WO2003004750A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln einer fasermasse - Google Patents

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WO2003004750A1
WO2003004750A1 PCT/EP2002/004316 EP0204316W WO03004750A1 WO 2003004750 A1 WO2003004750 A1 WO 2003004750A1 EP 0204316 W EP0204316 W EP 0204316W WO 03004750 A1 WO03004750 A1 WO 03004750A1
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fiber mass
press
treatment fluid
fiber
arrangement according
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PCT/EP2002/004316
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Stefan Zikeli
Friedrich Ecker
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Zimmer Aktiengesellschaft
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    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
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    • D06B23/025—Perforated rollers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D06B3/02—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating of fibres, slivers or rovings

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a fiber mass such as a fabric or a nonwoven, in which the fiber mass is passed through a press plant, in which the fiber mass is pressed in at least one press zone through the press surface of at least one press roller by means of a pressing pressure acting on the fiber mass and the pressed-off fiber mass is impregnated with a treatment fluid, the fiber mass being passed through an expansion area in the press zone in which the pressing pressure decreases in the direction of passage of the fiber mass.
  • the invention also relates to a press roll arrangement for treating a fiber mass moving relative to the press roll arrangement, comprising a press roll with a press jacket surface, by means of which a pressure acting on the fiber mass is generated in a press zone, and with an impregnation device, by means of which a treatment fluid is used during operation is fed to the fiber mass, wherein in operation the press zone forms an expansion area in which the pressure decreases in the direction of movement of the fiber mass.
  • the press surface area is the surface which, as an imaginary or actually existing surface area, delimits the press zone to the top or bottom of the fiber mass, that is to say the idealized envelope surface via which the pressure exerts pressure on the fiber mass.
  • a polymeric mass is usually melted or dissolved in a solvent and then drawn into continuous filaments by means of spinning devices.
  • spinning processes such as dry and wet spinning processes or a combination of dry and wet spinning processes are possible to produce the continuous filaments.
  • the spinning threads are produced in a spinning machine and drawn off from it by means of one or more take-off members, wherein they are simultaneously formed into bundles of threads or cables.
  • the filaments are then washed in further processing steps and treated.
  • the cable drawn off from the spinning machine from continuous filaments arranged in parallel is fed to a cutting device. After leaving the cutting device, a fiber fleece is generally formed from the individual staple fibers and placed on a transport device for further treatment.
  • stacks are produced by means of stack cutting machines, for example in dry cutting by the machine described in "Ullman Volume 11, fiber production process", pages 249-289.
  • Viscose fibers are usually spun as regenerated cellulosic fibers in aqueous media.
  • a cutting machine which essentially consists of a pair of rollers for feeding the spinning cable to the cutting apparatus, the actual cutting apparatus and a staple fiber washing device.
  • the cutting device pulls the cable fed from the take-off device to the horizontally rotating cutting knives by means of a water jet injector.
  • the cutting knives stay in shape during the cutting process due to constant regrinding.
  • the water jet feed leads to a first dissolution of the staple fiber packages that arise during the cutting process before the staple fiber packages are suspended on the aftertreatment machine.
  • Such a machine is manufactured, for example, by the company A. Maurer S. A.
  • the aftertreatment of viscose fibers can or must be carried out over several treatment steps.
  • post-treatment machines for viscose fibers the following treatment steps are typically carried out with the supply of a treatment fluid: deacidification, desulfurization, washing, bleaching and washing, antichlorine treatment, water washing and application of finishing agent or a fat coating.
  • These treatment steps are usually carried out in a device to which the cut staple fiber, also referred to as "flake", comes from the cutting machine via a pre-washing device to form a nonwoven layer that is distributed as evenly as possible.
  • the device for treating the fiber mass is conventionally designed as a long unit in which the fiber mass or fiber mass distributed into a uniform nonwoven is conveyed through the individual treatment zone on a transport device.
  • a belt conveyor with, for example, an endless screen belt or an endless wire mesh belt, an oscillating conveyor or an eccentric latch conveyor can be used as the transport device.
  • a press roller arrangement which exerts a pressing pressure on the fiber mass.
  • the treatment fluid is pressed out of the fiber mass by the pressing pressure.
  • the pressed fiber mass is then impregnated with the treatment fluid assigned to this treatment step.
  • the press roller arrangement thus separates two successive treatment steps from one another.
  • the press zone In the area in which the pressing pressure acts on the fiber mass, i.e. the press zone, an area is formed shortly behind the point of the highest press pressure, in which the press pressure decreases in the conveying direction of the fiber mass. This area is called the expansion area.
  • the fiber mass In order to wet the fiber mass with the treatment fluid, the fiber mass is conventionally guided on a transport device below the sprinkling tanks. Immediately after pressing, the treatment fluid is dripped onto the fiber mass through sprinkler systems above. However, dripping on the treatment fluid only results in an uneven impregnation and wetting of the fiber mass which has just been squeezed out.
  • a special problem arises in the production of cellulose fibers or non-woven fabrics from cellulose fibers which are produced by an NMMO or Lyocell process. A spinning solution containing water, cellulose and tertiary amine oxide is extruded into a continuous thread and drawn.
  • the filament and staple fibers produced by the NMMO or Lyocell process have a high crystallinity or orientation of the cellulosic molecules. Due to these product properties from the manufacturing process, Lyocell fibers tend to fibrillate. Fibrillation means that small fibrils separate from the circular fiber surface of a single fiber due to the strong crystallinity and orientation. Fibril formation continues along the fiber axis.
  • the fiber can be treated with chemical crosslinkers which bind the fibrillar elements to the fiber stem body.
  • chemical crosslinkers which bind the fibrillar elements to the fiber stem body.
  • the crosslinking agents have to be introduced homogeneously into the fiber mass, the fiber optionally tempered and washed out of the fiber in subsequent treatment steps.
  • the cellulose fiber has to be finished and dried.
  • crosslinking agents tend to undergo spontaneous chemical degradation or hydrolysis reactions, since the chemicals hydrolyze in the aqueous environment or are not stable for a long time. If the reaction parameters - for example the reaction rate or the reaction temperature - are not exactly observed, degradation and decomposition reactions can also occur.
  • the crosslinking agent must therefore be introduced in closed areas while controlling the course of the reaction as precisely as possible.
  • the crosslinking agents usually require rapid introduction into the cellulose fiber with Closing, rapid tempering and subsequent washing out of the residual chemicals as quickly as possible with simultaneous cooling. During the so-called crosslinking, elevated temperatures and basic or acidic liquids act on the fiber mass.
  • the chemical reaction of the cellulose with the crosslinker takes place at elevated pH values (for example approximately 11-14), which leads to hydrolysis of the crosslinking agent.
  • the tendency of the crosslinking agent to decompose can be suppressed by the lowest possible temperatures in the crosslinking bath.
  • the low temperatures can be set in or in front of the pressing device.
  • the conventional method and the conventional device, in which the pressed-off fiber mass is merely sprinkled with a treatment fluid, are not sufficient for precise control of the process parameters, especially in the case of treatment fluids which react easily or decompose, such as crosslinking agents.
  • the object of the invention is to improve the method or the device mentioned at the outset in such a way that the treatment fluid and the temperature control agent (hot water, hot steam) are distributed as quickly and homogeneously as possible and possibly other heat transfer media) as well as various washing media in the fiber mass and thus an exact process control is possible.
