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Verstreckung hoohmolekularer, synthetischer Polymerfäden und -kabel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstrecken
von Kabeln aus hochmolymeren synthetischen Fäden mit großer Ausbreitung bzw. geringer
Belegungsdichte der Kapillaren.
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Zum Verstrecken von Fadenkabeln werden Streckwerke mit einseitig oder
doppelseitig gelagerten Walzen oder Galetten verwendet, die für Jeweils definierte
Maximalzugkräfte ausgelegt sind.
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Die Verstreckung kann in Dampfatmosphäre mit Hilfe von Dämpfkammern
erfolgen, die zwischen den Stxckwerken angeordnet sind, ferner durch zwischengeschaltete
Wasserbäder mit definierter Temperatur (z.B. zwischen 60 und 800 C), oder durch
erwärmte Galetten, wobei die Verstreckung auf der letzten Galette des ersten Walzenwerkes
oder kurz danach erfolgt. Die Leistung der Streckwerke nimmt mit steigender Belegungsdichte
und steigender Streckgeschwindigkeit zu. Sie ist technisch begrenzt durch die maximale
Zugkraft der Streckwerke und technologisch durch die Belegungsdichte und die Streckgeschwindigkeit.
Bei Zunahme dieser beiden Größen treten Jedoch insbesondere bei Polyesterfasern
die qualitätsmindernden unverstreckten Fasern oder Tieffärbemängel in erhöhtem Maße
auf.
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Es ist zwar möglich, die Belegungsdichte durch Verwendung entsprechend
breiterer Galetten auf der gesamten Faserstraße zu erniedrigen, Jedoch ist der technische
und wirtschaftliche Aufwand für solche Lösungen unter anderem wegen der auftretenden
hohen Biegemomente und der Schwierigkeiten, das Temperaturprofil über die gesamte
Breite der Galetten konstant zu halten, beträchtlich. Ferner wird die exakt gleichmäßige
Zusammenführung der Kabel vor einer Stauchkräuselkammer mit zunehmender Kabelbreite
aufwendiger bzw.
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schwieriger.
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Diese Nachteile wirken sich insbesondere bei der Herstellung pillarmer
Fasern mit niedriger Intrinsic-Viskosität aus, da hierbei die Belegungsdichte der
Streckwerke im Hinblick auf die Zahl der Tieffärbemängel stark zurückgenommen werden
muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile zu beseitigen
und zu erreichen, daß man die beim Verstrecken hochmolekularer synthetischer Polymerkabel
auftretenden Tieffärbemängel gering hält und trotzdem die Streckgeschwindigkeit
groß ist.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Verstrecken von
Kabeln aus hochmolymeren synthetischen Fäden mit großer Ausbreitung bzw. geringer
Belegungsdichte der Kapillaren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausbreitung
bzw. die geringe Belegungsdichte auf der Streckgalette oder im Streckfeld durch
Aufteilung der Kabelmasse in zwei oder mehr Ebenen erfolgt.
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Die Aufteilung der Kabelmasse braucht dabei nicht nur au das erste
Streckfeld beschränkt zu sein, in dem die grdBte
Verstreckung vorgenommen
wird, sondern kann auch in den nachfolgenden Streckfeldern vorhanden sein.
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Auf diese Weise kann die auf einer konventionellen Faserstrecke erzeugte
Qualität entscheidend verbessert werden, in-dem die Belegungsdichte in den/cm reduziert
wird. Entsprechend kann die Leistung einer Gesamtanlage, bestehend aus Polymerisatherstellung,
Spinnerei und Streckerei, auch bei Herstellung pillarmer Fasern mit niedriger Intrinsic-Viskosität
(beispielsweise nintr=O,40 bis 0,43) voll ausgenutzt werden, wohingegen bisher die
Belegungsdichte der Streckwerke im Hinblick auf die Zahl der Tieffärbemängel stark
zurückgenommen werden mußte. Erfindungsgemäß wird somit durch die Auffächerung eines
geringen Teils der Gesamtanlage in zwei oder mehr Ebenen ein erheblich größerer
Produktionsausstoß ohne Qualitätseinbuße ohne Verbreiterung der Galetten erzeugt.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Stapelfaseranlage mit
einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Streckfeldern zur Durchführung des Verfahrens,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste und gegebenenfalls ein oder mehrere
nachfolgende Streckfelder in zwei oder mehr parallelen oder in einem Winkel zueinander
angeordneten Ebenen aufgeteilt sind.
