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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Fibrillenstränge
von polymeren Plexifilamentfolien. Insbesondere betrifft die Erfindung
Verbesserungen des Verfahrens zum Flash-Spinnen und Ablegen von
Fibrillensträngen
von polymeren Plexifilamentfolien.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen von Flash-Spinnfasern wie in der an
Blades et al. vergebenen (an DuPont übertragenen) US-Patentschrift
Nr. 3081519 offenbart, wird eine Lösung von faserbildendem Polymer in
einem flüssigen
Spinnmittel, das kein Lösungsmittel
für das
Polymer unterhalb dem normalen Siedepunkt der Flüssigkeit ist, bei einer Temperatur über dem
normalen Siedepunkt der Flüssigkeit
und bei einem autogenen Druck oder einem höheren Druck gehalten und dann
in eine Zone niederer Temperatur und von wesentlich niedrigerem
Druck hineingesponnen, um Filmfibrillenstränge von Plexifilamentfolien
zu bilden. Geeignete Spinnmittel sind schon beschrieben worden und
umfassen aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol und Toluol, aliphatische
Kohlenwasserstoffe wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan und ihre
Isomere und Homologe; alicyclische Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan;
ungesättigte
Kohlenwasserstoffe; und halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid,
Tetrachlorkohlenstoff Chloroform, Ethylchlorid und Methylchlorid. Das
Patent von Blades et al. beschreibt keine Bildung von flash-gesponnenen
Platten. Wie in der an Anderson et al. vergebenen (an DuPont übertragenen
US-Patentschrift Nr. 3227794 offenbart, erfordert das Lösungsflash-Spinnverfahren
ein Spinnmittel, das: (1) kein Lösungsmittel
für das
Polymer unterhalb des normalen Siedepunkts des Spinnmittels ist;
(2) eine Lösung
mit dem Polymer bei hohem Druck bildet; (3) eine erwünschte Zweiphasendispersion
mit dem Polymer bildet, wenn der Lösungsdruck in einer Herablasskammer
leicht reduziert wird; und (4) flash-verdampft, wenn es aus der
Ablasskammer in eine Zone von wesentlich niedrigerem Druck freigesetzt
wird.
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Das
Flash-Spinnverfahren umfasst normalerweise einen Schritt des Aufbringens
einer elektrostatischen Ladung auf eine geglättete und teilweise ausgebreitete
Bahn von Fibrillensträngen
aus Plexifilamentfolien, nachdem die Bahn aus einer Spinnöffnung gesponnen
worden ist und bevor sie auf ein geerdetes, sich bewegendes Band
unter Bildung einer Platte abgelegt wird. Die elektrostatische Ladung
wird durch Hindurchführen
der Bahn durch ein Coronafeld aufgebracht, das zwischen einer Mehrnadelionenpistole
und einer geerdeten Zielplatte gebildet wird. Wenn die Bahn durch
das Coronafeld hindurchgeht, so nimmt sie geladene Teilchen auf,
die von der Ionenpistole an die Zielplatte migrieren. Die auf die
einzelnen Fibrillen der Bahn aufgebrachten elektrostatischen Ladungen
verursachen, dass die Fibrillen einander abstoßen, so dass die Fibrillen
getrennt werden und des Weiteren die Folienfibrillenbahn "geöffnet" wird. Die aufgeladene
Bahn wird dann zusammen mit anderen Bahnen von danebenliegenden
Spinpaketen auf dem sich bewegenden Band abgelegt. Weil die Bahnen
aufgeladen sind, werden sie zuerst an das geerdete, sich bewegende
Band angezogen und wenn sie einmal abgelegt sind, so bleiben sie
auf dem Band an Ort und Stelle festgeheftet.
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Während des
Flash-Spinnvorgangs ist es wichtig, dass die Ladungsdichte auf den
Bahnen einen Wert nicht übersteigt,
der zum elektrischen Abbau der gasförmigen Atmosphäre in der
Spinnzelle führt,
was einen Lichtbogenüberschlag
zwischen den Bahnen und dem Band verursachen würde. Wenn ein Lichtbogenüberschlag
stattfindet, so verlieren die Bahnen ihre Ladung und die Festheftkräfte zwischen
den Bahnen und dem Band können
derart reduziert werden, dass die Bahnen nicht auf dem Band festgeheftet
bleiben. Wenn die Bahnen nicht richtig auf dem Band festgeheftet
sind, so können
die Bahnen von dem Strom von gasförmigem Spinnfluid gezogen und
bewegt werden. Das führt
dazu, dass die Bahnen sich zu Bündeln
aufrollen, derart, dass die aus den Bahnen hergestellte Platte nicht
gleichförmig
ist und Fehlstellen enthält.
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Handelsübliche Plattenprodukte,
die aus Fibrillensträngen
von Polyethylenplexifilamenfolien hergestellt sind, sind in der
Vergangenheit durch Flash-Spinnen eines Spinnfluids hergestellt
worden, das aus Polyethylen in einem Perchlorfluorkohlenstoff-(CFK-)Spinnmittel
wie Trichlorfluormethan besteht. Leider gelten CFK als den Ozon
der Stratosphäre
verarmende Chemikalien. Alternative Verbindungen, die für das Flash-Spnnverfahren
geeignet sind, die keine Ozonverarmung verursachen oder zur Erwärmung der
Atmosphäre
beitragen, sind entwickelt worden.
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Die
alternativen Spinnmittel, die untersucht worden sind, umfassen gesättigte Kohlenwasserstoffe,
wie n-Pentan. Obwohl gesättigte
Kohlenwasserstoffe nicht ozonverarmend sind, haben sie im Vergleich
mit CFK den Nachteil, dass sie die wirksame elektrostatische Ladung
reduzieren, die auf die flash-gesponnene Bahn aufgebracht wird,
wenn die Bahn durch das elektrostatische Feld bei einem vorgegebenen
Strom hindurchgeht. Dadurch werden die Bahnen nicht ganz so vollständig geöffnet und
die dabei gebildete nichtgewobene Platte ist weniger gleichförmig als
eine Platte, die aus vollständig
aufgeladenen Bahnen gebildet wird. Außerdem neigen gesättigte Kohlenwasserstoffgase
dazu, geringe Abbaufestigkeiten aufzuweisen. Wenn die Ladungsdichte
auf der Bahn die Fähigkeit
des Gases, diese zu stützen, übersteigt,
so bildet sich ein leitfähiger Weg
durch das Gas, der als Lichtbogen zu sehen ist. Der Lichtbogen zapft
die Ladung von den Fibrillen der Bahn ab, was zu einem schlechten
Ablegen auf dem Auffangband führt.
