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Dokumentenidentifikation DE112005003176T5 08.11.2007
Titel Turbulenzarme Düseneinheit für Schmelzblasvorrichtung
Anmelder Kimberly-Clark Worldwide, Inc., Neenah, Wis., US
Erfinder Haynes, Bryan D., Advance, N.C., US;
Cook, Michael C., Marietta, Ga., US
Vertreter Zimmermann & Partner, 80331 München
DE-Aktenzeichen 112005003176
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, LY, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 24.10.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/US2005/038413
WO-Veröffentlichungsnummer 2006071346
WO-Veröffentlichungsdatum 06.07.2006
Date of publication of WO application in German translation 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse D01D 4/02(2006.01)A, F, I, 20051024, B, H, DE

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Bildung von Fasern und Vliesstoffen mit einem Schmelzblasverfahren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte Düseneinheit zur Verwendung in einem Schmelzblasverfahren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Das Bilden von Fasern und Vliesstoffen durch Schmelzblasen ist in der Technik wohl bekannt (siehe zum Beispiel die US-Patente 3.016.599 von R. W. Perry, Jr., 3.704.198 von J. S. Prentice, 3.755.527 von J. P. Keller et al., 3.849.241 von R. R. Butin et al., 3.978.185 von R. R. Butin et al., 4.100.324 von R. A. Anderson et al., 4.118.531 von E. R. Hauser und 4.663.220 von T. J. Wisneski et al.).

Das Schmelzblasen ist ein für die Bildung von Fasern und Vliesstoffen entwickeltes Verfahren, bei dem die Fasern durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen polymeren Materials oder Polymers durch eine Vielzahl von kleinen Öffnungen gebildet werden. Die so erhaltenen geschmolzenen Fäden oder Filamente werden in konvergierende Hochgeschwindigkeits-Gasströme eingeleitet, die die Filamente des geschmolzenen Polymers verdünnen oder ziehen, um ihren Durchmesser zu verringern. Danach werden die Schmelzblasfasern durch den schnellen Gasstrom weitertransportiert und auf einer Sammelfläche oder einem Bildungssieb abgelagert, um eine Vliesstoffbahn aus zufällig verteilten Schmelzblasfasern zu bilden.

Im Allgemeinen wird beim Schmelzblasen eine spezielle Vorrichtung zum Bilden der Vliesstoffbahnen aus einem Polymer verwendet. Oft fließt das Polymer aus einer Düse durch schmale zylindrische Austrittsöffnungen und bildet Schmelzblasfasern. Die schmalen zylindrischen Austrittsöffnungen können in einer im Wesentlichen geraden Linie angeordnet sind und in einer Ebene liegen, die eine V-förmige Düsenspitze in zwei Hälften unterteilt. Typischerweise beträgt der durch die Außenwände oder Seiten der V-förmigen Düsenspitze gebildete eingeschlossene Winkel 60 Grad und ist nahe einem Paar Luftleitplatten angeordnet, wodurch dazwischen zwei geschlitzte Kanäle entlang jeder Seite der Düsenspitze entstehen. Auf diese Weise kann Luft durch diese Kanäle strömen und auf die Fasern auftreffen, die aus der Düsenspitze austreten, wodurch diese verdünnt werden. Als Ergebnis verschiedener fluiddynamischer Aktionen kann der Luftstrom die Fasern auf Durchmesser von etwa 0,1 bis 10 &mgr;m verdünnen; solche Fasern werden im Allgemeinen als Mikrofasern bezeichnet. Fasern mit größerem Durchmesser sind natürlich auch möglich, je nach Viskosität des Polymers und Verarbeitungsbedingungen, wobei die Durchmesser in einem Bereich von etwa 10 &mgr;m bis etwa 100 &mgr;m liegen.