  • the treatment fluid and the temperature control agent hot water, hot steam
  • This object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset in that the treatment fluid in the expansion area is passed through the press jacket surface into the fiber mass.
  • this object is achieved in that the press roll arrangement has openings in the expansion area, through which the treatment fluid is guided through the press jacket surface into the fiber mass during operation.
  • This solution is simple and has the advantage that the treatment fluid is distributed very quickly and homogeneously in the pressed and compressed fiber mass and relaxing in the expansion zone. Since the pressing pressure decreases in the direction of movement of the fiber mass in the expansion area, the fiber mass in this area automatically draws in the treatment fluid through the pressing surface. A uniform and quick penetration of the pressed fiber mass with the treatment fluid thus already takes place in the press zone. This makes the treatment process more controllable and easier to control.
  • the solution according to the invention has the further advantage that the overall length of a treatment machine can be significantly reduced.
  • the next treatment step can take place immediately due to the immediate penetration Then impregnate the fiber mass with the treatment fluid.
  • the pressing plant similar to a rolling mill in which the individual rolls follow one another directly in the rolling direction.
  • several treatment steps can accordingly be carried out in succession in the treatment of the fiber mass, in that the fiber mass is passed successively through several press roller arrangements, a first treatment fluid being pressed out of the fiber mass in each case in a compression roller arrangement and the fiber mass also being expelled in the expansion zone is impregnated with a second treatment fluid.
  • the fiber mass can be transported through the press zone by means of a separate conveying means, for example in the form of a conveyor belt, the press roller also turning passively.
  • the press roller can also be provided with its own drive means.
  • the peripheral speeds of the press roll can be between 0.1 and 400 m / min, preferably between 0.1 and 60 m / min, in particular between 0.1 and 10 m / min. With these peripheral speeds, a fiber throughput of 10 to 1500 kg / (m 2 h), preferably between 10 and 1200 kg / (m 2 h), can be achieved in a treatment zone.
  • the fiber throughput is calculated from the weight of the fiber mass in the absolutely dry state divided by the dwell time per treatment field and depends on the length of the treatment field.
  • the fiber mass in the press zone can be passed through a compression area in which the pressing pressure increases in the direction of passage of the fiber mass, so that a treatment fluid already present in the fiber mass is pressed off.
  • the pressed-off treatment fluid can be derived from the fiber mass through the press jacket surface in the compression area.
  • a suction device can be provided, through which the treatment fluid is sucked out of the compression area during operation.
  • only openings in the press jacket surface can be provided, through which the treatment fluid automatically passes due to the increasing pressure in the compression area in the treatment direction, so that after the fiber mass has passed through the press zone, almost no treatment fluid from the previous treatment step is present in the fiber mass is.
  • the line pressure with which a press roll according to the invention is pressed into the fiber mass is up to 100 N per mm roll width.
  • treatment fluid in the compression zone can also be passed through the press jacket surface to rinse the fiber mass before pressing it into the fiber mass.
  • the fiber mass in the compression zone ne are rinsed out with the treatment fluid supplied in the expansion zone of the upstream press roll, so that no treatment fluid is carried away from the treatment step which is arranged in the transport or conveying direction of the fiber mass through the device in front of the compression zone into the treatment step which is in the conveying direction behind the Expansion zone is arranged.
  • a thorough and uniform impregnation of the fiber mass with the treatment fluid can be achieved if, according to a further advantageous embodiment, the treatment fluid is pressed into the fiber mass under pressure, for example through nozzles arranged in the compression region in the compression and / or expansion region.
  • the liquid throughput based on the press roll width can be between 0.1 and 125 m 3 / (hm), preferably between 0.1 and 50 m 3 / (hm), in particular between 0.1 and 20 m 3 / (hm).
  • a particularly compact design can be achieved if the impregnation device, through which the treatment fluid is fed to the fiber mass, is arranged at least in sections within the press roll.
  • the treatment fluid can be guided from the interior of the press roll through openings into the fiber mass.
  • the press roller can be provided on its surface facing the fiber mass with openings through which the treatment fluid is conducted into the fiber mass.
  • the openings can be formed regularly or irregularly in the surface of the press roll and, for example, have an essentially nozzle-shaped cross section.
  • the degree of opening of the roller that is to say the ratio of the areas occupied by the openings to the entire surface of the roller, can be between 1 and 95%, preferably between 3 and 90%, particularly preferably between 3 and 85%.
  • the press roller can also form ribs on its surface facing the fiber mass, which at least in sections form the press jacket surface and between which the treatment fluid can be introduced into the fiber mass during operation.
  • these ribs can extend essentially transversely to or essentially in the direction of movement of the fiber mass.
  • the ribs can be designed as a weir which counteracts a flow of the treatment fluid through the press roll from the compression area to the expansion zone and thus a carryover.
  • the height of the ribs can be dimensioned such that an upper end of a rib facing away from the fiber mass, essentially between the compression region and the expansion region, always above the level of the treatment fluid Compression area and / or expansion area protrudes.
  • spray nozzles can be integrated in the interior of the press roll according to a further advantageous embodiment, through which the treatment fluid in operation in the form of a fog or jet onto the fiber mass preferably in the press zone is directed.
  • the nozzles can also be directed towards the compression area in order to water down or displace the treatment fluid present there. A complete wetting of the fiber mass by the treatment fluid emitted by the spray nozzles is achieved when the spray cone of the nozzles essentially overlaps in the area of the fiber mass or in the press zone.
  • the impregnation device can have an adjustment device by means of which the size and the orientation of the outlet area of the treatment fluid in the press jacket surface is adjusted.
  • the adjusting device can be designed as a cover body arranged in the press roll with a slot, which covers that part of the press jacket surface or the press roll through which no treatment fluid is to pass. This cover body can be used, for example, as a slotted tubular body rotatably held in the press roll.
  • the impregnation device can have a feed line through which the treatment fluid is guided in operation from outside the press roll essentially into the expansion area.
  • this feed line can be arranged at least in sections at least in the press zone between two ribs which extend essentially in the direction of movement of the fiber mass. It is advantageous if the section of the feed line facing the press jacket surface is essentially flush with the ribs, so that the press jacket surface is as smooth as possible and offers little frictional resistance to the fiber mass.
  • the invention also relates to a press unit for treating fiber masses, with at least one press roller arrangement for pressing the fiber masses and with a conveying means for transporting the fiber masses through the press unit, a press roller arrangement according to one of the configurations described above being used.
  • the press plant and the press roll arrangement can be operated with a fiber mass, the weight of which is absolutely dry per unit area between 0.1 to 20 kg / m 2 , preferably 0.1 to 10 kg / m 2 . Cables or heavy, thick nonwovens can be treated as fiber masses.
  • a further press roll can be arranged in the pressing zone in the press shop, which serves as a counterpressure means for receiving the press pressure.
  • This second press roll can have the same configuration as the first press roll described above. In this embodiment, the fiber mass is passed between the two press rolls.
  • Metals or plastics whose surface can be rubberized, polished or ground can be used as materials for the press rolls. In order to avoid damage to the fibers, the edges of the press rolls and possibly the edges of the openings and ribs arranged on the press roll should be broken.
