PT97732B - Processo de fiacao por fusao rotativa de um pilimero formador de fibras - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO
Processo de fiação por fusão rotativa de um polímero formador de fibras
A presente invenção relaciona-se com um processo para a produção de um cordão filamentar polimérico orientado numa condição directamente utilizável após ser fiado, pela fiação de um polímero formador de fibras a altas velocidades da ordem de 5 km/min ou superiores, sem o recurso a um passo subsequente de estiragem.
O processo da invenção é distinto dos processos bem estabelecidos para a produção de cordão parcialmente orientado (CPO) a velocidades de fiação mais baixas, por exemplo com valores entre 3000 e 4500 m/min. Estes cordões (CPO) têm uma extensão demasiado elevada para serem directamente utilizados num tecido necessitando o cordão de ser estirado de modo a reduzir a sua extensão. Este passo de estiragem é muita vezes combinado com um passo de dilatação.
Experiências realizadas demonstraram que à medida que a velocidade de fiação aumenta acima de 5 km/min existe um aumento muito rápido da tensão aplicada ao fio na chaminé de fiação com grande parte da tracção exercida sobre poucos centímetros, resultando numa razão de atilamento de estiragem (neck draw ratio) com valores até 6.0 e na probabilidade de rotura. Para se poder operar a velocidade ainda mais elevadas é evidente que a tensão máxima, a taxa máxima de deformação e, portanto, a razão de afilamento de estiragem têm que ser reduzidas.
As tentativas de reduzir a razão de afilamento de estiragem pela utilização de uma protecção aquecida de temperatura constante, imediatamente por baixo da fieira, tiveram como resultado a deslocação do ponto de traeção ou afilamento de uma distância quase exactamente igual ao comprimento da protecção, com um pequeno aumento da velocidade do cordão antes da formação do afilamento (neck).
Nas patentes Europeias Nos. 244217 θ 245011, e nas Patentes Americanas No. 4687610 (todas de Ε I Du Pont de Neumours and Company) são descritas várias técnicas para controlar os perfis de atenuação de um cordão a altas velocidades de fiação. Nas Patentes Europeias Nos. 244217 e 245011 é descrito um processo para a preparação de filamentos poliméricos, em que os filamentos acabados de extrudir entram numa zona delimitada que é mantida a uma pressão sobre-atmosférica por um escoamento de ar controlado a uma pressão positiva baixa, deixando os filamentos esta zona através de uma constrição, ou um venturi ou um tubo, auxiliados pelo escoamento de ar concorrente referido, a uma alta velocidade controlada. Neste processo, a extensão de afilamento que normalmente seria apresentada pelos filamentos, às elevadas velocidades de fiação empregadas, é apreciavelmente reduzida de tal forma que os filamentos se apresentam mais orientados e de modo mais uniforme (menor diferença entre secções amorfas e secções cristalinas).
Na Patente Norte-Americana 4687610 é descrito um processo com algumas semelhanças em que o cordão, após abandonar a fieira, atravessa de início uma câmara fechada, abastecida por gás pressurizado, e seguidamente um tubo ligado à parte inferior da câmara. 0 tubo também recebe um gás pressurizado. Neste processo, o perfil de velocidade dos filamentos de fiação foi suavemente aumentado até à velocidade final de recolha sem sinais de qualquer mudança súbita de velocidade ou de formação de
afilamento. Na Patente Britânica No. 1391471 (Hoechest Aktiengesellschaft) está descrito um aquecedor para utilização na : produção de filamentos obtidos por fiação dispondo de um baixo i grau de pré-orientação, i.e., de cordões CPO. 0 aquecedor comi preende duas partes, tendo cada uma delas a forma de um cone ! truncado oco, que estão ligadas pelas suas aberturas circulares de maior dimensão. A parte inferior é aquecida enquanto a parede interior da parte superior reflecte o calor emitido pela parte inferior. 0 cordão fiado é assim sujeito a uma variação de temperatura à medida que atravessa o aquecedor.