Die geringe Abbaufestigkeit eines gesättigten Kohlenwasserstoffgases
erfordert eine Reduzierung der Geschwindigkeit, mit der die Fasern
verarbeitet werden können
(reduzierte Polymerfließgeschwindigkeit
des Verfahrens) im Vergleich mit Spinnmitteln, die eine höhere Abbaufestigkeit
aufweisen, wie beispielsweise CFK.
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Die
an Ginty et al. vergebene US-Patentschrift Nr. 5643525 beschreibt
eine Methode für
das Verbessern der Polyolefinbahnaufladung während des Flash-Spinnens, wobei
der elektrostatische Aufladungsschritt in einer Atmosphäre durchgeführt wird,
die mindestens eine ladungsverbessernde Verbindung umfasst. Die
ladungsverbessernden Verbindungen können in sehr geringen Konzentrationen
als Gas, Dampf oder Nebel direkt in die elektrostatische Aufladungsatmosphäre in der
Spinnzelle eingeführt
werden. Die ladungsverbessernden Verbindungen sind Substanzen, die,
wenn sie in der Coronaaufladungszone ionisiert werden, beständige, sich
langsam bewegende Ionen bildet. Das Vorliegen dieser Ionen führt zur
Bildung einer beständigeren Corona,
was die Ladungsmenge erhöht,
die auf die Bahn im Vergleich mit der Ladung aufgebracht werden kann,
die in Abwesenheit der ladungsverbessernden Verbindung erreicht
werden würde.
Obwohl dieser Ansatz sich als zum Erhöhen der Ladung auf der Bahn
wirksam erwiesen hat, wirken sich die ladungsverbessernden Zusätze nicht
auf die Gesamteigenschaften der gasförmigen Atmosphäre in der
Spinnzelle aus, es sei denn, die ladungsverbessernden Verbindungen
werden in Konzentrationen angewendet, die viel höher sind als sie bei Flash-Spinnverfahren
möglich
sind. So bleibt der Lichtbogenüberschlag
zwischen Bahnen, die abgelegt werden, und dem Band ein Problem.
Es ist deshalb wünschenswert,
ein nicht ozonverarmendes Spinnmittel zur Verwendung bei vorhandenen Flash-Spinnvorrichtungen
zu entwickeln, das den Lichtbogenüberschlag zwischen den abgelegten
Bahnen und dem Band stark reduziert oder eliminiert, so dass die
Gleichförmigkeit der
Platten, die aus den Bahnen hergestellt werden, die auf dem geerdeten
Band abgelegt werden, verbessert wird.
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KURZE BESCHREIBUGN
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Flash-Spinnen einer
Bahn aus Fibrillensträngen von
Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polymer und
Ablegen der Bahn unter Bildung eines Wattevliesmaterials daraus
gerichtet. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bildens eines Spinnfluids
bestehend im Wesentlichen aus synthetischem faserbildendem Polymer
und einem Spinnmittel, wobei das Spinnmittel aus mindestens 80 Gew.-%,
auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen, Kohlenwasserstoffen besteht,
die ausschließlich
aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Die Kohlenwasserstoffstoffatome
bestehen aus mindestens 25 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen
mit 4-8 Kohlenstoffatomen. Das Verfahren umfasst des Weiteren die
Schritte des Flash-Spinnens des Spinnfluids bei einem Druck, der
stärker ist
als der autogene Druck des Spinnfluids in eine Spinnzelle, die bei
niedrigerem Druck gehalten wird, unter Bildung einer Bahn aus Fibrillensträngen von
Plexifilamentfolie des synthetischen faserbildenden Polymers, Aufbringens
einer elektrostatischen Ladung auf die Bahn durch Hindurchführen der
Bahn durch eine elektrische Corona und Ablegens der Bahn auf eine
geerdete Oberfläche
unter Bildung einer Watte aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie,
die dazu geeignet ist, zu einer Platte konsolidiert zu werden.
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Das
Spinnfluid in dem erfindungsgemäßen Verfahren
besteht bevorzugt aus 5 bis 30 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht
des Spinnfluids bezogen, eines faserbildenden Polymers. Bevorzugt
ist das faserbildende Polymer ein Polyolefin, wie beispielsweise
Polyethylen oder Polypropylen.
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Die
ungesättigten
Kohlenwasserstoffe in dem Spinnmittel werden bevorzugt aus der Gruppe
von Alkenen der Formel CnH2n und
Cycloalkenen der Formel CnH2n-n ausgewählt, wobei
n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist. Das Spinnmittel weist einen Siedepunkt
an der Luft zwischen 15°C
und 100°C
auf. Bevorzugt wird der ungesättigte
Kohlenwasserstoff aus der Gruppe von 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen,
1-Hepten, 1-Octen oder ihren strukturellen Isomeren oder aus der
Gruppe von Cyclobuten, Cyclopenten, Cyclohexen, Cyclohepten und
Cycloocten ausgewählt.
Einer bevorzugteren Ausführungsform
der Erfindung gemäß besteht
das Spinnmittel aus mindestens 90 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen,
ausgewählt
aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-n, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
Noch bevorzugter besteht das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten
Kohlenwasserstoffen ausgewählt
aus der Gruppe von Alkenen der Formeln CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-n, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
Am bevorzugtesten besteht das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten
Kohlenwasserstoffen ausgewählt
aus der Gruppe von 1-Penten, 1-Hexen und ihren strukturellen Isomeren.
Einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gemäß besteht
das Spinnmittel im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen, die ausschließlich aus Kohlenstoff-
und Wasserstoffatomen bestehen. Einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung gemäß kann das
Spinnmittel mindestens 10 Gewichtsprozent gesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen
ausgewählt
aus der Gruppe von Alkanen der Formen CnH2n+2 und Cycloparaffinen der Formen CnH2n, wobei n gleich
4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
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Dem
bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren
gemäß umfasst
das Verfahren für
das Flash-Spinnen
einer Bahn aus Fibrillensträngen
von Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polymer
und Ablegen der Bahn unter Bildung eines nichtgewobenen Plattenmaterials
daraus die Schritte des Bildens eines Spinnfluids bestehend im Wesentlichen
aus 5 bis 35 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen,
von synthetischem faserbildenden Polyolefin und Spinnmittel wie
unten definiert, das Flash-Spinnen des Spinnfluids bei einem Druck,
der höher
ist als der autogene Druck des Spinnfluids in eine Spinnzelle, die bei
einem niedrigeren Druck gehalten wird, unter Bildung einer Bahn
von Fibrillensträngen
von Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polyolefin,
Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Bahn durch Hindurchführen der
Bahn durch eine elektrische Corona, Ablegen der Bahn auf einer geerdeten
Oberfläche
unter Bildung der Bahn zu einer faserigen Watte, Konsolidieren der
faserigen Watte unter Bildung einer faserigen nichtgewobenen Platte
und Entfernen der faserigen nichtgewobenen Platte von der Spinnzelle.
