<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung faserartiger Produkte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von faserartigen Produkten aus pulverförmigem, schmelzbarem, harzartigem Material, insbesondere Celluloseacetat, bei welchem das Material gegen eine mit Öffnungen versehene elektrische Widerstandsheizplatte gepresst, durch diese aufgeschmolzen und von dieser in Faserform abgezogen wird.
Es gibt eine Anzahl von Verfahren, in welchen solche Materialien gegen ein perforiertes Spinnelement gefördert werden, wobei das Material vor Erreichen dieses Spinnelementes geschmolzen wird. Bei diesen Verfahren wird eine Menge des Materials erhitzt, wobei das Material dann eine gewisse Zeit vor dem Spinnen in einem erweichten oder geschmolzenen Zustand bleibt. Dadurch kommt es im Falle eines hitzelabilen Materials zu einem thermischen Abbau, wodurch die Produktion relativ gering wird.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird nach einem bekannten Verfahren, das insbesondere zum Spinnen von Cellusloseacetat geeignet ist, eine elektrisch beheizte, durchlöcherte Widerstandsplatte oder Düse verwendet, gegen die das gepulverte, faserbildende Material mittels intermittierend auftretenden mechanischen Druckes, der auf eine realtiv dünne Schicht des Materials wirkt, gefördert wird. Das gepul- verte Material wird in äusserst geringen Anteilen kontinuierlich gegen die Spinnplatte gefördert, dann aber diskontinuierlich in kleinen Anteilen durch Anwendung von Druck gegen die mit Spinnöffnungen verse- hene Widerstandsplatte gepresst, so dass nur eine ganz dünne Schicht des Materials vor der Platte vor- liegt.
Das Verfahren hat den Nachteil, dass das Spinnen nicht genügend kontinuierlich vor sich geht und da- her eine gleichmässige Charakteristik der erzeugten Fasern nicht gewährleistet ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung vermeiden diese Nachteile. Gemäss der Erfin- dung wird daher ein Verfahren zur Herstellung faserartiger Produkte aus pulverförmigem, schmelzbarem, harzartigem Material, insbesondere Celluloseacetat vorgeschlagen, bei welchem das Material gegen eine mit Öffnungen versehene elektrische Widerstandsheizplatte gepresst, durch diese aufgeschmolzen und von dieser in Faserform abgezogen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Material vor der Heiz- platte kontinuierlich zu-einem festen Block verdichtet wird, dessen Höhe vorzugsweise IA-2/3 seiner
Dicke beträgt, dieser Block an der Heizplatte ständig in dünner Schicht abgeschmolzen und das geschmol- zene Material in Faserform abgezogen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird vorzugsweise auf Cellusloseacetat angewendet, wobei die Fördergeschwindigkeit, die Temperatur und der Druck so gewählt werden, dass der Block zu einer Durchschnittsdichte von etwa 80 bis 900/oder Material-Eigendichte zusammengepresst wird. Bei Verwendung von
Celluloseacetat wird die Temperatur der Heizplatte vorzugsweise zwischen 350 bis etwa 4000C gehalten. Die Zeitdauer, in der eine bestimmte Menge des Materials zusammenschmilzt, beträgt dabei nicht mehr als etwa 30 sec.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einem Vorratsbehälter für die Aufnahme des gepulverten Materials, einer in diesem angeordneten Förderschnecke und einer den verengten Teil des Vorratsbehälters abschliessenden elektrischen Widerstandsheizplatte. Die Widerstandsplatte schliesst das äussere Ende des verengten Teiles des Vorratsbehälters ab und ist isoliert. Die im Vorratsbehälter angeordnete Förderschnecke reicht bis in die ihr angepasste Verengung des Behälters und endet in einem Abstand von der Widerstandsheizplatte, welcher der aus dem Material zu erzeugenden Blockdichte, vorzugsweise 1/3 bis 2/3 des Schneckendurchmessers entspricht. Es sind Mittel zur Drehung der Förderschnecke und elek-
<Desc/Clms Page number 2>
trische Mittel zur Widerstandsheizung der Platte vorgesehen.
Die Länge der Förderschnecke innerhalb der Verengung des Behälters beträgt vorzugsweise das Ein- bis Eineinhalbfache des Durchmessers der Schnecke.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsform darstellt, ge- nauer erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Fasern herstellenden Austragvor- richtung gemäss der Erfindung. In Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt, teilweise im Aufriss, der Austragvor- richtung, die ein Teil der allgemeinen Anordnung nach Fig. 1 ist, dargestellt. Fig. 3 zeigt eine ver- grösserte Ansicht des Förderrohres der Vorrichtung nach Fig. 2.
