NO149357B - Fremgangsmaate for fremstilling av fibre - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av fibre fra en oppløsning som inneholder en termoherdbar aldehydharpiks og en herdekatalysator, omfattende matning av oppløsningen til det indre av en spinnekopp roterende om en hovedsakelig vertikal akse, matning av kald, fuktig luftstrøm inn i koppen, hvorfra den slynges ut på grunn av koppens rotasjon som en utadrettet strøm, slik at harpiksoppløsningen spinnes fra koppen utover i form av fibre som bæres av den utadrettede luftstrøm og som tynnes ut av samme, tilføring til spinnesonen av en het, tørr luftstrøm for tørking av de uttynnede fibre under sammenføring med den utadrettede luftstrøm, og bortføring av de uttynnede fibre ved hjelp av den sammenblandede luftstrøm.

I BRD off.skrift nr. 28 10 535 (norsk patentsøknad 78 0837) beskrives en fremgangsmåte der harpiksblandingen som inneholder en passende herdekatalysator, blir sentrifugalspunnet fra en spinnekopp som roterer om en vesentlig vertikal akse. En ned-overrettet kald og fuktig luftstrøm føres inn i og rundt koppen for å forsinke fordampning av oppløsningsmidlet og herding av harpiksen, mens en tørr og varm luftstrøm blåses utover fra undersiden av koppen for å varme og således tørke fibrene spunnet fra koppen og å transportere dem til en oppsamlingssone.

Den nedoverrettede kalde luftstrøm hindrer fordampning

av blandingen og herdning av harpiksen i koppen og sørger også for kjølig og fuktig omgivelse rundt koppen, hvor fibrene spunnet fra denne tynnes ut før de treffer den.varme, tørre luft. Den nedoverrettede kalde og fuktige luftstrøm rundt koppens ut-side er således helt tydelig nødvendig.

Den utoverrettede luftstrøm som fører fibrene med seg,

kan imidlertid gi opphav til en turbulent strømhvirvel med kald, fuktig luft hvis den nedoverrettede strøm med kald, fuktig luft uteblir. Hvirvelen har en noe større diameter enn spinnekoppen og befinner seg i et plan like over spinneplanet, dvs. i det plan hvor fibrene spinnes fra koppen. Fibrene kan da fanges opp av hvirvlen og innfiltres og/eller slynges på undersiden av toppen av huset, hvori spinneoperasjonen utføres, fordi fibrene fremdeles bare delvis er tørre og derfor noe klebrige. Derfor har fibrene lett for å klistre seg sammen og vil ikke transporteres til samlesonen. Slike fibre kan også for hindre tilfredsstillende spinning av resten av harpiksen.

Tysk off.skrift 28 33 215 (norsk patentsøknad 78 2568) angår en fremgangsmåte for spinning av fibre fra en væske som tilføres en ringformet beholder som er i rotasjon og har en utadrettet øvre og/eller nedre flate for avrenning av væsken som skilles ut ved hjelp av sentrifugalkraften for dannelse av fibre. Luft tilføres ovenfra og strømmer ut radialt mellom tilstøtende spinneplater.

Sentrifugalspinning av fibre er også beskrevet i US patent 1 374 182, britisk patent 895 810, US patent 1 357 206, US patent 2 336 743 og andre.

Hensikten med denne oppfinnelse er å forbedre den innled-ningsvis omtalte fremgangsmåte (norsk patentsøknad 78 0837) slik at ulempene med hvirvelstrømmer og de dermed følgende vanskeligheter kan unngås. Dette kan ifølge oppfinnelsen oppnås ved at den utadrettede kalde, fuktige luftstrøm som inneholder fibrene bringes i berøring med og avbøyes nedover ved hjelp av en het, tørr luftstrøm som rettes nedover fra et sted over spinnekoppen på utsiden av spinnekoppen og innenfor en omhylling.

Denne hete, tørre luftstrøm kan avbøyes utover ved hjelp av en utadrettet hjelpestrøm av kald, fuktig luft over spinnekoppen. Denne hjelpestrøm kan også ha en nedadrettet komponent.

Før et eksempel på fremgangsmåten beskrives i detalj, følger først en del mer generelle betraktninger angående utfø-relsen av fremgangsmåten.