Na Patente Japonesa no. 51067-422 (Teijin) é descrito um processo no qual o fio de poliéster fiado é passado através de uma atmosfera de gradiente de temperatura de aquecimento controlado. A fibra de poliéster é recolhida a uma velocidade baixa de 2 km/min. Nas Patentes Japonesas Nos. 59001-713TA e 58203—112—A (ambas de Toray) o fio resultante da fiação é passado através de um tubo aquecido colocado imediatamente por baixo da fieira. A temperatura no interior rio tubo é mantida entre o ponto de fusão do polímero e 400°C, com um decréscimo gradual da temperatura no sentido inferior. A fibra fiada é recolhida a uma velocidade de 1.5 a 3 km/min. A Patente Japonesa No. 62250213 A (de Teijin) também descreve a utilização de um aquecedor cilíndrico colocado imediatamente por baixo da fieira, possibilitando este aquecedor um perfil de distribuição de temperatura decrescente a ser transmitido aos filamentos recém fiados, numa direcçâo paralela aos mesmos. Ainda que a patente refira velocidades de fiação de 3 km/min ou superiores, a leitura da especificação mostra claramente que o processo descrito produz cordões CPO e que é requerido um passo de estiragem subsequente .
Os gradientes de temperatura do ambiente de aquecimento usados na Patente Britânica No. 1391471 e nas Patentes Japonesas acima referidas servem apenas para controlar as propriedades físicas dos filamentos obtidos por fiação e/ou prevenir a degradação térmica do polímero fundido. Não é sugerido
Vi que a utilização destes ambientes possa também ser usada para • ] • reduzir a razão de afilamento de estiragem num fio produzido
- 3 por este processo. Na realidade, na fiação de cordões COP o afilamento não se verifica.
Actualmente verificou-se que podem ser conseguidas vantagens num processo para a produzir um cordão filamentar polimérico em estado de ser utilizado logo após ser fiado, usando velocidades de recolha da ordem de 5 km/min ou superiores se o fio produzido fôr passado, logo que abandona a fieira, através de uma protecção aquecida no interior da qual a temperatura ambiente, e portanto a dos próprios filamentos, é progressivamente reduzida antes da aplicação de an de arrefecimento. Mais particularmente a presença desta protecção aumenta a velocidade dos filamentos antes do afilamento reduzindo deste modo a razão de afilamento de estiragem real.
De acordo com a presente invenção, portanto, é conseguido um processo para a fiação de um polímero formador de fibras fundido originando um cordão filamentar no qual o fio resultante da fiação é passado através de uma protecção aquecida colocada imediatamente por baixo da fieira, é arrefecido por uma corrente de ar e então recolhido a uma velocidade de 5 km/ min ou superior, caracterizado pelo facto de a temperatura ambiente no interior da protecção, e consequentemente a temperatura dos próprios filamentos, ser progressivamente reduzida, antes de os filamentos componentes do fio serem arrefecidos.
De acordo com outro aspecto da presente invenção é conseguido um processo para a fiação de tereftalato de polietileno ou adipamida de polihexametileno fundidos originando um cordão filamentar no qual o fio resultante da fiação é passado através de uma protecção aquecida colocada imediatamente por baixo da fieira, é arrefecido por uma corrente de ar e então recolhido a uma velocidade de 7 km/min ou superior, caracterizado pelo facto de a temperatura ambiente no interior da protecção, e consequentemente a temperatura dos próprios filamentos, ser progressivamente reduzida, antes de os filamentos componentes do fio serem arrefecidos de tal modo que a razão de afilamento de estiragem que ocorre nos filamentos é 3.0 ou inf erior.
Por razão de afilamento de estiragem (neck draw ratio) entende-se a razão entre a velocidade do fio após a ocorrência do afilamento pela velocidade do fio antes da ocorrência do mesmo.
A presente invenção será agora descrita com referência aos Exemplos que se seguem. Os exemplos 1 e 2 são apresentados para mostrar que a formação de afilamento não se verifica na produção de um cordão CPO. Os Exemplos 3 e 4 são apresentados para mostrar a fraca processabilidade crescente dos fios quer de poliêster quer de poliamida a velocidades variando entre 5 km/min e 7 km/min. 0 Exemplo 5 mostra o efeito de uma protecção com temperatura constante na fiação de PET a 7 km/min. Os Exemplos 6 e 7 relacionam-se especificamente com a presente invenção.