In der Technik sind Untersuchungen im Hinblick auf die Wirkung der Änderung bestimmter Parameter für die Verdünnungsluftströme durchgeführt worden. Die US-Patente 6.074.597 und 5.902.540 beschreiben zum Beispiel ein Schmelzblasverfahren und eine Vorrichtung mit einer Düseneinheit, die aus einem Stapel aufeinander geschichteter Platten gebildet ist, die ausgerichtete Öffnungen aufweisen, die einen auf beiden Seiten durch Luftströme flankierten Klebstoffströmungsweg bilden. Der Klebstoffstrom wird durch die Luftströme gezogen und verdünnt. In diesen Patenten wird argumentiert, dass konvergierende Luftströme in den herkömmlichen V-förmigen Düseneinheiten ineffizient sind, und dass die Luftströme bezogen auf den Klebstoffstrom nicht konvergierend sein sollten, um die Scherkomponente der Druckluftströme zu maximieren.

Das US-Patent 6.336.801 diskutiert die Vorteile der Verwendung von Verdünnungsluft, die kühler ist als die Temperatur des Polymers in der Düsenspitze und aus den Düsenauslässen austritt, als primäres Ziehmedium. Ein Vorteil ist der, dass die Fasern schneller und effizienter abkühlen, was zu einer weicheren Bahn und einer geringeren Wahrscheinlichkeit der Bildung von unerwünschten Schüssen führt. (Unter „Schuss" versteht man die Ansammlung von geschmolzenem Polymer am Scheitelpunkt der Düsenspitze, die schließlich eine relativ große Größe erreicht und aus der Düsennase nicht als eine Faser ausgestoßen wird, sondern als ein Tropfen oder „Schuss"). Ein weiterer Vorteil ist der, dass die schnellere Abkühlung den erforderlichen Bildungsabstand zwischen der Düsenspitze und dem Bildungssieb verringern kann, was die Bildung von Bahnen mit besseren Eigenschaften wie zum Beispiel Aussehen, Ergiebigkeit, Opazität und Festigkeit ermöglicht. Das Patent '801 beschreibt eine neuartige Düseneinheit, die Wärme an der Düsenspitze konzentriert, um eine gewünschte Polymerviskosität aufrechtzuerhalten und dadurch die Verwendung deutlich kühlerer Verdünnungsluft zu gestatten.

Die Technik sucht ständig nach Möglichkeiten, das Schmelzblasverfahren zu verbessern, um die Effizienz zu maximieren und eine verbesserte Schmelzblasbahn bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Düsenspitzeneinheit für diesen Zweck.

ZIELE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ziele und Vorteile der Erfindung sind zum Teil in der nachstehenden Beschreibung festgelegt oder ergeben sich aus der Beschreibung bzw. durch die praktische Anwendung der Erfindung.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Bilden von Schmelzblasmaterial. Die Vorrichtung umfasst einen im Allgemeinen V-förmigen Düsenkopfkörper mit einer Düsenspitze, die einen Düsenspitzenscheitelpunkt bildet. Ein Kanal, durch den ein geschmolzenes Polymer ausgetragen wird, ist durch die Düsenspitze und den Scheitel gebildet. Luftleitplatten sind an einander gegenüberliegenden Seiten der Düsenspitze angeordnet und bilden (mit der Düsenspitze) Luftkanäle, durch die druckbeaufschlagte Verdünnungsluft zum Düsenspitzenscheitelpunkt geleitet wird.