Harpiksoppløsningen som er tilsatt herdekatalysator, mates til spinnekoppen, Koppen roterer om en stort sett vertikal akse og er utført som en hul beholder med en eller flere spin-neflater. Koppen kan ha åpen ende og spinneflaten kan bestå

av endekanten av den åpne vegg. Alternativt kan koppveggen være forsynt med spinneåpninger. Størrelsen og antall spinne-hull vil være avhengig av koppens diameter og rotasjonshastig-het. For en kopp med 12 cm diameter og for rotasjon fra 5000 til 10 000 omdreininger pr. minutt er det hensiktsmessig med 24 hull med 3 mm lysvidde. Hullene er fortrinnsvis rektangulære og harpiksoppløsningens matningshastighet og koppens rota-sjonshastighet er innstilt slik at harpiksoppløsningen spinnes fra en del av spinnehullenes omkrets.

Spinneoppløsningen har en viskositet mellom 5 og 100 poise ved romtemperatur målt etter britisk standard 1733 med kopp B6. Viskositeten kan innstilles ved fortykning eller fortynning av oppløsningen.

For å hindre for tidlig herdning av harpiksen og fordampning av oppløsningsmidlet tilføres kald, fuktig luft til koppens indre og luften transporteres derfra som følge av koppens rotasjon sammen med harpiksoppløsningen. Nor-malt benyttes luften fra omgivelsene rundt spinneapparatet og omgivende luft med temperatur under 30°C og relativ fuktighet over 50,% er passende. Temperaturen og fuktigheten av den kalde, fuktige luft modifiseres etter behov for å sikre tilfredsstillende spinning, men stort sett skal temperaturen være under 40°C og luftens relative fuktighet skal væ-re over 40%. Man vil forstå at hvis temperaturen nedsettes, behøver den relative fuktighet ikke å være så høy for å forhindre uttørking av de spunne fibre.

Fibrene trenger inn i den kalde luftstrøm ettersom

de spinnes fra spinnekoppen. Når fibrene rives med av den kalde luftstrøm, vil de tynnes ut tildels ved treghetskraf-ten og tildels ved påvirkning fra den kalde, fuktige luft-strøm. Fibrene trekkes ut til en midlere diameter i stør-relsesordenen fra 1 til 50 ym. For å tillate en slik uttynning er det nødvendig at fibrene forblir i den kalde, fuktige luftstrøm en passende strekning fra spinnekoppen. Fibrene skal være i luftstrømmen til de har nådd en av-stand som fra koppaksen som er lik spinnekoppens diameter.

I hvilken utstrekning fibrene vil tynnes ut er avhengig av flere faktorer, bl.a. hvor lenge de holdes i den kalde, fuktige luftstrøm. Den hete, tørre luftstrøm vil til slutt blande seg med den kalde, fuktige luftstrøm og tørke fibrene og derved forhindre ytterligere uttynning.

Uttynningsgraden vil derfor være avhengig av luftstrømmenes relative hastighet, plassering, temperatur og fuktighet.

Under spinning avbøyes den kalde, fuktige luft-strøm som strømmer ut fra spinnekoppen nedover, og avbøyes nedover slik at hvirvelstrømmen mellom den hete, tørre luftstrøm og den kalde fuktige luftstrøm elimineres i en slik grad at fibrene som bæres i den kalde, fuktige luftstrøm ikke fanges opp av en slik hvirvel. Den kalde, fuktige luftstrøm avbøyes nedover ved hjelp av en nedad-rettet, het luftstrøm. Økning av strømningshastigheten av den hete, tørre luftstrøm vil nedsette eller fullstendig eliminere hvirvlen, men vil samtidig nedsette uttynningsgraden av fibrene. Enkle forsøk og kontroll gjennom et in-speksjonsvindu i spinneapparatets hus og om nødvendig belysning vil vise om fibrene fanges opp av noen hvirv-ler samtidig som undersøkelsen av produktet vil vise om den nødvendige eller forønskede uttynning er opp-nådd. Hvis imidlertid konstruksjonen er slik at den nedadrettete,hete luftstrøm vil blandes med den utadrettede, kalde luftstrøm for tidlig, dvs. før fibrene er tilstrekkelig strukket eller uttynnet, kan den he-te luftstrøm avbøyes utover ved hjelp av en hjelpe-strøm med kald, fuktig luft over spinnekoppen. Hjelpestrømmen vil ha en nedadrettet komponent som fremtvinger den nedadrettede avbøyningsbevegelse av den kalde, fuktige luftstrøm som inneholder fibrene. Prosessen settes hensiktsmessig opp ved fastsetting

