ITMI960049A1

ITMI960049A1 - Procedimento per realizzare un nastro di velo da filamenti polimerici termoplastici

Info

Publication number: ITMI960049A1
Application number: IT000049A
Authority: IT
Inventors: Hermann Balk; Hans Georg Geus; Rolf Helmut Joest; Bernd Kunze; Herbert Schulz
Original assignee: Reifenhaeuser Gmbh & Co
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1996-01-15
Publication date: 1997-07-15
Also published as: ITMI960049A0; IT1281663B1; DE19501125A1; DE19501125C2; JPH08246318A; JP2635540B2; US5730821A

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo: "PROCEDIMENTO PER REALIZZARE UN NASTRO DI VELO DA FILAMENTI POLIMERICI TERMOPLASTICI"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un procedimento per fabbricare un nastro di velo da filamenti polimerici termoplastici, i quali polimeri realizzano due condizioni di ordinamento sovramolecolari, e precisamente una parte di condizione cristallina e una parte di condizione amorfa. Si intende con filamenti polimerici dei filamenti di elevata lunghezza che vengono anche chiamati filamenti continui e monofilamenti. All'apposto vi sono le fibre polimeriche, ossia delle fibre mediamente corte che vengono anche chiamate fiocchi. Adatti polimeri sono ad esempio anche se però non limitatamente, la poliammide, il poliestere, il polietilene e il polipropilene. Sono adatti in particolare la poliammide 6 e la poliammide 6.6 e il tereftalato di polietilene. I parametri dominanti della condizione di stato cristallino sono la formazione in catena nel legame cristallino, il grado di cristallizzazione, l'orientamento dei cristalli e le dimensioni dei cristalli. In tali polimeri, la formazione in catena nel legame di cristalli non si lascia praticamente influenzare dalle condizioni di trattamento dei polimeri. D'altra parte il grado di cristallizzazione e in particolar modo l'orientamento dei cristalli si possono influenzare mediante il trattamento. Poiché la struttura dei cristalli è particolarmente stabile, le molecole della catena non tendono a ripiegarsi all'indietro. La contrazione dei filamenti diminuisce con il crescere del grado di cristallizzazione. La percentuale dei cristalli contribuisce alla resistenza meccanica solamente quando l'orientamento dei cristalliti si sviluppa longitudinalmente rispetto all'asse delle fibre. Il grado di cristallizzazione diminuisce con il crescere della velocità di raffreddamento. Un elevato grado di orientamento delle molecole della catena nel legame cristallino favorisce la cristallizzazione. Il concetto di orientamento significa a questo proposito sia l'allineamento delle molecole della catena nelle zone amorfe, sia anche l'allineamento delle zone dei cristalli. All'atto dello stiramento dei filamenti, si orientano le molecole nelle zone dei cristalli. Il grado dell'orientamento dipende fortemente dalle condizioni termiche e meccaniche di stiramento. Esse si possono in generale determinare senza difficoltà per via sperimentale. Con il crescere dell'orientamento aumenta la resistenza delle fibre e contemporaneamente si riducono la dilatazione e il comportamento nella contrazione. Nella colata le molecole della catena sono disposte senza alcun allineamento, e sono presenti in modo disordinato l'una rispetto all'altra (csr. ITB Garn und Flachenherstellung 2/94, pagine 8, 9).

