PL106096B1 - Sposob wytwarzania wlokien syntetycznych i urzadzenie do wytwarzania wlokien syntetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wlókien -syntetycznych ze stopionej masy polimeru, zwlaszcza -o numerze 2dtex, w którym wiazki strumieni pólfabrykatu chlodzi sie po ich przejsciu przez powietrze za pomoca plynu organicznego lub nieorganicznego.

Przedmiotem wynalazku jest takie urzadzenie do wytwa¬ rzania wlókien syntetycznych, posiadajace zespól przygoto¬ wujacy i doprowadzajacy stopiony polimer, filiere, zespól chlodzacy oraz nawijajacy.

Znane sa sposoby wytwarzania wlókna ze stopionej masy polimeru, w którym polimery sa topione w urzadze¬ niach do przygotowywania i doprowadzania stopionej masy polimeru i za pomoca precyzyjnych pomp zebatych tloczone w dozowanych ilosciach przez filiery. Chlodzenie wytlaczanych wlókien jest realizowane chlodzonym po¬ wietrzem, nawiewanym, w kierunku" poprzecznym do wló- kien w glebokich na kilka metrów kasetach, z których wlókna sa odprowadzane do filiery za pomoca urzadzenia -wyciagowego.

Wada znanych urzadzen jest to, ze wysokie budynki i nie¬ zbedna klimatyzacja wymagaja powaznych nakladów inwestycyjnych. Przy chlodzeniu powietrzem ilosc wlókien tloczonych przez filiere jest niekorzystnie ograniczona szybkoscia powietrza, poniewaz ilosc odprowadzanego i szybkosci powietrza chlodzacego. Dalsza wada jest te, ze wló&na musza byc chlodzone w krótkim czasie, tj. doprowa¬ dzane z temperatury stanu cieklego do temperatury ponizej punktu topnienia danych polimerów dla zmniejszenia do minimum ilosci sklejonych wlókien. ^ Otrzymane nierozciagniete lub surowe wlókna zostaje zebrane w dolnej czesci przedzarki jako nawiniete na cewki lub ulozone w garze. Wlókna te sa rozciagane 3—8 krotnie w stosunku do ich pierwotnej dlugosci, w zaleznosci od ich ostatecznego zastosowania, dla osiagniecia odpowiednich wlasnosci wytrzymalosciowych.

Dla zwiekszania efektywnosci laczy sie pojedyncze procesy; przez polaczenie rozciagu i procesu nadawania puszystosci za pomoca rozciagu, wzglednie przez polaczenie przedzenia i rozciagu,lub procesnawijania zrozciagiem.

Do wytwarzania przedzy z wlókien ciaglych sa niezbedne bardzo drogie i wymagajace starannej konserwacji urzadze¬ nianawijajaco-rozciagajace.

Urzadzenie takie jest znane z austriackiego opisu paten¬ towego nr 293 597. Szybkosc przesuwu wlókien w stanie nierozciagnietym w tym urzadzeniu wynosi max. 1000 m/ min., a w stanie rozciagnietym co najwyzej 4000 m/min.

Poniewaz szybkosci przedzenia w znanym dwustopniowym procesie moga osiagnac nawet 1500 m/min, szybkosc nierozciagnietych wlókien moze byc podwyzszona tak, azeby szybkosc nawijania, proporcjonalna do rozciagu, mogla byc podwyzszona az do wartosci okolo 6000 m/min.

Wielkosci tej jeszcze nie zdolano osiagnac.

Przy stosowaniu wlókien chemicznych dokonuje sie rozciagu grubego kabla, a szybkosc tozciaganych wlókien nie przekracza ogólnie wielkosci 150 m/min.

