgeblasenen Fasern durch den Hochgeschwindigkeitsgasstrom weggetragen und auf einer Sammeloberfläche abgelagert, um eine Bahn aus willkürlich aufgebrachten schmelzgeblasenen Fasern zu bilden. Solch ein Verfahren wird zum Beispiel in den US Patenten Nr. 3,849,241 A , ausgestellt an Buntin et al., 4,526,733 A , ausgestellt an Lau und 5,160,746 A , ausgestellt an Dodge, II et al. offenbart, wobei alle diese Patente zum Zwecke der Bezugnahme hierin zitiert werden. Schmelzgeblasene Fasern können endlos oder zerhackt sein und sind im Allgemeinen kleiner als zehn Mikrometer im durchschnittlichen Durchmesser.
In einem herkömmlichen Schmelzblasverfahren wird geschmolzenes Polymer einer Spritzwerkzeugdüse bzw. einer Spritzdüse zugeführt, die zwischen einem Paar von Luftplatten angeordnet ist, die eine primäre Luftdüse ausbilden. Die üblich Schmelzblasausrüstung umfaßt eine Spritzwerkzeugdüsenspitze bzw. eine Spritzdüsenspitze mit einer einzelnen Reihe von Kapillaröffnungen entlang einer Schneidkante. Typische Spritzdüsenspitzen weisen ungefähr 30 kapillare Austrittslöcher pro 25,4 nm (1 Inch) Längserstreckung der Spritzdüsenbreite auf. Die Spritzdüsenspitze ist typischerweise ein 60° keilförmiger Block, der zu der Schneidkante an der Stelle, wo sich die Kapillaren befinden, zusammenläuft. Die Luftplatten in vielen Schmelzblasdüsen sind in einer vertieften Anordnung so befestigt, dass die Spitze der Spritzdüse zurückgesetzt von der primären Luftdüse erscheint. Jedoch sind die Luftplatten in einigen Düsen in bündiger Anordnung befestigt, wo sich die Enden der Luftplatten in derselben horizontalen Ebene wie die Spitze befinden; in anderen Düsen befindet sich die Spritzdüsenspitze in herspringender oder ”herausstehender” Anordnung, so dass die Spitze der Spritzdüse sich an den Enden der Luftplatten vorbei erstreckt. Darüberhinaus können, wie im US Patent Nr. 5,160,746 A an Dodge, II et al. offenbart, mehr als ein Luftstrom zum Einsatz an der Düse kommen.
In den meisten bekannten Anordnungen für schmelzblasende Düsen wird heiße Luft durch die primäre Luftdüse zugeführt, die auf jeder Seite der Spritzdüsenspitze ausgebildet ist. Die heiße Luft heizt die Spritzdüse und verhindert dadurch, dass die Spritzdüse verlegt wird, wenn das geschmolzene Polymer austritt und abkühlt. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Spritzdüse durch sich verfestigendes Polymer verstopft wird. Die heiße Luft zieht oder verfeinert auch die Schmelze in Fasern.
Primäre Heißluftflußraten bewegen sich typischerweise von ungefähr 223 bis 267,6 Liter pro Minute pro cm der Spritzdüsenweite (dm³/min/cm) (20 bis 24 Standardkubikfuß pro Minute pro Inch der Düsenweite (scfm/in)). Der Primärluftdruck bewegt sich typischerweise zwischen 135,80 bis 315,6 kPa (5 bis 10 Pfund pro Quadratinchweite (psig)). Die Primärlufttemperatur bewegt sich typischerweise zwischen 232,7° bis 315,6°C (450° bis 600° Fahrenheit (F)), aber auch Temperaturen von 398,9°C (750°F) sind nicht unüblich. Die besondere Temperatur des Primärluftstroms hängt vom besonderen Polymer ab, das gezogen wird, als auch von anderen Kennwerten, die in der schmelzgeblasenen Bahn erwünscht sind.
Ausgedrückt in Kennwerten der Menge an Polymermaterial, das pro I der Spritzdüse pro Zeiteinheit fließt, beträgt der Polymerdurchsatz typischerweise 0,5 bis 1,25 Gramm pro Loch pro Minute (ghm). Daher beträgt der Polymerdurchsatz für eine Spritzdüse mit 11,81 Löchern pro cm (30 Löchern pro Inch) typischerweise ungefähr 0,357 bis 0,893 kg/cm/h (2 bis 5 lbs/Inch/Stunde (PIH)).
Um schmelzgeblasene Fasern aus einem Durchsatz von ungefähr fünf Pfund pro Inch pro Stunde aus Polymerschmelze herzustellen, bedarf es darüber hinaus ungefähr einhundert Pfund pro Inch pro Stunde an Heißluft, um die Schmelze in einzelne Fasern zu ziehen oder zu verfeinern. Diese ziehende Luft muss auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400–600°F (204,5–315,5°C) erhitzt sein, um die richtige Hitze an der Spritzdüsenspitze aufrecht zu erhalten.
Da solch hohe Temperaturen eingesetzt werden müssen, muss eine beträchtliche Menge an Hitze von den Fasern abgeleitet werden, um die Fasern, die die Spritzdüsenöffnung verlassen, abzuschrecken (oder zu verfestigen). Kalte Gase, wie Luft, sind eingesetzt worden, um das Abkühlen und Verfestigen der schmelzgeblasenen Fasern zu beschleunigen. Insbesondere im US Patent Nr. 5,075,068 A , ausgestellt an Millgan et al. und im US Patent Nr. 5,080,569 A , ausgestellt an Gubernick et al., die hierdurch hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert sind, wird Sekundärluft, die in einer rechtwinkelig oder 90° querfließenden Richtung relativ zur Faserstreckung strömt, verwendet, um die schmelzgeblasenen Fasern abzuschrecken und kleinere Faserdurchmesser herzustellen. Zusätzlich verwendet das US Patent Nr. 5,607,701 A , ausgestellt an Allen et al., das hierdurch hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird, kühlere Druckluft zum Abschrecken, die die Kammer 71 füllt, und zu schnellerer Abkühlung und Verfestigung der Fasern führt. Im US Patent Nr. 4,112,159 A an Pall, das hierdurch hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird, wird ein kalter Luftstrom verwendet, um die Fasern zu ziehen, wenn gewünscht wird, die Verfeinerung der Fasern zu verringern.
Im Allgemeinen ist in einem typischen Schmelzblasverfahren die Energie in der Primärluft siebenmal so groß wie die, die für den Polymerstrom erforderlich ist, und der Temperaturbereich der heißen Primärluft wird allgemein 500°F bis 550°F (260–287,8°C) betragen. Das herkömmliche Schmelzblasverfahren weist einen hohen Energiebedarf auf, da das Polymer erhitzt werden muss, die Spritzdüsenspitze heiß gehalten werden muss, der heiße Primärluftstrom das Polymer auf den gewünschten Durchmesser schrumpft und die heißen, dünner gemachten Fasern abgeschreckt werden müssen. Daher ist das Schmelzblasverfahren energieintensiv, sowohl durch das Einbringen von Wärme während der Faserbildung als auch durch Ableiten von Wärme während des Abschreckens der Fasern.
Durch die Steuerung der Luft und der Spritzdüsenspitzentemperaturen, des Luftdrucks und der Polymerzuführrate kann der Durchmesser der Fasern während des Schmelzblasverfahrens reguliert werden. Zum Beispiel weisen typische schmelzgeblasene Polypropylenfasern einen Durchmesser von 3 bis 4 Mikrometern auf.
Nach dem Abkühlen werden die Fasern gesammelt, um eine einstückige Bahn zu bilden. Im Besonderen werden die Fasern auf einer Formbahn gesammelt, welche einen sich bewegenden Siebschirm oder ein Siebband umfasst, das unter der Spritzdüsenspitze angeordnet ist. Um genug Raum unter der Spritzdüsenspitze für das Ausbilden der Fasern, die Verfeinerung und das Abkühlen zu schaffen, sind Ausbildungsabstände von zumindest ungefähr 20,32 bis 30,48 cm (8 bis 12 Inch) zwischen der Polymerspritzdüsenspitze und der Oberseite des Siebschirms in den typischen Schmelzblasverfahren erforderlich.
Jedoch werden Ausbildungsabstände von so geringem Ausmaß wie 10,16 cm (4 Inch) im US Patent Nr. 4,526,733 A ausgestellt an Lau (hier im folgenden das '733 Patent) beschrieben, das hierdurch hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Wie in Beispiel 3 des '733 Patents beschrieben, werden die kürzeren Ausbildungsabstände mittels Verfeinerungsluftströmen von zumindest 37,8°C (100°F) kühler als die Temperatur des geschmolzenen Polymers erzielt. Zum Beispiel offenbart Lau den Einsatz von Verfeinerungsluft von 65,6°C (150°F) für Polypropylenschmelze auf einer Temperatur von 266,1°C (511°F), um einen Ausbildungsabstand von 10,16 cm (4 Inch) zwischen Spritzdüsenspitze und Formband zu erlauben. Das Lau Patent umfasst passive Luftspalten 36 (gezeigt in 4 von Lau) um die Spritzdüsenspitze bzw. Spritzwerkzeugdüsenspitze zu isolieren.