Die Anmelder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass ein besonders vorteilhaftes Schmelzblasverfahren durch Verringern des Konvergenzgrads der Luftkanäle in den bekannten keil- oder V-förmigen Düseneinheiten erhalten wird. Durch sorgfältige Beobachtung und Versuche haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ermittelt, dass die Schussbildung ebenfalls weitgehend das Resultat eines relativ hohen Grads an Turbulenz ist, die durch divergierende Luftströme in herkömmlichen Düseneinheiten erzeugt wird. In der Technik ist allgemein angenommen worden, dass ein eingeschlossener Konvergenzwinkel für die Verdünnungsluftkanäle von etwa 60 Grad für ein einwandfreies Ziehen des aus dem Düsenspitzenscheitel extrudierten geschmolzenen Polymers nötig war, und diese Annahme ist allgemein nicht in Frage gestellt worden. Die Anmelder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Schussbildung deutlich verringert werden kann, ohne die Qualität der hergestellten Schmelzblasfasern nachteilig zu beeinflussen, indem der Konvergenzwinkel mindestens eines Luftkanals und vorzugsweise die Konvergenzwinkel beider Luftkanäle unter Beibehaltung eines relativ hohen Geschwindigkeitsprofils der aus den Luftkanälen austretenden Verdünnungsluft verringert werden. Die Geschwindigkeit der Luft ist abhängig von einer Reihe von Variablen, einschließlich unter anderem Luftdruck, Abmessungen und Form des Kanals usw., und kann bei einer gegebenen Kanalkonfiguration durch Änderung des Drucks der den Kanälen zugeführten Verdünnungsluft gesteuert werden. Der verringerte Auftreffwinkel der Luftströme im Verhältnis zur Achse der Düsenspitze bewirkt eine deutlich verringerte Luftturbulenz am Düsenspitzenscheitelpunkt, aber die Geschwindigkeit der Luftströme reicht dennoch aus, um das geschmolzene Polymer zu feinen Fasern zu ziehen.

Bei bestimmten Ausführungsformen von Düseneinheiten nach der Erfindung beträgt der eingeschlossene Konvergenzwinkel zwischen den Luftkanälen zwischen etwa 10 Grad und etwa 20 Grad, so dass jeder Luftkanal einen Konvergenzwinkel im Verhältnis zur Längsachse der Düsenspitze zwischen etwa 5 Grad und etwa 10 Grad bildet. Es ist nicht erforderlich, dass die Luftkanäle jeweils denselben Konvergenzwinkel im Verhältnis zur Achse der Düsenspitze aufweisen. Ein Kanal kann zum Beispiel einen Konvergenzwinkel von 5 Grad aufweisen, und der andere Kanal kann einen Konvergenzwinkel von 7 Grad aufweisen. Es kann auch wünschenswert sein, dass nur einer der Luftkanäle einen Konvergenzwinkel von weniger als 20 Grad aufweist.

Bei einer weiteren Ausführungsform bilden die Luftkanäle eine erste Konvergenzzone mit einem ersten eingeschlossenen Winkel und eine zweite Konvergenzzone nahe dem Düsenspitzenscheitelpunkt mit einem zweiten eingeschlossenen Winkel, der kleiner ist als der erste eingeschlossene Winkel. Der zweite eingeschlossene Winkel kann in einem Bereich zwischen etwa 10 Grad und etwa 20 Grad liegen. Der erste eingeschlossene Winkel kann größer als etwa 30 Grad und insbesondere etwa 60 Grad sein.

Die Luftkanäle können verschiedene Konfigurationen und Querschnittsformen aufweisen. Bei einer bestimmten Ausführungsform weisen die Luftkanäle eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche entlang der dem Düsenspitzenscheitelpunkt benachbarten Konvergenzzone auf, zum Beispiel entlang der zweiten Konvergenzzone bei der Ausführungsform mit ersten und zweiten Konvergenzzonen. Die Luftkanäle können eine variierende Querschnittsfläche entlang der ersten Konvergenzzone aufweisen.

Die Luftkanäle können mit einer abgestuften Winkeländerung zwischen der ersten und der zweiten Konvergenzzone ausgebildet sein. Alternativ können die Kanäle mit einer allmählichen Winkeländerung zwischen der ersten und der zweiten Konvergenzzone ausgebildet sein.