W celu polaczenia procesu przedzenia i rozciagu powi¬ nien byc zmieniony sposób przedzenia, poniewaz szybkosc rozciagarek nie moze zostac znacznie podwyzszona.Calko¬ wity titr otrzymanego kabla i szybkosc nierozciagnietych 106 096 \106 096 3 wlókien odpowiadaja wymaganiom rozciagarek. Teprocesy przebiegaja zgodnie z przyjetym stosunkiem rozciagów z- maksymalna predkoscia przedzenia 30—40 m/min, co wymaga, z powodu stosunkowo malej szybkosci, równole¬ glego przedzenialicznychwlókienelementarnychdla umozli¬ wienia ekonomicznej produkcji wlókien chemicznych.

W znanych skróconych lub zintegrowanych sposobach przedzenia stosuje sie do chlodzenia wlókien powietrze, co jest niekorzystne, poniewaz w przypadku duzej ilosci wlókien elementarnychpowietrze nie odprowadza odpowied¬ nio szybko ciepla tak, ze mozliwa szybkosc przedzenia —40 m/nim nie jest osiagalna i musi byc stosowana szybkosc 7-MO m/min. W przeciwnym przypadku znacznie wzrasta ilosc sklejonych wlókien. Równiez na skutek zlego przekazywania ciepla sposoby te praktycznie nie nadaja sie do produkcji wlókien elementarnych o titrze niniejszym od 40—70 dtex (1 dtex przedstawia ciezar, wyrazony w gramach, wlókna o dlugosci 10 km).

Znane jest z brytyjskiego opisu patentowego nr 1 297 289 urzadzenie zawierajace wal chlodzacy, który odbiera wlók¬ nom cieplo wchodzac z nimi w kontakt. Urzadzenie to nie moze byc stosowane w przypadku wiekszej ilosci, np. wieluset wlókien elementarnych.

Znane sa z opisu patentowego NRD nr 102732 i szwajcar¬ skiego nr 511 293 urzadzenia do produkcji drutów z two¬ rzyw sztucznych wzglednie sznurów, w których zastosowa¬ no kapiel wodna. Minimalna grubosc w ten sposób utwo¬ rzonych drutów wynosi 0,008 mm, co odpowiada numeracji wlókien elementarnych okolo 100—120 dtex, zaleznie od grubosci polimeru, przekraczajac znacznie zakres numeracji uzywanych do celów przemyslu wlókienniczego 1—17 dtex, wzglednie zakres numeracji grubych, stosowanych do pe¬ wnych specjalnych celów 20—80 dtex.

Znany jest z brytyjskiego opisu patentowego nr 1 271 435 sposób, w którym reguluje sie wielkosc napiecia powierz¬ chniowego. Sposób ten umozliwia osiagniecie wlókien o numeracji rzedu kilkudziesieciu dtex.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu i urzadzenia, za pomoca którego moglyby byc produkowane z duza wydajnoscia wlókna syntetyczne o niskiej numeracji, odpowiedniej dla potrzeb wlókiennictwa. v Pierwsza próba rozwiazania tego zadania byla nieudana z powodu zbyt bliskiego rozmieszczenia otworów w filierze.

Znajdujace sie jeszcze w stanie stopionym wlókna zanurzaja sie w wodzie, zbieraja sie w male grupy i sklejaja sie ze soba, a sam kabel sklada sie z licznych w ten sposób sklejo¬ nych wlókien. Te sklejone wlókna ani razu nie ulegly rozdzieleniusiepodczasrozciagu.

W zwiazku z tym do wody dodano substanqe aktywne powierzchniowo oraz podwyzszono temperature wody celem zmniejszenia napiecia powierzchniowego. Osiagnieto mala poprawe;, ale sklejania sie wlókien nie udalo sie w ten sposób usunac.

Dobre wyniki osiagnieto,gdy powierzchnie kapieli wodnej przyblizono do filiery. Wlókna elementarne oddzielily sie, weszly do kapieli pojedynczo i wzajemnie równolegle, a w produkcie.finalnym nie znaleziono wcale sklejonych ze soba wlókien. Ten sposób chlodzenia zdal egzamin nawet w przypadku wlókien elementarnych o numeracji 2 dtex, pomimo, ze zostala zastosowana filiera o duzej ilosci otworów.