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Dabei ist es zum Zusammenfassen des aufgeteilten Kabels zweckmaßig,
am Ende des letzten aufgeteilten Streckfeldes Umlenkgaletten anzuordnen, die nicht
oder durch Hilfsantrieb mit Rutschkupplung angetrieben sind. Zum Kabeleinlegen kann
auch an dem auf das letzte aufgeteilte Streckfeld folgende *1alzenwerk eine Luftdüse
angeordnet sein.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Abbildungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Streckwerk mit zwei Ebenen, auf
die der Streckvorgang aufgeteilt ist.
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Fig. 2a zeigt die an dem Streckwerk wirkende Zugkraft ohne Umlenkgalette.
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Fig. 2b zeigt die Zugkraft bei Benutzung einer Umlenkgalette.
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Fig. 3 - 5 zeigen weitere Ausführungsformen £ür die erfindungsgemäßen
Streckwerke, die jeweils in zwei Ebenen zur geteilt sind.
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In den nachfolgend verwendeten Bezeichnungen für die einzelnen Vorrichtungsteile
bezeichnet der Zusatz a die obere und der Zusatz b die untere Ebene des Streckwerks.
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In Fig. 1 werden die beiden gleichen Teile des getrennten Kabels jeweils
aus einer Kannenvorlage la bzw. lb über ein Kannengatter 2oa bzw. 20b, ein Kabelösenriet
2a bzw. 2b, ein Vorbad 3a bzw, 3b in ein Einzugswerk 4a bzw. 4b geführt, von wo
sie zum ersten Walzenwerk 5a bzw. 5b lauten, In den Vorbädern 3a bzw. 3b werden
die Kabel teile für die Verstreckung vorerwärmt, während die eigentliche Verstreckung
in Dämpfkammern 6a bzw. 6b erfolgte die sich an die letzte Galette der ersten Walzenwerke
5a bzw. 5b anschließen.
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Nach Verlassen der Dämpfkammern 6a bzw. 6b erreichen die Kabelteile
Umlenkgaletten 7a bzw. 7b. Die Galette 7a ist nicht angetrieben und führt den in
der oberen Ebene der Vorrichtung laufenden Kabel teil praktisch senkrecht nach
unten
in die untere Ebene zur Galette 7b, die mit HilSsantrieb und Rutschkupplung versehen
ist. Auf diese Weise werden die beiden Kabel teile an der Umlenkgalette 7b wieder
zusammengeführt und laufen von dort zum zweiten Walzenwerk 8.
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Anstelle der Dämpfkammern 6 können ebenso gut Wasserbäder verwendet
werden, auch kann der Streckvorgang auf der letzten Galette der Streckwerke 5 erfolgen,
die hierzu erwärmt werden müssen.
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Die Umlenkgaletten 7 bewirken technisch und wirtsehaftlich einfachste
Kabelführung für den Streckprozeß, einfache Kabel zuführung von der oberen in die
untere Ebene vom Sicherheitsstandpunkt, da das untere Kabel die Galette 7b nur tangiert
und nach dem Einzug dort von selbst mitläuft, also nicht in Zonen starker Spannung
von Hand eingeführt werden muß, und die Entlastung der ersten Galette des zweiten
Walzwerkes 8, die bei direkter Zuführung des Kabels aus der oberen Ebene (unter
Auslassung der Umlenkgalette 7b) unzulässig hoch beansprucht würde.
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Die an einem Streckwerk für 4.000 kg Zugkraft wirkenden Kräfte sind
in Fig. 2a und 2b einmal mit und einmal ohne Umlenkgalette 7b dargestellt. Dies
entspricht einem Kabel von 1.500.000 den vom Baumwolltyp bzw. einem Kabel von 2.OO0.000
d+n vom Wolltyp nah der Verstreckung. Qhne Umlenkgaletts 7b beträgt die resultierende
Kraft, die auf die erste palette 8t des zweiten Walzenwerkes 8 ausgeübt wird, 6.300
kg, wohingegen mit Umlenkgalette 7b nur eine Kraft von 5.6oo kg erreicht wird.
