EP1520065B1

EP1520065B1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzspinnen und zerschneiden eines spinnkabels

Info

Publication number: EP1520065B1
Application number: EP03740395A
Authority: EP
Inventors: Holger SCHÖTTLER; Stephan Rickerts; Carsten VOIGTLÄNDER; Matthias Schemken; Andreas Cohrt
Original assignee: Saurer GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: CN1323198C; CN1662682A; DE10230964A1; EP1520065A1; DE50306916D1; WO2004007817A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels zur Herstellung von Stapelfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Zur Herstellung von Stapelfasern sind grundsätzlich zwei verschiedene Arten von Verfahren und Vorrichtungen bekannt Bei einer ersten Art von Verfahren und Vorrichtungen werden die Stapelfasern in einem Einstufenprozess hergestellt. Hierbei erfolgt das Spinnen, Verstrecken, Kräuseln und Zerschneiden eines Spinnkabels unmittelbar nacheinander. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus der US 3,259,681 bekannt, wovon die Erfindung ausgeht.
Bei einer zweiten Art der Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Stapelfasern werden diese in einem Zweistufenprozess hergestellt. Hierzu wird in einer ersten Stufe ein Spinnkabel gesponnen, verstreckt und in eine Kanne abgelegt. In einem zweiten Prozessschritt werden mehrere Spinnkabel aus vorgelegten Kannen abgezogen und zu einem Gesamttow zusammengeführt, in einer Faserstraße behandelt und anschließend zu Stapelfasern geschnitten. Derartige Zweistufenprozesse sind insbesondere zur Bearbeitung von sehr dicken Gesamttitern mit beispielsweise größer 180.000 dtex (200.000 den.) geeignet und beispielsweise an der US 4,639,347 bekannt. Bei derartigen Verfahren ist es bekannt, dass im zweiten Prozessschritt das vollständig verstreckte Gesamttow vor dem Schneiden einer Dampfatmosphäre ausgesetzt wird, um eine Schrumpfbehandlung durchführen zu können.
Bei dem Einstufenprozess, von dem die Erfindung ausgeht, sind die maximal zu bearbeitenden Gesamttiter dadurch begrenzt, dass sowohl das Abziehen des Spinnkabels aus der Spinneinrichtung als auch das Verstrecken des Spinnkabels im wesentlichen durch eine Behandlungseinrichtung mit mehreren Streckwalzen erfolgen muss. Insbesondere machen sich bei dickeren Gesamttitern der Spinnkabel Ungleichmäßigkeiten in den physikalischen Eigenschaften der Fasern besonders bemerkbar. Zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften werden bei dem bekannten Verfahren gemäß der US 3,259,681 zusätzliche Flüssigkeitsbäder vor und innerhalb der Streckzone angeordnet, wobei die Verstreckung in einem Geschwindigkeitsbereich bis 200 m/min. erfolgte. Insbesondere wird dabei hervorgehoben, dass eine Verbesserung der Ergebnisse ohne zusätzliche Erwärmung des Spinnkabels durch das Fluid innerhalb der Streckzone erreicht werden konnte.
