EP1608803B1 - Method and device for producing post-stretched cellulose spun threads - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lyocell-Fäden aus einer Spinnlösung enthaltend Wasser, Cellulose und tertiäres Aminoxid sowie die durch dieses Verfahren hergestellten Spinnfäden.The invention relates to a method for the production of lyocell threads from a spinning solution containing water, cellulose and tertiary amine oxide and the spun threads produced by this method.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Spinnfäden aus einer Spinnlösung enthaltend Cellulose, Wasser und tertiäres Aminoxid, mit einer Spinndüse, durch welche die Spinnlösung im Betrieb zu Spinnfäden extrudierbar ist, mit einem Fällbad mit einem Cellulose ausfällendem Fällmittel, durch das die Spinnfäden im Betrieb geleitet sind, mit einem ersten Verstreckungsmittel, durch das die Spinnfäden im Betrieb verstreckbar sind, mit einem zweiten Verstreckungsmittel, durch das die vom ersten Verstreckungsmittel verstreckten Spinnfäden im Betrieb nachverstreckbar sind, und mit einer im Bereich des zweiten Verstreckungsmittel angeordnete Heizvorrichtung, durch die im Betrieb die Spinnfäden während der Nachverstreckung aufheizbar sind.Furthermore, the invention relates to an apparatus for producing filaments of a spinning solution containing cellulose, water and tertiary amine oxide, with a spinneret through which the spinning solution is extrudable into filaments during operation, with a precipitating bath with a precipitant precipitating a cellulose, through which the filaments in the Operation with a first drawing means, by means of which the filaments are stretchable in operation, with a second drawing means, through which the stretched filaments drawn by the first drawing means are nachverstreckbar during operation, and with a arranged in the region of the second drawing means heating device by the Operation the spun yarns are heatable during Nachverstreckung.
Bei dem Herstellungsverfahren wird die Spinnlösung zunächst zu Spinnfäden extrudiert, dann werden die Spinnfäden verstreckt und durch ein Fällbad geleitet, wonach die Cellulose der Spinnfäden koaguliert.In the manufacturing process, the spinning solution is first extruded into filaments, then the filaments are drawn and passed through a precipitation bath, after which the cellulose of the filaments coagulates.
Das Herstellverfahren von Fasern (im Folgenden werden die Begriffe "Fasern" und "Fäden" synonym gebraucht) aus in einem tertiären Aminoxid wie N-Methyl-Morpholin-N-Oxid und Wasser gelöster Cellulose, auch Lyocell-Verfahren genannt, geht auf die Patentschriften
Nach dem Ausfällen und Koagulieren der Cellulose können die Spinnfäden weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt werden. So können die Spinnfäden gewaschen, getrocknet und mit Zusatzstoffen behandelt oder imprägniert werden. Zur Erzeugung von Stapelfasern können die Spinnfäden geschnitten werden.After precipitation and coagulation of the cellulose, the filaments can be fed to further processing steps. Thus, the filaments can be washed, dried and treated with additives or impregnated. To produce staple fibers, the filaments can be cut.
Der Vorteil des Lyocell-Verfahrens liegt in der guten Umweltverträglichkeit und in den hervorragenden mechanischen Eigenschaften der ersponnen Fäden bzw. Fasern. Durch verschiedene Weiterentwicklungen des von McCorsley entwickelten Verfahrens konnte die Wirtschaftlichkeit stark verbessert werden.The advantage of the Lyocell process lies in the good environmental compatibility and in the excellent mechanical properties of the spun threads or fibers. Various advances in the process developed by McCorsley have greatly improved profitability.
Die Lyocell-Faser unterscheidet sich hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer textilen Eigenschaften von den übrigen Cellulosefasern und deren Herstellung, wie sie beispielsweise in der
Ein spezielles Problem des Lyocell-Verfahrens gegenüber den dort beschriebenen Verfahren liegt in der hohen Oberflächenklebrigkeit der frisch extrudierten Spinnfäden: Sobald sich die Spinnfäden im Luftspalt berühren, verkleben sie, was entweder zu einer unbefriedigenden Faserqualität oder gar zu einer Unterbrechung des Spinnverfahrens und einem neuen Anspinnen führt. McCorsley selbst benutzt hierzu, wie in der
Eine im Stand der Technik bei der Herstellung von Lyocell-Fasern oder -Fäden weit verbreitete Maßnahme besteht darin, die Spinnfäden im Luftspalt mit einem Kühlgas zu beblasen, um die Oberflächen der frisch extrudierten Spinnfäden zu kühlen und deren Klebrigkeit herabzusetzen. Derartige Kühlbeblasungen sind beispielsweise in der
Ein weiteres Problem bei der Herstellung von Lyocell-Fasern stellt die Ausgestaltung des Fällbades dar. Aufgrund der hohen Extrusionsgeschwindigkeiten tauchen die Spinnfäden mit hoher Geschwindigkeit in die Fällbadlösung ein und reißen die Fällbadlösung in ihrer Umgebung mit. Dadurch wird im Fällbad eine Strömung erzeugt, welche die Oberfläche des Fällbades aufwühlt und die Spinnfäden beim Eintauchen in das Fällbad bis hin zu Fadenrissen mechanisch belastet.Another problem in the production of lyocell fibers is the design of the precipitation bath. Due to the high extrusion speeds, the filaments immerse at high speed in the Fällbadlösung and tear the Fällbadlösung in their environment. As a result, a flow is generated in the precipitation bath, which stirs the surface of the precipitation bath and mechanically loads the filaments when immersed in the precipitation bath to thread breaks.
