DE69807337T2 - Faserherstellung - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Herstellung künstlicher Stapelfaser. Stapelfaser kann durch Extrudierung einer Lösung eines Polymers durch eine Spinndüse zur Bildung eines Kabels von Endlosfilamenten und durch kontinuierliches Zerschneiden der Filamente hergestellt werden.
- Die US-A-5 582 786 beschreibt beispielsweise die Herstellung einer wasserabsorbierenden wasserunlöslichen Faser durch Extrudieren einer wässrigen Lösung eines wasserlöslichen Polymers in ein gasförmiges Medium durch eine Spinndüse zur Bildung eines Kabels von extrudierten Endlosfilamenten, das mit einem Feuchtegehalt von 8 bis 25% basierend auf dem Trockengewicht der Faser aufgefangen wird. Die Faser wird mit einer Temperatur von nicht mehr als 100ºC getrocknet, bevor die Faser bei einer Temperatur im Bereich von 125 bis 250ºC in einem Ausmaß vernetzt wird, das ausreicht, das die vernetzte Faser wasserunlöslich ist. Die Endlosfilamente werden zu Stapelfaser geschnitten, während der Feuchtegehalt 8 bis 25% beträgt, da eine vollständig trockene Faser spröd ist und zur Bildung von Faserflug neigt. Ein Schneiden der wasserlöslichen Endlosfilamente bei einem Feuchtegehalt von 8 bis 25% führt jedoch zu einem Schmieren des Polymers auf dem Messer, so dass das Messer häufig gereinigt werden muss, was die Produktion unterbricht.
- In der GB 2,101,642 wird in Fig. 3 und 4 Druckluft in eine Kabeleinlass- Strangpressdüse 50 über eine Leitung 52 und einen Mantel 54 eingeführt, um Kabel von Rollen durch die Öffnungen 56 von Anschlägen 58 stromauf von dem Messerblatt 60 und über eine Leitung 66 und einen Mantel 68 zum Stromabanschlag 58 jenseits des Schneidmessers 60 zu ziehen und um abgeschnittene Fasern von dem Stromabanschlag aus zum Auslass 18 der Düse 64 zu spülen (Seite 2, Zeile 105 bis 120). Die stromauf von der Schneideinrichtung zugeführte Luft wirkt deshalb dahingehend, dass das Kabel zum Messerblatt gefördert wird, und mit einem kleinen Winkel zur Laufrichtung des Kabels eingeführt wird. Die stromab von der Schneideinrichtung eingeführte Luft wird in gleicher Weise mit einem kleinen Winkel zur Laufrichtung der abgeschnittenen Filamente eingeführt. Es wird nicht gesagt, dass die Luft ein Strahl ist und die Luft wird nicht eingeführt, um Wasser oder organisches Lösungsmittel von der Oberfläche der Filamente zu entfernen. Wenn die Luft mit dem Kabel vorbei an der Schneideinrichtung strömt, kann man tatsächlich keinen Effekt erwarten, der Wasser usw. von den Filamenten entfernen könnte. Tatsächlich wird ausgeführt, dass das Ausgangs- material für den in den Zeichnungen gezeigten Prozess ein Packen von Endlosfaden-Zelluloseacetatkabel, jedoch keine Polymerlösung ist, wobei die Entgegenhaltung an keiner Stelle ein Extrudieren einer solchen Polymerlösung erwähnt.
