RU2318085C2

RU2318085C2 - Method for producing of high-strength polypropylene fibers

Info

Publication number: RU2318085C2
Application number: RU2005112708/04A
Authority: RU
Inventors: Хендрик ТИМАЙЕР (DE); Хендрик ТИМАЙЕР; Хорст КРОПАТ (DE); Хорст КРОПАТ
Original assignee: Заурер Гмбх Энд Ко. Кг
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2008-02-27
Also published as: EP1543184A1; WO2004031459A1; KR20050061480A; DE50312095D1; RU2005112708A; AU2003273907A1; CN1685092A; CN1328423C; EP1543184B1; BR0314746A

Abstract

FIELD: processes for producing of synthetic, in particular, high-strength, polypropylene fibers.

SUBSTANCE: method for producing of fibers having minimal thickness, strength exceeding 6 sN/decitex and elongation less than 40% involves forming cords from melt having low temperature, in particular less than 250 C; discharging said cords at relatively low feeding speed which is less than 100 m/min, and simultaneously cooling said cord using gaseous cooling medium; subjecting cords to stretching in at least three stretching stages at total stretching ratio of 4:1. At first stretching stage, cord partial stretching degree is at least 70% by total stretching degree. After termination of stretching procedure, cords are cut into polypropylene fibers. Also, apparatus for manufacture of high-strength polypropylene fibers is described. Method allows thin fibers with single filament titer less than 2 decitex to be produced.

EFFECT: increased efficiency in producing of polypropylene fibers having minimal thickness and elongation degree and maximal strength.

15 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления высокопрочных полипропиленовых волокон с высокой прочностью и малым удлинением путем непрерывного формования жгутов из расплава, их приема, вытягивания и резки на полипропиленовые волокна.The present invention relates to a method for manufacturing high strength polypropylene fibers with high strength and low elongation by continuously forming melt tows, receiving, drawing and cutting into polypropylene fibers.

Подобный одностадийный способ изготовления высокопрочных полипропиленовых волокон известен из DE 3539185. При изготовлении волокон этим известным способом жгуты после их формования направляют для охлаждения непосредственно в водную ванну и затем вытягивают в зоне вытягивания с высокой кратностью вытяжки, достигающей 10:1. Сравнительно быстрое охлаждение жгутов в водной ванне приводит к сравнительно высокой степени предориентации молекулярной структуры в краевой зоне одиночных волокон и, как следствие, к ухудшению вытягиваемости жгутов. Помимо этого известный способ пригоден для изготовления лишь сравнительно грубых волокон с титром одиночных волокон более 3 децитекс. При этом одно лишь повышенное воздействие сил трения на элементарные нити, которому они подвергаются в водной ванне, не позволяет формовать волокна с меньшим титром.A similar one-step method for manufacturing high-strength polypropylene fibers is known from DE 3539185. In the manufacture of fibers by this known method, the bundles after their formation are sent directly to a water bath for cooling and then pulled in a drawing zone with a high drawing ratio reaching 10: 1. The relatively rapid cooling of the bundles in the water bath leads to a relatively high degree of molecular structure preorientation in the marginal zone of single fibers and, as a consequence, to the deterioration of the bundles' elongation. In addition, the known method is suitable for the manufacture of only relatively coarse fibers with a single fiber titer of more than 3 decitex. Moreover, the increased influence of the friction forces on the filaments to which they are exposed in the water bath alone does not allow the formation of fibers with a lower titer.

Однако именно при использовании подобных волокон для армирования бетона существует потребность в обладающих исключительно высокой прочностью тонких волокнах. Из DE 19860335 А1 известно полипропиленовое волокно, при изготовлении которого оказывающее на него отрицательное влияние резкое охлаждение в жидкости было заменено на охлаждение воздухом. Несмотря на возможность изготовления этим способом жгутов с меньшими титрами одиночных волокон, его недостаток состоит в том, что получаемые волокна проявляли высокую степень удлинения, превышавшую 60%. Однако при армировании бетонных фундаментов было установлено, что показатели удлинения армирующих волокон должны примерно соответствовать таковым армируемого основного материала с тем, чтобы нагрузки могли в первую очередь восприниматься волокнами и не затрагивали фундамент. Поэтому волокна с относительно высокими показателями удлинения лишь в очень ограниченной степени пригодны для применения в подобных целях.However, it is precisely when using such fibers for reinforcing concrete that there is a need for extremely high strength thin fibers. Polypropylene fiber is known from DE 19860335 A1, in the manufacture of which the abrupt cooling in the liquid having a negative effect on it was replaced by air cooling. Despite the possibility of making bundles with lower titers of single fibers by this method, its disadvantage is that the resulting fibers showed a high degree of elongation in excess of 60%. However, when reinforcing concrete foundations, it was found that the elongation of reinforcing fibers should approximately correspond to those of the reinforced base material so that the loads could be primarily absorbed by the fibers and not affect the foundation. Therefore, fibers with relatively high elongation rates are only to a very limited extent suitable for such applications.

Из ЕР 0535373 А1 известно полипропиленовое волокно, изготовление которого несмотря на его требуемую малую толщину при одновременно высокой прочности возможно лишь трудоемким двухстадийным способом. При этом волокно после формования и вытягивания направляют на промежуточное хранение, при котором его подвергают дополнительной обработке путем пропитки. После этого на второй стадии жгуты вновь направляют в технологический процесс, сушат и режут.Polypropylene fiber is known from EP 0535373 A1, the manufacture of which, despite its required small thickness and at the same time high strength, is only possible in a laborious two-stage process. In this case, the fiber after molding and drawing is sent to intermediate storage, in which it is subjected to additional processing by impregnation. After that, in the second stage, the tows are again sent to the process, dried and cut.