Zebrastreifung ist ein Problem, das sich manchmal während linearer Anwendungen des Hochgeschwindigkeitsschmelzblasens ergibt. Streifen können sich quer zur Maschinenrichtung ausbilden, was die Folge des Schlagens des verwirbelten Luftstrahls ist. Wenn der Ausbildungsabstand zwischen der Spritzdüse und dem Formgewebe verringert werden kann, wird die Zebrastreifung ähnlich verringert. Die Gleichförmigkeit wird sich ebenfalls aufgrund des geringeren Ausmaßes von Verwirbelungen im primären Luftstrahl bei geringen Ausbildungsabständen verbessern. Wenn sich der Ausbildungsabstand vergrößert, zerfällt der primäre Luftstrahl starker, und die Ausbildung verschlechtert sich.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse zu schaffen.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse zu schaffen, die einen höheren Energiewirkungsgrad ergeben als herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse zu schaffen, die einen sekundären Strom an erhitzter Luft verwenden, um die Spritzdüse auf der gewünschten Temperatur zu halten, um das Einfrieren der Polymerschmelze zu vermeiden, die jedoch die heiße Schmelze in erster Linie durch den Einsatz von relativ kühleren Luftströmen in Fasern verfeinern.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse zu schaffen, die einen sekundären Strom an erhitzter Luft verwenden, um die Spritzdüse auf der gewünschten Temperatur zu halten, um das Einfrieren der Polymerschmelze zu vermeiden, die jedoch auch die heiße Schmelze in erster Linie durch den Einsatz von relativ kühleren Luftströmen in Fasern verfeinern, um so ein schnelleres Abschrecken der Fasern als in herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zu ermöglichen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse zu schaffen, die einen sekundären Strom an erhitzter Luft verwenden, um die Spritzdüse auf der gewünschten Temperatur zu halten, um das Einfrieren der Polymerschmelze zu vermeiden, die jedoch auch die heiße Schmelze in erster Linie durch den Einsatz von relativ kühleren Luftströmen in Fasern verfeinern, um so die Ausbildung der Fasern näher an der Formoberfläche als in herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren zu ermöglichen.
Es ist auch noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse zu schaffen, die einen sekundären Strom an erhitzter Luft verwenden, um die Spritzdüse bzw. Spritzwerkzeugdüse auf der gewünschten Temperatur zu halten, um das Einfrieren der Polymerschmelze zu vermeiden, die jedoch auch die heiße Schmelze in erster Linie durch den Einsatz von relativ kühleren Luftströmen in Fasern verfeinern, um so die Ausbildung von Zebrastreifung zu verringern, die beim Einsatz von herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren auftritt, und die Einheitlichkeit aufgrund reduzierter Verwirbelungen bei geringeren Ausbildungsabständen zu verbessern.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der Beschreibung dargelegt, die folgt, und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich werden oder können durch Anwendung der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels der Mittel und Verbindungen, die besonders in den angeschlossenen Ansprüchen hervorgestrichen werden, verwirklicht und erzielt werden.
Um die Aufgaben zu erfüllen und in Übereinstimmung mit dem Zweck der Erfindung, wie hierin ausgeführt und umfassend beschrieben, setzt die Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern und das Verfahren der vorliegenden Erfindung relativ kalte Druckluft ein, um bei der Verfeinerung, d. h. beim Ziehen, der Fasern auf ihren gewünschten Durchmesser zu helfen. Wie hierin verwendet, betrifft der Begriff ”kalte” oder ”kühlere” Luft einen Luftstrom, der sich auf einer Temperatur befindet, die geringer als die Schmelztemperatur des Polymers ist, das zu Fasern schmelzgeblasen wird. Ein relativ kleiner Strom von heißer Luft wird verwendet, um die innere Spritzdüsenspitze abzuschirmen, die das Polymer enthält. Der kalte Luftstrom schirmt ab und umgibt den Heißluftschirm. Der heiße und der kalte Luftstrom verbinden sich, um ein schnelleres Abschrecken zu ermöglichen, während der kalte Luftstrom das Ziehen der Fasern ermöglicht. Zusätzlich treffen die Strömpfade des heißen und des kalten Luftstroms an der Spritzdüsenspitze zusammen, um die geringstmögliche Verwirbelung zu ergeben. Die Strömpfade sind im Wesentlichen parallel, so dass, wenn sich die Ströme an der Spritzdüsenspitze vereinigen, der Luftfluss relativ symmetrisch ist, wodurch es zu geringer Verwirbelung und Faservibration kommt.
In einer besonderen Anordnung der vorliegenden Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse und des vorliegenden Verfahrens ergießt sich ein relativ kleiner Heißluftstrom entlang gegenüberliegender erster und zweiter Wärmeübergangsflusskanäle, die entlang der äußeren Grenzen der Spritzdüsenspitze angeordnet sind. Diese Heißluft schirmt die Kapillaröffnungen in der Spritzdüsenspitze ab, um die Kapillaren am Zufrieren zu hindern, was auch in einer verfestigten Faser münden würde. Daher wird der Strom an heißer Luft dazu verwendet, um sicherzustellen, dass die Spritzdüsenspitze nicht zu kühl wird, da solch ein Abkühlen die unmittelbare Verfestigung des aus der Spritzdüsenspitze extrudierten Polymers ergeben würde, wodurch der Polymerfluss durch die Spitze verhindert werden würde. In dieser Ausführungsform wird kalte Primärluft durch die gegenüberliegenden ersten und zweiten Verfeinerungsströmkanäle hindurchgepresst, die entlang der äußeren Grenzen der gegenüberliegenden ersten und zweiten Wärmeübergangsflusskanäle angeordnet sind, um einen äußeren Schirm von fließender kalter Primärluft zu erzielen, die die innen fließende heiße Sekundärluft umgibt. Daher ergibt die Düse eine gemeinsam fließende Anordnung, wo fließende kalte Primärluft sich mit der fließenden heißen Sekundärluft verbindet, um die Fasern auf ihrem Weg zur Formoberfläche zu verfeinern.
Der Einsatz von kalter Primärluft bewirkt auch ein Ansteigen der Verfestigungsrate, wenn die Faser durch die kalte Primärluft nahe der Spritzdüsenspitze hindurchfällt. Daher bewirkt die fließende kalte Primärluft zusätzlich zur Verwendung als Zugmittel zum Ziehen der Fasern in die gewünschte Form und Sterke auch, dass die Fasern abgeschreckt und verfestigt werden.
Das Ziehen der Fasern ist temperaturabhängig. Relativ mehr Hitze ist typischerweise für das Ziehen feinerer Fasern erforderlich, aber dann kühlen die feineren Fasern schneller aus und werden so schneller abgeschreckt. Jedoch zusätzlich zu Fasern mit typischen geringeren Durchmessern erlaubt die vorliegende Erfindung des Kaltluftschmelzblasens die Herstellung von Fasern mit größeren Durchmessern als bei herkömmlich schmelzgeblasenen Fasern, die einen Durchmesser von 3 bis 4 Mikrometern für Polypropylen aufweisen. Die vorliegende Erfindung verringert den Wärmeeinsatz und verringert daher die für das Abschrecken der Fasern abzuleitende Wärme. Bei geringerem Durchsatz können sehr feine, hochfeste Fasern ausgebildet werden.
Der Ausbildungsabstand zwischen Spritzdüsenspitze und Formband kann ebenfalls mittels der vorliegenden Erfindung verringert werden, da die Fasern schneller abgeschreckt werden. Die vorliegende Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse und das vorliegende Verfahren erlauben es, dass der Ausbildungsabstand geringer als 20,32 cm (8 Inch) ist und dass die Fasern trotzdem entsprechend abgeschreckt werden. Vliesproben mit einem Grundgewicht von 50,9 g/m² (1,5 Unzen/Quadratyard (osy)) wurden bei einem 12,7 cm (5 Inch) Ausbildungsabstand hergestellt.
DE 39 27 254 C2 offenbart ein Spinndrüsenaggregat und Verfahren für die Herstellung von Spinnvliesen. Dabei wird geschmolzenes thermoplastisches Polymer durch eine Breitschlitzdüse mit sägezahnartiger Profilierung in Form eines dünnen profilierten Films heraus gestoßen. Nach dem Austritt wird der profilierte Film durch einen über eine Breitschlitzdüse, bevorzugt eine profilierte Breitschlitzdüse zugeführten Heißluftstrom und/oder Kühlluftstrom in Kunststoff-Fäden bzw. -Fasern aufgelöst.
