DE1660661A1 - Trockenspinnvorrichtung - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORg DlPL.-lNG. GRALFS Dr. MANITZ DP PATENTANWÄLTE

Braunschweig, 2. November 1967

Unser Zeichen: Al/GÖ - 0? 507

Toyo Boseki Kabushiki Kaisha 8, Dojima-Hamadori 2-chome, Kita-ku Osaka/ Japan

Tr ο ckenspinnvorri chtung

Priorität: Japan vom 4. November 1966 Nr. 72 806/66

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten oder Fertigen von Fasern beim Trocken-Spinnverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine ™ Irocken-Spinn-Vorrichtung zum Verfertigen von Fasern, bei der eine besondere Einrichtung vorgesehen ist, mit der ein erhitzter Gasstrom gegen die herausgepreßten Fasern geblasen wird, um Fasern zu erzielen, die gleichförmigen Titer oder Denier sowie gleichförmige andere physikalische Eigenschaften besitzen.

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Das Trocken-Spinn-Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß eine Lösung aus einem fasernbildenden Polymer durch eine Spinndüse (spinnerette) nach unten in einen zylindrischen Spinntopf ausgepreßt werden, daß dann ein erhitztes, inertes Gas in den Spinntopf eingeleitet wird, um das Lösungsmittel aus dem ausgepreßten Faden der Spinnlösung herauszudampfen, und daß die Fasern kontinuierlich vom Boden des Spinntopfes abgezogen und aufgewickelt werden.

Es war bisher üblich, das aufgeheizte, inerte Gas im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung der Fasern einzuführen und durch den Spinntopf in derselben Richtung wie die Fasern (Gleichstromverfahren) oder in entgegengesetzter Richtung (Gegenstromverfahren) zu leiten.

Es hat sich herausgestellt, daß häufig bei den Fasern, wenn das Gas im Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren geführt wird, ein Knicken auftritt, und daß es schwierig ist, Fasern zu erhalten, die gleichförmigen !Eiter und andere Eigenschaften aufweisen, wobei diese Nachteile durch eine Turbulenz des inerten Gases und eine ungleiche Wärmeverteilung hervorgerufen werden.

Ein Ziel der Erfindung ist dne Trockenspinnvorricbtung, mit der Fasern gleichförmigen !Eiters erzielt werden können, Ein weiteres Ziel liegt darin, eine verbesserte und 109832/1262

wirtschaftliche Trockenspinnvorrichtung zu schaffen, die Fasern mit gleichförmigem Titer und gleichförmigen anderen physikalischen Eigenschaften liefert. Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor.

Eine Trockenspinnvorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Spinndüse zum Auspressen einer Spinnlösung nach unten, eine Trockenkammer gerade unterhalb der Spinndüse, die mit einem Einlaßteil für ein erhitztes inertes Gas und einem Absaugteil für das Gas versehen ist, durch die das Gas im wesentlichen quer zu den frisch ausgepreßten Fasern und über diese hinweg vom Einlaßteil zum Auslaßteil geleitet wird, sowie einen zylindrischen Spinntopf auf, der unterhalb der Trockenkammer angeordnet ist und mit diesem in Verbindung steht, so daß die durch die Trockenkammer nach unten fortschreitenden lasern weiter nach unten durch den Spinntopf geleitet werden, wobei noch eine Einrichtung vorgesehen ist, mit denen die Fasern vom Boden des Spinntopfs abgezogen und aufgewickelt werden. Vorzugsweise ist auch der zylindrische Spinntopf mit Einrichtungen versehen, mit denen ein inertes, erhitztes Gas durch den Spinntopf im Gleich- oder Gegenstrom relativ zur Bewegungsrichtung der Fasern geleiüet wird.

Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung im einzelnen erläutert, in der schematisch in 109832/1262

perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist, bei der einige Teile weggekrochen sind.

