DE19802086B4

DE19802086B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern aus Polymeren, insbesondere PET, CO-PET und/oder PBT

Info

Publication number: DE19802086B4
Application number: DE1998102086
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Geier; Theodor Dipl.-Ing. Jürgens; Ingo H. Eifländer
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: DE19802086A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern aus Polymeren, insbesondere Polyäthylenterephtalat, Co-Polyäthylenterephtalat und/oder Polybutylenterephtalat, im Wege des Schmelzspinnens von Kunststoff-Multifilamenten, wonach die mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Kunststoff-Multifilamente hinter einer Spinnvorrichtung (2) in einer Kühlzone (3) auf zumindest Erstarrungstemperatur abgekühlt, anschließend zum Zwecke des Verstreckens in einer Heizzone (4) auf eine Temperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur erwärmt und von einem gasförmigen Medium im Gegenstrom angeblasen und auf pneumatischem Wege abgezogen werden, wobei die Kunststoff-Multifilamente (1) vor dem Abziehen gekräuselt und nach dem Abziehen unter hinreichender Reduzierung der Abzugsgeschwindigkeit an ein Transportband (10) abgegeben werden und bei reduzierter Transportgeschwindigkeit thermofixiert und dann abgelegt oder zu Stapelfasern geschnitten werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern aus Polymeren, insbesondere PET, CO-PET und/oder PBT, im Wege des Schmelzspinnens von Kunststoff-Multifilamenten, wonach die mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Kunststoff-Multifilamente hinter einer Spinnvorrichtung in einer Kühlzone auf zumindest Erstarrungstemperatur abgekühlt, anschließend zum Zwecke des Verstreckens in einer Heizzone auf eine Temperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur erwärmt und von einem gasförmigen Medium im Gegenstrom angeblasen werden, um die erforderliche Streckspannung zu erzeugen.

Nach einem aus EP 0 491 012 B1 bekannten Verfahren werden die Kunststoff-Multifilamente, bei denen es sich um Mikrofilamente handelt, mit einer Geschwindigkeit bis 8.000 m/min abgezogen und anschließend abgelegt. Anschließend werden die abgelegten Kunststoff-Multifilamente in einer getrennten Prozeßlinie gekräuselt, thermofixiert und ggf. zu Stapelfasern geschnitten. Eine derartige getrennte Prozesslinie ist erforderlich, weil die Abzugsgeschwindigkeit der Kunststoff-Multifilamente für den Kräusel- und Thermofixierungsvorgang zu hoch ist. Das gilt im übrigen auch für das Schneiden der gekräuselten Kunststoff-Multifilamente. Aber selbst die Ablage der noch nicht gekräuselten Kunststoff-Multifilamente in eine Kanne ist bei einer derartig hohen Abzugsgeschwindigkeit nicht ganz unproblematisch, weil sich die Kunststoff-Multifilamente im Zuge ihres Ablegens derart verwirren können, dass anschließend eine geordnete Entnahme aus der Kanne für das anschließende Kräuseln und Thermofixieren häufig nicht mehr gewährleistet ist.

Die Druckschrift DE 27 02 826 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung gekräuselter Stapelfasern, wobei die aus den Abzugsgaletten austretenden Faserkabel texturiert und danach auf einem Siebband abgelegt werden. Ein ähnliches Verfahren zeigt die Druckschrift US 4 346 052 .