Cel wynalazku zostal osiagniety dzieki temu, ze reguluje sie odleglosc przejscia wiazek przez powietrze i ustawia sie ja na maksymalna wartosc równa 50x+50 mm, gdzie x oznacza podana w mm odleglosc nominalna miedzy otwo- 4 ramifiliery, przy czym zmniejsza sie napiecie powierzchnio¬ we miedzy plynem cnlodzacym a wiazka strumieni sto¬ pionego polimeru.

Sposób wedlug wynalazku moze równiez polegac na. tym, ze dzieli sie wiazke strumieni stopionego polimeru*. po wyjsciu zfiliery, na dwie czesci, po czym czesci te chlodzi sie pojedynczo w plynach chlodzacych o temperaturach. rózniacych sie od siebie co najmniej o 50 °C.

Sposób wedlug wynalazku jest korzystny w produkcji cienkich wlókien, a chlodzenie plynem zapewnia dobre: przekazywanie ciepla. Ustawienie odleglosci miedzy filiera a plynem chlodzacym powoduje, zenapiecie powierzchniowe- nie sciaga stopionych wlókien do siebie. Kapiel o malej lepkosci utrzymuje bowiem stopione wlókna o duzej lep- kosci w pewnej odleglosci od siebie i chroni je jak otoczka, przed wzajemnym sklejaniem sie.

Plyn chlodzacy ma znacznie wieksza pojemnosc cieplna* a tym samym bardziej regularna temperature, anizeli dotychczas uzywane do chlodzenia gazy przeplywowe.

Zapewnia to równomiernosc struktury wlókna i homoge¬ niczne wlasciwosci wlókien. Znaczenie tego jest zauwazalne^ w produkcji wlókna ciaglego gdzie rozproszenie wartosci ksztaltowalo sie dla kazdej wlasciwosci wlókna bardzo- korzystnie. Szybkie chlodzenie wplywa korzystnie na struk- ture wlókna, a przez zmiane temperatury, kapieli moga byc Ustawione takie wlasciwosci wlókien, które najbardziej odpowiadaja celom ich zastosowania.

Sposób polegajacy na dzieleniu wiazki wlókien i ich. pojedynczym chlodzeniu jest korzystny dla wytwarzania specjalnych typów wlókien, zwlaszcza wlókien chemicznych*. przykladowo przedzy wysokopuszystej.

W urzadzeniu wedlug wynalazku pojemnik plynu chlo¬ dzacego usytuowany pod filiera ma regulator poziomu: plynu, jest usytuowany na urzadzeniu podnosnikowym i jest wyposazony w mechanizm lamania fal. Pojemnik plynu chlodzacego moze bycpodzielony na dwie niezalezne od siebie czesci.

Urzadzenie wedlug wynalazku jest ekonomiczne i powo¬ duje znaczne oszczednosci ze wzgledu na mniejsze wyposa- 40 zenie miejsca pracy i pominiecie kosztownych urzadzen, klimatyzacyjnych. Lacznie ze znanym, zwiazanym z roz¬ ciaganiem procesem przedzenia moze byc w nim skokowo- zwiekszona wydajnosc, poniewaz uzywana przy chlodzeniu* w wypadku filier o duzej ilosci otworów szybkosc rozciagu 45 7—10 m/min, moze byc zwiekszona do wielkosci 30—40 m/ min. Szybkosc ta jest ograniczona tylko przez szybkosc uzywanych rozciagarek kabla.

Chlodzenie plynem moze byc stosowane nawet przy prostych urzadzeniach az do szybkosci okolo 100 m/min. 5t Wydajnosc ta stanowi dziesieciokrotna wydajnosc procesu chlodzenia powietrzem. Po zmniejszeniu odleglosci miedzy filieraa kapiela o kilka milimetrów ruch falowyspowodowany ruchem kabla powodowal zaklócenia. Jesli bowiem am¬ plituda fal miedzy ciecza a filiera jest dosc duza, ruch fal; 55 przeszkadza ksztaltowaniu sie równomiernosci wlókien.