Um bei kreisringförmig angeordneten Extrusionsöffnungen die Fällbadoberfläche möglichst ruhig zu halten, werden in der
Bei auf einer Rechtecksfläche angeordneten Extrusionsöffnungen wurden gemäß der
Die Nachverarbeitung von Lyocell-Fäden nach der Extrusion und der Koagulation der Cellulose zur Erzielung bestimmter mechanischer Eigenschaften der Spinnfäden ist in der Patentliteratur weniger gut dokumentiert.The post-processing of lyocell threads after extrusion and the coagulation of the cellulose to achieve certain mechanical properties of the filaments is less well documented in the patent literature.
In dem
Dieser Gedanke wird in der neuen Patentliteratur aufgegriffen und in die Praxis umgesetzt. So sind in der
Ein nur auf den ersten Blick entgegengesetzter Weg wird alleine in der
In der
In der
Zur Veränderung der mechanischen Eigenschaften, wie der Schlingenfestigkeit, der Fibrillationsneigung und der Zugfestigkeit von Lyocell-Fasern wird derzeit im Wesentlichen auf das Repertoire zurückgegriffen, wie es in dem Artikel "
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Lyocell-Fasern dahingehend zu verbessern, dass die mechanischen Eigenschaften, wie die Schlingenfestigkeit und die Zugfestigkeit der Lyocell-Fasern durch einen leicht zu steuernden Prozess gezielt beeinflusst werden können.The invention is therefore based on the object to improve the known methods and apparatus for producing lyocell fibers in that the mechanical properties, such as the loop strength and the tensile strength of the lyocell fibers can be selectively influenced by an easy-to-control process.
Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte Herstellverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die verstreckten Spinnfäden nachverstreckt und gleichzeitig wärmebehandelt werden.This object is achieved according to the invention for the production process mentioned at the outset in that the drawn filaments are post-stretched and at the same time heat-treated.
Für die eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spinnfäden durch das erste Verstreckungsmittel in einem Luftspalt vor dem Eintritt in das Fällbad verstreckbar sind.For the device mentioned above, this object is achieved in that the filaments are stretched by the first drawing means in an air gap before entering the precipitation bath.
Überraschenderweise lassen sich durch die Nachverstreckung bzw. Dehnung der bereits einmal im Luftspalt verstreckten und danach koagulierten Spinnfäden die mechanischen Eigenschaften, hier insbesondere das Nassmodul, gegenüber den herkömmlichen Lyocell-Fasern erheblich verbessern. Durch die Wärmebehandlung während der Nachverstreckung wird nach ersten Versuchen der Nassmodul etwas abgesenkt und die Faser wird wieder etwas elastischer.Surprisingly, the post-stretching or stretching of the filaments, which have already been drawn once in the air gap and then coagulated, can considerably improve the mechanical properties, in particular the wet modulus, compared with the conventional lyocell fibers. Due to the heat treatment during the post-drawing, the wet module is lowered a little after the first attempts and the fiber becomes somewhat more elastic again.
Im Gegensatz zum Verfahren und zur Vorrichtung der
So lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lyocell-Fasern mit einem Nassmodul von wenigstens 250 cN/tex und einer Nassscheuerzahl pro 25 Fasern von wenigstens 18 erreichen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sogar Nassmodule von wenigstens 300 cN/tex bzw. 350 cN/tex erreichen. Die Nass-Höchstzugkraftdehnung kann dabei relativ geringe Werte annehmen, beispielsweise höchstens 12 %.Thus, lyocell fibers having a wet modulus of at least 250 cN / tex and a wet rubbing rate per 25 fibers of at least 18 can be obtained by the process of the present invention. Even wet modules of at least 300 cN / tex or 350 cN / tex can be achieved with the process according to the invention. The wet maximum tensile force extension can assume relatively low values, for example at most 12%.
Je höher die vorbestimmte Zugspannung ist, mit der die Spinnfäden nachverstreckt bzw. gedehnt werden, desto höher scheint der Nassmodul der fertigen Fäden und Fasern zu sein. Eine erhebliche Steigerung des Nassmoduls gegenüber herkömmlichen Fasern lässt sich gemäß einer vorteilhaften Verfahrensführung erreichen, wenn die vorbestimmte Zugspannung, mit der die Nachverstreckung durchgeführt wird, mindestens 0,8 cN/tex beträgt. Höhere Werte für den Nassmodul lassen sich erreichen, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung die vorbestimmte Zugspannung bei der Nachverstreckung mindestens 3,5 cN/tex beträgt.The higher the predetermined tensile stress with which the spun threads are stretched or stretched, the higher the wet modulus of the finished threads and fibers seems to be. A considerable increase of the wet modulus compared to conventional fibers can be achieved according to an advantageous process control if the predetermined tensile stress with which the post-stretching is carried out amounts to at least 0.8 cN / tex. Higher values for the wet modulus can be achieved if, according to a further embodiment, the predetermined tensile stress during the post-drawing is at least 3.5 cN / tex.
