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Verfahren und Vorrichtung zur Umformung von aus der
Schmelze verspinnbaren Hochpolymeren
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Fäden verpresst werden, die beim Kaltstrecken, d. h. bei bleibender Dehnung unter Anwendung von Zug im festen Zustande, Molekülausrichtung längs der Faserachse zeigen. Die wertvollsten dieser faserbil- denden Polymeren sind die Polyamide, die man bei der Polymerisation von Monoaminomonokarbonsäu- ren oder bei der Reaktion von Diaminen mit dibasischen Karbonsäuren erhält.
Diese Polymeren werden am besten ohne ein Lösungsmittel und unter solchen Bedingungen hergestellt, dass bei Beendigung des Arbeitsverfahrens der Werkstatt in einem sehr viskos-flüssigen Zustande nur 10 bis
200 C über seiner Verfestigungstemperatur sich befindet. Das Problem der Entfernung des Polymers aus dem Autoklaven bei dieser Temperatur bietet eine Anzahl Schwierigkeiten. Das Polymer dunkelt leicht durch Luftoxydation bei erhöhten Temperaturen, es kann nicht sehr lange bei erhöhten Temperaturen im Autoklaven gehalten werden, weil es die Neigung zeigt, sich zu zersetzen, worunter seine Färbeigenschaften und seine Viskosität leiden. Dadurch wird es unerwünscht, das Polymer unmittelbar aus dem Autoklaven, in dem es hergestellt ist, zu verspinnen.
Anderseits macht die hohe Viskosität des Polymers und seine Temperaturhöhe in der Nähe der Verfestigungstemperatur die Förderung in die Spinnmaschinen durch Rohre, wenn es sich nicht um sehr kurze Entfernungen handelt, unpraktisch.
Das Polymer kann unter Vermeidung der genannten Schwierigkeiten nicht zufriedenstellend aus dem Autoklaven abgezogen und in Form von Klumpen gesammelt oder zu Blöcken verformt werden, weil solche grossen Stücke sich zu schwierig zu kleineren Stücken zerkleinern lassen. Die äusserst hohe Zähigkeit des Werkstoffes steht ausser Vergleich mit derjenigen anderer harzartiger und wärmeplastischer Stoffe. Obgleich ferner die Polymeren ihrem Wesen nach kristallin sind, so können sie wie die meisten kristallinen Stoffe und viele Harze nicht in körniger Form dadurch erhalten werden, dass man das geschmolzene Poiymer in eine nichtlösende Flüssigkeit laufen lässt. Wenn man dies tut, so scheidet sich das Polymer von der Flüssigkeit als eine fadenbildende faserige Masse, die zäh ist und sich praktisch nicht zu gleichmässigen Stücken zerteilen lässt.
Mit andern Worten : es machen die faserbildenden Eigenschalten der Polymeren dieses Verfahren unpraktisch.
Die beschriebenen Schwierigkeiten werden gemäss der Erfindung dadurch überwunden, dass man das geschmolzene faserbildende Polymer zu einem stangen-, band-oder streifenförmigen od. dgl. Gebilde verpresst und das Polymer in Form dieses Gebildes mit einem flüssigen Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, rasch kühlt bzw. abschreckt, gegebenenfalls trocknet und gewünschtenfalls in noch warmem Zustande zerkleinert. Die in der erwähnten Weise zerkleinerten Produkte lassen sich in den Trichter eines Schmelzspinnapparates fördern, welcher einen geheizten Rost enthält, der die Säule der Polymerschnitzel trägt, der jedoch das geschmolzene Polymer in die unten befindliche Spinndüse abströmen lässt.
Das Verfahren nach der Erfindung soll nun an Hand der beiliegenden schematischen Zeichnung erläutert werden. Fig. 1 zeigt schematisch den Gang des Verfahrens gemäss einer Ausführungsform, der alle
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Stufen zwischen der Erzeugung des geschmolzenen Polymers und seiner Verarbeitung zu Fäden, Fasern oder Garn umfasst. Fig. 2 zeigt in Seitenansicht insbesondere die Bildung des Bandes aus dem geschmol-
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welche die Polymerschnitzel zu Fasern umformt. Fig. 4 zeigt schematisch den Gang des Verfahrens nach i einer ändern Ausführungsform. Fig. 5 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung, die zur Ausführung des Ver- fahrens nach Fig. 4 verwendet werden kann. Fig. 6 ist eine vergrösserte Ansicht des Trocknungsgebläses.