- In der GB 692,369 wird ein Strom eines Gases oder einer Flüssigkeit zugeführt, um Fasermaterial zu der Schneidstelle und von der Schneidstelle unmittelbar nach dem es geschnitten ist, weg zu transportieren (Seite 1, Zeilen 35 bis 40) um eine Filzbildung (Seite 1, Zeile 45) auszuschließen. Das Haupterfordernis besteht darin, eine Düse unmittelbar jenseits der Schneidstelle (Seite 1, Zeile 60 bis 65) anzuordnen, um einen Strom eines Gases oder einer Flüssigkeit aufzubringen, damit das Material an der Schneidstelle während des Schneidens gestreckt wird. Es kann jedoch auch eine Düse vor der Schneidstelle positioniert und so angeordnet werden, dass sie während des Schneidens abgeschaltet werden kann (Seite 1, Zeilen 70 bis 73). D. h., dass der Zweck der beiden Düsen darin besteht, Gas oder Flüssigkeit bereitzustellen, um das Fasermaterial durch die Schneidstelle vorwärts zu bewegen, und dass das Gas oder die Flüssigkeit notwendigerweise mit einem kleinen Winkel zur Flussrichtung des Fasermaterials eingeführt wird, was durch Fig. 3 und 4 (Führungskanal 13 und Düse 14) bestätigt wird. Darüber hinaus wird die Stromauf- Zuführung während des Schneidens abgeschaltet (Seite 2, Zeilen 42 bis 46), um eine Kompression des Fasermaterials zu vermeiden. Hier wird ebenfalls nicht gesagt, dass das Gas (Luft) ein Strahl ist, und es wird nicht eingeführt, um Wasser oder anorganisches Lösungsmittel von der Oberfläche des Fasermaterials stromauf von der Schneidstelle zu entfernen. Tatsächlich kann nicht erwartet werden, dass sich ein solcher Effekt dabei ergibt, da die stromauf eingeführte Luft mit dem Fasermaterial durch die Schneidstelle strömt. Es wird nicht gesagt, dass das Fasermaterial aus einer Extrusion einer polymeren Lösung durch eine Spinndüse kommt und es gibt kein Anzeichen dafür, dass irgendeine Feuchtigkeit oder ein organisches Lösungsmittel auf der Oberfläche des Fasermaterials vorhanden ist.
- Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Stapelfaser durch Extrudieren einer Lösung eines Polymers in einem Lösungsmittel durch eine Spinndüse hindurch zur Bildung von Endlosfilamenten, die Lösungsmittel auf ihren Oberflächen tragen, wobei die Endlosfilamente zur Bildung eines Kabels zusammengefasst und die Filamente kontinuierlich in einer Schneideinrichtung zur Bildung der Stapelfaser geschnitten werden, zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Strahl eines Gases auf das Kabel der Endlosfilamente geblasen wird, um Lösungsmittel von den Oberflächen der Filamente zu entfernen, bevor das Kabel in die Schneideinrichtung eintritt, wobei der wenigstens eine Strahl auf das Kabel in einer Richtung geblasen wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung des Kabels ist, so dass das Gas keine wesentliche vorwärts bewegende oder verzögernde Wirkung auf das Kabel hat.
- Obwohl das Verfahren nach der Erfindung besonders für die Herstellung von wasserabsorbierender Stapelfaser der in der US-A-5582786 beschriebenen Art geeignet ist, kann es zum Durchschneiden jedes Kabels aus künstlichen Endlosfilamenten für Stapelfaser verwendet werden. Die Polymerlösung, die extrudiert wird, kann beispielsweise eine Lösung eines synthetischen Polymers oder eines natürlichen Polymers sein. Sie kann trocken gesponnen, d. h. in ein gasförmiges Medium extrudiert, oder nass gesponnen, d. h. in ein Regenerierungsbad extrudiert werden. Das Verfahren nach der Erfindung hat besondere Vorteile, wenn es bei Filamenten eingesetzt wird, die aus wässriger Lösung und/oder noch nass durch wässrige Lösung gesponnen (extrudiert) werden, es kann jedoch auch bei Filamenten zur Anwendung gelangen, die aus einer Lösung mit organischem Lösungsmittel gesponnen werden. Das Kabel der Endlosfilamente kann in Kabelform vor dem Schneiden behandelt werden, beispielsweise kann ein Kabel von Endloszellulosefilamenten carboxymethyliert werden, wie es in der WO-A-93/12275 beschrieben ist. Das Verfahren nach der Erfindung ist für das Schneiden der sich ergebenden wasserabsorbierenden Filamente zu Stapelfaser besonders geeignet.