Generell ergeben sich höhere Werte für den Nassmodul, wenn die Spinnfäden vor der Nachverstreckung koaguliert sind.In general, higher values for the wet modulus result when the filaments are coagulated before the post-drawing.
Die Wärmebehandlung kann im Nachgang zu einem Wasch- oder Imprägnierverfahren als Trocknungsprozess, also sogenanntes Spannungstrocknen, durchgeführt werden. Alternativ kann die Wärmebehandlung auch in einer Dampf- bzw. Trockendampfatmosphäre stattfinden. Der Dampf bzw. Trockendampf kann Imprägnierungsmittel enthalten, die auf die Spinnfäden einwirken und zu einer chemischen Nachbehandlung führen.The heat treatment can be carried out subsequent to a washing or impregnation process as a drying process, so-called tension drying. Alternatively, the heat treatment may also take place in a steam or dry steam atmosphere. The steam or dry steam may contain impregnating agents which act on the filaments and lead to a chemical aftertreatment.
Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung in einem Ofen durchgeführt, in dem die verstreckten und koagulierten Spinnfäden zwischen zwei Galetten mit einer vorbestimmten Zugspannung nachverstreckt werden. Dabei kann ein heißes Inertgas, wie Heißluft, oder Dampf bzw. Trockendampf durch die Oberflächen der Galetten und die darauf liegenden Spinnfäden hindurch geleitet sein.The heat treatment is preferably carried out in an oven in which the drawn and coagulated filaments are post-stretched between two godets with a predetermined tensile stress. In this case, a hot inert gas, such as hot air, or steam or dry steam may be passed through the surfaces of the godets and the filaments lying thereon.
Nach der Nachverstreckung können die Spinnfäden gecrimpt werden, da die natürliche Kräuselung der Spinnfäden aufgrund der Nachverstreckung wesentlich verringert ist. Dabei ist auch gleichzeitig mit dem Crimpen eine Behandlung mit Trockendampf möglich.After the post-stretching, the spun threads can be crimped, since the natural crimp of the spun threads is substantially reduced due to the post-stretching. At the same time a treatment with dry steam is possible simultaneously with the crimping.
Zur Herstellung von Stapelfaser können die Spinnfäden schließlich geschnitten werden.For the production of staple fiber, the filaments can finally be cut.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform und anhand von Versuchsergebnissen und Versuchsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen genauer erläutert.In the following the invention will be explained in more detail by means of an embodiment and by means of test results and test examples with reference to the drawings.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Übersicht über eine Anlage zur Herstellung von nachverstreckten Lyocell-Fasem;
- Fig. 2
- eine Ausführungsform eines Mittels zur Nachverstreckung in einer schematischen Ansicht;
- Fig. 3
- eine weitere Ausführungsform eines Mittels zur Nachverstreckung in einer schematischen Ansicht.
- Fig. 1
- a schematic overview of a plant for the production of post-stretched lyocell fibers;
- Fig. 2
- an embodiment of a means for Nachverstreckung in a schematic view;
- Fig. 3
- a further embodiment of a means for Nachverstreckung in a schematic view.
Zunächst wird der Grundaufbau einer Anlage 1 zur Herstellung von Lyocell-Fasern anhand der schematischen Darstellung der
Über ein Rohrleitungssystem 2 wird eine hochviskose Spinnlösung enthaltend Wasser, Cellulose und tertiäres Aminoxid, beispielsweise N-Methyl-Morpholin-N-Oxid, geleitet. Das Leitungssystem 2 ist modular aus Fluidleitungsstücken 2a vorbestimmter Länge aufgebaut, die über Normflansche 2b miteinander verbunden sind.Via a
Die Fluidleitungsstücke 2a sind mit einer Innentemperierungseinrichtung 3 versehen, die anstelle der Kernströmung der Spinnlösung in den Fluidleitungsstücken 2 angebracht ist und durch die Temperatur der Spinnlösung im Rohrleitungssystem 2 geregelt wird.The
Über zwischen zwei benachbarten Fluidleitungsstücken angeordnete Speisemodule 4 wird ein temperaturgeregeltes Fluid durch die Innentemperierungseinrichtung geleitet, wie durch die Pfeile 5 angedeutet ist. Die Speisemodule 4 weisen im wesentlichen die Abmessung der Normflansche auf und sind mit diesen verbindbar ausgestaltet.