Die Luftkanäle können durch einen Raum zwischen den Luftleitplatten und den Seiten der Düsenspitze gebildet sein. Bei dieser Ausführungsform weist die Düsenspitze Seitenwände mit einem ersten Winkel entlang der ersten Konvergenzzone und mit einem zweiten Winkel entlang der zweiten Konvergenzzone auf. Alternativ können die Seitenwände der Düsenspitze eine graduelle oder radiale Komponente aufweisen, um die Änderung in der Konvergenz der Luftkanäle zu definieren.

Bei der Ausführungsform, bei der eine erste Konvergenzzone vor der zweiten Konvergenzzone mit einem verringerten Konvergenzwinkel zwischen den Luftkanälen angeordnet ist, kann die Verdünnungsluft mit einem höheren Druck als in herkömmlichen Systemen zugeführt werden. Die Luft kann zum Beispiel mit einem Druck von bis zu etwa 30 psig im Vergleich zu 10 psig bei vielen herkömmlichen Systemen zugeführt werden. Die Luft kann mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit oder mit einem zunehmenden Geschwindigkeitsprofil in Folge der Konvergenz (das heißt Verringerung) der Querschnittsprofile der Luftkanäle in der Richtung zum Düsenspitzenscheitelpunkt zugeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die in den Abbildungen gezeigten besonderen Ausführungsformen ausführlich beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine isometrische Ansicht einer herkömmlichen Schmelzblasvorrichtung zur Herstellung einer Vliesstoffbahn.

2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Düsenspitze eines herkömmlichen Düsenkopfes.

3 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Düsenspitze in Diagrammform.

4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Düsenkopfeinheit nach der vorliegenden Erfindung.

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Düsenkopfeinheit nach der Erfindung.

6 zeigt ein Foto eines Prototypsystems nach der Erfindung im Betrieb.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Nachstehend wird ausführlich auf Ausführungsformen nach der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehr Beispiele in den Zeichnungen gezeigt sind. Die einzelnen Beispiele sind zur Erläuterung der Erfindung angegeben und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. So können zum Beispiel als Bestandteil einer Ausführungsform gezeigte oder beschriebene Merkmale auch mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Außerdem soll die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Ausführungsformen einschließen.

Eine herkömmliche Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden eines Schmelzblasgewebes sind in 1 gezeigt und tragen zum Verständnis der vorliegenden Erfindung bei. In 1 führt ein Aufgabetrichter 10 Polymermaterial einem Extruder 12 zu, der an einem Werkzeug bzw. einer Düse 14 angebracht ist, die über die Breite 16 einer nach dem Schmelzblasverfahren zu bildenden Vliesstoffbahn 18 verläuft. Die Einlässe 20 und 22 führen der Düse 14 mit Druck beaufschlagtes Gas zu. 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils der Düse 14, einschließlich eines Extrusionsschlitzes 24, der Polymer aus dem Extruder 12 aufnimmt, und Kammern 26 und 28, die mit Druck beaufschlagtes Gas von den Einlässen 20 und 22 aufnehmen. Die Kammern 26 und 28 sind durch das Unterteil 30 und die Platten 32 und 34 der Düse 14 gebildet.

Das geschmolzene Polymer wird durch mehrere Kapillaren 36 mit geringem Durchmesser, die sich über die Spitze 38 der Düse 14 erstrecken, aus dem Schlitz 24 herausgepresst. Die Kapillaren 36 weisen im Allgemeinen einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,0065 bis 0,0180 Zoll auf und sind im Abstand von 9 bis 100 Kapillaren pro Zoll angeordnet. Das Gas strömt aus den Kammern 26 und 28 durch die Kanäle 40 und 42. Die beiden Gasströme aus den Kanälen 40 und 42 konvergieren, um die geschmolzenen Polymerfäden 44 mitzureißen und zu verdünnen (siehe 1), wenn die Polymerfäden aus den Kapillaren 36 austreten und auf der Bildungsfläche 46 wie zum Beispiel einem Band landen. Das geschmolzene Material wird mit einer Rate von 0,02 bis 1,7 g/Kapillare/Minute bei einem Druck von bis zu 300 psig durch die Kapillaren 36 extrudiert. Die Temperatur des extrudierten geschmolzenen Materials ist abhängig vom Schmelzpunkt des gewählten Materials und liegt oft im Bereich von 125 bis 335°C. Die Verdünnungsluft kann auf 100 bis 400°C erwärmt werden und wird bei herkömmlichen Systemen typischerweise mit einem Druck von etwa 10 psig beaufschlagt.

