EP1543184B1

EP1543184B1 - Verfahren zur herstellung hochfester polypropylenfasern

Info

Publication number: EP1543184B1
Application number: EP03757872A
Authority: EP
Inventors: Hendrik Tiemeier; Horst Kropat
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: WO2004031459A1; CN1328423C; CN1685092A; RU2318085C2; AU2003273907A1; DE50312095D1; BR0314746A; EP1543184A1; KR20050061480A; RU2005112708A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochfester Polypropylenfasern mit einer hohen Festigkeit und geringen Dehnung durch kontinuierliches Schmelzspinnen, Abziehen, Verstrecken und Zerschneiden von Fasersträngen zu den Polypropylenfasern.
Ein derartiges einstufiges Verfahren zur Herstellung hochfester Polypropylenfasern ist aus der DE 35 39 185 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren werden die Faserstränge nach dem Spinnen zum Zwecke der Abkühlung unmittelbar in ein Wasserbad geführt und anschließend in einer Streckzone mit hohem Streckverhältnis von bis zu 10:1 verstreckt. Durch das relativ schnelle Abkühlen der Faserstränge in dem Wasserbad kommt es zu einer relativ hohen Vororientierung im Randbereich der Einzelfasern, mit der Folge einer schlechten Verstreckbarkeit. Das bekannte Verfahren ist zudem nur geeignet um relativ grobe Fasern mit einem Einzeltiter im Bereich von größer 3 dtex. herzustellen. Allein die durch das Wasserbad verursachte höhere Reibwirkung an den Einzelfilamenten läßt das Spinnen von Fasern mit feineren Titern nicht zu.
Jedoch gerade bei der Verwendung derartiger Fasern zur Verstärkung von Beton besteht der Wunsch nach sehr hochfesten und feinen Fasern. Aus der DE 198 60 335 A1 ist eine Polypropylenfaser bekannt, bei welcher der Nachteil eines raschen Abschreckens in einer Flüssigkeit durch eine Luftkühlung ersetzt wurde. Damit ließen sich zwar Faserstränge mit geringeren Einzeltitern herstellen, jedoch mit dem Nachteil, daß die Fasern eine hohe Dehnung von mehr als 60 % aufzeigten. Es hat sich jedoch bei der Verstärkung von Betongrundkörpern herausgestellt, daß die Dehnungswerte der Verstärkungsfasern denen des zu verstärkenden Grundwerkstoffes annähernd entsprechen sollten, damit die Belastungen frühestmöglich von den Fasern aufgenommen werden können und der Grundkörper verschont bleibt. Somit sind Fasern mit relativ hohen Dehnungswerten nur sehr beschränkt geeignet.
Aus der EP 0 535 373 A1 ist eine Polypropylenfaser bekannt, die zwar eine nötige Feinheit bei hoher Festigkeit aufzeigt, sich jedoch nur in einem aufwendigen zweistufigen Prozeß herstellen läßt. Dabei wird die Faser nach dem Spinnen und Verstrecken zwischengelagert, wobei eine zusätzliche Behandlung durch Imprägnierung erfolgt. Anschließend werden die Faserstränge in einer zweiten Stufe wieder aufgenommen, getrocknet und geschnitten.
Aus der WO 2004/007817 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Stapelfasern bekannt, die mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten arbeitet. Bei dieser Vorrichtung werden mehrere Galettenduos als Streckwerke eingesetzt, um die die Fasern jeweils mehrmals geschlungen sind. Die Vorrichtung ist für bestimmte Parameterbereiche ausgebildet und eignet sich insbesondere nicht zur Herstellung von Fasern mit sehr großen Fasertitern.
