DE2364902A1 - Verfahren und vorrichtung zum kraeuseln von synthetischen thermoplastischen fasern - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum kraeuseln von synthetischen thermoplastischen fasernInfo
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Description
Dr. F. Zumstein sen · D··. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.
PATENTANWÄLTE 236^902
3/Li
Germ.0 23 189
US 0 22 435
US 0 22 435
Phillips Petroleum Company, Bartlesville, OkI.
USA
Verfahren und Vorrichtung zum Kräuseln von synthetischen thermoplastischen Fasern
Es ist bekannt, verschiedene synthetische, thermoplastische Fasern aus Materialien, wie verschiedenen Polyamiden, verschiedenen
Polyestern und verschiedenen Polyolefinen zu kräuseln, mm das Volumen der Fasern zu vergrößern. Die verschiedenen
gekräuselten Fasern werden für verschiedene Zwecke, beispielsweise als Teppichgarne, als Garne für Bekleidungsstoffe,
für nicht gewebte Materialien, beispielsweise Teppichunterlagen, als Faserfüllungen, zum Füllen von Polstern, für Möbelpolsterungen,
zum Abfüttern von Schlafsäcken usw. verwandt. Beispielsweise werden verschiedene voluminöse Nylongarne für
Teppichgarne und Garne für Kleiderstoffe, verschiedene voluminöse Polyolefinfasern für nicht gewebte Teppichunterlagen
und verschiedene voluminöse Polyesterfasern für Faserfüllungen verwandt. Einige der verschiedenen voluminösen synthetischen,
thermoplastischen Fasern haben bei einigen dieser Ver-
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wendungszwecke zu einem Verkaufserfolg geführt. Bei anderen
jedoch war dies nicht der Fall. Es besteht allgemein die Notwendigkeit,
das Volumen sämtlicher dieser voluminösen Fasern zu vergrößern. Bei einigen Verwendungszwecken sind ein größeres
Volumen und eine höhere Dauerhaftigkeit der Voluminösität für eine erfolgreiche Verwendung notwendig. Im allgemeinen ist
der Verwendung von Polyolefin-Stapelfasern beim Herstellen von Faserfüllungen nur sehr begrenzter Erfolg beschieden gewesen.
Die \oben genannten Schwierigkeiten werden durch das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kräuseln oder zum Vergrößern des Volumens von synthetischen,
thermoplastischen Fasern überwunden. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sind zum Herstellen von Fasermaterialien mit einer
größeren Voluminösität mit einer größeren Dauerhaftigkeit aus irgendwelchen synthetischen, thermoplastischen Fasern, die zur
Vergrößerung ihres Volumens gekräuselt werden können, verwendbar. Unter derartigen synthetischen, thermoplastischen Fasern
befinden sich verschiedene Polyamide, beispielsweise Nylon, verschiedene Polyester, beispielsweise Polyäthylenterephthalat,
und verschiedene Acrylfasern, wie Orion. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere
zum Herstellen von Fasern mit einer vergrößerten Voluminösität mit einer größeren Dauerhaftigkeit, aus Fasern, die aus
1-Olefinpolymeren, beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen,
Copolymeren von Äthylen und vPropylen, und anderen Materialien,
die später beschrieben werden, hergestellt sind, verwendbar.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kräuseln von synthetischen,
thermoplastischen Fasern werden die Fasern dadurch in Wasserdampf gekräuselt, daß sie unter Kräuselbedingungen
durch eine Kräuselungszone geleitet werden, die aus einem definierten ersten Bereich mit einem geringen, jedoch ansteigenden
Wasserdampfdruck, aus einem definierten zweiten Bereich mit einem relativ hohen Wasserdampfdruck und einem definierten
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dritten Bereich mit absinkendem Wasserdampfdruck besteht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kräuseln von synthetischen,
thermoplastischen Fasern in Wasserdampf enthält eine Stauchkammer mit einem stromaufwärts liegenden Ende und einem stromabwärts
liegenden Ende, eine Einrichtung zum Befördern der Fasern in Form eines Strangs oder eines Garns in das stromaufwärts liegende Ende der Stauchkanmer und in Kontakt mit einer gekräuselten
Fasermasse, die darin gestaucht gehalten wird und die bewirkt,
daß sich die eingeleiteten Fasern falten und Kräuselungen bilden, wenn sie mit der Masse in Berührung stehen, und zum Weiterbefördern
der gekräuselten Fasern durch die Kammer, und eine Einrichtung, gesättigten Dampf in die Kammer in der Nähe, jedoch
stromabwärts vom stromaufwärts liegenden Ende der Kammer derart einzuleiten, daß eine nahezu einheitliche Verteilung des Wasserdampfes
in der Fasermasse und die Ausbildung eines definierten Bereiches mit einem relativ hohen Wasserdampfdruck in der
Kammer bewirkt wird.
Erfindungsgemäß wird eine Polypropylenfaserfüllung geliefert, die aus kurzen, gekräuselten Polypropylenfasern besteht, auf
deren Oberfläche ein dünner Überzug mit einer geringen, jedoch wirkungsvollen Stärke, die dazu ausreicht, das Knistern der
Fasern zu verringern, aus einem Appreturmittel,das Distearyldimethylammoniumchlorid
enthält, niedergeschlagen ist.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Appreturmischung geliefert,
die auf einer trocknen Feststoffbasis aus etwa 86 bis 98 Gew.-%
eines oberflächenaktiven Materials, das Polyolefinfasern aufweicht,
aus etwa 0,3 bis etwa 2 Gew.'-% eines nicht-ionischen Benetzungsmittels, aus etwa 0,7 bis etwa k Gew.-% eines Puffers
und aus etwa 1 bis 8 Gew.-% eines Korrosionsschutzmittels besteht,
wobei die Menge der Bestandteile innerhalb dieser Bereiche relativ zueinander so gewählt ist, daß beim Dispergieren
der ' Mischung in Wasser zum Erzeugen einer wäßrigen Lö-
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sungjdie etwa 1 bis 4 Gew.-% Feststoffe enthält, die Dispersion
einen pH-¥ert im.Bereich von 6 bis 8 aufweist.
Wie oben erwähnt, sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Vergrößern der
Voluminösität von Fasern verwendbar, die aus 1-Olefinpolymeren
einschließlich Polypropylen gesponnen sind. Aus diesem Grunde und der Einfachheit halber wird die Erfindung im folgenden
unter Bezugnahme auf Polypropylen beschrieben, ohne daß sie in dieser Weise beschränkt wäre. Diese Polymere aus 1-Olefin,
die bei der praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens verwandt werden
können, sind kristalline Polymere und können nach einem der bekannten Verfahren hergestellt sein. Polypropylen, das bei
der praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens verwandt werden können,
schließt die kristallinen Homopolymere und die kristallinen Copolymere von Propylen mit wenigstens einem anderen Monoolefin
ein, das bis zu 8 Kohlenstoffatome enthält. Im allgemeinen
werden die anderen Monoolefine bei der Herstellung der
Copolymere in einer Menge von weniger als 10 Mol-%, vorzugsweise
im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 5 Mol-%, und insbesondere
im Bereich von etwa 0,1 bis 3 Mol-% verwandt. Als spezielle
Beispiele sind faserformende Homopolymere von Propylen, faserbildende Copolymere von Propylen und Äthylen,faserbildende
Copolymere von Propylen und 1-Butera, faserbildende Copolymere
von Propylen und 1-Hexen, faserbildende Copolymere von
Propylen und 1-Octan, und Mischungen daraus zu nennen.
Der bei dem erfindungsgemäßen Kräuselvorgang verwandte Wasserdampf
kann ein gesättigter Wasserdampf oder trockner Wasserdampf, d.h. überhitzter Wasserdampf, sein. Aus verschiedenen
Gründen einschließlich der günstigen Kosten und der Verfügbarkeit
ist in den meisten Fällen gesättigter Wasserdampf bevorzugt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand
der zugehörigen Zeichnung und unter Bezugnahme auf ein Kräuselungsverfahren beschrieben, das aus dem allgemein bekannten
Stopfbüchsenverfahren besteht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Stopfbüchsenkräuselung beschränkt. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist bei jedem anderen Kräuselungsverfahren verwendbar, das zum Erzielen der Vorteile der Erfindung unter Anwesenheit
eines heißen Gases durchgeführt werden kann, beispielsweise beim Wasserdampfstrahlkräuseln, indem eine geeignet
ausgelegte Kräuselvorrichtung verwandt wird, die in der Kräuselungszone drei Bereichs mit dem im folgenden beschriebenen
Wasserdampfdruck liefert.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht auf
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kräuselvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie 2-2
in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3
in Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Unteransicht der oberen Deckplatte 22 der in den Fig. 1,2 und 3 dargestellten Kräuselungsvorrichtung.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Durchflußregelung, die bei
einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwandt werden kann.
