ES2200868T3 - Aparato y proceso para hilar filamentos polimericos. - Google Patents
Aparato y proceso para hilar filamentos polimericos.Info
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Abstract
Aparato de hilatura por fusión que es para hilar filamentos poliméricos continuos y comprende: una cámara de entrada de gas de la primera etapa que está adaptada para quedar situada debajo de una hilera y una cámara de entrada de gas de la segunda etapa que está situada debajo de la cámara de entrada de gas de la primera etapa, suministrando las cámaras de entrada de gas de la primera etapa y de la segunda etapa gas a los filamentos para controlar la temperatura de los filamentos; y un tubo situado debajo de la cámara de entrada de gas de la segunda etapa para rodear los filamentos al enfriarse los mismos; estando dicho aparato de hilatura por fusión caracterizado por el hecho de que el tubo incluye una pared interior que tiene una parte convergente que va seguida por una parte divergente.
Description
Aparato y proceso para hilar filamentos
poliméricos.
Esta solicitud reivindica prioridad con respecto
a la solicitud provisional 60/129.412 presentada el 15 de abril de
1999 y la incorpora por referencia en su totalidad.
La invención se refiere a procesos y aparatos
para hilar por fusión filamentos poliméricos a altas velocidades de
por ejemplo más de 3.500 metros por minuto (mpm) para filamentos de
poliéster.
Los filamentos poliméricos sintéticos tales como
los poliésteres son en su mayoría hilados por fusión, es decir que
son extrusionados a partir de una masa fundida polimérica
calentada. En los procesos actuales, tras haber salido de la hilera
los chorritos filamentarios fundidos recién extrusionados los
mismos son enfriados rápidamente por un flujo de gas de
enfriamiento para acelerar su endurecimiento. Dichos chorritos
filamentarios pueden ser entonces bobinados para formar una bobina
de hilo de filamentos continuos, o bien pueden ser elaborados de
otra manera, pudiendo ser
\hbox{p. ej.} recogidos en
forma de un manojo de filamentos continuos paralelos para su
elaboración, p. ej. como un cable de filamentos continuos, para ser
convertidos p. ej. en fibra cortada, o para otra elaboración.
Es sabido desde hace mucho tiempo que los
filamentos poliméricos tales como los poliésteres pueden ser
preparados directamente, es decir tal como salen de hilatura, sin
necesidad de estirado, a base de efectuar el hilado a altas
velocidades del orden de 5 km/min. o más. Hebeler describió esto
para los poliésteres en la Patente U.S. Nº 2.604.667. Se ha
prestado además mucha atención al enfriamiento, o enfriamiento
rápido, de los filamentos fundidos en un aparato de hilatura.
Véanse, en general, los documentos WO 00 05439, WO 95 15409, EP 0
334 604, JP 612 84107 y JP 602 46807.
Han venido siendo aplicados en general
comercialmente en esencia dos tipos básicos de sistemas de
enfriamiento rápido. El enfriamiento rápido por flujo cruzado ha
venido siendo preferido y usado comercialmente. El enfriamiento
rápido por flujo cruzado supone soplar gas de enfriamiento
transversalmente a través y desde un lado de la agrupación de
filamentos recién extrusionados. Gran cantidad de este aire que es
soplado en régimen de flujo cruzado pasa a través de la agrupación
de filamentos y sale por el otro lado de la misma. Sin embargo, en
dependencia de varios factores, una parte del aire puede ser
arrastrada por los filamentos y llevada hacia abajo con los mismos
hacia un cilindro tractor que es accionado y está habitualmente en
la base de cada punto de hilatura. El flujo cruzado ha venido siendo
en general preferido por muchas empresas dedicadas a la
manipulación de fibras al haber aumentado las velocidades del
cilindro tractor (también conocidas como "velocidades de
extracción" y a veces llamadas velocidades de hilatura) debido a
la creencia de que el "enfriamiento rápido por flujo cruzado"
constituye la mejor manera de soplar las mayores cantidades de gas
de enfriamiento que son requeridas por las velocidades
incrementadas o por la producción incrementada.
Otro tipo de enfriamiento rápido es el llamado
"enfriamiento rápido radial", y éste ha sido usado para la
fabricación comercial de algunos filamentos poliméricos, p. ej.
como describen Knox en la Patente U.S. Nº 4.156.071 y Collins et al.
en las Patentes U.S. Núms. 5.250.245 y 5.288.553. En este tipo de
"enfriamiento rápido radial" el gas de enfriamiento es
dirigido hacia el interior a través de un sistema que constituye una
pantalla de enfriamiento rápido que rodea la agrupación de
filamentos recién extrusionados. Tal gas de enfriamiento abandona
normalmente el sistema de enfriamiento rápido pasando hacia abajo
con los filamentos para así salir del aparato de enfriamiento
rápido. A pesar de que para una agrupación circular de filamentos
la expresión "enfriamiento rápido radial" es apropiada, el
sistema puede funcionar en esencia de manera similar si la
agrupación de filamentos no es circular, siendo p. ej. rectangular,
oval o de otra forma, con sistemas que constituyen pantallas
circundantes con la forma correspondiente que dirigen el gas de
enfriamiento hacia el interior hacia la agrupación de
filamentos.
En la década de los 80, Vassilatos y Sze llevaron
a cabo importantes mejoramientos en la hilatura a alta velocidad de
filamentos poliméricos y describieron dichos mejoramientos y los
filamentos mejorados resultantes en las Patentes U.S. Núms.
4.687.610, 4.691.003, 5.141.700 y 5.034.182. Estas patentes
describen técnicas de manejo del gas mediante las cuales el gas
rodeaba los filamentos recién extrusionados para controlar sus
perfiles de temperatura y adelgazamiento. Si bien estas patentes
describen adelantos en el campo de la hilatura a alta velocidad,
sigue siendo deseable incrementar la productividad en la hilatura de
hilos mediante un incremento de las velocidades de extracción,
haciendo al mismo tiempo que las propiedades de los hilos sigan
siendo al menos equiparables o bien resulten incluso mejoradas.
De acuerdo con estas necesidades se aportan
procesos y aparatos para hilar filamentos poliméricos.
Según un aspecto de la presente invención, se
aporta un aparato de hilatura por fusión que es para hilar
filamentos poliméricos continuos y comprende:
una cámara de entrada de gas de la primera etapa
que está adaptada para quedar situada debajo de una hilera y una
cámara de entrada de gas de la segunda etapa que está situada
debajo de la cámara de entrada de gas de la primera etapa,
suministrando las cámaras de entrada de gas de la primera etapa y
de la segunda etapa gas a los filamentos para controlar la
temperatura de los filamentos; y
un tubo situado debajo de la cámara de entrada de
gas de la segunda etapa para rodear los filamentos al enfriarse los
mismos, incluyendo el tubo una pared interior que tiene una parte
convergente que va seguida por una parte divergente.
Según otro aspecto adicional de la presente
invención, se aporta un aparato de hilatura por fusión que es para
hilar filamentos poliméricos continuos y comprende:
una caja que está adaptada para quedar situada
debajo de una hilera;
una cámara de la primera etapa y una cámara de la
segunda etapa que están formadas cada una en una pared interior de
la caja;
una entrada de gas de la primera etapa para
suministrar gas a la cámara de la primera etapa;
una entrada de gas de la segunda etapa para
suministrar gas a la cámara de la segunda etapa;
una pared unida a la pared interior en una parte
inferior de la cámara de la primera etapa para separar la cámara de
la primera etapa de la cámara de la segunda etapa;
una pantalla de enfriamiento rápido situada
centralmente en la cámara de la primera etapa, estando el aparato
adaptado de forma tal que gas a presión es soplado hacia el
interior desde la entrada de gas de la primera etapa y a través de
la cámara de la primera etapa al interior de una zona formada en la
pared interior de la pantalla de enfriamiento rápido;
una pared interna dispuesta debajo de la pantalla
de enfriamiento rápido y entre la entrada de gas de la primera
etapa y la entrada de gas de la segunda etapa;
una parte convergente de la primera etapa formada
en el interior de la pared interna;
un tubo perforado dispuesto debajo de la parte
convergente de la primera etapa y entre la entrada de gas de la
primera etapa y la entrada de gas de la segunda etapa, estando el
tubo perforado situado centralmente dentro de la cámara de la
segunda etapa;
una pared interna situada debajo del tubo
perforado;
un tubo situado en el interior de la pared
interna, incluyendo el tubo una superficie de la pared interior que
tiene una parte convergente de la segunda etapa situada dentro de
la cámara de la segunda etapa y una parte divergente situada a la
salida de la cámara de la segunda etapa; y
opcionalmente un cono convergente que tiene
paredes perforadas y está situado a la salida del tubo.
Según otro aspecto de la presente invención, se
aporta un proceso de hilatura por fusión que es para hilar
filamentos poliméricos continuos y comprende los pasos de pasar una
masa fundida polimérica calentada por una hilera para formar
filamentos; aportar un gas a los filamentos desde una cámara de
entrada de gas situada debajo de la hilera en una primera etapa;
aportar un gas a los filamentos desde una cámara de entrada de gas
en una segunda etapa; pasar los filamentos a un tubo situado debajo
de las cámaras de entrada de gas, comprendiendo dicho tubo una
pared interior que tiene una primera parte convergente; y pasar los
filamentos a través del tubo.
Según otra realización de la presente invención,
se aporta un aparato de hilatura por fusión que es para hilar
filamentos poliméricos continuos y comprende un tubo para rodear
los filamentos; y dos o más cámaras de entrada de gas que están
adaptadas para quedar situadas debajo de una hilera y suministran
gas a los filamentos para controlar la temperatura de los
filamentos; y comprende además al menos una etapa de evacuación que
está adaptada para retirar aire del aparato.
Según otro aspecto adicional de la presente
invención, se aporta un proceso de hilatura por fusión que es para
hilar filamentos poliméricos continuos y comprende los pasos
de:
pasar una masa fundida polimérica calentada por
una hilera para formar filamentos;
aportar un gas a los filamentos desde una cámara
de entrada de gas que está situada debajo de la hilera en una
primera etapa;
proporcionar unos medios para que el gas salga de
al menos una cámara de evacuación de gas situada debajo de la
primera etapa;
pasar los filamentos a través de un tubo situado
debajo de la cámara de entrada de gas, comprendiendo dicho tubo una
pared interior que tiene una primera parte convergente que
incrementa la velocidad del aire; y
permitir a los filamentos salir del tubo.
En otra realización adicional de la presente
invención se aporta un aparato de hilatura por fusión que es para
hilar filamentos poliméricos continuos y comprende un tubo para
rodear los filamentos; una o varias entradas de gas que están
adaptadas para quedar situadas debajo de una hilera, incluyendo al
menos una entrada medios para suministrar a los filamentos gas a
una presión superior a la presión atmosférica para controlar la
temperatura de los filamentos; y una evacuación a vacío para
retirar gas.