Aus der US 5,846,654 ist eine Verstreckvorrichtung mit zwei Streckstufen bekannt, die allerdings nicht mit einer Spinneinrichtung kombiniert ist.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung hochfester Polypropylenfasern der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches besonders feine Fasern mit einem Einzeltiter von unterhalb 2 dtex. herstellbar sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 12 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und den Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche gegeben.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß einerseits die niedrige Schmelzetemperatur beim Spinnen in Verbindung mit einer langsamen Abzugsgeschwindigkeit eine teilweise Molekülorientierung der unverstreckten Fasern begünstigt und sich daher eine höhere Festigkeit der Faser einstellt. Aufgrund der langsamen Abzugsgeschwindigkeiten treten deutlich geringere innere Spannungen zwischen den Polymerketten in den Filamenten während des
Abkühlvorganges nach dem Spinnen auf. Durch die anschließende Verstreckung in drei aufeinanderfolgenden Streckstufen unter Berücksichtigung, daß bereits in der ersten Streckstufe 70 % der Gesamtverstreckung in der Faser eingebracht wird, läßt sich eine stetige langsame Polymerkristalisation in den Fasern erzeugen, so daß neben der hohen Festigkeit eine niedrige Restdehnung sowie eine entsprechende Feinheit in den Fasern einstellt.
Um die günstigen Eigenschaften der Faser zu verstärken, wird die Teilstreckung der Faserstränge in der zweiten Streckstufe höher ausgeführt als in der nachfolgenden dritten Streckstufe. Somit erfolgt die Gesamtverstreckung in den Streckstufen mit jeweils abnehmendem Streckverhältnis.
Um nach dem Spinnen eine möglichst ausgeprägte Teilverstreckung in der ersten Streckzone zu erhalten, werden die Faserstränge nach dem Schmelzspinnen durch ein erstes Streckwerk mit mehreren Streckwalzen abgezogen, deren Manteloberflächen gekühlt werden. Anschließend werden die Faserstränge innerhalb der ersten Steckstufe durch einen Heißstreckkanal geführt und auf eine Temperatur von oberhalb 100°C zum Verstrecken erwärmt.
Um einen möglichst kontinuierlichen Übergang in den Streckstufen zu erhalten, werden die Faserstränge nach der ersten Streckstufe bis zum Einlauf in die dritte Streckstufe durch Führung über mehrere beheizte Streckwalzen kontinuierlich auf eine Temperatur von >100°C temperiert. Hierzu sind vorzugsweise die Streckwalzen der die zweite Streckstufe bildenden Streckwerke beheizt ausgeführt.
Zusätzlich läßt sich innerhalb der zweiten Streckstufe eine weitere Wärmebehandlung der Faserstränge durch einen weiteren Heißstreckkanal durchführen. Innerhalb der Heißstreckkanäle können die Faserstränge dabei sowohl durch eine Heißluft oder durch einen Heißdampf erwärmt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, daß die Faserstränge in der ersten Streckzone mit einer Heißluft und in der zweiten Streckzone mit einem Heißdampf temperiert werden.
Nach dem Verstrecken werden die Faserstränge vorzugsweise durch Führung über mehrere gekühlte Streckwalzen an einem vierten Streckwerk am Ende der dritten Streckstufe gekühlt.
Eine weitere Verfahrensvariante ist dadurch gegeben, daß die Faserstränge nach dem Verstrecken und vor dem Zerschneiden gekräuselt werden.
Um möglichst hohe Tageskapazitäten von über 10 t zu erreichen, werden vorzugsweise die Faserstränge durch eine ringförmige oder rechteckige Spinndüse mit einer Vielzahl von ca. 60.000 -120.000 Düsenbohrungen extrudiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 12 zeichnet sich durch die Ausbildung und Aufteilung der Streckstufen aus, so daß Polypropylenfasern mit hoher Festigkeit von mehr als 6 cN/dtex. bei geringer Dehnung von unterhalb 40 %, vorzugsweise unterhalb 20 % mit entsprechender Feinheit in den Einzeltitern herstellbar sind. Die Streckwalzen der mittleren Streckwerke werden dabei vorzugsweise beheizbar ausgebildet, um eine gleichmäßige und kontinuierliche Temperierung der Faserstränge während des Verstreckens zu erhalten. Die Streckwerke am Einlaß und am Auslaß der Gesamtstreckzone sind vorzugsweise mit gekühlten Streckwalzen ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es stellen dar:

Fig. 1: schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 2: schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur einstufigen Herstellung von Polypropylenfasern schematisch dargestellt. Derartige Vorrichtungen sind in der Fachwelt allgemein als Kompaktspinnanlagen zur Herstellung von Stapelfasern vorzugsweise aus Polypropylen bekannt. Die Kompaktanlagen werden mit Spinngeschwindigkeiten im Bereich von max. 250 m/min. betrieben. Damit können sehr hohe Produktionskapazitäten von bis zu 50 t pro Tag erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung entspricht derartigen Kompaktanlagen und weist hierzu eine Spinneinrichtung 1 mit mehreren nebeneinander angeordneten Spinnstellen 2.1, 2.2 und 2.3 auf. Die Anzahl der Spinnstellen des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist beispielhaft. Jede der Spinnstellen 2.1 bis 2.3 ist identisch aufgebaut, so daß diese anhand der Spinnstelle 2.1 näher erläutert wird.
