ITMI960205A1

ITMI960205A1 - Procedimento per la produzione di un nastro di velo in filamenti polimerici termoplastici

Info

Publication number: ITMI960205A1
Application number: IT96MI000205A
Authority: IT
Inventors: Georg Geus Hans; Detlef Frey
Original assignee: Reifenhaeuser Masch
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1997-08-05
Also published as: ITMI960205A0; US5800840A; DE19504953A1; DE19504953C2; JP2718916B2; JPH08296164A; IT1281999B1

Abstract

Procedimento per la produzione di un nastro di velo in filamenti polimerici termoplastici. Per la produzione di filamenti polimerici termoplastici si utilizza una testa soffiante Meltblown, che funziona con getti piani di aria di soffiatura nella zona degli sbocchi dei fori degli ugelli. Le portate dei flussi di polimeri e dei getti piani dell'aria di soffiatura, la velocità dei getti piani dell'aria di soffiatura e la temperatura dell'aria di soffiatura vengono scelti in modo tale che i singoli filamenti polimerici presentino un diametro di filamento molto ridotto e un grado di cristallinità molto ridotto. I filamenti polimerici vengono depositati su di un nastro a filtro per formare un nastro di velo preprodotto. Il nastro di velo preprodotto così preparato viene riscaldato ad una temperatura di stiratura e viene stirato sia in direzione longitudinale che in direzione trasversale, cioè in modo biassiale in una gamma di stiro compresa tra il 100% e il 400%. Il nastro di velo preprodotto stirato viene termofissato ad una temperatura di termofissaggio, che è maggiore della temperatura di stiratura, per ottenere il nastro di velo pronto. Nel nastro di velo pronto il grado di cristallinità è relativamente alto.

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

“PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI UN NASTRO DI VELO IN FILAMENTI POLIMERICI TERMOPLASTICI”

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di un nastro di velo in filamenti polimerici termoplastici, i quali polimeri presentano due stati di struttura sovramolecolare, cioè una zona di stato cristallina e una zona di stato amorfa. Per filamenti polimerici si intendono fili di notevole lunghezza, che vengono anche denominati fili senza fine o monofilamenti. Si oppongono a questi le fibre polimeriche, cioè fibre relativamente corte, che vengono denominate anche fiocchi. I polimeri adatti sono ad esempio anche, ma non esclusivamente, la poliammide, il polietilene, il poliestere e il polipropilene, -in particolare, sono adatti la poliammide 6 e la poliammide 6.6 e il tereftalato di polietilene. I parametri dominanti della gamma di stato cristallina sono la densità delle catene nel reticolo cristallino, il grado di cristallinità, l'orientamento dei cristalli e la grandezza dei cristalli. Con questi polimeri la densità delle catene nel reticolo cristallino praticamente non può essere influenzata dalle condizioni di lavorazione dei polimeri. D’altro canto il grado di cristallinità e in particolare l'orientamento dei cristalli possono essere influenzati dalla lavorazione. Dato che la struttura dei cristalli è particolarmente stabile, le molecole delle catene non tendono alla ripiegatura. Il ritiro dei filamenti diminuisce al crescere del grado di cristallinità . La quota di cristalli contribuisce alla resistenza soltanto quando l'orientamento dei cristalli avviene lungo l'asse delle fibre. Il grado di cristallinità diminuisce al crescere della velocità di raffreddamento. Un alto grado di orientamento delle molecole delle catene nel reticolo cristallino incentiva la cristallinità. Il concetto di orientamento significa in questo contesto sia l'orientamento delle molecole delle catene nelle condizioni amorfe che l'orientamento delle zone cristalline. Alla stiratura dei filamenti le molecole e le zone cristalline si orientano. Il grado dell'orientamento dipende fortemente dalle condizioni di stiratura termiche e meccaniche. Ε' possibile determinarle in modo normalmente semplice per via sperimentale. Al crescere dell'orientamento aumenta la resistenza, e contemporaneamente si riducono l'allungamento e il comportamento del ritiro. Nella massa fusa le molecole delle catene si trovano senza orientamento, come confuse, tutte insieme (cfr. ITB Produzione di filati e di superfici 2/94, pagine 8, 9).