Procedimenti per fabbricare nastri di velo da filamenti polimerici termoplastici sono noti in diverse forme di esecuzione (csr. US 4340 563, US 44 05 297, US 3855 045, US 5296 289, DE 4014 414 Al, DE 40 14 989 Al). I filamenti polimerici fuoriescono sotto forma di una fusione di polimeri dai fori degli ugelli di un cosiddetto filatoio e formano tutti insieme una matassa di filamenti. Questa matassa di filamenti attraversa una camera di raffreddamento e viene attraversata in quest'ultima da una corrispondente aria di processo. La matassa di filamenti si inserisce successivamente in un canale di stiramento. Il raffreddamento e lo stiramento avvengono per mezzo di correnti d'aria. La corrente di aria di raffreddamento può anche venire deviata e impiegata per lo stiramento. I filamenti polimerici dopo lo stiramento vengono depositati su un nastro con filtro spostato in modo continuo per la formazione di un velo, e spesso vengono aspirati insieme sul nastro con filtro. Durante questa deposizione, si originano nelle zone di incrocio dei filamenti polimerici delle connessioni mediante accoppiamento di materiale che vengono indicate come zone di saldatura a incrocio. E' anche noto (DE 19 00 265 Al) il fatto di riscaldare nastri continui di velo alla temperatura di stiramento e di stirarli sia in direzione longitudinale sia anche in direzione trasversale, ossia secondo due assi. Si comprende che un tale stiramento biassiale provoca una riduzione del peso superficiale. Infine è noto (US 52 96 289) il fatto di provvedere il nastro continuo di velo con elementi strutturali saldati a punti distribuiti sul nastro di velo in direzione longitudinale e in direzione trasversale, che hanno un diametro dell'ordine di grandezza dei millimetri, ed inoltre come far passare il nastro attraverso un impianto provvisto di calandra, il quale presenta corrispondenti cilindri della calandra, dei quali in generale perlomeno uno viene riscaldato. Nell'ambito dei provvedimenti finora noti vi sono filamenti polimerici che presentano un diametro proporzionalmente elevato, ad esempio superiore a 100 micron. I pesi delle superfici sono corrispondentemente elevati. Il grado di cristallizzazione dei filamenti polimerici, che vengono depositati sul nastro del filtro, è proporzionalmente elevato. Questo grado di cristallizzazione determina in modo corrispondente i parametri fisici dei filamenti polimerici nel nastro continuo,di velo, e quindi determina i parametri fisici del nastro continuo di velo di per se stesso. Anche quando il nastro continuo di velo viene successivamente sottoposto ad uno stiramento biassiale con una successiva fissazione termica, con il peso superficiale prestabilito occorre migliorare la resistenza. Viceversa a parità di resistenza prestabilita è necessario ridurre il peso superficiale.

Alla base dell'invenzione sta il problema tecnico di aumentare la resistenza nel nastro continuo di velo finito e di ridurre la dilatazione e la contrazione residua nella fabbricazione di un nastro continuo di velo in filamenti polimerici termoplastici. Espresso in altri termini, il problema tecnico consiste nel ridurre il peso superficiale con una resistenza prestabilita del nastro continuo di velo da produrre, con ridotta dilatazione e con ridotta contrazione residua.

Per la soluzione di questo problema l'oggetto dell'invenzione è un procedimento per realizzare un nastro continuo di velo in filamenti polimerici termoplastici, i quali polimeri sviluppano due condizioni di ordinamento sovramolecolari, e precisamente una zona di condizione cristallina e una zona di condizione amorfa, con le caratteristiche:

1.1) per produrre i filamenti polimerici, viene impiegato un filatoio con una camera di raffreddamento collegata a valle e con un canale di stiramento, i quali vengono fatti funzionare con aria di raffreddamento e/o con l'aria del procedimento di stiramento;

1.2) le portate dei flussi polimerici che fuoriescono dal filatoio, le portate dell'aria di raffreddamento e/o dell'aria di processo dello stiramento, la velocità e la temperatura dell'aria di raffreddamento e/o dell'aria di processo dello stiramento, vengono scelte in modo tale per cui i filamenti polimerici presentano un diametro inferiore a 100 micron e un grado di cristallizzazione inferiore al 45%,

1.3) i filamenti polimerici impiegati secondo la caratteristica 1.2) vengono depositati su di un nastro con filtro spostato in modo continuo e in tal modo vengono uniti insieme in corrispondenza dei punti di incrocio dei filamenti polimerici mediante accoppiamento di materiale con zone di saldatura incrociata in modo da ottenere un nastro continuo di velo per il prodotto preliminare, 1.4) il nastro continuo di velo del prodotto preliminare impiegato secondo la caratteristica 1.3) viene riscaldato fino ad una temperatura di stiramento e viene stirato entro un campo compreso tra il 100% e il 400% sia in direzione longitudinale sia anche in direzione trasversale, ossia secondo due assi,

1.5) il nastro continuo di velo del prodotto preliminare, stirato secondo la caratteristica 1.4), viene fissato termicamente in modo da ricavare il nastro continuo di velo finito, ad una temperatura di fissazione a caldo che è superiore alla temperatura dello stiramento,

con gli accorgimenti secondo i quali lo stiramento viene effettuato secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione a caldo viene effettuata secondo la caratteristica 1.5), in modo tale per cui i filamenti polimerici presentano in media nel nastro continuo di velo finito un grado di cristallizzazione di almeno 50%. Il diametro dei singoli filamenti polimerici nell'ambito della caratteristica 1.2) è di preferenza inferiore a 50 micron, ad esempio è compreso in un campo che va da 15 a 30 micron. Di preferenza si opera in modo tale per cui il grado di cristallizzazione nel nastro continuo di velo finito è notevolmente superiore al 50%, ad esempio è compreso tra il 75 e 1'80. I filamenti polimerici fuoriescono dai fori degli ugelli del filatoio sotto forma di flussi di polimeri con struttura amorfa. Il raffreddamento e lo stiramento possono venire effettuati in modo sorprendente per il fatto che i filamenti polimerici consolidati presentano soltanto il ridotto grado di cristallizzazione indicato, il che come verrà ulteriormente illustrato comporta vantaggi rilevanti.