  • Figure 1 is a schematic representation of a plant for the production of a fiber mass.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a press roll assembly according to the invention in cross section
  • FIG. 3 shows a development of the exemplary embodiment in FIG. 2 in cross section
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a press roller arrangement according to the invention in a perspective view
  • Fig. 5 shows the embodiment of Figure 4 in cross section.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of the press roll arrangement according to the invention in a perspective illustration
  • Fig. 7 is an end view of the embodiment of Fig. 6;
  • Fig. 8 shows a fourth embodiment of a press roll assembly according to the invention in cross section.
  • an extrusion solution 2 is produced.
  • a suspension of dry or moist crushed cellulose and water and / or tertiary amine oxide is formed in one or more mixers. Sufficient water is evaporated from the suspension using elevated temperatures under reduced pressure to produce a cellulose solution which serves as an extrusion solution.
  • An extrusion solution 2 is prepared in a reaction container 1.
  • the extrusion solution contains cellulose, water and tertiary amine oxide, for example N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO) and optionally stabilizers for thermal stabilization of the cellulose and the solvent.
  • Stabilizers can e.g. be: Propylgate or alkaline media or mixtures with each other.
  • additives can be present, such as titanium dioxide, barium sulfate, graphite, carboxymethyl cellulose, polyethylene glycols, ketine, ketusan, alginic acid, polysaccharides, dyes, antibacterial chemicals, flame retardants containing phosphorus, halogens or nitrogen, activated carbon, carbon blacks or electrically conductive carbon blacks , Silica and organic solvents as diluents etc.
  • the extrusion solution 2 is conveyed through a line system 4 via a pump 3.
  • a pressure compensation container 5 is arranged in the line system 4, which compensates for pressure and / or volume flow fluctuations in the line system 4, so that an extrusion head 6 can be supplied with the extrusion solution 2 continuously and uniformly.
  • the line system 4 is provided with temperature control devices (not shown), by means of which the temperature of the extrusion solution 2 used here as an example can be precisely controlled, and with a filtration unit (not shown). This is necessary because the chemical and mechanical properties of the extrusion solution are strongly temperature-dependent. The viscosity of the extrusion solution 2 thus decreases with increasing temperature and / or increasing shear rate. In the pipe system 4 there are further bursting devices which are necessary because of the tendency of the extrusion solution to spontaneously exotherm. In the event of a spontaneous exothermic reaction, the burst protection devices prevent damage to the line system 4 and to the pressure expansion tank 5 and to the downstream extrusion head 6, as can occur due to the reaction pressure.
  • a spontaneous exothermic reaction in the extrusion solution 2 occurs, for example, when a certain temperature is exceeded and when the extrusion solution 2 ages, preferably in dead water areas.
  • the line system 4 is designed to be flow-friendly in the entire area through which the highly viscous extrusion solution flows.
  • the extrusion solution is distributed into a nozzle space 7 on a plurality of extrusion channels 8 in the form of spinning capillaries 8.
  • the spinning capillaries 8 are arranged in a row, in FIG. 1 perpendicular to the plane of the drawing. A large number of continuous moldings is thus simultaneously produced by a single extrusion head 6.
  • a multiplicity of extrusion heads 6 can also be provided, each of which embody a multiplicity of endless shapes or, in the case of the exemplary embodiment in FIG. 1, form spinning threads. For the sake of simplicity, only one spinning capillary 8 is shown in FIG. 1.
  • the spinning capillary usually has an inner diameter D of less than 500 ⁇ m, for special applications the diameter can also be less than 100 ⁇ m, preferably around 50 to 70 ⁇ m.
  • the length L of the spinning capillary through which the extrusion solution flows is at least twice, at most 100 to 150 times the inner diameter D.
  • the spinning capillary 8 is at least partially surrounded by a heating device 9, by means of which the wall temperature of the spinning capillary 8 can be controlled.
  • the wall- The temperature of the spinning capillary 8 is around 150 ° C. during operation.
  • the temperature of the spinning solution is between approx. 80 and 130 ° C during operation.
  • the spinning capillaries 8 can also be mounted in any form in a carrier body which is heated from the outside, so that high hole densities result in the extrusion head 6.
  • the heating device 9 preferably extends to the outlet opening 10 of the extrusion channel located in the flow direction S. As a result, the wall of the extrusion channel 8 is heated up to the extrusion channel opening 10.
  • the extrusion solution is extruded in the extrusion channel 8 and then exits in the form of a spinning thread 11 into an air gap 12.
  • the air gap has a height H in the flow direction S of the extrusion solution.
  • Air 13 of the extrusion solution is fed from the extrusion head 6 in the air gap 12 at high speed.
  • the direction of flow can be guided horizontally up to the extrusion thread;
  • the flow speed of the air 13 can be greater than the extrusion speed of the filament with which the endless molded body exits from the extrusion channel opening 10. Due to an essentially coaxially guided air flow, a tensile stress acts on the interface between the continuous molded body 11 and the air 13, through which the continuous molded body 11 can be stretched.
  • the continuous molded body After crossing the air gap 12, the continuous molded body enters a coagulation bath zone 14, in which it is moistened or wetted with a coagulation solution.
  • the humidification can be done either by means of a spraying or wetting device (not shown), or by immersing the endless molded body 11 in the coagulation bath.
  • the extrusion solution is stabilized by the coagulation bath solution.
  • the endless molded body 11 is deposited on a conveyor device 15 essentially without tension.
  • the conveyor 15 is equipped as a vibratory conveyor. Due to the reciprocating movement of the shaking conveyor 16, the endless filaments are deposited in ordered stacks 17 on the conveyor.
  • the endless molded body 11 can stabilize itself without any adverse effects on the mechanical properties of the endless molded body 11, such as can occur, for example, due to an early mechanical stress shortly after the extrusion of the continuous molded body 11.
  • the continuous form body 11 is drawn off before or after the conveyor device 15 by means of a take-off mechanism 18 and fed to a cutting machine 20 via deflection or conveyor devices 19.
  • the corresponding fiber parameters such as titer, strength and elongation are set via the take-off mechanism 18.
  • the continuous moldings 11 of only a part of the extrusion heads 6 or all of the extrusion heads 6 are introduced in parallel.
  • the cutting machine 20 there is a pair of rollers (not shown) for feeding the continuous shape body bundle 11 of the various extrusion heads 6 to the cutting apparatus, the actual cutting apparatus (not shown) and a staple fiber washing device (not shown).
  • the cutting device pulls the cable fed from the pair of draw-off rollers to horizontally rotating cutting knives by means of a water jet injector.
  • the fiber mass is cut to a predetermined length by the cutting knife.
  • the cutting knives stay in shape during the cutting process due to constant regrinding.
  • the water jet feed leads to a first dissolution of the staple fiber packages that arise during the cutting process before the staple fiber packages are suspended to form a fiber mass.
  • An essentially mat-shaped fiber mass 21 emerges from the cutting machine 21 and, together with the water that was fed in during the cutting process, is washed into a device 22 for treating the fiber mass 21.
  • the fiber mass 21 is formed by a tangle of the fibers cut in the cutting machine 20.
  • the device 22 for treating the fiber mass 21 essentially forms the subject of the present invention.
  • typical treatment steps for viscose fibers are carried out, such as deacidification, desulfurization, washing, bleaching and washing, antichlor treatment, water washing and application of finish / fat coating or other chemicals.
  • the individual treatment steps or phases each take place in treatment zones 23, 24, 25, 26, 27, which are separated from one another by press roller arrangements 28, 29, 30, 31, 32, 33.