Alcuni procedimenti per la produzione di nastri di velo in filamenti polimerici termoplastici sono noti in diverse configurazioni (cfr. US 4340 563, US 4405 297, US 3855 045, US 5296 289, DE 40 14 414 Al, DE 40 14 989 Al). I filamenti polimerici escono come massa fusa polimerica dai fori degli ugelli di un filatoio cosiddetto Spinnerette e costituiscono una specie di matassa di filamenti. Questa matassa di filamenti attraversa una camera di raffreddamento e viene attraversata in questa da una opportuna aria di processo. La matassa vdi filamenti entra successivamente in un canale di stiratura, in cui avviene la stiratura attraverso forze aerodinamiche. I filamenti polimerici stirati vengono depositati su di un nastro a filtro mosso continuamente per formare il velo, e spesso vengono anche aspirati sul nastro a filtro. Durante questo deposito nei punti di incrocio dei filamenti polimerici si formano connessioni ad accoppiamento di materiale, che vengono denominate saldature di incrocio. E’ anche noto (DE 19 00 265 Al) come riscaldare i nastri di velo alla temperatura di stiratura e come stirarli sia in direzione longitudinale che in direzione trasversale, cioè in modo biassiale. Si capisce che una simile stiratura biassiale provoca una riduzione del peso di superficie. Infine è noto (US 52 96 289) come condurre il nastro di velo con elementi strutturali con saldatura a punti distribuiti su tutto il nastro di velo in direzione longitudinale e trasversale che hanno un diametro nell'ordine di grandezza dei millimetri, e inoltre come far passare il nastro di velo attraverso un impianto a calandra che presenta opportuni cilindri a calandra dei quali in generale almeno uno è riscaldato. Questo grado di cristallinità dei filamenjti polimerici determina di conseguenza i parametri fisici dei filamenti polimerici nel nastro di velo e quindi i parametri fisici del nastro di velo stesso. Anche se il nastro di velo successivamente viene sottoposto ad una stiratura biassiale con successivo termofissaggio, con un peso di superficie predeterminato la resistenza può necessitare di miglioramenti. Al contrario, con una resistenza predeterminata esiste la necessità di ridurre il peso di superficie.

L'invenzione prende le mosse dal problema tecnico di aumentare la resistenza e di ridurre la dilatazione e il ritiro residuo durante la produzione di un nastro di velo di filamenti polimerici termoplastici. In altre parole, il problema tecnico consiste nel ridurre il peso di superficie a resistenza predeterminata del nastro di velo da produrre con una dilatazione ridotta e un ritiro residuo ridotto.

Per la realizzazione di questo obiettivo oggetto dell 'invenzione è un procedimento per la produzione di un nastro di velo di filamenti polimerici termoplastici, i quali polimeri presentano due stati di struttura, e cioè una zona di stato cristallino e una zona di stato amorfo, con le caratteristiche :

1.1) per la produzione dei filamenti polimerici si utilizza una testa soffiante Meltblown, che presenta un nucleo di guida in materiale plastico e almeno una serie di fori dì ugello per la fuoriuscita della massa fusa polimerica sottoforma di flussi di polimeri e che funziona con getti piani di aria di soffiatura nella zona degli sbocchi dei fori degli ugelli, e la testa soffiante Meltblown viene azionata in modo tale da produrre filamenti polimerici lunghi,

1.2) le portate dei flussi di polimeri e dei getti piani di aria di soffiatura, la velocità dei getti piani di aria di soffiatura e la temperatura dell'aria di soffiatura vengono scelti in modo tale che i singoli filamenti polimerici presentino un diametro di filamento inferiore a 100 micron e un grado di cristallinità inferiore al 45%,