I filamenti polimerici depositati possono essere guidati nell'ambito dell'invenzione come un nastro continuo di velo attraverso una calandra, in modo da migliorare la giunzione dei filamenti polimerici. Secondo una forma di esecuzione preferita, il nastro continuo di velo in conformità con la caratteristica 1.3) viene provvisto di elementi strutturali mediante saldatura a punti distribuiti sul nastro continuo di velo del prodotto preliminare in direzione longitudinale e in direzione trasversale, ad esempio viene provvisto di un diametro pari ad almeno 1 mm e a questo scopo viene guidato attraverso un impianto a calandra, per cui successivamente a ciò viene effettuato lo stiramento biassiale secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5) e vengono prese le ulteriori misure secondo la rivendicazione 1.

L'invenzione parte dal riconoscimento che sorprendentemente le portate dei flussi polimerici, le portate dell'aria di raffreddamento e/o dell'aria di processo dello stiramento, la velocità e la temperatura dell'aria di raffreddamento e/o dell'aria di processo dello stiramento, possono venire regolate in modo tale per cui i singoli filamenti polimerici presentano un diametro del filamento e un grado di cristallizzazione del tipo indicato nella caratteristica 1.2). Questi filamenti polimerici ciò malgrado e in modo sorprendente possono venire depositati senza problemi in conformità con la caratteristica 1.3) in modo da formare dei nastri continui di velo, e precisamente possono venire depositati nelle zone di saldatura a incrocio con effetto di "autoincollaggio" . I filamenti polimerici prodotti secondo quanto insegnato dall'invenzione presentano un più ridotto diametro del filamento rispetto agli accorgimenti noti, come è indicato nella caratteristica 1.2). Ciò malgrado si può effettuare, senza la rottura dei filamenti e senza la rottura delle zone di saldatura a incrocio, lo stiramento biassiale con un elevato rapporto di stiramento secondo la caratteristica 1.4). Come risultato finale si riesce ad ottenere nastri continui di velo formati da filamenti polimerici che presentano rispetto ai prodotti noti con un ridotto peso superficiale maggiori resistenze meccaniche e minori dilatazioni il ché, espresso diversamente, significa che presentano rispetto ai prodotti noti e a parità di resistenze prestabilite minori pesi superficiali. E' infatti rilevante il risparmio di materiale polimerico che si può ottenere mediante l'invenzione. Tutto ciò vale in particolar modo quando il nastro continuo di velo del prodotto preliminare, come è stato descritto, è provvisto di elementi di struttura con saldatura a punti. Si comprende che il nastro continuo di velo finito presenta alcune zone di rottura nei filamenti polimerici o nelle zone di saldatura a incrocio. Il numero di queste zone di rottura si può mantenere così ridotto da essere privo di effetto.

In particolare nell'ambito dell'invenzione esistono numerose possibilità di sviluppare e realizzare ulteriormente il procedimento conforme all'invenzione. Nello stiramento secondo la caratteristica 1.4) si procede in modo tale per cui le zone di saldatura a incrocio rimangono praticamente non distrutte in corrispondenza dei punti d'incrocio dei filamenti polimerici. Nella forma di esecuzione con polimeri formati dal gruppo della poliammide, poliestere, polietilene e polipropilene, nel caso dello stiramento secondo la caratteristica 1.4) si lavora di preferenza con uno stiramento pari a circa il 300%.