Aus dem Artikel "Ecoflex – Hot channel stretching process", erschienen in Chemical Fibers International, Vol. 46, Januar 1996, Seiten 37 bis 40, ist es bekannt, Multifilamente für die Verstreckung im Gegenstrom mit erhitzter Luft anzublasen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, nach dem sich vollverstreckte Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern in einem kontinuierlichen Prozess nach dem Verstrecken auch kräuseln, fixieren und wohl geordnet ablegen und danach ohne weitere Prozessschritte schneiden oder unmittelbar nach dem Fixieren schneiden lassen. In vorrichtungsmäßiger Hinsicht sollen die Anlage- und Energiekosten unter Verzicht auf eine Prozessunterbrechung reduziert werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfarhen dadurch, dass die Kunststoff-Multifilamente vor dem Abziehen gekräuselt und nach dem Abziehen unter hinreichender Reduzierung der Abzugsgeschwindigkeit an ein Transportband abgegeben und bei reduzierter Transportgeschwindigkeit thermofixiert und dann abgelegt oder vor dem Ablegen zu Stapelfasern geschnitten werden. – Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, dass nicht wie bisher das Ablegen der Kunststoff-Multifilamente nach ihrer Verstreckung erfolgt und in einem getrennten Behandlungsprozess das Kräuseln, Thermofixieren und schließlich Schneiden vorgenommen wird, sondern die Kunststoff-Multifilamente in gleichsam einem Inline-Verfahren nach dem Verstrecken ohne Prozessunterbrechung gekräuselt, fixiert und abgelegt oder ggf. unmittelbar nach dem Fixieren zu Stapelfasern geschnitten werden. Ein derartiges Inline-Verfahren ist möglich, weil die verhältnismäßig hohe Abzugsgeschwindigkeit, die beim Kräuseln noch nicht stört, durch die Abgabe der gekräuselten Kunststoff-Multifilamente auf ein Transportband um etwa die Hälfte reduziert werden kann und dadurch einerseits eine einwandfreie Thermofixierung der Kräuselung gelingt, andererseits eine geordnete und wohl definierte Ablage der thermofixierten Kunststoff-Multifilamente in beispielsweise eine Kanne. Dadurch ist eine anschließende wohl geordnete Entnahme der Kunststoff-Multifilamente mit thermofixierter Kräuselung aus dieser Kanne möglich, um die Kunststoff-Multifilamente zu Stapelfasern zu schneiden. Im Rahmen der Erfindung besteht aber auch die Möglichkeit, unter Verzicht auf eine zwischengeschaltete Ablage die Kunststoff-Multifilamente unmittelbar nach dem Thermofixieren der Kräuselung dem Schneidprozeß zuzuführen und zu Stapelfasern zu schneiden. Im Rahmen der Erfindung lassen sich Kunststoff-Multifilamente aus mehreren in Reihe nebeneinander angeordneten Spinndüsensätzen nach dem Kräuseln zusammenführen und mittels eines Injektors als Kunststoff-Filamentbündel an das Transportband abgeben und bei reduzierter Transportgeschwindigkeit thermofixieren sowie anschließend ablegen oder unmittelbar zu Stapelfasern schneiden. Die Kunststoff-Multifilamente werden nach dem Kräuseln zweckmäßigerweise auf dem Weg zum Injektor bis auf Raumtemperatur abgekühlt, und zwar im Wege einer natürlichen Abkühlung, treten also mit Raumtemperatur in den Injektor ein. Weiter sieht die Erfindung vor, daß die pneumatisch mittels des Injektors abgezogenen Kunststoff-Multifilamente in runder Schleifenform oder zickzackförmiger Schlingenform an das Transportband abgegeben werden, um auf diese Weise eine einwandfreie Positionierung der Kunststoff-Multifilamente auf dem Transportband unter Reduzierung der Abzugsgeschwindigkeit vor dem Injek tor auf die Transportgeschwindigkeit des Transportbandes hinter dem Injektor erreichen zu können, die nahezu die Hälfte der Abzugsgeschwindigkeit beträgt. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kunststoff-Multifilamente zur Beibehaltung ihrer Ablegeposition während des Thermofixierens und für die Ablage in eine nachgeordnete Kanne oder ggf. für die Vorlage zum Schneiden im Wege einer Unterdruckbeaufschlagung auf dem Transportband anzusaugen, damit eine wohl geordnete Ablage einerseits oder eine wohl geordnete Vorlage für den Schneidprozeß andererseits gewährleistet sind. Die Kunststoff-Multifilamente werden zweckmäßigerweise mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 3.500 m/min bis 4.500 m/min, vorzugsweise 4.000 m/min abgezogen und bei einer reduzierten Transportgeschwindigkeit von 1.600 m/min bis 2.200 m/min, vorzugsweise 2.000 m/min thermofixiert. Die Thermofixierung der Kunststoff-Multifilamente erfolgt zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von 160°C bis 200°C. – Im Rahmen der Erfindung gelingt es, die Kunststoff-Multifilamente Inline unter Erzielung vorgegebener Festigkeits- und Dehnungswerte voll zu verstrecken, zu kräuseln, zu fixieren und entweder unmittelbar nach dem Fixieren zu Stapelfasern zu schneiden oder in eine Kanne abzulegen. Die Stapelfasern werden regelmäßig mit Naturfasern, halbsynthetischen Fasern oder vollsynthetischen Fasern gemischt. Beispielsweise erfolgt eine Mischung bei Stapelfasern
< 6 dtex mit grober Wolle, z. B. Shetland-Wolle,
< 3 dtex mit normaler Wolle, z. B. Merino-Wolle und
< 1,5 dtex mit Baumwolle. – Jedenfalls gelingt die Herstellung von einerseits Kunststoff-Fäden und andererseits Stapelfasern im Wege eines rationellen Inline-Verfahrens. Dabei wird für die Kunststoff-Fäden bzw. Stapelfasern
eine Dehnung von ≤ 25 (%) und
eine Festigkeit von ≥ 4,5 (cN/dtex)
erreicht.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich auch eine Mischung von PET, CO-PET und/oder PBT verarbeiten, um im Wege einer schnelleren Kristallisation schrumpfungsärmere Produkte zu erzeugen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage, die zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens unter Berücksichtigung reduzierter Anlagen- und Energiekosten besonders geeignet ist. Diese Anlage mit zumindest einem Spinndüsensatz, einem Blasschacht als Kühlzone, einem Heizschacht als Heizzone mit einer Einrichtung zum Zuführen eines gasförmigen Mediums, ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Heizschacht eine Kräuselvorrichtung, z. B. eine Stauchkammer und der Kräuselvorrichtung ein Injektor, z. B. eine Venturidüse, zum Abziehen der gekräuselten Kunststoff-Multifilamente nachgeordnet ist, daß dem Injektor eine Verteilereinrichtung für die abgezogenen Kunststoff-Filamentbündel zur Übergabe an ein perforiertes Transportband nachgeordnet ist, daß das Transportband unterseitig von einem Unterdruckerzeuger und oberseitig von einer Heizvorrichtung beaufschlagt ist und daß dem Transportband eine Kanne zum Ablegen der Kunststoff-Multifilamente oder eine Schneidvorrichtung zum Schneiden der Kunststoff-Multifilamente bzw. -Filamentbündel zu Stapelfasern nachgeordnet ist. Der Unterdruckerzeuger sorgt dafür, daß die schleifen- oder schlingenförmig abgelegten Kunststoff-Multifilamente bzw. -Filamentbündel während des Thermofixierens in der abgelegten Position auf dem Transportband gehalten werden, während die Heizvorrichtung für die Erzeugung der Thermofixierungstemperatur sorgt. Die Verteilereinrichtung für die Kunststoff-Multifilamente bzw. -Filamentbündel, die zwischen dem Injektor und dem Transportband angeordnet ist, kann beispielsweise als schwenkbar gelagerte Schwingrinne ausgebildet sein, deren Bewegungsablauf sich unschwer so steuern läßt, daß Schleifen- oder Schlingenbildung auf dem Transportband gewährleistet ist. Der Injektor arbeitet vorzugsweise mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 3.500 m/min bis. 4.500 m/min, bevorzugt mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 4.000 m/min. Das Transportband arbeitet mit einer Transportgeschwindigkeit von 1.600 m/min bis. 2.200 m/min, vorzugsweise 2.000 m/min bzw. ist mit einer solchen Transportgeschwindigkeit angetrieben. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Behandlung der Kunststoff-Multifilamente nach dem Spinnprozeß ohne jede Prozeßunterbrechung bis zu ihrer Ablage nach dem Thermofixieren oder bis zum Schneiden nach dem Thermofixieren vorgenommen werden kann, führt einerseits zu einer einwandfreien Qualität, andererseits zu einer beachtlichen Reduzierung der Anlage- und Energiekosten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Anlage zum Herstellen von Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern in einem Inline-Prozeß bis zur Ablage nach dem Thermofixieren und
2 ein Fließdiagramm von dem erfindungsgemäßen Inline-Prozeß mit den einzelnen Behandlungs- bzw. Arbeitsschritten.