Die Vorrichtung umfasst eine Förderschnecke 1 mit einem zentralen Schaft und vorspringenden spira- ligen Rippen 3 und 4 und einer dazwischenliegenden spiraligen Rinne 2. Die Schnecke 1 ist mit dem unte- ren Ende des Schaftes 8, das in Lauflagern 9 und 10 montiert ist, in einer zentralen Bohrung befestigt. Ku- gellager 11 wirken ebenfalls als Drucklager um dem aufwärtswirkenden Durck der Schnecke standzuhal- ten. Die Schecke kann durch Drehung des mit einem Gewinde versehenen Führungszylinders 12 relativ zu dem Rahmen 13 vertikal verstellt werden. Zwischen den Kugellagern 11 und den Führungszylindern 12 ist eine Riemenscheibe 14 am Schaft 8 befestigt, die mittels eines Riemens 15 von einer nicht gezeigten An- triebsvorrichtung betrieben werden kann.
Das untere Ende der Schnecke 1 ist in eine als zylindrisches Zuführungsrohr ausgebildete Verengung 16 eingepasst, an deren unterem Ende ein rechtwinkeliger Flansch 17 angeschweisst ist. Ein Behälter setzt sich zusammen aus dem Zylinder 18 und dem Trichter 19, der glatt mit dem oberen Ende des Zuführrohres 16 verbunden ist. Der Zylinder 18 wird am oberen Ende durch eine Platte 20, die am Rahmen 13 befestigt ist, verschlossen. Die Platte 20 ist mit einer zylindrischen Füllöffnung 21 versehen, die einen luftdichten
Verschlussdeckel 22 trägt. Eine Leitung 23 tritt seitlich in den Behälter 18,19 ein, zur Anwendung von
Unterdruck in Behälter 18,19 und Zuführrohr 16. Die Dichtung 24 dichtet gegen Unterdruck ab, während sie das Verstellen des Schaftes 8 in vertikaler Richtung durch den Führungszylinder 12 zulässt.
Unter dem rechteckigen Flansch 17 ist eine elektrische Widerstandsplatte oder Düse 25 befestigt, die sich zwischen zwei Schichten aus Isoliermaterial 26 und 27 befindet und gegen den Flansch 17 durch eine
Spannplatte 28 und zusammenwirkende Schrauben 29 gedrückt wird. Die obere Schicht des Isoliermaterials
26 ist mit einer Öffnung versehen, in welche das Rohr 16 passt. Die untere Schicht 27 ist mit einer ähn- lichen Öffnungvon gleicher Ausdehnung wie die Bohrung des Rohres 16 versehen. An den Enden der Platte
25 sind gut leitende Zuleitungen 32, vorzugsweise aus Kupfer, für die Zufuhr des Stromes zum Zwecke der Widerstandsheizung dieser Platte befestigt.
Das Rohr 16, das im allgemeinen über seine ganze Länge zylindrisch ist, ist vorzugsweise vom Punkt 33 abwärts zur inneren Fläche der Platte 25 zu leicht erweitert und bildet einen Winkel von etwa 2 mit der Achse der Schnecke 1.
Unter der Platte 25 mit Austrittsöffnungen 31 und in einer Geraden mit der Achse der Schnecke 1 ist ein Fadenführer 34, der die aus den Öffnungen 31 austretenden Fasern 35 zu der Aufgabewalze 36 leitet, wonach die Fasern zu einer Aufwickelvorrichtung 37 geliefert werden.
Im Betrieb wird eine Charge des gepulverten faserbildenden Materials durch die Füllöffnung 21, die dann verschlossen wird, eingespeist. Gegebenenfalls kann mittels der Leitung 23 ein Vakuum angelegt werden, so dass in Behälter 18,19 und Zylinder 16 ein Unterdruck herrscht. Zu der Platte oder Düse 25 wird durch die Zuleitungen 32 Strom zugeführt, um die Düse auf die Schmelztemperatur des gepulverten faserbildenden Materials zu erhitzen.
Nach einem für die Erwärmung der Düse 25 benötigten Zeitraum wird die Schnecke 1 mittels des Rie- mens 15 in Bewegung gesetzt und der Spinnprozess setzt ein. Das Pulver 38 im Behälter 18,19 befindet sich in einem lockeren Zustand und die Drehung der Schnecke 1 bewirkt eine mässige Rührbewegung, die das Pulver in das Rohr 16 treibt und es in die innerhalb des Rohres 16 zwischen dem Ende der Förderschnecke 1 und der Düse 25 gebildete Kammer schiebt. In dieser Kammer wird das Pulver von seinem lockeren Zustand mit niederer Dichte in einen hochkomprimierten dichten Zustand übergeführt, so dass ein Pfropfen oder ein Pellet aus kompaktem faserbildendem Material in dem Raum zwischen der Spitze der Schnecke 1 und der Düsenleiste 25 gebildet wird.