Um Einstufenprozesse wirtschaftlich betreiben zu können, werden heute Geschwindigkeiten bis zu 2.500 m/min. erreicht. Bei derartig hohen Streckgeschwindigkeiten bleiben die bekannten Fluidbehandlungen jedoch ohne signifikanten Einfluss.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem bzw. welcher Stapelfasern in einem Einstufenprozess mit relativ gleichmäßigen physikalischen Eigenschaften herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ausbildung des Streckpunktes sowie die Position des Streckpunktes beim Verstrecken des Spinnkabels einen wesentlichen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften hat. So ist es bekannt, dass beim Verstrecken das Erwärmen des Spinnkabels allein durch Streckwalzen zwangsläufig zu Ungleichmäßigkeiten führen muss, da bei Gesamttitern des Spinnkabels von beispielsweise größer 9.000 dtex (10.000 den.) nicht alle Filamentstränge des Spinnkabels gleichzeitig auf eine Temperatur gebracht werden können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich eine gleichmäßige Erwärmung aller Filamentstränge des Spinnkabels und damit gezielt die Position und die Ausbildung eines Streckpunktes innerhalb der Streckzone beeinflussen. Damit wurde eine hohe Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften sowie der Einzeltiter der Stapelfaser erreicht Beim Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels aus Polyester, welches mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min. aus der Spinneinrichtung abgezogen und über mehrere Streckwalzen bis zu einer Geschwindigkeit von 1.200 m/min. verstreckt wurde, konnte durch die erfindungsgemäße Dampfbehandlung in der Behandlungsstrecke zwischen benachbarten Streckwalzen erreicht werden, dass die Gleichmäßigkeit der Festigkeit um ca. 40 %, die Gleichmäßigkeit der Einzeltiter um ca. 50 % und die Gleichmäßigkeit der Dehnung um ca. 30 % verbessert werden konnte. Der Gesamttiter des Spinnkabels betrug 11.700 dtex (13.000 den.).
Zur Behandlung und Erwärmung wurde das Spinnkabel mit einem Dampfstrahl einer Düse beaufschlagt. Der Dampf wird dabei unter einem Überdruck aus der Düse in die Dampfkammer geführt, wobei festgestellt wurde, dass durch Veränderung des Überdruckes die Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften der Fasern beeinflusst werden konnte. Um einen positiven Effekt zu behalten, sollte der Überdruck des Dampfes auf einen Wert im Bereich von 2 bis 12 bar eingestellt sein.
Um eine intensive und eine den Streckpunkt innerhalb des Spinnkabels beeinflussende Wirkung zu erhalten, sollten der Dampf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 200 °C aufweisen.
Eine weitere Möglichkeit die Vergleichmäßigung -der physikalischen Eigenschaften der Fasern zu verbessern ist dadurch gegeben, dass die innerhalb der Behandlungsstrecke wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen auf einem bestimmten Verhältnis eingestellt ist. Das Verstreckverhältnis kann hierbei in einen Bereich zwischen null und sechs eingestellt sein. Insbesondere bei Verstreckverhältnissen von größer vier wurde eine starke Beeinflussung der Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften festgestellt.
Es konnte jedoch auch ein positiver Einfluss durch die Dampfbehandlung innerhalb der Behandlungsstrecke erreicht werden, bei welchem die in der Behandlungsstrecke wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen zu einem Vorlauf des Spinnkabels in die Behandlungsstrecke führte. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere zum Abbau von Spannungen unmittelbar nach dem Verstrecken des Spinnkabels besonders geeignet.
Es lassen sich somit auch vorteilhaft mehrere Dampfbehandlungen miteinander kombinieren, wobei eine erste Dampfbehandlung in einer Behandlungsstrecke mit einem hohen Streckverhältnis und eine zweite Dampfbehandlung in einer Behandlungsstrecke mit niedrigem Streckverhältnis oder einem Vorlauf des Spinnkabels erfolgt. Als Dampf wird vorzugsweise ein Sattdampf oder ein leicht überhitzter trockener Dampf verwendet.
Zur Durchführung des Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Dampfkammer auf, die zwischen benachbarten Streckwalzen in der Behandlungsstrecke angeordnet ist. Der Dampfkammer ist eine Düse zugeordnet, durch welche ein Dampf unter einem Überdruck in die Dampfkammer geführt wird.
Um eine intensive Behandlung und Wirkung an dem Spinnkabel zu erhalten, ist die Düse vorteilhaft mit einer Düsenöffnung innerhalb der Dampfkammer unmittelbar auf das Spinnkabel gerichtet. Hierbei lässt sich der durch die Düse erzeugte Dampfstrom sowohl in Laufrichtung des Spinnkabels als auch entgegen Laufrichtung des Spinnkabels in die Dampfkammer einbringen. Um eine mögliche Verwirbelung der Filamentstränge innerhalb des Spinnkabels zu erhalten, ist die Düse bevorzugt senkrecht zum Spinnkabel ausgerichtet, so dass der Dampfstrahl im wesentlichen senkrecht innerhalb der Dampfkammer auf das Spinnkabel gerichtet ist.
Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Behandlungseinrichtung zum Verstrecken des Spinnkabels mehrere Streckwalzenduos bestehend aus jeweils zwei gleich angetriebenen Streckwalzen aufweist, besitzt den Vorteil, dass hohe Kräfte zum Verstrecken des Spinnkabels aufgebaut werden können. Ebenso kann eine zum Abziehen der Spinnkabel aus der Spinneinrichtung vorteilhafte Einstellung gewählt werden.
Zum Abziehen der Spinnkabel aus der Spinneinrichtung können jedoch auch Abzugswalzen mit zugeordneten Beilaufrollen eingesetzt werden. Ebenso lassen sich zwei Abzugsduos mit gleicher Geschwindigkeit zum Abziehen einsetzen.
Die Behandlungseinrichtung zum Verstrecken des Spinnkabels weist vorzugsweise mehrere hintereinander angeordnete Streckwalzenduos auf, zwischen denen vorzugsweise jeweils unterschiedlich eingestellte Differenzgeschwindigkeiten wirken. Dabei lässt sich das Heizmittel vorteilhaft in wenigstens einer der Behandlungsstrecken anordnen.
Es ist jedoch auch möglich, mehrere Heizmittel vorzusehen, die in unterschiedlichen Behandlungsstrecken zwischen jeweils zwei Streckwalzenduos angeordnet sind.
Zur Verbesserung der Streckergebnisse sind zumindest einige der Streckwalzen der Streckwalzenduos beheizbar ausgebildet.
Das -erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind grundsätzlich zur Herstellung von Stapelfasern aus allen Polymeren vorzugsweise aus Polyester, Polyamid oder Polypropylen geeignet In Abhängigkeit von dem jeweiligen Polymertyp wird der Dampf, der Überdruck des Dampfes sowie die Düseneinstellung zur Dampfbehandlung gewählt. Ebenso sind die Geschwindigkeiten der Streckwalzen sowie die Anzahl der beheizten und nicht beheizten Streckwalzen innerhalb der Behandlungseinrichtung zum Verstrecken des Spinnkabels frei wählbar. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten somit eine hohe Flexibilität in der Herstellung von Stapelfasern, die sich besonders durch ihre hohe Gleichmäßigkeit in den Eigenschaften wie Titer, Dehnung und Festigkeit auszeichnen. Daraus resultiert auch eine hohe Vergleichmäßigung der Anfärbbarkeit. Durch gezielten Einsatz der Dampfbehandlung können ebenfalls Spannungen nach dem Verstrecken des Spinnkabels abgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es stellen dar:

Fig. 1: schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 2: schematisch das Heizmittel zur Dampfbehandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1
Fig. 3 und Fig. 4: weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur einstufigen Herstellung von Stapelfasern schematisch dargestellt. Die Vorrichtung weist eine-Spinneinrichtung 1 mehrere hintereinander angeordnete Behandlungseinrichtung, die unter den Bezugszeichen 2, 3, 4, 5 und 6 nachfolgend noch näher erläutert werden, und eine Schneideinrichtung 7 auf.
Die Spinneinrichtung 1 enthält mehrere Spinnstellen. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Spinnstellen mit den Bezugszeichen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 dargestellt. In jeder der Spinnstelle 1.1 bis 1.4 wird jeweils ein Filamentbündel 12 aus einer Polymerschmelze gesponnen. Die Spinnstellen 1.1 bis 1.4 sind hierzu identisch aufgebaut, so dass der Aufbau der Spinnstellen 1.1 bis 1.4 an dem Beispiel der Spinnstelle 1.1 erfolgt.