1.3) i filamenti polimerici preparati secondo la caratteristica 1.2) vengono depositati su di un nastro a filtro in movimento continuo e in questo contesto vengono uniti ad accoppiamento di materiale nei punti di incrocio dei filamenti polimerici con saldature di incrocio per formare un nastro di velo preprodotto,

1.4) il nastro di velo preprodotto e preparato secondo la caratteristica 1.3) viene riscaldato ad una temperatura di stiratura e viene stirato nella gamma di stiro compresa tra il 100% e il 400% sia in direzione longitudinale che in direzione trasversale, cioè in modo biassiale,

1.5) il nastro di velo preprodotto e stirato secondo la caratteristica 1.4) viene termofissato per ottenere il nastro di velo pronto ad una temperatura di termofissaggio che è maggiore della temperatura di stiratura,

con le indicazioni che la stiratura secondo la caratteristica 1.4) e il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) vengano eseguite in modo tale che i filamenti polimerici nel nastro di velo pronto presentino al centro un grado di cristallinità almeno del 50%. Il grado di cristallinità dovrebbe essere preferibilmente molto maggiore, ad esempio del 75% o dell'80%. Si capisce che i getti piani dell'aria di soffiatura possono fuoriuscire anche da una serie di fori di ugello disposti l'uno accanto all'altro come getti singoli, che si completano a vicenda per ottenere un getto piano di aria di soffiatura. I filamenti polimerici si trovano dopo l'abbandono della te3⁄4ta soffiante Meltblown normalmente in condizioni amorfe. E' vero che presentano una stiratura, ma non verranno più portati come detto nelle condizioni cristalline. Nell'ambito della caratteristica 1.3) è anche possibile lavorare con una aspirazione al di sotto del nastro a filtro. Secondo una configurazione vantaggiosa, il nastro di velo preprodotto al termine della caratteristica 1.3) viene provvisto di elementi strutturali con saldatura a punti distribuiti sul nastro di velo preprodotto in direzione longitudinale e in direzione trasversale con un diametro minimo di 1 mm e inoltre condotti in un impianto a calandra.

Le teste soffianti Meltblown della struttura descritta in linea di massima nella caratteristica 1.1) sono noti in diverse configurazioni (cfr. tra l'altro EP 0 377 226 Al e DE 40 36 734 CI). Le teste soffianti Meltblown servono a produrre nastri di velo in fibre polimeriche, cioè costituite da brevi fiocchi polimerici, che sono adatti a diversi casi di utilizzo, in particolare, quando si tratta di garantire una alta resistenza dei nastri di velo, non sono paragonabili con nastri di velo in filamenti polimerici, cioè costituiti dalle cosiddette fibre senza fine. L'invenzione prende le mosse dal fatto che con una testa soffiante Meltblown possono essere prodotti anche filamenti polimerici. A questo scopo è semplicemente necessario far sì che durante il funzionamento della testa soffiante Meltblown non avvenga una rottura per soffiatura dei flussi polimerici che fuoriescono dai fori degli ugelli per formare fibre polimeriche, cioè brevi fiocchi. Questo è un problema semplice di interazione aerodinamica dei flussi polimerici con l'aria di soffiatura che sollecita con un getto piano i flussi polimerici praticamente in corrente trasversale; e quindi facile da risolvere. L'invenzione prende inoltre le mosse dall'ulteriore fatto che sorprendentemente le portate dei flussi polimerici, le portate dell'aria di soffiatura nei getti piani dell'aria di soffiatura, la velocità dei geti piani di aria di soffiatura e la temperatura dell'aria di soffiatura possono essere regolati in modo tale che i singoli filamenti polimerici presentino un diametro di filamento e un grado di cristallinità cosi come essi sono indicati nella caratteristica 1.2). Sorprendentemente questi filamenti polimerici di diametro molto ridott possono comunque essere depositati per formare un nastro di velo ai sensi della caratteristica 1.3), in modo sufficientemente "autoadesivo", nelle saldature di incrocio. I filamenti polimerici prodotti secondo i principi dell'invenzione utilizzando un testa soffiante Meltblown presentano un diametro di filamento molto ridotto rispetto ai sistemi noti, come è indicato dalla caratteristica 1.2). Ciononostante, è possibile eseguire la stiratura biassiale con un alto rapporto di stiro secondo la caratteristica 1.4) senza la rottura dei filamenti e anche senza la rottura delle saldature di incrocio. Come risultato è possibile produrre nastri di velo in filamenti polimerici che rispetto ai prodotti noti con un vasto peso di superficie presentano resistenze superiori e dilatazioni minori e un ritiro molto ridotto e che dunque, in altre parole, rispetto ai prodotti noti con resistenze predeterminate presentano pesi di superficie minori. Da questo punto di vista il risparmio di materiale polimerico raggiungibile attraverso l'invenzione è notevole. Tutto questo vale particolarmente quando il nastro di velo preprodotto, come descritto, è provvisto di elementi strutturali con saldatura a punti. -.Si capisce che il nastro di velo pronto presenta alcuni punti di rottura nei filamenti polimerici o nelle saldature di incrocio. Il numero di questi punti di rottura può essere mantenuto tanto basso da risultare trascurabile. I filamenti polimerici prodotti secondo l'invenzione presentano una superficie relativamente ruvida e quindi soddisfacente per la realizzazione del velo.