In vorbestimmten Abständen ersetzen ebenfalls durch zwischen den Fluidleitungsstücken 2a angeordnete Berstmodule 6 die Speisemodule 4. Die Berstmodule 6 weisen im wesentliechen dieselbe Ausgestaltung wie die Speisemodule 4 auf. Sie sind mit in der
At predetermined intervals, also replace by the arranged between the
Durch das Rohrleitungssystem 2 wird die Spinnlösung bis zu einem Spinnkopf 8 geführt. Der Spinnkopf 8 ist mit einer Spinndüse 9 versehen, die eine große Anzahl von (nicht gezeigten) Extrusionsöffnungen, üblicherweise mehrere tausend Extrusionsöffnungen, aufweist. Durch die Extrusionsöffnungen wird die Spinnlösung zu Spinnfäden 10 extrudiert. Die Anordnung der Extrusionsöffnungen in der Spinndüse 9 kann kreisförmig, kreisringförmig oder rechteckig sein; im Folgenden wird lediglich beispielhaft auf eine rechteckige Anordnung Bezug genommen.Through the
Damit an den Extrusionsöffnungen optimale Spinnbedingungen herrschen, können neben der Temperierungseinrichtung 3 im Rohrleitungssystem 2 weitere Einbauten vorgesehen sein, die, ebenfalls über die Normflansche, einfach mit den Fluidleitungsstücken 2a oder mit den Speisemodulen 4 oder Berstmodulen 6 verbunden werden können. So kann im Rohrleitungssystem 2 ein Druckausgleichsbehälter 11 a angeordnet sein, der Druckschwankungen und Volumenstromschwankungen der Spinnlösung in der Rohrleitung 2 über eine Änderung seines Innenvolumens ausgleicht und an den Extrusionsöffnungen des Spinnkopfes 8 einen gleichmäßigen Extrusionsdruck sicherstellt.So that optimum spinning conditions prevail at the extrusion openings, in addition to the tempering device 3 in the
Ferner kann im Rohrleitungssystem 2 eine mechanische Filtereinrichtung 11b mit einem rückspülbaren Filterelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das Filterelement weist eine Feinheit zwischen 5 µm und 25 µm auf. Durch die Filtereinrichtung 11 b findet während des Transports der Spinnlösung eine kontinuierliche oder - unter Verwendung abwechselnd betriebener Zwischenspeicher (nicht gezeigt) - eine diskontinuierliche Filterung der Spinnlösung statt.Furthermore, a
Die Extrusionsöffnungen grenzen an einen Luftspalt 12, den die frisch extrudierten Spinnfäden 10 durchqueren und in dem die Spinnfäden durch eine Zugspannung versteckt werden. In dem Luftspalt 12 ist ein Kühlgasstrom 13 auf die Spinnfäden 10 gerichtet, der von einer Beblasungseinrichtung 14 erzeugt wird. Temperatur, Feuchte und Zusammensetzung des Kühlgasstromes 13 können durch eine Klimatisierungseinrichtung 15 auf vorbestimmte oder variabel vorgebbare Werte geregelt werden.The extrusion openings adjoin an
Der Kühlgasstrom 13 wirkt in einem Abstand von der Spinndüse 9,auf die Spinnfäden 10 ein und weist eine Geschwindigkeitskomponente in Extrusionsrichtung E auf, so dass die Spinnfäden durch den Kühlgasstrom 13 mitverstreckt werden. Um einen guten Wärmetransport zu ermöglichen, ist der Kühlgasstrom 13 turbulent.The cooling
Nach Durchquerung des Luftspaltes 12 treten die Spinnfäden 10 in ein Fällbad 16 ein. Um eine Beunruhigung der Oberfläche des Fällbades 16 zu vermeiden, ist der Kühlgasstrom 13 ausreichend von der Oberfläche 17 des Fällbades beabstandet, so dass er nicht auf der Oberfläche auftrifft.After passing through the
Im Fällbad 16 werden die Spinnfäden 10 durch ein im Wesentlichen walzenförmiges Umlenkorgan 18 zu einem Bündelungsorgan 19 oberhalb des Fällbades umgelenkt, so dass sie wieder durch die Fällbadoberfläche 17 treten. Das Umlenkorgan kann starr bzw. feststehend ausgebildet sein, oder sich mit den Fäden mitdrehen. Das Bündelungsorgan 19 ist drehbar angetrieben und übt als erstes Verstreckungsmittel über das Umlenkorgan 18 eine bis zu den Extrusionsöffnungen der Spinndüse 9 rückwirkende Zugspannung auf die Spinnfäden 10 aus, welche die Spinnfäden 10 verstreckt. Natürlich kann als Verstreckungsmittel auch das Umlenkorgan 18 angetrieben sein.In the
Um die Spinnfäden 10 möglichst schonend zu verstrecken, kann die Zugspannung auch lediglich durch den Kühlgasstrom 13 als erstem Verstreckungsmittel erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Zugspannung durch eine verteilt auf die Oberfläche der Spinnfäden wirkende Reibspannung in die Spinnfäden 10 eingeleitet wird.In order to stretch the spun
Vom Bündelungsorgan 19 werden die Spinnfäden 10 zu einem Fadenbündel 20 zusammengefasst. Anschließend werden die noch immer mit der Fällbadlösung 16 benetzten, zum Fadenbündel 20 zusammengefassten Spinnfäden 10 spannungslos auf einer Fördereinrichtung 21 abgelegt und auf dieser weitgehend zugspannungsfrei transportiert. Während des Transports der Spinnfäden auf der Fördereinrichtung 21 kann die vollständige oder nahezu vollständige Koagulation der Cellulose der Spinfäden unter möglichst geringem Spannungseinfluss stattfinden.From the bundling
Die Fördereinrichtung 21 kann, wie in