En otro aspecto de la presente invención, se
aporta además un aparato de hilatura por fusión que es para hilar
filamentos poliméricos continuos y comprende un tubo situado debajo
de una cámara de entrada de gas para rodear los filamentos al
enfriarse los mismos, incluyendo el tubo una pared interior que
incluye una parte convergente que es para acelerar el gas y va
seguida por una parte divergente.
En otra realización de la presente invención, se
aporta además un aparato de hilatura por fusión que es para hilar
filamentos poliméricos continuos y comprende:
una caja adaptada para quedar situada debajo de
una hilera;
una cámara de la primera etapa, una cámara de la
segunda etapa y una cámara de la tercera etapa que están formadas
cada una en una pared interior de la caja;
una entrada de gas de la primera etapa para
suministrar gas a la cámara de la primera etapa;
una entrada de gas de la segunda etapa para
suministrar o evacuar gas a o desde la cámara de la segunda
etapa;
una entrada de gas de la tercera etapa para
suministrar gas a la cámara de la tercera etapa; y
una parte convergente en al menos una de las
etapas o después de la tercera etapa, para acelerar el gas.
En una realización de la presente invención, se
aporta también un aparato de hilatura por fusión que es para hilar
filamento polimérico continuo y comprende:
dos o más cámaras de entrada de gas que están
adaptadas para quedar situadas debajo de una hilera y suministran
gas a los filamentos para controlar la temperatura de los
filamentos;
al menos una entrada de gas para suministrar gas
a una o varias de las cámaras de entrada;
al menos una placa anular perforada que separa
las cámaras de entrada; y
un tubo para rodear los filamentos al enfriarse
los mismos, incluyendo el tubo una pared interior que tiene una
parte convergente que va opcionalmente seguida por una parte
divergente.
En un aspecto de la presente invención, se aporta
también un método que es para enfriar filamentos de poliéster
hilados por fusión y comprende los pasos de aportar un gas de
enfriamiento a los filamentos en al menos dos etapas, y acelerar el
gas entre las etapas.
En otro aspecto de la presente invención, se
aporta un aparato de hilatura por fusión que es para hilar
filamento polimérico continuo y comprende un tubo para rodear los
filamentos, incluyendo el tubo una parte divergente con
perforaciones y una o varias entradas de gas.
En otro aspecto adicional de la presente
invención, se aporta un aparato de hilatura por fusión que es para
hilar filamento polimérico continuo y comprende un tubo para rodear
los filamentos, una o varias entradas de gas, unos medios para
introducir gas superatmosférico en al menos una entrada, y unos
medios para introducir aire ambiente en al menos una entrada.
A la luz de la siguiente descripción detallada
quedarán de manifiesto adicionales objetos, características y
ventajas de la invención.
La Fig. 1 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de un aparato comparativo.
La Fig. 2 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una realización de la presente invención
como la usada en los Ejemplos 1 y 2.
La Fig. 3 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una segunda realización de la presente
invención.
La Fig. 4 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una tercera realización de la presente
invención.
La Fig. 5 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una cuarta realización de la presente
invención.
La Fig. 6 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una quinta realización de la presente
invención.
La Fig. 7 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una sexta realización de la presente
invención.
La Fig. 8 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una séptima realización de la presente
invención.
La Fig. 9 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una octava realización de la presente
invención.
La Fig. 10 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una novena realización de la presente
invención.
La Fig. 11 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una décima realización de la presente
invención.
La Fig. 12 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una undécima realización de la presente
invención.
La Fig. 13 es una vista esquemática en alzado y
parcialmente en sección de una duodécima realización de la presente
invención.
La presente invención aporta aparatos y métodos
que permiten el manejo del gas de enfriamiento de forma tal que
pueda ser incrementada la velocidad de los filamentos siendo con
ello incrementada la productividad y siendo al mismo tiempo
mantenidas o mejoradas las características del producto. Los
métodos pueden además usar menos aire que los procesos
convencionales, reduciendo con ello los gastos que van asociados a
los mayores consumos de aire.
El sistema y proceso de enfriamiento rápido que
es usado como control es un sistema de enfriamiento rápido radial
convencional que se describe haciendo referencia a la Fig. 1 de los
dibujos. El sistema de enfriamiento rápido radial que es usado como
control incluye una caja cilíndrica 7 que forma una cámara anular 5
de suministro del gas de enfriamiento que es puesta a presión con
gas de enfriamiento que es introducido por soplado a través de la
entrada 8 de suministro de gas. La cámara anular 5 de suministro del
gas de enfriamiento está formada por una pared de fondo 1, una
pared interna cilíndrica 10 que está situada centralmente y un
conjunto 11 que constituye una pantalla cilíndrica de enfriamiento
rápido, es de diámetro similar, comprende uno o varios elementos y
está situado sobre la pared interna 10. Preferiblemente, el
conjunto 11 que constituye una pantalla de enfriamiento rápido
comprende un tubo perforado que está dispuesto en torno a una
pantalla de tela metálica (no ilustrada), facilitando dichos
componentes una igualación del flujo y de la distribución del aire.
Gas de enfriamiento a presión (tal como aire, nitrógeno u otro gas)
es suministrado uniformemente a través del conjunto 11 que
constituye una pantalla de enfriamiento rápido desde la cámara
anular 5 al interior de la zona 12 que está situada debajo de la
hilera 13 y en la cual empiezan a enfriarse los de una agrupación
de filamentos 14 que son extrusionados a través de la hilera 13. La
hilera 13 está situada centralmente con respecto a la caja 7 y
puede estar a ras de o remetida con respecto a la superficie
inferior 22 del bloque de bomba (también llamado bloque de hilado o
barra de hilado) contra la cual está aplicada la caja 7. Los
filamentos 14 avanzan a través de la zona 12 y pasan a través del
cilindro tubular de evacuación 15 (también llamado el tubo de
evacuación) saliendo del grupo de enfriamiento rápido y siguiendo
hacia abajo hasta el cilindro tractor 4 cuya velocidad periférica es
la llamada velocidad de extracción de los filamentos 14.
Están ilustradas en la Fig. 1 y están
especificadas en el Ejemplo 1 las siguientes dimensiones de control
del dispositivo de enfriamiento rápido.
A - Altura de Retardo del Enfriamiento Rápido.-
Es la distancia entre la cara frontal de la hilera y la superficie
inferior 22 del bloque de bomba.
B - Altura de la Pantalla de Enfriamiento
Rápido.- Es la longitud vertical del conjunto 11 que constituye una
pantalla cilíndrica de enfriamiento rápido.
C - Altura del Tubo de Evacuación.- Es la altura
del tubo a través del cual los filamentos 14 salen del dispositivo
de enfriamiento rápido tras haber pasado a través del conjunto 11
que constituye una pantalla de enfriamiento rápido.
D - Diámetro de la Pantalla de Enfriamiento
Rápido.- Es el diámetro interior del conjunto que constituye la
pantalla de enfriamiento rápido.
D1 - Diámetro del Tubo de Evacuación.- Es el
diámetro interior del tubo de evacuación.
Según la presente invención, se aporta un proceso
y un aparato para hilar filamentos poliméricos. En términos
generales, es introducido gas en el aparato a través de una o
varias entradas en una o varias etapas. El gas se combina al fluir
hacia abajo a través de las etapas. El gas es entonces evacuado del
aparato a través de un tubo o pared de salida. Una parte del gas
puede salir del sistema a través de una o varias etapas de
evacuación, y puede ser añadido nuevo gas a través de subsiguientes
entradas de gas. En la Fig. 2 está ilustrado un sistema
ejemplificativo. En la Fig. 2 está ilustrado un sistema de
enfriamiento rápido de dos etapas según la presente invención. El
proceso de la presente invención será descrito con respecto al
funcionamiento del aparato que se describe a continuación. Este
sistema comprende elementos similares a los de la Fig. 1, tales
como una caja cilíndrica exterior 107 que está adaptada para quedar
situada debajo de una hilera 113. La hilera 113 está situada
centralmente con respecto a la caja 107 y está remetida con
respecto a una superficie inferior 122 del bloque de bomba, como
está ilustrado en la Fig. 2, contra la cual está aplicada la caja
107.
Sin embargo, el sistema y el proceso de
enfriamiento rápido según la invención difieren del control que
está ilustrado en la Fig. 1 en que, por ejemplo, la invención
ilustrada en la Fig. 2 comprende dos etapas, o sea una parte
convergente 116 para acelerar el aire y una parte convergente y
divergente en el tubo 119. Una cámara 105 de la primera etapa y una
cámara 106 de la segunda etapa están formadas cada una en la pared
interior cilíndrica de la caja 107. La cámara 105 de la primera
etapa está adaptada para quedar situada debajo de una hilera 113 y
suministra gas a los filamentos 114 para controlar la temperatura de
los filamentos 114. La cámara 106 de la segunda etapa está situada
entre la entrada de gas 108 de la primera etapa y un tubo 119 que
está situado debajo de la primera entrada del flujo de gas 108 para
rodear los filamentos al enfriarse los mismos. Una pared anular
102, que está unida a la pared interior cilíndrica 103 en la parte
inferior de la cámara 105 de la primera etapa, separa la cámara 105
de la primera etapa de la cámara 106 de la segunda etapa. Sin
embargo, como se muestra en la Figura 11 en el aparato de la
presente invención puede haber una sola entrada de gas que dé
suministro a una o varias cámaras. El número de entradas de gas
puede ser modificado para permitir una flexibilidad del control del
flujo de gas. Una entrada de gas 108 de la primera etapa suministra
gas a la cámara 105 de la primera etapa. Análogamente, una entrada
de gas 109 de la segunda etapa suministra gas a la cámara 106 de la
segunda etapa. Como medio de enfriamiento puede usarse cualquier
gas. El gas de enfriamiento es preferiblemente aire, especialmente
para la elaboración de poliéster, porque el aire es más barato que
otro gas, pero puede ser usado otro gas, como por ejemplo vapor o
un gas inerte tal como nitrógeno, en caso de ser ello necesario
debido a la naturaleza sensible de los filamentos poliméricos, en
especial cuando los mismos están calientes y recién extrusionados.
El gas de enfriamiento que fluye a cada etapa puede ser regulado
independientemente a base de suministrar gas de enfriamiento a
presión a través de las entradas 108 y 109, respectivamente.
