DE3631905A1 - Stauchkammerkraeusel und verfahren zur herstellung von gekraeuselten synthetischen fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gekräuselten synthetischen Fasern nach dem Stauchkräuse­ lungsverfahren, insbesondere für Acrylfasern, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinu­ ierlichen Stauchkräuselung während eines kontinuierlich ablaufenden Faserspinn- und Nachbehandlungsprozesses mit hohen Bandgewichten oberhalb 100 000 dtex und bei Pro­ duktionsgeschwindigkeiten oberhalb 200 m/min.

Verfahren und Vorrichtung zur Kräuselung von Synthese­ fasern sind bekannt. Bei der am meisten bevorzugten Aus­ führungsform der Stauchkräuselung wird das Faserkabel durch zwei Führungswalzen hindurch einer Kräuselkammer zugeführt, in welcher sich das Kabel ansammelt und in welcher es unter Druck zurückgehalten wird, wobei sich das Kabel in kleine Windungen legt und sich die soge­ nannte Kräuselung ausbildet. Drei von den vier Wänden der Kräuselkammer sind fest, während die vierte durch eine mit Druck belastbare, bewegliche Platte gebildet wird. Wenn der Innendruck des gekräuselten Kabels gleich dem Druck, der auf der beweglichen Platte herrscht, geworden ist, wird diese hochgedrückt und das gestauchte Kabel verläßt die Kammer durch den auf diese Weise gebildeten Schlitz.

Es hat sich nun gezeigt, daß die bisher bekannten Ver­ fahren und Vorrichtungen dieser Art insbesondere beim Kräuseln von Acrylfaserkabeln den Nachteil aufweisen, daß sich mit ihnen nur Kabel bis zu Produktionsgeschwin­ digkeiten von ca. 150-200 m/min kräuseln lassen. Bei höheren Geschwindigkeiten, oberhalb ca. 200 m/min, treten Verbackungen der Acrylfaserkabel auf. Der Grund hierfür ist, daß bei hohen Geschwindigkeiten und großen Kabelgewichten, wie sie vornehmlich bei kontinuierlich ablaufenden Spinn- und Nachbehandlungsprozessen, wie z. B. in EP-A-98 477 beschrieben sind, auftreten, sich in kürzesten Zeiten große Fasermengen in der Stauch­ kammer ansammeln, deren aufgebaute kinetische Energie abgeführt werden muß, um Verbackungen zu vermeiden. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, z. B. durch Kühlung der Einzugswalzen, durch spezielle Führung des gekräuselten Kabels (DE-A-14 35 438) oder durch Benetzung des Faser­ kabels mit Feuchte (US-A-30 41 705) diesem Umstand Rechnung zu tragen. Durch Kühlung und spezielle Kabel­ führung in der Stauchkammer alleine lassen sich jedoch keine hohen Produktionsgeschwindigkeiten erreichen, wie sie bei kontinuierlichen Spinn- und Nachbehandlungspro­ zessen auftreten. Die Stauchkräuselung von feuchten Acrylfaserkabeln hat zudem den Nachteil, daß die Kräuse­ lung sehr instabil ist und häufig zu sogenannten Hack­ stellen während der Stauchkräuselung führt. Unter Hack­ stellen werden Kräuselschäden im Faserkabel verstanden, die zu Löchern im gekräuselten Filamentverband führen und zu Stapeleinkürzungen und Kurzfasern Anlaß geben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein kontinuierliches Stauchkräuselverfahren, insbesondere für Acrylfaserkabel von hohen Bandgewichten, vorzugs­ weise oberhalb 100 000 dtex, für hohe Produktionsge­ schwindigkeiten, vornehmlich größer als 200 m/min, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Kräuselung von synthetischen Fasern mit einer Stauchkammerkräusel gefunden, die eine Eingangsöffnung, eine Stauchkammer mit Boden, Deckel und Seitenteilen sowie eine Austrittsöffnung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stauchkammer verwendet wird, bei der