- Das Verfahren nach der Erfindung ist insgesamt vorteilhaft zum Schneiden von wasserlöslichen oder wasserabsorbierenden Filamenten. Das Verfahren der Erfindung eignet sich besonders zum Schneiden eines Filamentenkabels, das in einer ungehärteten Form geschnitten ist, d. h. wo die Stapelfaser anschließend zum Hartmachen der Faser gehärtet wird, beispielsweise zum Vernetzen des Polymers, aus dem die Faser besteht, erhitzt wird, beispielsweise zur Bildung von wasserunlöslicher, jedoch wasserabsorbierender Faser aus einem Polymer, das wasserlöslich ist, wenn es extrudiert wird, um Endlosfilamente zu bilden und zu schneiden. Das Verfahren nach Erfindung kann alternativ bei Fasern zur Anwendung gelangen, die vernetzt worden sind, oder bei thermoplastischen Fasern, die kein Vernetzen erfordern, insbesondere bei wasserabsorbierenden Fasern dieser Arten. Die Größe des Kabels kann beispielsweise 1000 bis 20000 tex erreichen. Die einzelnen Filamente des Kabels können beispielsweise von 1,5 bis 50 decitex reichen. Die Filamente mit höherer Decitexzahl im Bereich verursachen im allgemeinen an der Schneideinrichtung mehr Probleme, insbesondere im Falle von Filamenten in ungehärteter Form. Das Verfahren nach der Erfindung kann verwendet werden, wenn eine Stapellänge beispielsweise 2 bis 80 mm geschnitten wird, obwohl Probleme an der Schneideinrichtung am häufigsten sind, wenn kurze Stapellängen, beispielsweise 2 bis 25 mm, insbesondere 2 bis 6 mm geschnitten werden.
- Das auf das Kabel geblasene Gas ist vorzugsweise Luft, obwohl ein alternatives Gas, beispielsweise Stickstoff, verwendet werden kann. Die Temperatur des auf das Kabel geblasenen Gases liegt vorzugsweise unter 50ºC und beträgt beispielsweise -5 bis +20ºC. Die Geschwindigkeit des auf das Kabel geblasenen Gases sollte insgesamt ausreichend sein, um das Kabel zu öffnen, d. h. um die Filamente des Kabels zu trennen. Das Gas kann beispielsweise einen Druck von 20 bis 100 oder 150 psi (140 bis 700 oder 1050 kPa), vorzugsweise 30 bis 80 psi (200 bis 550 kPa) haben. Das Gas wird auf das Kabel in einer Richtung geblasen, die im Wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung des Kabels ist, im Allgemeinen mit einem Winkel zur Laufrichtung des Kabels in dem Bereich von 75 bis 105º, so dass das Gas keine wesentliche vorwärtsbewegende oder verzögernde Wirkung auf das Kabel hat.
- Die Luft oder ein anderes Gas wird vorzugsweise auf das Kabel der Endlosfilamente so geblasen, dass sie/es auf das Kabel von gegenüberliegenden Seiten des Kabels trifft. Das Kabel wird vorzugsweise in Breitenrichtung gespreizt, beispielsweise durch eine Treibstange oder Walze, bevor die Luft oder ein anderes Gas auf das Kabel geblasen wird oder es kann ein Kabel aus mehreren Spinnenden Seite an Seite zur Bildung eines breiten Flachkabels zugeführt werden. Die Luft oder ein anderes Gas wird vorzugsweise auf das Kabel aus einer Reihe oder Reihenanordnung von Löchern oder Schlitzen geblasen, die in einer Richtung senkrecht zur Laufrichtung des Kabels im Abstand angeordnet sind, beispielsweise von etwa 5 bis 15 mm zueinander. Am stärksten bevorzugt ist, dass die Löcher, Schlitze oder Reihen oder Reihenanordnungen von Löchern oder Schlitzen der Laufrichtung des Kabels im Abstand so angeordnet sind, dass Luft aus einer zweidimensionalen Reihenanordnung von Löchern geblasen wird. Die Löcher aufeinanderfolgender Reihen können so versetzt sein, dass jedes Filament des Kabels in unmittelbarer Nähe für einen Lauf über wenigstens ein Loch kommt. Besonders bevorzugt wird, dass das Kabel zwischen zwei gegenüberliegenden Verteilern läuft, von denen jeder eine solche Anordnung von Löchern hat. Jedes Loch hat beispielsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 1 mm. Alternativ können einer oder mehrere Schlitze, beispielsweise mit den Abmessungen und derart verwendet werden, wie sie für einen Luftmesser zum Einsatz kommen. Solche Schlitze sind insgesamt weniger als 1 mm breit. Die Schlitze sind vorzugsweise so angeordnet, dass ihre Längsrichtung senkrecht zur Laufrichtung des Kabels ist. Auf diese Weise kann sich der Schlitz oder können sich die Schlitze quer über die ganze Breite des Kabels erstrecken. Das Hindurchführen von Druckluft durch solche Löcher oder Schlitze führt zu einer adiabaten Kühlung, so dass die auf das Kabel treffende Luft kühler als die Luft ist, die in den Verteiler oder das Luftmesser eintritt. Es können zur Behandlung des Kabels in irgendeiner Aufeinanderfolge einer oder mehrere Verteiler mit Löchern und ein oder mehrere Luftmesser mit Schlitzen verwendet werden.