Fig. 6 zeigt ähnlich wie Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kräuselungsvorrichtung.
Fig. 7 zeigt eine ünteransicht der oberen Deckplatte 22'
der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung.
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Seitenteils 18" der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Kräuselungsvorrichtung.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie 9-9 in Fig. 6.
Fig. 10 zeigt den schematischen Arbeitsplan eines Durch-
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führungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Fig. 1 bis 5 einschließlich ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese in der
Zeichnung dargestellte Kräuselungsvorrichtung ist im allgemeinen eine Stopfbüchse. Die allgemein mit 10· bezeichnete Kräuselungsvorrichtung
weist eine Stauchkammer 12 mit einem stromaufwärts und einem stromabwärts liegenden Ende auf. Es ist
eine Einrichtung vorgesehen, die zu kräuselnden Fasern in Form eines Stranges odsr in Form von Garn in das stromaufwärts liegende
Ende der Stauchkammer 12 zu befördern und in Berührung mit einer gekräuselten Fasermasse zu bringen, die darin gestaucht
gehalten wird, und damit die eingeführten Fasern zu veranlassen sich zu biegen oder zu falten und Kräuselungen
auszubilden, wenn sie mit dieser Masse in Berührung stehen. Die dargestellte Fördereinrichtung weist zwei Förderwalzen
und 16 auf, die - wie es in der Zeichnung dargestellt ist geeignet
in der Nähe des stromaufwärts liegenden Endes der Kräuselungsvorrichtung 10 angebracht sind. Die Förderwalzen
und 16 können in der dargestellten Lage durch irgendeine herkömmliche
Einrichtung gehalten werden. Eine der Förderwalzen ist in herkömmlicher Weise vertikal bewegbar angebracht, um den
Walzenspalt einstellen zu können.
Im einzelnen weist die Kräuselungsvorrichtung 10 ein erstes,
nahezu ' vertikal verlaufendes Seitenteil 18 und ein gegenüber angeordnetes zweites, nahezu vertikal verlaufendes
Seitenteil 20 auf. Eine obere Deckplatte 22 ist zwischen diesen Seitenteilen und an deren Oberkanten angrenzend angebracht.
Eine untere Bodenplatte 24 ist zwischen diesen Seitenteilen und an deren Unterkanten angrenzend, vorzugsweise in einem geringen
Abstand oberhalb dieser Unterkanten angeordnet, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.. Die untere Bodenplatte 24 befindet
sich im Abstand von der oberen Deckplatte 22, so daß zwischen diesen beiden Platten eine Kammer 12 gebildet wird. Die obere
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Deckplatte 22 oder die untere Bodenplatte 24 ist bewegbar zwischen den Seitenteilen 18 und 20 angebracht, um die Höhe
der Kammer, d.h. den Abstand zwischen den beiden Platten, ändern zu können. Es kann irgendeine geeignete Einrichtung verwandt
werden, um die Platten in dieser Weise anzubringen. Ähnlich kann irgendeine geeignete Einrichtung zum Bewegen der
bewegbaren Platte verwandt werden. Vorzugsweise ist die untere Bodenplatte 24 bewegbar und so angebracht, daß sie um die
Achse der Förderwalze 16 verschwenkt werden kann. Eine Einrichtung zum Bewegen der bewegbaren Platte, beispielsweise der
unteren Bodenplatte 24, kann aus einem hydraulischen Zylinder 26 bestehen, der mit Luft oder einem anderen Fluid arbeitet und
eine Kolbenstange 28 aufweist, die sowohl mit dem Zylinder als auch mit der Unterseite der unteren Bodenplatte 24 in Verbindung
steht. Bekanntlich soll die Höhe der Stauchkammer 12 oder
der Abstand zwischen der Deckplatte und der Bodenplatte verändert werden, um die Stauchkammer 12 an die Größe des in die
Kammer geförderten Stranges oder Garnes anzupassen. Es ist ebenfalls
erwünscht, daß die Höhe der Kammer 12 am stromabwärts
liegenden Ende stärker verändert werden kann, um einen Gegendruck oder einen Stauchdruck auf den Pfropfen aus gekräuselten
Fasern in der Kammer auszuüben. Zwischen den Seitenwänden 18 und 20 und den Platten 22 und .24 kann ein geeigneter Dichtungrring
oder geeignetes Dichtungsmaterial (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
Es ist eine Einrichtung vorgesehen,1 Wasserdampf in die Stauchkammer
12 in der Nähe,jedoch stromabwärts des stromaufwärts
liegenden Endes der Kammer so einzuleiten, daß eine nahezu einheitliche Verteilung des Wasserdampfes in der Fasermasse
verursacht und ein definierter Bereich mit einem relativ hohen
Wasserdampfdruck in der Kammer ausgebildet wird. Vorzugsweise
besteht diese Einrichtung zum Einleiten des Wasserdampfes in beiden Platten 22 und 24 aus wenigstens einer innerhalb der
Platte ausgebildeten Leitung, die mit einer Anzahl von Durch-
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— ο —
lassen verbunden ist, die ihrerseits mit der Kammer 12 in Verbindung
stehen. Diese Leitung kann aus wenigstens einer in Längsrichtung verlaufenden Leitung 30 bestehen, die in Längsrichtung
durch die Platten- vom stromabwärts Hie^nden Endabschnitt
bis zu einer Stelle am stromaufwärts liegenden Endabschnitt führt. Wenigstens ein Paar von im Abstandvoneinander
angeordneten, quer verlaufenden Leitungen 32 erstreckt sich
quer durch jede Platte 22 und 24 und schneidet die in Längsrichtung
verlaufenden Leitungen 30. Von jeder der quer verlaufenden Leitungen 32 aus erstreckt sich eine Anzahl von
Durchlässen 34, die mit der Kammer 12 in Verbindung stehen.
Bei der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Kräuselvorrichtung weist .jede Platte ·22 .und 24 zwei im Abtand voneinander angeordnete,
längs verlaufende Leitungen 30 und zwei Paare von im
Abstand voneinander angeordneten, quer verlaufenden Leitungen 32 auf, die die längs verlaufenden Leitungen 30 schneiden.
Von jeder der quer verlaufenden Leitungen 32 aus verläuft eine Anzahl von Durchlässen 34, die mit der Kammer 12 in Verbindung
stehen. Bei der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Kräuselvorrichtung
ist eine Einrichtung vorgesehen,.den Wasserdampf aus der Kammer 12 an einer Stelle stromaufwärts vom stromabwärts
liegenden Ende der Kammer abzuziehen. Diese Einrichtung zum Abziehen des Wasserdampfes kann aus einer Anzahl von Abzügskanälen
36 in jeder der Platten 22 und 24 bestehen, die sich durch
die Platten erstrecken und mit der Kammer 12 in Verbindung:stehen.
Vorzugsweise steht jeder Abzugskanal 36 mit einer Aussparung
38 in Verbindung, die in jeder Platte ausgebildet ist, wie
es in den Figuren dargestellt ist. Eine mit winzigen Öffnungen versehene Platte 40 aus einem geeigneten porösen Material,
beispielsweise aus einem gesinterten Material, befindet sich in den Aussparungen 38, um ein Eindringen der Fasern in die Abzugskanäle
36 zu verhindern. Obwohl es in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt ist, ist es offensichtlich, daß jeder
der Abzugskanäle 36 mit einer Sammelleitung 42 für die obere Deckplatte 22 oder mit einer Sammelleitung 44 für die untere
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Bodenplatte 24 in Verbindung stehen kann, wie es in Fig. 5
dargestellt ist. Falls erforderlich, kann ein geraeinsames .Sammelgehäuse über den Abzugskanälen 36 beider Platten 22 und
24 vorgesehen sein, wobei dann die Leitungen 42 und 44 mit den Gehäuseelementen in Verbindung stehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine
Steuereinrichtung vorgesehen, um in einem definierten Bereich mit"einem relativ hohen Wasserdampfdruck in der Kammer 12,
d.h. in dem iri der Kammer 12 zwischen der am weitesten stromaufwärts liegenden Reihe der Durchlässe 34 und der am
meisten stromabwärts liegenden Reihe der Durchlässe 34 liegenden Bereich einen nahezu konstanten Wasserdampfdruck aufrechtzuerhalten.