Das Spinnmittel besteht aus mindestens 90 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht
des Spinnmittels bezogen, von Kohlenwasserstoffen bestehend ausschließlich aus
Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, und die Kohlenwasserstoffe bestehen
aus mindestens 25 Gew.-% ungesättigten
Kohlenwasserstoffen ausgewählt
aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
Bevorzugt ist die geerdete Oberfläche ein geerdetes Fließband und
der Schritt des Konsolidierens der faserigen Watte umfasst den Schritt
des Zusammendrückens
der Watte zwischen dem Fließband
und einer Auffangwalze, um eine konsolidierte nichtgewobene Platte
zu bilden. Es wird des Weiteren vorgezogen, dass das Spinnfluid aus
8 bis 25 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids
bezogen, des faserbildenden Polymers besteht. Das Spinnmittel besteht
bevorzugt im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen bestehend ausschließlich aus
Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Noch bevorzugter besteht das
Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen
ausgewählt
aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines dem Stand der Technik
entsprechenden Flash-Spinnapparats.
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2 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines doppelendigen Flash-Spinnapparats.
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3 ist
eine graphische Darstellung der Trübungspunktdaten für eine Lösung von
18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in einem Spinnmittel bestehend
aus 100 % 1-Penten, 100 % 1-Hexen und 3 Mischungen von 1-Hexen und
1-Penten.
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4 ist
eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von
18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in 100 n-Penten, 100 % 1-Hexen
und 2 Mischungen von n-Pentan und 1-Hexen.
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5 ist
eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von
15 Gew.-% Polypropylen in 100 % 1-Penten und 2 Mischungen von 1-Penten
und 1-Hexen.
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6 ist
eine graphische Darstellung eines Gleichförmigkeitsindexes in Abhängigkeit
von der Polymerfließgeschwindigkeit
für Platten,
die in den Beispielen 1–4
und Vergleichsbeispielen A und B hergestellt worden sind.
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DEFINITIONEN
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Der
Begriff "Polyolefin", wie er hier verwendet
wird, soll eine Reihe von weitgehend gesättigten polymeren Kohlenwasserstoffen
bedeuten, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Typische Polyolefine
umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Polyethylen, Polypropylen,
Polymethylpenten und verschiedene Kombinationen der Monomere Ethylen,
Propylen und Methylpenten.
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Der
Begriff "Polyethylen", wie er hier verwendet
wird, soll nicht nur Homopolymere von Ethylen umfassen, sondern
auch Copolymere, bei denen mindestens 85 % der sich wiederholenden
Einheiten Ethyleneinheiten, wie Copolymere von Ethylen und Alpha-Olefinen,
sind. Bevorzugte Polyethylene umfassen Polyethylen niedriger Dichte,
lineares Polyethylen niedriger Dichte und lineares Polyethylen hoher
Dichte. Ein bevorzugtes lineares Polyethylen hoher Dichte weist
einen oberen Schmelzgrenzbereich von etwa 130°C bis 140°C, eine Dichte im Bereich von
etwa 0,941 bis 0,980 Gramm pro Kubikzentimeter und einen Schmelzindex
(wie durch ASTM D-1238-57T, Bedingung E definiert) zwischen 0,1
und 100, bevorzugt von weniger als 4 auf.
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Der
Begriff "Polypropylen", wie er hier verwendet
wird, soll nicht nur Homopolymere von Propylen umfassen sondern
auch Copolymere, wobei mindestens 85 % der sich wiederholenden Einheiten
Propyleneinheiten sind. Bevorzugte Propylenpolymere umfassen isotaktisches
Polypropylen und syndiotaktisches Polypropylen.
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Der
Begriff "Plexifilament", wie er hier verwendet
wird, bedeutet ein dreidimensionales integrales Netzwerk einer Vielzahl
dünner,
bandähnlicher,
Folienfibrillenelemente willkürlicher
Länge und
mit einer durchschnittlichen Foliendicke von weniger als etwa 4
Mikron und einer mittleren Fibrillenbreite von weniger als etwa 25
Mikron. In Plexifilamentstrukturen sind die Folienfibrillenelemente
im allgemeinen koextensiv mit der Längsachse der Struktur ausgerichtet
und sie verbinden sich und trennen sich voneinander zwischendurch
in unregelmäßigen Abständen an
verschiedenen Stellen der gesamten Länge, Breite und Dicke der Struktur
entlang bzw. hindurch, unter Bildung eines kontinuierlichen dreidimensionalen
Netzwerks.
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Der
Begriff "Trübungspunktdruck", wie er hier verwendet
wird, bedeutet der Druck, bei dem eine flüssige Einphasen-Polymerlösung beginnt,
sich in eine an Polymer reiche/an Spinnmittel reiche flüssige Zweiphasen-/flüssige Dispersion
phasenzutrennen.
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Der
Begriff "Spinnfluid", wie er hier verwendet
wird, bedeutet die Lösung,
die das Polyolefin, das primäre
Spinnmittel und irgendein gleichzeitiges Spinnmittel oder Zusatzmittel
umfasst, das vorliegen kann.
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PRÜFMETHODEN
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Die
Plattengleichförmigkeit
wird als ein Index (Gleichförmigkeitsindex,
GI) definiert, der das Produkt des Grundgewichtsvariabilitätskoeffizienten
mit der Quadratwurzel des Grundgewichts in Grammeinheiten pro Quadratmeter
(Unzen pro Quadratyard) ist. Nachdem eine faserige Platte gebildet
worden ist, die übereinanderliegende
Bahnen umfasst, wird eine der Bahnen von den anderen Bahnen in der
faserigen Platte getrennt, ohne ihr Ablegemuster zu stören. Dies
lässt sich
durch Legen der Platte auf ein Substrat wie eine Mylar® Polyesterfolie
und Abziehen der darüberliegenden
Bahnen von einer oder beiden Seiten, bis die erwünschte Bahn isoliert worden
ist, erreichen. Die isolierte Bahn wird dann in Querrichtung und
Maschinenrichtung alle 1,02 cm (0,4 Zoll) mit einer im Handel erhältlichen
radioaktiven Betamesslehre abgetastet. Die Plattendickedaten für eine Bahn
werden als Basis zum rechnungsweisen Bilden einer gesamten Platte
verwendet. Eine dieser Bahnen wird zahlenmäßig auf ein Auffangband abgelegt.
