Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von in den Abmessungen einheitlichen
Formgebilden aus Polyestern oder Mischpolyestern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung in den Abmessungen einheitlicher Formgebilde aus Polyestern oder Mischpolyestern, wobei die entsprechenden Schmelzen unter Ausschluss von Wasser z. B. an der Luft oder in Gegenwart getrockneter Luft oder eines getrockneten Inertgases in den festen Zustand überführt werden und denen möglichst ein auf die Verarbeitung abgestimmter Kristallinitäts- bzw. Ordnungsgrad zu eigen ist.
Es ist bekannt, Polyesterschmelzen durch Eingiessen in Wasser in den festen Zustand zu überführen.
Weiterhin ist bekannt, Schmelzen auf eine gekühlte sich fortbewegende Metallfläche unter Ausschluss von Wasser aufzugiessen, an der Luft zum Erstarren zu bringen und anschliessend zu zerkleinern. Die Metallfläche kann als Band oder als Giessrad ausgebildet sein.
Es ist auch bekannt, Kunststoffe auf dem Kalander zu Folien aus- oder auf Stoffbahnen zur Herstellung von Kunstleder aufzuwalzen.
Die bekannten Verfahren weisen verschiedene Nachteile auf; es werden lange Kühlstrecken bzw. geringe Abzugsgeschwindigkeiten oder lange Giesszeiten benötigt. Ausserdem ist je nach Verfahren eine Nachkristallisation oder eine Trocknung unter Vakuum erforderlich. Zur Herstellung einheitlicher Giessbänder werden zum Austragen der Schmelzen spezielle Giessköpfe mit Breitschlitzen oder andere Vorrichtungen zum Erzeugen von Bändern oder Bändchen benötigt, wobei gegebenenfalls das Vorschalten einer Dosierungspumpe notwendig ist. Weiterhin laufen durch diese langen Giesszeiten Abbauoder Nebenreaktionen ab oder sie werden begünstigt, wodurch eine ungleichmässige Viskositätsverteilung und damit Qualitätsschwankungen eintreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in den Abmessungen einheitliche Formgebilde aus Polyestern oder Mischpolyestern mit verbesserten Eigenschaften nach dem Trockengiessverfahren, d. h. unter Ausschluss von Wasser herzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass Polyester- oder Mischpolyesterschmelzen, insbesondere Polyäthylenglykolterephthalat-Schmelzen, nach der Polykondensation und nach dem Austragen aus dem Reaktionsgefäss zwischen einem sich gegeneinander bewegenden gleich oder unterschiedlich grossen Walzenpaar nach dem Kalanderprinzip zu einem Band mit gleichmässigen Abmessungen verformt werden. Die Walzen besitzen eine glatte metallische Oberfläche. Ihr Abstand gegeneinander ist verstellbar, um ein Band mit einer gewünschten Dicke erhalten zu können. Die Geschwindigkeit des Walzenpaares ist der Abzugsgeschwindigkeit des nachfolgenden Zerkleinerungsaggregates entsprechend regelbar. Zur Einhaltung der erforderlichen Bandbreite werden vorteilhaft mit senkrecht oder schräg gestellten heiz- oder kühlbaren Begrenzungselementen versehene Walzen verwendet (s.
Fig. 1).
Ein Band von definierter Breite kann auch dadurch erhalten werden, dass eine Walzenkombination mit Nut und Feder verwendet wird, wobei durch entsprechende Dimensionierung von Nut und Feder das Einstellen verschiedener Walzenabstände gewährleistet ist (s. Fig. 2).
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise wie folgt angewendet werden:
Das durch das heiz- oder kühlbare gegenläufige Walzenpaar erzeugte Polyester- oder Mischpolyesterband wird auf ein mechanisch fortbewegtes endliches oder endloses Giessband geleitet oder dem Zerkleinerungsaggregat direkt zugeführt.
Das durch das heiz- oder kühlbare gegenläufige Walzenpaar erzeugte Polyester- oder Mischpolyesterband wird zwischen zwei gegebenenfalls heiz- oder kühlbare gegenläufige Führungsrollen auf ein endliches oder endloses mechanisch fortbewegtes Giessband geleitet oder dem Zerkleinerungsaggregat direkt zugeführt (s. Fig. 3).
Das erzeugte Polyester- oder Mischpolyesterband wird um ein weiteres gegebenenfalls heiz- oder kühlbares gegenläufiges Walzenpaar geführt, welches dar über oder darunter senkrecht stehend angeordnet ist und über ein endliches oder endloses mechanisch fortbewegtes Giessband geleitet oder dem Zerkleinerungsaggregat direkt zugeführt (s. Fig. 5a und 5b).