Dieser Bereich mit einem relativ hohen Waserdampfdruck tritt in der Kammer 12 bei der praktischen Anv/endung
der Erfindung auf. Um den Wasserdampfdruck im Bereich des relativ
hohen Wasserdampfdrucks nahezu konstant zu halten, kann
irgendeine geeignete Steuereinrichtung verwandt werden. Vorzugsweise kann dieser Druck dadurch konstant gehalten werden,
daß die Geschwindigkeit des Einleitens des Wasserdampfes in die Staucnkammer 12 entsprechend dem Wasserdampfdruck im Bereich
mit einem relativ hohen Wasserdampfdruck gesteuert wird. Eine dazu geeignete Einrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Bei
der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Kräuselvorrichtung vreist jede Platte 22 und 24 zwei Druckabgriffsleitungen 46 auf.
Wenigstens eine der Druckabgriffsleitungen 46 steht über eine Leitung 47 und einen Druckübertrager 85 mit einem Druckregler
86 in Betriebsverbindung, der seinerseits mit einem Strömungsregler 50 in Betriebsverbindung steht, der das Motorventil 52
in der Wasserdampfleitung 54 steuert. Das stromabwärts liegende Ende der Leitung 54 ist seinerseits mit den zwei längs verlaufenden
Leitungen 30 zum Einleiten des Wasserdampfes in
jeder Platte 22 und 24 verbunden. Während des Betriebes erzeugt der durch die Leitung 54 und die Meßblende 56 in dieser
Leitung strömende Wasserdampf ein Meßsignal, das über den
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Übertrager 88 dem Strömungsregler 50 übertragen wird, der auf eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt ist. Der
Druckregler 86 ist'auf einen bestimmten gewünschten Wert eingestellt,
der dem Druck entspricht, der im Bereich des relativ hohen Druckes in der Kammer 12 aufrechterhalten werden soll.
Der Druckregler 86 überträgt ein Steuersignal an den Strömungsregler 50 und setzt diesen dem Signal entsprechend zurück,und
der Strömungsregler 50 stellt anschließend das Ventil 52 ein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserdampfes durch die
Leitung 54 entsprechend der Druckmessung im Bereich des relativ
hohen Wasserdampfdruckes in der Kammer 12 zu steuern. Es können eine oder mehrere weitere Druckabgriffsleitungen "46 mit
Druckanzeigegeräten 55 vorgesehen sein, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist.
Der oben genannte definierte Bereich mit einem geringen, Jedoch ansteigenden Wasserdampfdruck, der definierte Bereich mit einem
relativ hohen Wasserdampfdruck und der definierte Bereich mit einem absinkenden Wasserdampfdruck sind für die Erfindung von
wesentlicher Bedeutung, wie es im folgenden dargelegt wird. Gemäß Fig. 2 wird der erste definierte Bereich mit einem geringen,
jedoch ansteigenden Wasserdampfdruck von dem stromaufwärts
liegenden Ende der Kammer 12 und der ersten, diesem Ende benachbarten Reihe von Durchlässen 34 begrenzt. Der zweite definierte
Bereich mit einem realtiv hohen Wasserdampfdruck wird von der am weitesten stromaufwärts liegenden Reihe der Durchlässe
34 und der am weitesten stromabwärts liegenden Reihe
der Durchlässe 34 begrenzt. Die Durchlässe 34 in den Platten 22 und 24 sind zueinander versetzt, wodurch die effektive
Größe des Bereiches mit relativ hohem Wasserdampfdruck ansteigt.
Der' definierte dritte Bereich mit absinkendem Wasserdampfdruck wird von der am weitesten stromabwärts liegenden
Reihe der Durchlässe 34 und dem stromabwärts liegenden Ende „
der Kammer 12 begrenzt. Anhand von Fig. 6 können diese drei Bereiche in ähnlicher Weise definiert werden. Der Pfropfen aus
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gekräuselten Fasern im ersten definierten Bereich bildet eine nahezu vollständige Abdichtung, läßt jedoch eine geringe Menge
an Wasserdampf vom stromaufwärts liegenden Ende der Kammer
12 entweichen. Damit steigt .das Druckprofil des Wasserdampfes vom stromaufwärts liegenden Ende der Kammer 12 zur ersten Reihe
von Durchlässen 34 an. In ähnlicher Weise bildet der Pfropfen
aus gekräuselten Fasern im definierten dritten Bereich nahezu eine Abdichtung, wobei hier jedoch das Druckprofil des
Wasserdampfes zwischen der am weitesten- stromabwärts liegenden Reihe von Durchlässen 34 und den Wasserdampf-Auslaßleitungen
36 abfällt.
In den Fig. 6 bis 9 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Kräuselvorrichtung dargestellt, die allgemein mit 10' bezeichnet ist. Im großen ganzen ähnelt die Kräuselvorrichtung
10' der im Vorhergehenden beschriebenen Kräuselvorrichtung
10. Ein Unterschied liegt darin, daß die Kräuselvorrichtung 10· nur eine in Längsrichtung verlaufende Leitung 30'
zum Einleiten des Wasserdampfes sowohl in der Deckplatte 22' als auch der unteren Bodenplatte 24' aufweist. Zwei im Abstand
voneinander vorgesehene, querverlaufende Leitungen 32' erstrekken sich quer über die Platten 22' und 24' und schneiden die
in Längsrichtung verlaufende Leitung 30' zum Einleiten des Wasserdampfes. Jede der querverlaufenden Leitungen 32' steht mit
einer Anzahl von Durchlässen 34' in Verbindung,' die von jeder der querverlaufenden Leitungen ausgehen und mit der Kammer 12'
in Verbindung stehen, wie es bereits bei der im Vorhergehenden beschreibenen Kräuselvorrichtung 10 der Fall war. Die in Längsrichtung
verlaufenden Wasserdampfleitungen 30' in der oberen
Deckplatte und in der unteren Bodenplatte 22' und 24' stehen
mit einer Wasserdampfversorgungsleitung an einer Stelle in der Nähe, jedoch stromaufwärts vom stromabwärts liegenden Ende der
Platten, über einen Durchlaß 29 oder eine Kupplung 31 jeweils
in Verbindung. "
Bei der Kräuselvorrichtung 10' weist jede Platte 22' und 24'
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ein entnehmbares Einsatzmundstück 60 und 62 jeweils auf, das in die Aussparung paßt, die im stromaufwärts liegenden Ende
jeder Platte ausgebildet ist. Die.Einsatzmundstücke werden mit
Hilfe von Bolzen 64 in ihrer Lage gehalten. Diese entnehmbaren
Einsatzmundstücke sind an den Stellen der größten Abnutzung in den Platten vorgesehen und ermöglichen es- damit, abgenutzte .
Abschnitte der Platten zu ersetzen, ohne daß die gesamte Platte ausgetauscht werden muß. .
Ähnlich wie bei der.anhand von Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsform
sind die Platten 22' und 24' zwischen zwei Seitenplatten
18· und 20' angebracht, wie es in Fig. 9 dargestellt
ist. Gemäß Fig. 8 ist jede Seitenplatte 18« und 20« mit· einer
in Längsrichtung verlaufenden Leitung 19 zum Einleiten des Wasserdampfes versehen, die in diesen Platten ausgebildet ist und
vom stromabwärts liegenden Endabschnitt bis zu einer Stelle im
stromaufwärts liegenden Endabschnitt der Seitenplatte verläuft.
Eine Anzahl von Durchlässen 25 liefert die Verbindung zwischen der Leitung 19 und der Kammer 12', um Wasserdampf in
die Kammer in denselben Gesamtbereich einzuleiten, in den auch durch die querverlaufenden Leitungen 32' und die Durchlässe
34' in den Platten 22' und 24' Wasserdampf eingeleitet wird. Die
Leitung 19 und die Durchlässe 25 unterstützen damit die einheitliche
Verteilung des Wasserdampfes in der Faserraasse innerhalb
der Kammer 12'.
