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Erfindungsgebiet
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Diese
Erfindung betrifft Hetero-Komponenten- und Lagen-Vliesmaterialien. Insbesondere betrifft
die Erfindung Hetero-Komponenten- und Lagen-Spinnvlies, welche hergestellt
werden unter Verwendung eines dualen oder geteilten Spinpack-Spinnverfahrens
einschließlich
einer Dual-Schlitz-Faserverstreckeinheit mit einer oder mehreren
Reihen (Banks).
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Hintergrund
der Erfindung
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Vliesstoffe
und ihre Herstellung sind Gegenstand extensiver Entwicklung gewesen,
welche zu einer großen
Vielfalt von Materialien für
zahlreiche Anwendungen geführt
hat. Zum Beispiel werden Vliese mit geringem Flächengewicht und offener Struktur bei
Artikeln für
die persönliche
Hygiene verwendet, wie etwa als Einlagestoff in wegwerfbaren Windeln, welche
trockenen Kontakt mit der Haut bereitstellen, aber leicht Flüssigkeiten
zu absorbierenderen Materialien hindurchlassen, welche auch Vliese
einer unterschiedlichen Zusammensetzung und/oder Struktur sein können. Vliese
mit höheren
Gewichten können entworfen
werden, Porenstrukturen aufzuweisen, welche sie für Filtrations-,
absorbierende und Sperranwendungen geeignet machen, wie etwa Einhüllmaterialen
für zu
sterilisierende Gegenstände,
Wischer oder Schutzbekleidung für
medizinische, tiermedizinische oder industrielle Verwendungen. Noch
schwerere Vliese sind für
Verwendungen in Freizeit, Landwirtschaft und beim Bau entwickelt
worden. Dies sind nur einige der praktisch unbeschränkten Beispiele
für Typen
von Vliesen und Verwendungen, die Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt
sein werden, welche auch anerkennen werden, dass ständig neue Vliese
und Verwendungen aufgefunden werden. Es sind auch verschiedene Möglichkeiten
und Gerätschaften
entwickelt worden, um Vliese mit gewünschten, für diese Verwendungen geeigneten Strukturen
und Zusammensetzungen herzustellen. Beispiele für solche Verfahren umfassen
Spinnbinden (Spinnbonden), Schmelzblasen, Kardieren und andere,
welche in größerer Einzelheit
unten beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung findet Anwendung
auf Hetero-Komponenten- und Lagermaterialien allgemein vom Spinnvliestyp,
wie es Fachleuten auf diesem Gebiet offensichtlich sein wird.
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Spinnbindverfahren
benötigen
im allgemeinen große
Mengen eines Fluids, wie etwa Luft, welches verwendet wird zum Abkühlen der
geschmolzenen Filamente und zum Verstrecken und Verfeinern der Filamente
für erhöhte Stärke. Dieses
Fluid stellt nicht nur einen Kostenfaktor dar, sondern muss auch sorgfältig gesteuert
werden, um nachteilige Effekte auf die Filamente und die resultierende
Vliesbahn zu vermeiden. Während
bei Spinnbondverfahren und -gerätschaft
viele Fortschritte gemacht wurden, sind verbesserte Bahnuniformität, -stärke, taktile
und Erscheinungseigenschaften bei höherer Effizienz angestrebte
Ziele gewesen.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Hetero-Komponenten- und Lagen-Spinnvliesen.
Das Verfahren kann eine Vorrichtung verwenden, welche multiple Spinnplatten
in einer oder mehreren Reihen (Banks) kombiniert oder eine Spinnplatte
in mehrere Komponenten mit einem zentralen Fluidkanal teilt. Das
Verfahren umfasst Extrudieren verschiedener Filamenttypen aus den
verschiedenen Spinnplatten und Zusammenbringen der Filamente. Eine
Vielfalt von Bikomponenten- oder Lagen-Spinnmaterialien kann unter
Verwendung des dualen oder geteilten Spinpack-Spinnverfahrens mit der Dualschlitzverstreckeinheit
und einer oder mehreren Reihen (Banks) hergestellt werden.
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Unter
Verwendung von dualen oder geteilten Spinnplatten mit einem einzigen
Schlitz werden Bi-Komponenten-Spinnmaterialien
hergestellt, welche Gemische von Filamenten mit verschiedenen Polymertypen,
Fasergrößenbereichen,
Faserformen, Additivbeladungen, Kräuselungsgraden, und/oder anderen
Zusammensetzungs- und
physikalischen Eigenschaften beinhalten.
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Vor
dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es ein Merkmal und ein Vorteil
der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Bi-Komponenten-Spinnvliesbahn
bereitzustellen, welche ein Gemisch von Fasertypen A und B mit verschiedenen
Zusammensetzungs- und/oder physikalischen Eigenschaften enthält.
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Es
ist auch ein Merkmal und ein Vorteil der Erfindung, ein Verfahren
zum Herstellen einer Multilagen-Spinnvliesbahn
bereitzustellen, deren individuelle Lagen Fasertypen mit verschiedenen
Zusammensetzungs- und/oder physikalischen Eigenschaften umfassen.
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Es
ist auch ein Merkmal und ein Vorteil der Erfindung, eine Multilagen-Spinnvliesbahn
bereitzustellen, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist
und deren individuelle Lagen Fasertypen mit verschiedenen Zusammensetzungs- und/oder
physikalischen Eigenschaften umfassen.
