DK142654B - Fremgangsmåde og apparat til flashspinding af korte fibre af et formstof. - Google Patents

Description

(^m3^ (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1 4265 4 DANMARK *» mt.ci.s η oi o b/h §(21) Anøøgning nr. 6350/74 i22) Indleveret den 6. deC. 1974 (24) Løbødag 6. dec. 1974 (44) Ansøgningen fremlagt og fwmlaggeteewkriftet offentNgsiort den 8. deC . 1 980 DIREKTORATET FOR . u PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (3°) Prioritet begæret fra d*n

18. jan. 1974, 69196, LU

12. Jul. 1974, 70525, LU 18. okt. 1974, 71145, LU

(71) SOLVAY & CIE SO GIETE ANONYME, 33 rue du Prince Albert, B-1050 Bru= xelles, BE.

(72) Opfinder: Jean-Pierre Pleska, rue de la Paix 25, B-726O Patur ages, BE: Michel Marechal, Avenue des Coccinelles 3, B-1170 Bruxelles,.BE.

(74) Fuklmoegtig under sagens betiandting:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard._ (64) Fremgangsmåde og apparat til flashspinding af korte fibre af et form® stof.

Opfindelsen omhandler en fremgangsmåde til flashspinding af korte fibre af et formstof og af den i krav l's indledning angivne art.

En sådan fremgangsmåde er kendt fra beskrivelserne til de danske patentansøgninger nr. 3846/72 og 3847/72. Disse fremgangsmåder kræver dog meget væsentlige mængder af spædevæske til at opnå en tilfredsstillende mekanisk opsplitning under selve fiberdannelsen.

Fra beskrivelsen til dansk patentansøgning nr. 1303/74 kendes en lignende fremgangsmåde, hvor der anvendes mekaniske anordninger, såsom hurtigt roterende knive, i kort afstand fra ekspansionsdysen.

2 1426 5 A

Denne fremgangsmåde kræver specielle sårbare drivorganer og kan medføre driftsstop på grund af svigtende mekanik.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en fremgangsmåde af den angivne art uden disse ulemper.

Dette opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved det i krav l’s kendetegnende del angivne. Afbøjningen virker til at ændre strømningsarten, lige før den tofasede blanding trænger ind i ekspansionsdysen, og skal naturligvis tilvejebringes tander sådanne betingelser, at den ikke er bragt til ophør i det øjeblik, hvor den tofasede blanding trænger ind i ekspansionsdysen.

De herved dannede trævleagtige fibre har en længde på 0,5-5 cm, en diameter på 0,01-5 mm og en stor specifik overflade, der overstiger 1 m /g og ofte 10 m /g. De udgør et fortræffeligt råmateriale til konventionel fremstilling af uvævede tekstilvarer og syntetisk papir.

Strømmen af den tofasede blanding afbøjes i det særlige afbøjningskammer og opdeles hensigtsmæssigt i et antal strømme, eksempelvis ved i strømningsbanen at indskyde et gitter, fortrinsvis en metaldug. Såfremt der anvendes en metaldug, kan denne anbringes oven over tilgangsåbningen til afbøjningskammeret op imod dettes mod strømningsretningen vendende ydervæg, men i en foretrukken udførelsesform anbringes metaldugen inden i afbøjningskammeret, fortrinsvis op imod den væg, som rummer kammerets tilgangsåbning, og fortrinsvis vinkelret på strømningsretningen.

Metaldugen bør have en maskevidde på mindst 0,1 mm for at 'undgå enhver risiko for tilstopning. Maskevidden kan antage samme dimension som tilgangsåbningen eller endog overstige denne, når blot mindst én af maskerne er beliggende ud for tilgangsåbningen.

En strømopdeling kan også tilvejebringes uden gitter ved at udforme afbøjningskammeret med flere tilgangsåbninger med hver sin retning.

1426 ΒΛ 3

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen muliggør en direkte og økonomisk flashspinding af korte fibre, som dog oftest ledsages af en uønsket dannelse af et ret væsentligt antal tabletter, d.v.s små partikler med samme udseende som en hinde med en største dimension på over 0,5 mm. En sådan tabletdannelse er uhensigtsmæssig, såfremt fibrene senere skal anvendes til fremstilling af et syntetisk papir, i hvilket de vil genfindes i form af gennemsigtige punkter eller urenheder. Ifølge opfindelsen kan tabletdannelsen nedsættes væsentligt og eventuelt helt ophæves ved som angivet i krav 2 at smøre vægfladen af ekspansionsdysen med en hinde af et smøremiddel, som er uforeneligt med den tofasede blanding, eksempelvis et silicone-produkt. For at undgå en fornyet dannelse af tabletter under processen kan smørehinden hensigtsmæssigt gøres kontinuerlig. Smøremidlet bringes fortrinsvis op på en temperatur i nærheden af temperaturen af den tofasede blanding, før den tilføres væggen af ekspansionsdysen.