Beide Kräuselvorrichtungen 10 und 10' können mit Hilfe von Befestigungsbolzen
in Bolzenbolirungen 88 und mit Hilfe von anderen,
in der Zeichnung dargestellten Bolzen zusammengesetzt und
in ein geeignetes Gestell eingesetzt werden.
In Fig. 10 ist schematisch ein Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Stapelfasern
dargestellt. Polypropylenfasern werden von einer nicht dargestellten, geeigneten Spule abgezogen, um einejilnicht "gezogenen
Straoqg mit einem Gesamttiter von annähernd 2 000 000 denier zu
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bilden, der durch einen Satz. Vorspannungswalzen 66 mit einer Geschwindigkeit von annähernd 41 m/min geführt wird. Der Strang
wird dann mit einer Geschwindigkeit von etwa 44 m/min durch einen ersten Satz aufgeheizter Förderwalzen 68 geleitet, die
auf eine Temperatur von etwa 1210C (2500F) aufgeheizt sind.
Der Siraig wird dann durch einen Ofen 70, ,der auf einer Temperatur
von etwa 1630C (3250F) gehalten wird, und dann mit einer
Geschwindigkeit von etwa 130 m/min durch einen Satz von Ziehwalzen 72 der ersten Stufe geschickt, die auf eine Temperatur
von etwa 1210C (2500F) aufgeheizt sind. Das Ziehverhältnis
zwischen den Walzen 68 und 72 beträgt etwa 2,95.Der Strang wird
dann durch einen Satz von Ziehwalzen 74 der zweiten Stufe geführt, die vorzugsweise in den meisten Fällen nicht geheizt
sind. Falls erforderlich, kann da» Strang durch eine geeignete Abschirmung
zwischen den Ziehwalzen 72 und den Ziehwalzen 74 geleitet werden, um die Wärme darin zu halten. Das Ziehverhältnis
zwischen den Walzen 72 und 74 beträgt ettia 1,15.Der. gezogene
Strangwird dann über bewegliche Umlenkwalzen 76, eine Appreturwalze
78 oder eine andere geeignete Appretureinrichtung in
den Walzenspalt der Förderwalzen der Stopfbüchsen-Kräuselvorrichtung
10 oder 10' oder einer anderen geeigneten Kräuselvorrichtung geführt. Vorzugsweise sind die Förderwalzen auf
beispielsweise etwa 99°C (2100F) aufgeheizt.Der Strang tritt in
die Stopfbüchsen-Kräuselvorrichtung mit einer Temperatur von etwa 66 bis 79°C (150 bis 175°F) ein. Die Förderwalzen der
Stopfbüchsen-Kräuselvorrichtung beschicken die Kräuselvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 135 bis 140 m/min.Der
gekräuselte Straig tritt aus der Kräuselvorrichtung mit einer
Temperatur von etwa 1000C (212°F) aus und fällt in einen J-förmigen
Kasten 80, der eine Anstoßzone aufweist. Der gekräuselte Strang wird vom J-f örmigen Kasten mit einer Temperatur von
etwa 60°C (14O°F) mit Hilfe von Spannwalzen 82 abgezogen, zu einem Stapelfaserschneider 84 geführt; wo er zu Stapelfasern
der gewünschten Länge geschnitten wird, und dann in einer entsprechenden Einrichtung 89 in Ballen verpackt. Wenn keine Sta-
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pelfasern erzeugt werden sollen, kann auf das Schneiden und
das Verpacken in Stapeln verzichtet werden. Beispielsweise kann eine Anzahl von behandelten Garnen hinter den Spannwalzen 82
in einzelne Garne aufgetrennt und dann abgepackt v/erden.
Die in der Praxis verwandten Betriebsbedingungen können in den meisten Fällen in einem relativ weiten Bereich variieren. Die
Betriebsvariablen stehen in den meisten Fällen in Viechselbeziehung,
und die'speziellen Werte für eine "bestimmte Betriebsbedingung hängen in den meisten Fällen von den speziellen Werten
eines oder mehrerer weiterer Betriebsvariablen ab. Beispielsweise hängen die speziellen Vierte, die in bestimmten Fällen
verwandt werden, von der Art der zu verarbeitenden Faser, dem Titer der Faser,, dem Gesamttiter des zu verarbeitenden Stranges
oder Garnes, dem Ziehverhältnis usw. ab.
Der Druck des Wasserdampfes im Bereich relativ hohen V/asser-" dampfdruckes beim Kräuselvorgang ist eine wichtige Betriebsvariable.
Es ist gefunden worden, daß der'Wasserdampfdruck wenigstens etwa 1,34 atm (5 psig) betragen sollte, um einen
merklichen Anstieg der Kräuselungsbildung gegenüber derjeiligen,
die ohne Wasserdampf erhalten wird, zu erhalten. Der tatsächlich verwandte Wasserdampfdruck hängt von Faktoren, wie
beispielsweise der Art und dem Titer der Faser und dem Gesamttiter
des zu verarbeitenden Stranges oder Garnes ab. Bei Fasern
mit einem höheren Titer kann ein höherer Wasserdampfdruck verwandt
werden. Beispielsweise können höhere Wasserdampfdrucke
verwandt werden, wenn statt eines 10 dpf (denier pro filament) Polypropylens ein 60 dpf Propylen gekräuselt wird. Übermäßig
große Wasserdampfdrucke können den geordneten Vorschub der Fasern durch die Kräuselungszone unterbrechen, indem sie
beispielsweise die Fasern physikalisch aus der Kräuselungsvorrichtung blasen. Damit wird wenigstens in einem gewissen
Maße die obere Grenze des verwandten Dampfdruckes durch den
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Aufbau der speziell verwandten Kräuselvorrichtung bestimmt.
In den meisten Fällen liegt der Wasserdampfdruck im Bereich
des relativ hohen Wasserdampfdruckes zwischen etwa 1,34 und 3,38 atm." (5 psig bis etwa 30 oder 35 psig). Für Fasern mit
einem kleineren Titer, beispielsweise bis etwa 18 dpf, sollte dieser Wasserdampfdruck vorzugsweise im Bereich von wenigstens
etwa 1,34 atm (5 psig) bis etwa 2,36 atm (20 psig) und insbesondere
bis etwa 2,02 atm (15 psig) in bestimmten Fällen liegen. Der Querschnitt der zu behandelnden Fasern hat ebenfalls
einen Einfluß auf die möglichen höheren Wasserdampfdrucke. Es ist offensichtlich, daß der verwandte Wasserdampfdruck
so gewählt wird, daß die Temperatur des Wasserdampfes ausreichend· ist, um die Temperatur der Fasern bis zum Erweichen
zu erhöhen und eine gute Kräuselung zu erhalten, jedoch nicht ausreichend ist, die Fasern zu schmelzen, wobei die \rerweilzeit
der Fasern in der Kräuselvorrichtung berücksichtigt wird. .
Die Verweilzeit der Fasern in der Kräuselvorrichtung ist nicht
besonders kritisch, solange sie ausreichend lang ist, um das Erweichen der Fasern zum Kräuseln zu ermöglichen, und nicht
ausreichend lang ist, um .ein Schmelzen der Fasern bei der höchsten, in der Krauselvorrichtung vorhandenen Temperatur
zu verursachen. Die Verweilzeit ändert sich mit der Art und dem Titer der zu behandelnden Fasern und ebenfalls mit dem
mechanischen Aufbau.der Kräuselvorrichtung. Damit kann im allgemeinen
kein bestimmter Zahlenwert als obere Grenze für die Verweilzeit der Fasern in der Kräuselvorrichtung festgelegt
werden. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß die gesamte Verweilzeit der Fasern in einer Kräuselvorrichtung von markte
gängiger Größe, die der ähnelt, die in der* Zeichnung dargestellt ist, und eine Stauchkammer mit einer.Breite von etwa
10 cm (etwa 4 inch) aufweist, im Bereich zwischen etwa 4 bis etwa 5,5 Sekunden liegen kann. Eine Faustregel, der gefolgt
werden kann, besagt, daß die Verweilzeit im Bereich hohen
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Druckes etwa 10 bis etwa 35% der Gesamtverweilzeit in der
Kräuselvorrichtung betragen sollte.