Dlatego tez zlikwidowano powstawanie fal i' zastosowano* napieciowe lustro cieczy._ Do likwidacji fal moze byc uzyte kazde znane rozwiaza¬ nie, wazne jest tylko, azeby powstale fale mogly przebiec— 60 tylko raz powierzchnie kapieli i azeby nie wystapilo zadne odbicie czy tez interferencja.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie: wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia. urzadzenie do wytwarzania wlókien syntetycznych w wido- 65 ku z boku, fig. 2 — wykres empirycznej funkcji nominalne)106 096 odleglosci miedzy otworami filiery i odleglosci filiery od powierzchni plynu chlodzacego.

Filiera 2 jest zamocowana w niepokazanym na rysunku urzadzeniu do przygotowania i doprowadzania stopionej masy polimeru w glowicy 1 przedzacej i podlaczonej w szereg z wytlaczarka i precyzyjna pompa zebata. Pod filiera 2 jest usytuowany pojemnik 3 plynu chlodzacego.

Wychodzace z filiery wlókna 4 sa prowadzone za pomoca walków kierujacych 5 przez plyn chlodzacy do urzadzenia wyciagowego. Kierunek ruchu wlókien 4 jest oznaczony strzalka.

Pojemnik 3 plynu chlodzacego jest wyposazony w kanalik zbiorczy 7 tak, ze jego górna krawedz stanowi krawedz przelewowa co powoduje, ze powierzchnia plynu chlodza¬ cego jest wolna od fal. Zadanie to moze byc rozwiazane przez stosowanie jakiegokolwiek znanego urzadzenia lamia¬ cego fale. Przewód wejsciowy 8, przewód wyjsciowy 9 i kanalik zbiorczy 7 plynu chlodzacego stanowia jeden system obiegowy wyposazony w pompe 10. Pojemnik 3 plynu chlodzacego jest usytuowany na urzadzeniu podnosni¬ kowym 11, za pomoca którego jest ustawiona odleglosc miedzy filiera 2 a kapiela.

W innym przykladzie wykonania urzadzenia pojemnik 3 plynu chlodzacego jest umocowany nieruchomo, a odleglosc y jest regulowana za pomoca regulatora poziomu dowolnej konstrukcji, zamontowanego na pojemniku 3 plynu.

Pojemnik 3 plynu chlodzacego moze byc podzielony na dwie niezalezne od siebie czesci. Wówczas czesci zbiornika 3 napelnione sa plynami chlodzacymi o temperaturach rózniacych sie od siebie co najmniej o 50°C. Wychodzaca z filiery wiazke strumieni stopionego polimeru dzieli sie na dwie czesci i czesci te chlodzi sie osobno w dwu plynach chlodzacych o róznej temperaturze.

Na fig. 2 jest przedstawiona opracowana na podstawie badan empiryczna funkcja odleglosci y — filiery od po¬ wierzchni kapieli i nominalnej odleglosci x miedzy otworami w filierze 2. Odleglosc nominalna x otworów stanowi wy¬ miar wedlug- rysunku warsztatowego odleglosc miedzy osiami geometrycznymi pojedynczych otworów. Pole punktów pracy procesu jest oznaczone na wykresie polem pionowo zakreskbwanym.

Sposób wedlug wynalazku jest objasniony za pomoca nastepujacychprzykladów: Przyklad I. Za pomoca wytlaczarki o srednicy spirali 45 mm i precyzyjnej pompy zebatej o wydajnosci cm2/obr uzytych jako urzadzenie przygotowujace i do¬ prowadzajace stopiona mase polimeru zostal wyproduko¬ wany stop polipropylenu i doprowadzony do filiery o 500 otworach, w której: — odleglosc nominalna otworów x = 3 mm, a odleglosc miedzy filiera a powierzchnia kapieli y = 20—30 mm. Wydobywajacy sie z filiery stop zostal skierowany do kapieli wodnej.