av temperaturen, fuktigheten og strømningshastigheten for den kalde, fuktige luft, matningshastigheten for

harpiks og rotasjonshastigheten for koppen, hvoretter strømnings-hastigheten og temperaturen for den hete, tørre luft innstilles slik at hvirveldannelse elimineres og fibrene gis anledning til uttynning i den forønskede grad.

Temperaturen og strømningshastigheten for den hete og tørre luft må være tilstrekkelig til tørking av de uttynnede fibre og for ikke å gjøre dem klebrige. Den hete, tørre lufts temperatur ligger fortrinnsvis i området 80 til 270°C, fortrinnsvis 100 til 220°C. Den relative fuktighet i den hete luft er fortrinnsvis under 50%. Hensiktsmessig er den hete, tørre luft simpelthen omgivelsesluften oppvarmet til den forønskede temperatur uten tørking.

I noen tilfelle har det vist seg at en hvirvel dannes under spinnekoppen. Selv om det ikke er nødvendig å eliminere en slik hvirvel, kan det i noen tilfelle være ønskelig å få den fjernet. Dette kan gjøres ved anordning av en utadrettet luft-strøm under koppen og/eller ved anordning av et hensiktsmessig utformet hus under spinnekoppen for å sikre strømlinjeføring av luften over samme.

Den hete, tørre luftstrøm tjener til å tørke fibrene og å transportere dem til samlesonen. Denne luft kan også tjene til i det minste delvis herdning av harpiksen. Ytterligere herdning av harpiksfibrene kan om ønskes oppnås ved opphetning, f. eks. i en ovn, til 80 til 250°C, fortrinnsvis 100 til 200°C, i en passende tidsperiode. Beskaffenheten og mengden av kataly-satoren sammen med varmebehandlingsbetingelsene under og etter spinning vil bestemme herdningsgraden for enhver gitt harpiks.

I noen anvendelser kan det være ønskelig med bare delvis herdning av harpiksen. Herdningsgraden kan lett bestemmes ved å bestemme antall fibre oppløst i vann under bestemte forhold. En passende fremgangsmåte er som følger: En prøve (omtrent 5g) med tørre fibre veies nøyaktig og lø-ses deretter med 200 ml vann i to timer ved 50°C. Uoppløste fibre som ble igjen, gjenvisse ved filtrering og tørkes ved 100°C i to timer i luft og veies deretter påny. Herdningsgraden i % er bestemt ved

Vekt av gjenvunne fibre x 100

opprinnelig vekt av fibre x

Bruken av visse delvis herdede harpiksfibre i papirfrem-stilling er beskrevet i europeisk patentsøknad 80 300016.

Fibre som fremstilles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig anvendelige i papirindustrien enten som eneste fi-berbestanddel eller som tilsetning til cellulosefibre, f.eks. vanlig mekanisk eller kjemisk masse, eller andre syntetiske fi-bermaterialer, f.eks. polyolefinfibre.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempler og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom en anordning ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser et vertikalsnitt gjennom en annen utførelse av oppfinnelsen.

Spinneanordningen på fig. 1 har et ytre hus 1 og på toppen

2 av huset er det anordnet en motor 3 som driver en aksel 4 som bærer en spinnekopp 5. Koppen 5 har en vertikal omkretsvegg 6 med et antall rektangulære spinneåpninger 7. Harpiksoppløsnin-gen tilsatt en oppløsning av en herdekatalysator og om så ønskes et oppløselig termoplastpolymer mates til koppen 5 gjennom et matningsrør 8. Kald og fuktig luft mates til koppen gjennom et luftmatningsrør 9. Koppen roterer med turtall 5000 - 10000 omdreininger pr. minutt og harpiksoppløsningen spinnes da ut fra åpningenes 7 nedre kant i form av fibre 10 som bæres i en utadrettet strøm 11 av kald, fuktig luft som pumpes fra et forråd 9 og videre gjennom åpningene 7 som følge av koppens 5 rotasjon. Mellom koppens topp og huset 1 finnes en skjerm 12 som omgir drivakselen 4 og matningsrørene 8,9. Et smalt gap 13, f.eks.