Die extrudierten Fäden 44 bilden eine kohärente, das heißt zusammenhängende faserige Vliesstoffbahn 18, die mit den Rollen 47 abgenommen werden kann, die so ausgelegt sein können, dass sie die Bahn 18 zusammenpressen, um ihre Integrität zu verbessern. Danach kann die Bahn 18 mit einer herkömmlichen Anordnung zu einer Aufwickelrolle transportiert, mit einem Prägemuster versehen werden usw. Das US-Patent 4.663.220 beschreibt in mehr Details eine Vorrichtung und ein Verfahren unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Elemente und ist durch Literaturhinweis hierin eingefügt.

3 ist eine Zeichnung, die im Wesentlichen 2 von US-Patent 3.825.380 entspricht, und zeigt die allgemein bekannte Winkelbeziehung der konvergierenden Luftkanäle bei herkömmlichen V-förmigen Düseneinheiten bezogen auf die Achse B des Polymerkanals C. Diese Konfiguration wird in der Technik allgemein als Düseneinheit vom „Exxon"-Typ bezeichnet. Das Patent '380 beschreibt, dass die Schussbildung durch verschiedene Faktoren minimiert werden kann, einschließlich unter anderem der richtigen Schärfe der Düsennase. In diesem Zusammenhang definiert das Patent '380 den Konvergenzwinkel &agr; als einen eingeschlossenen Winkel von mindestens 30 Grad, wobei 60 Grad als bester Kompromiss zwischen Schuss- und Strangbildung empfohlen werden.

Ausführungsformen einer Vorrichtung 100 nach der Erfindung sind in 4 und 5 gezeigt. Die Vorrichtung 100 weist einen Düsenkopf 110 mit einer im Allgemeinen V-förmigen Düsenspitze 112 auf, die einen Düsenspitzenscheitel 114 bildet. Ein Polymerkanal 118 wird durch die Düsenspitze 112 gebildet und weist eine Austrittsöffnung am Düsenspitzenscheitel 114 auf. Der Polymerkanal weist eine Längsachse 138 auf.

Es ist zu beachten, dass 4 und 5 Querschnittsansichten durch einen einzelnen Kanal oder eine „Kapillare" der Düsenspitze zeigen. Wie in der Technik bekannt, weist eine typische Düsenspitze mehrere im Wesentlichen in einer Linie oder Reihe über die Länge der Düsenspitze angeordnete Kapillaren auf, wie allgemein in 1 gezeigt.

Es ist zu beachten, dass eine Düsenspitzenkonfiguration nach der Erfindung zusätzliche oder weniger Komponenten als in den Abbildungen gezeigt aufweisen kann. So zeigen 4 und 5 zum Beispiel Polymerbrechplatten und eine bestimmte Konfiguration einer Polymerverteilungshöhlung. Diese Komponenten sind nicht wesentlich für die Anwendung der Erfindung und können in einer Vorrichtung 100 nach der Erfindung enthalten sein oder nicht.

Luftleitplatten 120a und 120b sind entlang einander gegenüberliegender Seiten 116 der Düsenspitze 112 angeordnet. Die Platten 120a und 120b wirken mit den Düsenspitzenseiten 116 zusammen, um Luftkanäle 122a und 122b zu bilden. Die Luftkanäle 122a und 122b leiten mit Druck beaufschlagte Verdünnungsluft 136 an den Düsenspitzenscheitel 114, um das aus der Austrittsöffnung des Polymerkanals 118 extrudierte geschmolzene Polymer zu einer relativ feinen kontinuierlichen Faser zu ziehen und zu verdünnen, wie dies dem Fachmann bekannt ist.