Si consiglia, nel caso dello stiramento secondo la caratteristica 1.4), di lavorare con una temperatura di stiramento compresa in un campo tra 80 e 150 gradi C. Si consiglia inoltre, per la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5), di lavorare con una temperatura di fissazione termica in un campo compreso tra i 120 e i 200 gradi C. Si può successivamente effettuare un raffreddamento. Secondo una forma di esecuzione preferita dell'invenzione, la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5) viene effettuata con aria calda e in questo modo vengono fuse almeno a zone le superfici dei filamenti polimerici. Questa operazione aumenta la resistenza alla rottura dei filamenti polimerici. Secondo una forma di esecuzione preferita dell'invenzione si procede inoltre in modo tale per cui gli elementi della struttura con saldatura a punti presentano degli incavi di saldatura che non sono stati saldati in modo passante, per cui questi incavi di saldatura vengono spianati mediante stiramento per effetto dello stiramento biassiale secondo la caratteristica 1.4). Tra gli incavi di saldatura non passanti sono indicati quelli in cui i filamenti polimerici sono ancora disposti come tali oppure si possono riconoscere, e quindi si è evitata la formazione di zone di polimeri tutte omogenee negli elementi di struttura con saldatura a punti. Le cavità di saldatura vengono spianate mediante stiramento quando esse, osservate a occhio nudo, hanno praticamente perduto la loro forma a imbuto. Nell'ambito dell'invenzione lo stiramento può essere effettuato secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica può avvenire secondo la caratteristica 1.5) con le indicazioni effettuate nella rivendicazione in linea. In linea significa che la fabbricazione dei filamenti polimerici, la formazione del nastro continuo di velo del prodotto preliminare mediante deposizione dei filamenti polimerici, lo stiramento e la fissazione termica avvengono nel medesimo impianto. E' anche però possibile effettuare lo stiramento secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5) con gli accorgimenti indicati nella rivendicazione 1 e fuori linea. Fuori linea significa che questi accorgimenti avvengono in tempi diversi ed eventualmente in un'altra zona rispetto a quella dove avviene la fabbricazione del nastro continuo di velo del prodotto preliminare.

Il nastro continuo di velo finito, prodotto secondo il procedimento conforme all'invenzione, può trovare impieghi e applicazioni molto diversi e può venire corrispondentemente utilizzato con riferimento al peso superficiale, alla resistenza, alla dilatazione e al comportamento nella contrazione. Il nastro continuo di velo finito può anche venire impiegato come parte componente di un nastro continuo di velo composito il quale è formato da una pluralità di strati di nastro continuo e da nastri continui di velo ricavati da materiali diversi e/o aventi strutture diverse.

Esempio di esecuzione

Il procedimento secondo l'invenzione corrispondentemente alle caratteristiche 1.1), 1.2) e 1.3) è stato effettuato con un polimero di polipropilene. Il nastro continuo di velo del prodotto preliminare viene sottoposto ad un preriscaldamento per mezzo di cilindri rotanti. Il numero dei cilindri dipende dal peso superficiale e dalla velocità di lavoro. Le temperature sono comprese in un campo che va da 130 a 150 gradi C, il tempo di permanenza è compreso tra 3 e 20 Sec. Le velocità di lavoro sono comprese in un campo che va da 20 a 200 m/min. I cilindri sono disposti all 'interno di un dispositivo di stiramento longitudinale. Lo stiramento può avvenire in una o due fasi. Le zone di stiramento si possono variare nel caso del dispositivo di stiramento longitudinale, spostando lo spazio vuoto di stiramento e variando il rapporto di stiramento. La grandezza del campo vuoto di stiramento è compresa in un campo che va da 3 a 30 mm. I rapporti di stiramento sono compresi tra 1:1,2 e 1:3,0. Lo spazio vuoto di stiramento viene definito e fissato mediante dei cilindri di compressione riscaldati. Una coppia di cilindri di estrazione che si sposta più rapidamente compie il lavoro di stiramento e adduce al dispositivo di stiramento trasversale il velo del prodotto preliminare che è stato orientato in senso monoassiale.

Il dispositivo di stiramento trasversale è formato da una pluralità di zone di riscaldamento disposte una di seguito all'altra, nelle quali delle filiere guidate su rotaie di scorrimento sono fissate sugli elementi di catene continue, i quali si allontanano reciprocamente con andamento conico. Quando penetrano in questo dispositivo di stiramento, le filiere afferrano i bordi del velo e guidano il velo nelle zone di preriscaldamento, nelle quali il velo viene preriscaldato fino alla temperatura di preriscaldamento voluta. Successivamente avviene uno stiramento trasversale secondo il rapporto di stiramento voluto. La conicità dell'operazione di stiramento dipende dal velo del prodotto preliminare e dalla voluta isotropia del nastro continuo di velo finito in relazione alle condizioni di stiramento. Le condizioni di stiramento sono comprese in un campo che va da 1:1,5 fino a 1:3,5, e la conicità è compresa tra 0,5 e 12 gradi. Le temperature di stiramento sono comprese in un campo che va da 140 a 175 gradi C. La fissazione termica può avvenire in corrispondenza dello stiramento o successivamente ad esso, e la temperatura di fissazione può essere compresa tra 140 e 175 gradi C.