Opfindelsen omhandler også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvilket apparat er af den i krav 3's indledning angivne art og ejendommeligt ved det i krav 3's kendetegnende del angivne, hvorhos en kontinuerlig tilgang af smøremiddel kan opnås ved den i krav 4 angivne konstruktion.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 viser et længdesnit igennem et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2-7 viser ændrede udførelsesformer for slutpartiet af appara-tet på fig. 1, vist forstørret, fig. 8 en ændret udførelsesform med flere i serie anbragte afbøjningskamre, fig. 9 et apparat ifølge opfindelsen med en metaldug, fig. 10 en udførelsesform for apparatet med to tilgangsåbninger, fig. 11 et tværsnit igennem apparatet på fig. 10 langs linien A-A', 4 142654 fig. 12 en ændret udførelsesform for apparatet på fig. 10, og fig. 13 en udførelsesform for et apparat ifølge opfindelsen, hvormed der kan dannes en kontinuerlig hinde af smøremiddel på vægfladen af ekspansionsdysen.

Fig. 1-7 viser et apparat 1 ifølge opfindelsen med en ekspansiondyse 2 og en præekspansionsanordning omfattende en skillevæg 3 med en central åbning 4. Præekspansionsanordningen, som ikke er uundværlig, har til formål at tilvejebringe et tryktab i blandingen af smeltet polymer og opløsningsmiddel, der befinder sig i flydende enfaset form og gennemløber apparatet for at fremkalde dannelsen af en tofaset blanding.

En sådan fremgangsmåde frembyder visse fordele: Dels er det simple-re at frembringe en enfaset blanding, og dels har en tofaset blanding en mere konstant kvalitet. Såfremt apparatet ifølge opfindelsen direkte tilføres en tofaset blanding af polymer og opløsningsmiddel, kan præekspansionsanordningen uden videre undværes.

Apparatet omfatter endvidere et afbøjningskammer 5, som afgrænses af væggen med ekspansionsdysen 2 og en overliggende plan væg 6 med en central tilgangsåbning 7. Åbningerne 2 og 7 er beliggende koaksialt og modsat hinanden. Afbøjningskammeret er cylindrisk med et cirkulært tværsnit, og åbningerne 2 og 7 ligs61' centralt i grundfladerne. Afstanden imellem åbningerne 2 og 7 er almindeligvis mindre end 10 cm og fortrinsvis 7,5 cm. Nærmere detaljer for afbøjningskammeret angives senere.

Som vist på fig. 2-7 kan indløbet og udløbet af ekspansionsdysen 2 have forskellige profiler.

Når apparatets hovedkammer 8 tilføres en tofaset blanding af smeltet polymer og opløsningsmiddel, vil blandingen som følge af de sammenflugtende åbninger 2 og 7 strømme tværs igennem afbøjningskammeret 5 fortrinsvis langs en central strømvej 9 og langs sidebeliggende strømveje 10, som i nærheden af ekspansionsdysen 2 ledes i retning på tværs af den centrale strømvej af afbøj- 5 142654 ningskammerets vægge. Indfaldsvinklen for sidestrømvejene kan ændres ved at ændre profilet af vægfladen af ekspans i ons dy s en r 2, som vist på fig. 2-7- Det ses, at vinklen imellem aksen af ekspansionsdysen og den kammervæg, i hvilken dysen er udboret, bestemmer indfaldsvinklen for de mest excentriske sidestrømveje, som er de mest afvigende. Vinklen ligger ekstremt imellem 30° og 135°, afhængigt af kammerets geometriske udformning, og de bedste resultater opnås med en vinkel imellem 75° og 120°.

I de simpleste udførelsesformer, som vist på fig. 1, 3, 4·, 7 og 8, er vinklen lig med 90°. Endvidere kan det være fordelagtigt at profilere afbøjningskammeret 5 ved eksempelvis at ophæve de døde vinkler, som vist på fig. 7, for at baneforløbet af de’ mest udbøjede sidestrømveje, der forskyder sig Op imod væggen, kommer til at berøre denne i alle punkter. I dette tilfælde opnås en maksimal hastighed af den del af strømmen, som udbøjes mest.

Det er endvidere fordelagtigt at tilvejebringe et apparat som vist på fig. 8, der omfatter flere i serie anbragte afbøjningskamre 5, 5' og 5".