WO 92/01829 A1 offenbart ein Lösungsspinnverfahren zur Herstellung von Subdenier-Fasern und eine entsprechende Spinndüse. In der Ausführungsform von 5 wird der Spinndüse ein Heißluftstrom zugeführt um ein Verstopfen der Düse zu verhindern. Danach wird ein Kaltluftstrom zugeführt. Mischen von Heiß- und Kaltluftstrom wird durch eine Dichtung verhindert.
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Patentschrift eingegliedert sind und einen Teil derselben darstellen, zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dem Zweck, die Grundsätze der Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, welche die beste Ausführungsform derselben umfasst, wird genauer im verbleibenden Teil der Patentschrift dargestellt, wobei Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen wird, von denen:
1 eine schematische Darstellung eines perspektivischen Aufrisses eines beispielhaften faserbildenden Abschnitts einer Düse ist, betrachtet in Richtung der Pfeile 1-1 aus 3 und ausgestattet mit einer Ausführungsform der vorliegend beschriebenen Schmelzblasdüse;
2 eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht der Schmelzblasdüse ist, betrachtet in Richtung der Pfeile 2-2 aus 1;
3 eine schematische Darstellung eines perspektivischen Aufrisses einer Schmelzblasdüsenvorrichtung und eines Formbands zum Ausbilden schmelzgeblasener Bahnen nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine schematische Darstellung eines perspektivischen Aufrisses einer alternativen Ausführungsform der Schmelzblasdüse der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine schematische Darstellung einer Frontalquerschnittsansicht der Ausführungsform ist, die in 4 gezeigt wird; und
6 eine schematische Darstellung einer Frontalquerschnittsansicht einer anderen alternativen Ausführungsform der Schmelzblasdüse ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird nun der genaue Bezug mit den Ausführungsformen der Erfindung hergestellt, von der eines oder mehrere Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel dient als Erläuterung der Erfindung, nicht als deren Einschränkung. Tatsächlich wird sich für jene, die auf diesem Gebiet der Technik kundig sind, zeigen, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Daher ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Veränderungen, wie sie in den Umfang der angeschlossenen Ansprüche und ihren Äqivalenten fallen, abdeckt. Dieselben Bezugszahlen sind denselben Bestandteilen durch alle Zeichnungen und der Beschreibung hindurch zugewiesen.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausbilden einer schmelzgeblasenen Bahn wird schematisch in 3 gezeigt und wird im Allgemeinen mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. Wie es herkömmlich üblich ist, umfasst die Vorrichtung ein Reservoir 11 zur Versorgung eines Extruders 12, der durch einen Motor 13 angetrieben wird, mit einer Menge an faserbildendem thermoplastischem Polymerharz.
Das faserbildende Polymer wird der Düsenvorrichtung 14 zugeführt und darin durch herkömmliche elektrische Heizer (nicht sichtbar in der gezeigten Ansicht) erhitzt. Ein primärer Strom eines kalten Verfeinerungsmediums auf einer Temperatur, die unter der Schmelzpunkttemperatur des bestimmten Polymers liegt, das zur Ausbildung der Fasern verwendet wird, wird der Spritzdüse 14 durch ein Gebläse 15 zugeführt, das durch einen Motor 18 angetrieben wird. Eine Hilfsheizung 19 kann vorgesehen werden, um den Sekundärstrom an Heizluft auf höhere Temperaturen im Bereich der Schmelztemperatur des Polymers zu bringen.
An der Auslassöffnung der Spritzdüse 14 werden abgeschreckte Fasern 80 ausgebildet und auf einem endlosen Siebschirm oder Siebband 90 in eine Vliesbahn 81 gesammelt, während sich das Band 90 in die durch einen Pfeil mit der Bezugszahl 91 bezeichnete Richtung bewegt. Der faserausbildende Abstand ist der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Aufsammelbands 90 und der Ebene der Auslassöffnung der Spritzdüse 14. Nach der vorliegenden Erfindung kann der Ausbildungsabstand in der Größenordnung von kleiner als 10,16 cm (8 Inch) liegen und noch immer das Abschrecken und Abkühlen der Fasern erlauben.
Wie in 3 gezeigt, kann das Sammeln der Fasern 80 auf dem Band 90 durch eine Saugkammer 38 unterstützt werden. Die ausgebildete Vliesbahn 81 kann durch die Walzen 37, 39 verdichtet oder auf andere Weise verklebt werden. Band 90 kann zum Beispiel durch eine angetriebene Walze 95 gedreht werden.
Eine Ausführungsform des faserbildenden Abschnitts der Schmelzblasdüsenvorrichtung 14, betrachtet entlang der Linie 1-1 aus 3, wird schematisch in 1 gezeigt und wird im Allgemeinen durch die Bezugszahl 20 bezeichnet. Wie ebendort gezeigt, umfasst der faserbildende Abschnitt 20 der Spritzdüsenvorrichtung 14 eine Spritzdüsenspitze 40, welche mit dem Spritzdüsenkörper (nicht gezeigt) auf herkömmliche Art und Weise verbunden ist. Die Spritzdüsenspitze 40 ist im Wesentlichen in der Form eines Prismas ausgebildet (üblicherweise ein ungefähr 60° keilförmiger Block), das eine Schneidkante 21 festlegt. Die Schneidkante 21 bildet das Ende des Abschnitts der Spritzdüsenspitze 40. Die Spritzdüsenspitze 40 ist weiter bestimmt durch ein Paar von gegenüberliegenden Seitenoberflächen 42, 44, die sich in der in 1 gezeigten Ausführungsform auf der zur Schneidkante 21 lotrechten Horizontalebene schneiden. Die Schneidkante 21 an der Spritzdüsenspitze 40 bildet den Scheitel eines Winkels, der im Bereich von ungefähr 30° bis 60° liegt.
Wie in 1 gezeigt, bestimmt die Spritzdüsenspitze 40 einen Polymerzuführdurchgang 32, der in weiteren durch die Spritzdüsenspitze 40 bestimmten Durchgängen mündet, die als Kapillaren 27 bezeichnet werden. Die Kapillaren 27 sind einzelne Durchgänge, die entlang der Schneidkante 21 ausgebildet sind und die im Wesentlichen über die Länge der Spritzdüsenspitze 40 verteilt sind.
Wie in 2 gezeigt, die eine vergrößerte Querschnittsansicht der Spritzdüsenspitze 40 zeigt, weisen die Kapillaren 27 im Wesentlichen einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des Polymerzuführdurchgangs 32. Im Wesentlichen sind die Durchmesser aller Kapillaren 27 gleich, um die gleichmäßige Ausbildung der Fasergröße zu ermöglichen. Der Durchmesser der Kapillaren 27 wird in 2 durch die zwei Pfeile mit der Bezeichnung ”d, d” gekennzeichnet. Ein typischer Kapillardurchmesser ”d” beträgt 0,39 mm (0,0145 Inch). Die Länge des Kapillarkanals 27 wird in 2 durch den bezeichnenden Buchstaben ”L” gekennzeichnet. Kapillaren 27 weisen in erstrebenswerter Weise ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von 10/1 auf.
Wie zum Beispiel in 2 gezeigt, ist der Kapillarkanal 27 angeordnet, um flüssiges Polymer durch die Austrittsöffnung 28 als einen Polymerstrom auszustoßen, der mit dem Buchstaben „P” bezeichnet ist. Der flüssige Polymerstrom P tritt durch die Austrittsöffnung 28 in der Spritzdüsenspitze 40 aus und fließt in eine Richtung, die eine erste Achse bestimmt, die entlang der gestrichelten Linie 31 in 2 gekennzeichnet ist. Die erste Achse 31 halbiert die Spritzdüsenspitze 40 und die Kapillaren 27.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der faserbildende Abschnitt 20 der Spritzdüsenvorrichtung 14 eine erste innere Wand 23 und eine zweite innere Wand 24, die im Wesentlichen der ersten inneren Wand 23 als das Spiegelbild der ersten inneren Wand 23 angeordnet ist. Die inneren Wände 23 und 24 sind auch als „Heißluftplatten” oder als „heiße Platten” bekannt. In dieser gesamten Patentschrift können solche Wände entweder als innere Wände 23 und 24 oder als Heißluftplatten 23 und 24 bezeichnet werden. Wie in 1 und 2 gezeigt, sind die Heißluftplatten 23 und 24 so konfiguriert und angeordnet, dass sie mit der Spritzdüsenspitze 40 zusammenarbeiten, um einen ersten Sekundärheißluftkanal 30 und einen zweiten Sekundärheißluftkanal 33 festzulegen. Die Sekundärheißluftkanäle 30 und 33 sind so in bezug auf die Spritzdüsenspitze 40 angeordnet, dass die Heißluft, die durch die Kanäle strömt, die Spritzdüsenspitze 40 abschirmt. Verschiedene Anordnungen können ausgenützt werden, um die anfänglichen Durchgänge sowohl der sekundären Heißluftkanäle 30 und 33 als auch der primären Kaltluftkanäle 35 und 36 (im Folgenden beschrieben) zu schaffen.