Un conjunto 111 que constituye una pantalla
cilíndrica de enfriamiento rápido, es como el de la Fig. 1 y
comprende uno o varios componentes, y preferiblemente un tubo
perforado cilíndrico y un tubo de tela metálica, está situado
centralmente en la cámara 105 de la primera etapa. En todas las
realizaciones de la presente invención, el "tubo perforado"
constituye unos medios para distribuir radialmente el flujo de gas
al interior de una etapa. Puede usarse una pantalla de tela
metálica, una pantalla hecha por electrograbado o un conjunto que
constituye una pantalla y consta de pantallas de tela metálica y
tubo perforado. El gas de enfriamiento a presión es soplado hacia
el interior desde la entrada 108 de la primera etapa y a través de
la cámara 105 de la primera etapa y a través del conjunto 111 que
constituye la pantalla cilíndrica de enfriamiento rápido y al
interior de una zona 112 formada en la pared cilíndrica interior del
conjunto 111 que constituye la pantalla cilíndrica de enfriamiento
rápido debajo de la hilera 113. Tras haber sido extrusionado a
través de los orificios de la hilera (no ilustrados), un manojo de
filamentos fundidos 114 pasa a través de la zona 112, donde los
filamentos 114 comienzan a enfriarse. Una pared interna 103 está
dispuesta debajo del conjunto 111 que constituye la pantalla
cilíndrica de enfriamiento rápido y entre la entrada de gas 108 de
la primera etapa y la entrada de gas 109 de la segunda etapa. Una
parte convergente 116 de la primera etapa está formada en el
interior de la caja 107, y más específicamente en la pared interior
de la pared interna 103, entre la entrada de gas 108 de la primera
etapa y la entrada de gas 109 de la segunda etapa. La parte
convergente puede estar situada en cualquier parte del aparato de
la presente invención, de forma tal que la misma acelere la
velocidad del aire. La parte convergente puede ser desplazada hacia
arriba o hacia abajo en el tubo para lograr el deseado empleo del
gas. Puede haber una o varias de estas partes convergentes. Los
filamentos 114 siguen avanzando desde la zona 112 saliendo de la
primera etapa del sistema de enfriamiento rápido y pasando a través
de un corto tramo tubular de la pared interna 103 antes de pasar a
través de la parte convergente 116 de la primera etapa, junto con el
gas de enfriamiento de la primera etapa, que se acelera en la
dirección de traslación de los filamentos al seguir enfriándose los
filamentos 114.
Un tubo perforado cilíndrico 117 está dispuesto
debajo de la parte convergente 116 de la primera etapa y entre la
entrada de gas 108 de la primera etapa y la entrada de gas 109 de
la segunda etapa. El tubo perforado cilíndrico 117 está situado
centralmente dentro de la cámara 106 de la segunda etapa. Sin
embargo, el tubo perforado puede estar situado como se desee para
aportar el gas deseado a los filamentos. Por ejemplo, debajo de la
entrada de gas de la segunda etapa una pared interna cilíndrica 118
está situada debajo del tubo perforado cilíndrico 117. Un segundo
suministro de gas de enfriamiento es aportado desde la entrada de
suministro 109 de la segunda etapa obligando al gas a pasar a
través del tubo perforado cilíndrico 117. Entre las partes
convergentes 116 y 126 de la primera etapa y de la segunda etapa
respectivamente está una parte tubular 125 formada por las paredes
interiores de la parte convergente 116, que tiene un diámetro de
entrada D3, un diámetro de salida D4 y una altura L2. La parte
tubular 125 y la parte convergente 116 pueden estar formadas como
una sola pieza o bien pueden estar formadas como piezas separadas
que son unidas una a otra por ejemplo por enroscamiento.
La parte tubular 125 puede ser recta, como la
ilustrada en la Fig. 2, o bien cónica como la ilustrada en la Fig.
4. La relación de los diámetros D2 a D4 es en general la de D4/D2
< 0,75 y preferiblemente la de D4/D2 < 0,5. Usando una
relación de este tipo puede ser incrementada la velocidad del aire
de enfriamiento. El gas de enfriamiento de la segunda etapa pasa a
través de la entrada de la parte convergente de la segunda etapa,
que tiene un diámetro D5 y está constituida por la salida de la
parte tubular 125 de la primera parte convergente 116 y la entrada
del tubo de hilado 119. La expresión "tubo de hilado" es
utilizada para aludir a la parte del aparato que tiene una forma
constructiva convergente y divergente. Preferiblemente tiene una
forma constructiva de este tipo la última parte del tubo. El
extremo superior del tubo de hilado 119 está situado en la
superficie interior de la pared interna cilíndrica 118.
Una parte convergente 126 de la segunda etapa,
que tiene una longitud L3 y un diámetro de salida D6, está formada
en la pared interior del tubo 119 y va seguida por una parte
divergente 127 que tiene una longitud L4 y está también formada en
la pared interior del tubo 119 y se extiende hasta el final del
tubo 119, que tiene un diámetro de salida D7. Los filamentos 114
salen del tubo 119 a través del diámetro de salida D7 y son tomados
por un cilindro 104 cuya velocidad periférica es la llamada
velocidad de extracción de los filamentos 114. La velocidad puede
ser modificada como se desee. Preferiblemente, el cilindro es
accionado a una velocidad periférica de más de 500 mpm, y para
poliéster preferiblemente de más de 3.500 mpm. La velocidad de
promedio de los gases combinados de la primera etapa y de la segunda
etapa aumenta en la dirección de traslación de los filamentos en la
parte convergente 126 de la segunda etapa y disminuye a
continuación al desplazarse el gas de enfriamiento a través de la
parte divergente 127. El gas de enfriamiento de la segunda etapa se
combina con el gas de enfriamiento de la primera etapa en la parte
convergente 126 de la segunda etapa para ayudar al enfriamiento de
los filamentos. Pueden ser controlados independientemente la
temperatura y el flujo del gas de enfriamiento que es aportado a
las entradas 108 y 109.
Puede estar situada(o) a la salida del
tubo de hilado 119 una pantalla convergente 120 o cono difusor
opcional que tiene paredes perforadas. El gas de enfriamiento puede
ser evacuado a través de las paredes perforadas del cono difusor
120, lo cual reduce la velocidad y la turbulencia del gas de salida
a lo largo del recorrido de los filamentos. Las otras figuras
ejemplifican medios alternativos para evacuar el gas de salida de
forma tal que haya una turbulencia reducida. Los filamentos 114
pueden salir del tubo de hilado 119 a través de la boca de salida
123 de la pantalla convergente 120, y desde ahí pueden ser tomados
por un cilindro 104.
Además de las medidas de altura A y B
anteriormente definidas en la Fig. 1, un dispositivo de
enfriamiento rápido preferido según la invención tiene las
dimensiones siguientes:
L1 - Longitud de la Parte Convergente de la
Primera Etapa
L2 - Longitud del Tubo de la Primera Etapa
D2 - Diámetro de la Entrada de la Parte
Convergente de la Primera Etapa
L3 - Longitud de la Parte Convergente de la
Primera Etapa
D3 - Diámetro de la Entrada de la Parte Tubular
de la Parte Convergente de la Primera Etapa
D4 - Diámetro de la Salida de la Parte Tubular de
la Parte Convergente de la Primera Etapa
L4 - Longitud de la Parte Divergente de la
Segunda Etapa
D5 - Diámetro de la Entrada de la Parte
Convergente de la Segunda Etapa
D6 - Diámetro de la Salida de la Parte
Convergente de la Segunda Etapa
D7 - Diámetro de la Salida de la Parte Divergente
de la Segunda Etapa
L5 - Longitud de la Pantalla Convergente
Opcional
A pesar de que el aparato que está ilustrado en
la Fig. 2 es un aparato de dos etapas, la pantalla convergente
opcional 120 que está situada a la salida del tubo 119 es aplicable
a un aparato de una sola etapa, así como a cualquier aparato de
múltiples etapas. Además, las partes convergentes 116 y 126
ilustradas en la Fig. 2 antes de la salida del tubo 119, así como
el sistema convergente (126)/divergente (127) dispuesto en el
interior del tubo 119, pueden ser aplicables a todo dispositivo de
múltiples etapas o a un dispositivo de una sola etapa. La invención
no queda limitada a los dispositivos de dos etapas. El gas puede ser
introducido por 108 y 109 independientemente a presión atmosférica
o a una presión incrementada. Asimismo, el gas puede ser
introducido a presión en la entrada de gas 109 estando a una presión
superior a la presión atmosférica, y puede dejarse que el gas sea
aspirado al interior de la entrada 108. Pueden ser introducidos por
108 y 109 los mismos gases o gases distintos.
El tramo de retardo (A) en la Fig. 2 puede ser un
tramo de retardo sin calentamiento o con calentamiento. Es usado un
tramo de retardo con calentamiento (al que se llama a menudo
atemperador). La longitud y la temperatura del tramo de retardo
pueden ser variadas para lograr la deseada velocidad de
enfriamiento de los filamentos.
En todas las realizaciones de la invención podría
usarse cualquier tipo deseado de estación de devanado además del
cilindro 204 o en lugar del mismo. Por ejemplo, para hilos de
filamentos continuos puede usarse un sistema de devanado de 3
cilindros, como describe Knox en la Patente U.S. Nº 4.156.071, con
entrelazamiento como se ilustra en dicha patente, o por ejemplo un
sistema llamado sistema sin poleas guía, en el que el hilo es
entrelazado y es entonces bobinado en forma de una bobina sobre el
primer cilindro accionado 204 como se muestra en la Fig. 3, o por
ejemplo filamentos que no son entrelazados ni bobinados pueden ser
pasados en forma de un manojo de filamentos continuos paralelos
para ser elaborados en forma de un cable de filamentos continuos,
siendo en general combinados juntamente varios de estos manojos para
la elaboración del cable de filamentos continuos.
Haciendo referencia a la Fig. 3, está ilustrado
en la misma un sistema de enfriamiento rápido de tres etapas según
la presente invención. En las figuras, las flechas de una sola
punta indican la dirección del flujo de gas. Como en el caso del
sistema de enfriamiento rápido de dos etapas que está ilustrado en
la Fig. 2, el sistema comprende una caja cilíndrica exterior 207
que está adaptada para quedar situada debajo de una hilera 213 y un
conjunto 211 que constituye una pantalla cilíndrica de enfriamiento
rápido y comprende en general uno o varios componentes. Una cámara
205 de la primera etapa y una cámara 206 de la segunda etapa están
formadas cada una en la pared interior cilíndrica de la caja.
La cámara 205 de la primera etapa está adaptada
para quedar situada debajo de la hilera 213 y suministra gas a los
filamentos 214 para controlar la temperatura de los filamentos 214.
La cámara 206 de la segunda etapa está situada debajo de la cámara
205 de la primera etapa. El sistema polietápico de la Fig. 3
comprende además una cámara 230 de la tercera etapa que está
situada debajo de la cámara 206 de la segunda etapa y formada en la
pared interior cilíndrica de la caja.
Como en la Fig. 2, la pared anular 202, que está
unida a la pared interior cilíndrica 203 en la parte inferior de la
cámara 205 de la primera etapa, separa la cámara 205 de la primera
etapa de la cámara 206 de la segunda etapa. Adicionalmente, en la
Fig. 3 una segunda pared anular 232 está unida a una segunda pared
interior cilíndrica 233 en la parte inferior de la cámara 230 de la
segunda etapa y separa la cámara 206 de la segunda etapa de la
cámara 230 de la tercera etapa.
La entrada de gas 208 de la primera etapa
suministra gas a la cámara 205 de la primera etapa, la entrada de
gas 209 de la segunda etapa suministra gas a la cámara 206 de la
segunda etapa, y la entrada de gas 231 de la tercera etapa
suministra gas a la cámara 230 de la tercera etapa. Un tubo
perforado cilíndrico 217 está dispuesto debajo de la parte
convergente 216 de la primera etapa en la cámara 206 de la segunda
etapa. Otro tubo perforado cilíndrico 248 está dispuesto entre una
parte convergente 235 de la segunda etapa y una parte convergente
236 de la tercera etapa. El gas de enfriamiento que fluye a cada
etapa puede ser regulado independientemente a base de suministrar
gas de enfriamiento a presión a través de estas entradas.