Из публикации WO 2004/007817 А1 известно устройство для производства штапельного волокна, работающее с высокой скоростью формования волокон. В известном устройстве в качестве вытяжных ступеней используется несколько сдвоенных галет, на которые наматывается по несколько витков волокон. Это устройство рассчитано на производство продукции, параметры которой ограничены определенными диапазонами, и, в частности, не подходит для изготовления волокон с очень высоким титром.From the publication WO 2004/007817 A1, a staple fiber production apparatus is known which operates at a high fiber spinning speed. In the known device as exhaust steps several double biscuits are used, on which several turns of fibers are wound. This device is designed to produce products whose parameters are limited to certain ranges, and, in particular, is not suitable for the manufacture of fibers with a very high titer.

Из патента US 5846654 известно вытяжное устройство с двумя вытяжными ступенями, которое, однако, не сопряжено с формовочным устройством.From US Pat. No. 5,846,654, an exhaust device with two exhaust steps is known, which, however, is not associated with a molding device.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ указанного в начале описания типа, который позволял бы изготавливать особо тонкие высокопрочные полипропиленовые волокна с титром одиночных волокон менее 2 децитекс.The present invention was based on the task of developing a method of the type indicated at the beginning of the description, which would make it possible to produce particularly thin high-strength polypropylene fibers with a single fiber titer of less than 2 decitex.

Еще одна задача изобретения состояла в разработке устройства для осуществления этого способа.Another objective of the invention was to develop a device for implementing this method.

Эти задачи решаются согласно изобретению с помощью способа изготовления высокопрочных полипропиленовых волокон с прочностью более 6 сН/децитекс и удлинением менее 40%. Согласно предлагаемому в изобретении способу из расплава полипропилена с температурой не более 250°С формуют множество жгутов, жгуты отводят со скоростью приема менее 100 м/мин при одновременном их охлаждении газообразной охлаждающей средой, жгуты подвергают вытягиванию по меньшей мере в трех вытяжных ступенях, образованных по меньшей мере четырьмя вытяжными приборами, с общей кратностью вытяжки более 4:1, при этом в первой вытяжной ступени степень частичного вытягивания жгутов составляет по меньшей мере 70% от общей степени их вытягивания, и жгуты режут на полипропиленовые волокна заданной длины.These problems are solved according to the invention using a method for manufacturing high-strength polypropylene fibers with a strength of more than 6 cN / decitex and an elongation of less than 40%. According to the method of the invention, a plurality of tows are formed from a polypropylene melt with a temperature of not more than 250 ° C, the tows are withdrawn with a receiving speed of less than 100 m / min while cooling them with a gaseous cooling medium, the tows are stretched in at least three exhaust steps formed by at least four exhaust devices, with a total exhaust ratio of more than 4: 1, while in the first exhaust stage, the degree of partial stretching of the bundles is at least 70% of the total degree of stretching, and bundles are cut into polypropylene fibers of a given length.

Объектом изобретения является также устройство для осуществления предлагаемого в изобретении способа. В его состав входит формовочное устройство, которое предназначено для формования жгутов из расплава, несколько обрабатывающих устройств, которые предназначены для проводки и обработки жгутов и которые снабжены по меньшей мере четырьмя вытяжными приборами с несколькими вытяжными валиками в каждом для вытягивания жгутов, и резальное устройство, которое предназначено для резки жгутов. Четыре вытяжных прибора образуют в общей сложности три вытяжные ступени, а вытяжные валики вытяжных приборов выполнены с возможностью их приведения во вращение друг относительно друга таким образом, чтобы разница в скорости работы образующих первую вытяжную ступень вытяжных приборов приводила к вытягиванию жгутов в степени, составляющей по меньшей мере 70% от общей кратности вытяжки, которая превышает 4:1.The invention also relates to a device for implementing the method of the invention. It consists of a molding device, which is designed to form the bundles from the melt, several processing devices, which are intended for wiring and processing the bundles and which are equipped with at least four exhaust devices with several exhaust rollers in each for pulling the bundles, and a cutting device, which Designed for cutting harnesses. Four exhaust devices form a total of three exhaust stages, and the exhaust rollers of the exhaust devices are arranged to rotate relative to each other so that the difference in speed of operation of the exhaust extractors forming the first exhaust stage leads to the stretching of the bundles to an extent of at least at least 70% of the total extraction ratio, which exceeds 4: 1.

Основная отличительная особенность предлагаемого в изобретении решения состоит в том, что низкая температура формуемого расплава в сочетании с невысокой скоростью приема сформованных жгутов способствует частичной ориентации макромолекул в еще не подвергнутых вытягиванию волокнах и тем самым повышению их прочности. Благодаря невысокой скорости приема жгутов в элементарных нитях в процессе следующего за формованием охлаждения возникают существенно меньшие внутренние напряжения между полимерными цепями. Последующее вытягивание в трех последовательных вытяжных ступенях при условии, что уже в первой из них степень вытягивания волокон составляет 70% от общей степени их вытягивания, обеспечивает постоянную медленную кристаллизацию полимера в волокнах, которые благодаря этому наряду с высокой прочностью имеют незначительное остаточное удлинение, а также соответствующую малую толщину.The main distinguishing feature of the solution proposed in the invention is that the low temperature of the molten melt in combination with the low reception speed of the formed strands contributes to the partial orientation of the macromolecules in the fibers not yet subjected to stretching and thereby increase their strength. Due to the low speed of reception of the bundles in the filaments during the process following cooling, substantially lower internal stresses arise between the polymer chains. Subsequent stretching in three successive stretching steps, provided that already in the first of them the degree of stretching of the fibers is 70% of the total degree of stretching, provides constant slow crystallization of the polymer in the fibers, which, along with high strength, have a slight residual elongation, as well as corresponding small thickness.