Wie in 2 gezeigt, ist die innere Oberfläche 41 der ersten Heißluftplatte 23 gegenüber der ersten Seitenober fläche 42 der Spritzdüsenspitze 40 angeordnet und folgt im Wesentlichen dem Umriss der ersten Seitenoberfläche 42 der Spritzdüsenspitze 40 bei der Ausbildung des ersten sekundären Heißluftkanals 30. In ähnlicher Weise ist die zweite Heißluftplatte 24 konfiguriert und angeordnet, so dass sie mit der Spritzdüsenspitze 40 zusammenarbeitet, um einen zweiten Sekundärheißluftkanal 33 dazwischen festzulegen. Die innere Oberfläche 43 der zweiten Heißluftplatte 24 ist gegenüber der zweiten Seitenoberfläche 44 der Spritzdüsenspitze 40 angeordnet und folgt im Wesentlichen dem Umriss der zweiten Seitenoberfläche 44 der Spritzdüsenspitze 40 bei der Ausbildung des zweiten sekundären Heißluftkanals 33.
Die Sekundärheißluftkanäle 30 und 33 sind die Kanäle, durch die sich ein Heißluftstrom während des Betriebs hindurchbewegt, so dass die Spritzdüsenspitze 40 auf einer ausreichend hohen Temperatur bleibt, um sicherzustellen, dass der Polymerstrom P nicht vorzeitig abgeschreckt wird oder erhärtet, so dass er durch den Kaltluftstrom, der in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, gezogen werden kann. Zusätzlich verhindert der Heißluftschirm, der durch die zusammenarbeitenden Sekundärheißluftkanäle 30 und 33 ausgebildet wird, dass die Spritzdüsenspitze 40 einfriert und abbricht.
Wie in 2 gezeigt, wird der Spalt in den sekundären Heißluftkanälen 30 und 33 zwischen den inneren Oberflächen 41 und 43 der Heißluftplatten 23 und 24 und den Seitenoberflächen 42 und 44 der Spritzdüsenspitze 40 gemessen. Dieser Spalt wird in 2 durch die Pfeile mit der Bezeichnung „g, g” gekennzeichnet.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der faserbildende Abschnitt 20 der Spritzdüsenvorrichtung 14 eine erste äußere Wand 25 und eine zweite äußere Wand 26, die im Wesentlichen der ersten äußeren Wand 25 gegenüber als das Spiegelbild der ersten äußeren Wand 25 angeordnet ist. Die ersten und zweiten äußeren Wände 25 und 26 sind auch als „Kaltluftplatten” oder als „kalte Platten” bekannt und werden hierin entweder als äußere Wände 25 und 26 oder als Kaltluftplatten 25 und 26 bezeichnet. Die erste Kaltluftplatte 25 ist so konfiguriert und angeordnet, dass sie mit der Außenfläche 42 der Heißluftplatte 23 zusammenarbeitet, um einen ersten primären Kaltluftkanal 35 dazwischen festzulegen. In ähnlicher Weise ist die zweite Kaltluftplatte 26 so konfiguriert und angeordnet, dass sie mit der Außenfläche 44 der Heißluftplatte 24 zusammenarbeitet, um einen zweiten primären Kaltluftkanal 36 dazwischen festzulegen. Jeder der ersten und zweiten primären Kaltluftkanäle 35 und 36 ist so konfiguriert, um einen wesentlichen Anteil des durch die Kanäle strömenden Mediums in eine Richtung parallel zur ersten Achse 31 zu leiten. Mit anderen Worten kann die Richtung des Mediums, das durch die ersten und zweiten Kanäle 35 und 36 hindurchfließt, in einen Flussbestandteil, der parallel zur ersten Achse 31 fließt, und in einen Flussbestandteil, der lotrecht zur ersten Achse 31 fließt, aufgelöst werden.
Wie in 2 gezeigt, enden die ersten und zweiten Heißluftplatten 23 und 24 an den entsprechenden ersten und zweiten Kanten 45 und 46. In ähnlicher Weise enden die ersten und zweiten Kaltluftplatten 25 und 26 an den entsprechenden dritten und vierten Kanten 49 und 50. In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform enden die Heißluftplatten 23 und 24 an den Kanten 45 und 46 entlang der horizontalen Ebene, an der die Spritzdüsenspitze 40 endet. Die Kaltluftplatten 25 und 26 enden an den Kanten 49 und 50 in einer horizontalen Ebene, die in vertikaler Richtung tiefer als die Spritzdüsenspitze 40 angeordnet ist. Dementsprechend kann die in 1 und 2 gezeigte Ausführungsform als eine Schmelzblasdüsenanordnung beschrieben werden, wobei die Spritzdüsenspitze zu den Kaltluftplatten vertieft, aber mit den Heißluftplatten auf gleicher Höhe liegt.
Die Breite der Austrittsöffnung 28 des faserbildenden Abschnitts der Schmelzblasdüsenvorrichtung 14 ist in 2 mit dem Buchstaben ”W” gekennzeichnet. Die Breite der Öffnung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie im Folgenden beschrieben, kann aber in einer Anordnung ungefähr 3,3 mm (0,130 Inch) betragen. Der Spalt ”g”, wie in 2 gezeigt, kann ungefähr 0,76 mm (0,030 Inch) betragen. Wie in 2 gezeigt, fällt die Austrittsöffnung 28 in dieser Ausführungsform mit der horizontalen Ebene, die durch die Kanten 49 und 50 der Kaltluftplatten 25 und 26 läuft, zusammen. Diese Ebene ist von der horizontalen Ebene, in welcher die Endstücke der Spritzdüsenspitze 40 und der Kanten 45 und 46 der Heißluftplatten 23 und 24 liegen, getrennt. Dieser Abstand, der die Spritzdüsenspitze 40 von der Ebene der Austrittsöffnung 28 trennt, ist als Spritzdüsenspitzenvertiefung bekannt und wird schematisch in 2 durch die Pfeile mit der Bezeichnung ”R, R” gekennzeichnet. Die Spritzdüsenspitzenvertiefung ”R” kann, wie im Folgenden beschrieben, veränderlich sein. In einer bestimmten Anordnung kann R ungefähr 3,81 mm (0,150 Inch) betragen.
Der erste Primärkaltluftkanal 35 und der zweite Primärkaltluftkanal 36 sind so angeordnet, dass sie in direkter Verbindung mit einem primären Kaltmediumsquellmittel stehen. Das primäre Kaltmediumsquellmittel ist so ausgelegt, dass es den ersten als auch den zweiten Primärkaltluftkanal 35 und 36 mit einem primären Zwangsstrom an Medium, vorzugsweise Luft, versorgt, welcher kalt in bezug auf die sekundäre Heißluft und das geschmolzene Polymer ist, d. h. sich auf einer Temperatur befindet, die geringer als die Schmelzpunkttemperatur des Polymers ist, das schmelzgeblasen wird. Obwohl diese Temperatur klarerweise veränderlich ist, so liegt sie in bestimmten Anordnungen im Bereich von ungefähr 26,7°C bis ungefähr 148,9°C (80°F bis ungefähr 300°F). Die Temperatur dieses primären Gasstroms an kaltem Medium liegt unter der Schmelztemperatur des geschmolzenen Polymers und kann bis zu 204,4°C (400°F) unter der Schmelzpunkttemperatur des geschmolzenen Polymers liegen.
Wie in 3 gezeigt, kann ein Gebläse 15 für den primären Strom an kalter, temperaturgesteuerter Luft sorgen. Das Gebläse 15 ist mit dem ersten und dem zweiten primären Kaltluftkanal auf herkömmliche Weise verbunden. Das Gebläse 15 schafft die Geschwindigkeit, die notwendig ist, um einen Zwangsstrom an Primärkaltluft zu erzeugen, der zum Ziehen des Polymers in Fasern ausgenützt werden kann.
Der erste und der zweite Sekundärheißluftkanal 30 und 33 sind in ähnlicher Weise angeordnet, so dass sie in direkter Verbindung mit einem sekundären Heißmediumsquellmittel stehen. Das sekundäre Heißmediumsquellmittel ist so ausgelegt, dass es den ersten als auch den zweiten Heißluftkanal 30 und 33 mit einem sekundären Zwangsstrom an Medium, vorzugsweise Luft, versorgt, welcher auf eine Temperatur auf oder über der Schmelzpunkttemperatur des Polymers erhitzt wird, das schmelzgeblasen wird.
Wie in 3 gezeigt, kann ein Gebläse 17 für den Sekundärstrom an Heißluft sorgen, der durch eine Hilfsheizung 19 erhitzt wird. Das Gebläse 17 ist direkt mit den ersten und zweiten Sekundärheißluftkanälen 30 und 33 auf jede beliebige herkömmliche Weise verbunden. Das Gebläse 17 sorgt für ausreichend heiße Luft, um die Spritzdüsenspitze 40 vom Primärstrom an Kaltluft zu isolieren, um vorzeitiges Abschrecken und Einfrieren der Spritzdüsenspitze 40 zu verhindern.