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Die
vorangehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
weiterhin aus der folgenden, detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele,
zusammen mit den begleitenden Beispielen und Figuren gelesen, offenbar.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist eine schematische
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer multiplen Spinnplatten-Anordnung und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche einen zentralen Kanal zeigt, welcher als Abzug
verwendet wird und Mittel zum Entfernen von Wachsen und dergleichen
aus dem Spinnverfahren.
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2 ist eine schematische
Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels
einer multiplen Spinnplatten-Anordnung und eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche einen zentralen Kanal zeigt, welcher für Zwei-Zonen-Abkühlluftzufuhr
verwendet wird.
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3 ist eine schematische
Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des in 2 dargestellten Typs, welche
Betrieb beim Ansaugen zeigt.
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4 ist eine perspektivische
Ansicht des in 3 gezeigten
Typs von Ausführungsbeispiel.
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5 ist eine Ansicht einer
Anordnung wie die in 4,
außer,
dass Zonen von Abkühlluft
vorhanden sind und die Abkühlluft
in einem kleinen Winkel zu einer zum zentralen Kanal orthogonalen
Linie bereitgestellt wird.
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6 ist eine schematische
Darstellung einer Anordnung, welche mit multiplen Spinnplatten oder
mit einer einzigen Spinnplatte verwendet werden kann, bei welcher
ein Teil blockiert ist, wo keine Fasern ausgebildet werden. Abkühlluft wird
dazu gebracht, in entgegengesetzten Richtungen entlang der zentralen
Linie eines zentralen Kanals zu fließen.
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7 stellt ein Reihen(Bank)-System
dar, welches zur Verwendung einer dreilagigen Spinnbondstruktur
verwendet werden kann.
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Definitionen
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Wie
hierin verwendet bedeutet der Begriff „Vliesstoff oder -bahn" eine Bahn mit einer
Struktur von individuellen Fasern oder Fäden, welche durcheinander abgelegt
sind, jedoch nicht in einer regelmäßigen oder identifizierbaren
Art wie in einem Maschenstoff. Vliesstoffe oder -bahnen wurden mittels vieler
Verfahren hergestellt, zum Beispiel Schmelzblasverfahren, Spinnbondverfahren,
und gebundene-kardierte-Bahn-Verfahren.
Das Flächengewicht von
Vliesstoffen wird gewöhnlich
in Unzen Material pro Quadratyard (osy) oder Gramm pro Quadratmeter
(gsm) ausgedrückt
und die Faserdurchmesser werden zweckmäßigerweise gewöhnlich in
Mikrometern ausgedrückt.
(Es ist zu beachten, dass, um von osy zu gsm zu konvertieren, osy
mit 33,91 multipliziert werden muss).
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Wie
hierin verwendet bedeutet der Begriff „Mikrofasern" Fasern geringen
Durchmessers mit einem durchschnittlichen Durchmesser von nicht
mehr als etwa 75 Mikrometern, zum Beispiel mit einem durchschnittlichen
Durchmesser von etwa 5 bis etwa 50 Mikrometern, oder insbesondere
können
Mikrofasern einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 10 bis
zu etwa 120 Mikrometern haben. Ein weiterer, häufig verwendeter Ausdruck für Faserdurchmesser ist
Denier, was als Gramm pro 9000 Metern einer Faser definiert ist
und berechnet werden kann als Faserdurchmesser in Mikrometern zum
Quadrat, multipliziert mit der Dichte in Gramm/cc, multipliziert
mit 0,00707. Ein geringeres Denier zeigt eine feinere Faser an und
ein höheres
Denier zeigt eine dickere oder schwerere Faser an. Zum Beispiel
kann der Durchmesser einer Polypropylenfaser, welcher als 15 Mikrometer
angegeben ist, zu Denier konvertiert werden durch Quadratnehmen,
Multiplizieren des Ergebnisses mit 0,89 g/cc und Multiplizieren
mit 0,00707. Demgemäß hat eine
15 Mikrometer-Faser ein Denier von etwa 1,42 (152 × 0,89 × 0,00707
= 1,415). Außerhalb
der Vereinigten Staaten ist die üblichere
Maßeinheit
das „tex", welches als Gramm
pro Kilometer Faser definiert ist. Tex kann berechnet werden als Denier/9.
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Wie
hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Spinnbondfasern" Fasern geringen
Durchmessers, welche ausgebildet werden durch Extrudieren geschmolzenen,
thermoplastischen Materials als Filamente aus mehreren feinen, gewöhnlich runden
Kapillaren einer Spinndüse,
wobei der Durchmesser der Fasern rapide verringert wird, wie etwa
in US Patent 4,340,563 von Appel et al., und US Patent 3,692,618 von
Dorschner et al., US Patent 3,802,817 von Matsuki et al., US Patenten
3,338,992 und 3,341,394 von Kinney, US Patent 3,502,763 von Hartman
et al., US Patent 3,502,538 von Petersen und US Patent 3,542,615
von Dobo et al., von welchen jedes in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme
hierin aufgenommen ist. Spinnbondfasern sind im allgemeinen nicht klebrig,
wenn sie auf eine Sammeloberfläche
abgelegt werden. Spinnbondfasern werden abgekühlt und sind allgemein kontinuierlich
und haben durchschnittliche Durchmesser von mehr als etwa 7 Mikrometern, insbesondere
zwischen etwa 10 und 20 Mikrometern.