- Das Kabel steht vorzugsweise unter einer geringen Spannung, wenn es durch die Strahlen aus Luft oder einem anderen Gas hindurchgeht, d. h. die das Kabel zu dem Gebläse zuführenden Rollen und die das Kabel von dem Gebläse aufnehmenden Rollen arbeiten im Wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit. Eine hohe Spannung neigt dazu, das Öffnen des Kabels durch die Luftstrahlen zu unterbinden, während eine zu schnelle Zuführung zu einer Bildung von Schleifen oder Verschlingungen führen könnte.
- Der Gasblasprozess kann an jeder Stelle zwischen der Kabelbildung und den Kabelschneidvorgängen vorgesehen werden. Besonders bevorzugt erfolgt er gerade vor der Schneideinrichtung, so dass in die Schneideinrichtung eintretende Kabel den reduzierten Feuchtegehalt und die reduzierte Temperatur, die durch die Gasaufblasung erhalten wird, weiter behält.
- Die Schneideinrichtung ist vorzugsweise ein Drehschneider, zweckmäßigerweise mit Messern, die sich um eine Achse drehen, die sich in etwa in der Laufrichtung des Kabels in einem Gehäuse erstreckt, welches das Kabel umschließt. Ein Beispiel ist Neumag NMC 450. Eine Alternative ist Fleischner F 514.
- Zu den Problemen, die durch das Verfahren nach der Erfindung überwunden werden, gehört, dass sich Filamente zusammenballen und Polymerklumpen zwischen den Schneidmessern bilden und Polymer aus den Fasern der Schneidblattoberfläche verschmieren, was den Schneidvorgang ineffizient macht und schließlich die Schneideinrichtung blockiert. Wir gehen davon aus, dass ein Effekt des Aufblasens von Gas darin besteht, Oberflächenfeuchte (sowohl externe als auch dazwischenliegende) von den Filamenten zu entfernen. Das Gas hat auch einen Kühleffekt. Beispielsweise kann ein Kabel von 60ºC auf 50ºC durch Gas gekühlt werden, das mit 10ºC aufgeblasen wird, auch wenn das Kabel mit 200 bis 800 m/min läuft.
- Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung und
- Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung von Fig. 1 längs der Linie A....A' ist.
- Aus den Zeichnungen wird eine erhitzte und gefilterte Spinnlösung durch eine Spinndüse 10 zur Bildung von Filamenten 11 in einer Trockenspinnzelle 13 extrudiert. Die extrudierten Filamente 11 werden getrocknet und verfestigen gelassen, wenn sie in der Zelle 13 nach unten geführt und um eine Galette 15 zusammengefasst werden. Die Filamente treten aus der Seite der Trocknungskammer der Zelle 13 durch eine kleine Öffnung 16 in Form eines Kabels 17 aus. Der größte Teil der Heißluft in der Zelle 13 tritt durch einen Auslass 18 aus. In die Zelle wird durch die Basis 19 ein Strom von Kaltluft zugeführt, um einen Austritt der Heißluft auf diesem Weg aufzuhalten. Die Abkühlung der mit Feuchte beladenen Luft kann zu einer Kondensation auf dem Kabel 17 führen, die die Ursache für ein Zusammenklumpen der Fasern in der Schneideinrichtung ist.