Die besonderen Geschwindigkeiten des Kaltluftstroms und des Heißluftstroms hängen von der für die Fasern benötigten Ziehkraft ab, die in Abhängigkeit von dem besonderen Polymer, der ausgenützten Temperaturen und ähnlichem veränderlich ist. Üblicherweise sind die Geschwindigkeiten für den Kaltluftstrom und den Heißluftstrom relativ gleich. Jedoch kann sich bis zu 20 Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten ergeben, wobei die Geschwindigkeit des Heißluftstroms üblicherweise größer als die Geschwindigkeit des Kaltluftstroms ist. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass sichergestellt ist, dass Verwirbelungen und Faservibrationen die Faserbildung nicht behindern, wenn veränderliche Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Verwirbelung kann Faserformänderung und die Bildung von Perlen verursachen.
Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden schmelzgeblasene Fasern durch eine Spritzdüsenvorrichtung 14 hergestellt, die eine Spritzdüsenspitze 40, wie oben beschrieben, umfasst. Das Polymer wird dem Extruder 12 aus dem Reservoir 11 zugeführt. Das Polymer wird im Extruder 12 erhitzt und der Motor 13 treibt den Extruder 12 an, um das geschmolzene Polymer unter Druck dem Polymerzuführdurchgang 32 und anschließend den Kapillaren 27 der Spritzdüsenspitze 40 zuzuführen.
Das Verfahren der Erfindung kann jedes beliebige polymere Material einsetzen, das durch die Öffnungen einer Spritzdüse extrudiert werden kann, um eine Vliesbahn auszubilden. Beispielhaft Polymere wie zum Beispiel Polyamide, Polyolefine, Polyester, Polyvinylalkohole, Polyurethane, Polyvinylchloride, polymere Fluorkohlenstoffe, Polystyrole, Caprolactame, Poly(ethylenvinylacetate), Ethylen-n-butyl acrylate, Zellulose und acrylische Harze oder Copolymere und Mischungen davon können eingesetzt werden. Polyolefine, die für diesen Gebrauch geeignet sind, umfassen Polyethylen, z. B. hochdichtes Polyethylen, mitteldichtes Polyethylen, niedrigdichtes Polyethylen und lineares niedrigdichtes Polyethylen; Polypropylen, z. B. isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, Mischungen davon und Mischungen von isotaktischem Polypropylen und ataktischem Polypropylen; Polybutylen, z. B. Poly(1-buten) und Poly(2-buten); Polypenten, z. B. Poly(1-penten) und Poly(2-penten), Poly(3-methyl-1-penten), Poly(4-methyl-1-penten); und Copolymere und Mischungen davon. Geeignete Copolymere umfassen zufällige Copolymere und Blockcopolymere, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen ungesättigten Olefinmonomeren wie Ethylen/Propylen und Ethylen/Butylen Copolymeren zubereitet sind. Geeignete Polyamide umfassen Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 4/6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 12/12, Copolymere aus Caprolactam und alkalischem Diaminoxid und ähnlichem als auch Mischungen und Copolymere davon. Geeignete Polyester umfassen Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat, Polycyclohexylen-1,4-dimethylenterephthalat und isophthalate Copolymere davon als auch Mischungen davon. Beispielhafte Materialien umfassen auch Polyacrylnitril, lineare Polyester wie die Ester von Ethylenglycol und Terephthalsäure und von 1,4-Butandiol und Dimethylterephthalsäure oder Terephthalsäure, Polyvinyliden, Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat, Polystyrol, lineare Polyurethanharze, Polypropylen, Polyethylen, Polysulfon, Polymethylpenten, Polycarbonat und Polyisobutylen. Ebenfalls innerhalb dieser Kategorie befinden sich thermoplastische Zellulosederivate wie Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat und Zellulosebutyrat. Jedes Polymer, das geeignet ist, schmelzgeblasen zu werden, kann zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung gebracht werden und die Erfindung ist nicht auf den Einsatz von irgendeinem besonderen Polymer beschränkt.
Die vorliegende neuartige Düse erlaubt es, verschiedene Materialien schmelzzublasen, die bislang gemeinhin nicht Schmelzblasverfahren unterzogen worden sind. Zum Beispiel können, da die vorliegende neuartige Düse mit einer geringeren Temperatur als herkömmliche Düsen arbeitet, elastomere Materialien schmelzgeblasen werden und in eine Vliesbahn verarbeitet werden, ohne am Formgitter anzukleben.
Zusätzlich können Zweikomponentfasern durch die vorliegende Düse ausgebildet werden. Zweikomponentfasern werden aus zumindest zwei Polymeren gebildet, die aus getrennten Extrudern extrudiert werden, aber dann gemeinsam geblasen werden, um eine Faser zu ergeben. Die Anordnung solch einer Zweikomponentfaser kann zum Beispiel eine Hülle/Kern-Anordnung sein, wobei ein Polymer von einem anderen umgeben ist, oder sie kann eine Seite-an-Seite-Anordnung sein, wie sie im US Patent Nr. 5,108,820 A , ausgestellt an Kaneko et al. dargestellt wird, oder sie kann eine ”Insel-im-Meer”-Anordnung sein.
Fasern mit zwei Elementarbestandteilen können ebenfalls ausgebildet werden. Zweielementige Fasern werden aus zumindest zwei Polymeren gebildet, die vom selben Extruder als eine Mischung extrudiert werden. Diese Fasern werden manchmal als mehrelementige Fasern bezeichnet und weisen üblicherweise Fäserchen aus einem der Polymere in einer Matrix des Hauptpolymers auf. Fasern dieses allgemeinen Typs werden zum Beispiel im US Patent Nr. 5,108,827 A , ausgestellt an Gessner besprochen.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Strom an geschmolzenem Polymer P unter Druck auf einer Temperatur auf oder über dem Schmelzpunkt des Polymers P zu jeder Kapillare 27 zugeführt. Das geschmolzene Polymer fließt unter Druck durch jede Kapillare 27 in der Richtung der ersten Achse 31. Ein sekundärer heißer, gasförmiger Strom eines Mediums, zum Beispiel Luft, der in 2 durch die mit 60 bezeichneten Pfeile gekennzeichnet ist, wird auf einer Temperatur zugeführt, die auf oder über der Schmelztemperatur des Polymers liegt. Der erhitzte Sekundärgasstrom 60 wird von einem Sekundärmediumquellenmittel wie dem Gebläse 17 zugeführt, um so durch die ersten und zweiten Heißluftkanäle 30 und 33 zu strömen. Wünschenswerterweise sind die ersten und zweiten Heißluftkanäle 30 und 33 so angeordnet, dass sie den heißen, gasförmigen Sekundärstrom 60 in einem Winkel ausrichten, der weniger als 45° von der Richtung der ersten Achse 31 abweicht. Daher schafft der sich ergebende heiße, gasförmige Sekundärstrom 60 einen Anteil an polymerverfeinerndem Fluss oder Ziehkraft, der mit einer Flusskomponente in die Richtung der ersten Achse 31 gerichtet ist.
Die Spritzdüsenspitze 40 kann aus wärmeleitendem Material hergestellt sein, so dass der Wärmegehalt des heißen, gasförmigen Sekundärstroms 60 durch die Spritzdüsenspitze 40 auf den flüssigen Polymerstrom P übertragen wird, der durch die Kapillaren 27 fließt, um den geschmolzenen Zustand des Polymerstroms P mit der gewünschten Temperatur und Viskosität aufrecht zu erhalten. Darüberhinaus hindert, wenn sich der heiße, gasförmige Sekundärstrom 60 durch die ersten und zweiten Heißluftkanäle 30 und 33 bewegt, ein Schirm aus heißem, gasförmigem Sekundärstrom 60 das Polymer P daran, auf der Spritzdüsenspitze 40 oder in der Austrittsöffnung 28 einzufrieren.
Das Spritzwerkzeug 14, welches die Spritzdüsenspitze 40 umfasst, kann aus Materialien wie rostfreiem Stahl hergestellt werden, die herkömmlicherweise zur Herstellung von Spritzwerkzeugen verwendet werden. In anderen Ausführungsformen könnte das Spritzwerkzeug aus isolierendem Material hergestellt werden. Das Spritzwerkzeug kann einstückig oder ein mehrstückiger Zusammenbau sein und die Spritzdüsenöffnungen können gebohrt oder auf andere Weise ausgebildet werden. Für Einzelheiten die Spritzdüsenspitze betreffend kann Bezug auf das US Patent Nr. 3,825,380 A , ausgestellt an Harding et al. genommen werden, welches hierin durch Bezugnahme miteingegliedert wird. Zusätzlich können verschiedene Gestaltungen für die verschiedenen Teile des Spritzwerkzeugs 14 verwendet werden. In einer bestimmten Ausführungsform können die Außenflächen der Kaltluftplatten 25 und 26 nach außen gebogen sein.