Es ist entscheidend und eine wesentliche Betriebsbedingung,
daß der Viasserdampfdruck im Bereich des relativ hohen Viasserdampfdruckes nahezu konstant gehalten wird. Bei der Verwendung
von Wasserdampf kommt ein konstanter Druck einer konstanten Temperatur gleich. Diese konstante Betriebsbedingung,hat ein
merklich einheitlicheres Produkt zur Folge. Es ist gefunden
worden, daß die Kräuselungsstärke und die Kräuselungsbildung bei weitem stärker schwanken, wenn sich der V/asserdampfdruck
im Bereich des relativ hohen Wasserdampfdruckes in der Kräuselvorrichtung
ändert. Der Wasserdampf füllt die Zwischenräume in der gekräuselten Fasermasse. Wenn diese Zwischenräume mit
Wasserdampf unter nahezu konstanten Druckbedingungen gefüllt werden, wird dadurch die Einheitlichkeit des Produktes gefördert. Weiterhin fördert ein nahezu konstanter Wasserdampfdruck
im Bereich des relativ hohen Wasserdampfdruckes die. Einheitlichkeit
des Zustandes des Bereiches mit einem geringen, jedoch ansteigenden Wasserdampfdruck, der stromaufwärts vom
Bereich mit relativ hohem Viasserdampf druck liegt, da der
Anstieg des Druckes in diesem Bereich geringen, jedoch ansteigenden
Viasserdampfdruckes gleichmäßiger verläuft. In ähnlicher
Weise wird ein einheitlicher Zustand im Bereich mit absinkendem Wasserdampfdruck erhalten, da das Absinken des
Druckes in diesem Bereich gleichmäßiger verläuft. Das kann
anhand des Verlaufes der Druckprofile über die drei Bereiche
gezeigt werden, die in der Kräuselungszone vorhanden sind.
Die Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes Arbeitsverfahren beschränkt. Gegenwärtig ist jedoch anzunehmen, daß bei
der praktischen Anwendung der Erfindung verbesserte Ergebnisse
infolge der im folgenden beschriebenen Arbeitsweise der oben genannten drei Wasserdampfdruckbereiche erhalten werden, die
in der Kräuselungszone vorgesehen, sind. Es ist anzunehmen", daß
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der erste definierte Bereich mit einem geringen, jedoch ansteigenden
Wasserdampfdruck primär als ein Bereich wirkt, in dem die Temperatur schnell, jedoch nahezu gleichmäßig auf
einen Wert ansteigt, der erforderlich ist, um eine gute Kräuselungswirkung zu erhalten. Ein weiterer vorteilhafter Effekt
des ersten Bereiches ist die oben genannte Dichtungswirkung
des Pfropfens aus gekräuselten Fasern in diesem Bereich. Ohne
komplizierte mechanische Dichtungen ist es nicht möglich, einen relativ hohen Viasserdampfdruck direkt bis zum stromaufwärts
liegenden Ende der Kammer 12 aufrecht zu erhalten. Solche Drucke würden die Fasern aus dem stromaufwärts liegenden
Ende der Kammer 12 hinausdrücken. Damit dient der erste
definierte Bereich mit einem geringen, jedoch ansteigenden Wasserdampfdruck auch dazu, den Aufbau der Kräuselvorrichtung
zu vereinfachen.
Es ist anzunehmen, daß der zweite definierte Bereich mit relativ hohem Wasserdampfdruck primär als Kräuselungs- und Härtungsbereich
wirkt, indem - falls noch nicht geschehen- die Fasern auf die Wasserdampftemperatur im zweiten Bereich gebracht
werden und ein Gleichgewichtszustand hergestellt wird. Das Ausbilden der Kräuselung und das Aushärten der gekräuselten
Fasern wird zumindest begonnen.
Es wird angenommen, daß der definierte dritte Bereich mit absinkendem
Wasserdampfdruck dazu dient, das Aushärten der gekräuselten Fasern auf einer geringeren Temperatur fortzusetzen.
Dieser dritte Bereich dient damit als Durchwärmbereich, oder als ein Bereich, in dem die Fasern langsam abgeschreckt
werden, und fördert weiterhin die Ausbildung der Kräuselung. Ein weiterer vorteilhafter Effekt dieses dritten Bereiches
ist die oben genannte Dichtungswirkung des Pfropfens aus gekräuselten
Fasern in diesem Bereich. Ohne komplizierte mechanische Dichtungen müßte der Druck allmählich verringert werden,
um einen frühzeitigen Ausstoß der gekräuselten Fasern aus der
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- 1R - ■
Kräuselvorrichtung zu vermeiden. Der dritte Bereich erreicht ;
das dadurch, daß er als eine Gleitdichtung für die Kammer 12 wirkt. Damit dient der dritte definierte Bereich auch dazu,
den Aufbau der Kräuselvorrichtung zu vereinfachen.
Die kombinierte Gesamtwirkung oder die Folge der oben genannt
ten drei Wasserdampfdruckbereiche ist eine verbesserte Krauselungswirkung,
wobei ein gekräuseltes Produkt mit einer stärkeren Kräuselungsbildung erzeugt wird, ohne daß eine komplizierte
Kräuselvorrichtung verwandt wird. . ; .
Das Ziehen der Fasern, das bei der praktischen Anwendung der Erfindung erfolgt, kann in einer Stufe öder in mehreren Stufen
in bekannter Weise erfolgen. Gewöhnlich sind zwei Ziehstufen
bevorzugt, wobei der Gesamtzug je nach Wunsch unterteilt wird. Vorzugsweise liegt das Ziehverhältnis im Bereich
zwischen 1,5 und 5, insbesondere zwischen 3 und 4..
Die Krause lungs stärke oder Kräuselungshäufigkeit kann in Abhängigkeit
von der Art und dem Titer der zu bearbeitenden Fasern
varrieren. Gewöhnlich liegt die Kräuselungsstärke im Bereich von etwa 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis ,4 Krauselungen/cra
(5 bis 15» vorzugsweise 8 bis 10 Kräuselungen pro inch).
Wenn Stapelfasern erzeugt werden sollen, können die gekräuselten Fasern geschnitten oder auf andere. Weise mit Hilfe eines
bekannten Verfahrens zu Stapelfasern verarbeitet werden. Gewöhnlich liegt die Länge der Stapelfasern, im Bereich zwischen
4 und 15 cm (1,5 und 6 inch). Beim Herstellen eines Faserfüllungsproduktes
liegt die bevorzugte Stapelfaserlänge häufig im Bereich zwischen 5 und 10 cm (2 und 4 inch).
Wie es durch die im folgenden beschriebenen Beispiele gezeigt
wird,sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung beim Verarbeiten von Fasern anwendbar,
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deren Titer in einem breiten Bereich variiert. Der Titer der Fasern im" gezogenen Zustand kann im Bereich von 1,5 bis 80
denier oder darüber liegen^ Für einige Produkte, beispielsweise
für Faserfüllungsprodukte,· liegt der Titer der gezogenen
Fasern vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 3 und etwa 20
denier. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäßeVerfahren
sind insbesondere beim Verarbeiten von starken Strängen ver^aadbar., die einen Gesamttiter (nicht gezogen) von
bis 1ZU 2 000 000 denier und mehr aufweisen, was von der Größe
der Kräuselvorrichtung abhängt. Die Verarbeitung solcher starker Stränge ist infolge der drei Wasserdampfdruckbereiche, die
während des Kräuselungsvorganges verwandt werden, zusammen mit der Gleichmäßigkeit des Wasserdampfdruckes und der Wasserdampfverteilung
möglich, wie es im Obigen dargelegt wurde. Die erfindungsgemäße·
Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren
sind ebenfalls beim Behandeln von viel schwächerem Beschickungsmaterial für die Kräuselvorrichtung, beispielsweise beim Behandeln
einer Anzahl von Garnen, die mancheiner nicht als ein Strang bezeichnen dürfte, anwendbar.
Es kann irgendein geeignetes bekanntes Appreturmaterial in
■geeigneter Weise auf die behandelten Fasern angewandt werden.