på 1 mm, er igjen mellom skjermens 12 underkant og koppens 5 topp. Koppens rotasjon tvinger også en utadrettet strøm 14 med kald, fuktig luft til å strømme ut av gapet 13. Het,tørr luft pumpes til et fordelingskammer 15 på toppen 2 av huset 1 og strømmer derfra som en nedadrettet strøm 16 gjennom en ringformet åpning 17. Denne strøm 16 av het, tørr luft avbøyes utover av den kalde, fuktige luftstrøm 14 fra gapet 13 og støter mot den kalde, fuktige luftstrøm 11 som strømmer fra koppens åpning 7 og avbøyer strømmen 11 nedover og eliminerer derved dannelsen av en torusformet hvirvel 18 (antydet med streklinjer) som ellers ville danne seg hvis ikke den nedadrettede strøm 16 av luft var til stede. Skjermen 12 kan om ønsket være forsynt med skovler (ikke vist) for avbøyning av den hete, tørre luftstrøm utover

og derved økning av den radiale avbøyning frembragt ved strømmen 14 .

Mens fibrene 10 oppholder seg i den kalde, fuktige luft-strøm 11, forsinkes tørkingen slik at fibrene tynnes ut tildels ved den kalde, fuktige luftstrøms 11 virkning.

Den hete, tørre luftstrøm 16 blander seg til slutt med den kalde, fuktige luftstrøm 11 og tørker fibrene 10 og overfører dem til en ikke vist transportør ved bunnen av spinneanordningen.

Under koppen 5 finnes et hus 19 som tjener til strømlinjeak-tig føring av luftstrømmen. En åpning 20 er anordnet i huset 19 under koppen 5. Den roterende kopp 5 virker som en luftpum-pe og suger luft inn gjennom åpningen 20 og slynger den radialt ut som en strøm 21. Denne luftstrøm forhindrer dannelse av en hvirvel under spinnekoppen 5.

Ifølge fig. 2 omfatter spinnekoppen 22 en hul beholder opp-delt i øvre og nedre del ved hjelp av en integralplate 23 med et antall åpninger 24. Koppen drives fra en aksel 25. Et mat-ningsrør 26 for harpiks strekker seg gjennom koppens 22 øvre åpne endeparti og tilfører harpiksen til platen 23, hvor harpiksen går gjennom åpningene 24 og havner ved innerveggen 27 av koppens 22 nedre parti. Harpiksen renner langs veggen 27 og spinnes som fibre 28 idet den av sentrifugalkraften slynges ut over veggens 27 nedre kant.

Koppen 2 2 er anordnet roterbart i et ikke vist hus som har en stasjonær skjerm 29 som omgir drivakselen 25 og harpiksmat-ningsrøret 26. Kald,fuktig luft pumpes nedover langs skjermens 29 indre. Noe av den kalde, fuktige luft strømmer gjennom åpningene 24 ned i koppens 22 øvre parti og deretter ut av koppens bunn som en utadretted luftstrøm 30 som inneholder fibrene 28.

En avbøyningsring 31 er festet under platen 23 og roterer sammen med denne og begrenser den kalde, fuktige luftstrøm og leder denne utover, slik at den opptar fibrene 28.

Resten av den kalde, fuktige luft strømmer utover som en strøm 32 mellom skjermens 29 bunnflate 33 og koppens 22 toppfla-te 34. Disse avfasede flater 33,34 bibringer luftstrømmen 32

en nedadrettet komponent når strømmen passerer mellom dem.

Utenfor koppen 22 men innenfor huset er det tilveiebragt

en nedadrettet strøm 35 med het, tørr luft. Denne strøm 35 av-bøyes utover av luftstrømmen 32, slik at den ikke møter den

kalde luftstrøm 30 som strømmer ut av koppens 22 bunn og som bærer fibrene 28 til fibrene er blitt tynnet ut i forønsket utstrekning. Da den kalde luftstrøm 32 har en nedadrettet og en utadrettet komponent, tjener den også til avbøyning nedover av den kalde luftstrøm 30 som strømmer ut av koppens 22 bunn slik at faren for hvirveldannelse unngås.