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Wie
hierin verwendet umfasst der Begriff „Polymer" allgemein Homopolymere, Copolymere, wie
etwa zum Beispiel Block-, Pfropf-, Random- oder alternierende Copolymere,
Terpolymere etc. und Gemische und Modifikationen von diesen, ist
jedoch nicht beschränkt
auf diese. Weiterhin soll der Begriff „Polymer", sofern nicht anders spezifisch beschränkt, alle
möglichen
geometrischen Konfigurationen des Materials umfassen. Diese Konfigurationen
umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf isotaktische, syndiotaktische
und Random-Symmetrien.
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Wie
hierin verwendet bezeichnet der Begriff „Mono-Bestandteil"-Faser eine Faser, welche ausgebildet
ist aus einem oder mehreren Extrudern unter Verwendung nur eines
Polymers. Dies soll nicht Fasern ausschließen, welche aus einem Polymer
hergestellt sind, welchem geringe Mengen von Additiven für Farbe,
anti-statische Eigenschaften, Schmierung, Hydrophilie etc. zugesetzt
wurden. Diese Additive, z. B. Titandioxid für Farbe, sind allgemein in
Mengen von weniger als 5 Gewichtsprozent vorhanden und typischerweise
etwa 2 Gewichtsprozent.
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Wie
hierin verwendet bezeichnet der Begriff „konjugierte Fasern" Fasern, welche aus
mindestens zwei Polymeren ausgebildet sind, welche aus separaten
Extrudern extrudiert wurden, aber zusammengesponnen wurden, um eine
Faser auszubilden. Konjugierte Fasern werden manchmal auch als Multi-Bestandteil-
oder Bi-Bestandteil-Fasern
bezeichnet. Die Polymere sind gewöhnlich voneinander verscheiden,
obwohl konjugierte Fasern auch Mono-Bestandteil-Fasern sein können. Die
Polymere sind in im Wesentlichen konstant positionierten, diskreten Zonen über den
Querschnitt der konjugierten Fasern verteilt und erstrecken sich
kontinuierlich entlang der Länge
der konjugierten Fasern. Die Konfiguration einer solchen konjugierten
Faser kann zum Beispiel eine Kern/Hülle-Anordnung sein, worin ein
Polymer von einem anderen umgeben ist oder kann eine Seite-an-Seite-Anordnung
sein oder eine „Inseln-im-Meer"-Anordnung. Konjugierte
Fasern werden gelehrt in US Patent 5,108,820 von Kaneko et al.,
US Patent 5,336,552 von Strack et al., und US Patent 5,382,400 von
Pike et al., von welchen jedes in seiner Gesamtheit hierin durch
Bezugnahme aufgenommen ist. Bei Fasern aus zwei Bestandteilen können die
Polymere in Verhältnissen
von 75 : 25, 50 : 50, 25 : 75 oder jeglichen gewünschten anderen Verhältnissen
vorliegen.
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Wie
hierin verwendet bezeichnet der Begriff „Bi-Komponenten-Fasern" Fasern, welche aus wenigstens zwei
Polymeren ausgebildet worden sind, welche aus dem gleichen Extruder
als ein Gemisch extrudiert worden sind. Der Begriff „Gemisch" ist unten definiert.
Bei Bi-Komponenten-Fasern
sind die verschiedenen Polymerbestandteile nicht in relativ konstant
positionierten, diskreten Zonen über
die Querschnittsfläche
der Faser verteilt, und die verschiedenen Polymere sind gewöhnlich nicht
kontinuierlich entlang der gesamten Länge der Faser, sondern bilden
stattdessen Fibrillen oder Protofibrillen aus, welche zufällig beginnen
und enden. Bi-Komponenten-Fasern
werden manchmal auch als Multi-Komponenten-Fasern bezeichnet. Fasern
dieses allgemeinen Typs werden zum Beispiel in US Patent 5,108,827
von Gessner diskutiert. Bi-Bestandteil- und Bi-Komponenten-Fasern
werden auch im Lehrbuch „Polymer
Blends and Composites" von
John A. Manson und Leslie H. Sperling, Copyright 1976, Plenum Press,
einer Abteilung von Plenum Publishing Corporation, New York, ISBN
0-306-30831-2 auf Seiten 273 bis 277 diskutiert.
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Wie
hierin verwendet bedeutet der Begriff „Gemisch" mit Bezug auf Polymere eine Mischung von
zwei oder mehr Polymeren, während
der Begriff „Legierung" auch eine Unterklasse
von Gemischen bedeutet, wobei die Bestandteile unvermischbar sind,
jedoch kompatibilisiert wurden. „Mischbarkeit" und „Unvermischbarkeit" werden definiert
als Gemische mit jeweils negativen und positiven Werten für die freie
Mischungsenergie. Weiterhin ist „Kompatibilisierung" definiert als das
Verfahren des Modifizierens der Grenzflächeneigenschaften eines unvermischbaren
Polymergemischs, um eine Legierung herzustellen.
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Wie
hierin verwendet bezeichnet der Begriff „Hetero-Komponenten-Vliesbahn" (oder Bahnlage) eine
Vliesbahn oder -lage mit einer Mischung aus wenigstens zwei Filament-
oder Fasertypen A und B, welche sich hinsichtlich ihrer Polymergehalte,
Fasergrößenbereiche,
Faserformen, Pigment- oder Additivbeladungen, Kräuselungsgraden und/oder anderen
Zusammensetzungs- und physikalischen Eigenschaften unterscheiden.