Das erzeugte Polyester- oder Mischpolyesterband wird um ein zweites gegebenenfalls heiz- oder kühlbares gegenläufiges Walzenpaar, das waagerecht dar über oder darunter liegend angeordnet ist, geführt und über ein endliches oder endloses mechanisch fortbewegtes Giessband geleitet oder dem Zerkleinerungsaggregat direkt zugeführt (s. Fig. 5a und 5b).
Das erzeugte Polyester- oder Mischpolyesterband wird um eine über oder unter dem 1. Walzenpaar angeordnete gegebenenfalls heiz- oder kühlbare Walze geführt und über ein endliches oder endloses mechanisch fortbewegtes Giessband geleitet oder dem Zerkleinerungsaggregat direkt zugeführt (s. Fig. 6a und 6b).
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist so gestaltet, dass sie nicht banderzeugende Walzen bzw. Walzenpaare aufweist, die wie die Führungsrollen gleiche oder unterschiedliche Durchmesser besitzen, die vorteilhaft durch weitere Walzen bzw. Walzenpaare bzw.
Führungsrollen unterschiedlicher oder gleicher Temperatur ergänzt werden können.
Die genannten Anordnungen sind besonders zweckmässig, erheben jedoch keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Eine vorteilhafte Abkühlung bzw.
Temperierung kann auch dadurch erreicht werden, dass die vom Band abgestrahlte Wärme durch eine regelbare Vorrichtung abgesaugt wird.
Die gemäss des beschriebenen Verfahrens hergestellten im amorphen oder teilkristallinen Zustand vorliegenden Bänder werden einem Zerkleinerungsaggregat zugeführt und zu Formgebilden mit gleichmässigen Abmessungen verarbeitet. Entsprechend dem Verwendungszweck kann nachfolgend eine zweckmässigerweise kontinuierliche oder auch eine diskontinuierliche Kristallis ationsstufe eingeschaltet werden. Die Nachkristallisation kann dadurch erfolgen, dass die aus dem Zerkleinerungsaggregat fallenden Schnitzel unter Ausnutzung ihrer relativ hohen Eigentemperatur entweder direkt oder über einen Vorratsbehälter durch ein mit Schikanen versehenes geneigtes und sich mit einstellbarer Geschwindigkeit drehendes Kristallisationsrohr vorteilhafterweise in einer Inertgasatmosphäre bewegt werden (s. Fig. 7).
Zur schnelleren Erreichung des gewünschten Kristallisations- bzw. Ordnungsgrades kann das Kristallisationsrohr entweder direkt beheizt und/oder den im Rohr sich bewegenden Schnitzeln ein heisser trockener Luft- oder Inertgasstrom entgegengeschickt werden.
Die Nachkristallisation kann auch so erfolgen, dass die vom Zerkleinerungsaggregat erzeugten Schnitzel in ein senkrecht feststehendes beheiztes oder unbeheiztes Kristallisationsrohr fallen und den im Rohr sich bewegenden Schnitzeln ein heisser trokkener Luft- oder Inertgasstrom entgegengeschickt wird.
Das Kristallisationsrohr besteht vorteilhaft aus einer senkrecht stehenden zentrierten und mit regelbaren Geschwindigkeiten umlaufenden Welle, an der in entsprechenden Abständen tellerartige Gebilde angebracht sind, deren Ausführung so gestaltet ist, dass die Schnitzel sich durch freien Fall nach unten fortbewegen können (s. Fig. 8).
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anwendung eines Bandkristallisators, der aus einem oder mehreren untereinander angeordneten in jeweils gegensätzlicher Richtung laufenden endlosen und endlichen Transportbändern besteht. Der Bandtrockner ist als Kammer ausgeführt und ist entweder beheizbar oder unbeheizt. Zur Kristallisation wird ein trockener heisser Luft- bzw. Inertgasstrom hindurchgeleitet (s.
Fig. 9).
Schliesslich ist auch eine Nachkristallisation dadurch zu erreichen, dass die gegebenenfalls in Schnitzelfässer abgefüllten Schnitzel in einer Heizkammer erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden.
Die Nachkristallisation ist auch in einer beheizbaren Mischtrommel mit oder ohne Verwendung trockener Luft oder eines trockenen Inertgases möglich.