Eine andere Bahn wird in Quer- und Maschinenrichtung bewegt und
auf dieses aufgegeben, so wie es sich in der wirklichen Plattenbildungsform
befinden würde.
Dieses Verfahren wird solange wiederholt bis die ganze Platte gebildet
ist. Als Alternative werden sechs übereinandergelegte Bahnen auf
die gleiche Weise abgetastet, während
sie sich in Plattenform befinden, und die Plattendickendaten der
faserigen Struktur werden als Basis für das rechnerische Bilden einer
gesamten Platte auf analoge Weise verwendet. Desgleichen können irgendeine
Anzahl übereinandergelegter
Bahnen ohne Isolieren einzelner Bahnen abgetastet werden. Ein Gesamtplattengrundgewicht
wird dann bestimmt, das durch tatsächliche Plattengrundgewichtmessungen
validiert worden ist. Diese numerische Platte wird dann statistisch
analysiert, um ihren Gleichförmigkeitsindex
zu bestimmen. Die Validität
dieses Verfahrens des Definierens der Plattengleichförmigkeitsqualität ist durch
viele Jahre lange handelsmäßige Anwendung
bestätigt worden.
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Der
Apparat und das Verfahren zum Bestimmen der Trübungspunktdrucke einer Polymer-Spinnmittelkombination
sind diejenigen, die in dem an Shin et al. vergebenen US-Patent
Nr. 5147586 beschrieben sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird nun im einzelnen Bezug genommen auf die hier bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, von welcher Beispiele unten veranschaulicht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von
flash-gesponnenen Platten durch Flash-Spinnen eines Spinnfluids
umfassend ein faserbildendes Polymer und ein ungesättigtes
Kohlenwasserstoffspinnmittel unter Bildung einer Plexifilamentbahn,
Ausbreiten und Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die
Bahn und Ablegen der aufgeladenen Bahn unter Bildung einer faserigen
Watte. Kohlenwasserstoffspinnfluide, die einen oder mehrere ungesättigte Kohlenwasserstoffe
umfassen, reduzieren die Lichtbogenüberschlagung während dieses
Flash-Spinn- und Ablegevorgangs im Vergleich mit Spinnfluiden, bei
denen das Spinnmittel ausschließlich
aus einem oder mehreren gesättigten
Kohlenwasserstoffen besteht. Die ungesättigten Kohlenwasserstoffe
enthaltenden Spinnfluide können
unter Bildung von Platten flash-gesponnen werden, die eine verbesserte
Gleichförmigkeit
bei höheren
Polymerdurchgängen
im Vergleich mit den Gleichförmigkeiten
aufweisen, die mit gesättigten
Kohlenwasserstoffspinnmitteln bei ähnlichen Durchsatzraten erreicht
werden.
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Der
allgemeine, für
die Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gewählte Flash-Spinnapparat ist
demjenigen ähnlich,
der in dem an Brethauer et al. vergebenen US-Patent 3860369 offenbart
ist, das hier summarisch eingefügt
wird. Ein System und ein Verfahren zum Flash-Spinnen eines faserbildenden
Polymers ist in dem US-Patent 3860369 beschrieben und in 1 gezeigt.
Das Flash-Spinnverfahren
wird normalerweise in einer Kammer 10, hier als Spinnzelle
bezeichnet, durchgeführt,
die eine Spinnmittelentfernungsöffnung 11 und
eine Öffnung 12 aufweist,
durch die nichtgewobenes Plattenmaterial, das bei dem Vorgang gebildet wird,
entfernt wird. Ein Spinnfluid, das eine Mischung von Polymer, Spinnmittel
und irgendwelchen Zusatzmitteln umfasst, wird durch eine unter Druck
stehende Anlieferleitung 13 an eine Spinnöffnung 14 geliefert.
Das Spinnfluid geht von der Anlieferleitung 13 an eine
Kammer 16 durch eine Kammeröffnung 15. Bei gewissen Spinnanwendungen
kann die Kammer 16 als Druckablasskammer dienen, wobei
eine Reduzierung des Drucks die Phasentrennung des Spinnfluids verursacht,
wie in dem an Andersen et al. vergebenen US-Patent Nr. 3,227,794
offenbart wird. Ein Drucksensor 22 kann zum Überwachen
des Drucks in der Kammer 16 bereitgestellt werden.
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Das
Spinnfluid in der Kammer 16 geht als nächstes durch die Spinnöffnung 14 hindurch.
Man glaubt, dass das Hindurchgehen des unter Druck stehenden Polymers
und Spinnmittels aus der Kammer 16 in die Spinnöffnung einen
Extensionsfluss in der Nähe
der Annäherung
an die Öffnung
bildet, der zur Orientierung des Polymers beiträgt. Wenn das Polymer und das
Spinnmittel aus der Öffnung
austreten, so dehnt sich das Spinnmittel schnell als Gas aus und
lässt fibrillierte
Plexifilamentfolienfibrillen hinter sich. Das Gas tritt aus der Kammer 10 durch
die Öffnung 11 aus.
Bevorzugt wird das gasförmige
Spinnmittel zur erneuten Verwendung im Spinnfluid kondensiert.
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Ein
Polymerstrang 20 wird aus der Spinnöffnung 14 abgelassen
und wird herkömmlicherweise
auf eine rotierende Ablenkerprallplatte 26 gerichtet, wo
er flachgedrückt
und nach unten einem Fließband 32 zu
gedreht wird. Die rotierende Prallwand 26 breitet den Strang 20 zu
einer planareren faserigen Plexifilamentbahnstruktur 24 aus,
die die Prallplatte abwechselnd auf die linke und die rechte Seite
so richtet, dass die Bahn über
das Fließband 32 gelegt
wird und eine Watte bildet, die unter Bildung einer nichtgewobenen
Platte zusammengepresst werden kann. Während die ausgebreitete Plexifilamentstruktur
von der Prallplatte herunterfällt,
wird die Bahn 24 elektrostatisch so aufgeladen, dass die
Plexifilamentstruktur in ausgebreiteter offener Konfiguration gehalten
wird, bis sie ein sich bewegendes Band 32 erreicht.
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Der
Weg der pendelnden Bahn 24 geht zwischen zwei voneinander
im Abstand gehaltenen aerodynamischen Schirmen (Diffusoren) 25 und 27 hindurch.