EXEMPLO 1 - PRODUÇÃO DE CORDÃO CPO DE POLIÊSTER
Extrudiu-se polietileno de terefetalato, com uma viscosidade relativa de 1.63 medida em m-cresol (1% w/w), à temperatura de 290°C através de 24 furos com 0.36 mm de diâmetro a uma razão de 1.75 g/min7furo. Os filamentos são passados através de uma câmara de arrefecimento, com um comprimento de 1.2 m onde são arrefecidos com um caudal transversal de ar deslocando-se a 0.3 m/s. Após a aplicação do acabamento ao cordão, este último é passado sobre dois amortecedores e enrolado a uma velocidade de 3500 m/min produzindo um cordão 120f24 com uma tenacidade de 26.5 cN/tex e uma extensão de 112%. Durante a manufactura do cordão, foi medida a velocidade dos filamentos a várias distâncias da fieira, sendo os resultados apresentados na Fig. 1. A velocidade dos filamentos aumenta suavemente até à velocidade final sem qualquer sinal de aumento súbito de velocidade ou de formação de afilamento. Este cordão não é adequado para utilização directa.
cordão foi subsequentemente estirado a uma razão de ; estiragem de 1.61 para produzir um cordão 76f24 com uma teneci·' dade de 43 cN/tex e uma extensão de 30$. Este cordão era de boa « | . qualidade e eminentemente adequado para o uso na manufactura de
tecidos .
EXEMPLO 2 - PRODUÇÃO DE CORDÃO CPO DE POLIAMIDA
Extrudiu-se poliadipamida de hexametileno, tendo uma viscosidade relativa de 40 medida como uma solução a 8.4% em ácido fórmico a 90%, a uma temperatura de 285°C através de 13 furos com um diâmetro de 0.33 mm a uma razão de 1.42 g/min/furo. Os filamentos são passados através de uma câmara de arrefe cimento, com um comprimento de 1.2 m, onde são arrefecidos com um caudal transversal de ar deslocando-se a 0.3 m/s. após a aplicação do acabamento ao cordão, este último é passado sobre dois amortecedores e enrolado a uma velocidade de 4200 m/min produzindo um cordão 44f13 com uma tenacidade de 36 cN/tex e uma extensão de 66%. Durante a manufactura do cordão, foi medi da a velocidade dos filamentos a várias distâncias da fieira, sendo os resultados apresentados na Fig. 1. A velocidade dos filamentos aumenta suavemebte até à velocidade final sem qualquer sinal de aumento súbito de velocidade ou de formação de afilamento. Este cordão não é adequado para utilização direc ta excepto em circunstâncias especiais sendo habitualmente sub metido a estiragem subsequente.
EXEMPLO 3 - PRODUÇÃO DE CORDÕES DE POLIÉSTER A VELOCIDADES DE 5000-7000 m/min
Extrudiu-se polietileno de terefetaalto, com uma vis cosidade relativa de 1.63 medida em m-cresol (1% w/w), através de 24 furos. Os detalhes relativos à temperatura e fiação, dimensão dos furos da fieira e caudais através destes furos às várias velocidades são apresentados na Tabela 1. Os filamentos são passados através de uma câmara de arrefecimento, com um comprimento de 1.2 m, onde são arrefecidos com um caudal trans versai de ar deslocando-se a 0.3 m/s. Após a aplicação do acabamento ao cordão, este último é passado sobre dois amortecedo res e enrolado a várias velocidades produzindo, em cada caso,
um cordão 76f24. Durante a manufactura do cordão, foi medida a velocidade dos filamentos a várias distâncias da fieira, sendo os resultados apresentados na Fig. 2. A velocidade dos filamentos não aumenta suavemente até à velocidade final, existindo um aumento súbito de velocidade com a formação de um afilamento. A razão de afilamento de estiragem é também apresentada na Tabela 1. A processabilidade foi fraca à velocidade mais elevada, 7000 m/min, tornando impossível conseguir uma taxa de rotura aceitável.