In jeder der Spinnstellen 1.1 bis 1.4 wird über eine Schmelzezuführung 8 eine Polymerschmelze unter Druck einer Spinndüse 9 zugeführt und durch eine Vielzahl von ringförmig oder rechteckförmig angeordneten Düsenbohrungen der Spinndüse 9 extrudiert. Die Schmelzezuführung 8 ist hierzu vorzugsweise unmittelbar an einer Spinnpumpe (hier nicht dargestellt) angeschlossen. Die Spinnpumpen der Spinnstellen 1.1 bis 1.4 könnten beispielsweise durch einen Extruder mit der Schmelze versorgt werden. Unterhalb der Spinndüse 9 ist ein Kühlschacht 25 und ein sich anschließender Fallschacht 13 angeordnet In dem Kühlschacht 25 ist eine Blaskerze 10 innerhalb des Filamentbündels 12 angeordnet, die an einer Kübllunzuführung 11 angeschlossen ist. Durch die Blaskerze 10 wird eine Kühlluft radial nach außen durch das Filamentbündel 12 geblasen.
Am Ende des Fallschachtes 13 ist eine Vorpräparationseinrichtung 14 angeordnet, durch welches die Filamentstränge des Filamentbündels 12 präpariert und zusammengeführt werden.
Die jeweils in den Spinnstellen 1.1 bis 1.4 erzeugten Filamentbündel 12 werden zu einem Spinnkabel 15 zusammengeführt und mittels eines Streckwerkes 2 aus der Spinneinrichtung 1 abgezogen.
Zwischen dem Streckwerk 2 und der Spinneinrichtung 1 ist eine Präparationseinrichtung 3 mit mehreren Präparationswalzen 16 angeordnet, durch welches das Spinnkabel 15 geführt wird.
Das Streckwerk 2 besteht aus mehreren hintereinander angeordneten Streckwalzenduos 17.1, 17.2,17.3 und 17.4. Jedes der Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4 weisen jeweils zwei Streckwalzen 19 auf, die von dem Spinnkabel 15 mehrfach umschlungen sind. Die Streckwalzen 19 eines der Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4 werden mit im wesentlichen gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Zur Behandlung des Spinnkabels 15 werden die Streckwalzen der Streckwalzenduos 17.1, 17.2, 17.3 und 17.4 mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben, so dass jeweils eine Differenzgeschwindigkeit in den zwischen den Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4 gebildeten Behandlungsstrecken wirkt. Üblicherweise wird hierbei in einer ersten Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und dem Streckwalzenduo 17.2 eine hohe Differenzgeschwindigkeit zum Verstrecken des Spinnkabels eingestellt. In den nachfolgenden Behandlungsstrecken zwischen den Streckwalzenduos 17.2 bis 17.4 werden niedrigere oder keine Differenzgeschwindigkeiten eingestellt.
Zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 ist in der dazwischen liegenden Behandlungsstrecke ein Behandlungsmittel 18 angeordnet. Das Behandlungsmittel 18 weist zur Behandlung und Erwärmung des Spinnkabels 15 einen Dampf auf. Der Aufbau und die Funktion des Behandlungsmittel 18 wird nachfolgend noch genauer erläutert.
Dem Streckwerk 2 ist eine Kräuseleinrichtung 4 nachgeordnet. Die Kräuseleinrichtung 4 ist üblicherweise als Stauchkammerkräuseleinrichtung ausgeführt, bei welcher das Spinnkabel durch ein Fördermittel in eine Stauchkammer gedrückt wird. Als Fördermittel könnten Walzen z.B. bei einer 2D-Kräuselung oder Förderdüsen bei einer3D-Kräuselung-eingesetzt werden. Der Kräuseleinrichtung 4 ist die Trockeneinrichtung 5, die Zugstelleinrichtung 6 und am Ende die Schneideinrichtung 7 nachgeordnet. Der Einsatz einer Trockeneinrichtung ist vom Polymertyp abhängig.