Für bestimmte Einsatzgebiete kann auch auf eine Nachkristallisation verzichtet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es, in den Abmessungen einheitliche Formgebilde mit einem gewünschten Kristallisations- bzw. Ordnungsgrad und mit besonders hochwertigen Eigenschaften nach dem Trockengiessverfahren zu erhalten. Mit Hilfe eines Walzenpaares kann ein gleichmässiges Polyester- oder Mischpolyesterb and hergestellt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es ausserdem, ohne Giesskopf und ohne Schlitzdüsen oder anderen entsprechenden Giessvorrichtungen zu arbeiten, wodurch eine einfache Regulierung der Schmelzeaustragung gegeben ist. Es wird eine kurze Giesszeit benötigt. Die positiven Auswirkungen der nach der Erfindung hergestellten Formgebilde erstrecken sich nicht nur auf den Spinn- oder Foliengiessprozess, sondern auch auf den gesamten weiteren Verarbeitungprozess der hergestellten Fäden, Fasern, Drähte oder Folien.
Ganz besondere Auswirkungen hat die Erfindung auf die spätere Herstellung von qualitativ hochwertigen Folien, da für das Extrudieren bzw. Aufschmelzen einheitliche, fast wasserfreie Formgebilde eines bestimmten Kristallis ations- bzw. Ordnungsgrades notwendig sind. Das erfindungsgemässe Verfahren ist sowohl für eine diskontinuierliche als auch für eine kontinuierliche Arbeitsweise geeignet.
A usjührungsbeispiele
1. Die aus einem Polykondensationsgefäss austretende Schmelze von Polyäthylenglykolterephthalat gelangt durch freien Fall in das senkrecht darunter befindliche sich gegeneinander drehende Walzenpaar.
Der Abstand der beiden Walzen beträgt 2 mm. Die Begrenzungselemente sind so eingestellt, dass eine Bandbreite von 350 mm entsteht. Das banderzeugende Walzenpaar wird mit Wasser von 850 C beheizt. Das erzeugte Band wird durch zwei Führungsrollen, die ebenfalls mit Wasser von 850 C beheizt werden, geführt und auf ein endloses von unten mit 50 C warmen Wasser gekühltes sich fortbewegendes Metallband geleitet. Das am Ende des Metallbandes sich abhebende Polyesterband wird noch im plastischen Zustand dem Zerkleinerungsaggregat zugeführt und zu gleichmässigen Formgebilden von 2 x 2 mm Grösse zerschnitten.
2. Das vom 1. Walzenpaar erzeugte Polyesterband wird um ein zweites senkrecht darunter stehend angeordnetes gegenläufiges Walzenpaar, welches mit Wasser von 85" C beheizt wird, geführt und im noch plastischen Zustand direkt dem Zerkleinerungsaggregat zugeführt.
3. Die nach Beispiel 1 oder 2 erzeugten Schnitzel werden in ein geneigtes Kristallisationsrohr gefördert, welches auf 1600 C beheizt ist. In dem Rohr wird ein trockener, auf 2200 C erhitzter Luftstrom den sich nach unten bewegenden Schnitzeln entgegengeschickt. Das Kristallisationsrohr dreht sich mit 3 Ulmin. Die so behandelten Schnitzel werden in luftdicht verschliessbare Vorratsbehälter gefördert.
Der Kristallisations- bzw. Ordnungsgrad der Poly äthylenglykolterephthalat-Schnitzel beträgt 60 O/o.
In der zugehörigen Zeichnung stellen die Fig. 1-9 Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
In Fig. 1 ist die Vorderansicht eines Walzenpaares dargestellt, zwischen dem die Polyesterschmelze zu einem Band verformt wird. Die Pfeile deuten die Drehrichtung der Walzen an. Oberhalb der Walzen ist ein Begrenzungselement angebracht.
Fig. 2 stellt eine Draufsicht auf ein Walzenpaar dar, bei dem die Bandbreite durch Nut und Feder erreicht wird.
Fig. 3 zeigt ein Walzenpaar, dem zwei gegenläufige Führungsrollen zugeordnet sind.
In Fig. 4a und 4b ist dem ersten Walzenpaar ein weiteres Walzenpaar darüber oder darunter senkrecht stehend zugeordnet.
In Fig. 5a und 5b ist das zweite Walzenpaar waagerecht über oder unter dem ersten Walzenpaar liegend angeordnet.
Die Fig. 6a und 6b zeigen eine über oder unter dem ersten Walzenpaar angeordnete Walze.
In Fig. 7 sind ein Vorratsbehälter und ein mit Schikanen versehenes, geneigtes und drehbares Kristallisationsrohr gezeigt.