Zum extrudieren einer Vielzahl von Fasersträngen ist eine vorzugsweise ringförmige Spinndüse 3 vorgesehen, die an ihrer Unterseite eine Vielzahl von Düsenbohrungen aufweist. So lassen sich beispielsweise bis zu 120.000 Düsenbohrungen in einer ringförmigen oder rechteckigen Anordnung in der Spinndüse 3 anordnen. Die Spinndüse 3 ist mit einer Schmelzequelle (hier nicht dargestellt) verbunden, die der Spinndüse 3 einen Schmelzestrom unter Druck zuführt. Als Schmelzequellen sind grundsätzlich Extruder, Pumpen oder Kombinationen von beiden geeignet, um einen Schmelzestrom der Spinndüse 3 zuzuführen. Die Spinndüsen 3 der Spinnstellen 2.1, 2.2 und 2.3 sind in einem beheizten Spinnbalken 15 angeordnet. Unterhalb des Spinnbalkens 15 ist in der Spinnstelle 2.1 im wesentlichen zentrisch zu der Spinndüse 3 eine Kühlvorrichtung 4 angeordnet. Die Kühlvorrichtung 4 ist als eine Anblasung ausgebildet, bei welcher ein Kühlluftstrom aus einer ringförmigen Blasdüse erzeugt wird, so daß die Kühlluft den durch die Faserstränge gebildeten ringförmigen Schleier von innen nach außen durchdringt und zur Abkühlung der Faserstränge führt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kühlluft der Kühlvorrichtung 4 von oben durch den Spinnbalken 15 zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, die Kühlluftzufuhr seitlich neben den austretenden Fasersträngen zu plazieren.
Zur Führung und Behandlung der Faserstränge, die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch das Bezugszeichen 5 gekennzeichnet sind, sind der Spinneinrichtung 1 mehrere Behandlungseinrichtungen nachgeordnet. Zunächst ist der Spinneinrichtung 1 unmittelbar eine Abzugseinrichtung 6 zugeordnet. Die Abzugseinrichtung 6 enthält pro Spinnstelle Vorrichtungen zum Präparieren und Führen der Faserstränge 5. So läßt sich beispielsweise bei der Präparierung ein Präparationsmittel durch Walzen auf die Faserstränge aufbringen. Die Abzugseinrichtung 6 ist unterhalb der Spinneinrichtung 1 angeordnet. Durch die Abzugseinrichtung 6 werden die Faserstränge 5 der Spinnstellen 2.1, 2.2 und 2.3 aus einer vertikalen Führung heraus umgelenkt und zusammengeführt. Die Vielzahl der Faserstränge 5, die auch als Tow oder Spinnkabel bezeichnet werden, werden dabei durch ein erstes Streckwerk 7.1 abgezogen. Das Streckwerk 7.1 ist unmittelbar neben der Abzugseinrichtung 6 angeordnet.