  • an impregnation device 34, 35, 36, 37, 38 in each case supplies a treatment fluid associated with this treatment zone or treatment step from corresponding reservoirs 39, 40, 41, 42, 43.
  • the treatment zones have a distance of at least approx.
  • the distance can be up to 10 m and more, depending on the requirements of the treatment process.
  • the individual press roll arrangements 28, 29, 30, 31, 32, 33 can also follow one another directly, so that the press rolls do not just touch.
  • the reservoirs 39 to 43 are supplied with treatment fluid in countercurrent, i.e. the treatment fluid from a step following in the direction of conveyance B of the fiber mass 21 is fed substantially unpurified to a treatment step lying upstream in the direction of treatment; the direction of the flow of the treatment fluid through the device 22 is opposite to the direction of conveyance of the fiber mass 21 through the device 22.
  • the purity of the treatment fluid in the storage containers 39 to 43, which are arranged as a collecting container under the fiber mass 21, consequently increases.
  • the fiber mass 21 is transported by the device 22 on a conveyor 44, which can be designed as a belt conveyor with an endless screen belt or wire mesh belt, as a vibratory conveyor or as an eccentric latch conveyor.
  • the press roll arrangements 28 to 33 can, as shown in FIG. 1, either be designed as paired rolls or as stand-alone rolls with a fixed counter pressure surface.
  • the contact pressure of the rollers can be adjusted electrically, hydraulically or pneumatically as well as mechanically, e.g. generated.
  • the typical contact pressure of the press roll is up to approx. 100 N per mm roll width.
  • the treatment fluid introduced in the respective treatment zone 23 to 27 is pressed out of the fiber mass and a carryover of the treatment fluid from a previous treatment step into the next treatment step is prevented.
  • the fiber mass 21 can be fed to further treatment steps, not shown in FIG. 1.
  • a drying device with opening units for dehumidification and loosening of the fiber mass can be connected, followed by a packaging unit for producing a product ready for dispatch.
  • Fig. 1 shows an example of the production of a fiber mass from a cellulose-containing spinning solution.
  • the use of the device 22 is, however, not limited to cellulose fibers, but can also be used on nonwoven or woven fiber masses made of spun threads of a different composition.
  • Other manufacturing processes are known from the prior art for producing such fiber masses from non-viscous or non-cellulosic fibers.
  • a press roll arrangement is described below as an example. Since the basic function of the press roll arrangements 28 to 33 is the same in each case, only a single press roll arrangement is dealt with in the following description by way of example.
  • FIG 2 shows a first exemplary embodiment of a press roll arrangement 50 according to the invention for treating the fiber mass 21 in a section perpendicular to the direction of movement B of the fiber mass 21.
  • the press roller arrangement shown in FIG. 2 is used for cable washing or for staple fiber washing at low speeds and large fiber masses, the fiber mass being moved in the conveying direction at a speed of approximately 40 m / min. This speed corresponds to the extrusion speed of the Endless molded body on the extrusion head.
  • the fiber throughput is approx. 52 kg / (m 2 h), the treatment fluid being supplied at a flow rate of 125 m 3 / (hm) per m roll width.
  • the press roll arrangement 50 has a press roll 51 which is rotatably mounted on a bearing (not shown in FIG. 2) and rotates in the direction of the arrow P with the movement of the fiber mass 21.
  • the press roller 51 is pressed into the fiber mass 21 with a pressing force F.
  • a press jacket surface 52 is formed, which is the imaginary envelope surface around the press roller 51 through which the press pressure generated by the press force F acts on the fiber mass 21.
  • the area over which the pressing force F acts on the fiber mass 21 as a pressing pressure via the pressing surface 52 is referred to as the pressing zone 53.
  • the pressing pressure initially increases in the press zone up to approximately the area in which the press roller 51 penetrates the deepest into the fiber mass 21.
  • the area of the pressing pressure increasing in the direction of movement B of the fiber mass is referred to below as the compression area 54.
  • the compression region 54 is followed by an expansion region 55 in the direction of movement B of the fiber mass 21, in which the pressing pressure decreases again in the direction of movement B of the fiber mass.
  • the treatment fluid 56 received in the fiber mass 21 is pressed out, so that after the compression zone 54 there is almost no treatment fluid 56 from the previous treatment step in the fiber mass 21.
  • the press roll 51 is provided with through openings 57 which extend from the inside of the press roll to the outside of the press roll.
  • the through openings 57 end in recesses 58, the diameter of which is larger than the diameter of the through openings 57.
  • the recesses can also be provided in a slot shape along the press roller axis and distributed over the circumference accordingly. With a roller diameter of 400 mm, the diameter of the bores is 3 to 12 mm.
  • the degree of opening of the press roller 51 is approximately 5 to 40%, largely independent of its diameter.
  • the through bores 57 can be distributed randomly, in rows in the axial direction or in the circumferential direction or offset from one another on the outer circumferential surface 59.
  • the interior of the press roll forms part of an impregnation device through which treatment fluid is introduced into the fiber mass.
  • a cover body 60 which is essentially tubular and has an opening 61 in the form of a slot which extends in the axial direction of the press roller 51 and which faces the press zone.
  • the cover body 60 does not move with the press roller 51, but is stationary.
  • the cover body 60 is provided with sealing elements 62, so that no treatment fluid can get from the interior 63 of the press roller 51 between the cover body 60 and the inner peripheral surface 64 of the press roller 51.
  • the cover body 60 serves to delimit the region 65 via which the treatment fluid is introduced into the fiber mass 21.
  • the area 65 extends according to FIG. 2 mainly in the area of the expansion zone 55, but also - at least in sections - in the area of the compression zone 54. If treatment fluid, which for example under a pressure of 2.5 can be up to 3 bar, is passed through the through openings 57, this treatment fluid in the compression zone 54, the treatment fluid 56, indicated schematically in Fig. 2, from the previous treatment step and at the same time it becomes in the expansion zone 55 by the capillary action and that Swelling of the fiber mass 21 absorbed due to the decreasing pressure. The result is a homogeneous and rapid distribution of the treatment fluid fed through the press roller 51 or the press jacket surface 52.
  • the first cover body held by 60 coaxially in the press roller 51 pivotable about its longitudinal axis X, as indicated by the double arrow A.
  • FIG. 3 shows a further development of the exemplary embodiment in FIG. 2. Only the differences from the exemplary embodiment in FIG. 2 are discussed below.
  • the fiber mass 21 can be used, for example, for washing a cellulose fleece with a weight of approximately 4.1 kg / m 2 as the fiber mass 21.
  • the fiber mass is moved in the conveying direction at a speed of approx. 0.1 m / min.
  • the fiber throughput per m roll width in such an application is around 40 kg / (hm 2 ).
  • the treatment fluid is supplied with a throughput of 0.7 m 3 / (hm).
  • the cover body in the development of FIG. 3 is divided into two cover bodies 60a and 60b.
  • Each of the two cover bodies 60a, 60b is held independently of the other cover body on the inner peripheral surface 64 of the press roller 51 so as to be pivotable about its longitudinal axis X. 3, both the opening angle ⁇ and the orientation of the slot 61 can be changed by adjusting a cover body 60a, 60b or both cover bodies 60a, 60b.
  • a sealing body 66 is provided which covers a movement slot 67, which is also formed by the two cover bodies 60a, 60b and ensures the mobility of the two cover bodies 60a, 60b relative to one another.