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Die Umlenkgalette 7b kann das Kabel in der unteren Ebene tangieren
und kann fest oder vertikal beweglich sein, um
den für das Einziehen
günstigsten Abstand zum Kabel zu erhalten, wobei auch eine feste Anpressung an das
Kabel gewählt werden kann.
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Eine weitere Anordnung zum Verstrecken in zwei Ebenen zeigt Fig. 3,
wo die beiden Kabelteile von einem Kannengatter 20 oder von Kannengattern 20a bzw.
20b über ein Kabelösenriet 2a bzw. 2b zu einem Einzugswerk 4a bzw. bb und von dort
zu einem Vorbad 3a bzw. 3b geführt wird. Die Vorrichtungsteile 2a, 4a und 3a befinden
sich dabei auf einer Zwischenbühne 19. In der unteren Ebene läuft das Kabel teil
vom Vorbad 3b zu einem ersten Walzenwerk 5b, das in der gleichen Ebene wie das erste
Walzenwerk 5a für den oberen Kabel teil angeordnet ist, das von dem Vorbad 3a schräg
nach unten zum ersten Walzenwerk 5a läuft. Das untere Kabel tangiert nach dem Verlassen
des ersten Walzenwerkes 5b die unteren Galetten des Walzenwerkes 5a. Beide Kabelteile
durchlaufen eine Dampfkammer 6, bleiben dabei jedoch in verschiedenen Ebenen und
werden erst im zweiten Walzenwerk 8 zusammengeführt, wo die beiden ersten Galetten
die Aufgabe der Umlenkgaletten 7 der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung übernehmen.
Zum Kabeleinlegen ist dabei zweckmäßig, an der Galette, an der die beiden Kabel
zusammengeführt Werden, eine LuStdüse 18 anzuordnen. Im ersten Streckfeld werden
hierbei die Kabel teile separat, bevorzugt in einer Distanz von 50 - 500 mm, parallel
zum zweiten Walzenwerk gerührt. Die Verstreckung dZr beiden Kabslteile erfolgt entweder
getrennt auf der letzten Galette des Walzenwerks 5b und auf der vorletzten (in der
oberen Galett@nreihe befindlichen) Walze des Walzenwerks 5a oder wie in Fig. 3 dargestellt
in einer Dämpfkammer. Hierbei können aber auch ebenfalls andere Streckhilfen eingesetzt
werclen,wie beispielsweise Wasserbäder.
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Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der sich die Walzenwerke ebenfalls
in einer Flurebene mit leichter vertikaler Versetzung befinden. Die Verstreckung
erfolgt hierbei ebenfalls in einer Dämpfkammer 6. Von dort aus laufen die Kabelteile
getrennt durch ein zweites Walzenwerk 8a bzw; 8b und werden am Ende des Walzenwerkes
8a an einer mitlauf enden Umlenkgalette 9 zusammengeführt, von wo sie durch eine
Heizstrecke 10 zu einem dritten Walzenwerk 11 geführt werden.
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der in Fig. 5 dargestellten Ar@rdnung wird das Kabel erst nach dem
Passieren des lfabelösenriets 2 geteilt und verläuft von dort durch Einzugswerke
4a bzw. 4b, VorbU-der Da bzw. 3b in das erste Walzenwerk, das als Doppeletagenwalzenwerk
5a + 5b ausgebildet ist tiach dem Verlassen des ersten Walzenwerks erfolgt die weitere
Führung des Kabels wie in Fig. 3.
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Außerdem ist es möglich, auch das zweite und eventuell das dritte
Walzenwerk als Doppel- oder Mehretagenwalzenwerk auszubilden, so daß man mehrere
@reckfelder mit mehreren Ebenen erhält, wo die Nach-verstrsekung vollzogen wird.
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Beispiel 1 Auf einer Faserstrecke wird normal viskoses Polyester-Fadenlcabel
mit einer Intrinsic-Viskosität von nintr = o,60 verstreckt. Der Endtiter der Einzelkapillare
beträgt 5 den.
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Der Streckpunkt liegt am Kabelablaufpunkt der erwärmten letzten Galette
des ersten Walzenwerkes. Bei konventioneller Arbeitsweise ergeben sich die aus Tabelle
1 ersichtlichen Werte bei einem Streckverhältnis von 1 : 4.