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Wie
hierin verwendet bezeichnet der Begriff „Multi-Lagen-Vliesbahn" eine Vliesbahn mit wenigstens zwei,
in zwei oder mehr Lagen angeordneten Filament- oder Fasertypen.
Die Filamente oder Fasern in den verschiedenen lagen können voneinander
hinsichtlich Gesamtpolymergehalten, Fasergrößenbereichen, Faserformen,
Pigment- oder Additivbeladungen, Kräuselungsgraden und/oder anderen
Zusammensetzungs- und physikalischen Eigenschaften verschieden sein.
Die individuellen Lagen in einer Multi-Lagen-Vliesbahn können, müssen aber
nicht, Hetero-Bestandteil-Vliesbahnlagen
wie oben beschrieben sein.
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Wie
hierin verwendet beinhaltet der Begriff „thermisches Punktbonden (Punktbinden)" Hindurchführen eines
Stoffs oder einer Bahn aus zu bindenden Fasern zwischen einer erwärmten Kalandrierwalze
und einer Amboßwalze.
Die Kalandrierwalze ist gewöhnlich,
wenn auch nicht immer, in einer bestimmten Art und Weise gemustert,
so dass nicht der gesamte Stoff über
seine gesamte Oberfläche
hinweg gebunden wird. Als Ergebnis davon sind aus ästhetischen
wie auch funktionellen Gründen
verschiedene Muster für
Kalandrierwalzen entwickelt worden. Ein Beispiel für ein Muster
weist Punkte auf und ist das Hansen Pennings oder „H&P"-Muster mit einer etwa
30%igen Bindungsfläche
mit etwa 200 Bindungen pro Quadratinch, wie in US Patent 3,855,046
von Hansen und Pennings gelehrt, welches in seiner Gesamtheit hierin
durch Bezugnahme aufgenommen ist. Das H&P-Muster weist quadratische Punkt-
oder Stiftbindungsflächen
auf, wobei jeder Stift eine Seitendimension von 0,038 Inches (0,965
mm), einen Abstand von 0,070 Inches (1,778 mm) zwischen den Stiften
und eine Bindungstiefe von 0,023 Inches (0,584 mm) aufweist. Das
resultierende Muster weist eine gebundene Fläche von etwa 29,5% auf. Ein
weiteres typisches Punktbindungsmuster ist das ausgedehnte Hansen
und Pennings oder „EHP"-Bindungsmuster,
welches eine 15%ige Bindungsfläche
mit einem quadratischen Stift mit einer Seitendimension von 0,037
Inches (0,94 mm), einem Stiftabstand von 0,097 Inches (2,464 mm)
und einer Tiefe von 0,039 Inches (0,991 mm) erzeugt. Ein anderes
typisches Punktbindungsmuster, welches als „714" bezeichnet wird,
weist quadratische Stift-Bindungsflächen auf, wobei
jeder Stift eine Seitendimension von 0,023 Inches, einen Abstand
von 0,062 Inches (1,575 mm) zwischen den Stiften und eine Bindungstiefe
von 0,033 Inches (0,838 mm) aufweist. Das resultierende Muster weist
eine gebundene Fläche
von etwa 15% auf. Noch ein weiteres übliches Muster ist das C-Stern-Muster,
welches eine Bindungsfläche
von etwa 16,9% aufweist. Das C-Stern-Muster weist ein diagonales
Streifen- oder „Kord"-Design auf, welches von
Sternschnuppen unterbrochen ist. Andere übliche Muster umfassen ein
Diamantmuster mit sich wiederholenden und leicht versetzten Diamanten
und ein Drahtwebmuster, welches aussieht, wie es der Name nahe legt,
z. B. wie ein Drahtfenster. Typischerweise variiert der Prozentsatz
Bindungsfläche zwischen
etwa 10% bis etwa 30% der Fläche
der Stofflaminatbahn. Wie es im Fachbereich wohlbekannt ist, hält das Punktbinden
die Laminatlagen zusammen und verleiht jeder individuellen Lage
dadurch Integrität,
dass Filamente und/oder Fasern innerhalb jeder Lage gebunden werden.
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Wie
hierin verwendet bedeutet der Begriff „Produkte für die persönliche Pflege" Windeln, Trainingshöschen, absorbierende
Unterhosen, Inkontinenzprodukte für Erwachsene und Produkte für die weibliche
Hygiene.
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Detaillierte
Beschreibung der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann ein duales oder geteiltes Spinpack-Spinnverfahren
verwendet werden, um eine Hetero-Komponenten-Vliesbahn herzustellen.
Unter Bezugnahme auf 1 sind
Spinpacks 10A und 10B, welche identisch sein können aber
nicht müssen,
durch eine Rohrleitung 12 voneinander getrennt. Der Spinpack 10A wird
verwendet, um Vliespolymerfasern oder -filamente, z. B. Spinnvliesfilamente,
eines ersten Typs A zu extrudieren. Der Spinpack 10B wird
verwendet, um Vliespolymerfasern oder -filamente, z. B. Spinnvliesfilamente,
eines zweiten Typs B zu extrudieren.
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Die
Typ A- und die Typ B-Filamente unterscheiden sich hinsichtlich ihrer
Zusammensetzung und/oder physikalischen Eigenschaften voneinander. Zum
Beispiel können
sich die Typ A- und Typ B-Filamente hinsichtlich ihrer Polymerzusammensetzung unterscheiden.