- Nachdem die polymerbildende Reaktion in einem erhitzten Autoklaven 1 stattgefunden hat, wird das geschmolzene Gut (unter Gasdruck oder mittels einer Pumpe) als Band von etwa 5 cm Länge und 0, 16 cm bis 0, 32 cm Stärke aus einem Schlitz ausgepresst, der in dem unteren Ende eines verjüngten Fortsatzes 2 des Autoklaven gebildet ist. Ein Ventil 3 ist vorgesehen, um den Fluss des geschmolzenen Polymers abzu- riegeln oder zuregeln. Das ausgepresste Band der viskosen Schmelze fliesst auf den Formkranz einer zwangs- läufig angetriebenen Trommel oder eines Formrades 4. Die Trommel ist zweckmässig ein hohler Metall- zylinder, der durch durchfliessendes Wasser gekühlt wird. Strahlen und Sprühregen von Wasser aus einer
Brause 5 werden zweckmässig gegen das Band und den Kranz des Formrades gerichtet.
Das feste aber noch i heisse Band wird durch das Formrad gefördert und bzw. oder durch die Aufwickelvorrichtung durch einen
Trog 6. der mit Kühlwasser gefüllt ist, gezogen. In dem Masse, wie es aus dem Wassertrog austaucht, wird es auf eine Spule 7 aufgewickelt.
Das Band wird von der Spule dann einer Schnitzelvorrichtung, die nicht dargestellt ist und die in be- kannter Weise gebaut sein kann, zugeführt. Eine Schnitzelvorrichtung, die z. B. in Form einer selbsttätig arbeitenden Stanze gebaut sein kann, zerschneidet das Band zu Quadraten mit einer durchschnittlichen
Seitenlänge von etwa 0,6 cm. Ein Band, das aus einem Schlitz von 0, 16 cm Öffnung ausgepresst ist, wo- bei das Band gewöhnlich dünner ist als der Schlitz breit, kann unmittelbar von der Haspel in die Schnit- zelvorrichtung gefördert werden. Band aus einem Pressschlitz von 0,32 cm Breite ist spröder, da es schwieriger ist, es rasch abzukuhlen.
Diese Art von Band kann in dem Masse erhuzt werden, wie es von der Haspel in die Schnitzelmaschine gelangt, um es biegsamer zu machen und so eine unregelmässige
Zerkleinerung und ein Splittern in der Schnitzelmaschine zu verhindern. Dieses Vorerhitzen, das z. B. bei 75 - 1000 C erfolgen kann, kann man in der Weise durchführen, dass man das Band durch ein erhitztes
Rohr durchgehen lässt, in dem man es der Wirkung von Dampf unterwirft. Man kann jedoch auch anders verfahren.
Ganz gleich, ob das Band gedämpft wird oder nicht, lässt dieses Verfahren eine gewisse Menge Feuch- tigkeit in dem Schnitzelerzeugnis, welche eine Trocknung erforderlich macht, um ein für das Verspinnen aus der Schmelze geeignetes Erzeugnis zu erzielen. Das Trocknen der Schnitzel wird gegebenenfalls in einer Drehtrommel bei 90 - 1000 C unter Einblasen von heisser Luft oder einem andern Gas über das sich einige Stunden bewegende Gut durchgeführt. Temperaturen über 1100 C führen zu einer Verfärbung des
Erzeugnisses und sollten vermieden werden, sofern nicht Sauerstoff ausgeschlossen wird. Das Drehen der Trommel während der Trocknung ist eine gute Massnahme, um Polymeren verschiedener Herkunft zu mi- schen.
Die Ausführungsform, die in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht ist, zeigt einige Vorteile gegenüber der beschriebenen Ausführungsform. Fig. 4 umfasst bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Stufen zwischen der Erzeugung des geschmolzenen Polymers und seiner Bildung zu Fäden, Fasern oder Garn. Fig.
5 veranschaulicht die Bildung des Bandes aus dem geschmolzenen Polymer, eine Oberflächenkühlung des
Bandes durch Wasser, ein folgendes Entfernen der Oberflächenfeuchtigkeit mit durch Strahlgebläse zuge- führter Luft, ein Zerschneiden des Bandes und ein Mischen des geschnittenen Polymers.