Gewöhnlich liegt die Menge· des aufgebrachten Appreturmaterials
im Bereich von 0,1 bis T, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht der Fasern.
Es ist gefunden worden, daß Fasern aus kristallinem Polypropylen mit einem Titer von etwa 3 dpf einen unerwünschten Griff
aufweisen und ein starkes Knistern (Geräusch, das dann zu hören ist, wenn die Fasern· aneinander reiben, beispielsweise
wenn ein Kissen oder eine Polsterfüllung zusammengedrückt wird) zeigen, wenn sie mit vielen herkömmlichen Faserappreturmaterialien
überzogen sind. Das ist insbesondere dann unerwünscht, wenn die Fasern zu Stapelfasern verarbeitet werden
und das Produkt als Faserfüllungen in Kissen, als Polsterfüllungen,
Fütterungen für Schlafsäcke usw. verwandt wird. Es
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ist gefunden worden, daß Polypropylenfasern für Faserfüllungen
mit einem sehr weichen, nicht knisternden Griff, mit einer geringen Reibung der Fasern aneinander, einer verringerten
Kohäsion und einer verbesserten Verarbeitbarkeit dadurch erhalten werden können, daß die Fasern während des Spinnens
und/oder während des Ziehens und/oder auch vor dem Kräuseln mit einem oberflächenaktiven Material behandelt, werden,
das für die Polypropylenfasern Erweichungseigenschaften aufweist. Diese oberflächenaktiven Materialien können in Mengen
auf die Fasern angewandt werden, die oben bezüglich der herkömmlichen Faserappretur-Materialien genannt wurden.
Es ist eine Anzahl von oberflächenaktiven Materialien mit Erweichungseigenschaften
für textile Produkte bekannt. Solche Materialien sind im allgemeinen quaternäre Ammoniumsalze. Eine
Gruppe solcher Materialien kann durch die Formel
dargestellt werden, wobei R und R^ Alkylreste mit 14 bis 20
Kohlenstoffatomen, Rp ein Methylrest, R-, ein Methyl- Äthyloder
Äthoxylrest (CH2-CH2O)nH, wobei η eine ganze Zahl oder
wenigstens 1 ist, und X ein ChlorT Bromj SuIf at-r Methosulf at
bzw. Methylsulfat oder Äthosulfat- bzw. Äthyl- .. ,
sulfatanion bedeutet. In diesem Zusammenhang wird auf . die US-PS 3 325 404 verwiesen. Als textiles Erweichungsmittel
wird im allgemeinen ein quaternäres Dimethyl-. ammoniumchlorid mit zwei Fettsäureresten verwandt,dessen Fettgruppe
häuptsächlich "eine gesättigte C-o-Grüppe'ist. Hierzu vergleiche
die US-PS 3 377 382. Es war jedoch überraschend und keineswegs zu erwarten, daß solche Materialien zum Erweichen
von Polypropylenfasern verwandt werden können, und es war besonders überraschend und unerwartet, daß sich herausstellte,
daß solche Materialien zum Herabsetzen des Knisterns von Polypropylenfasern für Faserfüllungen verwandt werden können.
Methosulfat oder Äthosulfat-bzw.Äthyl
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Die erfindungsgemäß gegenwärtig für diesen Zweck in der Praxis bevorzugten Materialien schließen die durch die oben aufgeführte
Formel dargestellten Verbindungen, Distearyl-dimethylammoniumchlorid (Handelsbezeichnung Varisoft 100), Stearyldimethyl-benzylammoniumchlorid
(Handelsbezeichnung Varisoft SDC) , 1 -Methyl-1 -alkylamidoäthyl-2-alkylimidazolin-methosulf at
(Handesbezeichnung Varisoft 475) und eine unter der Handesbezeichnung Varisoft 222 zu beziehende komplexe quaternär© Verbindung
mit^.zwei Fettsäureresten sein. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden bei
der Verwendung von Distearyl-dimethylammoniuinchlorid erhalten, so daß diese Verbindung gegenwärtig das am meisten bevorzugte
Material zur Verwendung bei der praktischen Anwendung der Erfindung, und insbesondere dann, wenn eine Polypropylenfaser-Füllung
hergestellt werden soll, ist.
Eine Anzahl der oben genannten oberflächenaktiven Materialien haben den Nachteil, daß' sie manchmal eine Korrosionswirkung auf
einige Verarbeitungsmaschinen haben. Es ist gefunden worden, daß dieser Nachteil ohne den Aufwand der Verwendung von korrosionsbeständigen
Maschinen dadurch beseitigt werden kann, daß ein Appreturmittel mit einer Zusammensetzung verwandt wird, die auch
einer trocknen Feststoffbasis aus etwa 86 bis etwa 98 Gew.-%
eines oberflächenaktiven Materials mit Erweichungseigenschaften für die Polyolefinfasern, aus etwa 0,3 bis etwa 2 Gew.-% eines
nicht-ionischen Benetzungsmittels, aus etwa 0,7 bis etwa 4 Ge\f.-% eines Puffers und aus etwa 1 bis etwa 8 Gew.-% eines
Mittels zum Verhindern der Korrosion besteht, wobei die Menge der Bestandteile innerhalb der oben genannten Bereiche relativ
zueinander so gewählt wird, daß beim Dispergieren des Gemisches in Wasser,um eine wäßrige Dispersion zu erhalten, die etwa 1
bis 4 Gew.-% Feststoffe enthält, die Dispersion einen pH-Wert
im Bereich von 6 bis 8 aufweist. Bei der Herstellung dieser Appreturmittelmischung können irgendeines der oben genannten
oberflächenaktiven Materialien mit Erweichungseigenschaften für
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Polyolefinfasern, irgendein geeignetes bekanntes, nichtionisches Benetzungsmittel, irgendein geeigneter bekannter
Puffer und irgendein geeignetes bekanntes Mittel zum Verhindern der Korrosion verwandt werden. Eine gegenwärtig bevorzugte
Mischung wird dann erhalten, wenn das oberflächenaktive Material mit Erweichungseigenschaften Distearyl-dimethylammoniumchlorid,
das nicht-ionische Benetzungsmittel ein blockierter ,polyäthoxylierter G eradkett eji - Alkohol, der Puffer ein
Natriumborat-decahydrat und das Mittel zum Verhindern der Korrosion Natriumnitrit ist.
Eins gegenwärtig besonders bevorzugte Zusammensetzung des Faserappreturmittels
besteht im wesentlichen auf einer trockenen Basis aus etwa 94,5 Gew.-^Distearyl-dimethyl-ammoniumchlorid,
aus etwa 0,5 Gew.-% eines blockierten,polyäthoxylierten Gjeradket-..ten^-AikoJiolSjaus
etwa 1,0 Gevf.-% Natriumbor at-de cahydrat und
aus etwa 4 Gew.-% Natriumnitrit. Dieses Appreturmittel wirdauf
die Pasern vorzugsweise in Form einer wäßrigen Dispersion und in einer Menge angewandt, die ausreichend'ist, auf den Fasern
etwa 0,1 bis etwa 1,0 Gew.-^ der Appreturmittel-Feststoffe,
bezogen auf das Gewicht der Fasern, niederzuschlagen. Es ist offensichtlich, daß das Distearyl-dimethyl-ammoniumchlorid
das alleinige, wesentlich aktive Erweichungsmittel in dem Gemisch ist.
Die bisher und im folgenden benutzte Bezeichnung "Kräuselungsbildung" beruht auf einer Messung, die durch die Gleichung
ausgedrückt v/erden kann:
Kräuselungsbildung % = -y—— χ 100.
Die Kräuselungsbildung ist in .folgender Weise festgelegt. Die
Werte für L1, L2 und L^ einer Strangprobe werden bestimmt.
L1 =■ die Länge des Stranges, nachdem er 1 Minute lang durch
ein Gewicht von 0,01 g/denier belastet wurde. Lp = die Länge
dieses Stranges, nachdem er 11 Minuten lang durch ein Ge-
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wicht von 0,1 g/denier belastet wurde. Der Strang wurde 3 Minuten lang entspannt und danach der Wert für L-, bestimmt,
der gleich der Länge des Stranges ist, nachdem er mit einem Gewicht von 0,001 g/denier 1 Minute lang belastet wurde. Die
Werte für L~ und L^ wurden dann in die oben dargestellte
Gleichung eingesetzt. ^
Die folgenden Beispiele zeigen, daß bei der praktischen Anwendung
der Erfindung eine merkliche Erhöhung der Krauselungsbildung
erhalten wird. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß gekräuselten Fasern einen Wert für die Kräuselungsbildung von
wenigstens etwa 12,5, vorzugsweise von wenigstens etwa 15% auf.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der
Erfindung.