Typ A-Filamente
können
Polypropylen umfassen und Typ B-Filamente
können
Polyethylen umfassen. Andere Polymere, welche zur Verwendung in
Typ A- oder Typ B-Filamenten geeignet sind, umfassen ohne Beschränkung Polyamide,
Polyester, Copolymere von Ethylen und Propylen, Copolymere von Ethylen
oder Propylen mit einem C4-C20 alpha-Olefin,
Terpolymere von Ethylen mit Propylen und einem C4-C20 alpha-Olefin, Ehylen-Vinylacetat-Copolymere, Propylen-Vinylacetat-Copolymere, Styrol-Poly(ethylen-alpha-Olefin)elastomere,
Polyurethane, A-B-Blockcopolymere,
bei denen A aus Poly(vinylaren)-Gruppen wie etwa Polystyrol gebildet
ist und B ein elastomerer Mittelblock wie etwa ein konjugiertes
Dien oder niederes Alken ist, Polyether, Polyetherester, Polyacrylate,
Ethylenalkylacrylate, Polyisobutylen, Polybutadien, Isobutylen-Isopren-Copolymere
und Kombinationen ein jeglicher der voranstehenden.
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Die
Typ A- und Typ B-Filamente können auch
verschiedene Sorten von Bi-Bestandteil-Filamenten oder Mono-Bestandteil- und
Bi-Bestandteil-Filamente sein. Die Typ A und Typ B-Filamente können auch
die gleiche oder unterschiedliche Zusammensetzung aber unterschiedliche
physikalische Eigenschaften haben. Zum Beispiel können die
Typ A- und Typ B-Filamente unterschiedliche mittlere Fasergrößen, unterschiedliche
Faserformen; unterschiedliche Kräuselungsgrade
und/oder unterschiedliche Additivbeladungen haben.
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Verschiedene
Sorten von Bi-Bestandteil-Filamenten umfassen solche polymere Filamente,
welche mindestens zwei diskrete Bestandteile aufweisen, im Fachbereich
gewöhnlich
als „Hülle-Kern"-Filamente, „Seite-an-Seite"-Filamente und „Inseln-im-Meer"-Filamente bekannt.
Filamente, welche drei oder mehr diskrete Polymerbestandteile aufweisen,
sind ebenfalls umfasst. Solche Filamente werden im allgemein spinngebunden,
können
jedoch auch unter Verwendung anderer Verfahren hergestellt werden.
Mono-Bestandteil-Filamente weisen im Vergleich dazu nur ein Polymer
auf. Die Typ A- und Typ B-Filamente können spinngebundene Filamente sein,
welche sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzungen unterscheiden.
Spinngebundene Filamente sind im Wesentlichen kontinuierlich und
haben im Allgemeinen durchschnittliche Faserdurchmesser von etwa
12–55
Mikrometer. Die Typ A- und Typ B-Filamente können spinngebundene Filamente
sein, welche hinsichtlich ihrer Faserdurchmesser verschieden sind.
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Schmelzgeblasene
Mikrofasern sind im Allgemeinen diskontinuierlich und haben durchschnittliche
Faserdurchmesser von bis zu etwa 10 Mikrometern, bevorzugt etwa
2 bis 6 Mirometern. Die Typ A- und Typ B-Filamente können schmelzgeblasene Mikrofasern
mit unterschiedlichen Polymerzusammensetzungen, unterschiedlichen
Faserdurchmessern und/oder unterschiedlichen durchschnittlichen
Längen
sein.
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Vliesfilamente
können
gekräuselt
oder nicht gekräuselt
sein. Gekräuselte
Filamente sind zum Beispiel in US Patent 3,341,394 von Kinney beschrieben.
Gekräuselte
Filamente können
zum Beispiel weniger als 30 Kräuselungen
pro Inch, oder zwischen 30–100
Kräuselungen
pro Inch, oder mehr als 100 Kräuselungen
pro Inch aufweisen. Die Typ A- und Typ B-Filamente können auch
hinsichtlich ihrer Kräuselungsgrade
verschieden sein, oder hinsichtlich dessen, ob eine Kräuselung überhaupt
vorhanden ist.
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Es
ist auch möglich,
andere Materialien mit dem Polymer zu vermischen, welches verwendet wird,
um einen erfindungsgemäßen Vlies
herzustellen, wie Fluorkohlenstoffchemikalien zum Erhöhen der
chemischen Widerstandsfähigkeit,
welche zum Beispiel jegliche derer sein können, welche in US Patent 5,178,931
gelehrt sind, Flammschutzmittel zum gesteigerten Widerstand gegenüber Feuer
und/oder Pigmente, um jeder Lage die gleiche oder unterschiedliche
Farben zu geben. Flammschutzmittel und Pigmente für spinngebundene
und schmelzgeblasene thermoplastische Polymere sind im Fachbereich
wohlbekannt und sind häufig
interne Additive. Wenn verwendet ist ein Pigment allgemein in einer Menge
von weniger als 5 Gewichtsprozent der Lage vorhanden, während andere
Materialien in einer kumulativen Menge von weniger als 25 Gewichtsprozent
vorhanden sein können.
Die Typ A- und Typ B-Filamente können
sich hinsichtlich ihrer Additivbeladungen unterscheiden, oder hinsichtlich
dessen, ob ein bestimmtes Additiv vorhanden ist oder nicht.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Wie gezeigt sind Spinpacks 10A und 10B,
welche identisch sein können
aber nicht müssen,
durch Rohrleitung 12 getrennt. Spinpacks 10A und 10B können die
Polymere zugeführt
werden, die verwendet werden, um Filamenttypen A und B herzustellen.