Для дальнейшей оптимизации подобного набора свойств волокон степень частичного вытягивания жгутов во второй вытяжной ступени должна быть больше степени их частичного вытягивания в последующей третьей вытяжной ступени. В соответствии с этим общее вытягивание жгутов происходит в несколько стадий в отдельных вытяжных ступенях со снижением кратности вытяжки в каждой последующей вытяжной ступени.To further optimize such a set of fiber properties, the degree of partial stretching of the bundles in the second exhaust stage should be greater than the degree of their partial stretching in the subsequent third exhaust stage. In accordance with this, the total stretching of the bundles takes place in several stages in separate exhaust stages with a decrease in the multiplicity of extraction in each subsequent exhaust stage.

В целях обеспечить в первой вытяжной ступени максимально выраженное частичное вытягивание жгуты после их формования из расплава отводят первым вытяжным прибором с несколькими вытяжными валиками, каждый из которых имеет охлаждаемую рабочую поверхность. Затем жгуты в пределах первой вытяжной ступени пропускают через нагревательный вытяжной канал, нагревая в нем для вытягивания до температуры выше 100°С.In order to ensure the most pronounced partial stretching in the first exhaust stage, the bundles after they are molten are removed from the melt by the first exhaust device with several exhaust rollers, each of which has a cooled working surface. Then the bundles within the first exhaust stage are passed through a heating exhaust channel, heating in it for drawing to a temperature above 100 ° C.

С целью обеспечить максимально плавный переход между вытяжными ступенями температуру жгутов после выхода из первой вытяжной ступени и до входа в третью вытяжную ступень постоянно поддерживают выше 100°С их проводкой по нескольким нагреваемым вытяжным валикам. Для этого вытяжные валики образующих вторую вытяжную ступень вытяжных приборов предпочтительно выполнять нагреваемыми.In order to ensure the smoothest possible transition between the exhaust stages, the temperature of the bundles after leaving the first exhaust stage and before entering the third exhaust stage is constantly maintained above 100 ° C by wiring them through several heated exhaust rollers. For this, the exhaust rollers forming the second exhaust stage of the exhaust devices are preferably heated.

Помимо этого жгуты предлагается подвергать в пределах второй вытяжной ступени дополнительной термообработке, пропуская их через еще один нагревательный вытяжной канал. В нагревательных вытяжных каналах жгуты можно при этом нагревать горячим воздухом либо перегретым паром. При создании изобретения было установлено, что для поддержания необходимой температуры жгутов их наиболее предпочтительно нагревать в первой зоне вытягивания горячим воздухом, а во второй зоне вытягивания - перегретым паром.In addition, it is proposed that the bundles be subjected to additional heat treatment within the second exhaust stage, passing them through another heating exhaust channel. In the heating exhaust ducts, the bundles can be heated with hot air or superheated steam. When creating the invention, it was found that in order to maintain the required temperature of the bundles, it is most preferable to heat them in the first drawing zone with hot air, and in the second drawing zone with superheated steam.

После вытягивания жгуты охлаждают, предпочтительно их проводкой по нескольким охлаждаемым вытяжным валикам четвертого вытяжного прибора в конце третьей вытяжной ступени.After drawing, the tows are cooled, preferably by wiring them along several cooled exhaust rollers of the fourth exhaust device at the end of the third exhaust stage.

Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа жгутам после их вытягивания и перед резкой придают извитость.According to yet another embodiment of the method of the invention, the tows are crimped after being drawn and before being cut.

Для повышения производительности до максимально возможной величины, составляющей более 10 т волокон в сутки, жгуты предлагается формовать с помощью кольцевой или прямоугольной фильеры со множеством прядильных отверстий, количество которых составляет от 60000 до 120000.To increase productivity to the maximum possible value of more than 10 tons of fibers per day, it is proposed to form bundles using an annular or rectangular die with many spinning holes, the number of which ranges from 60,000 to 120,000.

Отличительная особенность устройства для осуществления предлагаемого в изобретении способа состоит в секционировании такого устройства на отдельные вытяжные ступени и особом их конструктивном исполнении, что обеспечивает возможность изготовления полипропиленовых волокон с высокой прочностью, превышающей 6 сН/децитекс, с малым удлинением, составляющим менее 40%, предпочтительно менее 20%, и с соответствующим титром одиночных волокон. Вытяжные валики средних вытяжных приборов предпочтительно при этом выполнять нагреваемыми в целях равномерного и постоянного темперирования жгутов в процессе их вытягивания. Вытяжные приборы на входе в общую зону вытягивания и на выходе из нее предпочтительно выполнять с охлаждаемыми вытяжными валиками.A distinctive feature of the device for implementing the method of the invention is the sectioning of such a device into separate exhaust steps and their particular design, which makes it possible to manufacture polypropylene fibers with high strength exceeding 6 cN / decitex, with low elongation of less than 40%, preferably less than 20%, and with an appropriate titer of single fibers. The exhaust rollers of the middle exhaust devices are preferably heated in order to uniformly and continuously temper the harnesses in the process of stretching them. Exhaust devices at the entrance to and at the outlet of the common drawing zone are preferably carried out with cooled exhaust rollers.

Ниже предлагаемое в изобретении устройство, предназначенное для осуществления предлагаемого в изобретении способа, более подробно рассмотрено на примере нескольких вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:Below, the device of the invention, intended for the implementation of the method of the invention, is described in more detail by the example of several options for its implementation with reference to the accompanying drawings, which show:

на фиг.1 - первый вариант выполнения схематично изображенного предлагаемого в изобретении устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого в изобретении способа, иfigure 1 is a first embodiment of a schematically depicted proposed in the invention device intended for implementing the proposed invention the method, and

на фиг.2 - другой вариант выполнения схематично изображенного предлагаемого в изобретении устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого в изобретении способа.figure 2 is another embodiment of a schematically depicted proposed in the invention device intended for the implementation of the proposed invention.