- Das Kabel 17 läuft um Galetten 21 und 22 zu einer Walze oder Aufspreizstange 23, wo es in Breitenrichtung aufgeweitet wird. Es können Kabel aus mehreren Spinnzellen zusammengefasst und zu einer Spreizstange 23 geführt werden. Das Kabel läuft dann zwischen Verteilern 24, 25 mit Lufteinlässen 26, 27 zu einer zweiten Rolle oder einer zweiten Spreizstange 28 und über eine Galette 29 zu einer Schneideinrichtung 31. Die Verteiler 24 und 25 haben jeweils eine Anordnung von Löchern 32 in Längsrichtung und in Breitenrichtung im Abstand voneinander. Die Spreizstangen 23 und 28 haben Anschläge 34, 35 bzw. 36, 37, um die Breitenaufweitung des Kabels bezüglich der Breite der Anordnung von Löchern in den Verteilern 24 und 25 zu steuern. Das Kabel wird durch die Schneideinrichtung 31 in Stapelfaser 39 geschnitten, die weiter getrocknet werden kann, wie es beispielsweise in der US-A-5582786 beschrieben ist.
- Ein übliches Beispiel eines Kabels aus etwa 4000 bis 5000 ungehärteten wasserabsorbierenden Filamenten der in der US-A-5582786 beschriebenen Art, von denen jedes 10 decitex mit einem Feuchtegehalt von 15 Gew.-% und einer Temperatur von 55 bis 60ºC hat, wird zwischen den zwei Luftverteilern 24, 25 mit Abstand von 2 bis 3 cm geführt, von denen jeder etwa 1 Meter lang ist und eine Anordnung von Löchern über einer Breite von 8 cm hat. Den Verteilern 24, 25 wird Druckluft bei Umgebungstemperatur zugeführt. Die auf das Kabel aus den Löchern 32 ausgeblasene Luft war kühler (geschätzt auf etwa 10ºC). Der Luftdruck wurde zwischen 35 und 80 psi (240 kPa und 550 kPa) variiert, während die Schneideinrichtung effektiv bei jedem Druck ohne Schmieren über einen Einsatz von mehreren Tagen arbeitet, wenn Stapelfaser von 6 mm geschnitten wird, verglichen mit einem Verschmieren innerhalb von Stunden, wenn keine Luft auf das Kabel geblasen wurde. Die Temperatur des Kabels wurde um etwa 10ºC verringert. Der Feuchtegehalt des Kabels wurde um weniger als 1 Gew.-% verringert.
- In einem weiteren Beispiel wurde die Vorrichtung der Fig. 1 und 2 mit zusätzlich vier Luftmessern verwendet, von denen in jedem Luft aus einem 8 cm langen und 0,5 mm breiten Schlitz mit 60 psi (410 kPa) geblasen wurde. Die vier Schlitze waren in Reihen in Laufrichtung des Kabels zwischen den Verteilern 24, 25 und der Rolle 28 angeordnet, obwohl einige oder alle von ihnen genauso gut zwischen der Aufweitstange 23 und den Verteilern 24, 25 positioniert werden könnten. Die aus jedem Luftmesser austretende Luft ist adiabat auf 0 bis 5ºC abgekühlt. Diese modifizierte Vorrichtung wurde erfolgreich zum Schneiden eines Kabels von 4000 ungehärteten 20-decitex wasserabsorbierenden Filamenten der in der US-A-5582786 beschriebenen Art zu Stapelfaser von 6 mm und zu Stapelfaser von 3 mm verwendet.
- Anstatt der Verteiler 24, 25 könnten alternativ die Reihen von vier Luftmessern eingesetzt werden.
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