Nach der Zeichnung wird eine Spinnlösung, die durch Lösen eines fas ermüdenden Polymers und evtl. Additive in einem Lösungsmittel hergestellt wird, unter Druck durch einen Einlaß 2 in eine Spinndüse 1 geleitet und nach unten in eine Trockenkammer 3 ausgepreßt, die gerade unterhalb der Spinndüse 1 angeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Trockenkammer 3 die Form eines Kastens mit rechteckigem Querschnitt auf, jedoch kann auch jede andere geeignete Form benutzt werden. Die Spinnlösung wird in der Form feiner Strahlen in einen Raum S ausgepreßt, der durch die Trockenkammer 3 gebildet wird. Die Trockenkammer 3 ist mit einem Einlaßteil 4 für ein inertes, erhitztes Gas versehen, und weist außerdem einen Absaugauslaß 5 auf. Die beiden Teile 4 und 5 liegen auf einander gegenüberliegenden Enden der Kammer 3 und fassen zwischen sich den Raum S. Die Einlaß- und Auslaßteile 4 und 5 sind vom Raum S durch Gasverteilereinrichtungen 6 und 7 getrennt.

Diese Verteiler stellen eine gleichmäßige Strömung des Gases über die gesamte Fläche jedes Verteilers beim Eintritt bzw. Austritt des Gases in bzw. aus dem Raum S sicher. Jeder Verteiler kann durch übereinandergelegte

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perforierte Metalltafeln und Gitter gebildet werden. Das Ausmaß und die Anordnung der Perforierung, die Maschenweite des Gitters und die Anzahl der ubereinandergelegten Tafeln kann so gewählt werden, daß sich eine gleichmäßige Strömung des Gases einstellt. Die Teile 5 uncL 4 sind mit einem Auslaßrohr 9 bzw. winem Einlaßrohr 8 verbunden, wie es die Zeichnung erkennen läßt. Es ist klar, daß das erhitzte, inerte Gas durch das Einlaßrohr 8 in den Einlaßteil 4- und von dort durch den Verteiler 6 in den Raum S gelangt. Dann strömt das Gas quer zu den feinen Strahlen oder Fasern 10 in Richtung der Pfeile und wird durch den Verteiler 7 in. clen Auslaßteil gesaugt, von wo es durch das Auslaßrohr 9 austritt.

Die feinen Strahlen 10 der Spinnlösung, die durch die Spinndüse 1 herausgepreßt werden, verfestigen sich und trocknen im Raum S dort, wo sie in Berührung mit der gleichmäßigen Strömung des heißen Gases kommen und das Lösungsmittel verdampft wird. Das heiße Gas nimmt beim Vorbeistreichen an den Fasern 10 das Lösungsmittel auf und wird durch den Verteiler 7» den Auslaßteil 5 und- clas Auslaßrohr 9 abgeleitet, worauf es vorzugsweise in eine Rückgewinnungseinrichtung 11 für das Lösungsmittel durch eine Saugeinrichtung 12 geleitet wird» In der Einrichtung 11 wird das inerte Gas vom Lösungsmittel in irgendeiner geeigneten Weise getrennt, wie beispielsweise durch Kondensieren des Lösungsmittels beim Abkühlen, Nach der

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Trennung wird das inerte Gas erneut über einen Temperaturregler 13, ein Gebläse 14- und das Einlaßrohr 8 in das System zurückgeleitet., Im Temperaturregler 13 wird das inerte Gas auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt, die höher liegt als der Siedepunkt des Lösungsmittels, das in der Spinnlösung verwendet wird.

Unterhalb der Trockenkammer 3 ist ein sich nach unten erstreckeriter Spinntopf 15 angeordnet. Das Innere des Spinntopfes 15 steht mit dem Raum S der Trockenkammer 3 in Verbindung, so daß die durch die Trockenkammer 3 hindurchtretenden !Fasern 10 weiter nach unten in den Spinntopf gelangen. Die Fasern werden innerhalb des Spinntopfes 15 durch eine übliche, nicht dargestellte Einrichtung gebündelt und durch eine Bodenöffnung 16 abgezogen und anschließend auf Spulen I7 oder dergleichen aufgewickelt· Mit 18 ist eine ein Schmiermittel aufbringende Einrichtung bezeichnet, während 19 eine Förderrolle bezeichnet. Wenn es gewünscht wird, kann eine übliche Falschdrahtvorrichtung (false twister), die nicht dargestellt ist, vorgesehen werden, um das Bündeln sicherzustellen. Weiterhin ist es möglich, eine oder mehrere BehandlungsStationen, z. B„ zum Strecken, zum Wärmebehandeln, Kräuseln usw., zwischen der Öffnung 16 und der Aufwickeleinrichtung I7 anzuordnen.