En la Fig. 3, está formada entre la entrada de
gas 208 de la primera etapa y la entrada de gas 231 de la tercera
etapa una parte convergente con convergencia continua 216 de la
primera etapa. Una parte convergente 235 de la segunda etapa con un
tubo recto a la salida de la parte convergente está formada entre
la entrada de gas 209 de la segunda etapa y la pared de fondo 201.
Un tubo 219 que comprende una parte convergente 236 y a continuación
una parte divergente 227 se extiende desde la entrada 231 de la
tercera etapa. El extremo superior del tubo 219 está situado en la
superficie interior de la pared interna cilíndrica 218. Una parte
convergente 236 de la tercera etapa, que tiene una longitud L6, un
diámetro de entrada D5' y un diámetro de salida D6', está formada
en la pared interior del tubo 219 y va seguida por una parte
divergente 227 que tiene una longitud L7, está también formada en
la pared interior del tubo 219 y se extiende hasta el final del
tubo 219. Como en la realización que está ilustrada en la Fig. 2,
los filamentos 214 salen del tubo 219 a través de la boca de salida
223 y son tomados por el cilindro 204. Está también
ilustrada(o) en la Fig. 3 una pantalla convergente o cono
difusor perforado de evacuación 220 opcional como la(el)
descrita(o) anteriormente.
Todas las realizaciones del aparato de la
presente invención pueden incluir también un aplicador de acabado
238 y una tobera de entrelazamiento 239, como se ilustra en la Fig.
3. Tras haber salido del sistema de enfriamiento rápido, los
filamentos 214 siguen bajando hasta el cilindro 204. El cilindro
204 tira de los filamentos 214 en su recorrido desde la hilera
superior de forma tal que su velocidad en el cilindro 204 es igual a
la velocidad periférica del cilindro 204, siendo esta velocidad la
llamada velocidad de extracción. Como es convencional, puede ser
aplicado un acabado a los filamentos sólidos 214 por el aplicador de
acabado 238 antes de que dichos filamentos lleguen al cilindro
204.
La invención es aplicable a los procesos de
fabricación de hilo de filamentos en los que se fabrica hilo
parcialmente orientado (POY), hilo altamente orientado (HOY) e hilo
plenamente estirado (FDY). En los procesos de fabricación de POY y
HOY, los hilos de filamentos son bobinados a una velocidad
prácticamente igual a la velocidad de extracción. En el proceso de
fabricación de FDY, los hilos son estirados mecánicamente después de
la extracción y son bobinados a una velocidad cercana a X veces la
velocidad de extracción, siendo X la relación de estirado.
El uso de tres etapas, como en la Fig. 3, puede
ser ventajoso porque permite un mejor control del gas y una mayor
flexibilidad en el enfriamiento.
La Fig. 4 muestra un sistema de enfriamiento
rápido de múltiples etapas según la presente invención. El sistema
de la Fig. 4 es similar al de la Fig. 2, pero incluye además dos
etapas de evacuación. El sistema de enfriamiento rápido polietápico
de la Fig. 4, al igual como el sistema de enfriamiento rápido de
tres etapas de la Fig. 3, comprende una caja cilíndrica exterior
307 que está adaptada para quedar situada debajo de una hilera 313 y
tiene tres etapas 305, 306 y 330 que son similares a las tres
etapas 205, 206 y 230 que están ilustradas en la Fig. 3. Sin
embargo, el sistema de enfriamiento rápido modificado de la Fig. 4
difiere del de la Fig. 3 en que la segunda etapa 306 es usada como
una primera etapa de evacuación 309, en lugar de como una entrada
de gas 209 de la segunda etapa, como está ilustrado en la Fig. 3. El
sistema de enfriamiento rápido de la Fig. 4 comprende además una
cámara 341 de la cuarta etapa, que aloja una segunda etapa de
evacuación 342. La cámara 341 de la cuarta etapa está situada debajo
de la cámara 330 de la tercera etapa y es similar a la segunda
etapa 306. Mientras que la Fig. 4 describe una específica
disposición de entradas y salidas de evacuación, la ubicación de las
etapas de entrada y de evacuación y su número pueden ser variados
para permitir el deseado control del gas de enfriamiento.
El gas puede ser introducido en el sistema de
cualquier manera que se desee. En general, la primera entrada de
gas 308 suministra gas a la cámara 305 de la primera etapa, y la
segunda entrada de gas 331 suministra gas a la cámara 330 de la
tercera etapa. La cámara de la primera etapa comprende además un
conjunto 311 que constituye una pantalla cilíndrica de enfriamiento
rápido y tiene uno o varios componentes. La primera etapa de
evacuación 309 y la segunda etapa de evacuación 342 proporcionan
una evacuación del sistema para la cámara 306 de la segunda etapa y
la cámara 341 de la cuarta etapa, respectivamente. Un tubo perforado
cilíndrico 317 está dispuesto debajo de la primera parte
convergente 316 y debajo de la primera entrada de gas 308, en la
segunda etapa 306. Otro tubo perforado cilíndrico 348 está dispuesto
entre una segunda parte convergente 335 que tiene un extremo
ahusado 350 y una tercera parte convergente 340. Un tercer tubo
perforado cilíndrico 349 está dispuesto entre la tercera parte
convergente 340 y el tubo 319. El gas de enfriamiento que fluye a
cada cámara en el sistema de la Fig. 4 puede ser también regulado
independientemente a base de suministrar gas de enfriamiento a
presión a través de las entradas.
El gas puede ser evacuado del sistema de
cualquier manera que se desee. En general se usa un vacío o presión
natural/atmosférica. Por ejemplo, la salida de evacuación puede
meramente liberar el gas a la atmósfera a presión atmosférica, o
bien puede retirar el gas usando un vacío. La evacuación retira
aire caliente, y es usada para controlar la velocidad de
enfriamiento de los filamentos.
La Fig. 4 podría incluir opcionalmente una parte
convergente y divergente, por ejemplo, en la última etapa, como en
la Fig. 2. El extremo superior del tubo 319 está situado en la
superficie interior de la pared interna cilíndrica 318. El tubo 319
puede ser como alternativa un tubo recto como el tubo de evacuación
que está ilustrado en la Fig. 1. Como en la realización que está
ilustrada en la Fig. 2, los filamentos 314 salen del tubo 319 y son
tomados por el cilindro 304 de cualquier manera que se desee.
El gas puede ser introducido en el sistema a
través de las entradas de gas 308 y 331 por cualesquiera medios, y
puede estar a la presión atmosférica o a una presión superior a la
misma. El suministro y la evacuación pueden estar dispuestos como se
desee, tal como por ejemplo alternados. En una realización es
suministrado a través de 308 aire de enfriamiento rápido sin usar.
La cámara 306 de la segunda etapa es entonces usada para retirar una
parte del aire caliente de la cámara 305 de la primera etapa. La
proporción de aire caliente que es retirada puede ser controlada
activamente por medio de la presión en la primera etapa de
evacuación 309 y/o por medio del adecuado dimensionado del área de
paso del flujo del tubo perforado cilíndrico 317 dentro de la
cámara 306 de la segunda etapa (con respecto al área de paso del
flujo en la salida de la segunda parte convergente 335). Tras haber
sido retirada en la cámara 306 de la segunda etapa una parte del
aire caliente, es suministrado más aire de enfriamiento rápido sin
usar en la cámara 330 de la tercera etapa según sea necesario.
En la cámara 341 de la cuarta etapa es retirada
de nuevo una parte del aire caliente de manera similar a como ello
se hace en la cámara 306 de la segunda etapa. Esto se hace
principalmente para mejorar la estabilidad/uniformidad del cabo de
hilo a base de reducir el flujo total de aire de enfriamiento
rápido en la dirección de traslación del cabo de hilo, lo cual
reduce la formación de grandes turbulencias y la formación de
chorros a gran escala a la salida del enfriamiento rápido.
La Fig. 5 ilustra otra realización de la Fig. 3,
estando los elementos iguales a los de la Fig. 3 designados con los
mismos números de referencia de la serie 200, y estando los
elementos que no se encuentran en la Fig. 3 designados con nuevos
números de referencia de la nueva serie 400. El sistema polietápico
que está ilustrado en la Fig. 5 prevé una salida de evacuación 409
para la cámara 406 de la segunda etapa. Al igual como el sistema de
tres etapas de la Fig. 3, el sistema de la Fig. 5 comprende dos
partes convergentes 416 y 435, un tubo 419 convergente y a
continuación divergente y una pantalla convergente opcional 220 a la
salida. La primera entrada de gas 408 suministra gas a la cámara
405 de la primera etapa. La segunda entrada de gas 209 está
sustituida por una etapa de evacuación 409 que retira gas de la
cámara 406 de la segunda etapa. Una cámara 430 de la tercera etapa
comprende una segunda entrada de gas 431 que suministra gas a la
cámara 430 de la tercera etapa. El gas de enfriamiento que fluye
entrando y saliendo de cada etapa puede ser regulado
independientemente a base de suministrar gas de enfriamiento a
través de estas entradas.
La salida de evacuación 409 puede ser como la
salida de evacuación de la Fig. 4. También aquí, como en todas las
figuras, la ubicación de la parte divergente puede ser variada para
dar al gas la velocidad deseada. Además, en la Fig. 5 no se requiere
una parte convergente, y por consiguiente el tubo puede ser un tubo
recto.
Análogamente al caso de la realización que ha
sido expuesta en conexión con la Fig. 3, el gas puede ser
introducido en el sistema a través de las entradas de gas 408 y 431
por cualesquiera medios y puede estar a presión atmosférica o a una
presión superior a la presión atmosférica. El suministro y la
evacuación pueden estar también alternados. En una realización de
la presente invención es suministrado aire normal en calidad del
aire de enfriamiento rápido sin usar. La cámara 406 de la segunda
etapa es entonces usada para retirar una parte del aire caliente de
la cámara 405 de la primera etapa. La proporción de aire caliente
que es retirada puede ser controlada activamente por medio de la
presión en la primera etapa de evacuación 409 y/o por medio del
adecuado dimensionado del área de paso del flujo del tubo perforado
cilíndrico 217 dentro de la cámara 406 de la segunda etapa (con
respecto al área de paso del flujo a la salida de la segunda parte
convergente 435). Tras haber sido retirada una parte del aire
caliente en la cámara 406 de la segunda etapa, es suministrado más
aire de enfriamiento rápido sin usar en la cámara 430 de la tercera
etapa según sea necesario.