• a) Deckel und/oder Boden beweglich angeordnet sind und
• b) in Arbeitsstellung der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Eingangsöffnung kleiner als der Ab­ stand zwischen Deckel und Boden bei der Ausgangs­ öffnung ist.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Stauchkammerkräuselung von synthetischen Fasern mit einer Eingangsöffnung, einer Stauchkammer mit Boden, Deckel und Seitenteilen sowie einer Austrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel und/oder Boden der Stauchkammer beweglich angeordnet sind und in Arbeits­ stellung der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Eingangsöffnung kleiner als der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Ausgangsöffnung ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zu kräu­ selnden synthetischen Fasern von einem Quetschwalzenpaar angezogen und in die Eingangsöffnung hineingeschoben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Deckel und/oder Boden um einen Drehpunkt nahe der Ein­ gangsöffnung, bevorzugt um die Achse einer Quetschwalze des Quetschwalzenpaares, beweglich angeordnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Seitenwände und Deckel der Stauchkammer fest und der Boden beweglich um die Achse der Quetschwalze angeordnet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Stauchkammer so bemessen, daß bei Parallelstellung von Deckel und Boden in einem sich der Eingangsöffnung an­ schließenden Stauchkammerteil 1 ein anschließender Stauchkammerteil 2 gebildet wird, in welchem der Abstand von Deckel zu Boden in Richtung Ausgangsöffnung zunimmt. Hierbei steht vorzugsweise der Deckel von Stauchkammer­ teil 1 im Winkel zum Deckel von Stauchkammerteil 2, während der Boden in beiden Teilen durch eine einzige ebene Fläche gebildet wird. Hierbei gilt in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform:

• a) Die Fläche F₂ der Seitenteile von Stauchkammerteil 2 beträgt mindestens 85% der Fläche F₁ der Seiten­ teile von Stauchkammerteil 1. Dieser mit V₁ be­ zeichnete prozentuale Anteil beträgt also minde­ stens 85%.

Zur Beschreibung der komplexen Kräuselungsvorgänge beim Stauchkräuseln von Acrylfasern hat sich neben V₁ die Einführung folgender weiterer produkt- und prozeßspezi­ fischer Größen bewährt:

• b) Das Verhältnis V₂ von Bandgeschwindigkeit v in (m/min) des der Stauchkammer zugeführten Faserkabels zur Verweilzeit t (in Sekunden) des Faserkabels in der Stauchkammer.
  Hierfür gilt die Beziehung: Dieses Verhältnis V₂ stellt einen sogenannten Be­ schleunigungsfaktor dar und macht eine Aussage über die Kräuselbarkeit von Acrylfasern. Bei Produk­ tionsgeschwindigkeiten oberhalb 200 m/min und Kabelstärken größer 100 000 dtex sollte V₂ vorzugs­ weise kleiner 100 m/min · sec^-1 sein. Ist V₂ größer 100, dann kann die Kräuselkammer zu klein sein und das Material verbacken. Unter Verbackung werden ineinander verflochtene und verklebte Kapillaren verstanden, die sich auch nach dem Schneiden und Auflösen bei der Weiterverarbeitung, z. B. über Krempeln und Karden, nicht mehr einwandfrei trennen lassen und zu Borsten und unsauberen Garnen führen.
• c) Das Verhältnis V₃ von Durchsatzmenge m (gemessen in g/Sekunden) an Faserkabel durch die Stauchkammer zur Verweilzeit t (gemessen in Sekunden). V₃ ist vorzugsweise kleiner 50 g/sec². Bei Überschreitung des angegebenen Grenzwertes infolge zu hohen Durch­ satzes oder zu geringer Verweilzeit werden wiederum verbackene Acrylfaserkabel beobachtet.
• d) Die Dichte δ der Acrylfaserkabel in der Stauchkammer. Die Dichte δ (gemessen in g/cm³) läßt sich aus dem Verhältnis des Kräuselkammerinhaltes in Gramm zum Kräuselkammervolumen in cm³ berechnen. Die Dichte δ, worunter definitionsgemäß nicht die eigentliche Stoffdichte von Acrylfasern, sondern die Materialdichte des Faserkabels in der Stauch­ kammer verstanden wird, sagt ebenfalls etwas über den Kräuselzustand des Acrylfaserkabels in der Stauchkammer aus. Beträgt die Dichte δ weniger als 0,2 g/cm³, so liegen in der Regel nur schwach ge­ kräuselte, nahezu glatte Faserkabel vor.
  Bei den bisher bekannten Herstellprozessen von Acrylfasern sind Kräuselgeschwindigkeiten oberhalb von 200 m/min nicht bekannt. Während beim Naß­ spinnen die Spinngeschwindigkeit im Fällbad bei maximal ca. 15 m/min liegt und nach einer 1 : 6 bis 1 : 10 Verstreckung somit Produktionsgeschwindigkeiten von maximal 150 m/min erreicht werden, liegen die Geschwindigkeitsverhältnisse beim Trocken­ spinnen ähnlich. Hier wird aus Ringdüsen mit weit geringerer Lochzahl gegenüber dem Naßspinnen in Schächten mit höheren Spinnabzügen von ca. 200- 300 m/min gesponnen, das Spinngut zunächst jedoch in sogenannte Spinnkannen gesammelt und anschließend gewaschen; ca. 1 : 4-fach verstreckt, getrocknet und gekräuselt. Hierbei werden Geschwindigkeiten von ebenfalls maximal 150-ca. 200 m/min erreicht. Höhere Geschwindigkeiten sind unrationell, weil der zeitbestimmende Faktor die Lösungsmittel­ entfernung beim Waschen des Spinngutes ist. Erst mit dem Aufkommen von kontinuierlichen Spinn- und Nachbehandlungsprozessen von trockengesponnenen Acrylfaserkabeln bestand die Notwendigkeit, die Kräuselgeschwindigkeit den hohen Produktionsge­ geschwindigkeiten, wie sie etwa in EP-A-98 477 be­ schrieben sind, anzupassen. Das erfindungsgemäß be­ schriebene Stauchkräuselverfahren eignet sich daher vorzugsweise für kontinuierlich trockengesponnene Acrylfaserkabel von hohen Bandgewichten oberhalb 100 000 dtex und für Produktionsgeschwindigkeiten bis ca. 1500 m/min, vorzugsweise 500-1200 m/min.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Quetschwalzenpaar mit den Walzen (1) und (2), einer Ein­ gangsöffnung (3), einer Stauchkammer mit Boden (4), Deckel (5) und Seitenteilen sowie einer Austrittsöffnung (6) in Arbeitsstellung. Die Stauchkammer besteht im Prinzip aus einem Quetschwalzenpaar mit den Walzen (1) und (2) und einer nachgeschalteten Kammer. Die Seiten­ wände dieser Kammer sind fest angeordnet, ebenso der Kammerdeckel (5). Der "Kammerboden" (4) ist beweglich gelagert. Am Ende des Kammerbodens befindet sich ein Druckzylinder (7), der eine einstellbare Kraft auf die bewegliche Platte des Kammerbodens ausübt.