На фиг.1 схематично показано выполненное по первому варианту предлагаемое в изобретении устройство для одностадийного изготовления полипропиленовых волокон. Подобные устройства широко известны среди специалистов как компактные прядильные машины для изготовления штапельных волокон, предпочтительно из полипропилена. Такие компактные машины работают со скоростью формования волокон максимум 250 м/мин. При такой скорости формования волокон может обеспечиться исключительно высокая производительность, достигающая 50 т волокон в сутки.Figure 1 schematically shows a device for the single-stage production of polypropylene fibers made in accordance with the first embodiment of the invention. Such devices are widely known among specialists as compact spinning machines for the manufacture of staple fibers, preferably from polypropylene. These compact machines operate at a maximum spinning speed of 250 m / min. With such a speed of fiber forming, an exceptionally high productivity of up to 50 tons of fibers per day can be achieved.

Предлагаемое в изобретении устройство соответствует подобным компактным машинам и содержит формовочное устройство 1 с несколькими расположенными рядом друг с другом прядильными местами 2.1, 2.2 и 2.3. В изображенном на фиг.1 варианте количество прядильных мест показано лишь в качестве примера. Каждое из прядильных мест 2.1-2.3 имеет идентичное исполнение, которое более подробно рассмотрено ниже на примере прядильного места 2.1.The device according to the invention corresponds to such compact machines and comprises a molding device 1 with several spinning places 2.1, 2.2 and 2.3 adjacent to each other. In the embodiment shown in FIG. 1, the number of spinning positions is shown by way of example only. Each of the spinning places 2.1-2.3 has an identical design, which is described in more detail below on the example of spinning places 2.1.

Для формования жгутов предусмотрена предпочтительно кольцевая фильера 3 со множеством прядильных отверстий с ее нижней стороны. Количество прядильных отверстий фильеры 3 с кольцевым или прямоугольным их расположением может, например, достигать 120000. Фильера 3 соединена с источником расплава (на чертеже не показан), подающим поток расплава под давлением в фильеру 3. В качестве источников расплава для подачи его потока в фильеру 3 в принципе могут использоваться экструдеры, насосы или их сочетания. Фильеры 3 прядильных мест 2.1, 2.2 и 2.3 расположены в обогреваемой прядильной балке 15 (коробе с расплавопроводом, распределяющим расплав по прядильным местам). Под прядильной балкой 15 в прядильном месте 2.1 по существу на одной оси с фильерой 3 расположено охлаждающее устройство 4. Охлаждающее устройство 4 выполнено в виде устройства обдувочного типа с кольцевым соплом, выходящий из которого поток охлаждающего воздуха проходит сквозь образованный жгутами своего рода кольцевой занавес изнутри наружу и таким путем охлаждает жгуты. В показанном на чертеже варианте охлаждающий воздух подается в охлаждающее устройство 4 сверху через прядильную балку 15. Однако охлаждающий воздух можно также подавать сбоку, расположив охлаждающее устройство рядом с выходящими из прядильных отверстий жгутами.For forming the bundles, an annular die 3 is preferably provided with a plurality of spinning holes on its lower side. The number of spinning holes of the die 3 with their annular or rectangular arrangement can, for example, reach 120,000. The die 3 is connected to a melt source (not shown in the drawing) supplying the melt stream under pressure to the die 3. As melt sources for supplying its melt to the die 3, in principle, extruders, pumps, or combinations thereof may be used. The dies 3 of the spinning places 2.1, 2.2 and 2.3 are located in the heated spinning beam 15 (duct with a melt pipe distributing the melt among the spinning places). Under the spinning beam 15, in the spinning location 2.1, a cooling device 4 is located substantially on the same axis with the die 3. The cooling device 4 is made in the form of a blower type with an annular nozzle, the flow of cooling air coming out of it through a kind of ring curtain formed by the bundles from the inside out and in this way cools the harnesses. In the embodiment shown in the drawing, cooling air is supplied to the cooling device 4 from above through the spinning beam 15. However, cooling air can also be supplied from the side by positioning the cooling device next to the bundles emerging from the spinning holes.

Для проводки и обработки жгутов, которые в показанном на фиг.1 варианте обозначены позицией 5, служат несколько установленных после формовочного устройства 1 обрабатывающих устройств. Первым непосредственно за формовочным устройством 1 расположено приемное устройство 6. Приемное устройство 6 содержит устройства для препарации и проводки жгутов 5 из расчета по одному на каждое прядильное место. Так, например, при препарации препарационный состав на жгуты можно наносить с помощью валиков. Приемное устройство 6 расположено под формовочным устройством 1. Приемным устройством 6 вертикальное направление движения выходящих из прядильных мест 2.1, 2.2 и 2.3 жгутов 5 изменяется на по существу горизонтальное, и они объединяются в общий жгут. Множество жгутов 5, называемое также жгутовым волокном, отводится первым вытяжным прибором 7.1. Вытяжной прибор 7.1 расположен непосредственно вблизи приемного устройства 6.For wiring and processing of the bundles, which are shown at 5 in the embodiment shown in FIG. 1, several processing devices installed after the molding device 1 are used. The first is located directly behind the molding device 1 receiving device 6. The receiving device 6 contains devices for the preparation and wiring of bundles 5 at the rate of one for each spinning place. So, for example, during preparation, the preparation composition on the bundles can be applied using rollers. The receiving device 6 is located under the molding device 1. The receiving device 6 the vertical direction of movement of the bundles 5 leaving the spinning places 2.1, 2.2 and 2.3 changes to substantially horizontal, and they are combined into a common bundle. A plurality of tows 5, also referred to as tow fibers, are discharged by the first exhaust device 7.1. The exhaust device 7.1 is located directly near the receiving device 6.