Será obvio para los expertos en la materia que
pueden ser efectuadas variaciones de la presente invención sin por
ello salir fuera del alcance de la invención. Por ejemplo, en la
Fig. 6 está ilustrada una variación así del aparato de la Fig. 2 en
la cual los elementos que son iguales a los de la Fig. 2 están
designados con los mismos números de referencia de la serie 100, y
los elementos que no se encuentran en la Fig. 2 están designados con
nuevos números de referencia de la nueva serie 500. En la Fig. 6, a
través de una caja de vacío 521 es aplicado un apropiado nivel de
vacío al exterior de la pantalla convergente opcional 120. Este
vacío facilita adicionalmente la salida lateral del gas,
minimizando con ello la velocidad de salida del gas y la
correspondiente turbulencia del gas en la dirección del cabo de
hilatura. La caja de vacío 521 puede comprender opcionalmente una
chapa perforada opcional (no ilustrada) situada a la salida de la
pantalla convergente 120 y en las inmediaciones de una salida de
vacío o aspiración 547. Las perforaciones permiten que el gas salga
con uniformidad.
La Fig. 7 ilustra una variación adicional del
aparato de la Fig. 2, estando los elementos iguales a los de la
Fig. 2 designados con los mismos números de referencia de la serie
100 y estando los elementos que no se encuentran en la Fig. 2
designados con nuevos números de referencia de la nueva serie 600.
En esta realización, la pantalla convergente opcional 120 está
sustituida por un tubo 645 de pared recta que está perforado para
permitir la salida lateral del gas a través de una caja de vacío
621.
Las Figs. 8 y 9 ilustran otras realizaciones de
la presente invención. También en estas Figuras los elementos
iguales a los de la Fig. 2 están designados con los mismos números
de referencia de la serie 100, pero los elementos que no se
encuentran en la Fig. 2 están designados con nuevos números de
referencia de la nueva serie 700. La Fig. 8 muestra un sistema de
enfriamiento rápido de dos etapas que tiene una parte convergente
116 de la primera etapa y una parte convergente 126 de la segunda
etapa y una pieza divergente curvada 727 que facilita que el gas
que sale por D6 describa una curva suave sin un cambio brusco de
dirección. El tubo de pared recta que tiene un diámetro D8 que es
preferiblemente al menos dos veces mayor que D6 permite que el
resto de la corriente de gas fluya hacia abajo y salga sin
turbulencias. Puede estar también prevista una pantalla convergente
opcional 120 que tiene una boca de salida 123, fluyendo la
corriente de gas hacia abajo a través de la pantalla convergente
opcional 120 y de la boca de salida 123. En la Fig. 9, el aparato
es igual al de la Fig. 8, exceptuando el hecho de que la pantalla
convergente opcional 120 está retirada y sustituida por un tubo
perforado 720 como en la Fig. 7.
Las configuraciones de las Figs.
6-9 tienen un efecto análogo al de la configuración
de la Fig. 2, es decir que facilitan adicionalmente la salida
lateral del gas, minimizando con ello la velocidad de salida del
gas y la correspondiente turbulencia del gas en la dirección del
cabo de hilatura. Los conceptos que están ilustrados en las Figs.
6-9 son aplicables con resultados igualmente buenos
a aparatos de enfriamiento rápido provistos de una o varias
entradas de gas y opcionalmente de una o varias salidas de
evacuación.
La Fig. 10 ilustra una variación adicional del
aparato de la Fig. 2, estando los elementos iguales a los de la
Fig. 2 designados con los mismos números de referencia de la serie
100 y estando los elementos que no se encuentran en la Fig. 2
designados con nuevos números de referencia de la nueva serie 800.
La invención tal como está ilustrada en la Fig. 10 comprende dos
etapas que son una parte convergente cónica 816 para acelerar el
aire y una parte convergente y divergente en el tubo 819. La
totalidad o una parte de la parte divergente 817 está perforada
para permitir que una parte del gas sea evacuada al expansionarse y
para permitir que sean logrados efectos similares a los ilustrados
en las Figs. 6-9.
La Fig. 11 ilustra una variación adicional del
aparato de la Fig. 2, estando los elementos iguales a los de la
Fig. 2 designados con los mismos números de referencia de la serie
100 y estando los elementos que no se encuentran en la Fig. 2
designados con nuevos números de referencia de la nueva serie 900.
La Fig. 11 muestra un aparato de una sola entrada y dos etapas
según la presente invención. El aparato de una sola entrada y dos
etapas es similar al de la Fig. 2, pero tiene una sola entrada de
gas. Una cámara 105 de la primera etapa y una cámara 106 de la
segunda etapa están formadas cada una en la pared interior
cilíndrica de la caja 107. La cámara 105 de la primera etapa está
adaptada para quedar situada debajo de una hilera 113. La cámara
106 de la segunda etapa está situada entre la cámara 105 de la
primera etapa y el tubo 119. Una pared anular perforada 902, que
está unida a la pared interior cilíndrica 103 en la parte inferior
de la cámara 105 de la primera etapa, separa la cámara 105 de la
primera etapa de la cámara 106 de la segunda etapa. El gas que es
suministrado a través de la entrada de gas 109 de la segunda etapa
suministra gas a la cámara 106 de la segunda etapa, fluyendo este
gas a través de la pared anular perforada 902 y pasando así este
gas a la cámara 105 de la primera etapa. Así, el gas que es
suministrado a través de la entrada de gas de la segunda etapa
suministra gas a los filamentos en la cámara tanto de la primera
etapa como de la segunda etapa.
La Fig. 12 ilustra una variación de los aparatos
de la Fig. 3 y de la Fig. 4, estando los elementos iguales a los de
la Fig. 3 y de la Fig. 4 designados con los mismos números de
referencia de la serie 200 y de la serie 300 y estando los elementos
que no se encuentran en la Fig. 3 y en la Fig. 4 designados con
nuevos números de referencia de la nueva serie 1100. La Fig. 12
muestra un aparato de cuatro etapas según la presente invención. La
primera etapa 1105 está abierta a la atmósfera. El aire en
aceleración en la cámara 1106 de la segunda etapa, que actúa como
un aspirador, induce el flujo de gas al interior y a través de la
primera etapa 1105. El gas que es suministrado a través de la
entrada de gas 1108 de la segunda etapa es gas superatmosférico. La
alta velocidad del aire en aceleración en la primera parte
convergente 1116 actúa como un aspirador, aspirando el gas ambiente
(atmosférico) de la primera etapa 1105. Una salida de evacuación
1109 está prevista para la cámara 1130 de la tercera etapa. Así, la
cámara 1130 de la tercera etapa es usada para retirar de las cámaras
1105 y 1106 de la primera etapa y de la segunda etapa una parte del
aire caliente. La proporción de aire caliente que es retirada puede
ser controlada activamente por medio de la presión en la etapa de
evacuación 1109 y/o por medio del adecuado dimensionado del área de
paso del flujo del conjunto 1111 que constituye una pantalla
cilíndrica de enfriamiento rápido y/o del tubo perforado 1117. Es
introducido adicionalmente gas en el sistema a través de la entrada
de gas 1131 en la cámara 1141 de la cuarta etapa, a presión
atmosférica o a presión superatmosférica.
La Fig. 13 ilustra una variación del aparato de
la Fig. 4, estando los elementos iguales a los de la Fig. 4
designados con los mismos números de referencia de la serie 300 y
estando los elementos que no se encuentran en la Fig. 4 designados
con nuevos números de referencia de la nueva serie 1200. La
invención tal como está ilustrada en la Fig. 13 comprende un tubo
1219 que tiene una parte 1236 y una parte recta 1227 a la salida del
enfriamiento rápido. El diámetro y la longitud de la parte recta
1227 del tubo pueden ser dimensionados para lograr la contrapresión
óptima para controlar la cantidad de aire que es evacuada en la
cámara 341 de la cuarta etapa. Análogamente, la parte convergente
1236 puede ser dimensionada para dar fortaleza y estabilidad al
aire que rodea los filamentos.
En la Fig. 13, una pared anular 302, que está
unida a la pared interior cilíndrica 303 en la parte inferior de la
cámara 305 de la primera etapa, separa la cámara 305 de la primera
etapa de la cámara 306 de la segunda etapa. Una primera parte
convergente 1216 que tiene una convergencia cónica o continua a la
salida de la parte convergente está formada entre la primera etapa
de evacuación 309 y la pared anular 343. Otra pared anular 332, que
está unida a la pared interior cilíndrica 333 en la parte inferior
de la cámara 306 de la segunda etapa, separa la cámara 306 de la
segunda etapa de la cámara 330 de la tercera etapa. Una segunda
parte convergente 1235 está formada entre la segunda entrada de gas
331 y la pared de fondo 301. Una tercera pared anular 343, que está
unida a la pared interior cilíndrica 344 en la parte inferior de la
cámara 330 de la tercera etapa, separa la cámara 330 de la tercera
etapa de la cámara 341 de la cuarta etapa.
Los conceptos que están ilustrados en las Figs.
6-13 son aplicables con resultados igualmente
buenos a aparatos de enfriamiento rápido de una etapa o de varias
etapas, con una o varias entradas de gas, y opcionalmente con una o
varias salidas de evacuación. Una sola etapa puede incluir una o
varias entradas de gas o una o varias salidas de evacuación de gas
o una combinación de al menos una salida de evacuación y al menos
una entrada. Además, la invención no queda limitada a la geometría
circular y cilíndrica. Por ejemplo, la pantalla de enfriamiento
rápido, el tubo perforado y las partes de convergencia y divergencia
pueden ser de sección transversal rectangular u oval si la
agrupación de hileras (filamentos) tiene una sección transversal
rectangular o de forma irregular.
La presente invención no queda limitada a un
sistema de enfriamiento rápido que rodea una agrupación circular de
filamentos, sino que puede ser aplicada más ampliamente, p. ej. a
otros apropiados sistemas de enfriamiento rápido que introduzcan el
gas de enfriamiento en una agrupación apropiadamente configurada de
filamentos fundidos recién extrusionados en una zona situada debajo
de una hilera.
La anterior descripción y la siguiente da
detalles de la preparación de filamentos de poliéster. Sin embargo,
la invención no queda limitada a los filamentos de poliéster, sino
que puede ser aplicada a otros polímeros susceptibles de ser hilados
por fusión, incluyendo poliolefinas, como p. ej. polipropileno y
polietileno. Los polímeros incluyen copolímeros, polímeros mixtos,
mezclas y polímeros de cadena ramificada, tan sólo a título de unos
pocos ejemplos. El vocablo "filamento" es además utilizado
genéricamente y no excluye necesariamente las fibras cortadas (a
menudo llamadas fibras discontinuas), si bien los polímeros
sintéticos son en general preparados inicialmente en forma de
filamentos poliméricos continuos según son hilados por fusión
(extrusionados). La velocidad de los filamentos dependerá del
polímero que se use. Sin embargo, el aparato de la invención puede
ser usado a velocidades más altas que las de los sistemas
convencionales.
Se ejemplifica a continuación la invención
mediante los siguientes ejemplos no limitativos. El sistema de
enfriamiento rápido radial convencional de la Fig. 1 fue usado como
control de enfriamiento rápido radial al que se llama de aquí en
adelante "Control RQ A". Las fibras producidas en los ejemplos
fueron caracterizadas a base de medir determinadas propiedades.