Während des Transports auf der Fördereinrichtung 21 können verschiedene Behandlungen des Fadenbündels 20 erfolgen, beispielsweise kann das Fadenbündel 20 einmal oder mehrmals gewaschen, getrocknet und aviviert werden, beispielsweise durch eine Berieselungsanlage 23 aus der ein Behandlungsmedium 24 auf das Fadenbündel 20 gesprüht wird.During transport on the
Das Fadenbündel 20 wird durch eine Galette 25 von der Fördereinrichtung 21 aufgenommen und einem zweiten Nachverstreckungsmittel 26 zugeführt, durch das die durchkoagulierten Spinnfäden 10 nachverstreckt werden.The bundle of
Beim Ausführungsbeispiel der
Das zweite Nachverstreckungsmittel 26 kann auch unmittelbar im Anschluss an das Bündelungsmittel 19 vorgesehen sein, also zwischen der Fördereinrichtung 21 und dem Fällbad 16, so dass erst die nachverstreckten Spinnfäden weiteren Behandlungsschritten unterworfen werden.The
Zur Durchführung der Wärmebehandlung kann das Nachverstreckungsmittel 26 im Eintrittsbereich des Spinnfadens 20 eine Heizvorrichtung 27 aufweisen, welche das Spinnfadenbündel 20 auf eine vorbestimmte Temperatur bringt und gleichzeitig das Spinnfadenbündel 20 zumindest oberflächlich trocknet.To carry out the heat treatment, the post-stretching means 26 in the entry region of the spun
Im Nachverstreckungsmittel 26 werden die Spinnfäden über zwei Galetten 28, 29 geführt, die so angetrieben sind, dass das Spinnfadenbündel 20 zwischen ihnen mit einer vorbestimmten Nachverstreckungs-Zugspannung ZN beaufschlagt ist. Das mit dieser Zugspannung beaufschlagte Spinnfadenbündel wird auf einer vorbestimmten hohen Temperatur gehalten und kann während der Nachverstreckung insbesondere durch ein heißes Inertgas, wie Luft, oder auch durch Dampf, beispielsweise Trockendampf, und mit Quellmitteln oder anderen Mitteln zur chemischen Faserbehandlung imprägniert werden, wie durch die Pfeile 30 angedeutet ist. Um die Trocknungswirkung zu unterstützen, können die Galetten 28, 29 auch beheizt sein.In
Das Spinnfadenbündel 20 weist aufgrund der Nachverstreckung eine gegenüber herkömmlichen Fasern verringerte Kräuselung auf, so dass es über eine Stuffer Box 31 gecrimpt wird. Anschließend wird das Faserbündel 20 durch eine Schneidvorrichtung 32 geschnitten. Falls eine Endlosfaser erzeugt werden soll, kann natürlich auf das Crimpen und/oder Schneiden verzichtet werden.As a result of the post-stretching, the spun-
Nach dem Crimpen und Schneiden können die gecrimpten Stapelfasern in Wirrlage in Form eines gecrimpten Endloskabels 33 auf einer Fördereinrichtung 34 zu weiteren Verfahrensschritten transportiert werden.After crimping and cutting, the crimped staple fibers can be transported in random orientation in the form of a crimped
In
Wie bereits bei
Zur Verstreckung des Fadenbündels 20 kann auch dessen Schrumpfung während des Trocknens ausgenutzt werden: Da sich das Fadenbündel während des Trocknungsprozesses verkürzt, findet eine Dehnung bzw. Nachverstreckung auch bereits dann statt, wenn diese Verkürzung nicht durch die Drehgeschwindigkeiten der Galetten 28, 29 ausgeglichen wird. Auf diese Weise kann eine Nachverstreckung auch erfolgen, wenn sich die Galetten 28, 29 mit im Wesentlichen gleicher oder nur geringfügig unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen.To stretch the bundle of
Eine oder beide Galetten 28, 29 können mit einer wenigstens gasdurchlässigen Oberfläche 30 versehen sein, durch die hindurch ein heißes Inertgas, Dampf oder Trockendampf aus dem Innenraum der Galette 28, 29 durch das um die Galette 28, 29 geschlungene Spinnfadenbündel 20 gedrückt wird.One or both
Alternativ oder zusätzlich zu einer Umschlingung, wie sie in der
Anstelle der Galetten 28, 29 können auch größere Trommeln oder Saugtrommeln mit perforierter Oberfläche verwendet werden, durch die das Heißgas abgesaugt wird.Instead of the
Im Bereich zwischen den Galetten 28, 29 wird ebenfalls Heißluft oder ein anderes intertes Heißgas, Dampf bzw. Trockendampf durch Gas oder die Fadenbündel 20 geleitet. Die Wirksamkeit der Nachverstreckung wurde in einer Reihe von Versuchen nachgewiesen.In the area between the
Die Versuche wurden an einem Fadenbündel aus 79.270 Einzelfäden und einem Gesamttiter von 110.978 dtex, entsprechend einem Einzeltiter von 1,4 dtex durchgeführt. Tabelle I gibt einen Überblick über die Versuchsergebnisse.The tests were carried out on a bundle of 79,270 filaments and a total titer of 110,978 dtex, corresponding to a single denier of 1.4 dtex. Table I gives an overview of the test results.
In einer ersten Versuchsreihe (Versuche 1 bis 7) wurde das Fadenbündel bei 73° C während 15 min unter verschiedenen Bedingungen getrocknet.In a first series of experiments (Experiments 1 to 7), the filament bundle was dried at 73 ° C for 15 min under various conditions.
In Versuch 1 wurde das Fadenbündel ohne Spannung getrocknet.In experiment 1, the bundle of fibers was dried without tension.