Der erste Schirm 25 umfasst eine Vertiefung 29 einem
Bogen an ihrem oberen Teil entlang, in welcher Vertiefung eine Mehrzahl
von Nadeln 23 untergebracht sind, die in der Vertiefung
montiert sind. Eine leitfähige
Zielplatte 21 ist über
den Weg der Bahn 24 von den Nadeln 23 positioniert.
Die Nadeln 23 sind so angeordnet, dass sie sich auf die
Zielplatte 21 hin so erstrecken, dass die distalen Enden
der Nadeln 23 nicht vollständig aus der Vertiefung 29 herausragen.
Ein Beispiel eines elektrostatischen Ladungsaufbaus bei einem Flash-Spinnverfahren
ist noch vollständiger
in den US-Patenten Nr. 9558830 und 5750152 beschrieben, die hier
summarisch eingefügt
werden.
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Während des
Betriebs werden die Nadeln 23 mit einer geeignete Gleichstromladung
beaufschlagt und die Zielplatte 21 wird so geerdet, dass
geladenen Teilchen, d.h. Elektronen, Ionen oder Moleküle an den
Spitzen der Nadeln 23 gebildet werden und sich auf die
Zielplatte 21 hin bewegen. Der Konzentrationsbereich geladener
Teilchen, die sich auf die Zielplatte zu bewegen, bildet ein Coronafeld.
Während
die geladenen Teilchen sich auf die Zielplatte 21 zubewegen,
werden einige der Teilchen auf der Bahn 24 aufgefangen
und durch diese an das Band 32 geführt.
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Die
dabei gebildete Ladung auf der Bahn 24 trägt dazu
bei, die Plexifilamente in einer offenen, voneinander im Abstand
gehaltenen Anordnung zu halten und trägt auch dazu bei, die Bahn
auf dem Band 32 festgeheftet zu halten. Das Band wird geerdet, um
dazu beizutragen, ein richtiges Festheften der geladenen Plexifilamentbahn 24 auf
dem Band sicherzustellen. Die Bahn 24 aus jedem Spinnpaket
wird auf dem Band zusammen mit den Bahnen aus den danebenliegenden
Spinnpaketen unter Bildung einer faserigen Watte 34 auf dem
Band 32 abgelegt. Die faserige Watte 34 kann unter
einer Walze 31 hindurchgeführt werden, die die Watte zu
einer Platte 35 konsolidiert, die mit Fibrillennetzwerken
von Plexifilamentfolien gebildet wird, die in sich überlappender
multidirektioneller Konfiguration gebildet wird.
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Die
Platte 35 verlässt
die Spinnkammer 10 durch den Auslass 12, bevor
sie auf einer Plattenauffangwalze 29 aufgefangen wird.
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Das
erfindungsgemäße Spinnmittel
besteht aus mindestens 80 Gew.-% (auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels
bezogen) Kohlenwasserstoffen bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoff-
und Wasserstoffatomen, wobei die Kohlenwasserstoffe aus mindestens
25 Gewichtsprozent (auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen)
ungesättigten
Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen bestehen. Bevorzugt
bestehend die Spinnmittel der vorliegenden Erfindung aus mindestens
25 Gew.-% (auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen) eines
ungesättigten
Kohlenwasserstoffs wie beispielsweise eines offenkettigen Olefins (Alkens)
der Formel CnH2n oder
der entsprechenden Cycloalkene der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4–8 und bevorzugt 5 oder 6 ist.
Alpha-Olefine werden
aufgrund geringerer Kosten und höherer
Verfügbarkeit
im Vergleich mit anderen Isomeren bevorzugt, jedoch können andere
strukturelle Isomere ebenfalls verwendet werden. Man erwartet, dass
ungesättigte
Kohlenwasserstoffe, die zwei Doppelbindungen aufweisen, wie beispielsweise
Isopren, die Abbaufestigkeit des gasförmigen Spinnmittels stärker als
ungesättigte
Kohlenwasserstoffe, die eine einzige Doppelbindung enthalten, erhöhen, jedoch
sind sie bei den hohen Temperaturen, die für das Flash-Spinnen angewendet
werden, weniger beständig
und deshalb weniger bevorzugt. Das Spinnmittel kann 100 % ungesättigten
Kohlenwasserstoff umfassen. Die Spinnmittel enthalten wahlweise
einen gesättigten
Kohlenwasserstoff wie beispielsweise eine Paraffinverbindung (Alkan)
der Formel CnH2n+2 oder
die entsprechenden Cycloparaffine der Formel CnH2n, wobei n gleich 4–8 und bevorzugt 5 oder 6 ist.
Beispiele geeigneter Alkene, die als Spinnmittel bei dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung nützlich
sind, umfassen 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen, ihre
strukturellen Isomere und die entsprechenden Cycloalkene. Beim Flash-Spinnen
von Polyethylen sind bevorzugte ungesättigte Kohlenwasserstoffe 1-Penten
und 1-Hexen. Beispiele acylischer und cyclischer gesättigter
Kohlenwasserstoffe, die wahlweise mit den ungesättigten Kohlenwasserstoffen
im Flash-Spinnverfahren der vorliegenden Erfindung gemischt werden
können,
umfassen Isobutan, Butan, Cyclobutan, 2-Methylbutan, 2,2-Dimethylpropan, Penten,
Methylcyclobutan, Cyclopentan, 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, 2-Methylpentan,
3-Methylpentan, Hexan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, 2-Methylhexan,
3-Methylpentan, Hexan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, 2-Methylhexan,
3-Methylhexan, Heptan, Mischungen derselben und andere entsprechende
strukturelle Isomere. Die bevorzugten gesättigten Kohlenwasserstoffspinnmittel
für das
Flash-Spinnen von Polyethylen sind n-Pentan und Cyclopentan.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
können
bis zu 20 Gew.-% des Spinnmittels aus Verbindungen bestehen, die
als Flash-Spinnmittel nützlich
sind, bei denen es sich nicht um Kohlenwasserstoffe handelt, die
im Wesentlichen ausschließlich
aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Derartige andere
Verbindungen umfassen halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid,
Tetrachlorkohlenstoff Chloroform, Ethylchlorid, Methylchlorid und
Dichlorethylen.