Las de la mayor parte de las propiedades de las
fibras son propiedades de tracción y encogimiento convencionales
que son medidas convencionalmente como se describe en las Patentes
U.S. Núms. 4.687.610, 4.691.003, 5.141.700, 5.034.182 y
5.824.248.
La Fluctuación del Denier (DS) es una medida de
la irregularidad a lo largo del cabo de un hilo que se determina
calculando la variación de masa según medición efectuada a
intervalos regulares a lo largo del hilo. La variabilidad del denier
es medida a base de pasar el hilo a través de una ranura de
condensador que responde a la masa instantánea en la ranura. La
muestra de ensayo es dividida electrónicamente en ocho tramos
parciales de 30 m, siendo efectuadas mediciones cada 0,5 m. Son
promediadas las diferencias entre las mediciones de masa máximas y
mínimas dentro de cada uno de los ocho tramos parciales. La
fluctuación del denier es registrada como porcentaje de esta
diferencia de promedio dividida por la masa de promedio a lo largo
de todos los 240 m del hilo. Los ensayos pueden ser efectuados en un
aparato de medida ACW400/DVA (Automatic Cut and Weigh/Denier
Variation Accessory) que es suministrado por la Lenzing Technik, de
Lenzing, Austria, A-4860.
La Tensión de Estirado (DT), en gramos, fue
medida a una relación de estirado de 1,7 y a una temperatura del
calentador de 180ºC. La tensión de estirado es usada como una
medida de la orientación. La tensión de estirado puede ser medida en
un Aparato de Medida de la Tensión de Estirado DTI 400, que es
también suministrado por la Lenzing Technik.
La Tenacidad (Ten) es medida en gramos por
denier, y el alargamiento (E) es en %. Estos valores son medidos
según la norma ASTM D2256 usando una probeta con una longitud de
prueba de 10 pulgadas (25,4 cm) a una humedad relativa del 65% y a
70 grados F, a una velocidad de alargamiento de un 60% por
minuto.
Los pies cúbicos por minuto fueron medidos en
pulgadas de columna de agua.
Una Máquina de Pruebas de Materiales Uster 3
Modelo C fabricada por la Zellweger Uster AG de
CH-8610, Uster, Suiza, fue usada para medir la
irregularidad de masa U%(N) del hilo de control y del hilo de
ensayo. El número en porcentaje indica la cantidad de desviación de
la masa con respecto a la masa media de la muestra sometida a ensayo
y es un potente indicador de la uniformidad global del material.
Los ensayos fueron efectuados siguiendo el Método ASTM D 1425.
Todos los hilos sometidos a ensayo fueron pasados a 200 yardas/min.
por espacio de 2,5 minutos. El retorcedor Rotofil de la máquina de
pruebas de materiales fue ajustado para producir torsión en S en
los hilos, y su presión fue ajustada para obtener la U% óptima.
Para POYs de 127-34, 170-34 y
115-100 la presión fue de 1,0 bar, y para POY de
265-34 se usó una presión de 1,5 bares. Fue también
usada para someter a ensayo los productos consistentes en HOY de
100-34 una presión de 1,0 bar.
Un hilo de poliéster de un denier de 127 y de 34
filamentos de sección transversal redonda (de
127-34) fue hilado a base de polímero de
poli(tereftalato de etileno) usando un sistema de
enfriamiento rápido como el que ha sido descrito anteriormente y
está ilustrado en la Fig. 2, estando los parámetros primarios del
aparato enumerados en la siguiente Tabla 1, habiendo sido así
producido hilo cuyas propiedades están también indicadas en la Tabla
1. El aire de enfriamiento rápido de la primera etapa es
suministrado (a razón de 50 pies cúbicos por minuto, 23 l/seg.) a
través de un conjunto 111 que constituye una pantalla de
enfriamiento rápido que tiene un diámetro interior D, debajo de la
cual está la parte convergente de la primera etapa que tiene un
diámetro de entrada D2 y una altura L1. Una parte tubular 125
formada por las paredes interiores de la parte convergente 116
tiene un diámetro de entrada D3, un diámetro de salida D4 y una
longitud L2. Una fuente independiente y secundaria de aire de
enfriamiento (44 pies cúbicos por minuto, 20,5 l/seg.) suministra
aire de enfriamiento a través del tubo perforado cilíndrico 117, y
dicho aire de enfriamiento se combina con el suministro de aire de
la primera etapa en la entrada (diámetro D5) de la parte
convergente 126 de la segunda etapa. La parte convergente 126 de la
segunda etapa tiene un diámetro de salida D6 y una longitud de
convergencia L3 y está situada a la entrada del tubo de hilado 119.
La parte inferior del tubo de hilado 119 diverge hasta el diámetro
D7 a lo largo de la longitud L4 y está equipada con un cono difusor
perforado de evacuación 120 que tiene una altura L5. Para todos los
ejemplos y controles allí donde ello es aplicable, la longitud del
tubo perforado 117 de la segunda etapa es de 1,875 pulgadas. Al
aparato según la invención del Ejemplo 1 se le llamará de aquí en
adelante "Realización A". El hilo hilado con la Realización A
era extraído a una velocidad de extracción de 3.900 mpm.
A efectos comparativos, fue también hilado un
hilo de control a base del mismo polímero usando el sistema de
enfriamiento rápido que ha sido descrito anteriormente e ilustrado
haciendo referencia a la Fig. 1, y el correspondiente proceso y las
propiedades del hilo resultante están también indicados a efectos
comparativos en la Tabla 1. El proceso aplicado para fabricar el
hilo de control incorpora un diseño para la realización de un
"enfriamiento rápido radial" convencional en el que el aire de
enfriamiento sale del dispositivo de enfriamiento rápido a través
de un tubo de evacuación 15 cuyo diámetro es similar al diámetro del
conjunto 11 que constituye una pantalla de enfriamiento rápido a
través del cual es suministrado el aire de enfriamiento. El
dispositivo de enfriamiento rápido era alimentado con 42 pies
cúbicos por minutos (19,5 l/seg.) de aire de enfriamiento, y la
velocidad de extracción del hilo era de 3.100 mpm.
Este ejemplo demuestra que la velocidad de los
filamentos puede ser incrementada en el aparato de la presente
invención, y que es obtenido hilo cuyas propiedades comparables son
superiores, como queda reflejado por el valor aproximado de la
fluctuación del denier. Este ejemplo demuestra también una
importante característica de la presente invención que se ocupa de
la hilatura neumática, como es p. ej. la de que se puede efectuar la
hilatura con velocidades (y productividades) más altas produciendo
el mismo producto o un producto mejor. Si se intentase trabajar a
velocidades más altas, de digamos 3.400 mpm y más, sin las ventajas
de la hilatura neumática, el producto sería diferente y por
consiguiente inaceptable. La tensión de estirado sería alta y el
alargamiento porcentual (%Eb) sería bajo. Por ejemplo, si para el
Ejemplo 1 se hubiese efectuado un ensayo de control (sin hilatura
neumática) a 3.900 mpm, la tensión de estirado habría sido
probablemente de poco más o menos 140 g (véase la columna 8, líneas
19-22, de la Patente U.S. Nº 5.824.248). Para los
POYs de poliéster, la tensión de estirado prácticamente caracteriza
el hilo. Si son iguales las tensiones de estirado de dos muestras,
el %Eb, la tenacidad y otras propiedades serán aproximadamente
iguales.
| Parámetros del Proceso | \hskip-10mm Control A | Ejemplo 1 | ||
| Dimensiones del Sistema de Enfriamiento Rápido | ||||
| (pulg., cm) | ||||
| Altura A del Retardo del Enfriamiento Rápido | 3.5 | 8.9 | 3.5 | 8.9 |
| Altura B de la Pantalla de Enfriamiento Rápido | 6.5 | 16.5 | 6,5 | 16,5 |
| Altura C del Tubo de Evacuación | 14 | 35.6 | ||
| Diámetro D de la Pantalla de Enfriamiento Rápido | 4 | 10.2 | 4 | 10.2 |
| Diámetro D1 del Tubo de Evacuación | 3.75 | 9.5 | ||
| Altura L1 Cono Convergente 1ª Etapa | 5 | 12.7 | ||
| Altura L2 Tubo 1ª Etapa | 3 | 7.6 | ||
| Altura L3 Parte Convergente 2ª Etapa | 4.13 | 10.5 | ||
| Altura L4 Parte Divergente 2ª Etapa | 17 | 43.2 | ||
| Altura L5 Cono Difusor Perforado de Evacuación | 8 | 20.3 | ||
| Diámetro D2 Entrada Cono 1ª Etapa | 3.75 | 9.5 | ||
| Diámetro D3 Entrada Tubo 1ª Etapa | 1 | 2.54 | ||
| Diámetro D4 Salida Tubo 1ª Etapa | 1 | 2.54 | ||
| Diámetro D5 Entrada Parte Convergente 2ª Etapa | 1.75 | 4.45 | ||
| Diámetro D6 Salida Parte Convergente 2ª Etapa | 1.5 | 3.81 | ||
| Diámetro D7 Salida Parte Divergente 2ª Etapa | 2.5 | 6.35 |
| Parámetros del Hilo | ||
| Velocidad de Extracción (mpm) | 3,100 | 3,940 |
| Nº de Capilares/Filamentos | 34 | 34 |
| Denier (dtex) | 127 (141) | 127 (141) |
| Fluctuación del Denier, % | 1.05 | 1.1 |
| Tensión de Estirado, gramos | 63.4 | 62.2 |
| Tenacidad, gdp, (g/dtex) | 2.84 (2.56) | N.M. |
| Alargamiento, Eb% | 140.2 | N.M. |
| N.M.medición no efectuada |
Fue hilado un segundo hilo de poliéster de
127-34 usando el mismo sistema de enfriamiento
rápido como en el Ejemplo 1, exceptuando el hecho de que es cónico
el tubo recto que tiene un diámetro de entrada D3 y un diámetro de
salida D4 y está situado entre los conos convergentes de la primera
etapa y de la segunda etapa. El diámetro de entrada D3 es de 1
pulgada, como en el Ejemplo 1, pero la sección decrece
progresivamente hasta un diámetro de salida D4 de 0,75 pulgadas, lo
cual acelera el gas de enfriamiento de la primera etapa a través de
la parte convergente hasta una velocidad de promedio que es más
alta que la que existiría si la sección fuese invariable. Al
aparato modificado del Ejemplo 1 anteriormente descrito se le
llamará de aquí en adelante "Realización B". En el Ejemplo 2,
la primera etapa era alimentada con 33 pies cúbicos por minuto
(15,4 l/seg.) de aire de enfriamiento, mientras que el suministro de
aire de la segunda etapa era de 35 pies cúbicos por minuto (16,3
l/seg.). La velocidad del aire de promedio de la salida del tubo
125 de la primera etapa para el Ejemplo 2 era un 17% más alta que la
del Ejemplo 1 (3225 frente a 2755 mpm). El tubo cónico permite una
reducción aproximada de un 30% en la cantidad total del consumo de
aire de enfriamiento (68 pies cúbicos por minuto (31,7 l/seg.)