Zur Herstellung von Stapelfasern wird bei dem Vorrichtungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine Polymerschmelze beispielsweise ein Polyester oder ein Polyamid oder ein Polypropylen in der Spinneinrichtung 1 durch einen Extruder aufgeschmolzen und über Spinnpumpen den jeweiligen Spinndüsen 9 der einzelnen Spinnstellen 1.1 bis 1.4 unter Druck zugeführt. Die Spinndüsen 9 besitzen auf Ihren Unterseiten eine Vielzahl von Düsenbohrungen, die ringförmig oder rechteckförmig angeordnet sind und jeweils eine Vielzahl von strangförmigen Filamenten extrudieren. Die aus den Spinndüsen 9 austretenden Filamentstränge werden nach einer Abkühlung in dem Kühlschacht 25 durch eine mittels der Blaskerze 10 erzeugten Kühlluft abgekühlt und zu jeweils einem Filamentbündel 12 zusammengeführt. Am Ende des Fallschachtes 13 wird das Filamentbündel 12 durch die Vorpräpariereinrichtung 14 mit einem Präparationsmittel benetzt und mit den benachbarten Filamentbündeln zu einem Spinnkabel 15 zusammengeführt. Hierzu wird das Spinnkabel 15 über ein Streckwerk 2 aus der Spinneinrichtung 1 abgezogen. Bevor das Spinnkabel 15 das erste Streckwalzenduo 17.1 des Streckwerkes 2 erreicht, wird das Spinnkabel 15 in der Präparationseinrichtung 3 durch Präparationswalzen 16 nochmals konditioniert. Es können jedoch auch Präparationsstifte zum Konditionieren verwendet werden. Anschließend erfolgt ein Verstrecken des Spinnkabels 15 in dem Streckwerk 2, wobei zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 eine Differenzgeschwindigkeit eingestellt ist, die zum Verstrecken des Spinnkabels in der zwischen den Streckwalzenduos 17.1 und 17.2 gebildeten Behandlungsstrecke führt. Dabei wird das Spinnkabel 15 in der Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 zusätzlich mit einem Dampf behandelt und erwärmt.
Zur Behandlung des Spinnkabels 15 ist das in der Behandlungsstrecke angeordnete Behandlungsmittel 18 gemäß der in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführung gebildet. Das Behandlungsmittel 18 besitzt eine Dampfkammer 20, die eine Einlassöffnung 24 und eine Auslassöffnung 23 aufweist. Die Einlassöffnung 24 und die Auslassöffnung 23 liegen sich in der Dampfkammer 20 gegenüber, so dass das Spinnkabel 15 im wesentlichen in einem geraden Lauf durch die Dampfkammer 20 führbar ist. Zwischen der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 23 mündet eine oder mehrere Düsen 22 in die Dampfkammer 20. Die Düse 22 ist mit einer hier nicht dargestellten Dampfquelle verbunden. Durch die Düse 22 wird ein unter Überdruck stehender Dampf 21 in die Dampfkammer 20 ausgestoßen. Die Düse 22 besitzt eine Düsenöffnung 26, die vorzugsweise unmittelbar auf das Spinnkabel 15 gerichtet ist, so dass die Dampfströmung direkt das Spinnkabel 15 trifft. Der Dampf 21 besitzt eine Temperatur von mind. 80 °C und maximal 200 °C.
Durch die hohe Energie des Dampfstrahls innerhalb der Dampfkammer wird trotz der unter Spannung stehenden Filamentstränge des Spinnkabels 15 eine gleichmäßige und intensiver Behandlung und Erwärmung aller Filamentstränge innerhalb des Spinnkabels 15 erreicht. Somit lässt sich durch die intensive Dampfbehandlung des Spinnkabels '15 in der Behandlungsstrecke beim Verstrecken des Spinnkabels vorteilhaft die Ausbildung eines Streckpunktes beeinflussen. Das Spinnkabel 15 kann hierbei sowohl kalt als auch vorgewärmt von den Streckgaletten 19 des ersten Streckwalzenduos 17.1 abgezogen werden.