За первым вытяжным прибором 7.1 установлено в общей сложности три следующих вытяжных прибора 7.2, 7.3 и 7.4. Между каждыми двумя вытяжными приборами 7.1, 7.2, 7.3 и 7.4 образовано по вытяжной ступени. Так, в частности, между первым вытяжным прибором 7.1 и вторым вытяжным прибором 7.2 образована первая вытяжная ступень 9.1. Между вытяжными приборами 7.2 и 7.3 образована вторая вытяжная ступень 9.2, а между вытяжными приборами 7.3 и 7.4 - третья вытяжная ступень 9.3. Каждый вытяжной прибор 7.1-7.4 имеет по несколько вытяжных валиков 8 с одинарным обхватом их жгутами 5. Вытяжные валики 8 вытяжных приборов 7.1-7.4 выполнены приводными и в зависимости от требуемой кратности вытяжки жгутов приводятся во вращение с различной окружной скоростью. Для одновременной термообработки жгутов вытяжные валики 8 вытяжных приборов 7.1-7.4 при необходимости могут иметь охлаждаемые или нагреваемые рабочие поверхности. Помимо этого для термообработки жгутов в первой вытяжной ступени 9.1, расположенной между первым вытяжным прибором 7.1 и вторым вытяжным прибором 7.2, предусмотрен нагревательный вытяжной канал 10. Внутри нагревательного вытяжного канала 10 жгуты 5 можно нагревать до заданной температуры горячим воздухом или перегретым паром. Во второй вытяжной ступени 9.2, расположенной между вытяжными приборами 7.2 и 7.3, предусмотрен еще один нагревательный вытяжной канал 10.Behind the first exhaust device 7.1, a total of three further exhaust devices 7.2, 7.3 and 7.4 are installed. Between each two exhaust devices 7.1, 7.2, 7.3 and 7.4 is formed along the exhaust stage. Thus, in particular, between the first exhaust device 7.1 and the second exhaust device 7.2, a first exhaust stage 9.1 is formed. Between the exhaust devices 7.2 and 7.3 a second exhaust stage 9.2 is formed, and between the exhaust devices 7.3 and 7.4 a third exhaust stage 9.3. Each exhaust device 7.1-7.4 has several exhaust rollers 8 with a single girth around their harnesses 5. The exhaust rollers 8 of the exhaust devices 7.1-7.4 are driven and depending on the required multiplicity of the exhaust of the harnesses are rotated at different peripheral speeds. For simultaneous heat treatment of bundles, the exhaust rollers 8 of the exhaust devices 7.1-7.4, if necessary, may have cooled or heated working surfaces. In addition, for heat treatment of the bundles in the first exhaust stage 9.1, located between the first exhaust device 7.1 and the second exhaust device 7.2, a heating exhaust duct 10 is provided. Inside the heating exhaust duct 10, the bundles 5 can be heated to a predetermined temperature with hot air or superheated steam. In the second exhaust stage 9.2, located between the exhaust devices 7.2 and 7.3, there is another heating exhaust channel 10.

В конце образованной последовательно расположенными вытяжными приборами 7.1-7.4 линии по производству волокон предусмотрены натяжное исполнительное устройство 11, а также резальное устройство 12, предназначенное для непрерывной резки жгутов на штапельные волокна заданной длины.At the end of the fiber production line formed by successive exhaust devices 7.1-7.4, a tension actuator 11 is provided, as well as a cutting device 12 designed for continuous cutting of bundles into staple fibers of a given length.

При осуществлении предлагаемого в изобретении способа с помощью показанного на фиг.1 устройства сначала в формовочном устройстве 1 расплав полипропилена под давлением пропускают через фильеры 3 прядильных мест 2.1-2.3, формуя множество жгутов (жгутиков) 5. Выходящие из фильер 3 жгуты 5 отводятся от фильер 3 через приемное устройство 6 вытяжным прибором 7.1 со скоростью приема менее 100 м/мин, предпочтительно менее 50 м/мин. При этом жгуты 5 охлаждают с помощью охлаждающего устройства 4 потоком туманообразной или газообразной охлаждающей среды, предпочтительно воздуха, после чего обрабатывают препарационным составом и на выходе приемного устройства 6 все жгуты объединяют в общее жгутовое волокно. Вытяжные валики 8 первого вытяжного прибора 7.1 приводят во вращение со скоростью, согласованной со скоростью приема жгутов, которые при этом продолжают охлаждаться поверхностью вытяжных валиков 8 первого вытяжного прибора 7.1. Для этого вытяжные валики 8 первого вытяжного прибора 7.1 выполнены с охлаждаемыми рабочими поверхностями.When implementing the method according to the invention, using the device shown in FIG. 1, first in a molding device 1, the molten polypropylene under pressure is passed through dies 3 of the spinning places 2.1-2.3, forming a plurality of bundles (flagella) 5. The bundles 5 emerging from the dies 3 are removed from the dies 3 through a receiving device 6 with an exhaust device 7.1 with a receiving speed of less than 100 m / min, preferably less than 50 m / min. In this case, the tows 5 are cooled by a cooling device 4 with a stream of misty or gaseous cooling medium, preferably air, after which they are treated with a preparative composition and at the outlet of the receiving device 6 all bundles are combined into a common bundle fiber. The exhaust rollers 8 of the first exhaust device 7.1 are brought into rotation at a speed consistent with the speed of reception of the harnesses, which at the same time continue to be cooled by the surface of the exhaust rollers 8 of the first exhaust device 7.1. For this, the exhaust rollers 8 of the first exhaust device 7.1 are made with cooled working surfaces.