frente a 94 pies cúbicos por minuto (43,8 l/seg.) para el
suministro de aire de la 1ª etapa y de la 2ª etapa) que se requiere
para el proceso de hilatura, pero sin embargo proporciona unas
velocidades de extracción equiparables (3900 mpm) o una
productividad equiparable, y lo que es aún más importante, mejora la
uniformidad del hilo dando lugar a una disminución de la fluctuación
del denier, que es de un 0,65% frente a un 1,1%.
| Parámetros del Proceso | \hskip-10mm Control A | Ejemplo | ||
| Dimensiones del Sistema de Enfriamiento Rápido | ||||
| (pulg., cm) | ||||
| Altura A del Retardo del Enfriamiento Rápido | 3.5 | 8.9 | 3.5 | 8.9 |
| Altura B de la Pantalla de Enfriamiento Rápido | 6.5 | 16.5 | 6.5 | 16.5 |
| Altura C del Tubo de Evacuación | 14 | 35.6 | ||
| Diámetro D de la Pantalla de Enfriamiento Rápido | 4 | 10.2 | 4 | 10.2 |
| Diámetro D1 del Tubo de Evacuación | 3.75 | 9.5 | ||
| Altura L1 Cono Convergente 1ª Etapa | 5 | 12.7 | ||
| Altura L2 Tubo 1ª Etapa | 3 | 7.6 | ||
| Altura L3 Parte Convergente 2ª Etapa | 4.13 | 10.5 | ||
| Altura L4 Parte Divergente 2ª Etapa | 17 | 43.2 | ||
| Altura L5 Cono Difusor Perforado de Evacuación | 8 | 20.3 | ||
| Diámetro D2 Entrada Cono 1ª Etapa | 3.75 | 9.5 | ||
| Diámetro D3 Entrada Tubo 1ª Etapa | 1 | 2.54 | ||
| Diámetro D4 Salida Tubo 1ª Etapa | 0.75 | 1.91 | ||
| Diámetro D5 Entrada Parte Convergente 2ª Etapa | 1.75 | 4.45 | ||
| Diámetro D6 Salida Parte Convergente 2ª Etapa | 1.5 | 3.81 | ||
| Diámetro D7 Salida Parte Divergente 2ª Etapa | 2.5 | 6.35 |
| Parámetros del Hilo | ||
| Velocidad de Extracción (mpm) | 3,100 | 3,900 |
| Nº de Capilares/Filamentos | 34 | 34 |
| Denier (dtex) | 127 (141) | 127 (141) |
| Fluctuación del Denier, % | 1.05 | 0.65 |
| Tensión de Estirado, gramos | 63.4 | 66.4 |
| Tenacidad, gdp, (g/dtex) | 2.84 (2.56) | 2.55 (2.30) |
| Alargamiento, Eb% | 140.2 | 125.3 |
Este ejemplo demuestra que usando el aparato de
la presente invención pueden ser hilados y sometidos a enfriamiento
rápido otros tipos de productos. Por ejemplo, mediante el control
del sistema de enfriamiento rápido con aire según la invención
pueden ser producidos hilos de cualquier denier deseado a
velocidades más altas que las que pueden ser alcanzadas con los
sistemas convencionales. Los controles para estas pruebas incluyen
también un sistema de enfriamiento rápido por flujo cruzado BARMAG
que está a la venta en el mercado (Control XFQ) y un segundo control
con enfriamiento rápido radial que es el Control RQ B. El sistema
de enfriamiento rápido por flujo cruzado convencional suministraba
1278 pies cúbicos por minuto (603 litros/seg.) por cada 6 cabos de
hilo a través de una pantalla difusora que tenía una longitud de
47,2 pulgadas (119,9 cm) y una anchura de 32,7 pulgadas (83,1 cm) y
un área de la sección transversal de 1543 pulgadas^{2} (9955
cm^{2}). En el control RQ B se utiliza un difusor de enfriamiento
rápido radial comercial cuya geometría es la ilustrada en la Fig.
1, exceptuando que D = 3 pulgadas y D1 = 2,75 pulgadas y C = 7,8
pulgadas.
Los resultados obtenidos están indicados en la
Tabla 3. Para todas las realizaciones de la presente invención y
para los controles allí donde ello sea aplicable, la longitud del
tubo perforado 117 de la segunda etapa es de 1,875 pulgadas. Para
todas las pruebas exceptuando la Prueba 3, la altura de retardo del
enfriamiento rápido era de 3,25 pulgadas.
Fueron hilados seis tipos distintos de hilo de
poliéster usando un aparato según la Fig. 2. La primera prueba
consistió en un hilo parcialmente orientado (POY) de poliéster de
127-34 ó 3,7 dpf de denier liviano que fue hilado
usando un Control XFQ a 3035 mpm, un Control RQ A a 3100 mpm, la
Realización A a 3940 mpm, la Realización B a 3900 mpm y la
Realización B con un atemperador a 4500 mpm.
Otras dimensiones y otros parámetros eran los que
se indican a continuación:
- Temperatura del bloque de hilado de control = 293ºC
- Temperatura del bloque de hilado de la invención = 297ºC
- Caudal del aire de enfriamiento rápido en la 1ª etapa
- Control RQ A = 42,0 pies cúbicos por minuto
- Realización A = 44,0 pies cúbicos por minuto
- Realización B = 33,0 pies cúbicos por minuto
- Caudal del aire de enfriamiento rápido en la 2ª etapa = 35,0 pies cúbicos por minuto allí donde ello es aplicable.
La comparación entre la Realización A y el
control con enfriamiento rápido radial pone de manifiesto que la
invención proporciona productos similares con una velocidad de
hilatura un 27% más alta.
La comparación entre la Realización A y la
Realización B compara los resultados para una sección de cono
progresivamente decreciente (tubo que pasa de un diámetro de 1'' a
un diámetro de 0,75'') con los resultados para una sección de cono
invariable (tubo con un diámetro de 1''). Los resultados indican que
una salida cónica del cono puede proporcionar mejor uniformidad (%
DS, U% (N)), habiendo sido usado menos aire. La velocidad de
hilatura era aproximadamente la misma.
Fue también usada en esta prueba la Realización B
usando un atemperador en conjunción con el sistema de enfriamiento
rápido similar a la Realización B. Fue usado un atemperador (a
200ºC, con una longitud del tramo de atemperación de 100 mm) en
combinación con un aparato menor que tenía un diámetro de salida del
cono de la primera etapa (1S) (tubo recto de 0,60'' de diámetro
frente al tubo que pasaba de un diámetro de 1,0'' a un diámetro de
0,75'' para la Realización B), un caudal de aire de la primera
etapa muy inferior (de 19 pies cúbicos por minuto frente a los 33
pies cúbicos por minuto para la Realización B) y una temperatura del
polímero más baja (de 290 frente a 297 para la Realización B). Con
el atemperador la velocidad de hilatura se incrementó pasando de
ser de 3900 mpm a ser de 4500 mpm. Este ejemplo ilustra otra
variación de la invención y las ventajas aditivas que se logran
cuando la invención es combinada con otro dispositivo tal como un
atemperador. Este ejemplo demuestra también la posibilidad de
efectuar un control independiente de la productividad de la
hilatura por medio del diseño de la primera etapa para maximizar el
adelgazamiento del material en forma de masa fundida.
La siguiente prueba consistió en la hilatura de
un POY de poliéster de denier mediano de 170-34 ó5
dpf que fue hilado usando el Control RQ A a 3445 mpm, la Realización
A a 4290 mpm y la Realización A a 4690 mpm.
Otras dimensiones y otros parámetros fueron los
indicados a continuación:
- Temperatura del bloque de hilado de control = 291ºC
- Temperatura del bloque de hilado de la invención = 293ºC
- Caudal del aire de enfriamiento rápido en la 1ª etapa
- Control RQ A = 58,0 pies cúbicos por minuto
- Realización A (4290 mpm) = 35,0 pies cúbicos por minuto
- Realización A (4690 mpm) = 44,0 pies cúbicos por minuto
- Caudal del aire de enfriamiento rápido en la 2ª etapa
- Realización A (4290 mpm) = 35,0
- Realización A (4690 mpm) = 50,0
El Control RQ A fue comparado con la Realización
A a velocidades incrementadas para un hilo de denier mediano. Los
resultados demuestran los efectos que son ejercidos en la
productividad de la hilatura a base de incrementar el caudal de
aire en las etapas uno y dos. Se logró un incremento de la
productividad de un 36,1% con 94 pies cúbicos por minuto frente a
un incremento de un 24,5% con 70 pies cúbicos por minuto.
La tercera prueba consistió en la hilatura de un
POY de poliéster de denier pesado de 265-34 o 7,8
dpf que fue hilado usando el Control XFQ a 3200 mpm, el Control RQ A
a 3406 mpm y con un caudal de aire de 42,0 pies cúbicos por minuto
en la etapa uno, el Control RQ A a 3406 mpm y con un caudal de aire
de 58,0 pies cúbicos por minuto en la etapa uno, la Realización B a
4272 mpm y con un caudal de aire de 29,5 pies cúbicos por minuto en
la etapa uno, y la Realización B a 4422 mpm y con un caudal de aire
de 33,0 pies cúbicos por minuto en la etapa uno.
\newpage
Otras dimensiones y otros parámetros fueron los
que se indican a continuación:
- Temperatura del bloque de hilado para los Controles RQ y la invención = 281ºC
- Caudal del aire de enfriamiento rápido en la 1ª etapa
- Control RQ A (42 pies cúbicos por minuto) = 42,0
- Control RQ A (58 pies cúbicos por minuto) = 58,0
- Realización B (29,5 pies cúbicos por minuto) = 29,5
- Realización B (33 pies cúbicos por minuto) = 33,0
- Caudal del Aire de Enfriamiento Rápido en la 2ª Etapa = 35,0
- Altura de Retardo del Enfriamiento Rápido = 1,25 pulgadas
Los resultados de la tercera prueba pusieron de
manifiesto los efectos de incrementar los caudales del aire de
enfriamiento rápido en la productividad para los Controles RQ. No
se observaron efectos cuando el caudal de aire fue incrementado
pasando de 42 a 58 pies cúbicos por minuto (+38%). Los resultados
ponen además de manifiesto los efectos de incrementar los caudales
del aire de enfriamiento rápido en la productividad para el sistema
de enfriamiento rápido de la Realización B. La productividad
aumentó pasando de ser de un 25,4% a ser de un 29,8% cuando el
caudal de aire fue incrementado pasando de ser de 29,5 pies cúbicos
por minuto a ser de 33 pies cúbicos por minuto (+11,9%).
La prueba 4 fue llevada a cabo usando un
micro-POY de poliéster de 115-100 en
el Control RQ B a 2670 mpm, en la Realización B a 3490 mpm y en la
Realización B a 3500 mpm. Los resultados pusieron de manifiesto que
para hilo de micro-denier podía ser producido un
producto equiparable a velocidades de hilatura más altas.