Afbøjningskammeret bør endvidere opfylde visse kriterier for. at tilvejebringe en optimal nyttevirkning:

Afbøjningskammeret bør have en tilstrækkelig stor tværgående dimension til at tilvejebringe en dannelse af sidestrømveje, som kan afbøje den centrale strømvej i højde med indløbet af ekspansionsdysen 2.

Af samme grund bør endvidere afstanden imellem afbøjningskamrenes åbninger (kammerets højde) overstige diameteren af tilgangsåbningen. Det er klart, at når afbøjningskammeret har en for ringe højde, kan de afbøjede sidestrømveje ikke ledes ud på virksom måde på tværs i forhold til den centrale strømvej.

Såfremt afbøjningskammerets højde derimod bliver for stor, har de udbøjede tværgående strømveje en tendens til at genforenes med den centrale strømvej og atter blive parallelle, før de når ekspansions-dysen. Det har vist sig, at højden af afbøjningskammeret står i et vist forhold til kammerets diameter. For at opnå den maksimale 6 142654 ydelse skal forholdet imellem kammerets højde (afstanden imellem åbningerne) og tværdimensionen være mindre end 5 og fortrinsvis lig med 3.

Endelig har det vist sig, at diameteren af tilgangsåbningen bør være mindst lig med halvdelen af diameteren af ekspansionsdysen.

Som vist på fig. 9 kan apparatet 1 være forsynet med en metaldug 12, som er anbragt i afbøjningskammeret 5. Kammeret 5 afgrænses af vægfladen af ekspansionsdysen 2 og en overliggende plan væg 6 med en centralt anbragt tilgangsåbning 7. Ekspansionsåbningen 2 og tilgangsåbningen 7 er koaksiale og modsat beliggende. Sidevæggen af afbøjningskammeret 5 er cylindrisk og afgrænses af en ring 13.

Det bemærkes dog, at afbøjningskammeret 5 kan have en anden form, især være kasseformet. Funktion af ringen 13 er dobbelt: Dels bestemmer ringen højden af afbøjningskammeret 5, og dels fastholder den den finmaskede metaldug 12 op imod væggen 6 med tilgangsåbningen 7.

De på fig. 10-12 viste apparater er af samme type som apparatet på fig. 9 bortset fra, at de ikke rummer nogen metaldug anbragt i afbøjningskammeret. Endvidere tilvejebringes forbindelsen imellem tilgangskammeret 8 og afbøjningskammeret 5 igennem to tilgangsåbninger 7, hvis akser hælder i forhold til hinanden, og som forenes i en enkelt åbning imod hovedkammeret 8. I disse udførelsesformer tjener ringen 13, som afgrænser den cylindriske sidevæg af afbøjningskammeret, alene til at bestemme dettes højde.

Som nævnt kan de på fig. 10-12 viste apparater desuden forsynes med en metaldug anbragt inden i afbøjningskammeret og/eller med to eller flere åbninger, hvis akser er parallelle.

Som vist på fig. 1-4, 8 og 12 kan apparatet forsynes med en udvidet del 11 ved udløbet af ekspansionsdysen 2, hvis divergerende vinkel fortrinsvis overstiger 150°.

Endelig viser fig. 13 et apparat 1 ifølge opfindelsen med et præekspansionskammer 8, en tilgangsåbning 7 for afbøjningskammeret 5 og en ekspansionsdyse 2 samt et periferisk kammer 15, der omgiver U2654 7 afbøjningskammeret 5, og hvor skillevæggen 14 imellem kamrene 5 og 15 afbrydes i højde med indløbet til ekspansionsdysen 2, så der dannes en ringformet spalte 17 koaksialt med ekspansionsdysen. Det periferiske kammer 15 er desuden forsynet med en tilslutning 16 til en kilde for flydende smøremiddel.

EKSEMPEL 1

Der tilvejebringes en tofaset blanding omfattende 15 vægtprocent ELTEX ® A 1050 og 85 vægtprocent teknisk hexan, hvilken blanding opvarmes til en temperatur på 195°C og underkastes et tryk på 63 kg/cm^. Disse betingelser svarer til opståelsestidspunktet for de to flydende faser. ELTEX A 1050 er en polyethylen med stor massefylde og et smelteindeks på 5 ifølge ASTM D 1238-57T. Blandingen ekspanderes ved gennemgang igennem en dyse med et afbøjningskammer som vist på fig. 4 med følgende geometriske egenskaber:

Forholdet imellem diameteren af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 16, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 5, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 0,313, og diametrene og højderne af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1 mm. Den udvidede del, der forlænger ekspansionsdysen, har en åbningsvinkel på 150°.