In den Figuren ist eine Anlage zum Herstellen von Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern aus Polymeren, insbesondere PET, im Wege des Schmelzspinnens von Kunststoff-Multifilamenten 1 dargestellt. Diese Anlage weist einen oder mehrere Spinndüsensätze 2 auf. Den Spinndüsensätzen 2 ist jeweils ein Blasschacht 3 als Kühlzone und ein Heizschacht 4 als Heizzone mit einer Einrichtung 5 zum Zuführen eines gasförmigen Mediums nachgeordnet. Dem Heizschacht 4 wiederum ist eine Kräuselvorrichtung 6, z. B. eine Stauchkammer und der Kräuselvorrichtung 6 ein Injektor 7, z. B. eine Venturidüse zum Abziehen der gekräuselten Kunststoff-Multifilamente 1 nachgeordnet, ggf. unter Zwischenschaltung von Präparationseinrichtungen und Galetten 8. Ferner ist jeweils dem Injektor 7 eine Verteilereinrichtung 9 für die abgezogenen Kunststoff-Filamentbündel zur Übergabe an ein perforiertes Transportband 10 nachgeordnet. Das Transportband 10 ist unterseitig von einem Unterdruckerzeuger 11 und oberseitig von einer Heizvorrichtung 12 beaufschlagt. Dem Transportband 10 ist eine Kanne 13 zum Ablegen der Kunststoff-Multifilamente 1 mit thermofixierter Kräuselung nachgeordnet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dem Transportband 10 unmittelbar eine Schneidvorrichtung zum Schneiden der Kunststoff-Multifilamente zu Stapelfasern nachzuordnen. Das ist nicht gezeigt. Die Verteilereinrichtung ist als schwenkbar gelagerte Schwingrinne 9 ausgebildet, um beispielsweise die angedeutete zickzackförmige Schlingenablage S der Kunststoff-Multifilamente 1 hinter dem Injektor 7 auf das Transportband 10 unter beachtlicher Reduzierung der Abzugsgeschwindigkeit zu ermöglichen. Denn der Injektor 7 arbeitet mit einer Abzugsgeschwindigkeit von beispielsweise 4.000 m/min, während das Transportband 10 lediglich mit einer Transportgeschwindigkeit von 2.000 m/min arbeitet.
Die im Wege des Schmelzspinnens erzeugten Kunststoff-Multifilamente 1 werden mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit in der Kühlzone auf zumindest Erstarrungstemperatur abgekühlt, anschließend zum Zwecke des vollständigen Verstreckens in ungebündelter Ausrichtung in der Heizzone auf eine Temperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur erwärmt und dann von einem gasförmigen Medium im Gegenstrom angeblasen. Das ist durch Pfeile angedeutet. Die Kunststoff-Multifilamente 1 werden anschließend gekräuselt und auf dem Wege zum Injektor 7 auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Verlassen des Injektors 7 werden die Kunststoff-Multifilamente bzw. -Filamentbündel unter hinreichender Reduzierung der Abzugsgeschwindigkeit – dazu dient insbesondere auch die zickzackförmige Schlingenablage – an das Transportband 10 abgegeben und auf dem Transportband bei reduzierter Transportgeschwindigkeit thermofixiert und dann in wohl definierter Positionierung entweder in die Kanne 13 abgelegt oder anschließend einem Schneidprozeß zugeführt, um Stapelfasern zu erzeugen. Der Unterdruckerzeuger 11 sorgt dafür, daß die schlingenförmige Ablage auf dem Transport band 10 im Zuge des Thermofixierens und für die Ablage in die Kanne 13 bzw. für die Vorlage zum Schneidprozeß beibehalten wird.