In Abhängigkeit von
den Verfahrensbedingungen können
die Filamente unterschiedlicher Typen in dem Produkt gemischt werden
oder es kann eine lagige Struktur erhalten werden, wobei die Eigenschaften
der jeweiligen Lagen in Abhängigkeit
vom in jeder Lage verwendeten Polymer oder den verwendeten Additiven variieren.
Faserbündel 14, 16 werden
von den Spinpacks in Abkühlzone 18 extrudiert.
Vorteilhafterweise werden die Faserbündel von der unteren Oberfläche 20 von
Spinpacks 10A, 10B unter einem Winkel α zur Vertikalen
oder relativ zur zentralen Linie des zentralen Kanals extrudiert,
um dabei zu helfen, das heiße Abzugsfluid
(Luft), welches durch die Faserbündel 14, 16 getreten
ist, nach oben zur Rohrleitung 12 zu leiten. Dieser Winkel
kann zum Beispiel innerhalb des Bereichs von einem kleinen Winkel
von etwa 1° bis
etwa 15° sein
und insbesondere innerhalb des Bereichs von etwa 1° bis etwa
5°. Ebenso
sind Seiten 22, 24 der Abkühlzone
vorteilhaft so ausgebildet, dass Luft unter einem kleinen Winkel
von etwa 1° bis etwa
10° zur
Horizontalen geleitet wird, um einen relativen, konstanten Abstand
zwischen der Abkühlluft und
dem Faserbündel
zu wahren, um eine gleichmäßigere Abkühlung zu
erreichen. Abkühlluft
wird lateral der Faserbündel
von beiden Seiten der Rohrleitungen 26, 28 in
entgegengesetzten Richtungen parallel oder nahezu parallel zur Spinnplatte
eingelassen, obwohl das Fließmuster
der besseren Anschaulichkeit wegen nur auf einer Seite gezeigt ist.
Wie gezeigt wird ein Teil der Abkühlluft nach oben durch Rohrleitung 12 als
Abluft abgeführt,
während
der Rest zusammen mit den Faserbündeln
zur Faserverstreckeinheit abgezogen wird. Die Temperatur der Abkühlluft wird
gesteuert, um die gewünschten
Fasereigenschaften zu erzielen. Zum Beispiel ist die Abkühlluft bei
der Ausbildung einer Polypropylenspinnvliesbahn vorteilhaft im Bereich
von etwa 5°C bis
etwa 25°C.
Wie gezeigt stellt die Anordnung der Erfindung die Vorteile einer
Multibank-Produktion in einer einzigen Konfiguration bereit und
ermöglicht
die Verwendung eines einzigen zentralen Fluidflusses für beide
Bündel.
Wenn gewünscht
kann eine Ventilatorunterstützung
bereitgestellt werden, um dabei zu helfen, mit Rauch beladene Luft
durch den oberen Teil zu entfernen. Es kann in Abhängigkeit
von der Notwendigkeit für
erhöhte
Flußstabilität auch wünschenswert
sein, einen Ausgleichsschlitz zwischen der Oberfläche der
Spinnplatte und der Abkühlrohrleitung,
zum Beispiel mit einer Breite von etwa einem bis zu etwa 3 Inches
bereitzustellen.
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Wie
oben erklärt
kann das Verfahren so eingestellt werden, dass die Filamente des
Typs A und die Filamente des Typs B, welche von Spinpacks 10A und 10B erzeugt
werden, entweder zu einer einzigen Lage gemischt werden oder als
separate Lagen im Produkt zusammengebracht werden. Mischen der Filamente
kann bewerkstelligt werden durch Verwendung von rascheren Abkühlluft-Flussraten
und -geschwindigkeiten von den Seiten 22 und 24,
und/oder größeren Winkeln α, so dass
die Typ A- und Typ B-Filamente
stark zueinander hin gedrängt
werden. Nachbehandlungen wie etwa hydraulisches Verschlingen oder
mechanisches Nadeln (welche beide den Fachleuten bekannt sind) können die
Filamente weiter vermischen. Im Gegensatz dazu werden die Typ A-
und Typ B-Filamente im Produkt in zwei Lagen erscheinen, wenn niedrigere
Flussraten und -geschwindigkeiten von den Seiten 22 und 24 verwendet werden
und/oder wenn der Winkel α klein
ist, so dass die Typ A- und Typ B-Filamente nur minimal aufeinander
zu gedrängt
werden.
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1 stellt auch in schematischer
Form ein vorteilhaftes Mittel dar, um sicherzustellen, dass Rückstände wie
etwa kondensiertes Öl
oder Wachs von dem Spinnvliessystem wegfließen, was in manchen Anwendungen
mit moderaten Lochdichten nützlich
ist. Wie gezeigt sind Spinpacks 10 durch Rohrleitung 12 getrennt,
welche mit Rohrleitung 30 verbunden ist, welche in einem
Abwärtswinkel
orientiert ist, um jegliche Kondensate abzuziehen. Beide Rohrleitungen 12 und 30 oder
eine von beiden können
isoliert sein, um Wärmeverlust
in den Spinpacks zu minimieren. Diese Rohrleitung kann rechteckig sein,
wenn sie von der Spinnbindungs-Maschine wegführt und bei Rand 32 zu
einem Kreis oder dergleichen umgeformt werden. Rohrleitung 32 führt zu Kondensator 34,
welcher mit Kühlwasser
oder dergleichen durch Rohre 36, 38 gekühlt werden
kann. Die entwachste Luft wird dann etwa durch einen Ventilator
durch Kanal 39 abgezogen. Wenn benötigt, können herkömmlich für solche Zwecke verwendete Mittel
verwendet werden, um die Kondensate (Wachse) von dem Spinnbindungs-System
und durch den Kondensator hindurch weg zu ziehen. Für sehr hohe Lochdichten
können
andere Mittel zum Rauchabzug benötigt
werden.