Вытягивание жгутов 5 происходит в общей сложности в трех вытяжных ступенях 9.1, 9.2 и 9.3 с различающейся между ними кратностью вытяжки. Общая кратность вытяжки жгутов превышает 4:1. При этом жгуты подвергают вытягиванию в отдельных вытяжных ступенях с разной интенсивностью (разным усилием). Для получения высокопрочного, особо тонкого волокна жгуты подвергают в первой вытяжной ступени 9.1 частичному вытягиванию, степень которого составляет по меньшей мере 70% от общей степени их вытягивания. Жгуты 5 для их вытягивания в первой вытяжной ступени 9.1 нагревают в нагревательном вытяжном канале 10, предпочтительно горячим воздухом, до температуры выше 100°С и затем пропускают их через также нагретые до температуры выше 100°С вытяжные валики 8 второго вытяжного прибора 7.2. Второе частичное вытягивание жгутов 5 происходит во второй вытяжной ступени 9.2, в которой также предусмотрено их нагревание в нагревательном вытяжном канале 10. Далее жгуты подвергают следующему частичному вытягиванию в третьем вытяжном приборе 7.3, при этом степень частичного вытягивания во второй вытяжной ступени 9.2 выше, чем степень последнего частичного вытягивания в третьей вытяжной ступени 9.3. Для обеспечения непрерывного равномерного вытягивания жгутов поверхность вытяжных валиков 8 третьего вытяжного прибора 7.3 также нагревают до температуры выше 100°С. После третьего частичного вытягивания жгуты 5 охлаждают, пропуская их через охлаждаемые вытяжные валики 8 четвертого вытяжного прибора 7.4 и в завершение равномерно режут на волокна заданной длины.The stretching of the tows 5 occurs in total in three exhaust steps 9.1, 9.2 and 9.3 with a different hood ratio. The total stretching ratio of the bundles exceeds 4: 1. In this case, the tows are subjected to stretching in separate exhaust steps with different intensities (different forces). In order to obtain a high-strength, especially thin fiber, the bundles are subjected to partial stretching in the first drawing step 9.1, the degree of which is at least 70% of the total degree of stretching. The tows 5 for drawing them in the first exhaust stage 9.1 are heated in the heating exhaust channel 10, preferably with hot air, to a temperature above 100 ° C and then they are passed through the exhaust rollers 8 of the second exhaust device 7.2, which are also heated to a temperature above 100 ° C. 7.2. The second partial stretching of the bundles 5 occurs in the second exhaust stage 9.2, which also provides for their heating in the heating exhaust duct 10. Next, the bundles are subjected to the next partial stretching in the third exhaust device 7.3, while the degree of partial stretching in the second exhaust stage 9.2 is higher than the degree the last partial stretch in the third exhaust stage 9.3. To ensure continuous uniform stretching of the tows, the surface of the exhaust rollers 8 of the third exhaust device 7.3 is also heated to a temperature above 100 ° C. After the third partial drawing, the tows 5 are cooled by passing them through the cooled drawing rollers 8 of the fourth drawing device 7.4 and finally uniformly cut into fibers of a given length.

С использованием имеющегося в продаже полипропилена в нескольких сериях экспериментов удалось изготовить волокна длиной 6,6 мм или в другом варианте 13 мм с титром одиночного волокна в пределах от 0,9 до 1,6 децитекс, прочностью в пределах от 8 до 9 сН/децитекс и относительным удлинением в пределах от 18 до 21%. Температуру расплава при формовании жгутов устанавливали при этом на значение не более 250°С. Для формования жгутов использовали пластинчатую фильеру с кольцевым расположением прядильных отверстий в количестве несколько десятков тысяч.Using commercially available polypropylene in several series of experiments, it was possible to produce fibers with a length of 6.6 mm or, alternatively, 13 mm with a single fiber titer in the range from 0.9 to 1.6 decitex, strength in the range from 8 to 9 cN / decitex and elongation ranging from 18 to 21%. The melt temperature during the formation of the bundles was set at the same time to a value of not more than 250 ° C. To form the bundles, a plate die with a ring arrangement of spinning holes in the amount of several tens of thousands was used.

Вытяжные валики 8 первого вытяжного прибора 7.1 приводили во вращение со скоростью, которая соответствовала скорости вытяжки в пределах от 25 до 40 м/мин, вытяжные валики второго вытяжного прибора 7.2 приводили во вращение со скоростью, которая соответствовала скорости вытяжки в пределах от 80 до 115 м/мин, вытяжные валики третьего вытяжного прибора 7.3 приводили во вращение со скоростью, которая соответствовала скорости вытяжки в пределах от 100 до 140 м/мин, а вытяжные валики четвертого вытяжного прибора 7.4 приводили во вращение со скоростью, которая соответствовала скорости вытяжки в пределах от 110 до 160 м/мин. Температура рабочей поверхности вытяжных валиков 8 первого вытяжного прибора 7.1 составляла около 30°С, второго вытяжного прибора 7.2 - более 100°С, третьего вытяжного прибора 7.3 - также более 100°С и четвертого вытяжного прибора 7.4 - около 30°С. В первой вытяжной ступени жгуты нагревали в нагревательном вытяжном канале 10 горячим воздухом с температурой более 100°С. Во второй вытяжной ступени 9.1 жгуты обрабатывали перегретым паром с температурой менее 100°С. Обеспечиваемая при таких параметрах кратность частичной вытяжки при изготовлении указанных волокон составляла в первой вытяжной ступени 9.1 от 2,8:1 до 3,2:1, во второй вытяжной ступени 9.2 - от 1,05:1 до 1,5:1, а в третьей вытяжной ступени 9.3 - от 1,05:1 до 1,3:1. Предпочтительная медленная и непрерывная кристаллизация полимера в жгутах обеспечивалась прежде всего за счет высокой кратности вытяжки в первой ступени 9.1 и последующей вытяжки при высокой температуре во второй вытяжной ступени 9.2, соответственно при низкой температуре в третьей вытяжной ступени 9.3 в сочетании с относительно низкой скоростью приема жгутов после их формования. Благодаря подобной медленной и непрерывной кристаллизации полимера волокна имели высокую прочность при незначительном остаточном удлинении. За счет же многоступенчатого вытягивания удалось при этом получить особо тонкие волокна с титром одиночного волокна менее 2 децитекс.The exhaust rollers 8 of the first exhaust device 7.1 were rotated at a speed that corresponded to a drawing speed in the range of 25 to 40 m / min, the exhaust rollers of the second exhaust device 7.2 were rotated at a speed that corresponded to a drawing speed in the range of 80 to 115 m / min, the exhaust rollers of the third exhaust device 7.3 were rotated at a speed that corresponded to the exhaust speed in the range from 100 to 140 m / min, and the exhaust rollers of the fourth exhaust device 7.4 were rotated at a speed that corresponded drawing speed in the range of 110 to 160 m / min. The temperature of the working surface of the exhaust rollers 8 of the first exhaust device 7.1 was about 30 ° C, the second exhaust device 7.2 was more than 100 ° C, the third exhaust device 7.3 was also more than 100 ° C and the fourth exhaust device 7.4 was about 30 ° C. In the first exhaust stage, the tows were heated in the heating exhaust channel 10 with hot air with a temperature of more than 100 ° C. In the second exhaust stage 9.1, the tows were treated with superheated steam with a temperature of less than 100 ° C. The partial stretch ratio provided with these parameters in the manufacture of these fibers in the first stretch stage 9.1 was from 2.8: 1 to 3.2: 1, in the second stretch stage 9.2 it was from 1.05: 1 to 1.5: 1, and in the third exhaust stage 9.3 - from 1.05: 1 to 1.3: 1. The preferred slow and continuous crystallization of the polymer in the bundles was ensured primarily due to the high ratio of drawing in the first stage 9.1 and subsequent drawing at high temperature in the second drawing stage 9.2, respectively, at a low temperature in the third drawing stage 9.3 in combination with the relatively low reception speed of the cables after their molding. Due to such slow and continuous crystallization of the polymer, the fibers had high strength with little residual elongation. Due to the multi-stage pulling, it was possible to obtain particularly thin fibers with a single fiber titer of less than 2 decitex.