Zwischen der Einrichtung 5 zum Zuführen eines gasförmigen Mediums und der Kräuselvorrichtung 6 befindet sich eine Abzugsvorrichtung 14 mit Abzugsrollen, um die Kunststoff-Multifilamente 1 der Kräuselvorrichtung 6 bzw. Stauchkammer mit vorgegebener Spannung und Geschwindigkeit zuführen zu können.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Kunststoff-Fäden oder Stapelfasern aus Polymeren, insbesondere Polyäthylenterephtalat, Co-Polyäthylenterephtalat und/oder Polybutylenterephtalat, im Wege des Schmelzspinnens von Kunststoff-Multifilamenten, wonach die mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit abgezogenen Kunststoff-Multifilamente hinter einer Spinnvorrichtung (2) in einer Kühlzone (3) auf zumindest Erstarrungstemperatur abgekühlt, anschließend zum Zwecke des Verstreckens in einer Heizzone (4) auf eine Temperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur erwärmt und von einem gasförmigen Medium im Gegenstrom angeblasen und auf pneumatischem Wege abgezogen werden, wobei die Kunststoff-Multifilamente (1) vor dem Abziehen gekräuselt und nach dem Abziehen unter hinreichender Reduzierung der Abzugsgeschwindigkeit an ein Transportband (10) abgegeben werden und bei reduzierter Transportgeschwindigkeit thermofixiert und dann abgelegt oder zu Stapelfasern geschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Multifilamente (10) aus mehreren in Reihe nebeneinander angeordneten Spinndüsensätzen (7) nach dem Kräuseln zusammengeführt und mittels eines Injektors (7) als Kunststoff-Filamentbündel an das Transportband abgegeben und thermofixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Multifilamente (1) nach dem Kräuseln auf dem Weg zum Injektor (7) bis auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatisch abgezogenen Kunststoff-Multifilamente (1) in runder Schleifenform oder zickzackförmiger Schlingenform an das Transportband (10) abgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Multifilamente (1) zur Beibehaltung ihrer Ablegeposition während des Thermofixierens und für die Ablage in eine Kanne oder ggf. für die Vorlage zum Schneiden im Wege einer Unterdruckbeaufschlagung auf dem Transportband (10) angesaugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Multifilamente (1) mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 3.500 m/min bis 4.500 m/min, vorzugsweise 4.000 m/min abgezogen und bei einer reduzierten Transportgeschwindigkeit von 1.600 m/min bis 2.200 m/min, vorzugsweise 2.000 m/min thermofixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Multifilamente (1) bei einer Temperatur von 160°C bis 200°C thermofixiert werden.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einem Spinndüsensatz (7), einem Blasschacht (3) als Kühlzone, einem Heizschacht (4) als Heizzone mit einer Einrichtung zum Zuführen eines gasförmigen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heizschacht (4) eine Kräuselvorrichtung (6), z. B. eine Stauchkammer und der Kräuselvorrichtung (6) ein Injektor (7), z. B. eine Venturidüse zum Abziehen der gekräusel ten Kunststoff-Multifilamente (1) nachgeordnet ist, daß dem Injektor (7) eine Verteilereinrichtung (9) für die abgezogenen Kunststoff-Filamentbündel zur Übergabe an ein perforiertes Transportband (10) nachgeordnet ist, daß das Transportband (10) unterseitig von einem Unterdruckerzeuger (11) und oberseitig von einer Heizvorrichtung (12) beaufschlagt ist, und daß dem Transportband (10) eine Kanne (13) zum Ablegen der Kunststoff-Multifilamente oder eine Schneidvorrichtung zum Schneiden der Kunststoff-Multifilamente nachgeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilereinrichtung als schwenkbar gelagerte Schwingrinne (9) ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (7) mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 3.500 m/min bis 4.500 m/min, vorzugsweise 4.000 m/min arbeitet.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (10) mit einer Transportgeschwindigkeit von 1.600 m/min bis 2.200 m/min, vorzugsweise 2.000 m/min arbeitet.