Wie schematisch in 2 gezeigt, verlässt der Polymerstrom P die Kapillaren 27 und trifft zuerst auf den heißen Sekundärluftstrom 60, der in einem geeigneten Ziehwinkel zur ersten Achse 31 fließt. Der heiße Sekundärluftstrom 60 erhält die Temperatur des Polymerstroms P aufrecht und fährt fort, Hitze auf die Spritzdüsenspitze 40 zu übertragen. Nachdem der Polymerstrom P diesen heißen Sekundärluftstrom 60 getroffen hat, wird der Polymerstrom P dann von einem primären kalten, gasförmigen Strom eines Mediums wie Luft getroffen, welcher von mit 70 bezeichneten Pfeilen in 2 gekennzeichnet ist. Dieser primäre Kaltluftstrom 70 wird von einem Primärkaltmediumquellenmittel wie dem Gebläse 15 zugeführt, um so durch die ersten und zweiten Primärkaltluftkanäle 35 und 36 zu strömen. Im Allgemeinen sind die ersten und zweiten Primärkaltluftkanäle 35 und 36 so angeordnet, dass sie den primären Kaltluftstrom 70 in einem Winkel ausrichten, der weniger als 45° von der Richtung der ersten Achse 31 abweicht. Der Winkel des Primärkaltluftstroms 70 wird üblicherweise mit dem Winkel des Sekundärheißluftstroms 60 zusammenfallen, so dass beide Ströme den Polymerstrom P ohne die Schaffung wesentlicher Verwirbelungen umgeben, wenn sich die Luftströme treffen. Jedoch ist solch ein Zusammenfall nicht notwendigerweise erforderlich, um die Düse arbeiten zu lassen. Zusätzlich können sowohl der Spalt in den Sekundärheißluftkanälen 30 und 33 als auch der Spalt in den Primärkaltluftkanälen 35 und 36 entlang der Längen der Kanäle verschieden sein. Mit anderen Worten, es ist nicht erforderlich, dass die Kanäle einen konstanten Durchmesser im gesamten Spritzwerkzeug 14 aufweisen.
Der sich ergebende Primärkaltluftstrom 70 trägt einen beträchtlichen Teil zum Verfeinerungsfluss bei, der mit einer Flusskomponente in der Richtung der ersten Achse 31 ausgerichtet ist. Wenn der Polymerstrom P sich aus den Kapillaren 27 herausbewegt, wird er dem primären gasförmigen Strom des kalten Verfeinerungsziehmediums, wünschens werterweise Luft, ausgesetzt. Diese Primärkaltluftströme 70 treffen auf die Fasern 62 und der Polymerstrom P beginnt sich in Einzelfasern zu teilen. Zusätzlich beginnen die Primärkaltluftströme 70 mit dem Abschrecken oder Erstarren der Einzelfasern bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Polymers und dem Festigen der Durchmesser der abgeschreckten Fasern.
Die Überschneidung der zwei Sekundärheißluftströme 60 und die Überschneidung der zwei Primärkaltluftströme 70 in dem Spritzdüsenbereich unterhalb des Endes der Spritzdüsenspitze 40 und über den dritten und vierten Kanten der Kaltluftplatten 25 und 26 schafft einen sanft verwirbelten Bereich zum Verfeinern und Abschrecken der Fasern.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Ziehkraft auf die Faser hauptsächlich durch die Primärkaltluftströme 70 ausgeübt, während gerade soviel erhitzte Luft durch die Sekundärheißluftströme 60 bereitgestellt wird, um die Fasern während des Ziehschritts warm zu halten. Daher werden die Primär- und Sekundärströme wünschenswerterweise in einem Verhältnis bereitgestellt, das mehr primäre Kaltluft als sekundäre Heißluft zum Erzielen der Ziehkraft für die Ausbildung der Fasern verwendet. Offensichtliche Energieeinsparungen werden durch den geringstmöglichen Einsatz von Heißluft erzielt. Während die Verwendung von heißer Luft minimiert werden kann, wird eine Mindestmenge an heißer Luft benötigt, um die Viskosität des Polymers auf einem Niveau zu halten, das für das Ziehen der Fasern geeignet ist. Der Gesamtluftstrom (basierend auf der Gesamtflussrate in Kilogramm pro Zentimeter (Pfund pro Inch) pro Stunde) kann von ungefähr 5% bis ungefähr 80% Heißluftstrom und von ungefähr 20% bis 95% Kaltluftstrom zusammengesetzt sein. Genauer betrachtet, kann ein Heißluftstrom von ungefähr 20% bis ungefähr 50% eingesetzt werden. Insbesondere kann vorzugsweise ein Strom von 70% an Primärkaltluft und 30% an Sekundärheißluft verwendet werden.
Sobald die schmelzgeblasenen Fasern auf die gewünschten Durchmesser verfeinert worden sind, muss in dem Verfahren für das Abschrecken oder Abkühlen der Faser Zeit sein, um sie erstarren zu lassen. Ein herkömmliches Schmelzblassystem verwendet Heißluft, um die Faser in geschmolzenem Zustand zu halten und sie zu ziehen. In dem doppeltfließenden Heißluft/Kaltluft-Schmelzblassystem der vorliegenden Erfindung wird nur so viel Heißluft verwendet, um die Spritzdüsenspitze zu heizen. Daher verbraucht das Kaltluftschmelzblassystem der vorliegenden Erfindung eine geringere Menge an Heißluft und verringert daher die Heizlast für das System.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Energiewirkungsgradvorteile der vorliegenden Erfindung. Eine typische Luftdurchsatzrate für die Primärheißluft, welche die Faser in einem herkömmlichen System zieht, beträgt 238,4 dm³/min/cm (22 scfm/Inch) oder 17,860 kg/cm/h (100 PIH). Daher liegt das Verhältnis der Masse des Luftdurchsatzes zu der Masse des Polymerdurchsatzes im Bereich von 33 (bei 0,538 kg/cm/h (3 PIH)) bis 20 (bei 0,893 kg/cm/h (5 PIH)). Unter der Annahme eines 0,25 Wärmeübertragungskoeffizienten für Luft und eines 1,06 Wärmeübertragungskoeffizienten für das Polymer würde dies das Verhältnis des Wärmeabflusses des Luftstroms zum Wärmeabfluss des Polymers in den Bereich von 8 (bei 0,538 kg/cm/h (3 PIH)) bis 5 (bei 0.,893 kg/cm/h (5 PIH)) bringen. Da ein herkömmliches Schmelzblassystem die gesamte Primärluft auf 287,8°C (550°F) einsetzt, beträgt die Bauschtemperatur des herkömmlichen Systems 287,8°C (550°F).
Im doppeltfließenden Heißluft/Kaltluft-Schmelzblassystem der vorliegenden Erfindung beträgt die Bauschtemperatur unter ähnlichen Parametern nur 112,8°C (235°F), wenn 30% des Luftstroms bei 287,8°C (550°F) und die verbleibenden 70% der Luft bei 37,8°C (100°F) liegen. In ähnlicher Weise beträgt im doppeltflie ßenden Heißluft/Kaltluft-Schmelzblassystem der vorliegenden Erfindung die Bauschtemperatur nur 87,8°C (190°F), wenn 20% des Luftstroms bei 287,8°C (550°F) und die verbleibenden 80% der Luft bei 37,8°C (100°F) liegen.
Verschiedene Alternativen zu der überstehenden Kaltplatten/ebenen Heißplatten-Ausführungsform, die in 1 und 2 gezeigt wird, können in der vorliegenden doppeltfließenden Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüsenerfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel werden Alternativen für die Spritzdüsenspitze 40 in 4 und 5 gezeigt. Diese Figuren zeigen eine doppeltfließende Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse, welche den Ausgang der Düsenspitzenkapillaren in derselben horizontalen Ebene wie beide Heißluftplatten als auch Kaltluftplatten aufweisen. Daher kann die Ausführungsform, die in 4 und 5 gezeigt wird, als eine doppeltfließende Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse mit ebenen Kaltplatten und ebenen Heißplatten bezeichnet werden.
Die Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse mit ebenen Kaltplatten und ebenen Heißplatten aus 4 und 5 verwendet Merkmale, die mit jenen vergleichbar sind, die oben in 1 und 2 beschrieben wurden. Solche vergleichbaren Merkmale werden in 4 und 5 durch Bezugszahlen bezeichnet, die sich durch den Faktor 200 vom Numerierungsschema, das in 1 und 2 eingesetzt wird, unterscheiden. Es besteht ein hauptsächlicher Unterschied zwischen der in 4 und 5 gezeigten Ausführungsform und der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform: die abschließenden Kanten 249 und 250 der Kaltluftplatten 225 und 226 enden auf gleicher Ebene mit der Spritzdüsenspitze in 4 und 5. Abgesehen davon sind die Merkmale der Düsen in den zwei Figursätzen grundsätzlich identisch.