Arbeitsweise

Im Normalzustand bei arbeitender Kräusel liegt die Austrittshöhe der Kräuselkammer zwischen 40 und 50 mm. Der Arbeitshub des Druckzylinders, der am Ende der beweglichen Platte befestigt ist, beträgt somit ca. 10 mm.

In Arbeitsstellung ist beim herkömmlichen Stauchkammer- Kräuselverfahren der Abstand zwischen Deckel und Boden der Kräuselkammereintrittsöffnung in der Regel größer als der Abstand zwischen Deckel und Boden der Austritts­ öffnung. Bei der vorliegenden Erfindung arbeitet der vordere Kräuselkammerteil identisch. Der nachgeschaltete zweite Stauchkammerteil 2 ist jedoch in der Austritts­ öffnung zwischen Boden und Deckel größer als die Ein­ trittsöffnung (vgl. Fig. 1).

Mit anderen Worten:

In der Fig. 1 ist im zweiten Stauchkammerteil der (fest­ stehende) Deckel abgeflacht.

Ebenso könnte beispielsweise der Boden mit der beweglichen Platte anstelle des feststehenden Deckels abge­ flacht sein. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch Anbringung einer einstellbaren Kolbenkraft an die abge­ schrägte Fläche mit einem Drehpunkt am Anfang dieser Fläche, wodurch der Stauchkammerkräuselprozeß in weiten Grenzen variabel wird. Bevorzugt ist in jedem Falle, daß das im Verhältnis V₁ definierte Flächenverhältnis von F₂ : F₁=mindestens 85% beträgt sowie die anderen ange­ gebenen Randbedingungen V₂=kleiner 100, V₃ kleiner 50 und die Materialdichte δ größer 0,2 eingehalten werden.