EXEMPLO 4 - PRODUÇÃO DE CORDÕES DE POLIAMIDA A VELOCIDADES DE 5000-7000 m/min
Extrudiu-se poliadipamida de hexametileno, tendo uma viscosidade relativa de 40 medida como uma solução a 8.4% ácido fórmico a 90%, a uma temperatura de 285°C através de 13 furos. Os detalhes relativos à temperatura e fiação, dimensão dos furos da fieira e caudais através destes furos às várias velocidades são apresentados na Tabela 2. Os filamentos são passados através de uma câmara de arrefecimento, com um comprimento de
1.2 m, onde são arrefecidos com um caudal transversal de ar deslocando-se a 0.3 m/s. Após a aplicação do acabamento ao cordão, este último é passado sobre dois amortecedores e enrolado a várias velocidades produzindo, em cada caso, um cordão 44f13· Durante a manufactura do cordão, foi medida a velocidade dos filamentos a várias distâncias da fieira, sendo os resultados apresentados na Fig. 3· A velocidade dos filamentos não aumenta suavemente até à velocidade final, existindo um aumento súbito de velocidade com a formação de um afilamento. 0 aumento de velocidade é tanto mais súbito quanto maior fôr a velocidade.
A razão de afilamento de estiragem também é apresentada na Tabela 2.
A processabilidade foi fraca à velocidade mais elevada, 7000 m/min, tornando difícil conseguir uma razão de rotura satisfatória.
• - X • ‘A-írw.jr^p m:anr
EXEMPLO 5 - PRODUÇÃO DE PET USANDO PROTECÇÃO DE TEMPERATURA CONSTANTE A 7000 m/min
Exemplo 3 foi repetido sob as condições dadas para a produção de 76f24 a 7000 m/min com a excepção de neste caso se ter ajustado uma protecção, compreendendo três secções como mostrado na Fig. 4 e com um comprimento total de 250 mm, entre a parte inferior da fieira e o topo da câmara de arrefecimento. A protecção foi montada, com vedação, sobre a parte inferior da caixa de alimentação. As três secções da protecção foram mantidas a uma temperatura constante de 300°C e a velocidade dos filamentos medida a várias distâncias da fieira, sendo os resultados apresentados na Fig. 5 em conjunto com os do Exemplo 3, recolhidos sem a presença de uma protecção. Pode ser visto que a razão de afilamento de estiragem é apenas ligeiramente redu zida quantitativamente, Tabela 3, e que o afilamento foi deslocado numa distância quase igual ao comprimento da protecção.
A processabilidade foi algo melhorada.
EXEMPLO 6 - PRODUÇÃO DE PET USANDO UMA PROTECÇÃO COM TEMPERATURA PERFILADA A 7000 m/min
Foi repetido o Exemplo 5 com a excepção de neste caso as três secções da protecção terem sido aquecidas a 300°C, 250° C e 200°C, respectivamente. A razão de afilamento de estiragem, foi ainda mais reduzida em comparação Exemplo 5, (ver Tabela 3) θ neste caso o afilamento foi deslocado de uma distância de 310 mm comparada com um comprimento da protecção de 250 mm. A processabilidade foi ainda mais aperfeiçoada.
EXEMPLO 7 - PRODUÇÃO DE PA6.6 uSANDO UMA PROTECÇÃO COM TEMPERATURA PERFILADA A 7000 m/min
Repetiu-se o Exemplo 4 sob as condições dadas para a produção de 44f13 a 7000 m/min com a excepção de se ter montado uma protecção, tal como descrita no Exemplo 5, sendo as temperaturas nas três secções de 250°C, 200°C e 150°C, respectiva8
mente. A velocidade dos filamentos foi medida a várias distâncias da fieira: os resultados são apresentados na Fig. 6 em conjunto com os do Exemplo 4, obtidos na ausência de uma protecção. Pode ver-se que a razão de afilamento de estiragem é consideravelmente reduzida (ver Tabela 4) e que o afilamento foi deslocado de uma distância consideravelmente superior ao comprimento da protecção. A processabilidade foi grandemente melhorada.