Die Fördertätigkeit der Schnecke treibt den Pfropfen 39 abwärts gegen die erhitzte Platte 25, wobei die untere Fläche des Pfropfens schmilzt und das geschmolzene Material in Form von Fasern 35 aus den Spirnöffnungen 31 austritt. Die Fasern werden durch eine Aufgabewalze 36 um einen Fadenführer 34 gezogen, über eine Schmiervorrichtung 30 geführt und werden dann als Garn oder Bündel 40 durch die Aufwickelvorrichtung 37 gesammelt.
Das Ende der Schnecke ist nahe genug bei der Widerstandsplatte, dass der Druck ausreicht, um das Material zu einem festen Block zu komprimieren, anderseits aber weit genug von der Platte, so dass diese
<Desc/Clms Page number 3>
ausserhalb des Bereiches der Rührwirkung, der durch die Spindelsteigung der Schnecke bewirkt wird, liegt, da die Rührwirkung zu einem ungleichmässigen Austragen führen würde. Es wurde gefunden, dass am En- de der Schnecke eine gewisse Wirkung der Rührtätigkeit auftritt, da das Material vom Ende der Schnecke mittels der spiralförmigen Rinne zwischen den Rippen gefördert wird.
Es wurde ferner gefunden, dass ein bevorzugter Abstand vom Ende der Förderschnecke zu der Widerstandsplatte etwa 1/3 - 2/3 des Durch- messers der Schnecke beträgt, d. h. der Kammer die im Inneren des Förderrohres 16 gebildet wird.
Bevorzugte Gesichtspunkte der Erfindung sind folgende : Die Platte besteht vorzugsweise aus rostfrei- em Stahl, wobei die bevorzugte Stärke bei etwa 1, 4 mm liegt. Die Platte ist vorzugsweise so ausgebil- det, dass sie einen Strom von 300 bis 400 A erträgt. Die bevorzugte Platte ist mit 15 Spinnöffnungen 31 versehen, deren Grösse zwischen etwa 0, 2 bis etwa 1, 52 mm Durchmesser liegt, vorzugsweise bei einem
Durchmesser von etwa 1 mm, wobei die Düsenöffnungen in einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 1, 27 cm angeordnet sind. Der absolute Druck innerhalb der Vorrichtung kann unter etwa 0, 7 at, vorzugs- weise auf einen Wert von etwa 0, 28 bis 0, 35 at reduziert werden.
Die Schnecke 1 kann mit etwa 5 - 10 Umdr/min und mehr rotieren. Die Austrittsgeschwindigkeit wird nicht wesentlich durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke 1 sondern eher durch die Tem- peratur, auf die die Platte 25 erhitzt wurde, bestimmt. Diese Temperatur kann z. B. bei Celluloseacetat in der Grössenordnung von 350 bis 4500C liegen.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung können für das Spinnen eines weiten
Bereiches von pulverförmigen faserbildenden, schmelzbaren, harzartigen Materialien verwendet werden, insbesondere für solche, die für eine thermische Zersetzung empfindlich sind, z. B. sekundäres Cellulose- acetat und insbesondere Cellulosetriacetat mit einem hohen Acetylierungsgrad, z. B. in der Grössenord- nung von 60% und mehr (berechnet als Essigsäure).
Das Verfahren gestattet es, unplastisches Celluloseacetat auf Temperaturen bis zu 1000C über seinen
Schmelzpunkt zu erhitzen, da dieses nur für eine Zeitspanne geringer als 1 min im geschmolzenen Zu- stand bleiben muss. Das geschmolzene Material muss nur eine äusserst kurze Strecke vor dem Austritt durch die Düsen zurücklegen. Es muss kein grösseres Volumen als etwa 1, 64 cms des geschmolzenen Materials zu irgendeiner Zeit vorhanden sein und ein Anteil des Materials muss nicht länger als etwa 30 sec in ge- schmolzenem Zustand verbleiben. Das geschmolzene Material ist niemals in Kontakt mit der Schnek- ke.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung faserartiger Produkte aus pulverförmigem, schmelzbarem, harzartigem
Material, insbesondere Celluloseacetat, bei welchem das Material gegen eine mit Öffnungen'versehene elektrische Widerstandsheizplatte gepresst, durch diese aufgeschmolzen und von dieser in Faserform ab- gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material vor der Heizplatte (25) kontinuierlich zu einem festen Block verdichtet wird, dessen Höhe vorzugsweise 1/3 - 2/3 seiner Dicke beträgt, dieser Block an der Heizplatte (25) ständig in dünner Schicht abgeschmolzen und das geschmolzene Material in Faserform abgezogen wird.
EMI3.1