Eine andere Alternative für die Düsenspitze 40 wird in 6 gezeigt. Diese Figur veranschaulicht eine doppeltfließende Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse, die den Ausgang der Spritzdüsenspitzenkapillaren unterhalb der horizontalen Ebene angeordnet aufweist, in welcher die Heißluftplatten und die Kaltluftplatten liegen. Daher kann die in 6 gezeigte Ausführungsform als doppeltfließende Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse mit vertieft angeordneten Kaltplatten und vertieft angeordneten Heißplatten bezeichnet werden.
Die doppeltfließende Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse mit vertieft angeordneten Kaltplatten und vertieft angeordneten Heißplatten aus 6 verwendet Merkmale, die mit jenen vergleichbar sind, die oben in 1 und 2 beschrieben wurden. Solche vergleichbaren Merkmale werden in 6 durch Bezugszahlen bezeichnet, die sich durch einen Faktor 100 vom Numerierungsschema, das in 1 und 2 eingesetzt wird, unterscheiden. Es besteht ein hauptsächlicher Unterschied zwischen der in 6 gezeigten Ausführungsform und der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform: die abschließenden Kanten 149 und 150 der Kaltluftplatten 225 und 226 enden auf gleicher Ebene mit den abschließenden Kanten 145 und 146 der Heißluftplatten 23 und 24, aber sowohl die Kaltluftplatten als auch die Heißluftplatten enden vertikal über dem Ausgang der Kapillaren 127. Abgesehen davon sind die Merkmale der Düsen in den zwei Figursätzen grundsätzlich identisch.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden doppeltfließenden Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel sind die folgenden anderen Anordnungen der Heißluft- und Kaltluftplatten in bezug auf die Spritzdüsenspitze von der vorliegenden Erfindung umfasst:

1) vertiefte Kaltplatte/ebene Heißplatte
2) überstehende Kaltplatte/überstehende Heißplatte
3) überstehende Kaltplatte/vertiefte Heißplatte
4) ebene Kaltplatte/überstehende Heißplatte
5) vertiefte Kaltplatte/überstehende Heißplatte
6) ebene Kaltplatte/vertiefte Heißplatte

In jeder dieser Anordnungen werden die Begriffe ”eben”, ”überstehend” und ”vertieft” in bezug auf die Position der Spritzdüsenspitze verwendet.
Die verschiedenen Schmelzblasdüsen mit überstehenden Kaltplatten der vorliegenden Erfindung sollten mit einem gewissen Verhältnis zwischen dem Abstand, der die Spritzdüsenspitze 40 von der Ebene der Austrittsöffnung 28 trennt (d. h. die Spritzdüsenspitzenabsenkung von den Kaltluftplatten oder ”R”, wie in 1 gezeigt), und der Breite der Austrittsöffnung 28 (d. h. ”W”) ausgebildet werden. Zusätzlich sollten die verschiedenen Schmelzblasdüsen mit überstehenden Heißplatten der vorliegenden Erfindung mit einem gewissen Verhältnis zwischen dem Abstand, der die Düsenspitze 40 von der Ebene trennt, in der die Kanten der Heißluftplatten liegen (d. h. die Spritzdüsenspitzenabsenkung von den Heißluftplatten oder ”X”, in keiner der Figuren gezeigt), und der Breite der Öffnung, die sich zwischen den Kanten der Heißluftplatten ergibt (d. h. ”Z”, in keiner der Figuren gezeigt) ausgebildet werden.
Typische Breiten ”W” liegen im Bereich von ungefähr 2,3 mm (0,09'') bis ungefähr 3,3 mm (0,13''). Typische Abstände ”R” reichen bis zu ungefähr 3,8 mm (0,15''). Einleuchtend ist, dass eine ebene Anordnung ein ”R” von 0 Zentimeter (0 Inch) aufweist. Typische Abstände ”X” können bis zu ungefähr 1,1 mm (80,045'') reichen, wobei eine ebene Anordnung einen ”X”-Abstand von 0 Zentimeter (0 Inch) aufweist. Typische Breiten ”Z” können im Bereich von ungefähr 2,3 mm (0,09'') bis ungefähr 3,3 mm (0,13'') liegen.
Die Verhältnisse von entweder R zu W oder X zu Z sollten gleich oder kleiner als 1,7 sein. Der maximale Überstand, den die Heißluftplatten vorstehen können, steht in einem Verhältnis zu dem maximalen Überstand, den die Kaltluftplatten vorstehen können, in dem Verhältnis der Rate des Heißluftstroms 60 zu der Rate des Kaltluftstroms 70. Wenn zum Beispiel der Heißluftstrom 60 mit einer Rate von 65,0 dm³/min/cm (6 scfm/Inch) und der Kaltluftstrom 70 mit einer Rate von 216.7 dm³/min/cm (20 scfm/Inch) fließt und ein R 3.8 mm (0,150 Inch) beträgt, dann wäre X 1,1 mm (0,045 Inch). Diese Verhältnisse stellen eine Grenze für den Abstand dar, den die Heißluftplatten oder die Kaltluftplatten in dieser doppeltfließenden Anordnung vorstehen können. Daher könnte ein Durchschnittsfachmann unter Verwendung dieser Parameter die Düsen der vorliegenden Erfindung für die verschiedenartigen Einsätze dimensionieren, vorausgesetzt die R zu W und X zu Z Verhältnisse übersteigen nicht 1,7.
Dieses Verhältnis von 1,7 ist der Höchstwert aufgrund der Möglichkeit, die höhere Verhältnisse den sich bildenden Fasern eröffnen würden, die vorstehenden Platten aufgrund von Vibrationen zu berühren. Das wäre klarerweise unerwünscht und würde die Faserbildung behindern.
Diese Verhältnisse lassen sich nicht auf die verschiedenen Ausführungsformen anwenden, bei denen keine Platte über die Spritzdüsenspitze hinausragt. Da keine Platten die Faserbildung stören können, können beliebige Abstände zwischen den Platten und dem Vorsprung der Spritzdüsenspitze von den vertieften oder fluchtenden Platten eingenommen werden. Klarerweise wird jedoch zusätzliche Luft notwendig sein, um größere Abstände zu überbrücken.
Die folgenden Beispiele verstehen sich nur als beispielhafte Produkte und Verfahren, die beim Verstehen der vorliegenden Erfindung helfen.
BEISPIELE 1 UND 2
Eine Schmelzblasdüse wurde in der Anordnung überstehend Kaltplatte/ebene Heißplatte hergestellt, gezeigt in 2. Der Abstand zwischen den Kanten der Kaltplatten und der Düsenspitze (”R”) wurde mit 3,8 mm (0,150'') und die Breite der Austrittsöffnung (”W”) mit 3,0 mm (0,110'') festgesetzt. Polypropylenreaktorstranggranulat mit einer Peroxidbeschichtung, wie es von Montell USA Inc. aus Wilmington, Delaware, erhältlich ist, wurde als das in Fasern schmelzzublasende Polymer eingesetzt. Die Temperatur der Heißluft betrug 343,3°C (650°F) und die Temperatur der Kaltluft betrug ungefähr 32,2°C (90°F). Die Polymerschmelzpunkttemperatur betrug 287,8 C (550°F). Die Heißluftströmrate betrug 7,51 m³/min (273 scfm) bei 156,0 kPa (7,9 psig (Pfund pro QuadratInchweite)) Druck und die Kaltluftströmrate betrug 16,42 m³/min (597 scfm) bei 170,3 kPa (10,0 psi) Druck. Daher setzte sich die Strömratenmischung des Ganzen von 23,94 m³/min (870 scfm) aus ungefähr 69% Kaltluft und 31% Heißluft zusammen.
Die verwendete Düsenspitze wies 11,81 Kapillaren/cm (30 Kapillaren/Inch) der Spritzdüsenweite auf und die Kapillaren hatten ein 10 zu 1 Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis 3,7 mm (0,0145'' Durchmesser). Das Polymer wurde mit einer Rate von 0,357 kg/cm/h (2 PIH) zugeführt. Der Ausbildungsabstand zwischen der Spritzdüse und dem Formband für die folgende doppeltfließende Anordnung betrug 12,7 cm (5 Inch).
Sowohl eine Bahn mit 5,09 g/m² (0,15 osy) Grundgewicht als auch mit 50,9 g/m² (1,50 osy) Grundgewicht wurden nach dem vorliegenden doppeltfließenden Verfahren hergestellt. Der Einsatz der doppeltfließenden Heißluft/Kaltluft-Schmelzblasdüse erlaubte den Einsatz eines Ausbildungsabstands, der ungefähr halb so groß war, wie er bei Einsatz der herkömmlichen Schmelzblasdüsen gewesen wäre.