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2 ist eine ähnliche
Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels,
wo die Abkühlluft
in die Mitte (zwischen die Faserbündel 120 und 122) und
Abzugflüsse
nach außen
zu den Seiten gebracht werden. Wie gezeigt sind Spinpacks 100A und 100B auf
entgegengesetzten Seiten von Kanal oder Rohrleitung 112 angeordnet.
Abkühlluft
kann in einem einzigen Strom (oder Zone) nach unten zwischen die Spinnplatten 100 zugeführt werden
und den Luftraum zwischen den Filamentbündeln 120, 122 unter
Druck zu setzen, um zu ermöglichen,
dass Luft durch jedes Filamentbündel
nach außen
gezogen wird. In diesem Ausführungsbeispiel
kann Rohrleitung 112 vorteilhaft durch Trennung 114 in
Zufuhrzonen 116, 118 unterteilt werden, welche
Abkühlfluid
jeweils durch Bündel 120, 122 leiten.
Bei sehr hohen Lochdichten und hohem zentralen Luftfluss wird jede
Wechselwirkung des Flusses von den Seiten minimiert. Perforierte Platten
oder Abschirmungen 124, 126 können bereitgestellt werden,
um den Fluidfluss zu steuern und seine Gleichmäßigkeit zu erhöhen, Wenn
diese Platten verwendet werden, können sie vorteilhaft eine abgestufte,
offene Fläche
aufweisen, um den Fluidfluss weiter zu steuern. In diesem Ausführungsbeispiel sind
Rauchabzugsrohrleitungen 128, 130 auf den entgegengesetzten
Seiten von Bündeln 120, 122 angeordnet,
um einen Teil des Abkühlfluids
zu erhalten. Der Rest des Abkühlfluids
wird zu den Filamentbündeln
hin gezogen und trägt
oder wird von diesen getragen zur Faserverstreckzone (nicht dargestellt)
in im wesentlichen der gleichen Art wie in 1. Diese Anordnung stellt die Vorteile
der Anordnung von 1 bereit
und kann zusätzlich
die Steuerung des von den separaten Bündeln zugeführten Abkühlfluids erlauben. Ein zusätzlicher
Vorteil besteht darin, dass jeglicher Rauch warm gehalten werden
kann, bis er den gewünschten
Ort erreicht, um Öle
abzuscheiden.
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Da
im Ausführungsbeispiel
von 2 beträchtliche,
nach außen
fließende
Abkühlluft
verwendet wird, welche aus Rohrleitungen 116 und 118 kommt,
ist dieses Ausführungsbeispiel
geeigneter zum Herstellen eines lagigen Produkts (mit Typ A- und
Typ B-Filamenten in separaten Lagen) als eines einlagigen, gemischten
Produkts. Natürlich
können die
Lagen darauffolgend durch hydraulisches Verschlingen, mechanisches
Nadeln oder andere geeignete Techniken gemischt werden.
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3 stellt ein Ausführungsbeispiel
dar, welches in einem Ansaugmodus betrieben wird, wobei der vertikale
Luftstrom, welcher durch Kanal 212 gezogen wird, Abkühlluft aus
der Umgebung durch die Faserbündel 220 (Typ
A) und 222 (Typ B) aus den Spinpacks 200A und 200B zur
Verstreckeinheit 230 ansaugt. In dieser Anordnung sind
mehr Löcher
pro Inch Düsenbreite
gezeigt worden, sowie höherer Durchsatz
und bessere Spinnlinienstabilität.
Zum Beispiel ist Spinnen von wenigstens 320 Löchern pro Inch möglich bei
verringerten Abkühlluftanforderungen
und verringerten Verfahrenssteuerungsgerätschaftsanforderungen. Andere
Variationen werden offensichtlich sein, wie etwa Verwendung einer
geteilten Verstreckeinheit, um Trennung der Vorhänge aufrechtzuerhalten und
sie in einem lagigen Gebilde der gleichen oder unterschiedlichen
Fasern abzulegen. 4 ist
eine perspektivische Ansicht der Anordnung von 3. 5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel mit
Abkühlluftzonen 440–447 und
einer Spinpackorientierung unter einem Winkel „b" zur Horizontalen und sonstigenfalls
bezüglich
einer orthogonal zur zentralen Linie des zentralen Kanals gezogenen
Linie. Dieser Winkel kann zum Beispiel innerhalb eines Bereichs
von einem kleinen Winkel von etwa 1° bis etwa 15° liegen, und insbesondere zwischen
etwa 1° und
etwa 5°,
und kann zum Beispiel erhalten werden durch Drehen der Spinnplatte
oder durch Formen der Spinnplattenoberfläche. Während der Abstand zwischen
den Spinnblocks variiert werden kann, ist es vorgesehen, dass die
meisten Betriebe bei einem Abstand im Bereich von einem kleinen
Abstand von weniger als etwa einem bis etwa 20 Inches und insbesondere
im Bereich von weniger als etwa einem Inch und etwa 1,5 Inches sein
werden. Andere Parameter der Anordnung werden im Allgemeinen innerhalb herkömmlicher
Bereiche liegen, in Abhängigkeit
von der gesamten Gerätekonfiguration
und gewünschten Betriebsbedingungen.