Otras dimensiones y otros parámetros son los
siguientes:
- Temperatura del Bloque de Hilado + 297ºC
- Caudal del Aire de Enfriamiento Rápido en la 1ª Etapa
- Control RQ B = 42,0
- Realización B (3490 mpm) = 29,5
- Caudal del Aire de Enfriamiento Rápido en la 2ª Etapa = 35,0
La prueba 5 fue llevada a cabo usando un hilo de
poliéster de 170-100 o 170-34. El
hilo de poliéster de 170-100 ó
170-34 fue hilado usando el Control RQ B a 3200 mpm
y la Realización B a 4580 mpm. También en este caso los resultados
demostraron que para hilo de micro-denier puede ser
producido un producto equiparable a velocidades de hilatura más
altas.
Una prueba final consistió en HOY de
100-34 que fue hilado en la Realización B a 5000,
6000, 7000 y 7500. Los resultados demostraron que podía ser hilado a
altas velocidades hilo altamente orientado.
| Spin | |||||||||
| Producto | Velocidad | DT | %DS | U% | Ten. | Alarga- | Prod. | ||
| de | (N) | miento | |||||||
| Hilatura | (N) | ||||||||
| Prueba 1 | Den./Nº de | (mpm) | (gramos) | (%) | (%) | (g/d) | (%) | Ganancia | |
| filamentos | (%) | ||||||||
| Control XFQ | 127-34 | POY | 3035 | 62.5 | 1.20-1.50 | ||||
| Control RQ A | 3100 | 63.4 | 1.05 | 0.62 | 2.84 | 140.20 |
| Spin | |||||||||
| Producto | Velocidad | DT | %DS | U% | Ten. | Alarga- | Prod. | ||
| de | (N) | miento | |||||||
| Hilatura | (N) | ||||||||
| Realización A | 3940 | 66.8 | 0.87 | 0.86 | 2.62 | 129.3 | 27.1 | ||
| Realización B | 3900 | 66.4 | 0.65 | 0.74 | 2.55 | 125.3 | 28.5 | ||
| Realización B | 4500 | 63.2 | 1.11 | 45.2 | |||||
| (con | |||||||||
| Atemperador) | |||||||||
| Prueba 2 | |||||||||
| Control RQ A | 170-34 | POY | 3445 | 101.5 | 1.58 | 0.81 | 2.93 | 129.0 | |
| Realización A | 4290 | 104.8 | 1.14 | 1.11 | 2.73 | 116.70 | 24.5 | ||
| Realización A | 4690 | 105.4 | 2.22 | 1.51 | 2.56 | 113.20 | 36.1 | ||
| Prueba 3 | |||||||||
| Control XFQ | 265-34 | POY | 3200 | 130 | 1.00-1.30 | <1.0 | |||
| Control RQ A | 3500 | 137.2 | 3.66 | ||||||
| Control RQ A | 3406 | 132.8 | 2.84 | .87 | 2.71 | 130.5 | |||
| (42 pies cúbicos | |||||||||
| por minuto) | |||||||||
| Control RQ A | 3406 | 129.5 | 3.16 | 0.92 | 2.70 | 132.1 | |||
| (58 pies cúbicos | |||||||||
| por minuto) | |||||||||
| Realización B | 4272 | 132.8 | 1.63 | 1.14 | 2.30 | 117.00 | 33.5 | ||
| (29,5 cúbicos | |||||||||
| por minuto) | |||||||||
| Realización B | 4422 | 132.3 | 1.870 | 1.26 | 2.25 | 114.70 | 38.2 | ||
| (33 pies cúbicos | |||||||||
| por minuto) | |||||||||
| CFM) | |||||||||
| Prueba 4 | |||||||||
| Control RQ B | 115-100 | POY | 2670 | 69.9 | 0.84 | 2.13 | 2.84 | 141.9 | |
| Realización B | 3490 | 72.9 | 0.74 | 0.76 | 2.58 | 125.1 | 30.7 | ||
| Realización B | 3500 | 71.6 | 0.72 | 0.70 | 2.50 | 128.50 | 25.9 | ||
| Prueba 5 | |||||||||
| Control RQ B | 170-100 | POY | 3200 | 102.5 | |||||
| Realización B | 4580 | 102.2 | 0.92 | 1.06 | 43.1 |
| Spin | |||||||||
| Producto | Velocidad | DT | %DS | U% | Ten. | Alarga- | Prod. | ||
| de | (N) | miento | |||||||
| Hilatura | (N) | ||||||||
| Prueba 6 | |||||||||
| Realización B | 100-34 | HOY | 5000 | 69.3 | 0.70 | 0.64 | 3.41 | 72.40 | |
| Realización B | 6000 | 130.2 | 0.67 | 0.66 | 3.94 | 58.60 | |||
| Realización B | 7000 | 184.1 | 0.96 | 0.72 | |||||
| Realización B | 7500 | 200.7 | 0.79 | 0.90 | |||||
| XFQ = enfriamiento rápido por flujo cruzado | |||||||||
| RQ = enfriamiento rápido radial |
A pesar de que la invención ha sido descrita
anteriormente en detalle a efectos ilustrativos, se entiende que el
experto en la materia puede incorporar numerosas variaciones y
alteraciones sin por ello salir fuera del espíritu y del alcance de
la invención definida por las reivindicaciones siguientes.
Claims (20)
1. Aparato de hilatura por fusión que es para
hilar filamentos poliméricos continuos y comprende:
una cámara de entrada de gas de la primera etapa
que está adaptada para quedar situada debajo de una hilera y una
cámara de entrada de gas de la segunda etapa que está situada debajo
de la cámara de entrada de gas de la primera etapa, suministrando
las cámaras de entrada de gas de la primera etapa y de la segunda
etapa gas a los filamentos para controlar la temperatura de los
filamentos; y
un tubo situado debajo de la cámara de entrada de
gas de la segunda etapa para rodear los filamentos al enfriarse los
mismos; estando dicho aparato de hilatura por fusión
caracterizado por el hecho de que el tubo incluye una pared
interior que tiene una parte convergente que va seguida por una
parte divergente.
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que
entre la cámara de entrada de gas de la primera etapa y la cámara
de entrada de gas de la segunda etapa está formada una parte
convergente de la primera etapa.
3. El aparato de la reivindicación 1, que incluye
además una caja que está adaptada para quedar situada debajo de una
hilera, y una cámara de la primera etapa y una cámara de la segunda
etapa que están formadas cada una en la pared interior de la caja,
estando una pared unida a la pared interior en una parte inferior de
la cámara de la primera etapa para separar la cámara de la primera
etapa de la cámara de la segunda etapa.
4. El aparato de la reivindicación 1, que incluye
además una pantalla de enfriamiento rápido que está situada
centralmente en la cámara de la primera etapa, estando el aparato
adaptado de forma tal que desde la entrada de gas de la primera
etapa es soplado hacia el interior gas a presión a través de la
cámara de la primera etapa y al interior de una zona formada en la
pared interior de la pantalla de enfriamiento rápido.
5. El aparato de la reivindicación 1, que incluye
además una parte convergente de la primera etapa formada en el
interior de la pared interna, y un tubo perforado dispuesto debajo
de la parte convergente de la primera etapa y entre la entrada de
gas de la primera etapa y la entrada de gas de la segunda etapa,
estando el tubo perforado situado centralmente dentro de la cámara
de la segunda etapa.
6. El aparato de la reivindicación 1, que incluye
además un cono convergente que tiene paredes perforadas y está
situado debajo de la parte divergente.
7. El aparato de la reivindicación 1, que incluye
además una cámara de la tercera etapa formada en la pared interior
de la caja y una entrada de gas de la tercera etapa para
suministrar gas a la cámara de la tercera etapa, estando el tubo
situado debajo de la cámara de entrada de gas de la tercera
etapa.
8. El aparato de la reivindicación 6, que incluye
además una caja de vacío que está situada debajo de la parte
divergente, rodeando la caja de vacío al cono convergente.
9. El aparato de la reivindicación 1, que incluye
además una caja de vacío que está situada debajo de la parte
divergente, y un tubo de pared recta que está situado debajo de la
parte divergente, rodeando la caja de vacío al tubo de pared
recta.
10. El aparato de la reivindicación 6, en el que
la parte divergente es una pieza divergente curvada.
11. El aparato de la reivindicación 1, en el que
la parte divergente es una pieza divergente curvada, incluyendo
además dicho aparato un tubo perforado situado debajo de la parte
divergente.
12. El aparato de la reivindicación 1, en el que
la parte divergente está perforada para permitir que sea evacuada
una parte del gas al expansionarse el mismo.
13. El aparato de la reivindicación 1, en el que
una entrada de gas introduce aire ambiente en una cámara de la
primera etapa, y una segunda entrada de gas introduce aire
superatmosférico en una cámara de la segunda etapa.
14. Proceso de hilatura por fusión que es para
hilar filamentos poliméricos continuos y comprende los pasos
de:
pasar una masa fundida polimérica calentada por
una hilera para formar filamentos;
aportar un gas a los filamentos desde una cámara
de entrada de gas que está situada debajo de la hilera en una
primera etapa;
aportar un gas a los filamentos desde una cámara
de entrada de gas en una segunda etapa;
pasar los filamentos a un tubo que está situado
debajo de las cámaras de entrada de gas, comprendiendo dicho tubo
una pared interior que tiene una parte convergente que va seguida
por una parte divergente.
15. El proceso de la reivindicación 14, en el que
los filamentos salen del tubo y son tomados por un cilindro
tomador, siendo el cilindro accionado a una velocidad periférica de
al menos 500 metros por minuto.
16. El proceso de la reivindicación 14, en el que
los filamentos y el gas pasan a través de la parte convergente, y
en el que además el gas se acelera en la dirección de traslación de
los filamentos al seguir enfriándose los filamentos.
17. El proceso de la reivindicación 14, en el que
es soplado gas a presión hacia el interior al interior de una zona
en la que los filamentos empiezan a enfriarse en la cámara de
entrada de gas de la primera etapa, y en el que además es soplado
gas a presión hacia el interior desde la entrada de gas de la
segunda etapa, y el gas de la segunda etapa se combina con el gas
de la primera etapa en la parte convergente para ayudar al
enfriamiento de los filamentos.
18. El proceso de la reivindicación 17, en el que
la velocidad de los gases combinados de la primera etapa y de la
segunda etapa aumenta en la dirección de traslación de los
filamentos en la parte convergente y disminuye a continuación al
desplazarse el gas a través de la parte divergente.
19. El proceso de la reivindicación 14, que
comprende además el paso de aplicar un nivel de vacío a los
filamentos.
20. El proceso de la reivindicación 14, que
comprende además los pasos de abrir a la atmósfera la cámara de la
primera etapa; suministrar aire superatmosférico a la entrada de
gas de la segunda etapa; aspirar gas atmosférico de la cámara de la
primera etapa; retirar una parte del aire de las cámaras de la
primera etapa y de la segunda etapa; e introducir gas a presión
atmosférica o a presión superior a la presión atmosférica en una
entrada de gas de la cuarta etapa.
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