На фиг.2 схематично показано выполненное по другому варианту предлагаемое в изобретении устройство для осуществления предлагаемого в изобретении способа. В показанном на фиг.2 варианте формовочное устройство 1 и приемное устройство 6 не показаны. Эти устройства конструктивно и функционально идентичны тем же устройствам, что и в предыдущем варианте, и поэтому не требуют их повторного описания.Figure 2 schematically shows another embodiment of the device of the invention for implementing the method of the invention. In the embodiment shown in FIG. 2, the molding device 1 and the receiving device 6 are not shown. These devices are structurally and functionally identical to the same devices as in the previous embodiment, and therefore do not require their repeated description.

В показанном на фиг.2 варианте предназначенными для обработки жгутов последовательно расположенными устройствами являются вытяжные приборы 7.1, 7.2, 7.3 и 7.4, а также гофрирующее устройство 13, сушильное устройство 14, натяжное исполнительное устройство 11 и резальное устройство 12. Вытяжные приборы 7.1-7.4 имеют по существу то же конструктивное исполнение, что и в предыдущем варианте, за исключением лишь количества используемых в каждом из них вытяжных валиков 8. Для обработки жгутов в каждой из вытяжных ступеней 9.1, 9.2 и 9.3 предусмотрено по нагревательному вытяжному каналу 10. При этом для обработки жгутов в нагревательных вытяжных каналах 10 в первой вытяжной ступени 9.1 и второй вытяжной ступени 9.2 предпочтительно используют горячий воздух, а в третьей вытяжной ступени 9.3 - пар. Однако в любой из вытяжных ступеней 9.1-9.3 можно комбинировать обработку волокон горячим воздухом с их обработкой паром.In the embodiment shown in FIG. 2, suction devices 7.1, 7.2, 7.3 and 7.4, as well as a corrugating device 13, a drying device 14, a tensioning actuator 11 and a cutting device 12, are designed for treating bundles in series. The exhaust devices 7.1-7.4 have essentially the same design as in the previous version, with the exception of only the number of exhaust rollers used in each of them 8. For processing the bundles in each of the exhaust steps 9.1, 9.2 and 9.3, a heater is provided exhaust duct 10. In this case, for the treatment of bundles in the heating exhaust ducts 10, hot air is preferably used in the first exhaust stage 9.1 and the second exhaust stage 9.2, and steam in the third exhaust stage 9.3. However, in any of the exhaust stages 9.1-9.3, it is possible to combine the treatment of fibers with hot air and their treatment with steam.

Предлагаемое в изобретении устройство в показанном на фиг.2 варианте его выполнения позволяет изготавливать извитые (гофрированные) полипропиленовые волокна с прочностью более 6 сН/децитекс, удлинением менее 40%, предпочтительно менее 30%, и титром одиночных волокон менее 2 децитекс. Для этого жгуты 5 после их вытягивания подвергают в гофрирующем устройстве 13 извиванию. Гофрирующее устройство 13 обычно выполнено в виде термокамеры для придания волокнам извитости напрессовыванием, в которой жгуты подвергаются спрессовыванию соответствующими подающими средствами (обычно напрессовывающими роликами). Затем жгуты после придания им извитости поступают в сушильное устройство 14 и в завершение подаются натяжным исполнительным устройством 11 с определенным натяжением в резальное устройство 12. Обычно перед гофрирующим устройством 13 еще установлены устройство объединения отдельных жгутиков в жгутовые волокна и паровой канал (оба эти устройства на чертеже не показаны).The device according to the invention in the embodiment shown in FIG. 2 makes it possible to produce crimped (corrugated) polypropylene fibers with a strength of more than 6 cN / decitex, elongation of less than 40%, preferably less than 30%, and a single fiber titer of less than 2 decitex. For this, the tows 5, after being drawn, are crimped in the corrugating device 13. The corrugating device 13 is usually made in the form of a heat chamber for crimping the fibers by compression, in which the bundles are pressed by suitable feeding means (usually compression rollers). Then, after crimping them, the bundles enter the drying device 14 and are finally fed with a tension actuator 11 with a certain tension to the cutting device 12. Usually, a device for combining individual flagella into bundles and a steam channel is still installed in front of the corrugating device 13 (both of these devices are shown in the drawing not shown).