Das erfindungsgemäße Stauchkräuselverfahren ist jedoch nicht nur auf ein kontinuierliches Herstellverfahren von trockengesponnenen Acrylfasern beschränkt. Ebenso können trocken- oder naßgesponnene Acrylfaserkabel, die gewaschen und gegebenenfalls verstreckt und getrocknet worden sind und beispielsweise in Spinnkannen vorliegen, anschließend bei Geschwindigkeiten oberhalb 200 m/min mit der beschriebenen Apparatur stauchgekräuselt werden. Auch andere synthetische Fasern können erfindungsgemäß stauchgekräuselt werden, insbesondere Polyester- und Polyamidfasern. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die kontinuierliche Stauchkammerkräuselung bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten, insbesondere nach den aus beispielsweise der EP-A-98 477 bekannten kontinuierlichen Verfahren.

Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung, ohne sie selbst einzuschränken.

Beispiel 1

Ein mit 100 m/min Spinnabzug kontinuierlich trockenge­ sponnenes und präpariertes Acrylfaserkabel vom Gesamt­ titer 626 000 dtex wird über Heizwalzen bei 110°C Band­ temperatur 1 : 6-fach verstreckt und einer Stauchkammer, gemäß Fig. 1, zugeführt. Das vorgelegte Bandgewicht betrug 10,4 g/m und die Kräuselgeschwindigkeit 600 m/min. Gekräuselt wurde mit einer Kraft von 30 kp auf die bewegliche Platte bei einer Kraft auf die Einlaufwalzen von 1800 kp. Das Kabel wurde ferner mit 10 kg/h Sprühdampf vor dem Einlauf in die Kräuselkammer beaufschlagt. Die Kräuselkammerlänge betrug 510 mm, die Kräuselkammerbreite 75 mm und die Kräuselkammerhöhe 40 mm. Die erweiterte Öffnung, die der beweglichen Platte gegenüberliegenden Kräuselkammerwand, beginnt nach 290 mm Kammerlänge (vergleiche Abb.). Die lichte Öffnung am Kräuselkammerende beträgt 50 mm. Die Fläche des unver­ änderten Kräuselkammerteils F₁ berechnet sich zu 116 cm² und die Fläche des abgeänderten Kräuselkammerteils F₂ berechnet sich zu 99 cm². Die Einzugswalzen der Stauch­ kammer sind mit Wasser temperierbar. Die Walzentemperatur lag bei 70°C. Das gekräuselte Faserkabel wird anschließend spannungslos gedämpft und zu Stapelfasern von 60 mm Länge geschnitten. Der Einzelfaserendtiter beträgt 2,2 dtex. Die Einkräuselung der Fasern liegt bei 19,5%. Die Flocke besitzt eine Haftkraft von 68 centi Newton/Ktex. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit auf der Hochleistungskarde liegt bei 110 m/min.

Das Verhältnis V₁ beträgt:

Der Inhalt der Stauchkräuselkammer beträgt 820 g. Für ein Acrylfaserkabel vom Bandgewicht 10,4 g/m ergibt sich bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 600 m/min ein Durchsatz von 104 g/Sekunde. Demnach beträgt die Ver­ weilzeit in der Stauchkammer 820 : 104=ca. 7,9 Sekun­ den.

Der Beschleunigungsfaktor V₂ beträgt demnach:

Das Verhältnis V₃ errechnet sich zu:

Die Materialdichte δ des Faserkabels in der Kräusel­ kammer beträgt:

Beispiele 2-12

In der folgenden Tabelle sind weitere Beispiele zur Stauchkräuselung von Acrylfaserkabeln mit verschiedenen dimensionierten Stauchkräuselvorrichtungen für unter­ schiedliche Bandgewichte und Kräuselgeschwindigkeiten bis zu 1200 m/min angeführt. Ferner sind die Werte der entsprechenden Kräuselparameter sowie die Beurteilung der Kräuselung angegeben.

Beispiel 2 zeigt, daß auch hohe Bandgewichte von bei­ spielsweise 25 g/m entsprechend 250 000 dtex nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sich stauchkräuseln lassen.

Beispiel 3 zeigt, daß bei einem Beschleunigungsfaktor V₂ größer 100 das Material verbacken kann.

In Beispiel 4 wird dargelegt, daß das Flächenverhältnis V₁ vorzugsweise größer 85% sein sollte, weil sonst die aufgestaute kinetische Energie im unveränderten Kräusel­ kammerteil zu groß werden und das Material verfilzen kann.

Beispiel 5 zeigt, daß durch Vergrößerung des Flächen­ anteils F₂ eine einwandfreie Stauchkräuselung wieder durchführbar ist.