  • the sealing body 66 can be arranged within the cover body 60a, 60b or, in an alternative embodiment, between the cover body 60a, 60b and the press roller 51. At its ends, the tubular sealing body 66 provided with a longitudinal slot is provided with sealing elements 68, which prevent treatment fluid from penetrating between the cover body and the sealing body.
  • FIG. 4 A second exemplary embodiment of a press roll arrangement according to the invention is shown in FIG. 4.
  • the same reference numerals are used for elements whose structure or function essentially correspond to the elements of the previous exemplary embodiment.
  • the press roll 51 is formed from a plurality of ribs 70 running in the axial direction X of the press roll 51.
  • the ribs have a wall thickness which increases in the radial direction from the inside of the press roll 51 to the outside.
  • the ribs 70 form the press jacket surface 52 at least in sections in the press zone 53.
  • the ribs 70 are each fastened to fastening disks or rings at the two ends of the press jacket surface lying in the axial direction X.
  • the ribs 70 all run parallel to one another and are equally spaced from one another, the region 71 lying between them is essentially free of material.
  • the ribs 70 can be connected to one another by circumferential, disc-shaped or annular struts, so that they achieve greater mechanical stability.
  • the degree of opening of the press roller 40 can be up to between 90 and 95% in individual cases.
  • the number of ribs is between 30 and 80, preferably around 60.
  • the width of the rib in the circumferential direction can be between 1 and 20 mm, although with wider webs a higher pressure but a lower liquid throughput is achievable.
  • An impregnation device 72 is arranged in the interior 63 of the press roller 51, through which treatment fluid is conducted into the interior 63 of the press roller 51.
  • Such an impregnation device 72 can, for example, alternatively also be used in the embodiment of FIG. 2 instead of or together with the cover body 60.
  • the impregnation device according to the embodiment of FIG. 2 or 3 together with the cover body 60 described there can also be used.
  • the impregnation device 72 of the embodiment of FIG. 4 consists of a central feed line 73 which runs coaxially to the axis X of the press roller 51.
  • the supply line 73 is shown in section in FIG. 4 at its end lying in the axial direction X, but an end cap can also be provided at its right end in FIG. 4, or the supply line 73 can extend through the entire press roller 51 in the axial direction X. and deliver the treatment fluid to a further press roll assembly.
  • the end of the feed line 73 located in the flow direction S of the treatment fluid can be connected to the inlet of the feed line 73 in order to enable recycling of the treatment fluid in this treatment step.
  • the impregnation device 72 is further provided with one or a plurality of spray nozzles 74 which are directed onto the fiber mass 21.
  • the treatment fluid flows from the central feed line or the collecting pipe 73 through the individual nozzles 74 and between the ribs 70 into the fiber mass 21.
  • FIG. 5 shows a cross section perpendicular to the axial direction X of the exemplary embodiment in FIG. 4.
  • the treatment fluid forms a spray cone 75 from the spray nozzles 74, the spray cones 75 overlapping one another in such a way that there is no area in the pressing zone 53 which is not wetted by the treatment fluid ,
  • the spray cones 75 can be conical or flat.
  • each rib 70 is dimensioned such that the ribs essentially located in the press zone 53 form a weir through which one direct flow of the treatment fluid between the areas on both sides of the press zone is not possible.
  • a spray nozzle 74 ' is directed towards the compression zone in order to rinse out any treatment fluid 56 flowing in there from the previous treatment step.
  • the treatment area 65 can be adjusted in terms of size and orientation by adjusting the spray nozzles 74 via an adjusting device 76, for example by attaching the spray nozzles 74 to pipes 76 which are rotatable relative to one another and concentric with the feed line 73.
  • the spacing of the ribs in the circumferential direction from one another is dimensioned such that a sufficient amount of treatment fluid can pass between the ribs and at the same time the pressing pressure in the pressing zone 53 can still act uniformly on the fiber mass 21.
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of a third exemplary embodiment of a press roll arrangement 50 according to the invention.
  • the same reference numerals as in the previous exemplary embodiments are used for elements whose structure and function correspond to an element of the previous exemplary embodiments.
  • the press roller 51 of the exemplary embodiment in FIG. 6 has ribs 70 which are spaced apart from one another in the axial direction X of the press roller 51 and between which an intermediate space 71 is formed.
  • the press roll arrangement 50 also has two impregnation devices 72a, 72b which are arranged on both sides of the press roll 51 with respect to the direction of movement B of the fiber mass, which is not shown in FIG. 6 for the sake of simplicity.
  • Each impregnation device 72a, 72b has a collecting pipe 73 running parallel to the axial direction X of the press roller 51, from which feed lines 80 extend into the spaces 71 between the ribs 70 and into the press zone 53.
  • the feed lines 80 of the two impregnation devices 72a and 72b are connected to one another in one piece, so that the treatment flow id flows from the collecting pipe 73 of the impregnating device 72a to the collecting pipe 73 of the impregnating device 72b and some of the treatment fluid in the pressing zone 53 exits through openings of the supply lines 80, not shown in FIG. 6.
  • the feed lines 80 of the impregnation device 72a and the feed lines 80 of the impregnation device 72b can also be separated from one another, so that a treatment fluid other than the treatment device 72b is fed into the press zone 53 through the treatment device 72b. This allows greater variability and adaptability of the treatment that can be carried out by the press roller arrangement 50 to different fiber masses and treatment fluids.
  • the cross section of the feed lines 80 is designed such that it essentially corresponds to the cross section of the interstices 71 and thus largely fills the interstices 71.
  • the flow S of the treatment fluid through the collecting pipe 73 is conducted through the feed lines 80 into the press zone 53. This can be seen in particular in FIG. 7, in which an end view of the embodiment of FIG. 6 in the direction of movement B of the fiber mass 21 is shown.
  • FIG. 7 shows a feed line as a partial section in the area of the press zone, in particular in the area of the expansion area 55.
  • the feed line has openings 81, through which the treatment fluid exits into the intermediate space 71 and enters the fiber mass 21 through the press surface 52.
  • the section of the feed lines 80 facing the fiber mass 21 can also come into contact with the fiber mass 21. In this case, however, special precautions must be taken with regard to the surface quality and abrasion resistance of the feed lines 80 in order to prevent damage to the fiber mass 21 and premature wear of the feed lines 80 due to the fiber mass 21 being transported under pressure.
  • the impregnation device which is at the front with respect to the direction of movement B of the fiber mass 21 can 72a can also be designed as a suction device with which treatment fluid is sucked out of the compression area, for example, via the openings 81 in the feed lines 80.
  • FIG. 7 also shows a drive means 82, for example an electric motor, by means of which the press roller 51 is driven in rotation in synchronism with the movement of the fiber mass.
  • a drive means 82 can also be used in other exemplary embodiments.
  • the press roller itself can be used as a conveying means for the fiber mass 21, through which the fiber mass 21 is transported through the individual treatment steps of the press plant.
  • Fig. 8 shows a fourth embodiment of a press roller arrangement 50 according to the invention in a section parallel to the direction of movement B of the fiber mass 21 and perpendicular to the axial direction X of the press roller 51.
  • the press roller arrangement 50 according to FIG. 8 has a counter-pressure roller 90, which with one of the pressing force Fi Press roll 51 opposing pressing force F 2 of the same size is pressed into the fiber mass 21.