Dem Streckwerk 7.1 folgen insgesamt drei weitere Streckwerke 7.2, 7.3 und 7.4. Zwischen den Streckwerke 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 ist jeweils eine Streckstufe ausgebildet. So ist eine erste Streckstufe 9.1 zwischen dem ersten Streckwerk 7.1 und dem zweiten Streckwerk 7.2 gebildet. Eine zweite Streckstufe 9.2 ist zwischen den Streckwerken 7.2 und 7.3 und die dritte Streckstufe 9.3 zwischen den Streckwerken 7.3 und 7.4 gebildet. Jede der Streckwerke 7.1 bis 7.4 weist jeweils mehrere Streckwalzen 8 auf, die die Faserstränge 5 mit einfacher Umschlingung führen. Die Streckwalzen 8 der Streckwerke 7.1 bis 7.4 sind angetrieben, wobei die Streckwalzen 8 der Streckwerke 7.1 bis 7.4 in Abhängigkeit von dem gewünschten Verstreckverhältnis mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Zur gleichzeitigen thermischen Behandlung der Faserstränge können die Streckwalzen 8 der Streckwerke 7.1 bis 7.4 je nach Anforderung einen gekühlten Walzenmantel oder einen beheizten Walzenmantel aufweisen. Desweiteren ist zur thermischen Behandlung der Faserstränge zwischen dem ersten Streckwerk 7.1 und dem zweiten Streckwerk 7.2 in der ersten Streckstufe 9.1 ein Heißstreckkanal 10 vorgesehen. Innerhalb des Heißstreckkanals 10 lassen sich die Faserstränge 5 auf eine vorbestimmte Temperatur mittels Heißluft oder mittels eines Heißdampfes temperieren. In der zweiten Streckstufe 9.2 ist ebenfalls zwischen den Streckwerken 7.2 und 7.3 ein weiterer Heißstreckkanal 10 angeordnet.
Am Ende der durch die hintereinander angeordneten Streckwerke 7.1 bis 7.4 gebildeten Faserstraße ist eine Zugstelleinrichtung 11 sowie eine Schneideinrichtung 12 vorgesehen, um die Faserstränge kontinuierlich zu Stapelfasern mit vorgegebener Faserlänge zu zerschneiden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zunächst eine Polymerschmelze aus Polypropylen in der Spinneinrichtung 1 über die Spinndüsen 3 der Spinnstellen 2.1 bis 2.3 unter Druck zu einer Vielzahl von Fasersträngen extrudiert. Die aus den Spinndüsen 2 heraustretenden Faserstränge 5 werden über die Abzugseinrichtung 6 durch das Streckwerk 7.1 von den Spinndüsen 3 mit einer Abzugsgeschwindigkeit unterhalb von 100 m/min. vorzugsweise mit einer Abzugsgeschwindigkeit unterhalb von 50 m/min. abgezogen. Dabei werden die Faserstränge 5 mittels der Kühlvorrichtung 4 durch einen nebeligen oder gasförmigen Kühlmedienstrom, vorzugsweise aus Luft, abgekühlt, anschließend präpariert und bei Verlassen der Abzugseinrichtung 6 zu einem alle Faserstränge enthaltenen Tow zusammengeführt. Die Streckwalzen 8 des ersten Streckwerkes 7.1 sind mit der Abzugsgeschwindigkeit angetrieben, wobei gleichzeitig eine weitere Kühlung der Faserstränge am Umfang der Streckwalzen 8 des ersten Streckwerkes 7.1 stattfindet. Hierzu sind die Streckwalzen 8 des ersten Streckwerkes 7.1 mit gekühlten Manteloberflächen ausgebildet.