Zum Beispiel stellt vertikaler Abkühlluftfluss von etwa 100 Fuß/Minute
bis zu etwa 1000 Fuß/Minute
genügendes
Ansaugen für
einen gewünschten
Grad von Wärmetransfer
bereit.
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In
Ausführungsbeispielen,
wie sie in 3 bis 5 gezeigt sind, wird das
Verhältnis
der Flussrate des zentralen, nach unten fließenden Abkühlluftstroms und der Flussrate
der lateral nach innen fließenden
Ankühlluftströme beeinflussen,
ob das Produkt separate Lagen von Typ A- und Typ B-Filamenten aufweisen
wird oder ob die Filamente gemischt werden. Wenn der zentrale, nach
unten fließende Luftstrom
genügende
Geschwindigkeit und Kraft aufweist, um die Faserbündel 220 und 222 getrennt
zu halten und die konkurrierenden, von den lateral nach innen fließenden Strömen ausgeübten Kräfte zu überkommen,
dann wird das Produkt zwei Lagen aufweisen, welche Typ A- und Typ
B-Filamente entsprechen. Wenn die lateral nach innen fließenden Luftströme genügende Geschwindigkeit
und Kraft aufweisen, um den zentralen, nach unten fließenden Strom
zu überkommen,
werden die Typ A- und Typ B-Filamente zu unterschiedlichen Graden
gemischt.
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6 stellt in schematischer
Form eine Anordnung dar, welche mit multiplen Spinnplatten oder mit
einer einzigen Spinnplatte verwendet werden kann, bei welcher ein
Teil blockiert ist, wo keine Fasern ausgebildet werden. Spinnplattenbereiche 710, 712 geben
Filamentbündel 714, 716 ab,
welche durch zentralen Kanal 718 getrennt sind. Düse 720, welche
mit einer Abkühlfluidquelle
verbunden ist, richtet Abkühlung
durch Öffnungen 722, 724 nach oben
und/oder nach unten. Abkühlluft
kann angesaugt werden und/oder von Seiten 726, 728 durch Bündel 714, 716 wie
angezeigt eingeblasen werden. Auf diese Art und Weise kann ein besonders ökonomisches
System durch Modifikation einer existierenden Spinplatte erreicht
werden. Auch kann der relative Fluss in jede der Richtungen leicht
durch eine Auswahl von Designparametern der Düse 720 und Öffnungen 722, 724 gesteuert
werden.
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7 stellt dar, wie drei Spinpacks 200A, 200B und 200C kombiniert
werden können,
um eine dreilagige Vliesstruktur herzustellen. Das Ausführungsbeispiel
von 7 ähnelt dem
von 5, außer dass
ein dritter Spinpack 200C zwischen die Spinpacks 200A und 200B eingefügt wurde.
Spinpacks 200A, 200B und 200C erzeugen
drei Faserbündel 220, 222 und 224,
welche Typ A, Typ B oder Typ C oder jede Kombination dieser sein
können. Zum
Beispiel können
die Faserbündel 220, 222 und 224 Filamente
von Typ A/Typ B/Typ C, Typ A/Typ B/Typ A, Typ A/Typ A/Typ B, Typ
A/Typ B/Typ B, Typ B/Typ C/Typ A, Typ A/Typ C/Typ B, und andere
Kombinationen umfassen. Im Ausführungsbeispiel
von 7 werden zwei vertikale
Abkühlluftströme benötigt, um
Faserbündel 220 und 224 sowie
Faserbündel 222 und 224 zu
kühlen
und getrennt zu halten. Das Verfahren kann ausgeführt werden
unter Verwendung zweier Gruppen lateraler Abkühlzonen (z. B. 440–444 und 445–449),
wie es der Fall bei dem Zwei-Spinpack-System
von 5 ist. Nach dem
Abkühlen
werden die Faserbündel 220, 222 und 224 unter
Verwendung der Verstreckeinheit 230 in Form von Lagen zusammengebracht.
Das Drei-Spinpack-System von 7 kann
verwendet werden, um dreilagige Vliesstrukturen mit einer Vielfalt
von Vorteilen herzustellen. Zum Beispiel kann ein weniger teures
Polymer als eine zentrale „Füllmittel"-Lage verwendet werden, während ein
oder zwei teurere Polymere, welche verbesserte Weichheit aufweisen,
in den äußeren Lagen
verwendet werden, wodurch die Gesamtkosten verringert werden. Auch
kann eine der äußeren Lagen
darauf zugeschnitten werden, besser an einen Film oder ein anderes
Substrat zu binden. Auch ermöglicht
die Drei-Lagen-Fähigkeit
die Herstellung von zahlreichen Strukturen mit verschiedenen Lagenverhältnissen,
verschiedenen Filamentformen und -größen, verschiedenen Polymerzusammensetzungen,
verschiedenen Kräuselungsgraden und
verschiedenen Pigment- oder Additivbeladungen.