  • the press roller 51 and the counter-pressure roller 90 both have the same structure, which corresponds to the structure of the first exemplary embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the treatment fluid from the previous treatment step is sucked off by the counter-pressure roller 90 in the expansion area 54, while in the expansion area 55, as indicated by the arrow S 2 , treatment fluid for the next treatment step is passed through the press roller 52 into the fiber mass.
  • each roller 51, 90 in the press zone 53 can effect both suction and impregnation.
  • the press roll arrangement responsible for the next treatment step can immediately follow, because due to the impregnation of the fiber mass 21 through the press jacket surface 52, an immediate homogeneous Distribution of the treatment fluid in the fiber mass 21 takes place.
  • impregnation process Due to the immediate homogeneous distribution within the fiber mass 21, which is supported by the small fiber spacing in the expansion zone 55 and the resulting capillary action, the impregnation process can be carried out more precisely and controlled more easily. As a result, impregnation is also possible with treatment fluids that can be handled critically and that, under certain circumstances, tend to undergo spontaneous chemical reactions.
  • rollers according to the invention can also be used elsewhere in a plant for fiber production, for example as take-off rollers with an integrated guard device.
  • fiber masses made of natural or synthetic fibers can also be treated by the device and the method according to the invention, for example fiber masses made of viscose, acetate, polyester, polyamide and polyacrylic.
  • a fiber cable produced by the Lyocell process is stacked using a wet cutting machine and, in this state, applied to a treatment device 22 as fiber mass 21.
  • the weight is based on the fiber mass in the absolutely dry state.
  • the fiber cable is directly riges cutting of the treatment device 22 supplied as a fiber mass 21.
  • Water is used as the treatment fluid in all examples.
  • the device 22 is designed in such a way that in each treatment zone the fiber mass 21 is completely penetrated by the treatment fluid over its entire thickness.
  • Example 1 the impregnation of the fiber mass takes place according to the method from the prior art by sprinkling the fiber mass with the treatment fluid in the conveying direction behind the press roller.
  • the fiber mass 21 is not completely penetrated immediately after the treatment fluid hits it, so that the treatment fluid collects in a kind of lake above the fiber mass and only gradually seeps through the fiber mass 21.
  • This sea formation increases with increasing thickness of the fiber mass.
  • a complete penetration of the fiber mass with the treatment fluid is only achieved with a longer residence time of the fiber mass in the treatment zone.
  • the treatment zone must have a corresponding length in the conveying direction of the fiber mass through the treatment device.
  • Example 2 on the other hand, the treatment is carried out with a press roll designed according to the invention under treatment conditions which are otherwise identical to Example 1.
  • the fiber throughput per m 2 of treatment zone and hour in example 1 that is to say the solution from the prior art, is significantly lower than in example 2.
  • the press rolls according to the invention are also used, so that the fiber mass is penetrated immediately upon contact with the liquid and long treatment fields are not required for the fiber mass to be completely penetrated.
  • the result is a much more uniform and faster distribution of the treatment fluid in the fiber mass.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung einer Fasermasse (21), wie beispielsweise einem Vlies oder einem Gewebe. Derartige Fasermassen werden zur Behandlung durch ein Presswerk (22) geleitet, in dem sie in wenigstens einer Presszone (53) mittels einer Presswalze (51) abgepresst werden. Durch das Abpressen wird ein bereits in der Fasermasse (21) vorhandenes Behandlungsfluid aus der Fasermasse (21) gedrückt. Nach dem Auspressen des Behandlungsfluids wird ein zweites Behandlungsfluid in die Fasermasse (21) eingeleitet. Um eine möglichst schnelle und homogene Verteilung des zweiten Behandlungsfluids in der abgepressten Fasermasse (21) zu erreichen, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Behandlungsfluid in einem Expansionsbereich (55), in dem der durch die Presswalze (51) ausgeübte Pressdruck in Bewegungsrichtung (B) der Fasermasse (21) abnimmt, durch die Pressmantelfläche (59) hindurch in die Fasermasse (21) eingeleitet wird. Die Pressmantelfläche (59) ist dabei die Fläche, durch die der Pressdruck auf die Fasermasse (21) einwirkt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln einer Fasermasse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Fasermasse wie einem Gewebe oder einem Vlies, bei dem die Fasermasse durch ein Presswerk geleitet wird, in dem die Fasermasse in wenigstens einer Presszone durch die Pressmantelfläche wenigstens einer Presswalze mittels eines auf die Fasermasse einwirkenden Pressdruckes abge- presst und die abgepresste Fasermasse mit einem Behandlungsfluid imprägniert wird, wobei die Fasermasse in der Presszone durch einen Expansionsbereich durchgeleitet wird, in dem sich der Pressdruck in Durchleitungsrichtung der Fasermasse verringert.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Presswalzenanordnung zur Behandlung einer sich relativ zur Presswalzenanordnung bewegenden Fasermasse, umfassend eine Presswalze mit einer Pressmantelfläche, durch die in Betrieb in einer Presszone ein auf die Fasermasse einwirkender Pressdruck erzeugt ist, und mit einer Imprägniereinrichtung, durch die im Betrieb ein Behandlungsfluid der Fasermasse zugeführt ist, wobei im Betrieb die Presszone einen Expansionsbereich ausbildet, in welcher der Pressdruck in Bewegungsrichtung der Fasermasse abnimmt.
Als Pressmantelfläche wird diejenige Fläche bezeichnet, die als gedachte oder tatsächlich vorhandene Mantelfläche die Presszone zur Ober- oder Unterseite der Fasermasse begrenzt, also diejenige idealisierte Hüllfläche, über die der Pressdruck auf die Fasermasse einwirkt.
Zur Herstellung der von der Erfindung betroffenen Fasermassen wird gewöhnlicherweise eine polymere Masse aufgeschmolzen oder in einem Lösungsmittel gelöst und anschließend über Spinnvorrichtungen zu Endlosfäden verzogen. Zur Herstellung der Endlosfäden sind verschiedene Spinnprozesse wie Trocken-, Nassspinnverfahren oder eine Kombination aus Trocken- und Nassspinnverfahren möglich. Die Spinnfäden werden dabei in einer Spinnmaschine erzeugt und von dieser mittels eines oder mehrerer Abzugsorgane abgezogen, wobei sie gleichzeitig zu Fadenbündeln bzw. -kabeln geformt werden. Danach werden die Filamente in weiteren Bearbeitungsschritten gewaschen und nachbehandelt. Vor der Nachbehandlung wird beispielsweise bei der Herstellung von Stapelfasern das von der Spinnmaschine abgezogene Kabel aus parallel angeordneten Endlosfäden einer Schneidvorrichtung zugeführt. Nach dem Verlassen der Schneidvorrichtung wird in der Regel aus den einzelnen Stapelfasern ein Faservlies gebildet und zur Weiterbehandlung auf einer Transportvorrichtung abgelegt.
Die Stapel werden durch Stapelschneidmaschinen erzeugt, beispielsweise im Trockenschnitt durch die in "Ullman-Band 11 , Fasern-Herstellungsverfahren", Seiten 249-289, beschriebene Maschine.