Fig. 8 zeigt ein Kristallisationsrohr aus einer senkrecht stehenden zentrierten und mit regelbaren Geschwindigkeiten umlaufenden Welle, an der tellerartige Gebilde angebracht sind.
In Fig. 9 ist ein Bandkristallisator dargestellt, der aus einem oder mehreren untereinander angeordneten Transportbändern besteht.
Method and device for the production of uniform dimensions
Moldings from polyesters or mixed polyesters
The invention relates to a method and a device for the production of molded structures of uniform dimensions from polyesters or mixed polyesters, the corresponding melts with the exclusion of water e.g. B. in air or in the presence of dried air or a dried inert gas are converted into the solid state and which have a degree of crystallinity or order tailored to the processing as possible.
It is known to convert polyester melts into the solid state by pouring them into water.
It is also known to pour melts onto a cooled, moving metal surface with the exclusion of water, to solidify in the air and then to comminute them. The metal surface can be designed as a band or as a casting wheel.
It is also known that plastics can be rolled out on the calender to form foils or on webs of fabric for the production of artificial leather.
The known methods have various disadvantages; long cooling sections or low withdrawal speeds or long casting times are required. In addition, depending on the process, recrystallization or drying under vacuum is required. In order to produce uniform casting tapes, special casting heads with wide slots or other devices for producing tapes or small tapes are required for discharging the melts, whereby a metering pump may have to be connected upstream. Furthermore, these long pouring times lead to degradation or secondary reactions or they are promoted, as a result of which an uneven viscosity distribution and thus quality fluctuations occur.
The invention is based on the object of uniformly shaped moldings made of polyesters or mixed polyesters with improved properties according to the dry casting process, ie. H. to be produced with the exclusion of water.
The inventive method consists in that polyester or mixed polyester melts, in particular polyethylene glycol terephthalate melts, after polycondensation and after discharge from the reaction vessel between a pair of rollers of the same or different sizes moving against one another are deformed according to the calender principle to form a belt with uniform dimensions. The rollers have a smooth metallic surface. Their distance from one another is adjustable in order to be able to obtain a band with a desired thickness. The speed of the pair of rollers can be regulated according to the withdrawal speed of the subsequent shredding unit. To maintain the required bandwidth, it is advantageous to use rollers provided with vertical or inclined heating or cooling elements (see Sect.
Fig. 1).
A belt of a defined width can also be obtained by using a combination of rollers with tongue and groove, with the setting of different roller spacings being ensured by appropriate dimensioning of tongue and groove (see FIG. 2).
The method according to the invention can be used, for example, as follows:
The polyester or mixed polyester belt produced by the heatable or coolable counter-rotating pair of rollers is passed onto a mechanically advanced, finite or endless casting belt or fed directly to the shredding unit.
The polyester or mixed polyester belt produced by the heatable or coolable counter-rotating pair of rollers is passed between two counter-rotating guide rollers, which can optionally be heated or cooled, onto a finite or endless mechanically advanced casting belt or fed directly to the shredding unit (see Fig. 3).
The polyester or mixed polyester belt produced is guided around a further counter-rotating pair of rollers that can optionally be heated or cooled, which is arranged vertically above or below it and is passed over a finite or endless, mechanically advanced casting belt or fed directly to the shredding unit (see FIGS. 5a and 5a) 5b).
The polyester or mixed polyester belt produced is guided around a second, optionally heatable or coolable counter-rotating pair of rollers, which is arranged horizontally above or below it, and passed over a finite or endless mechanically advanced casting belt or fed directly to the shredding unit (see Fig. 5a and 5b).
The polyester or mixed polyester belt produced is guided around a possibly heatable or coolable roller arranged above or below the 1st roller pair and passed over a finite or endless mechanically advanced casting belt or fed directly to the shredding unit (see FIGS. 6a and 6b).
The device according to the invention is designed in such a way that it has non-tape-producing rollers or roller pairs which, like the guide rollers, have the same or different diameters, which are advantageously replaced by further rollers or roller pairs or
Guide rollers of different or the same temperature can be added.
The above arrangements are particularly useful, but do not claim to be complete. An advantageous cooling or
Temperature control can also be achieved in that the heat radiated from the belt is extracted by a controllable device.
The amorphous or partially crystalline strips produced according to the method described are fed to a comminution unit and processed to form structures with uniform dimensions. Depending on the intended use, an expediently continuous or also a discontinuous crystallization stage can subsequently be switched on. The recrystallization can take place in that the chips falling from the shredding unit are advantageously moved in an inert gas atmosphere using their relatively high intrinsic temperature either directly or via a storage container through a baffled, inclined crystallization tube that rotates at an adjustable speed (see Fig. 7 ).