Vorzugsweise wird ein inertes erhitztes Gas auch in den Spinntopf 15 eingeleitet, um eventuelle Reste des

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Lösungsmittels noch zu entfernen, die, an den aus der Trockenkammer 3 austretenden lasern sitzen könnten. Die Strömung im Spinntopf 15 kann als Gleichstrom oder Gegenstrom relativ zur Bewegungsrichtung der Fasern ausgelegt werden, wobei hier ein übliches Verfahren angewendet wird. Beispielsweise kann der obere Abschnitt des Spinntopfes doppelwandig ausgebildet sein, wodurch sich ein ringförmiger Gaseinlassabschnitt 20 bildet. Diesem ringförmigen Einlassabschnitt wird das erhitzte, inerte Gas über ein Einlassrohr 21 zugeführt. Aus dem Abschnitt 20 tritt das heisse Gas nach unten in das Innere des Spinntopfes durch einen ringförmigen Verteiler 22 ein, der die Einstellung einer gleichmässigen Verteilung des Gasstromes erleichtern soll. Das Gas strömt dann nach unten zu einem Saugauslass 23, der, wie dargestellt, am unteren Ende des Topfes 15 vorgesehen ist. Der Auslassabschnitt 23 ist mit einem Auslassrohr 24 verbunden, aus dem das das Lösungsmittel enthaltende Gas abgezogen und dem System über die Einrichtungen 12, 11, 13 und 14 sowie das Einlassrohr 21 wieder zugeführt wird, wie es oben schon erläutert wurde.

Wenn auch die Erfindung an einem speziellen Ausführungsbeispiel erläutert worden ist, so ist doch klar, dass sich zahlreiche Abänderungen vornehmen lassen· Beispielsweise kann der Verteiler durch irgendeine andere geeignete Einrichtung ersetzt werden, wie beispielsweise eine Platte

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mit einer Anzahl feiner, paralleler Schlitze·

Weiterhin wird bei der dargestellten Ausführungsform das Gas im Kreislauf geführt. Jedoch ist es auch möglich, das Gas ohne diese Zirkulation zuzuführen und abzuziehen. Bs ist ausserdem möglich, einen Gasauslass oder -einlass in der Mitte des zylindrischen Topfes 15 und Gaseinlässe bzw. -auslasse am oberen und unteren Ende des Topfes 15 vorzusehen, so dass in der oberen una unteren Hälfte des Spinntopfes die Strömungsrichtungen des Gases entgegengesetzt sind. Wenn auch bei der dargestellten Ausführungsform die Einrichtung 11 zum Wiedergewinnen des Lösungsmittels und der Temperaturregler 13 für das erhitzte Gas, das der Trockenkammer 3 und dem Spinntopf 15 zugeführt wird, gemeinsam sind, so können doch auch gesonderte Einrichtungen 11 und 13 vorgesehen werden. In diesem Falle ist es möglich, für die Trockenkammer 3 ein Gas zu verwenden, das sich vom Gas für den Spinntopf in der Temperatur und/ oder in der Art unterscheidet.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases kann in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren unterschiedlich gewählt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der bestimmten Spinnlösung, vom Lösungsmittel, von der Gastemperatur, vom Titer der Pasern, von der Spinngeschwindigkeit usw» Üblicherweise beträgt die Geschwindigkeit des Gases jedoch bis zu 3 m/sec.