Viskosefasern werden als zellulosische Regeneratfasern in der Regel in wässrigen Medien ersponnen. Zur Stapelfasererzeugung aus dem endlos gesponnenen Faserkabel eignen sich z.B. eine Schneidmaschine, welche im Wesentlichen aus einem Walzenpaar für die Zuführung des Spinnkabels zum Schneidapparat, dem eigentlichen Schneidapparat und einer Stapelfaserabschwemmvorrichtung besteht. Der Schneidapparat zieht das vom Abzugsorgan zugeführte Kabel mittels eines Wasserstrahlinjektors zu den horizontal rotierenden Schneidmessern. Die Schneidmesser bleiben während des Schneidvorgangs durch fortwährendes Nachschleifen schnitthaltig. Darüber hinaus erfolgt durch die Wasserstrahlzuführung eine erste Auflösung der beim Schnittvorgang entstehenden Stapelfaserpakete vor dem Aufschwemmen der Stapelfaserpakete an der Nachbehandlungsmaschine. Eine derartige Maschine wird beispielsweise von der Firma Ing. A. Maurer S. A. hergestellt.
Die Nachbehandlung von beispielsweise Viskosefasern kann bzw. muss über mehrere Behandlungsschritte erfolgen. Dabei werden in Nachbehandlungsmaschinen für Viskosefasern typischerweise die folgenden Behandlungsschritte unter Zufuhr eines Behand- lungsfluids durchgeführt: Entsäuerung, Entschwefelung, Wäsche, Bleiche und Wäsche, Antichlorbehandlung, Wasserwäsche sowie Aufbringen von Avivage bzw. einer Fettauflage. Diese Behandlungsschritte werden gewöhnlicherweise in einer Vorrichtung durchgeführt, zu der die geschnittene Stapelfaser, auch als "Flocke" bezeichnet, aus der Schneidmaschine über eine Einschwemmvorrichtung unter Bildung einer möglichst gleichmäßig verteilten Vliesauflage gelangt. Die Vorrichtung zur Behandlung der Fasermasse ist herkömmlicherweise als ein langes Aggregat ausgebildet, in dem die zu einem gleichmäßigen Vlies verteilte Fasermasse bzw. Fasermasse auf einer Transporteinrichtung durch die einzelne Behandlungszone hindurchgefördert wird. Als Transporteinrichtung kann dabei ein Bandförderer mit beispielsweise einem endlosen Siebband oder einem endlosen Drahtgewebegurt, ein Schwingförderer oder ein Exzenter-Rastenförderer verwendet werden.
Bei der Behandlung der Fasermasse muss darauf geachtet werden, dass die in den einzelnen Behandlungsschritten zugeführten Behandlungsfluide im aufgeschwemmten Vlies rasch und homogen verteilt werden.
Gleichzeitig ist es von Vorteil, wenn vor der Durchführung eines Behandlungsschrittes das Behandlungsfluid aus dem vorangegangenen Behandlungsschritt möglichst vollständig aus der Fasermasse entfernt wurde.
Zum Entfernen eines Behandlungsfluids aus der Fasermasse wird herkömmlicherweise eine Presswalzenanordnung verwendet, die auf die Fasermasse einen Pressdruck ausübt. Durch den Pressdruck wird das Behandlungsfluid aus der Fasermasse abgepresst. Im darauffolgenden Behandlungsschritt wird die abgepresste Fasermasse dann mit dem diesen Behandlungsschritt zugeordneten Behandlungsfluid imprägniert. Durch die Presswalzenanordnung werden also zwei aufeinanderfolgende Behandlungsschritte voneinander getrennt.
In dem Bereich, in dem der Pressdruck auf die Fasermasse einwirkt, d.h. der Presszone, bildet sich kurz hinter der Stelle des höchsten Pressdruckes ein Bereich aus, in der in Förderrichtung der Fasermasse der Pressdruck abnimmt. Dieser Bereich wird als Expansionsbereich bezeichnet.
Um die Fasermasse mit dem Behandlungsfluid zu benetzen, wird herkömmlicherweise die Fasermasse auf einer Transportvorrichtung unterhalb von Berieselungswannen geführt. Unmittelbar nach dem Abpressen wird das Behandlungsfluid auf die Fasermasse durch darüberliegende Berieselungsanlagen aufgetropft. Das Auftropfen des Behand- lungsfluides bewirkt jedoch eine nur ungleichmäßige Imprägnierung und Benetzung der gerade abgepressten Fasermasse. Ein spezielles Problem tritt bei der Herstellung von Zellulosefasem bzw. Faservliesen aus Zellulosefasern auf, die durch ein NMMO- oder Lyocell-Verfahren hergestellt werden. Dabei wird eine Spinnlösung enthaltend Wasser, Zellulose und tertiäres Aminoxid zu einem Endlosfaden extrudiert und verstreckt.
Bei der Verstreckung sind die Zellulosefäden einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Die nach dem NMMO- oder Lyocell-Verfahren hergestellten Filament und Stapelfasern weisen eine hohe Kristallinität bzw. Orientierung der cellulosischen Moleküle auf. Bedingt durch diese vom Herstellungsprozess stammenden Produkteigenschaften neigen Lyocell Fasern zur Fibrillierung. Fibrillierung bedeutet, dass sich aufgrund der starken Kristallinität und Orientierung von der kreisförmigen Faseroberfläche einer Einzelfaser kleine Fibrillen abspalten. Die Fibrillenbildung setzt sich entlang der Faserachse fort.
Um die Fibrillierungsneigung zu verringern, kann die Faser mit chemischen Vernetzern, welche die fibrillären Elemente an den Faserstamm körper binden, behandelt werden. In der Regel wird ein Vernetzungs- oder Crosslinking-Prozess so gesteuert, dass das zellulosische Faserkabel mit einem chemischen Vernetzungsmittel imprägniert wird und die Vernetzungsreaktion durch Bedämpfung bei höheren Temperaturen gestartet wird.
Die Vernetzungsmittel müssen nach der Faserherstellung homogen in die Fasermasse eingebracht, die Faser gegebenenfalls temperiert und in nachfolgenden Behandlungsschritten aus der Faser ausgewaschen werden. Außerdem muss die Zellulosefaser, wie andere nicht-zellulosische Fasern auch, aviviert und getrocknet werden.
Problematisch bei dieser Behandlung ist, dass die Vernetzungsmittel zu spontanen chemischen Abbau- bzw. Hydrolyse-Reaktionen neigen, da die Chemikalien im wässri- gen Milieu hydrolysieren bzw. nicht lange Zeit beständig sind. Wenn die Reaktionsparameter - beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeit oder die Reaktionstemperatur - nicht exakt eingehalten werden kann es ebenfalls zu Abbau- und Zersetzungsreaktionen kommen. Daher muss das Vernetzungsmittel in abgeschlossenen Bereichen unter möglichst exakter Steuerung des Reaktionsverlaufs eingebracht werden. Üblicherweise erfordern die Vernetzungsmittel ein schnelles Einbringen in die Zellulosefaser mit an- schließender schneller Temperierung sowie nachfolgend einer möglichst schnellen Auswaschung der Restchemikalien mit gleichzeitiger Abkühlung. Während der sogenannten Vernetzung wirken auf die Fasermasse erhöhte Temperaturen sowie basische oder saure Flüssigkeiten. Die chemische Reaktion der Cellulose mit dem Vernetzer läuft bei erhöhten pH Werten (beispielsweise ca. 11 - 14) ab, wodurch es zu einer Hydrolyse des Vernetzungsmittels kommt. Die Zersetzungsneigung des Vernetzers kann durch möglichst tiefe Temperaturen im Vernetzungsbad zurückgedrängt werden. Die tiefen Temperaturen können in oder vor der Abpressvorrichtung eingestellt werden. Nach der thermischen Fixierung des Vernetzers, d. h. Abreagieren des Vernetzers mit den Cellu- loseketten zwischen ca. 20 und 98 °C muss zur Schonung der zellulosischen Faser das Alkali aus der Fasermasse entfernt werden.