Das.Verstrecken der Faserstränge 5 erfolgt in insgesamt drei Streckstufen 9.1, 9.2 und 9.3 mit jeweils unterschiedlichen Verstreckverhältnissen. Das gesamte Verstreckverhältnis liegt oberhalb von 4:1. Dabei wird die Verstreckung der Faserstränge in den Stufen mit unterschiedlicher Intensität ausgeführt. Um eine hochfeste, besonders feine Faser zu erhalten, werden die Faserstränge in der ersten Streckstufe 9.1 mit einer Teilverstreckung verstreckt, die mindestens 70 % der Gesamtverstreckung ausmacht. Zum Verstrecken in der ersten Streckstufe 9.1 werden die Faserstränge 5 in dem Heißstreckkanal 10 vorzugsweise durch eine Heißluft auf eine Temperatur von >100°C erwärmt und anschließend über die ebenfalls mit einer Temperatur von über 100°C erhitzten Streckwalzen 8 des zweiten Streckwerkes 7.2 geführt. Die zweite Teilverstreckung der Faserstränge 5 erfolgt in der zweiten Streckstufe 9.2, wobei ebenfalls eine Behandlung in einem Heißstreckkanal 10 vorgesehen ist. Die Faserstränge werden durch das dritte Streckwerk 7.2 weiter teilverstreckt, wobei die Teilverstreckung in der zweiten Streckstufe 9.2 höher ist, als die letzte Teilverstreckung in der dritten Streckstufe 9.3. Die Walzen 8 des dritten Streckwerkes 7.3 sind ebenfalls auf eine Oberflächentemperatur von >100°C erwärmt, um eine gleichmäßige kontinuierliche Verstreckung zu erhalten. Nach der dritten Teilverstreckung werden die Faserstränge 5 durch die gekühlten Streckwalzen 8, des vierten Streckwerkes 7.4 abgekühlt und anschließend gleichmäßig zu Fasern in der vorgegebenen Faserlänge geschnitten.
Bei Verwendung eines handelsüblichen Polypropylenpolymers konnten in mehren Versuchsreihen Fasern mit einer Faserlänge von 6,6 mm, alternativ 13 mm, hergestellt werden, die einen Einzeltiter im Bereich von 0,9 bis 1,6 dtex., eine Festigkeit im Bereich von 8 bis 9 cN/dtex. und eine Dehnung im Bereich von 18 bis 21 % aufzeigten. Hierbei war die Schmelzetemperatur beim Spinnen der Faserstränge auf einen Wert <250 °C eingestellt. Die Düsenplatte besaß eine kreisringförmige Anordnung der Düsenbohrungen mit einer Anzahl von mehreren 10.000 Düsenbohrungen.
Die Walzen des ersten Streckwerkes 7.1 waren mit einer Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 25 bis 40 m/min., die Streckwalzen des zweiten Streckwerkes 7.2 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 80 bis 115 m/min., die Streckwalzen des dritten Streckwerkes 7.3 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 100 bis 140 m/min. und die Streckwalzen des vierten Streckwerkes 7.4 mit einer Geschwindigkeit von 110 bis 160 m/min. angetrieben. Die Oberflächentemperaturen der Streckwalzen 8 betrugen bei dem ersten Streckwerk 7.1 ca. 30°C, bei dem zweiten Streckwerk 7.2 > 100°C, bei dem dritten Streckwerk 7.3 ebenfalls >100°C und bei dem vierten Streckwerk 7.4 ca. 30°C. Die Temperierung der Faserstränge wurde in der ersten Streckstufe durch den Heißstreckkanal 10 mit einer Heißluft vorgenommen, die eine Temperatur von oberhalb 100°C aufweist. In der zweiten Streckstufe 9.1 wurden die Faserstränge mit einem Heißdampf mit einer Temperatur <100°C behandelt. Die damit erreichten Teilverstreckungen zur Herstellung der bezeichneten Fasern lagen im Bereich von 2,8 bis 3,2:1 in der ersten Streckstufe 9.1, im Bereich von 1,05 bis 1,5:1 in der zweiten Streckstufe 9.2 und im Bereich 1,05 bis 1,3:1 in der dritten Streckstufe 9.3. Insbesondere das hohe Streckverhältnis in der ersten Streckstufe 9.1 und die nachfolgende Verstreckung in der zweiten Streckstufe 9.2 bei hoher Temperatur bzw. bei niedrigen Temperaturen in der dritten Streckstufe 9.3 bewirken, in Kombination mit der relativ geringen Abzugsgeschwindigkeit, die bevorzugte langsame und stetige Polymerkristallisation in den Fasersträngen. Diese langsame und stetige Kristallisation hat zur Folge, daß eine hohe Festigkeit bei niedriger Restdehnung erreicht wird. Durch die mehrstufige Verstreckung läßt sich dabei eine besonders feine Faser mit Einzeltitern unterhalb von 2 dtex. herstellen.