Den tofasede blanding har en gennemstrømning på 21,4 kg/h af polymer.

Der opnås direkte korte fibre med en middellængde på 1,7 mm.

p

Den specifikke overflade af fibrene andrager 35 m /g.

EKSEMPEL 2

Der gås frem som i eksempel 1 bortset fra, at blandingen under- p kastes et forudgående tryktab på 12 kg/cm . Der opnås ligeledes korte fibre med en middellængde på 1,9 mm. Den specifikke over- p flade af produktet andrager 23 m /g.

8 U265A

EKSEMPEL 3 (Sammenligningseksempel)

Man går frem som i eksempel 2 bortset fra, at apparatet har følgende ændrede geometriske egenskaber:

Forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 200, og forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 12,5·

Der opnås en kontinuerlig fiberstreng. Dette negative resultat skyldes sandsynligvis, at afbøjningskammeret har en for stor højde i forhold til diameteren, så at blandingen ikke bliver afbøjet ved indtrædelsen i ekspansionsdysen.

EKSEMPEL 4

Man går frem som i eksempel 2, men under anvendelse af et apparat med et afbøjningskammer som vist på fig. 3, hvis geometriske egenskaber er identiske med eksemplet på fig. 1.

Der opnås korte fibre med en middellængde på 1,8 mm. Deres specifik- p ke overflade andrager 21 m /g.

EKSEMPEL 5

Der gås frem som i eksempel 4, men med følgende ændrede geometriske egenskaber af apparatet:

Forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 40, og forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 2,5.

Der opnås atter korte fibre med en middellængde på 2,3 mm og 2 med en specifik overflade på 26 m /g.

EKSEMPEL 6

Der gås frem som i eksempel 2, men under anvendelse af et apparat som vist på fig. 6 med følgende geometriske egenskaber: 9 142654

Forholdet imellem diameteren af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 6, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 3, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 0,5, og diametrene og højderne af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1 mm.

Der opnås korte fibre med en specifik overflade på 30 m /g og med en middellængde på 2,1 mm.

EKSEMPEL 7

Der gås frem som i eksempel 2, men under tilføjelse af en udvidet del med en åbningsvinkel på 150°. Endvidere er apparatets geometriske egenskaber ændret som følger:

Forholdet imellem diameteren af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 13,3, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 4,16, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 0,313, diametrene af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1,2 mm, og højderne af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1 mm.

Det viser sig her, at gennemløbsmængden af polymer andrager 30 kg/h. Desuden opnås der korte fibre med en middellængde på

O

2,2 mm. Den specifikke overflade andrager 30 m /g.

EKSEMPEL 8

Der gås frem som i eksempel 7, men med ændrede geometriske egenskaber af apparatet som følger:

Forholdet imellem diameteren af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 10,7, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 3,34, diametrene af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1,5 mm, og højderne af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1 mm.

142654

Det viser sig, at gennemløbsmængden af polymer andrager 49 kg/h, og der opnås korte fibre med en middellængde på 2,6 mm. Den spe- 2 cifikke overflade andrager 23 m /g.

EKSEMPEL 9

Der gås frem som i eksempel 8, men under anvendelse af et apparat som vist på fig. 8 med tre i serie anbragte afbøjningskamre.

Diametrene af de på hinanden følgende åbninger i strømningsretningen af den tofasede blanding er henholdsvis 2 mm, 1,5 1,2 mm og 1 mm. Den udvidede del har en åbningsvinkel på 150°.

Der opnås korte fibre med en middellængde på 1,9 mm og med en p specifik overflade på 10 m /g.

EKSEMPEL 10

En blanding omfattende 10 vægtprocent PROFAX ® 6501 og 90 vægtprocent teknisk pentan opvarmes til en temperatur på 195°C og p underkastes et tryk på 83 kg/cm . PROFAX 6501 er en polypropylen med et smeltetal på 2,9. Denne blanding ekspanderes ved gennemgang igennem et apparat med et afbøjningskammer forsynet med et metalgitter som vist på fig. 9 og med følgende geometriske egenskaber:

Forholdet imellem diameteren af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 6, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 2, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 0,333* diameteren og højden af tilgangsåbningen er lig med 1 mm, og diameteren og højden af ekspansionsdysen er henholdsvis 1,1 mm og 1 mm. Desuden har metaldugen 12 kvadratiske masker med en sidelængde på 0,4 mm.