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Tabelle 1 Versuch Belegungs- Belegungs- Tieffärbe- Produktions- Streckgeschwindigkeit
+) dichte, un- dichte, ver- mängelan- leistung/cm m/min verstreckt streckt teil
% Galettenden/cm den/cm breite g/min 1 40.000 10.000 0,001 111 100 2 40.000 10.000
0,001 133 120 3 40.000 10.000 0,001 155 140 4 40.000 10.000 0,004 168 160 5 44.000
11.000 0,001 122 100 6 56.000 14.000 0,001 156 100 7 78.000 17.000 0,020 189 100
Dabei berechnet sich die Produktionsleistung/cm Galettenbreite P nach der Formel
P = B x v g () 9.000 min wobei B die Belegungsdichte verstreckt in den/cm und v
die Streckgeschwindigkeit m/min ist.
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+) Versuch 1 - 4: steigende Geschwindigkeit bei konstanter Belegung
Versuch 5 - 7: steigende Belegung bei konstanter Streckgeschwindigkeit
Aus
Tabelle 1 geht hervor, daß die Produktionsleistung/cm Galettenbreite praktisch nicht
über 150 g/min ohne Qualitätseinbuße erhöht werden kann. Bei Versuch 4 und insbesondere
bei Versuch 7 ist der Tieffärbemängelanteil bereits sehr erheblich.
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Benutzt man nun eine erfindungsgemäße Anlage, z.B. die in Fig. 1 dargestellte,
mit einer Aufteilung mit der Kabelmasse in zwei Ebenen, so läßt sich in Jeder Ebene
bei einer Streckgeschwindigkeit von loo m/min ohne Qualitätseinbuße der Produktionsausstoß
bei einer Belegungsdichte von Jetzt 2 x 14.ooo den/cm verdoppeln, d.h. man erhält
anstelle von 156 g/min 312 g/min. Hierbei betragen die Tieffärbemängel o,ool % ,
während beim gemeinsamen Verstrecken der ganzen Vorlage die Färbemängelanteile von
>o,o4 ß entstehen.
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Beispiel 2 Auf einer Faserstrecke wird niedrigviskoses Polyester-Fadenkabel
mit einer Intrinsic-Viskosität von einer o,42 verstreckt. Der Endtiter der Einzelkapillaren
betragt~3 den. Der Streckpunkt liegt bei den Versuchen 1 - 3 in einer Dampfkammer
zwischen den beiden ersten Walzenstreckwerken (im 1. Streckfeld), bei den Versuchen
4 - 6 am Kabelablaufpunkt der erwärmten letzten Galette des ersten Walzenwerks.
Das Streckverhältnis beträgt 1 : 4,6. Bein konventioneller Arbeitsweise ergeben
sich die in Tabelle 2 aufgeführten Werte.
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Tabelle 2 Versuch Belegungs- Belegungs- Tieffärbe- Produktions- Streckgeschwindigkeit
dichte, un- dichte, ver- mängelan- leistung/cm m/min +) verstreckt streckt teil
% Galettenden/cm den/cm breite g/min 1 55.200 12.000 0,03 66 50 2 55.200 12.000
0,09 93 70 3 55.200 12.000 0,17 133 100 4 23.000 5.000 0,03 56 100 5 27.000 6.100
0,05 68 100 6 33.000 7.200 0,50 80 100 +) Versuch 1 - 3 : steigende Geschwindigkeit
bei konstanter Belegungsdichte Versuch 4 - 6 : steigende Belegungsdichte bei konstanter
Geschwindigkeit
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß bei Fasern mit
niedriger Intrinsic-Viskosität eine gute Qualität nur bei einer Produktionsleistung/cm
Galettenbreite von 56 - 66 g/min erhalten wird. Benutzt man nun eine erfindungsgemäße
Anlage mit einer Auf teilung der Kabelmasse in zwei Ebenen, so läßt sich in Jeder
Ebene bei einer Streckgeschwindigkeit von 100 m/min ohne Qualitätseinbuße, d.h.
mit einem Tieffärbemängelanteil von 0,03 kr der Produktionsausstoß bei einer Belegungsdlchte
von jetzt 2 x 5,90v den/cm verdoppeln. Beim gemeinsamen Verstrecken des Gesamtkabels
würden die Anteile unverstreckter Fasern >0,50 % betragen.