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Faserbildende
synthetische Polymere, die aus den oben beschriebenen Spinnmitteln
flash-gesponnen werden
können,
umfassen Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Poly(4-methylpenten-1)
und ihre Copolymere und Mischungen davon.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann das Spinnfluid auch Zusatzmittel umfassen, die dem Plattenprodukt
spezielle Eigenschaften verleihen sollen. Derartige Zusatzmittel
können
Wachse, Farbstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Mattierungsmittel,
Antistatikmittel, Füllstoffe,
verstärkende
Teilchen, Adhäsionsbeschleuniger,
bakterizide Mittel, Farbstoffpromotoren, entfernbare Teilchen, Ionenaustauschmaterialien,
Ultraviolettlichtstabilisatoren, Wärmestabilisatoren und andere
Zusatzmittel umfassen, die üblicherweise
in den Textil-, Papier- und Kunststoffindustrien verwendet werden
können.
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Bevorzugt
wird das Spinnmitel so ausgewählt,
dass es ein Spinnfluid ergibt, das einen Trübungspunktdruck zwischen ca.
5,62 und 13,89 MPa (800 und 200 psig) bei der Flash-Spinntemperatur
aufweist. Ein Gesichtspunkt beim Auswählen eines Spinnmittels ist,
dass die Spinnzellumgebung bevorzugt unter Bedingungen gehalten
wird, die die Kondensation des Spinnmittels während des Flash-Spinnens verhindern.
So erfordert ein ungesättigtes
C8-Kohlenwasserstoffspinnmittel wie 1-Octen eine höhere Spinnzelltemperatur
als ein ungesättigtes
C5-Kohlenwasserstoffspinnmittel wie beispielsweise 1-Penten. Bevorzugt
weist das Spinnmittel auch keinen Siedepunkt auf, der so gering
ist, dass er die Wiedergewinnung des Lösungsmittels schwierig macht.
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3 ist
eine graphische Darstellung der Trübungspunktdaten für eine Lösung von
18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in einem Spinnmittel bestehend
aus 100 % 1-Penten (Kurve 60), 100 % 1-Hexen (Kurve 65)
und 3 Mischungen von 1-Hexen und 1-Penten bei verschiedenen Lösungsmittelgewichtsverhältnissen (50/50,
Kurve 62, 60/40, Kurve 63; 70/30, Kurve 64).
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4 ist
eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von
18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in einen Spinnmittel bestehend
aus 100 n-Penten (Kurve 70), 100 % 1-Hexen (Kurve 73) und
2 Mischungen von n-Pentan und 1-Hexen bei verschiedenen Lösungsmittelgewichtsverhältnissen
(50/50, Kurve 71; 30/70, Kurve 72).
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5 ist
eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von
15 Gew.-% Propylen in 100 % 1-Penten (Kurve 81) und 2 Mischungen
von 1-Penten und 1-Hexen bei verschiedenen Lösungsmittelgewichtsverhältnissen
(70/30, Kurve 82; 60/40, Kurve 83).
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Das
Polyethylen hoher Dichte wird im Allgemeinen bei einer Temperatur
zwischen 170°C
und 210°C flash-gesponnen.
Polypropylen kann bei Temperaturen zwischen ca. 190°C und 230°C flash-gesponnen werden.
Wie von den Trübungspunktkurven
für Polyethylen
hoher Dichte zu sehen ist, weisen n-Penten und 1-Penten aufgrund
ihrer Lösungsmittelwirkung
für Polyethylen
hoher Dichte ähnliche
Trübungspunktkurven auf.
Lösungen
von Polyethylen hoher Dichte in 1-Hexen weisen aufgrund der höheren Löslichkeit
von Polyethylen hoher Dichte in 1-Hexen niedrigere Trübungspunktdrucke
als Lösungen
in 1-Penten auf. Beim Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte
unter Anwendung eines Spinnmittels, das 1-Hexen enthält, in einer
bestehenden Vorrichtung wird es vorgezogen, Pentan und/oder Penten
mit 1-Hexen zu mischen, um einen Trüburgspunktdruck zu erhalten,
der innerhalb eines Bereichs liegt, der herkömmlicherweise für das Flash-Spinnen
verwendet wird. Ein bevorzugtes Spinnmittel für das Flash-Spinnen von Polyethylen
hoher Dichte umfasst 30 bis 70 Gewichtsprozent 1-Hexem, auf das
gesamte Spinnmittel bezogen, wobei die verbleibenden 70 bis 30 Gewichtsprozent
n-Pentan und/oder 1-Penten umfassen. Gewichtsprozent, wie sie hier
verwendet und für
die Polymere ausgedrückt
werden, beruhen auf dem Gesamtgewicht des Spinnfluids.
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Folgende
nicht einschränkende
Beispiele sollen das erfindungsgemäße Produkt und Verfahren veranschaulichen
und die Erfindung auf keine Weise einschränken.
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BEISPIELE
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Der
in den Beispielen verwendete Apparat ist der in der veröffentlichten
PCT-Anmeldung WO 98/44176 beschriebene Technikums-Flash-Spinnapparat
mit zusätzlichen
umgedrehten "V-förmigen" Prallplatten, wie
in dem an Marshall vergebenen US-Patent Nr. 5123983 beschrieben
ist. Spinnfluide wurden durch Mischen des Spinnmittels und von Polyethylen
hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,70 g/10 min (ASTM D1238
gemäß bei 190°C und einer
Belastung von 2,16 kg gemessen), einer Dichte von 0,958 g/cm3, einem Schmelzpunkt von etwa 132°C (Alathon®,
von Equistar Chemicals, LP, Houston, TX erhalten) in einer kontinuierlichen
Mischeinheit hergestellt. Das Polyethylen enthielt 1000 Gewichtsteile
pro Million Wärmestabilisator FiberstabWZFS210. FiberstabWZ ist
eine Handelsbezeichnung von Ciba-Geigy Corporation. Die Polymerkonzentrationen
sind in Tabelle 1 unten aufgeführt
und werden als Gewichtsprozent Polymer, auf das Gesamtgewicht des
Spinnfluids bezogen, errechnet.
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Die
Spinnfluide wurden durch eine erhitzte Übertragungsleitung an eine
Anordnung von drei doppelendigen Spinndüsenanordnungen geliefert, von
denen jede zwei Spinnöffnungen
aufwies. 2 zeigt eine schematische Darstellung
einer einzigen doppelendigen Spinndüsenanordnung 30, die
ein Spinndüsenpaket 36 mit
einem Paar Spinnöffnungen 38 am
Ausgangsende jeder von zwei Ablasskammern umfasst. Ein Spinntunnel 17 (wie
in 1 gezeigt) wurde direkt stromabwärts von
jeder Spinnöffnung
positioniert und wies die Gestalt eines abgestumpften Kegels auf,
wobei der Durchmesser des Tunnels sich von der Spinnöffnung hinweg
erhöhte.