Ein kristallines Polypropylen mit einem Schmelzflußwert von
3 wurde unter Verwendung einer Luftabschreckung derart schmelzgesponnen, daß ein Straigimt 280 Filamenten und einem Gesamttiter
von 6 180 denier gebildet wurde. Ein solcher Strang wurde
12-fach genommen, um einen nicht gezogenen Strang mit'einem
Gesamttiter von 74 150 denier zu bilden.'Das Werk wurde dann
auf die 3»75-fache Länge gezogen. Eine Faserappretur,dessen Zusammensetzung
auf einer trockenen Basis aus etwa 94,5 Gew.-% Distearyl-dimethyl-ammoniumchlorid, etwa 0,5 Gew.-% eines
nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittels, beispielsweise eines blockierten polyäthoxylierten- Geradketten.- Alkohols
(Triton DF-12 von Rohm & Haas Co.), etwa 1 Gew.-% Natriumboratdecahydrat
und etwa 4 Gew.-% Natriumnitrit bestand, wurde in Form einer wäßrigen Dispersion und in einer Menge angewandt,
die ausreichend ist, auf den Fasern etwa 0,5 Gbw.-% der Appreturfeststoffe,
bezogen auf das Gewicht der Fasern, niederzuschlagen.
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Dieser Strang wurde dann in einer Kräuselvorrichtung gekräuselt,
bei der die wesentlichen Merkmale der in den Fig.. 1 bis
4 dargestellten Kräuselungsvorrichtung verwirklicht waren. Die verwandte Kräuselungsvorrichtung wies eine Stauchkammer
mit einer Länge von 11 cm (4-1/2 inch) und einer Breite von-1,6
cm (5/8 inch) auf. Gesättigter Wasserdampf .wurde in erfindungsgemäßer
Weise in die Stauchkammer eingeleitet, und damit wurden in. der Stauchkammer ein definierter erster Bereich
mit einem niedrigen, jedoch ansteigenden Wasserdampfdruck, der eine Länge-von etwa 1,27 cm (0,5 inch) aufwies,
ein definierter zweiter Bereich mit einem relativ hohen Wasserdampfdruck, der eine Länge von etwa 2,2 cm (7/8 inch) aufwies,
und ein definierter dritter Bereich ausgebildet, der eine Länge von etwa 7,6 bis 7,9 cm (etwa 3 bis 3-1/8- inch) aufwies.
Es wurden zwei Durchläufe durchgeführt. Bei einem Durchlauf
betrug der Wasserdampfdruck im zweiten Bereich 1,3^·· atm (5
psig). Im anderen Durchlauf betrug der Wasserdampfdruck 2,1
atm (16 psig). Der Titer der gekräuselten Fasern betrug nominell
7 dpf. Die Kräuselungsstärke bzw. Kräuselungshäufigkeit
betrug 2,2 bis 2,6 Kräuselungen/cm (5,5 bis 6',5 Kräuselungen/
inch). In den zwei Durchläufen wurden folgende Kräuselungsbildungswerte
erhalten:
1,54 atm (5 psig) 2,1 atm (16 psig)
14,8% 19,0%
Im allgemeinen haben Polypropylenfasern, die in herkömmlicher
Weise in einer Stopfbüchse gekräuselt sind, einen Kräuselungsbildungswert
von weniger als 10%. Die oben angeführten Werte zeigen ein merkliches Ansteigen der Kräuselungsbildung, das
bei der praktischen Anwendung der Erfindung erhalten wird.
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Gekräuselte Polypropylenfasern, die im wesentlichen so behandelt wurden, wie es in den obigen Beispielen beschrieben wurde,
wurden zu ausgezeichneten Polypropylenr-Faserfüllüngsprodukten
verarbeitet. Diese Faserfüllungsprodukte können dadurch hergestellt werden, daß die gekräuselten Fasern in Stapelfasern der
gewünschten Länge geschnitten werden und die Stapelfasern zu Watte mit hohen inneren Spannungen kandiert oder garnettiert
werden. Es wurden Kissen für Betten hergestellt, die eine ausgezeichnete Weichheit und eine starke innere Spannung aufwiesen.
Kristallines Polypropylen mit einem Schmelzflußwert von 12 wurde unter Verwendung einer Luftabschreckung schmelzgesponnen,
um einen Strang von 140 Filamenten mit einem Gesamttiter von
11 000 denier zu bilden und dann in einen Strang gefacht, der
einen Gesamttiter von 110 000 denier aufwies. Dieser Strang wurde
dann auf das 5,2-fache seiner Länge gezogen und - wie in Beispiel 1 erläutert - gekräuselt. Ein herkömmliches Appreturmittel
in einer Menge von 1 Gew.-%, bezogen auf das Fasergewicht, wurde verwandt. Dieses Appreturmittel enthielt raffiniertes
Kokosnußöl und oberflächenaktive Mittel. Drei Kräuselungsdurchläufe wurden unter Verwendung von gesättigtem Wasserdampf
mit 1,34, 2,0und 2,7 atm Druck (5,15 und 25 psig) durchgeführt. Der Titer der gekräuselten Fasern betrug nominal
18 dpf. Die Krauselungsbildungswerte in den drei Durchläufen
betrugen:
1,54 atm-(5 psig) 2,0 atm (15 psig) 2,7"atm (25 psig)
13,8% 15,3% · 18,1%.
Die oben aufgeführten Kräuselungsbildungswerte zeigen einen
merklichen Anstieg der Kräuselungsbildung, der bei der praktischen Anwendung der Erfindung erhalten wird, wenn Fasern mit
einem höheren Titer gekräuselt werden.
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Kristallines Propylen mit einem Schmelzflußwert von 12 wurde
unter Verwendung einer Luftabschreckung schmelzgesponnen, um
einen Strang mit 126 Filamenten und einem Gesamttiter von 10
denier zu bilden und dann zu einem ersten Strang mit einem Gesamttiter von 124 000 denier, einem zweiten Strang mit einem
Gesamttiter von 184 500 denier und einem dritten Strang mit einem Gesamttiter von 204 000 denier gefacht. Der erste, der
zweite und der dritte Strang wurden jeweils auf ihre 3,83-fache
Länge gezogen und dann in gesättigtem Wasserdampf gekräuselt, wie es anhand von Beispiel 1 beschrieben wurde. Vier Durchläufe,
zwei mit einem Wasserdampfdruck von 1,34 atm (5 pslg)
und zwei mit einem Wasserdampf druck von 1,8 atm (12 pslg)
wurden durchgeführt. Es wurde das gleiche Appreturmittel wie beim Beispiel 2 verwandt. Die im Beispiel 3 verwandten Fasern
wiesen einen dreiflügeligen Querschnitt auf. Der Titer der gekräuselten Fasern betrug nominal 24 dpf. Die Krauselungsbildungswerte
waren folgende:
1,34 Atm . 1,34 atm 1,8 atm 1,8 atm
(5 psig) i^-_ßäiS.L,___-™„ llfLEäiiLl——--;- (12 psig)
124 000 denier 184 500 denier 184 500 'denier 20400.0.„den.
■~13,9# ■ 13,6p/o 15,9% 16,896
Die oben angeführten Krauselungsbildungswerte zeigen einen
merklichen Anstieg der Kräuselungsbildung, der bei der praktischen Anwendung der Erfindung erhalten wird, wenn Fasern mit
einem noch höheren Titer und einem dreiflügeligen Querschnitt gekräuselt werden.