Durante la stiratura secondo la caratteristica 1.4) si procederà in modo tale che le saldature di incrocio rimangano praticamente senza essere distrutte nei punti di incrocio dei filamenti polimerici .

Si consiglia, nella stiratura secondo la caratteristica 1.4), di lavorare con una temperatura di stiratura compresa tra 80° e 150°C. Si consiglia inoltre di lavorare per il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) con una temperatura di termofissaggio compresa tra 180° e 280°C. Secondo una configurazione vantaggiosa dell'invenzione, il termofissaggio viene eseguito secondo la caratteristica 1.5) con aria calda e in questo contesto le superfici dei filamenti polimerici vengono fuse almeno in parte. Questa misura aumenta la resistenza alla rottura dei filamenti polimerici. Secondo una configurazione vantaggiosa dell'invenzione, il procedimento viene complessivamente condotto in modo tale che i filamenti polimerici nel nastro di velo pronto presentino un grado di cristallinità circa del 75%.

Secondo una configurazione vantaggiosa dell'invenzione si procede inoltre in modo tale che gli elementi strutturali con saldatura a punti presentino imbuti di saldatura non saldati, in cui questi imbuti di saldatura vengono livellati attraverso la stiratura biassiale secondo la caratteristica 1.4). Imbuti di saldatura non saldati è una espressione che indica quegli imbuti di saldatura nei quali i filamenti polimerici sono ancora tali o sono ancora riconoscibili, e quindi nei quali è stata evitata la formazione di zone polimeriche omogenee negli elementi strutturali con saldatura a punti.

Nell'ambito dell'invenzione la stiratura secondo la caratteristica 1.4) e il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) possono essere eseguiti inline con le caratteristiche rivendicate nella rivendicazione . Inline significa che la produzione dei filamenti polimerici, la formazione del nastro di velo preprodotto attraverso il deposito dei filamenti polimerici, la stiratura e il termofissaggio avvengono tutti in un unico impianto. Esiste però anche la possibilità di eseguire la stiratura secondo la caratteristica 1.4) e il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) con le misure indicate nella rivendicazione 1 offline. Offline significa che queste misure avvengono in un altro momento ed eventualmente in un altro luogo rispetto alla produzione del nastro di velo preprodotto.