In 4 weisen die Luftkanäle 122a und 122b eine Konvergenzzone (zweite Zone 128) auf, die im Allgemeinen an den Düsenspitzenscheitel 114 angrenzt, wobei die Kanäle einen eingeschlossenen Konvergenzwinkel 130 zwischen etwa 10 Grad und etwa 20 Grad aufweisen, so dass jeder Luftkanal einen Konvergenzwinkel 131 im Verhältnis zur Längsachse 138 der Düsenspitze 112 zwischen etwa 5 Grad und etwa 10 Grad bildet.

Wie in 4 gezeigt, können die Luftkanäle 122a und 122b eine erste Konvergenzzone 124 vor der zweiten Zone 128 aufweisen, wobei die Luftkanäle 122a und 122b einen eingeschlossenen Konvergenzwinkel 126 aufweisen, der größer als der zweite eingeschlossene Konvergenzwinkel 130 ist. Der erste eingeschlossene Konvergenzwinkel 124 kann zum Beispiel mehr als 30 Grad und in einer besonderen Ausführungsform auch 60 Grad betragen.

Die Luftkanäle 122a und 122b können verschiedene Konfigurationen und Querschnittsformen aufweisen. Bei der Ausführungsform in 4 weisen die Luftkanäle zum Beispiel eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche entlang der dem Düsenspitzenscheitel 114 benachbarten zweiten Konvergenzzone 128 auf. Eine konstante Querschnittsfläche kann zur genauen Steuerung der Geschwindigkeit der aus den Luftkanälen austretenden Verdünnungsluft wünschenswert sein. Die Luftkanäle 122a und 122b können eine variierende Querschnittsfläche entlang der ersten Konvergenzzone 124 aufweisen. Auch wenn die Luftkanäle 122a und 122b als symmetrisch bezogen auf die Achse 138 der Düsenspitze 112 gezeigt sind, entspricht es dem Umfang und Gedanken der Erfindung, dass die Kanäle asymmetrisch sein können. Der Kanal 122a kann zum Beispiel einen Konvergenzwinkel von etwa 5 Grad mit der Achse 138 bilden, und der Kanal 122b kann einen Konvergenzwinkel von mehr oder weniger als 5 Grad mit der Achse 138 bilden.

Wie bei der Ausführungsform in 4 können die Luftkanäle 122a und 122b mit einer klar abgestuften Winkeländerung 132 zwischen der ersten Konvergenzzone 124 und der zweiten Konvergenzzone 128 ausgebildet sein. Die Kanäle 122a und 122b können im Allgemeinen auf beiden Seiten der abgestuften Winkeländerung 132 gerade sein.

5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Luftkanäle 122a und 122b sich allmählich von der ersten Konvergenzzone 124 zur zweiten Konvergenzzone 128 ändern. Diese graduelle Zone kann zum Beispiel durch eine gebogene oder radiale Abmessung der Luftleitplatten 120a und 120b und/oder der Seitenwände 116 der Düsenspitze 112 gebildet werden.

Die Luftkanäle 122a und 122b können durch einen Raum zwischen den Luftleitplatten 120a und 120b und den Seiten 116 der Düsenspitze 112 gebildet werden, wie in 4 und 5 gezeigt. Die Seitenwände 116 können mit einem ersten Winkel entlang der ersten Konvergenzzone 124 und mit einem zweiten Winkel entlang der zweiten Konvergenzzone 128 gebildet werden. Alternativ können die Seitenwände 116 der Düsenspitze 112 eine graduelle oder radiale Komponente aufweisen, um die Änderung in der Konvergenz der Luftkanäle zu definieren, wie in 5 gezeigt. Die Luftkanäle 122a und 122b können jedoch mit jeder geeigneten Struktur gebildet werden.