TABELA 1 - DETALHES DAS CONDIÇÕES DE PROCESSAMENTO E RAZÃO DE AFILAMENTO DE ESTIRAGEM PARA CORDÕES PET NA GAMA DE VELOCIDADES 5000-7000 m/min
relocida- Matriz Fieira Furo da Caudal Razão Compri-
de fia- tempera- diam-fu- fieira de saída de afila mento
ção (m/min) ra (C) r o(mm) L:D do furo da fiei- ra(g/min| mento de estira- gem do afi lamento (mm)
5000 290 0.2 4.0 1 .58 2.1 25
6000 290 0.2 4.0 1 .90 3.9 15
7000 310 0.2 4.0 2.22 5.0 10
TABELA 2 - DETALHES DAS CONDIÇÕES DE PROCESSAMENTO E RAZÃO DE AFILAMENTO DE ESTIRAGEM PARA CORDÕES PA6.6 NA GAMA DE VELOCIDADES 5000-7000 m/min
Velocida Matriz Fieira Furo da Caudal de Razão de Compri-
de de tempe- diam- fieira saída do afilamen- mento do
fiação ratura -furo L:D furo da to de es- afila-
(m/min) (C) (mm) fieira (g/min) tiragem mento (mm)
5000 285 0.2 4.0 1 .69 2.9 200
6000 285 0.2 4.0 2.03 4.9 100
7000 285 0.2 4.0 2.37 6.7 80
amurtiMW^
TABELA 3 - COMPARAÇÃO DO PET COM E SEM PROTECÇÃO A 7000 m/min
Teperatura Razão de Comprimen Deslocamen % de redução na
da protecção afilamento de estira- gem to do a- filamento (mm) to da posi ção do afi lamento (mm) razão de afi- lamento por es- tiragem devida à protecção
Sem protecção' 5.0 10 - -
Constantes 4.0 10 260 20
Perfilada 3.0 10 310 40
TABELA 4 - COMPARAÇÃO DO PA6.6 COM E SEM UMA PROTECÇÃO A 7000 m/min
Temperatura Razão de Comprimen Deslocamen % de redução na
da protecção afilamento de estira- gem to do a- filamento (mm) to da posi ção do afi lamento (mm) razão de afi- lamento por es- tiragem devida à protecção
(Sem protecção) 6.7 80 - -
perfilada 2.3 80 340 65
TABELA 5 - COMPARAÇÃO DA RAZÃO DE AFILAMENTO DE ESTIRAGEM DE PET E DE PA6.6 A VÁRIAS VELOCIDADES DE FIAÇÃO
PET PA6 6
Velocidade
de fiação Razão de a- Comprimento Razão de a- Comprimento
(m/min) filamento de de afilamen filamento de de afila-
estiragem to estiragem mento
(mm) (mm)
5000 2.1 25 2.9 200
6000 3.9 15 4.9 100
7000 5.0 10 6.7 80
TABELA 6 - EFEITO DA PROTECÇÃO SOBRE A RAZÃO DE AFILAMENTO DE ESTIRAGEM A 7OOO m/min
Tipo de protecção Polílerc > Razão de afilamento de estiragem Comprimento do a- filamento (mm) Redução na razão de afilamento de
estiragem à protecção devida (%)
Não perfilada PET 4 10 20
Perfilada PET 3 10 40
Perfilada PA6.6 2.3 100 65
Na Fig. 1, pode ser visto que às velocidades típicas de COP, 3500 m/min e 4200 m/min para PET e PA6.6 respectivamente, a velocidade do filamento aumenta sem sinal de um ponto a partir do qual a velocidade aumenta de modo muito rápido, i.e. sem afilamento. Seria de esperar que a estas velocidades de fiação, o efeito de uma protecção fosse relativamente pequeno. Qualquer demora no arrefcimento poderia reduzir a e aumentar a extensibilidade (após fiação) do cordão, tornando-se necessário o uso de uma razão de estiragem ligeiramente mais elevada para a produção de um cordão com extensibilidade final comparável. Como um resultado desta razão de estiragem mais elevada, o decitex de fiação deverá ser aumentado para produzir o mesmo decitex final aumentando, portanto, o caudal de saída na fiação. Qualquer benefício potencial será, assim verificado em termos de productividade.