Der Spinnöffnungsdurchmesser
wurde in den Beispielen wie erforderlich variiert um die erwünschte Strömungsgeschwindigkeit
zu erreichen. Die Spinnöffnungen
führen
Gas und fasriges Material zu intern untergebrachten rotierenden
gelappten Prallplatten 40, die durch elektrische Motoren 42 angetrieben werden.
Die rotierenden Prallplatten leiten Gas und faseriges Material in
Form eines Paars von Ablegestrahlen 58 nach unten auf das
Auffangband 32 zu, das sich in Richtung M bewegt. Die Prallplatten
verursachen, dass die Bahnen mit etwa 90 Hz gependelt werden und
eine Platte einer Breite von etwa 50 cm wurde auf dem geerdeten
sich bewegenden Bronzeband 32 aufgefangen. Die Ablegestrahlen 58 sind
von aerodynamischen Schirmen (Diffusoren) 44 umgeben, um
die Strahlen zu schützen,
bevor sie durch Ausflusspunkte 46 austreten.
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Jede
Spinndüse
umfasst eine entsprechende elektrische Aufladeionenpistole 48 und
eine Metallzielplatte 50. Die Ionenpistole bestand aus
23 Aufladenadeln, die in zwei Reihen konzentrisch zueinander positioniert
sind (wobei 12 Nadeln in der ersten Reihe im Abstand von 10° voneinander
in einem Radius von 7,6 cm und 11 Nadeln in der zweiten Reihe im
Abstand von 10° voneinander
im Radius von 8,9 cm positioniert sind). Jede der Nadeln wurde an
eine gemeinsame Gleichstromquelle von 100 kV veränderlicher Kapazität angeschlossen,
die typischerweise auf zwischen 5 und 20 kV eingestellt war. Die
Ladungspolarität
war negativ. Die Spitze der Ladungsnadeln befand sich etwa 1,91
cm von der Oberfläche
der Zielplatte entfernt. Die Zielplatte wurde mit einem Erdungsgrund
verbunden und wies einen Durchmesser von 22,9 cm auf. Nachdem die
Plexifilamentstruktur durch Hindurchgehen zwischen der Ionenpistole
und der Zielplatte elektrisch aufgeladen worden war, wurden die
Plexifilamentstruktur und das transportierende gasförmige Spinnmittel
durch den Diffusor 44 hindurchgeführt, der einen Ausgabespalt
von etwa 6,35 cm und einen Radium von etwa 19,69 cm aufwies. Die
Entfernung "H" vom Mittelpunkt
des Unterteils des Diffusors 44 bis zur Oberfläche des
sich bewegenden Bands 32 betrug 25,4 cm.
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Das
verwendete Gas-Kontrollsystem war demjenigen ähnlich, das in dem an Marshall
vergebenen US Patent Nr. 5123983 beschrieben ist, das hier summarisch
eingefügt
wird. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Gaskontrollsystem
Packprallplatten 52 und Positionsprallplatten 54.
Die Packprallplatten waren oberhalb des Auffangbands zwischen den
Diffusoren 44 jedes doppelendigen Spinndüsenaufbaus
positioniert und befanden sich näher
beim stromaufwärts
gelegenen Diffusor als dem stromabwärts gelegenen Diffusor und
umfassten einen umgedrehten "V-förmigen" Trog, dessen stromabwärts gelegenes
Bein kürzer
war als das stromaufwärts gelegene
Bein. Die Positionsprallplatten 54 befanden sich halbwegs
zwischen nebeneinanderliegenden doppelendigen Spinndüsenaufbausystemen
und umfassten ebenfalls einen umgedrehten "V-förmigen" Trog, der an jedem
Ende offen war.
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Die
Bahnen wurden konsolidiert, nachdem sie auf dem sich bewegenden
Band aufgefangen worden waren, durch Hindurchführen der fasrigen Schicht zwischen
dem Band und einer Metallkonsolidierwalze, bevor sie aus der Spinnzelle
austraten und auf einer Aufnahmewalze, wie in 1 gezeigt,
aufgefangen wurden.
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Es
sei denn, es wird etwas Anderes angegeben, so werden die Drucke
in Einheiten von MPa (psig) angegeben und die Polymerkonzentrationen
werden als Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids
bezogen, angegeben, wobei das Gewicht des Spinnfluids das Gewicht
des Polymers und des Spinnmittels und irgendwelcher Zusatzmittel
umfasst.
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BEISPIELE 1–2
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Die
Beispiele 1 und 2 zeigen das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher
Dichte unter Anwendung von Kohlenwasserstoffspinnmitteln, die Mischungen
der ungesättigten
Kohlenwasserstoffe 1-Hexen und 1-Penten und
eines gesättigten
Kohlenwasserstoffs n-Pentan, sind.
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Das
in Beispiel 1 verwendete Spinnmittel bestand aus 54 % 1-Hexen, 15
% 1-Penten und 31 % n-Pentan.
Das in Beispiel 2 verwendete Spinnmittel bestand aus 67 % 1-Hexen,
28 % 1-Penten und 5 % n-Pentan. Die
Gewichtsprozentsätze
sind auf das gesamte Spinnmittel bezogen.
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Die
Spinnfluide wurden wie oben beschrieben hergestellte und flash-gesponnen.
Die Spinndüsenöffnungen
hatten eine Länge
von 0,025 Zoll (0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0374 Zoll
(0,0950 cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll
(0,46 cm) neben jeder Spinndüsenöffnung,
der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) über eine
Strecke von 0,33 Zoll(0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit
des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben)
wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex
der Platte wurde für
jede Fließgeschwindigkeit
berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle
I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
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BEISPIEL 3
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Beispiel
3 zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung
eines Kohlenstoffspinnmittels, das eine Mischung eines ungesättigten
Kohlenwasserstoffs, von 1-Hexen und einem gesättigten Kohlenwasserstoff,
1-Pentan, ist. Das Spinnmittel bestand aus 60 % 1-Hexen und 40 %
n-Pentan. Die Prozentsätze sind
Gewichtsprozentsätze,
auf das gesamte Spinnmittel bezogen.
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Die
Spinnfluide wurden wie oben beschrieben hergestellte und flash-gesponnen.
Die Spinndüsenöffnungen
hatten eine Länge
von 0,025 Zoll(0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0338 Zoll (0,0859
cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46
cm) neben jeder Spinndüsenöffnung,
der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) über eine
Strecke von 0,33 Zoll (0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit
des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben)
wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex
der Platte wurde für
jede Fließgeschwindigkeit
berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle
I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
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BEISPIEL 4
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Beispiel
4 zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung
eines Kohlenstoffspinnmittels, das eine Mischung eines ungesättigten
Kohlenwasserstoffs ist. Das Spinnmittel bestand aus 60 % 1-Hexen
und 40 % n-Pentan. Die Prozentsätze
sind Gewichtsprozentsätze,
auf das gesamte Spinnmittel bezogen.