In Versuch 2 wurde das Fadenbündel ohne Spannung getrocknet, wiederbefeuchtet und unter Spannung getrocknet. Dazu wurde das Fadenbündel durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und war während des Trocknens an beiden Seiten mit jeweils 19 kg beschwert.In
In Versuch 3 wurde das Fadenbündel ohne Spannung getrocknet, wiederbefeuchtet und unter Spannung getrocknet. Dazu wurde das Fadenbündel durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils 38 kg beschwert.In experiment 3, the bundle of fibers was dried without tension, remoistened and dried under tension. For this purpose, the bundle of fibers was passed through two eyelets at a distance of 50 cm and weighted on both sides with 38 kg each.
In Versuch 4 wurde das Fadenbündel zwischen zwei Klemmen im Abstand von 38 cm gespannt und anschließend getrocknet.In
In Versuch 5 wurde das Fadenbündel feucht unter Spannung getrocknet. Das Fadenbündel wurde durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils einem Gewicht von 9 kg beschwert.In experiment 5, the bundle of fibers was dried wet under tension. The thread bundle was guided through two eyelets at a distance of 50 cm and weighted on both sides, each with a weight of 9 kg.
In Versuch 6 wurde das Fadenbündel feucht unter Spannung getrocknet. Das Fadenbündel wurde durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils einem Gewicht von 19 kg beschwert.In
In Versuch 7 wurde das Fadenbündel feucht unter Spannung getrocknet. Das Fadenbündel wurde durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils einem Gewicht von 38 kg beschwert.In experiment 7, the bundle of fibers was dried wet under tension. The thread bundle was guided through two eyelets at a distance of 50 cm and weighted on both sides, each with a weight of 38 kg.
In einer zweiten Versuchsreihe wurde das Fadenbündel vor der Trocknung einer Be- , handlung mit Natronlauge (NaOH) unterzogen: Zunächst wurde das Spinnfadenbüdel mit 5 %-iger NaOH-Lösung 5 min behandelt und anschließend mit vollentionisiertem Wasser gewaschen. Die NaOH-Lösung wurde mit 1 %-iger Ameisensäure neutralisiert und wiederum mit vollentionisiertem Wasser gewaschen.In a second series of experiments, the bundle of fibers was subjected to treatment with sodium hydroxide solution (NaOH) before drying. First, the filament bundle was treated with 5% NaOH solution for 5 minutes and then washed with completely deionized water. The NaOH solution was neutralized with 1% formic acid and washed again with deionized water.
Das Spinnfadenbündel wurde dann im Trockner bei 73°C über 30 min getrocknet.The spunbond bundle was then dried in the dryer at 73 ° C for 30 minutes.
In Versuch 8 wurde das Fadenbündel ohne Spannung getrocknet.In
In Versuch 9 wurde das Fadenbündel ohne Spannung getrocknet, wiederbefeuchtet und unter Spannung getrocknet. Dazu wurde das Fadenbündel durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils 19 kg beschwert.In
In Versuch 10 wurde das Fadenbündel ohne Spannung getrocknet, wiederbefeuchtet und unter Spannung getrocknet. Dazu wurde das Fadenbündel durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils 38 kg beschwert.In
In Versuch 11 wurde das Fadenbündel zwischen zwei Klemmen im Abstand von 38 cm gespannt und anschließend getrocknet.In experiment 11, the bundle of fibers was stretched between two clamps at a distance of 38 cm and then dried.
In Versuch 12 wurde das Fadenbündel feucht unter Spannung getrocknet. Das Fadenbündel wurde durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils einem Gewicht von 9 kg beschwert.In
In Versuch 13 wurde das Fadenbündel feucht unter Spannung getrocknet. Das Fadenbündel wurde durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils einem Gewicht von 19 kg beschwert.In
In Versuch 14 wurde das Fadenbündel feucht unter Spannung getrocknet. Das Fadenbündel wurde durch zwei Ösen im Abstand von 50 cm geführt und an beiden Seiten mit jeweils einem Gewicht von 38 kg beschwert.In
Bei den getrockneten Fadenbündeln wurden dann der Titer, die feinheitsbezogene Höchstzugkraft, die Höchstzugkraftdehnung, feinheitsbezogene Nass-Höchstzugkraft, die Nass-Höchstzugkraftdehnung, die feinheitsbezogene Schlingenhöchstzugkraft, der Nassmodul und die Nassscheuerzahl bestimmt. Dabei wurden nach folgenden Prüfvorschriften vorgegangen.For the dried bundles of fibers, the titer, the tenacity, the maximum tenacity, the wet denier, the wet maximum tenacity, the tenacity at break, the wet modulus, and the wet abrasion number were then determined. The procedure was as follows.