Im Beispiel 6 wird dargelegt, daß bei niedriger Kräusel­ kammerfüllung und damit niedriger Materialdichte in der Kräuselkammer unter Umständen nur glatte Fasern erhalten werden.

Beispiel 7 zeigt, daß bei Nichteinhaltung der Grenzwerte für die Parameter V₂ und V₃ Verbackungen des Acrylfaser­ kabels eintreten können.

In den Beispielen 8-10 wird gezeigt, daß man durch entsprechende Dimensionierung der Kräuselkammer auch hohe Bandgewichte bei sehr hohen Kräuselgeschwindigkeiten gemäß dem erfinderischen Verfahren einwandfrei stauchkräuseln kann.

In den Beispielen 11 und 12 schließlich wird aufgezeigt, daß das Stauchkräuselverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch für kleinere Bandgewichte unterhalb 100 000 dtex erfolgreich angewendet werden kann.

In den Beispielen wurde zur Beurteilung der Kräuselung die Einkräuselung des Faserkabels nach:

(vergl. Riggert: Kräuselung von Chemie-Schnittfasern und -Kabeln und ihre Bedeutung für die Weiterverarbeitung in Melliand Textilberichte 4/1977 Seite 274) bestimmt.

Es bedeuten:

1 g= Länge des gestreckten, entkräuselten Zustandes, 1 z= Länge des zusammengezogenen, gekräuselten Zustan­ des.

Für Polyacrylnitrilfasern vom Woll-Typ liegt die Ein­ kräuselung normalerweise bei ca. 15-22% (vergl.: Riggert Melliand Textilberichte 4/1977, Tabelle 1, Seite 278).

Als weitere Beurteilungskriterien wurden die Haftkraft (gemessen in cN/Ktex) sowie die Verarbeitungsgeschwin­ digkeit der gekräuselten Schnittfasern auf der Hoch­ leistungskarde (gemessen in m/min) herangezogen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kräuselung von synthetischen Fasern mit einer Vorrichtung, die eine Eingangsöffnung, eine Stauchkammer mit Boden, Deckel und Seitenteilen sowie eine Austrittsöffnung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stauchkammer verwendet wird, bei der

• a) Deckel und/oder Boden beweglich angeordnet sind und
• b) in Arbeitsstellung der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Eingangsöffnung kleiner als der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Aus­ gangsöffnung ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetischen Fasern mit einem Quetschwalzen­ paar in die Eingangsöffnung geschoben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckel und/oder Boden um einen Drehpunkt nahe der Eingangsöffnung beweglich sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stauchkammer verwendet wird, deren Seiten­ wände und Deckel fest angeordnet sind und deren Boden beweglich ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Parallelstellung von Deckel und Boden in einem sich der Eingangsöffnung anschließenden Stauchkammerteil 1 ein anschließender Stauchkammer­ teil 2 gebildet wird, in welchem der Abstand von Deckel zu Boden in Richtung Ausgangsöffnung zunimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel von Stauchkammerteil 1 zum Deckel von Stauchkammerteil 2 im Winkel steht und der Boden in beiden Stauchkammerteilen durch eine ebene Fläche gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Fläche F₂ der Seitenlinie von Stauchkammer­ teil 2 mindestens 85% der Fläche F₁ der Seitenteile von Stauchkammerteil 1 beträgt,
• b) der Beschleunigungsfaktor V₂ aus dem Verhältnis der Bandgeschwindigkeit v(m/min) zur Ver­ weilzeit t (sec) in der Kräuselkammer kleiner 100 ist,
• c) das Verhältnis V₃ von Durchsatzmenge m (g/sec) und Verweilzeit t (sec) kleiner 50 ist,
• d) die Materialdichte beträgt.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Kabel ein Acrylfaserkabel ist und mit einer Geschwin­ digkeit von wenigstens 500 m/min in die Stauchkammer eingeführt wird.

9. Vorrichtung zur Kräuselung von synthetischen Fasern mit einer Eingangsöffnung, einer Stauchkammer mit Boden, Deckel und Seitenteilen sowie einer Austrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) Deckel und Unterboden beweglich angeordnet sind und
• b) in Arbeitsstellung der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Eingangsöffnung gleich kleiner als der Abstand zwischen Deckel und Boden bei der Ausgangsöffnung ist.