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Die
Spinnfluide wurden wie oben beschrieben hergestellte und flash-gesponnen.
Die Spinndüsenöffnungen
hatten eine Länge
von 0,025 Zoll(0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0347 Zoll (0,0881
cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46
cm) neben jeder Spinndüsenöffnung,
der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) über eine
Strecke von 0,33 Zoll (0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit
des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben)
wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex
der Platte wurde für
jede Fließgeschwindigkeit
berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle
I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
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VERGLEICHSBEISPIEL
A
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Das
Vergleichsbeispiel A zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher
Dichte unter Anwendung eines paraffinischen Spinnmittels, das aus
einer Mischung von gesättigten
Kohlenwasserstoffen besteht.
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Das
Spinnfluid wurde unter Anwendung von 68 Gew.-% n-Pentan und 32 Gew.-%
Cyclopentan, auf das gesamte Spinnmittel bezogen, hergestellt und
wie oben beschrieben flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von
0,025 Zoll(0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0366 Zoll (0,0930
cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,24 Zoll (0,61
cm) neben jeder Spinndüsenöffnung,
der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,28 Zoll (0,71 cm) über einen
Strecke von 0,33 Zoll(0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit
des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben)
wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex
der Platte wurde für
jede Fließgeschwindigkeit
berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle
I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
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VERGLEICHSBEISPIEL
B
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Das
Vergleichsbeispiel B zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher
Dichte unter Anwendung eines paraffinischen Spinnmittels, das aus
einer Mischung von gesättigten
Kohlenwasserstoffen besteht. Die bei diesem Beispiel angewendeten
Fließgeschwindigkeiten
wurden im Vergleich mit Vergleichsbeispiel A reduziert, um die Wirkung
der Fließgeschwindigkeit
auf den Gleichförmigkeitsindex
unter Anwendung gesättigter Kohlenwasserstoffspinnmittel
zu zeigen.
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Das
Spinnfluid wurde unter Anwendung von 68 Gew.-% n-Pentan und 32 Gew.-%
Cyclopentan, auf das gesamte Spinnmittel bezogen, hergestellt und
wie oben beschrieben flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von
0,025 Zoll (0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0342 Zoll (0,0896
cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46
cm) neben jeder Spinndüsenöffnung,
der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll(0,61 cm) über einen
Strecke von 0,33 Zoll (0,84 cm) erweiterte. Es wurde ein kleinerer
Spinndüsendurchmesser
verwendet, um die reduzierten Fließgeschwindigkeiten im Vergleich
mit Vergleichsbeispiel A zu erreichen. Die Fließgeschwindigkeit des Spinnfluids
(in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben) wurde variiert
und der Gleichförmigkeitsindex
der Platte wurde für
jede Fließgeschwindigkeit
berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle
I angegeben und in
6 grafisch dargestellt. TABELLE
1
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle I, deren Daten in 6 als Gleichförmigkeitsindex
in Abhängigkeit
von der Polymerfließgeschwindigkeit
aufgezeichnet sind, ist zu sehen, dass der Gleichförmigkeitsindex
sich mit der Fließgeschwindigkeit
bei Proben erhöht,
die mit einem paraffinischen Spinnmittel hergestellt worden sind
(Vergleichsbeispiele A und B). Im Gegensatz dazu spricht der Gleichförmigkeitsindex
auf die Fließgeschwindigkeit über den
für die
Proben gezeigten Bereich, die mit einem Spinnmittel mit einer olefinischen
Komponente hergestellt worden sind, nicht an.
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Ein
niedrigerer Gleichförmigkeitsindex
zeigt, dass eine Platte gleichförmiger
ist, als eine Platte mit höherem
Gleichförmigkeitsindex.
Der Gleichförmigkeitsindex
steigt mit abnehmendem Faserfestheften auf dem geerdeten Band 32.
Platten mit einem hohen Gleichförmigkeitsindex
zeigen einen stärkeren
Variationsgrad bezüglich
der Masse und der Lichttransmission von Punkt zu Punkt. Platten
mit einem niedrigen Gleichförmigkeitsindex
zeigen auch einen niedrigen Grad an Variation der Lichttransmission
von Punkt zu Punkt. Die Platten von geringerem Gleichförmigkeitsindex
lassen sich visuell von den Platten mit höherem Gleichförmigkeitsindex
aufgrund des Auftretens dicker und dünner Schichten von Fasern unterscheiden.
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Bei
Verwendung eines paraffinischen Spinnmittels wird die Lichtbogenüberschlagung
zwischen den Fasern und dem Band signifikant und die Plattengleichförmigkeit
nimmt bei Polymerfließgeschwindigkeiten von
wesentlich über
22,7 kg (50 Pfund) pro Stunde pro Spinnöffnung ab. Bei hoher Fließgeschwindigkeit
werden elektrische Entladungen (Lichtbogenüberschlagungen) beobachtet,
während
die Plexifilamentfasern 24 sich auf das geerdete Band 32 hin
bewegen. Mit dem Verlust der Ladung werden die Fasern schlecht festgeheftet
und unterliegen dem Mitgeschlepptwerden durch Gasturbulenz unter
Bildung dicker und dünner
Bereiche in der Platte. Diese Platten, die in 6 als
Buchstabe "A" aufgezeichnet sind,
weisen ständig
einen Gleichförmigkeitsindex
von über
19 auf.
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Die
Verwendung eines ungesättigten
Kohlenwasserstoffspinnmittels erhöht die Fließgeschwindigkeit, bei der die
Lichtbogenüberschlagung
erfolgt. Deshalb wurden keine Lichtbogenüberschlagungen von den Fasern
zum Band während
des Spinnens der Platten beobachtet, die unter Anwendung des ungesättigten
kohlenwasserstoffhaltigen Spinnmittels hergestellt wurden. Das Festheften
der Fasern an das Band wurde als stärker beobachtet und das Auftreten
von Fasern, die durch Gasturbulenz mitgerissen werden, war wesentlich reduziert.
Diese Platten, die in 6 als Nummern "1", "2" und "3" aufgezeichnet sind, weisen ständig einen niedrigeren
Gleichförmigkeitsindex
auf, als wenn paraffinische verwendet worden sind.