To achieve the desired degree of crystallization or order more quickly, the crystallization tube can either be heated directly and / or a hot, dry stream of air or inert gas can be sent against the chips moving in the tube.
The recrystallization can also take place in such a way that the chips produced by the shredding unit fall into a vertically fixed, heated or unheated crystallization tube and a hot, dry air or inert gas stream is sent against the chips moving in the tube.
The crystallization tube advantageously consists of a vertical, centered shaft rotating at adjustable speeds, to which plate-like structures are attached at appropriate intervals, the design of which is designed so that the cossettes can move downwards by free fall (see Fig. 8) .
Another possibility is to use a belt crystallizer, which consists of one or more endless and finite conveyor belts arranged one below the other and running in opposite directions. The belt dryer is designed as a chamber and is either heated or unheated. A stream of dry, hot air or inert gas is passed through for crystallization (s.
Fig. 9).
Finally, post-crystallization can also be achieved by exposing the pulp, which may have been filled into pulp barrels, to elevated temperatures in a heating chamber.
Post-crystallization is also possible in a heated mixing drum with or without the use of dry air or a dry inert gas.
Post-crystallization can also be dispensed with for certain areas of application.
The process according to the invention makes it possible to obtain molded structures of uniform dimensions with a desired degree of crystallization or order and with particularly high-quality properties using the dry casting process. With the help of a pair of rollers, a uniform polyester or mixed polyester bond can be produced. The method according to the invention also makes it possible to work without a pouring head and without slot nozzles or other corresponding pouring devices, whereby a simple regulation of the melt discharge is given. A short pouring time is required. The positive effects of the shaped structures produced according to the invention extend not only to the spinning or film casting process, but also to the entire further processing process of the threads, fibers, wires or films produced.
The invention has very special effects on the subsequent production of high-quality films, since uniform, almost anhydrous shapes of a certain degree of crystallization or order are necessary for the extrusion or melting. The process according to the invention is suitable for both a batchwise and a continuous procedure.
Embodiments
1. The melt of polyethylene glycol terephthalate exiting from a polycondensation vessel passes by free fall into the pair of rollers rotating in opposite directions vertically below.
The distance between the two rollers is 2 mm. The limiting elements are set in such a way that a bandwidth of 350 mm is created. The pair of rollers producing the tape is heated with water at 850 C. The band produced is guided through two guide rollers, which are also heated with water at 850 C, and guided onto an endless moving metal band that is cooled from below with water at 50 C. The polyester tape, which lifts off at the end of the metal tape, is fed to the shredding unit while still in its plastic state and cut into uniform shapes of 2 × 2 mm in size.
2. The polyester belt produced by the first pair of rollers is guided around a second pair of opposing rollers, which are positioned vertically below and which are heated with water at 85 "C, and are fed directly to the shredding unit in the still plastic state.
3. The chips produced according to example 1 or 2 are conveyed into an inclined crystallization tube which is heated to 1600.degree. In the tube, a stream of dry air, heated to 2200 C, is sent towards the chips moving downwards. The crystallization tube rotates at 3 Ulmin. The chips treated in this way are conveyed into storage containers that can be sealed airtight.
The degree of crystallization or degree of order of the poly ethylene glycol terephthalate chips is 60 O / o.
In the accompanying drawing, FIGS. 1-9 show exemplary embodiments of the invention.
In Fig. 1 the front view of a pair of rollers is shown, between which the polyester melt is deformed into a band. The arrows indicate the direction of rotation of the rollers. A delimitation element is attached above the rollers.
Fig. 2 shows a plan view of a pair of rollers in which the bandwidth is achieved by tongue and groove.
Fig. 3 shows a pair of rollers to which two counter-rotating guide rollers are assigned.
In FIGS. 4a and 4b, the first pair of rollers is assigned a further pair of rollers standing vertically above or below.
In Fig. 5a and 5b, the second pair of rollers is arranged horizontally above or below the first pair of rollers.
FIGS. 6a and 6b show a roller arranged above or below the first roller pair.
In Fig. 7, a storage container and a baffled, inclined and rotatable crystallization tube are shown.
8 shows a crystallization tube made of a vertical, centered shaft rotating at controllable speeds, to which plate-like structures are attached.
In Fig. 9, a belt crystallizer is shown, which consists of one or more conveyor belts arranged one below the other.