Il nastro continuo di velo finito presentava le seguenti caratteristiche:

- Peso superficiale (9/m2) 10

- Titolo capillare (dtex) 1,8

- Resistenza alla rottura MC/DC (N/5 cm) 28/21 - Allungamento di rottura MC/CD (%) 25/25

Claims

RIVENDICAZIONI 1 .Procedimento secondo per fabbricare un nastro continuo di velo formato da filamenti polimerici termoplastici, i quali polimeri sviluppano due condizioni di ordinamento sovramolecolari, e precisamente una zona di condizione cristallina e una zona di condizione amorfa, con le seguenti caratteristiche : 1.1 per la produzione dei filamenti polimerici viene impiegato un filatoio con una camera di raffreddamento collegata a valle e con un canale di stiramento, i quali vengono fatti operare con aria di raffreddamento e/o con l'aria del processo di stiramento, 1.2 le portate dei flussi polimerici che fuoriescono dal filatoio, le portate dell'aria di raffreddamento e/o dell'aria del processo di stiramento, la velocità e la temperatura dell'aria di raffreddamento e dell'aria del processo di stiramento vengono scelte in modo tale, per cui i singoli filamenti polimerici presentano un diametro del filamento inferiore ai 100 micron e un grado di cristallizzazione inferiore al 45%, 1.3 i filamenti polimerici impiegati secondo la caratteristica 1.2) vengono depositati su di un nastro con filtro spostato in modo continuo e in questo modo vengono uniti insieme in corrispondenza dei punti di incrocio dei filamenti polimerici tramite accoppiamento di materiale con zona di saldatura a incrocio in modo da ricavare un unico nastro continuo di velo del prodotto preliminare, 1.4 il nastro continuo di velo del prodotto preliminare impiegato secondo la caratteristica 1.3) viene riscaldato fino ad una temperatura di stiramento e viene stirato entro un campo di stiramento compreso tra il 100% e il 400% sia in direzione longitudinale sia anche in direzione trasversale, ossia secondo due assi, 1.5 il nastro continuo di velo del prodotto preliminare, stirato secondo la caratteristica 1.4) viene fissato termicamente in modo da ricavare il nastro continuo di velo finito, ad una temperatura di fissazione termica che è superiore alla temperatura di stiramento, con gli accorgimenti, secondo i quali lo stiramento viene effettuato secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica viene effettuato secondo la caratteristica 1.5) in modo tale per cui i filamenti polimerici presentano nel nastro continuo di velo finito e mediamente un grado di cristallizzazione pari almeno al 50%.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, nel quale il nastro continuo di velo del prodotto preliminare unitamente alla caratteristica 1.3 viene provvisto di elementi strutturali mediante saldatura a punti distribuiti lungo il nastro continuo di velo del prodotto preliminare in direzione longitudinale e in direzione trasversale, con un diametro pari almeno ad 1 mm e a questo scopo viene guidato attraverso un impianto a calandra, per cui unitamente ad esso viene effettuato lo stiramento biassiale secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5), come pure gli accorgimenti indicati nella rivendicazione 1.
3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 oppure 2, nel quale durante lo stiramento secondo la caratteristica 1.4 le zone di saldatura in corrispondenza dei punti di incrocio dei filamenti polimerici rimangono praticamente indistrutte.
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, nel quale all'atto dello stiramento secondo la caratteristica 1.4), si lavora con una temperatura di stiramento compresa in un campo che va da 80 a 150 gradi C.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, nel quale all'atto della fissazione termica secondo la caratteristica 1.4), si lavora con una temperatura di fissazione termica compresa in un campo che va da 180 a 200 gradi C.
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, nel quale la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5) viene effettuata con aria calda e in questo modo vengono fuse almeno a zone le superfici dei filamenti polimerici.
7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, con 11accorgimento che lo stiramento viene effettuato secondo la caratteristica 1.4), e la fissazione termica secondo la caratteristica 1.5) in modo tale per cui i filamenti polimerici presentano mediamente nel nastro continuo di velo finito un grado di cristallizzazione pari a circa il 75%.
8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, nel quale gli elementi strutturali con saldatura a punti vengono prodotti con cavità di saldatura non passanti e nei quali queste cavità di saldatura vengono spianate per effetto dello stiramento biassiale secondo la caratteristica 1.4).
9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, nel quale lo stiramento viene effettuato secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica viene effettuata secondo la caratteristica 1.5), con gli accorgimenti indicati nella rivendicazione 1 in linea.
10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, nel quale lo stiramento viene effettuato secondo la caratteristica 1.4) e la fissazione termica viene effettuata secondo la caratteristica 1.5), con gli interventi indicati nella rivendicazione 1 fuori linea.