Jako aktywny powierzchniowo osrodek obróbczy, kapiel zawiera 0,5 % sulfonianu alkoholu tluszczowego, tempera¬ tura jej wynosi 40—45°C, ilosc obrotów pompy wynosi —25 obr/min, szybkosc urzadzenia wyciagowego wynosi —100 m/min. Wlókna zostaly nastepnie w zupelnie osobnym procesie rozciagniete w stosunku 1:4 — 1:7.

Charakterystykamechaniczna tych wlókien byla nastepujaca: 30 80 titr (dtex) , 3 ! wytrzymaloscna rozerwanie p/dtex) 6,12 6,02 5,68 6,18 5,42 wydluzenie rozryw (%) 38,3 48,2 64,3 44,2 68,3 wlókna sklejone (szt/100g) 0 0 0 0 Q Przyklad II. Urzadzenie odpowiadalo urzadzeniu opisanemu w przykladzie I z uzupelnieniem, ze po przejsciu przez urzadzenie wyciagowe wlókna zostaly wprowadzone do mechanizmu -rozciagowego, za pomoca którego kabel byl poddawany ciaglemu rozciaganiu. Biorac pod uwage parametry podane w przykladzie I osiagnieto dla polipro¬ pylenu, przy stosunku rozciagów 1:6 nastepujace charakte- io rystyki wlókien: titr (dtex) 3 5 15 30 80 wytrzym,. na rozerw. (p/dtex) 6,2 6,05 6,12 6,17 5,82 wydluz, rozryw. (%) v 36,3 46,1 51,5 44,3 60,1 wlókna sklejone (szt/100g) 0 0 0 0 0 Przyklad III. Urzadzenie i parametry jego pracy odpowiadaly opisanym w przykladzie I. Wlókna produko¬ wane z suszonego granulatu poliamidu 6 zostaly poddane rozciagowi w osobnym procesie. Dane wlókien byly naste¬ pujace: titr (dtex) 3 5 15 30 80 wytrzym. na rozerw. (p/dtex) 6,7 6,84 6,42 6,03 6,08 wydluz, rozryw. (%) 46,0 42,7 49,3 54,0 54,5 wlókna sklejone (szt/lQ0g 0 0 0 0*0 Przyklad IV. Urzadzenie bylo takie samo jak w przy¬ kladzie 1, z ta róznica, ze ilosc otworów filiery wynosila w tym przypadku 160: — znamionowa odlaglosc otworów filiery x = 2 mm — odleglosc miedzy filiera a powierzchnia kapieli y = 10mm. ^ Surowcem byl granulat polipropylenu. Parametry pro- dukcji wlókna byly nastepujace: ilosc obrotów pompy ^-20 obr/min, szybkosc obwodowa urzadzenia wyciago¬ wego 30-^-80 m/min. Pojemnik plynu chlodzacego byl wy¬ posazony w mechanizm do likwidowania fal. Wyniki badan rozciagnietych wlókien byly nastepujace: 40 titr (dtex) 50 80 100 .150 wytrzym. na rozerw. (p/dtex) 6,6 6,85 6,86 6,62 wydluz, rozryw. (%) 62,5 60,8 62£ 65,6 45 wlókna sklejone (szt/100g) 0 0 0 0 Przyklad V. Urzadzenie bylo identyczne z podanym w przykladzie 1, z ta.róznica, ze ilosc otworów filiery wyno¬ sila 160 i zostaly uzyte niezaleznie od siebie dwie filiery> 50 wktórych: — odleglosc znamionowa otworów filiery wynosila x = = 2 mm — odleglosc miedzy filiera a powierzchnia kapieli wynosila y = 100 mm. 55 Otrzymane kable wlókien zostaly rozciagniete za pomoca drugiego w szereg polaczonego mechanizmu galetowega i pojedynczo nawiniete. Charakterystyki wlókien byly nastepujace: titr(dtex) 7700 3 200 60 wytrzym. na rozerwanie 5,65 5,81 wydluzenierozryw. 60,5 59,8 Przyklad VI. Uzyte urzadzenie odpowiadalo urza¬ dzeniu z przykladu 1. Czynnikiem chlodzacym byl cztero¬ chlorek wegla, w którym zostal rozpuszczony jako regula- 65 tor polimeryzacji nadtlenek benzoilu. Kabel wlókien zostal106 096 7 przeciagniety przez wodna kapiel zawierajaca 5% kwasu metakrylowego, nastepnie przez wodna kapiel, modyfiko¬ wany i w ten sposób otrzymano dobrze barwiace sie wlókna polipropylenowe z barwnikiem podstawowym.