Il nastro di velo pronto prodotto secondo il procedimento secondo l'invenzione può avere applicazioni e utilizzi molto diversi e può inoltre essere regolato in modo opportuno nelle sue caratteristiche di peso di superficie, resistenza, dilatazione e comportamento di ritiro. Il nastro di velo pronto può essere utilizzato anche come componente di un nastro di velo composito, che è costituito da più strati di nastro di velo e nastri di velo di diversi materiali e/ di diversa struttura .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di un nastro di velo di filamenti polimerici termoplastici, i quali polimeri costituiscono due stati -,di struttura, e cioè una zona di stato cristallino e una zona di stato amorfo, con le caratteristiche: 1.1) per la produzione dei filamenti polimerici si utilizza una testa soffiante Meltblown che presenta un nucleo di guida in materiale plastico e almeno una serie di fori di ugello per la fuoriuscita della massa fusa polimerica sotto forma di flussi di polimeri e che funziona con getti piani di aria di soffiatura nella zona degli sbocchi dei fori degli ugelli, e la testa soffiante Meltblown viene azionata in modo tale da produrre lunghi filamenti polimerici , 1.2) le portate dei flussi polimerici e dei getti piani d'aria di soffiatura, la velocità dei getti piani d'aria di soffiatura, e la temperatura dell'aria di soffiatura vengono scelti in modo tale che i singoli filamenti polimerici presentino un diametro di filamento inferiore ai 100 micron e un grado di cristallinita inferiore al 45%, 1.3) i filamenti polimerici preparati secondo la caratteristica 1.2) vengono depositati su di un nastro a filtro mosso in modo continuo e in questo contesto vengono uniti nei punti di incrocio dei filamenti polimerici ad accoppiamento di materiale con saldature di incrocio per ottenere un nastro -di velo preprodotto, 1.4) il nastro di velo preprodotto preparato secondo la caratteristica 1.3) viene riscaldato ad una temperatura di stiratura e viene stirato in una gamma di stiro compresa tra il 100% e il 400% sia in direzione longitudinale che in direzione trasversale, cioè in modo biassiale, 1.5) il nastro di velo preprodotto stirato secondo la caratteristica 1.4) viene termofissato ad temperatura di termofissaggio che è superiore alla temperatura di stiratura per formare un nastro di velo pronto, con le indicazioni che la stiratura secondo le indicazioni della caratteristica 1.4) e il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) vengano eseguite in modo tale che i filamenti polimerici nel nastro di velo pronto al centro presentino un grado di cristallinità almeno del 50%.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il nastro di velo preprodotto al termine della caratteristica 1.3) viene provvisto di elementi strutturali con saldatura a punti, distribuiti sul nastro di velo preprodotto in direzione longitudinale e in direzione trasversale con -jjn diametro minimo di 1 mm, e inoltre viene portato attraverso un impianto a calandra, in cui al termine di questo vengono eseguite la stiratura biassiale secondo la caratteristica 1.4), il termofissaggio secondo 1.5) che le misure indicate nella rivendicazione 1.
3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 2, in cui con la stiratura secondo la caratteristica 1.4) le saldature di incrocio nei punti di incrocio dei filamenti polimerici rimangono praticamente intatte.
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, nella configurazione con polimeri tratti dal gruppo costituito da poliammide, poliestere, polietilene e polipropilene, in cui durante la stiratura secondo la caratteristica 1.4) si lavora con uno stiro di circa 800%.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui nella stiratura secondo la caratteristica 1.4) si lavora con una temperatura di stiratura compresa tra 80°e 150°C.
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui durante il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) -lavora con una temperatura di termofissaggio compresa tra 180° e 200°C.
7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) viene eseguito con aria calda e in questo contesto le superfici dei filamenti polimerici vengono fuse almeno parzialmente .
8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 2 a 7, in cui gli elementi strutturali con saldatura a punti vengono prodotti con imbuti di saldatura non completamente saldati e in cui questi imbuti di saldatura vengono azionati attraverso la stiratura biassiale secondo la caratteristica 1.4).
9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui la stiratura secondo la caratteristica 1.4) e il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) vengono eseguiti inline con le indicazioni riportate nella rivendicazione 1.
10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui la stiratura secondo la caratteristica 1.4) e il termofissaggio secondo la caratteristica 1.5) vengono eseguiti offline con le indicazioni contenute nella rivendicazione 1.