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Bei einem Trocken-Spinn-Verfahren sind die feinen Strahlen der Spinnlösung, die gerade aus der Spinndüse austreten, äusserst empfindlich auf die Umgebungsbedingungen. Wenn die Strahlen der Spinnlösung nun mit einer turbulenten Strömung eines erhitzten Gases in Berührung kommen, kann eine beträchtliche Änderung im Titer und in anderen Eigenschaften auftreten, wiebeispielsweise beim Elastizitätsmodul in Längsrichtung, und zwar wegen des Flatterns der Fasern, wegen ungleichmässigen Ziehens der Fasern, ungleicher Wärmeverteilung usw. Wenn ein sehr starkes Flattern der Fasern auftritt, kann dies zu einem unerwünschten Zusaiamenhaften der Fasern führen. Die unerwünschte Turbulenz ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass es sehr schwierig ist, den Einfluss der natürlichen Konvektion (d.h. einer nach oben gerichteten Strömung) in der Nähe der Spinndüse auf ein vernachlässigbares Ausmass zu verringern, wenn das erhitzte Gas in derselben Richtung strömt wie sich die Fasern bewegen, d.h. beim Gleichstrom- ©der Gegenstromverfahren. Bas gilt besonders dann, wenn der Spinntopf senkrecht steht.

Gemäss der Erfindung wird das gut ausgeglichene, heisse Gas im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung der Fasern geführt, bis die Verfestigung der Fasern nach dem Verlassen der Spinndüse im wesentlichen abgeschlossen ist, so dass ein Flattern der Fasern im wesentlichen vermieden

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wird und an dieser wichtigen Stelle des TrockenSpinnens praktisch keine [Turbulenz auftritt. Anschliessend wird jeder Rest an Lösungsmittel durch das nachfolgende Heizen im Spinntopf beseitigt. Eine Turbulenz, die eventuell noch von dem zylindrischen Spinntopf übertragen werden könnte, wird durch die Querströmung in der Trockenkammer unterdrückt und daran gehindert, dort wirksam zu werden, wo die Fasern am empfindlichsten sind. Weiterhin wird gemäss der Erfindung das erhitzte Gas direkt gegen die Fasern dort geblasen, wo der Lösuncsmittelgehalt am grössten ist, so dass das Herausdampfen und Wiedergewinnen des Lösungsmittels erleichtert wird. Die Geschwindigkeit der Lösungsmittelverdampfung ist daher hoch, so dass infolgedessen die Spinngeschwindigkeit vergrössert werden kann. Da das Herausdampfen des Lösungsmittels besonders wirksam erfolgt, kann die Temperatur des Gases verringert werden, so dass ein Überhitzen der Spinndüse und der benachbarten Teile vermieden und eine Beeinflussung der Spinnlösung verhindert wird.

Die Vorrichtung gemäss der Erfindung lässt sich bei Trocken-Spinnverfahren anwenden, die mit einem beliebigen faserbildenden Polymer arbeiten. Besonders günstig ist die Vorrichtung beim Verfertigen von elastischen Polyurethan· fasern (Spandexfasern) beim Trockenspinnen.

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Claims (1)

1RB0661

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Patentansprüche

1· Trockenspinnvorrichtung mit einer Spinndüse, aus der eine Spinnlösung nach unten herausgedrückt wird, gekennzeichnet durch eine gerade unterhalt) der Spinndüse (1) angeordnete Trockenkammer (3), die einen Gaseinlassteil (4) und einen Gasauslassteil (5) zum Absaugen eines inerten, erhitzten Gases aufweist, durch die das Gas im wesentlichen quer zu den frisch ausgepressten Fasern und über diese hinweg zum Herausdampfen des Lösungsmittels aus den Fasern vom Einlass- zum Auslassteil geleitet wird, durch einen zylindrischen Spinntopf (15)» eier unterhalb der Trockenkammer und in Terbindung mit dieser angeordnet ist, so dass die durch die Trockenkammer tretenden Fasern weiter nach unten durch den Spinntopf treten, und durch eine Einrichtung (17» 18, 19), mit der die Fasern aus dem Boden (16) des Spinntopfes abgezogen und aufgewickelt werden.

2· Trockenspinnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Spinntopf (15) mit Einrichtungen (20 bis 24) versehen ist, mit denen ein inertes, erhitztes Gas im Gleichstrom oder im Gegenstrom relativ zur Bewegungsrichtung der Fasern durch den Spinntopf geleitet wird.

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3. Trockenspinnvorriclitung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen einer gleichförmigen Strömung des Gases vom Einlassteil (4) zum Auslassteil (5) Verteiler (6,7) vorgesehen sind»

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