Der Titer wurde gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmt. Die (Nass-)Höchstzugkraft und die (Nass-)Höchstzugkraftdehnung wurden gemäß der DIN EN ISO 5079 bestimmt. Die Schlingenhöchstzugkraft wurde gemäß DIN 53843 Teil2 bestimmt.The titer was determined according to DIN EN ISO 1973. The (wet) maximum tensile strength and the (wet) maximum tensile elongation were determined in accordance with DIN EN ISO 5079. The maximum loop tension was determined in accordance with DIN 53843
Der Nassmodul wurde an einem Faserbündel bestimmt, das gemäß DIN EN 1973 verwendbar ist. Die Vorgehensweise richtet sich nach der Prüfvorschrift ASG N 211 der Alceru Schwarza GmbH. Die Versuche zur Bestimmung des Nassmoduls wurden an einer Zugprüfmaschine mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit und wegarmer elektronischer Kraftmessung durchgeführt. Die Einspannlänge des Fadenbündels betrug 10,0 mm ± 0,1 mm. Die feinheitsbezogene Vorspannkraft betrug bei einem Titer von über 2,4 dtex 2,5 mN/tex ± 0,5 mN/tex. Bei einem Titer bis 2,4 dtex wurde ein Vorspannmassestück von 50 mg verwendet. Die Dehnungsgeschwindigkeiten betrugen 2,5 mm/min bei einer mittleren Nass-Reißdehnung bis 10 %, 5,0 mm/min bei einer mittleren Nass-Reißdehnung von über 10 bis 2 % und 7,5 mm/min bei einer mittleren Nass-Reißdehnung von über 20 %.The wet modulus was determined on a fiber bundle, which is usable according to DIN EN 1973. The procedure is based on the test specification ASG N 211 of Alceru Schwarza GmbH. The tests for determining the wet modulus were carried out on a tensile testing machine with constant strain rate and low-path electronic force measurement. The gripping length of the thread bundle was 10.0 mm ± 0.1 mm. The fineness biasing force was 2.5 mN / tex ± 0.5 mN / tex for a titer greater than 2.4 dtex. At a titer of up to 2.4 dtex, a biasing mass of 50 mg was used. The elongation rates were 2.5 mm / min with an average wet elongation at break up to 10%, 5.0 mm / min with an average wet elongation at break of more than 10 to 2% and 7.5 mm / min with a mean wet elongation at break of over 20%.
Fünf Spinnfadenbündel wurden mindestens 10 sec in eine flache Schale mit Netzmittellösung eingelegt, wobei vorher das Vorspannmassestück an ein Ende eines jeden Spinnfadenbündels angeklemmt ist. Der jeweils am längsten eingelegte Prüfling wird aus der Schale entnommen und zum Zugversuch benutzt, nach jedem Versuch ist auch ein neuer Prüfling zum Netzen einzulegen.Five spunbond bundles were placed in a shallow dish of wetting agent solution for at least 10 seconds, with the biasing mass previously clamped to one end of each spunbond bundle. The test specimen that has been inserted the longest is removed from the tray and used for the tensile test; after each test, a new specimen is to be inserted for the purpose of netting.
Das einzuspannende Spinnfadenbündel wird mit seinem dem Vorspannmassenstück gegenüberliegenden Ende in die Zugprüfmaschine eingespannt, während die Vorspannung wirkt, anschließend wird die untere Einspannklemme geschlossen und das Tauchgefäß mit der Netzmittellösung wird so angehoben, dass der Flüssigkeitsspiegel soweit wie möglich an die obere Einspannklemme heranreicht, ohne sie jedoch zu berühren. Der Abstand zwischen den Einspannklemmen ist mit der oben angegebenen Dehnungsgeschwindigkeit stetig zu vergrößern, bis eine Dehnung von 5 % erreicht ist. I diesem Moment ist die Bewegung der unteren Klemme zu stoppen und die Nass-Zugkraft in mN bis auf eine Dezimale zu bestimmen.The spun yarn bundle to be clamped is clamped with its end opposite the biasing mass piece in the tensile testing machine, then the lower clamping clamp is closed and the submerged vessel with the wetting agent solution is raised so that the liquid level reaches as far as possible to the upper clamping clamp without them however, to touch. The distance between the grips is at the strain rate indicated above to increase steadily until an elongation of 5% is reached. At this moment, stop the movement of the lower clamp and determine the wet pull force in mN down to one decimal.
Der Nassmodul M wird aus dem arithmetischen Mittelwert der Nass-Zugkraft F in Millinewton und der mittleren Feinheit T in tex der geprüften Spinnfasern berechnet und in Millinewton pro tex auf ganze Zahlen gerundet angegeben: M = F/(T · 0,05).The wet modulus M is calculated from the arithmetic mean of the wet tensile force F in millinewtons and the mean fineness T in tex of the tested staple fibers and expressed in millinewtons per tex rounded to integers: M = F / (T * 0.05).
Die Nassscheueranzahl wurde mit einem Fasemassscheuerprüfgerät FNP der Firma SMK Präzisionsmechanik Gera GmbH bestimmt. Die Nassscheueranzahl ist die Anzahl der Umdrehungen der Scheuerwelle bis zum Bruch der unter definierter Vorspannung im Nassscheuerprüfgerät eingespannt Faser. Das Vorspanngewicht beträt bei einem Titer zwischen 1,2 bis 1,8 dtex 70 mg Die Drehzahl der Scheuerwelle betrug 400 U/min, der Umschlingungswinkel 45°. Die Scheuerwelle ist mit einem Gewebeschlauch versehen.The wet scrubbing number was determined using a Fasemassscheuerprüfgerät FNP SMK Präzisionsmechanik Gera GmbH. The wet scrub number is the number of revolutions of the scrubbing shaft until the breakage of the fiber clamped under defined pretension in the wet scrub tester. The pretensioning weight is 70 mg at a titer between 1.2 and 1.8 dtex. The speed of the scouring shaft was 400 rpm, the wrap angle 45 °. The scouring shaft is provided with a fabric hose.