Som ved den første utførelse er også her et hus 36 anordnet for utjevning av luftstrømmene under koppen 22. Dette hus 36 har en åpning 37 og luft suges inn gjennom åpningen ved den roterende kopps 22 pumpevirkning og sendes utover som luft-strøm 38 .

Fremgangsmåten skal forklares ytterligere ved hjelp av et eksempel.

En vandig oppløsning av urea/formaldehydharpiks med forhol-det mellom urea:formaldehyd 1:2 og fast bestanddelgehalt på

65 vekt% ble blandet med 16 ml pr. 100 g av harpiksoppløsningen av en vandig oppløsning som inneholdt 2,5 vekt% polyetylenoksyd med gjennomsnittlig molekylvekt 600 000 og 0,44 vekt% ammonium-sulfat som herdekatalysator. Oppløsningen som hadde en viskositet på omtrent 20 poise ved romtemperatur, ble spunnet til fibre i apparater av den art som vist på fig. 1, men uten huset 19. Oppløsningen ble matet ved 20°C med 80 ml/min. (ca. 75g harpiks pr. minutt) til spinnekoppen som hadde en diameter på 12 cm og 24 rektangulære åpninger med 3 mm bredde og 5 mm høyde i omkretsveggen. Turtallet var 70 00 omdreininger pr. minutt.

Luft ved 30°C og 70% relativ fuktighet ble matet til koppen med en hastighet på ca. 63 m"Vtime. Tørr luft ved 170°C (fremstilt ved opphetning av omgivende luft til 170°C uten tør-king) ble matet til fordelingskammeret ved 185 m 3/time og strøm-met derfra gjennom et ringformet gap med ytre diameter j 20 cm og bredde 4 cm inn i spredningskammeret som hadde en diameter på 1,2 m. Den resulterende strøm av het, tørr luft avbøyde den kalde, fuktige luftstrøm som strømmet ut fra spinnekopp^ens åpninger og fra gapet mellom skjermen og koppens topp nedover og bar fibrene til samlesonen samtidig som den tørket dem. De frem-stilte fibre hadde en gjennomsnittsdiameter på ca. 8um.

Prosessen ble gjentatt under varierende spinnebetingelser som det fremgår av den følgende tabell.

I forsøk 3 har det vist seg at den hete luftstrømnings mengde var utilstrekkelig for å hindre at fibrene fløy mot behol-derens topp. I forsøk 6 var gjennomstrømningsmengden for het luft for stor og tillot ikke fibrene å forbli tilstrekkelig lenge i den kalde, fuktige luftstrøm.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av fibre fra en oppløsning som inneholder en termoherdbar aldehydharpiks og en^ herdekatalysator, omfattende matning av oppløsningen til det indre av en spinnekopp roterende om en hovedsakelig vertikal akse, matning av kald, fuktig luftstrøm inn i koppen, hvorfra den slynges ut på grunn av koppens rotasjon som en utadrettet strøm, slik at harpiksoppløsningen spinnes fra koppen utover i form av fibre som bæres av den utadrettede luftstrøm og som tynnes ut av samme, tilføring til spinnesonen av en het, tørr luft-strøm for tørking av de uttynnede fibre under sammenføring med den utadrettede luftstrøm, og bortføring av de uttynnede fibre ved hjelp av den sammenblandede luftstrøm, karakterisert ved at den utadrettede kalde, fuktige luftstrøm (11, 30) som inneholder fibrene (10,28) bringes i berøring med og avbøyes nedover ved hjelp av en het, tørr luftstrøm (16,35) som rettes nedover fra et sted over spinnekoppen (5,22) på utsiden av spinnekoppen og innenfor en omhylling (1).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den hete, tørre luftstrøm (16,35) avbøyes utover av en utadrettet hjelpestrøm (14,32) av kald, fuktig luft over spinnekoppen (5,22) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at hjelpestrømmen (32) også har en nedadrettet komponent.