Nach dieser zweckmässigen Ausführungsform wird das geschmolzene Polymer, wie bisher beschrieben worden ist, unter Druck aus einem Autoklaven la durch ein Ventil 3a und durch einen Schlitz von etwa 7. 5 cm Länge und'0, 32 cm Breite in dem unteren Ende einer Düse 2a untergebracht. Das ausgepresste Po- lymer wird als Band auf einer zwangsläufig angetriebenen Metalltrommel oder einem Formrad 4a aufge- fangen. Strahlen oder Sprühregen von Wasser aus mehreren Düsen 5a werden gegen das Band und den Form- kranz des Formrades gerichtet. Die Strahlen aus einer Düse 5b sind gegen das Formrad zwischen der Stelle gerichtet, wo das Band von dem Rad entfernt wird, und der Stelle, wo das ausgepresste Polymer zuerst das
Rad berührt.
Das feste, jedoch heisse biegsame Band wird, nachdem es teilweise um das Formrad herumgeführt ist, durch eine Abnahmerolle 15 entfernt, welche eine etwas grössere Umfangsgeschwindigkeit als das Formrad hat. Nachdem das Band über die Abnahmerolle 15 gegangen ist, läuft es unter einer Andrückrolle 16 durch zwei oder mehrere Strahlgebläse, aus denen Luft oder ein anderes Gas aus Löchern 22 (Fig.
6) gegen die Oberfläche des Bandes gestrahlt wird, um die Oberflächenfeuchtigkeit zu entfernen. Nach dem Vorbeigehen an den Strahlgebläsen wird das praktisch trockene, jedoch noch heisse Band über eine
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:einer grossen Geschwindigkeit ; obgleich die geschnitzelten Teilchen nicht gleichförmige Grösse und Gestalt haben, kann der Anteil der feineren Teilchen herabgesetzt werden. Die Grenzen können so gesetzt werden, dass man ein Erzeugnis erhält, welches für den vorliegenden Zweck zufriedenstellend ist ; Z. B. ist es für die Verarbeitung in einigen Schnitzelvorrichtungen erwünscht, zunächst das Band zu schmalen Streifen aufzuschlitzen. Die Grösse der einzelnen Teilstücke soll so sein, dass sie von dem Rost, der beim
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Bei der Durchführung der Erfindung ergeben sich einige bedeutende Vorteile. Die Umwandlung des anfänglich geschmolzenen Polymers in kleine Stücke vereinfacht das Mischen von verschiedenen Massen des Polymers. Dieses Mischen, das zweckmässig in einer Drehtrommel oder Trockentrommel durchgeführt wird, führt die Gleichförmigkeit der schliesslich versponnenen Erzeugnisse herbei. Dünne Schnitzelform des Polymers erleichtert stark das Trocknen. Der Höchstfeuchtigkeitsgehalt, der für eine gute Versninnbarkeit aus der Schmelze im Falle der meisten Polymeren zugelassen ist, liegt nicht über 0, 5 %, wie durch den Gewichtsverlust einer im Vakuum geschmolzenen Probe festgestellt werden kann.
Ein bedeutender Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass sie ein bequemes und schnelles Verfahren zum Umwandeln eines Polymers in die geeignete Form für das Spinnen aus der Schmelze vorsieht. Dies trifft insbesondere für das an Hand der Fig. 5 und in Beispiel 3 veranschaulichte Verfahren zu. Ein anderer wertvoller Vorteil ist in der Tatsache zu sehen, dass die Schnitzel des Polymers leicht auf dem Rost der Spinnvorrichtung geschmolzen werden können. Durch die Verwendung von praktisch gleichförmigen und gleich grossen Stücken setzt man die Gefahr herab, dass kleine Stücke durch die Rostlöcher in ungeschmolzenem Zustande in die geschmolzene Masse hineinfallen. Die Schnitzel haben den zusätzlichen Vorteil. dass sie infolge ihrer Schwere leicht auf das Schmelzsieb der Spinnvorrichtung absinken. Man kann auch Förderschnecken verwenden.
Ferner befördert die glatte Oberfläche der Schnitzel ein Schmelzen ohne Einschluss von Gas.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Umformung von aus der Schmelze verspinnbaren Hochpolymeren, insbesondere Polyamiden, in eine geeignete Form zur Förderung in eine Schmelzspinnvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass man das geschmolzene Polymer zu einem stangen-, band-oder streifenförmigen od. dgl. Gebilde verpresst und das Polymer in Form dieses Gebildes mit einem flüssigen Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, rasch kühlt bzw. abschreckt, gegebenenfalls trocknet und gewünschtenfalls in noch warmem Zustande zerkleinert.
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