Es ist zu beachten, dass der Druck der den Luftkanälen 122a und 122b zugeführten Verdünnungsluft zur Erzielung eines gewünschten Geschwindigkeitsprofils am Austritt in Abhängigkeit von einer Reihe von Variablen variieren kann, einschließlich der Form und Konfiguration der Luftkanäle, Konvergenzwinkel der Luftkanäle, Viskosität des geschmolzenen Polymers usw. Bei der Ausführungsform, bei der eine erste Konvergenzzone 124 vor einer zweiten Konvergenzzone 128 mit einem verringerten Konvergenzwinkel zwischen den Luftkanälen 122a und 122b angeordnet ist, kann die Verdünnungsluft mit einem Druck in einem Bereich von etwa 2 psig bis etwa 30 psig zugeführt werden. Bei einer Ausführungsform, bei der der eingeschlossene Konvergenzwinkel 130 der Luftkanäle entlang der zweiten Konvergenzzone 128 etwa 16 Grad beträgt, kann der Druck der den Luftkanälen zugeführten Verdünnungsluft etwa 20 psig betragen.

BEISPIEL

Ein kleines Prototypsystem nach der in 4 gezeigten Ausführungsform wurde für das folgende Beispiel verwendet. Die Düsenspitze wies eine Breite von 4 Zoll [10 cm] über die Spanne des durch die Luftleitplatten 120a und 120b gebildeten primären Luftschlitzes auf. In der Mitte der Düsenspitze 110 waren dreißig Kapillaren 114 gebohrt. Proben wurden genommen, und die durchschnittliche Fasergröße wurde bei verschiedenen Betriebsbedingungen bestimmt. Die nachstehende Tabelle zeigt die durchschnittliche Fasergröße als Funktion des primären Luftdrucks und des Polymerdurchsatzes. Für jede Bedingung wurde der primäre Luftdruck erhöht, bis Flusen beobachtet wurden. Für das Beispiel wurde Exxon Mobil Polypropylen mit einem MFI von 1.300 verwendet. Die Schmelztemperatur betrug 423°F, und die primäre Lufttemperatur betrug 500°F.

Das Design belegte die Möglichkeit zur Verarbeitung bei hohen Drücken und zur Erzielung feiner Fasern auch bei hohen Polymerdurchsatzmengen. Ein Foto des Systems im Betrieb ist in 6 gezeigt.

Für den Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den hier beschriebenen oder gezeigten Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Gedanken der Erfindung abzuweichen, wie er in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Zusammenfassung

Vorrichtung zum Bilden von Schmelzblasmaterial aus einem geschmolzenen Polymer mit einer Düse, die mit Kanälen in der Spitze der Düse konfiguriert ist, durch die geschmolzenes Polymer zum Bilden von Schmelzblasfasern extrudiert wird. Luftleitplatten sind im Verhältnis zur Düsenspitze angeordnet, um Luftkanäle nahe der Düsenspitze zu bilden, die Verdünnungsluft gegen die aus der Spitze extrudierten geschmolzenen Polymerfasern leiten. Die Luftkanäle weisen eine an den Scheitel der Düsenspitze angrenzende Konvergenzzone mit einem eingeschlossenen Winkel in einem Bereich von etwa 10 Grad bis etwa 20 Grad auf, so dass jeder der Luftkanäle einen Konvergenzwinkel im Verhältnis zur Längsachse der Polymerkanäle zwischen etwa 5 Grad und etwa 10 Grad bildet.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Bilden von Schmelzblasmaterial aus einem geschmolzenen Polymer, aufweisend

einen Düsenkopf, konfiguriert mit Kanälen, durch die geschmolzenes Polymer zum Bilden von Schmelzblasfasern extrudiert wird, wobei der Düsenkopf weiter eine im Allgemeinen V-förmige Düsenspitze aufweist, die Austrittsöffnungen für die Kanäle in einem Scheitelpunkt der Düsenspitze bildet,