Zur weiteren Behandlung des Spinnkabels 15 wird über die in Fig. 1 dargestellten Streckwalzenduos 17.2, 17.3 und 17.4 eine weitere Behandlung durchgeführt. Hierbei ist vorzugsweise zwischen den Streckwalzenduos 17.2 und 17.3 ebenfalls eine zu einem weiteren Nachverstrecken des Spinnkabels 15 eingestellte Differenzgeschwindigkeit wirksam. Die Streckwalzenduos 17.3 und 17.4 werden vorzugsweise mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, um ein Relaxieren des Spinnkabels 15 zu ermöglichen.
Das verstreckte Spinnkabel wird zur -weiteren Behandlung in der Kräuseleinrichtung 4 gekräuselt Die Kräuseleinrichtung 4 ist hierzu vorzugsweise als eine Stauchkammerkräuselung ausgebildet, bei welcher das Spinnkabel mittels eines Fördermittels in eine Stauchkammer gedrückt wird. Das gekräuselte Spinnkabel wird anschließend einer Trockeneinrichtung 5 zugeführt und durch eine Zugstelleinrichtung 6 mit definierter Spannung der Schneideinrichtung 7 aufgegeben. In der Schneideinrichtung 7 erfolgt das Zerschneiden des Spinnkabels 15 in Stapelfasern.
Zur Herstellung einer Stapelfaser aus Polyester wurde bei einem Produktbeispiel zunächst mit der Spinneinrichtung 1 ein Spinnkabel mit einem Gesamttiter von ca. 13.000 den. gesponnen. Das Spinnkabel wurde dabei mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min. aus der Spinneinrichtung 1 abgezogen. Zum Verstrecken des Spinnkabels 15 war zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 die Differenzgeschwindigkeit zu einem Verstreckverhältnis von 4,7 eingestellt. Die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Streckwalzenduo 17.2 und 17.3 führte zu einem Verstreckverhältnis von 1,1. Zwischen den Streckwalzenduos 17.3 und 17.4 war keine Differenzgeschwindigkeit eingestellt. Das Spinnkabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1.200 m/min. aus dem Streckwerk 2 abgeführt. Zur Wärmebehandlung des Spinnkabels 15 waren die Streckwalzen 19 des ersten Streckwalzenduos 17.1 auf 80 °C, das Streckwalzenduo 17.2 auf 125 °C, das Streckwalzenduo 17.3 auf 170 °C und das Streckwalzenduo 17.4 auf 120 °C erhitzt.
Das Spinnkabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1.220 m/min. in der Kräuseleinrichtung 4 gekräuselt und anschließend getrocknet und zu Stapelfaser geschnitten. Bei einer ersten Versuchsreihe wurde in der Behandlungsstrecke zwischen dem ersten Streckwalzenduo 17.1 und dem zweiten Streckwalzenduo 17.2 keine weitere zusätzliche Behandlung durchgeführt. In einer zweiten Versuchsreihe wurde dann das Behandlungsmittel 18 in der Behandlungsstrecke eingesetzt. Hierzu wurde ein Sattdampf mit einem Überdruck von 6 bar durch die Düse 22 in die Dampfkammer 20 geleitet Die Temperatur des Dampfes betrug ca. 160°C.
Nach Messung der physikalischen Eigenschaften wie Festigkeit und Dehnung konnte eine erhebliche Vergleichmäßigung der Werte festgestellt werden. Die Streuung der Messwerte ließ sich durch das erfindungs gemäße Verfahren um über 20 % bis zu 50 % verbessern. Insbesondere konnte auch eine 50 %ige Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Filamenttiters erreicht werden.