A medida que a velocidade aumenta, Figs. 2 e 3, quer para o PET quer para ο PA6.6, aparece um ponto no qual se verifica uma mudança muito rápida da velocidade dos filamentos sobre uma distância de poucos centímetros, ie. o cordão aparenta ser estirado num afilamento. (Esta mudança súbita na velocidade deveria, de facto, ocorrer sobre uma distância ainda menor do que a referida, especialmente no caso do PET, não tendo sido realizadas as medições relevantes). A razão da velocidade, após esta mudança súbita, pela velocidade anterior à variação é de1 1
- ‘V··.
finida como a razão de afilamento de estiragem e está tabelada na Tabela 5 para velocidades de fiação de 5000 a 7000 m/min, estando também incluída uma estimativa da distância sobre a qual ocorre esta razão de afilamento. A medida que a velocidade aumenta a razão de afilamento de estiragem diminui e a distância sobre a qual se verifica diminuiu. Obviamente, a formação deste afilamento resulta quer numa tensão muito elevada quer numa elevada razão de deformação neste ponto. Acredita-se que a maioria das roturas de filamentos a alta velocidade (*>6500 m/min) é causada por, quer uma razão de tensão demasiado elevada ou uma razão de deformação demasiado elevada, quer por, de facto, uma razão de afilamento de estiragem demasiada elevada .
A razão de afilamento de estiragem a uma velocidade de fiação particular também dependeria do peso molecular do cordão, sendo tanto maior a razão de afilamento de estiragem quanto mais elevado o peso molecular, a uma dada velocidade.
Colocar uma protecção abaixo da fieira para retardar o arrefecimento, aumentando assim a velocidade dos filamentos antes do arrefcimento ter início e, esperançosamente, reduzir a razão de afilamento de estiragem foi um passo óbvio. Foi bastante surpreendente que a utilização de uma temperatura uniforme na protecção, (300°C), resultasse apenas numa pequena mudança na velocidade do fio entrando no afilamento e que a posição do afilamento tenha sido movida de uma distância aproximadamente igual ao comprimento da protecção (Fig. 5). Presumivelmente, isto deve-se ao facto de os filamentos que abandonam a protecção estarem à mesma temperatura com que saiem da fieira, mas deslocando-se a uma velocidade marginal mais elevada quando o ar de arrefecimento é aplicado. 0 mesmo efeito poderia provavelmente, ter sido obtido através da utilização de furos de fiação ligeiramente menores para aumentar a velocidade do jacto, e sem protecção.
Contudo, utilizando uma protecção perfilada, no interior da qual a temperatura do ambiente dos filamentos e, portanto, dos próprios filamentos é progressivamente reduzida an12
Λ!
^SKSEiS-breci.A^
tes de o ar de arrefecimento ser aplicado, aumenta-se a velocidade dos filamentos que entram no afilamento e, portanto, reduz-se a razão de afilamento de estiragem real. Este facto é apresentado claramente na Fig. 6 para ο PA6.6 a 7000 m/min. A razão de afilamento de estiragem é consideravelmente reduzida (Tabela 6) e a mudança, no filamento, da posição em que o afilamento ocorre é superior ao comprimento da protecção.

Claims (2)

  1. REIVINDICAÇÕES
    Processo para a fiação por fusão rotativa de um polímero formador de fibras originando um cordão filamentar em que o fio torcido é passado através de uma protecção aquecida, imediatamente por baixo da matriz, sendo este fio arrefecido por uma corrente de ar e recolhido a uma velocidade de 5 km/ min ou superior, caracterizado pelo facto de a temperatura ambiente no interior da protecção, e consequentemente a temperatura dos próprios filamentos, ser progressivamente reduzida, antes de os elementos constituintes do fio serem arrefecidos pela corrente de ar.
  2. - 2§ Processo para a fiação por fusão rotativa de tereftalato de polietileno ou de adipamida de polihexametileno originando um cordão filamentar no qual o fio torcido é passado através de uma protecção aquecida localizada imediatamente por baixo da matriz, sendo o fio arrefecido por uma corrente de ar e recolhido a uma velocidade de 7 km/min, ou superior, caracterizado pelo facto de a temperatura ambiente no interior da protecção, e consequentemente a temperatura dos proprios filamentos, ser reduzida de forma progressiva, antes de os filamentos . do fio serem arrefecidos pela corrente de ar de forma a que a razão de afilamento da estiragem (neck draw ratio) que se ve rifica nos filamentos seja 3·0 ou inferior.
    A requerente do britânico apresentado em 22 reivindica a prioridade do pedi de Maio de 1990, sob ο N2.
    9011464.6.
PT97732A 1990-05-22 1991-05-21 Processo de fiacao por fusao rotativa de um pilimero formador de fibras PT97732B (pt)

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