mindestens ein Paar Luftleitplatten, die im Verhältnis zu der Düsenspitze angeordnet sind, um Luftkanäle nahe der Düsenspitze zu bilden, um die Verdünnungsluft gegen die aus den Austrittsöffnungen extrudierten geschmolzenen Polymerfasern zu leiten,

wobei mindestens einer der Luftkanäle außerdem eine erste Konvergenzzone mit einem ersten eingeschlossenen Winkel und eine an den Düsenspitzenscheitel angrenzende zweite Konvergenzzone mit einem zweiten eingeschlossenen Winkel aufweist, der kleiner als der erste eingeschlossene Winkel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite eingeschlossene Winkel in einem Bereich von etwa 10 Grad bis etwa 20 Grad liegt, so dass der Luftkanal einen Konvergenzwinkel im Verhältnis zur Längsachse der Polymerkanäle zwischen etwa 5 Grad und etwa 10 Grad bildet. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei jeder der Luftkanäle erste und zweite eingeschlossene Winkel aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Luftkanäle symmetrisch im Verhältnis zur Längsachse der Kanäle sind. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste eingeschlossene Winkel größer als etwa 30 Grad ist, so dass jeder Luftkanal einen Konvergenzwinkel im Verhältnis zur Längsachse der Polymerkanäle in der ersten Konvergenzzone von mindestens etwa 15 Grad bildet. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Luftkanäle eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche entlang der zweiten Konvergenzzone aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Luftkanäle eine variierende Querschnittsfläche entlang der ersten Konvergenzzone aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter aufweisend eine abgestufte Winkeländerung zwischen der ersten und der zweiten Konvergenzzone. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter aufweisend eine allmähliche Winkeländerung zwischen der ersten und der zweiten Konvergenzzone. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Düsenspitze Seitenwände mit einem ersten Winkel entlang der ersten Konvergenzzone und einem zweiten Winkel entlang der zweiten Konvergenzzone aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Luftleitplatten im Allgemeinen parallel zu den Seitenwänden entlang der zweiten Konvergenzzone sind. Vorrichtung nach Anspruch 3, weiter aufweisend eine Quelle für druckbeaufschlagte Luft, die den Luftkanälen mit einem Druck von bis zu etwa 30 psig zugeführt wird. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Luft mit einem Druck von etwa 20 psig zugeführt wird. Vorrichtung zum Bilden von Schmelzblasmaterial aus einem geschmolzenen Polymer, aufweisend

eine Düse, konfiguriert mit Kanälen, durch die geschmolzenes Polymer zum Bilden von Schmelzblasfasern extrudiert wird, wobei die Düse weiter eine im Allgemeinen V-förmige Düsenspitze aufweist, die Austrittsöffnungen für die Kanäle in einem Scheitelpunkt der Düsenspitze bildet,

mindestens ein Paar Luftleitplatten, die im Verhältnis zu der Düsenspitze angeordnet sind, um Luftkanäle nahe der Düsenspitze zu bilden, um die Verdünnungsluft gegen die aus den Austrittsöffnungen extrudierten geschmolzenen Polymerfasern zu leiten,

wobei die Luftkanäle außerdem eine an den Düsenspitzenscheitel angrenzende Konvergenzzone mit einem eingeschlossenen Winkel in einem Bereich von etwa 10 Grad bis etwa 20 Grad aufweisen, so dass jeder Luftkanal einen Konvergenzwinkel im Verhältnis zur Längsachse der Polymerkanäle zwischen etwa 5 Grad und etwa 10 Grad bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Luftkanäle eine im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche entlang der Konvergenzzone aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Luftleitplatten im Allgemeinen parallel zu den Seitenwänden der Düsenspitze entlang der Konvergenzzone sind. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiter aufweisend eine Quelle für druckbeaufschlagte Luft, die den Luftkanälen mit einem Druck von etwa 20 psig zugeführt wird.






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