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spinneinrichtung 1 und die Abzugseinrichtung 6 nicht gezeigt. Diese sind identisch zu dem vorgehenden Ausführungsbeispiel, so daß auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Die zur Behandlung der Faserstränge hintereinander angeordneten Behandlungseinrichtungen werden bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Streckwerke 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 sowie eine Kräuseleinrichtung 13, eine Trockeneinrichtung 14, sowie die Zugstelleinrichtung 11 und die Schneideinrichtung 12 gebildet. Die Streckwerke 7.1 bis 7.4 sind im wesentlichen identisch zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgeführt, lediglich die Anzahl der pro Streckwerk verwendeten Streckwalzen 8 ist unterschiedlich. Zur Behandlung der Faserstränge ist in jeder der Streckstufen 9.1, 9.2 und 9.3 jeweils ein Heißstreckkanal 10 vorgesehen. Dabei wird die Behandlung der Faserstrecke in den Heißstreckkanälen 10 in der ersten Streckstufe 9.1 und in der zweiten Streckstufe 9.2 vorzugsweise durch eine Heißluft und in der dritten Streckstufe 9.3 mit einem Dampf vorgenommen. Es ist jedoch auch möglich, in jeder der Streckstufen 9.1 bis 9.3 die Behandlung der Fasern durch eine Kombination zwischen einer Heißluftbehandlung und einer Dampfbehandlung vorzusehen.
Mit dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkeit, eine gekräuselte Polypropylenfaser herzustellen, die eine Festigkeit von größer 6 cN/dtex., eine Dehnung von < 40% vorzugsweise < 30% und eine Feinheit mit einem Einzeltiter von < 2dtex. aufweist. Hierzu werden die Faserstränge 5, nach dem Verstrecken durch die Kräuseleinrichtung 13 gekräuselt. Die Kräuseleinrichtung 13 ist üblicherweise als Stauchkammerkräuseleinrichtung ausgeführt, bei welcher die Faserstränge durch ein Fördermittel in eine Stauchkammer gedrückt werden. Nach dem Kräuseln werden die Faserstränge der Trockeneinrichtung 14 zugeführt und anschließend durch die Zugstelleinrichtung 11 mit definierter Spannung der Schneideinrichtung 12 aufgegeben. Üblicherweise ist der Kräuseleinrichtung noch eine Kabelzusammenfübrung und ein Dämpfkanal (beide nicht dargestellt) vorgeschaltet.
Der Aufbau der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind in der Anzahl und der Wahl der Behandlungseinrichtungen beispielhaft. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zusätzliche Behandlungen und Behandlungsstufen einzuführen, z.B. durch Kabelzusammenführung zur Einstellung einer für die Kräuselung passenden Faserbelegung. Ebenso können mehr als drei Streckstufen hintereinander ausgebildet sein. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein Spinnen mit niedrigen Schmelzetemperaturen bei gleichzeitig niedrigen Abzugsgeschwindigkeiten in Verbindung mit einer Verstreckung der Faserstränge in zumindest drei Streckstufen unter Berücksichtigung einer hohen Teilverstreckung in der ersten Streckstufe. Wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zunächst eine leichte vororientierte Molekularstruktur der Faserstrecke nach dem Spinnen und Abkühlen, um dann eine gleichmäßige und stetige Kristallisation zu erhalten. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere Polymere wie beispielsweise Polyester oder Polyamid mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu bearbeiten.