BEISPIEL 3
Um die Temperaturen, die in der vorliegenden neuartigen Düse verwendet werden, und die Temperaturen in einer herkömmlichen Schmelzblasdüse zu vergleichen, wurden die folgenden Beobachtungen durchgeführt. Die doppeltfließende Düse (wie in 2 gezeigt) wurde mit Polypropylen und einer Heißlufttemperatur von 254,4°C (156.5 kPa) (490°F (8 psig)) und einer Kaltlufttemperatur von ungefähr 32,2°C (170,3 kPa) (90°F (10 psig)) gefahren. Die Temperatur wurde unter Verwendung eines OMEGA 05521 Infrarotmessinstruments (einem Thermoelement) an verschiedenen Punkten entlang der Düsenmittellinie genommen. Als Vergleich wurde ein ähnliches Polymer durch eine herkömmliche Schmelzblasdüse gefahren. In der Standarddüse wurde eine Primärheißlufttemperatur von 260°C (500°F) und ein Druck von 155.1 kPa (7,8 psig) eingesetzt. Die Polymerströmraten betrugen für beide Verfahren 0,179 kg/cm/h (1 PIH) und die Schmelztemperatur des Polymers lag bei 271,1°C (520°F).
Die Temperatur an der Austrittsöffnung des Heißluftstromkanals betrug 197,8°C (388°F) für die neuartige Düse und 260°C (500°F) für die herkömmliche Düse. Die Temperatur an der Austrittsöffnung des Kaltluftstromkanals (bei Vermischung mit dem Heißluftstrom) betrug 110°C (230°F) für die neuartige Düse. In einem Abstand von 12,7 mm (0,50 Inch) unter der Austrittsöffnung betrug die Temperatur bei der neuartigen Düse 56,7°C (134°F) und die Temperatur bei der herkömmlichen Düse läge typischerweise bei ungefähr 232,2°C (450°F). Bei einem 35,56 cm (14 Inch)-Ausbildungsabstand war die Vliesbahntemperatur, als die Fasern auf dem Gitterschirm der neuartigen Düse abgelagert wurden, ungefähr 35°C (95°F) und betrug für die herkömmliche Düse 69.4°C (157°F).
Diese Vergleichsbeispiele zeigen, dass kürzere Ausbildungsabstände eingesetzt werden können, wenn die Düse der vorliegenden Erfindung im Spritzwerkzeug eingesetzt wird. Zusätzlich deuten die Beispiele darauf hin, dass das Abschrecken viel früher bei der vorliegenden Düse auftritt, was durch die niedrigeren Temperaturen an jedem Punkt zwischen der Spritzdüsenspitze und dem Formband gezeigt wird. Zusätzlich zeigen diese Beispiele, dass Polymerdurchsätze von erstrebenswerten 0,357 kg/cm/h (2 PIH) bei diesen Ausbildungsabständen eingesetzt werden können. Früher mussten, um solche kurzen Ausbildungsabstände einzusetzen, die Durchsätze auf die Größenordnung 0,089 kg/cm/h (0,5 PIH) oder weniger herabgesetzt werden.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung besonderer Begriffe, Vorrichtungen und Verfahren beschrieben worden ist, versteht sich solch eine Beschreibung nur für veranschaulichende Zwecke. Die verwendeten Worte sind Worte der Beschreibung, denn solche der Begrenzung. Es versteht sich von selbst, dass Veränderungen und Abänderungen von Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik durchgeführt werden können, ohne vom Geist und dem Umfang der vorliegenden Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind, abzuweichen. Zusätzlich sollte klar sein, dass Aspekte der verschiedenartigen Ausführungsformen sowohl als Ganzes als auch teilweise miteinander vertauscht werden können.

Claims

Spritzwerkzeugdüse bzw. Spritzdüse zur Herstellung von Fasern durch Verfeinerung eines Stroms von geschmolzenem Polymer unter Druck in eine Mehrzahl von einzelnen Fasern, wobei die Spritzwerkzeugdüse umfasst: eine Spritzdüsenspitze, die einen Polymerzuführdurchgang in Kommunikation mit mehreren Kapillaren festlegt, wobei der Polymerzuführdurchgang so konfiguriert ist, dass geschmolzenes Polymer unter Druck durch die Kapillaren in der Form eines Stroms geschmolzenen Polymers ausgestoßen wird, der in eine Richtung, die durch die erste Achse festgelegt ist, fließt; eine Heißluftplatte, die so angeordnet ist, dass sie mit der Spritzdüsenspitze zusammenarbeitet, um einen Heißluftströmkanal dazwischen festzulegen, wobei die Heißluftplatte eine Kante aufweist, die nahe der Spritzdüsenspitze endet; eine Kaltluftplatte, die so angeordnet ist, dass sie mit der Heißluftplatte zusammenarbeitet, um einen Kaltluftströmkanal dazwischen festzulegen, wobei die Kaltluftplatte eine Kante aufweist, die nahe der Spritzdüsenspitze endet, wobei der Kaltluftströmkanal so konfiguriert ist, dass ein wesentlicher Anteil der Luft, die durch den Kanal strömt, in eine Richtung gelenkt wird, die eine Richtungskomponente parallel zur ersten Achse aufweist; ein Kaltluftquellmittel zur Versorgung eines Zwangsflusses an Kaltluft zu dem Kaltluftströmkanal, wobei das Kaltluftquellmittel in Verbindung mit dem Kaltluftströmkanal steht und einen Zwangsfluss an Kaltluft auf einer Temperatur schafft, die geringer als die Schmelzpunkttemperatur des geschmolzenen Polymers ist; und ein Heißluftquellmittel zur Versorgung eines Zwangsflusses an Heißluft zu dem Heißluftströmkanal, wobei das Heißluftquellmittel in Verbindung mit dem Heißluftströmkanal steht und einen Zwangsfluss an Heißluft auf einer Temperatur auf oder über der Schmelzpunkttemperatur des geschmolzenen Polymers schafft.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei die Düsenspitze aus wärmeleitendem Material gebildet wird.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei der Kaltluftströmkanal so konfiguriert ist, dass ein wesentlicher Anteil der Kaltluft, die durch den Kanal strömt, in eine Richtung mit einem Winkel kleiner als 45° zur ersten Achse gelenkt wird.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei die Kante der Heißluftplatte eben mit der Düsenspitze abschließt.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei die Kante der Kaltluftplatte sich über die Düsenspitze hinaus erstreckt.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei die Kante der Kaltluftplatte eben mit der Düsenspitze abschließt.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei sich die Düsenspitze über die Kante der Kaltluftplatte hinaus erstreckt.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei sich die Düsenspitze über die Kante der Heißluftplatte erstreckt.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei die Kante der Kaltluftplatte und die Kante der Heißluftplatte eben zueinander abschließen.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des Abstands zwischen der Horizontalebene durch den Ausgang der Düsenspitze und der Horizontalebene durch die Kante der Kaltluftplatte zum Abstand zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Kaltluftplatte gleich oder kleiner als 1,7 ist.
Spritzwerkzeugdüse nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des Abstands zwischen der Horizontalebene durch den Ausgang der Düsenspitze und der Horizontalebene durch die Kante der Heißluftplatte zum Abstand zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Heißluftplatte gleich oder kleiner als 1,7 ist.
Verfahren zur Herstellung von Fasern durch eine Spritzwerkzeugdüse, wobei das Verfahren umfasst: Schaffen eines Stroms an geschmolzenem Polymer unter Druck auf einer ersten Temperatur durch eine Öffnung innerhalb der Spritzwerkzeugdüse in Richtung der ersten Achse; Ziehen des Stroms an geschmolzenem Polymer in eine Mehrzahl von einzelnen Faserfäden, indem der Strom an geschmolzenem Polymer der doppeltfließenden Anordnung eines Mediums unter Druck ausgesetzt wird, das sich mit einer vorbestimmten Durchsatzrate bewegt, wobei die doppeltfließende Anordnung einen primären kalten Druckluftstrom umfasst, der einen wesentlichen Anteil aufweist, der mit einer Flusskomponente in der Richtung der ersten Achse gelenkt wird, und der hauptsächlich dazu verwendet wird, den Polymerstrom zu ziehen, wobei der Kaltluftstrom eine Temperatur aufweist, die unter der Schmelzpunkttemperatur des geschmolzenen Polymers liegt, wobei die doppeltfließende Anordnung weiter einen sekundären heißen Druckluftstrom umfasst, der eine Temperatur aufweist, die höher als die Temperatur des Kaltluftstroms ist und weiter ausreichend hoch ist, um so vorzeitiges Abschrecken des Stroms aus geschmolzenem Polymer zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Kaltluftstrom eine um zumindest 148,8°C [300°F] geringere Temperatur als die Temperatur des Heißluftstroms aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Kaltluftstrom von ungefähr 5% bis ungefähr 80% der Gesamtheit von Kaltluftstrom und Heißluftstrom umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Kaltluftstrom von ungefähr 50% bis ungefähr 80% der Gesamtheit von Kaltluftstrom und Heißluftstrom umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Kaltluftstrom ungefähr 30% der Gesamtheit von Kaltluftstrom und Heißluftstrom umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Geschwindigkeit des Kaltluftstroms nicht mehr als 20% Unterschied zur Geschwindigkeit des Heißluftstroms aufweist.