Der Aufbau des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Anzahl und der Wahl der Behandlungseinrichtungen beispielhaft. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zusätzliche Behandlungen und Behandlungsstufen einzuführen. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine intensive Dampfbehandlung des Spinnkabels innerhalb der Streck- und Relaxierzone. Wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere eine nur leicht vororientierte Molekularstruktur der Filamentstränge.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Hierbei zeigt Fig. 3 nur das Streckwerk 2 mit den insgesamt vier Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4. Die hier nicht dargestellten Behandlungseinrichtungen sowie die Spinneinrichtung 1 und die Schneideinrichtung 7 entsprechen den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nach Fig. 1. Insoweit wird auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen und an dieser Stelle nur die Unterschiede genannt.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer Variante für das erfindungsgemäße Verfahren ist das Behandlungsmittel 18 in einer Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 1.7.3 und dem Streckwalzenduo 17.4 angeordnet. Diese Behandlungsstrecke wird im wesentlichen nicht zur Verstreckung sondern zur Wännenachbehandlung des Spinnkabels 15 genutzt. Überraschenderweise konnte jedoch auch hierbei noch eine verbesserte Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften des Spinnkabels sowie eine verbesserte Vergleichmäßigung des Filamenttiters erreicht werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei Einstellung einer Differenzgeschwindigkeit von 0 zwischen dem Streckwalzenduo 17.3 und 17.4 eine höhere Vergleichmäßigung erreicht werden konnte als gegenüber einer Differenzgeschwindigkeit, die zu einem Vorlauf des Spinnkabels in der Behandlungsstrecke führte. Die Intensität und die Gleichmäßigkeit der Dampfbehandlung des Spinnkabels wird somit maßgeblich von dem Spannungszustand der Filamente beeinflusst.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist somit besonders geeignet, um eine optimierte Stapelfaser in einem Einstufenprozess herzustellen. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ebenfalls nur im Ausschnitt durch das Streckwerk 2 dargestellt. Alle übrigen Einrichtungen entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle Bezug zu der vorhergehenden Beschreibung genommen wird.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erstes Behandlungsmittel 18.1 in der ersten Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und dem Streckwalzenduo 17.2 angeordnet. Am Ausgang des Streckwerkes 2 ist in der letzten Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.3 und dem Streckwalzenduo 17.4 ein zweites Behandlungsmittel 18.2 vorgesehen. Die Behandlungsmittel 18.1 und 18.2 haben den in Fig. 2 dargestellte Aufbau. Hierbei ist die Düse bei dem Behandlungsmittel 18.1 derart ausgerichtet, dass der Dampfstrahl in Laufrichtung des Spinnkabels 15 strömt. Demgegenüber besitzt das Behandlungsmittel 18.2 eine Ausbildung, bei welcher die Düse in der Dampfkammer einen gegen die Laufrichtung des Spinnkabels 15 strömenden Dampfstrahl erzeugt. Es ist jedoch auch möglich, die Behandlungsmittel 18.1 und 18.2 in ihrem Aufbau identisch auszuführen.
In den dargestellten Ausfiihrungsbeispielen nach Fig. 1, 3 und 4 ist die Ausbildung des Behandlungsmittels sowie die Einstellung der Dampfbehandlung im wesentlichen von den zu bearbeitenden Polymer abhängig. So lassen sich Stapelfaser vorzugsweise aus Polyester, Polyamid oder Polypopylen herstellen.