Bezugszeichenliste

1: Spinneinrichtung
2.1, 2.2, 2.3: Spinnstelle
3: Spinndüse
4: Kühlvorrichtung
5: Faserstränge
6: Abzugseinrichtung
7.1, 7.2, 7.3, 7.4: Streckwerke
8: Streckwalzen
9.1, 9.2, 9.3: Streckstufe
10: Heißstreckkanal
11: Zugstelleinrichtung
12: Schneideinrichtung
13: Kräuseleinrichtung
14: Trockeneinrichtung
15 -: Spinnbalken

Claims

Verfahren zur Herstellung hochfester Polypropylenfasern mit einer Festigkeit oberhalb von 6 cN/dtex und einer Dehnung unterhalb von 40% in folgenden Schritten:
1.1 Schmelzspinnen einer Vielzahl von Fasersträngen aus einer Polypropylenschmelze mit einer Schmelzetemperatur ≤ 250°C;

1.2 Abziehen der Faserstränge mit einer Abzugsgeschwindigkeit < 100 m/min bei gleichzeitiger Abkühlung der Faserstränge mit einem gasförmigen Kühlmedium;

1.3 Verstrecken der Faserstränge in zumindest drei Streckstufen, die durch vier Streckwerke gebildet werden, mit einem Gesamtverstreckverhältnis von mehr als 4 : 1, wobei die Faserstränge in der ersten Streckstufe eine Teilverstreckung von mindestens 70% der Gesamtverstreckung erhalten, und

1.4 Zerschneiden der Faserstränge in die Polypropylenfasern mit vorgegebener Faserlänge.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilverstreckung der Faserstränge in der zweiten Streckstufe höher ist als die Teilverstreckung der Faserstränge in der dritten Streckstufe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge nach dem Schmelzspinnen durch ein erstes Streckwerk mit mehreren Streckwalzen abgezogen werden, welche Streckwalzen jeweils eine gekühlte Manteloberfläche aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge innerhalb der ersten Streckstufe durch einen Heißstreckkanal geführt und auf eine Temperatur > 100 °C erwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge nach der ersten Streckstufe und bis zum Einlauf in die dritte Streckstufe durch die Führung über mehrere beheizte Streckwalzen auf eine Temperatur >100°C temperiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckwalzen der die zweite Streckstufe bildenden Streckwerke beheizte Oberflächen mit Temperaturen >100°C aufweisen.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge innerhalb der zweiten Streckstufe durch einen Heißstreckkanal geführt und erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge während des Durchlaufs durch den Heißstreckkanal durch eine Heißluft und/oder einen Heißdampf erwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge nach dem Verstrecken gekühlt werden, wobei die Faserstränge zur Temperierung über mehrere gekühlte Streckwalzen eines vierten Streckwerkes am Ende der dritten Streckstufe geführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge nach dem Verstrecken und vor dem Zerschneiden gekräuselt werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge durch eine ringförmige Spinndüse mit einer Vielzahl von 60.000 bis 120.000 Düsenbohrungen extrudiert werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von Fasersträngen (5) aus Fasern mit Einzeltitern von unterhalb 2 dtex., mit einer Spinneinrichtung (1) zum Schmelzspinnen der Faserstränge (5), mit mehreren Behandlungseinrichtungen (6, 7, 10, 11) zum Führen und Behandeln der Faserstränge (5) und mit einer Schneideinrichtung (12) zum Zerschneiden der Faserstränge (5), wobei die Behandlungseinrichtungen (6, 7, 10, 11) mehrere Streckwerke (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) mit jeweils mehreren Streckwalzen (8) zum Verstrecken der Faserstränge (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass vier Streckwerke (7.1 - 7.4) zu insgesamt drei Streckstufen (9.1, 9.2, 9.3) angeordnet sind und dass Streckwalzen (8) der Streckwerke (7.1 - 7.4) einfach umschlungen und derart relativ zueinander antreibbar sind, dass eine zwischen den die erste Streckstufe (9.1) bildenden Streckwerken (7.1, 7.2) eingestellte Geschwindigkeitsdifferenz mindestens 70% des Gesamtverstreckungsverhältnisses von mehr als 4 : 1 erbringt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckwalzen (8) der Streckwerke (7.2, 7.3), welche die zweite Streckstufe (9.2) bilden, beheizbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckwalzen (8) eines ersten Streckwerkes (7.1) vor der ersten Streckstufe (9.1) gekühlt ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13,dadurch gekennzeichnet, dass die Streckwalzen (8) eines letzten Streckwerkes (7.4) am Ende der dritten Streckstufe (9.3) gekühlt ausgebildet sind.