Aus den Versuchen gemäß Tabelle 1 ergibt sich eine überraschende Steigerung des Nassmoduls sowie der Nassscheueranzahl der nachverstreckten Fasern gegenüber den herkömmlichen, nicht nachverstreckten Fasern (Versuch 1). Bei spannungsfrei getrockneten Fadenbündeln, die anschließend wieder befeuchtet und unter Spannung getrocknet werden (Versuche 2, 3 und 9, 10) wird bei der Belastung mit 38 kg (entspricht 3,12 cN/tex) gegenüber der Belastung mit 19 kg (entspricht 1,6 cN/tex) eine Steigerung des Nassmoduls bei einem leichten Abfall der Nassscheuerzahl erreicht. Es lassen sich bei der starken Belastung höhere Nassmodule erreichen als bei den feucht unter Spannung getrockneten Fadenbündel der Versuche 5 bis 7 und 12 bis 14.The tests according to Table 1 show a surprising increase in the wet modulus and the wet scrubbing number of the post-stretched fibers compared with the conventional, non-postdrawn fibers (Experiment 1). In the case of tension-free dried bundles of fibers, which are then moistened again and dried under tension (
Die Höchstzugkraft, sowohl nass als auch trocken gemessen, ist gegenüber den nicht nachverstreckten Fasern nach Versuch 1 im Wesentlichen unverändert. Die verringerte Höchstzugkraftdehnung und die verringerte Schlingenhöchstzugkraft lassen in Verbindung mit dem Nassmodul und der Nassscheuerzahl darauf schließen, dass die nachverstreckten Fasern spröder und duktiler als die nicht nachverstreckten Fasern sind.The maximum tensile force, measured both wet and dry, is essentially unchanged from the non-post-stretched fibers of Experiment 1. The reduced maximum tensile force elongation and the reduced maximum loop tensile force, in conjunction with the wet modulus and wet scrub number, suggest that the post-stretched fibers are more brittle and ductile than the non-postdrawn fibers.
Folglich belegen die Versuche, dass durch das Nachverstrecken bzw. das Spannungstrocknen Fasern mit einer verbesserten Nassmodul und einer verbesserten Nassscheuerzahl erzeugt werden können.
Claims (17)
- A method for the production of Lyocell fibres from a spinning solution containing water, cellulose and tertiary amine oxide, wherein the following steps in the method are carried out:- extrusion of the spinning solution to spun threads (10),- stretching of the spun threads (10),- passage of the spun threads through a precipitation bath (16),
characterised by the following step in the method:- post-stretching and simultaneous heat treatment of the stretched spun threads (10) after passage through the precipitation bath (16). - The method according to Claim 1, characterised by the following step in the method:- coagulation of the cellulose of the spun threads (10) before stretching.
- The method according to Claim 1 or 2, characterised by the following steps in the method:- post-stretching with a tensile stress of at least 0.8 cN/tex.
- The method according to Claim 3, characterised by the following step in the method:- post-stretching with a tensile stress of at least 3.5 cN/tex.
- The method according to one of the aforementioned claims, characterised by the following step in the method:- treatment of the spun threads during heat treatment with hot inert gas.
- The method according to one of the aforementioned claims, characterised by the following step in the method:- treatment of the spun threads during heat treatment with steam.
- The method according to one of the aforementioned claims, characterised by the following step in the method:- passage of the spun threads (10) through an air gap (12) before the precipitation bath (16).
- The method according to Claim 7, characterised by the following step in the method:- blowing of the spun threads (10) in the air gap (12) with a flow of cooling gas (13).
- The method according to one of the aforementioned claims, characterised by the following step in the method:- conveyance of the spun threads free of tensile stress between the stretching and the post-stretching.
- The method according to one of the aforementioned claims, characterised by the following step in the method:- crimping of the post-stretched spun threads (10).
- The method according to one of the aforementioned claims, characterised by the following step in the method:- cutting of the post-stretched spun threads to form staple fibres.
- A device (1) for the manufacture of spun threads (10) from a spinning solution containing cellulose, water and a tertiary amine oxide, with a spinneret (9), through which the spinning solution can be extruded in operation to form spun threads (10), with a precipitation bath (16) with a precipitating agent to precipitate cellulose, through which the spinning threads (10) are passed in operation, with a first stretching means (13, 18, 19), through which the spun threads can be stretched in operation, and with a second stretching means (28, 29), through which the spun threads (10) stretched by the first stretching means (13, 18, 19) can be post-stretched in operation, and a heating device (27, 30) arranged in the region of the second stretching means (28, 29) and by which the spun threads (10) can be heated in operation during the post-stretching, characterised in that the spun threads (10) can be stretched by the first stretching means (13, 18, 19) in an air gap (12) before entering the precipitation bath (16).
- A lyocell fibre, in particular manufactured by the method according to one of the Claims 1 to 11, characterised by a wet modulus of at least 250 cN/tex and by a wet abrasion number per 25 fibres of at least 18.
- The lyocell fibre according to Claim 13, characterised by a wet modulus of at least 300 cN/tex.
- The lyocell fibre according to Claim 14, characterised by a wet modulus of at least 350 cN/tex.
- Cellulose fibres according to one of the Claims 13 to 15, characterised by a wet tensile force elongation of at the most 12%.
- Cellulose fibres according to one of the Claims 13 to 16, characterised by a wet abrasion number per 25 fibres of at the most 25.
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