Bezugszeichenliste

1: Spinneinrichtung
1.1, 1.2, 1.3, 1.4: Spinnstelle
2: Streckwerk
3: Präparationseinrichtung
4: Kräuseleinrichtung
5: Trockeneinrichtung
6: Zugstelleinrichtung
7: Schneideinrichtung
8: Schmelzezuführung
9: Spinndüse
10: Blaskerze
11: Kühlluftzuführung
12: Filamentbündel
13: Fallschacht
14: Vorpräpariereinrichtung
15: Spinnkabel
16: Präparationswalzen
17.1, 17.2, 17.3, 17.4: Streckwalzenduo
18: Behandlungsmittel
19: Streckwalzen
20: Dampfkammer
21: Dampf
22: Düse
23: Auslassöffnung
24: Einlassöffnung
25: Kühlschacht
26: Düsenöffnung

Claims

Verfahren zum Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels zur Herstellung von Stapelfasern, bei welchem eine Vielzahl von Filamentstränge aus einer Polymerschmelze gesponnen werden und zu dem Spinnkabel zusammengeführt werden, und bei welchem das Spinnkabel nach dem Spinnen und vor dem Zerschneiden in mehreren Behandlungseinrichtungen kontinuierlich behandelt wird, wobei das Spinnkabel in zumindest einer der Behandlungseinrichtung zum Verstrecken über mehrere Streckwalzen geführt wird, und wobei das Spinnkabel in einer zwischen Streckwalzen gebildeten Behandlungsstrecke mit einem Fluid behandelt wird dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel zur Behandlung und einer Erwärmung in der Behandlungsstrecke in eine Dampfkammer geführt wird und dass das Fluid als ein Dampf unter einem Überdruck mittels einer Düse in die Dampfkammer geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Düse erzeugte Dampfstrahl innerhalb der Dampfkammer direkt auf das Spinnkabel gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck des Dampfes auf einen Wert im Bereich von 2 bis 12 bar eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf ein Sattdampf oder ein überhitzter trockener Dampf ist und eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 200°C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel durch die innerhalb der Behandlungsstrecke an dem Spinnkabel wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen mit einem Verstreckverhältnis im Bereich von 0 bis 6 verstreckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel durch die innerhalb der Behandlungsstrecke an dem Spinnkabel wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen mit einem Vorlauf in die Behandlungsstrecke geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel zusätzlich durch zumindest eine beheizte Streckwalze vor der Dampfbehandlung oder nach der Dampfbehandlung oder zusätzlich durch eine zweite nachgeordnete Dampfbehandlung erwärmt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Spinneinrichtung (1) zum Schmelzspinnen des Spinnkabels (15), mit mehreren Behandlungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) zum Behandeln des Spinnkabels (15) und mit einer Schneideinrichtung (7) zum Zerschneiden des Spinnkabels (15), wobei eine der Behandlungseinrichtung (2) mehrere Streckwalzen (19) zum Verstrecken des Spinnkabels (15) und in einer Behandlungsstrecke ein Behandlungsmittel (18) mit einem Fluid (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmittel (18) zwischen benachbarten Streckwalzen (19) in der Behandlungsstrecke angeordnet ist und dass das Behandlungsmittel (18) durch eine Dampfkammer (20) und eine in die Dampfkammer (20) mündende Düse (22) gebildet ist, welche Düse (22) das Fluid als ein Dampf (21) unter einen Überdruck in die Dampfkammer (20) führt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfkammer (20) eine Einlassöffnung (24) und eine Auslassöffnung (23) aufweist, durch welche das Spinnkabel (15) führbar ist, und dass die Düse (22) mit einer Düsenöffnung (26) innerhalb der Dampfkammer (20) auf das Spinnkabel (15) gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf (21) durch einen Sattdampf oder einen überhitzten trockenen Dampf gebildet ist, welcher eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 200°C aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung (2) zum Verstrecken des Spinnkabels (15) mehrere Streckwalzenduos (17.1 - 17.4) bestehend aus jeweils zwei gleich angetriebene Streckwalzen (19) aufweist, wobei ein erstes Walzenduo (17.1) der Spinneinrichtung (1) nachgeordnet ist, um das Spinnkabel (15) aus der Spinneinrichtung (1) abzuziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Streckwalzenduos (17.1, 17.2) die Behandlungsstrecke gebildet ist, in welcher eine zwischen den Streckwalzenduos (17.1, 17.3, 17.4) eingestellte Differenzgeschwindigkeit wirkt, dass dem ersten Streckwalzenduo mehrere weitere Streckwalzenduos derart nachgeordnet sind, dass sich mehrere Behandlungsstrecken ausbilden, und dass in zumindest eine der Behandlungsstrecken das Behandlungsmittel (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Behandlungsmittel (18.1, 18.2) vorgesehen sind, welche jeweils in einer der Behandlungsstrecken angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckwalzen (19) von zumindest einem der Streckwalzenduos (17.1-17.4) beheizbar ausgebildet sind.