Количество и тип обрабатывающих устройств в обоих, показанных на фиг.1 и 2 вариантах выполнения предлагаемого в изобретении устройства, рассмотрены лишь в качестве примера. В принципе предлагаемое в изобретении устройство можно дополнить другими обрабатывающими устройствами и ступенями обработки, например устройством объединения отдельных жгутиков в жгутовые волокна для регулирования количества волокон в общем жгуте на оптимальную для последующего придания ему извитости величину. Помимо этого в предлагаемом в изобретении устройстве можно предусмотреть и более трех последовательных вытяжных ступеней. Важное значение для предлагаемого в изобретении способа и предлагаемого в изобретении устройства имеет формование волокон при низких температурах полимерного расплава и при одновременно низкой скорости приема жгутов в сочетании с вытягиванием жгутов в по меньшей мере трех вытяжных ступенях с высокой степенью частичного вытягивания жгутов в первой из них. Существенным фактором, от которого зависит успешное осуществление предлагаемого в изобретении способа, является прежде всего невысокая степень предориентации молекулярной структуры жгутика после его формования и охлаждения, являющаяся в свою очередь предпосылкой последующей равномерной и непрерывной кристаллизации полимера. В принципе же предлагаемое в изобретении устройство можно использовать и для изготовления волокон из других полимеров, например полиэфиров или полиамида.The number and type of processing devices in both shown in figures 1 and 2 embodiments of the proposed invention, the devices are considered only as an example. In principle, the device according to the invention can be supplemented with other processing devices and processing steps, for example, a device for combining individual flagella into bundle fibers to adjust the amount of fibers in the total bundle to an optimum value for subsequent crimping. In addition, in the device according to the invention, more than three consecutive exhaust stages can be provided. Of great importance for the method proposed in the invention and the device according to the invention is the spinning of fibers at low temperatures of the polymer melt and at the same time a low speed of receiving the tows in combination with stretching the tows in at least three exhaust steps with a high degree of partial stretching of the tows in the first one. An essential factor on which the successful implementation of the method proposed in the invention depends is, first of all, a low degree of preorientation of the molecular structure of the flagellum after its formation and cooling, which in turn is a prerequisite for the subsequent uniform and continuous crystallization of the polymer. In principle, the device according to the invention can also be used to make fibers from other polymers, for example polyesters or polyamide.

Claims

1. A method of manufacturing high-strength polypropylene fibers with a strength of more than 6 cN / decitex and an elongation of less than 40%, which consists in the fact that a plurality of bundles are formed from a polypropylene melt with a temperature of not more than 250 ° C, the bundles are withdrawn with a receiving speed of less than 100 m / min at while cooling them with a gaseous cooling medium, the tows are subjected to stretching in at least three exhaust stages formed by at least four exhaust devices with a total exhaust ratio of more than 4: 1, while in the first exhaust stage the stump of partial stretching of the bundles is at least 70% of the total degree of stretching, and the bundles are cut into polypropylene fibers of a given length.

2. The method according to claim 1, characterized in that the degree of partial stretching of the bundles in the second exhaust stage is greater than the degree of their partial stretching in the third exhaust stage.

3. The method according to claim 1, characterized in that the bundles after they are molten from the melt are withdrawn by a first exhaust device with several exhaust rollers, each of which has a cooled working surface.

4. The method according to claim 1, characterized in that the bundles within the first exhaust stage are passed through a heating exhaust channel, heating in it to a temperature above 100 ° C.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of the bundles after leaving the first exhaust stage and before entering the third exhaust stage is maintained above 100 ° C by wiring them along several heated exhaust rollers.

6. The method according to claim 4, characterized in that the exhaust rollers forming the second exhaust stage of the exhaust devices have working surfaces heated to a temperature above 100 ° C.

7. The method according to claim 1, characterized in that the bundles within the second exhaust stage are passed through a heating exhaust channel, heating in it.

8. The method according to claim 4 or 7, characterized in that the bundles are heated with hot air and / or superheated steam when they are passed through a heating exhaust duct.

9. The method according to claim 1, characterized in that the tows after they are drawn are cooled, while conducting them to maintain the required temperature along several cooled exhaust rollers of the fourth exhaust device at the end of the third exhaust stage.

10. The method according to claim 1, characterized in that the tows after they are pulled and before cutting give crimp.

11. The method according to claim 1, characterized in that the strands are formed using an annular die with many spinning holes, the number of which is from 60,000 to 120,000.

12. A device for implementing the method according to one of claims 1 to 11, comprising a molding device (1), which is intended for forming bundles (5) from the melt, several processing devices (6, 7, 10, 11), which are intended for wiring and processing the bundles (5) and which are equipped with at least four exhaust devices (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) with several exhaust rollers (8) each for pulling the bundles (5), and a cutting device (12), which Designed for cutting bundles (5), characterized in that the exhaust devices (7.1-7.4) form in general a difficult there are three exhaust steps (9.1, 9.2, 9.3), and the exhaust rollers (8) of the exhaust devices (7.1-7.4) are made so that they can be rotated relative to each other so that the difference in the speed of operation forming the first exhaust stage (9.1) exhaust devices (7.1, 7.2) led to the drawing of the bundles to the extent of at least 70% of the total ratio of the hood, which exceeds 4: 1.

13. The device according to p. 12, characterized in that the exhaust rollers (8) of the exhaust devices (7.2, 7.3) forming the second exhaust stage (9.2) are made heated.

14. The device according to item 12 or 13, characterized in that the exhaust rollers (8) of the first exhaust device (7.1) before the first exhaust stage (9.1) are made cooled.

15. The device according to item 12 or 13, characterized in that the exhaust rollers (8) of the last exhaust device (7.4) at the end of the third exhaust stage (9.3) are made cooled.