I det øjeblik, hvor blandingen af polymer og opløsningsmiddel trænger ind i hovedkammeret, underkastes blandingen et forudgå- p ende tryktab på 3 kg/cm til at gøre den tofaset. Den tofasede blanding afgives igennem ekspansionsdysen med en gennemløbsmængde på 10,3 kg/h af polymer.

11 U2654

Der opnås direkte korte fibre med en middellængde på 1,7 mm. Den 2 specifikke overflade af de korte fibre andrager 3 m /g.

EKSEMPEL 11

En blanding som fremstillet ifølge eksempel 10 ekspanderes ved gennemløb igennem et apparat med et afbøjningskammer som vist på fig. 10 og 11 og med følgende egenskaber:

Afbøjningskammeret har en højde på 2 mm og en diameter på 4 mm, ekspansionsdysen har en højde og diameter på 1 mm, og forbindelsen imellem tilgangskammeret og afbøjningskammeret tilvejebringes igennem to åbninger med en diameter på 0,8 mm og en længde på 1,43 mm, og hvor akserne af de to åbninger begge danner en vinkel på 45° med apparatets længdeakse.

I det øjeblik, hvor blandingen af smeltet polymer og opløsningsmiddel indløber i tilgangskammeret, underkastes blandingen et p forudgående tryktab på 3 kg/cm for at gøre den tofaset.

Den tofasede blanding strømmer ud igennem ekspansionsdysen i en mængde på 13,9 kg/h af polymer.

Der opnås direkte korte fibre med en middellængde på 1,9 mm. Den o specifikke overflade af de korte fibre andrager 3 m /g.

EKSEMPEL 12

En blanding som tilberedt ifølge eksempel 10 ekspanderes ved gennemgang igennem et apparat med et afbøjningskammer som vist på fig. 12.

Dette apparat har de samme egenskaber som apparatet på fig. 10 og 11 og som anvendt i eksempel 11 bortset fra, at ekspansionsdysen afgrænses af en kant (med højden 0) og er forsynet med en udvidet del med en åbningsvinkel på 150°.

I det øjeblik, hvor blandingen af smeltet polymer og opløsningsmiddel indløber i hovedkammeret, underkastes den et forudgående tryktab på 3 kg/cm for at gøre den tofaset. Den tofasede bian- 12 142654 ding strømmer ud igennem ekspansionsdysen i en mængde på 14,3 kg/h af polymer.

Der opnås direkte korte fibre med en middellængde på 1,2 mm. Den p specifikke overflade af de korte fibre andrager 3 m' /g.

EKSEMPEL 13

Man tilvejebringer en blanding, omfattende 85 vægtprocent af teknisk hexan og 15 vægtprocent af ELTEX ® A 1050 med et indhold af 0,5 vægtprocent calciumstearat, hvilken blanding opvarmes til en temperatur på 194° C og underkastes et tryk på 66 kg/cm . Denne blanding ekspanderes ved gennemgang igennem et apparat med et afbøjningskammer·som vist på fig. 13 og med følgende geometriske egenskaber:

Forholdet imellem diameteren af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 16, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af tilgangsåbningen er lig med 3, forholdet imellem højden af afbøjningskammeret og diameteren af samme kammer er lig med 0,187, og diametrene og højderne af tilgangsåbningen og ekspansionsdysen er begge lig med 1 mm.

I det øjeblik, hvor blandingen af polymer og opløsningsmiddel indløber i hovedkammeret, underkastes blandingen et forudgående p tryktab på 3 kg/cm for at gøre den tofaset. Under ekspansionen indsprøjtes der igennem tilgangen 16 vand med en temperatur på 195°C og et tryk på 44 kg/cm^ og med en gennemløbsmængde på 95 1/h.

Den tofasede blanding afgives i en mængde på 14,4 kg/h af polymer.

Der opnås direkte korte fibre med en middellængde på 2,3 mm.

Disse fibre er uden tabletdannelse.

Når man afbryder vandindsprøjtningen, andrager gennemløbsmængden af blandingen 16,4 kg/h af polymer. De dannede fibre har da en middellængde på 1,9 mm, og deres fremstilling ledsages af en dannelse af tabletter. Syntetisk papir, der fremstilles ud fra de sidstnævnte fibre, frembyder en defekt papirmasse med i middel 2 ni store tabletter pr. dm .

!3 142654

Også fibre fremstillet ved hjælp af et apparat, der omfatter et afbøjningskammer med fire krumme tilgangsåbninger og profileret således, at der indføres en tofaset blanding i afbøjnings-kammeret med en vinkelretning på ca. 45° med ekspansionsdysens akse, indeholder et væsentligt antal tabletter.