Kristallines Polypropylen mit einem Schmelzflußwert von 12 wurde schmelzgesponnen und mit Wasser abgeschreckt, um einen
Strang aus 34 Filamenten mit einem Gesamttiter von 8 150 denier
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zu bilden, der zu einem Strang mit einem GesamttLter von
100 000 denier gefacht wurde. Dieser Strang wurde dann auf s 4,8-fache seiner Länge gezogen und dann in der im. Beispiel
verwandten Kräuselvorrichtung gekräuselt. Drei Durchläufe, einer ohne Wasserdampf, ein zweiter unter Verwendung von gesättigtem
Wasserdampf bei einem Druck von 1,41 atm (6 psig) und ein dritter unter Verwendung von gesättigtem Wasserdampf
bei einem Druck von 1,89 atm. (14 psig) erfolgten. In den
Durchläufen, die unter "Verwendung von Wasserdampf abliefen,
wurde der Wasserdampf wie beim Beispiel 1 eingeleitet. Der Titer der gekräuselten Fasern betrug nominal 60 dpf. Bei diesem
Beispiel waren die Fasern im Querschnitt rechtwinklig. Die
Kräuselungsbildungswerte waren folgende:
ohne Wasserdampf 1,41 atm,(6 psig) 1,89 atm. (14 psig)
6,3% 15,1% 17,7%
Die oben angeführten Kräuselungsbildungswerte zeigen einen merklichen Anstieg der Kräuselungsbildung, der bei der prakti- ,
sehen Anwendung der Erfindung erhalten wird, wenn Fasern mit einem noch höheren Titer und einem rechtwinkligen Querschnitt
gekräuselt werden. . '
Es ist gefunden worden, daß Polypropylenfasern mit einem rechtwinkligen
Querschnitt und einem Titer von 60 dpf und Polypropylenfasern mit einem dreiflügligen Querschnitt und einem
Titer von 24 dpf nach dem Kräuseln in Wasserdampf, wie es in den obigen Beispielen 3 und 4 beschrieben wurde, ausgezeichnete
Ergebnisse liefern, wenn sie zum Herstellen von Nadelfilzteppichen
verwandt werden, da die Dauerhaftigkeit der Kräuselung und die Gewebekohäsion merklich vergrößert wurden. Die
nach dem erfindunsgemäßen Verfahren erzeugten gekräuselten
Fasern weisen eine, stark verbesserte Bearbeitbarkeit in Krempelvorrichtungen,
Garnettmaschinen und Kreuzwickelmaschinen auf.
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Polypropylenfasern mit einem Titer von 18 dpf, die im Wasserdampf
gekräuselt wurden, wie es im wesentlichen im obigen
Beispiel 2 beschrieben wurde, können zum Herstellen von nicht gewebten Materialien für Teppichunterlagen mit guten Ergebnissen verwandt werden. Es kann eine verbesserte Einheitlichkeit des Gewebes und eine verringerte Gewebeschrumpfung erzielt
werden. Die gekräuselten Fasern sind gut in Krempelvorrichtungen, Garnettmaschinen und Kreuzwickelmaschinen zu verarbeiten.
Beispiel 2 beschrieben wurde, können zum Herstellen von nicht gewebten Materialien für Teppichunterlagen mit guten Ergebnissen verwandt werden. Es kann eine verbesserte Einheitlichkeit des Gewebes und eine verringerte Gewebeschrumpfung erzielt
werden. Die gekräuselten Fasern sind gut in Krempelvorrichtungen, Garnettmaschinen und Kreuzwickelmaschinen zu verarbeiten.
Den Bezeichnungen "Strang" und "Garn" liegen die Definitionen gemäß ASTM D 123-71 zugrunde.
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Claims (8)
- 236Λ902PatentansprücheVerfahren zum Kräuseln synthetischer, thermoplastischer Fasern, bei dem die Fasern zusammen mit Wasserdampf durch eine Kräuselungszone geführt werden, dadurch .ge kennzeichnet, daß die Kräuselungszone einen ersten Bereich mit einem relativ geringen·, jedoch ansteigenden Wasserdampfdruck, einen zweiten Bereich mit einem relativ hohen Wasserdampfdruck und einen dritten Bereich mit einem absinkenden Wasserdampfdruck umfaßt, wobei der hohe Wasserdampfdruck wenigstens 1,34 .atm (5 psig) beträgt, jedoch nicht so hoch ist, daß er eine einheitliche Beförderung der Fasern durch die Kräuselungszone verhin- . dert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßder Wasserdampfdruck im zweiten Bereich nahezu konstant gehalten wird. · ■
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfdruck im zweiten Bereich zwischen 1,3 und 3,4 atm (5 und 35 psig) liegt.
- 4. Verfahren.nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vor dem Kräuseln mit einem Appreturmittel behandelt werden.
- 5. Appreturmittel zur Verwendung beim Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einer trockenen Feststoffbasis aus 86 bis 98 Gew.-% einer Verbindung mit der Formel4098.28/1026236U902wobei R und R. Alkylreste mit 14 bis 20 Kohlenstoffatomen, R2 ein Methylrest, R, ein Methyl-, ein Äthyl- oder ein -(CHp-CHp-O-) Η-Rest, wobei η eine ganze Zahl von wenigstens 1 ist, und X ein Chlor-, Brom-,Methoisulf at-· oder Äthosulfation bedeuten, aus 0,3 bis 2 Gew.-^ eines nichtionischen Benetzungsmittels, aus 0,7 bis 4 Gew.-0A eines Puffers und aus 1 bis 8 Gew. -% eines Mittels zum Verhindern der Korrosion besteht, wobei die Menge der Bestandteile innerhalb der oben definierten Bereiche relativ zueinander so gewählt ist, daß beim Dispergieren des Gemisches in ' Wassers, um eine wäßrige Dispersion mit einem Gehalt von 1 bis 4-Gew.-% Feststoffen zu liefern, die Dispersion einen pH-Wert im Bereich zwischen 6 und 8 aufweist.
- 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch mit. einer langgestreckten Stauchkammer, mit einer Einrichtung zum Einleiten eines Stranges oder Garnes in das stromaufwärts liegende Ende der Stauchkammer, in die Berührung mit einer gekräuselten Faseriaasse, die in-der Kammer gestaucht gehalten wird, und die eingeleiteten Fasern veranlaßt, Kräuselungen auszubilden, wenn sie mit der Fasermasse in Berührung kommen, und zum Befördern der gekräuselten Fasern durch die Kammer, und mit einer Ein- . ■ richtung zum Einleiten von Wasserdampf in die Kammer in der Nähe, jedoch stromabwärts vom stromaufwärts liegenden Ende der Kammer und zum einheitlichen Verteilen des Wasserdampfes in der Fasermasse, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Aufrechterhalten eines nahezu konstan-A09828/1026- 31 - 236Λ902ten Wasserdampf druckes im mittuen Abschnitt der Kammer, der dem Wasserdampfdruck in diesem mittleren Abschnitt •entspricht.
- 7." Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchkammer eine im allgemeinen rechtwinklige Form hat und ein erstes, im allgemeinen vertikal verlaufendes Seitenteil und ein gegenüber angeordnetes zweites, im allgemeinen vertikal verlaufendes Seitenteil, eine obere Platte, die zwischen den Seitenteilen und in der Nähe der oberen Kanten der Seitenteile angeordnet ist, und eine untere Bodenplatte aufweist, die zwischen den Seitenteilen und' in der Nähe der Unterkanten der Seitenteile sowie im Abstand von der oberen Platte vorgesehen ist, so daß eine . Kammer, dazwischen gebildet wird, wobei eine der beiden Platten schwenkbar zwischen den Seitenteilen angebracht-ist, so daß der Abstand' zwischen den Platten veränderbar ist, und daß die Einrichtung zum Einleiten des Wasserdampfes in die Kammer in jeder der" Platten aus wenigstens einer in der Platte gebildeten Leitung besteht, die mit wenigstens einem Durchlaß in Verbindung steht, der seinerseits mit der Kammer verbunden ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung aus wenigstens einem längsverlaufenden Leitungsabschnitt, der in Längsrichtung durch jede der Platten vom stromabwärts liegenden Ende zu einer Stelle am stromaufwärts liegenden Endabschnitt verläuft, wenigstens zwei im Abstand voneinander angeordnete, querverlaufende Leitungsabschnitte, die quer über die Platte verlaufen und den längsverlaufenden Leitungsabschnitt schneiden, und eine Anzahl von Durchlässen aufweist, die von jedem der quer verlaufenden Leitungsabschnitt aus so verlaufen, daß sie in Verbindung mit der Stauchkammer stehen.409828/102 6SZLeerseite
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