Przyklad VII. Uzyto urzadzenie,V którym wytla¬ czarka zostala wyposazona w dwie pompy zebate o wydaj¬ nosci 6 cni3/obr i w dwie filiery o ponad 160 otworach Pod filierami zostaly umieszczone zbiorniki plynu chlodza¬ cego. W jednym zbiorniku temperatura plynu chlodzacego zostala ustawiona na 35 °C, w drugim na 95°C. Obydwa wykonane z polimeru poliamidu kable wlókien zostaly razem rozciagniete w stosunku 1:5. Róznica w skurczu obydwu rodzajów wlókien wynosila przy 100 °C przy po¬ miarze w wodzie 12,3%. Wykonane z tych materialów przy zmieszaniu procentowym 50:50 wlókna posiadaly po obróbce para dobry chwyt, dobrewypelnienie i byly wysoko- puszyste.

Claims (8)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wlókien syntetycznych ze stopio¬ nej masy polimerów, zwlaszcza o numerze 2dtex, w którym wychodzace z filiery wiazki strumieni pólfabrykatu chlodzi siepo ich przejsciu przez powietrze za pomoca plynu organicz¬ nego lub nieorganicznego, po czym wlókna rozciaga sie, znamienny tym, ze reguluje sie odleglosc (y) przejscia wiazek przez powietrze i ustawia sie ja na maksymalna wartosc y = 50 x + 50 mm gdzie (x) oznacza podana w mm odleglosc nominalna miedzy otworami filiery, przy 8 czym zmniejsza sie napiecie powierzchniowe miedzy ply¬ nem chlodzacym a wiazka strumieni stopionego polimeru.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pod¬ grzewa sie plyn chlodzacy dla zmniejszenia napiecia po- i wierzchniowego.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamiennytym, zewprowa¬ dza sie doplynuchlodzacego dodatekaktywny powierzchnio¬ wo dla zmniejszenia napiecia powierzchniowego.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dzieli 10 sie wiazke strumieni stopionego polimeru po wyjsciu z filiery na dwie czesci, po czym czesci te chlodzi sie po¬ jedynczo w plynach chlodzacych o temperaturach rózniacych sie od siebie co najmniej o 50 °C.

5. Urzadzenie do wytwarzania wlókien syntetycznych, 15 posiadajace zespól przygotowujacy i doprowadzajacy sto¬ piony polimer, filiere, zespól chlodzacy oraz nawijajacy, znamienny tym, ze pojemnik (3) plynu chlodzacego usytuowany pod filiera (2) ma regulator poziomu plynu.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze 20 pojemnik (3) plynu chlodzacego jest usytuowany na urza¬ dzeniupodnosnikowym (11).

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, ze pojemnik (3) plynu chlodzacego jest wyposazony w me¬ chanizm lamania fal. 25

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 5, znamienne tym, ze pojemnik (3) plynu chlodzacego jest podzielony na dwie niezalezne od siebie czesci. i106 096 _cm -=*l=p\ Fig. 2 S X{mm)