Durch die hohe Faserdichte und Faserqueliung bei zellulosischen Fasermassen sind zudem lange Verweilzeiten zum Durchdringen der Fasermasse notwendig, da nur eine geringe geodätische Höhe der darüberiiegenden Flüssigkeit auf das Faservlies wirkt und die Druckverluste des Faservlieses nur über eine lange Einwirkdauer des Fluides überwunden werden können.
Das herkömmliche Verfahren und die herkömmliche Vorrichtung, bei denen die abgepresste Fasermasse mit einem Behandlungsfluid lediglich berieselt wird, reichen zu einer genauen Steuerung der Prozessparameter gerade bei chemisch leicht reagierenden bzw. sich zersetzenden Behandlungsfluiden, wie Vernetzungsmitteln, nicht aus.
In Anbetracht der üblicherweise zur Behandlung von Fasermassen eingesetzten Verfahren und Vorrichtungen liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bzw. die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass eine möglichst schnelle und homogene Verteilung des Behandlungsfluids, des Temperierungsmittels (Heißwasser, Heißdampf sowie ggf. andere Wärmeträger) sowie diverser Waschmedien in der Fasermasse und damit auch eine exakte Prozesssteuerung möglich ist.
Diese Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Behandlungsfluid im Expansionsbereich durch die Pressmantelfläche hindurch in die Fasermasse geleitet wird. Bei der eingangs genannten Presswalzenanordnung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Presswalzenanordnung im Expansionsbereich Öffnungen aufweist, durch die im Betrieb das Behandlungsfluid durch die Pressmantelfläche hindurch in die Fasermasse geleitet ist.
Diese Lösung ist einfach und hat den Vorteil, dass sich das Behandlungsfluid sehr schnell und homogen in der abgepressten und verdichteten und sich in der Expansionszone entspannenden Fasermasse verteilt. Da im Expansionsbereich der Pressdruck in Bewegungsrichtung der Fasermasse abnimmt, saugt in diesem Bereich die Fasermasse das Behandlungsfluid selbsttätig durch die Pressmantelfläche hindurch an. Somit findet eine gleichmäßige und schnelle Durchdringung der abgepressten Fasermasse mit dem Behandlungsfluid bereits in der Presszone statt. Dadurch wird der Behandlungsprozess kontrollierbarer und ist leichter zu steuern.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den weiteren Vorteil, dass die Baulänge einer Behandlungsmaschine wesentlich verkürzt werden können. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Maschinen, bei denen aufgrund der Berieselung eine Durchdringung der Fasermasse nur über eine lange Einwirkzeit und einen entsprechend längeren Transportweg der Fasermasse durch die Behandlungszone möglich ist, kann sich bei der erfindungsgemäßen Lösung aufgrund der sofortigen Durchdringung der nächste Behandlungsschritt unmittelbar an das Imprägnieren der Fasermasse mit dem Behandlungsfluid anschließen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es also möglich, das Presswerk ähnlich einem Walzwerk aufzubauen, bei dem die einzelnen Walzen in Walzrichtung unmittelbar aufeinander folgen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können demnach bei der Behandlung der Fasermasse mehrere Behandlungsschritte hintereinander ausgeführt werden, indem die Fasermasse nacheinander durch mehrere Presswalzenanordnungen geleitet wird, wobei jeweils bei einer Presswalzenanordnung ein erstes Behandlungsfluid in der Kompressionszone aus der Fasermasse abgepresst und die Fasermasse in der Expansionszone mit einem zweiten Behandlungsfluid imprägniert wird. Die Fasermasse kann mittels eines separaten Fördermittels beispielsweise in Form eines Förderbandes durch die Presszone transportiert werden, wobei sich die Presswalze passiv mitdreht. Die Presswalze kann aber auch mit einem eigenen Antriebsmittel versehen sein. In diesem Fall kann auf ein separates Fördermittel verzichtet werden, da die Presswalze selbst das Fördermittel bildet. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Presswalze können dabei zwischen 0,1 und 400 m/min, bevorzugt zwischen 0,1 und 60 m/min, insbesondere zwischen 0,1 und 10 m/min Hegen. Mit diesen Umfangsgeschwindigkeiten kann in einer Behandlungszone eine Faserdurchsatz von 10 bis 1500 kg/(m2 h), bevorzugt zwischen 10 und 1200 kg/(m2 h) erreicht werden. Der Faserdurchsatz errechnet sich aus dem Gewicht der Fasermasse im absolut trockenen Zustand geteilt durch die Verweilzeit je Behandlungsfeld und ist abhängig von der Länge des Behandlungsfelds.
Vor dem Expansionsbereich kann die Fasermasse in der Presszone durch einen Kompressionsbereich geleitet werden, in dem der Pressdruck in Durchleitungsrichtung der Fasermasse zunimmt, so dass ein bereits in der Fasermasse vorhandenes Behandlungsfluid abgepresst wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann im Kompressionsbereich das abgepresste Behandlungsfluid aus der Fasermasse durch die Pressmantelfläche abgeleitet werden. Dazu kann beispielsweise eine Absaugeinrichtung vorgesehen sein, durch die im Betrieb das Behandlungsfluid aus dem Kompressionsbereich abgesaugt wird. Anstelle einer Absaugeinrichtung können allerdings auch lediglich Öffnungen in der Pressmantelfläche vorgesehen sein, durch die aufgrund des im Kompressionsbereich in Behandlungsrichtung zunehmenden Pressdruckes das Behandlungsfluid selbsttätig hindurchtritt, so dass nach Durchtritt der Fasermasse durch die Presszone nahezu kein Behandlungsfluid aus dem vorangegangenen Behandlungsschritt mehr in der Fasermasse vorhanden ist.
Der Liniendruck, mit dem eine erfindungsgemäße Presswalze in die Fasermasse gedrückt wird, beträgt bis zu 100 N pro mm Walzenbreite.
Ergänzend oder alternativ zur Ableitung oder Absaugung des Behandlungsfluids in der Kompressionszone kann auch Behandlungsfluid in der Kompressionszone zum Ausspülen der Fasermasse vor dem Abpressen in die Fasermasse durch die Pressmantelfläche hindurch geleitet werden. Beispielsweise kann die Fasermasse in der Kompressionszo- ne mit dem in der Expansionszone der vorgeschalteten Presswalze zugeführten Behandlungsfluid ausgespült werden, so dass kein Behandlungsfluid von dem Behandlungsschritt, der in Transport- oder Förderrichtung der Fasermasse durch die Vorrichtung vor der Kompressionszone angeordnet ist, in den Behandlungsschritt verschleppt werden, der in Förderrichtung hinter der Expansionszone angeordnet ist.
Eine gründliche und gleichmäßige Imprägnierung der Fasermasse mit dem Behandlungsfluid lässt sich dann erreichen, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Behandlungsfluid unter Druck zum Beispiel durch im Pressbereich angeordnete Düsen in Kompressions- und/oder Expansionsbereich in die Fasermasse gepresst wird. Der auf die Presswalzenbreite bezogene Flüssigkeitsdurchsatz kann zwischen 0,1 und 125 m3/(h m), bevorzugt zwischen 0,1 und 50 m3/(h m), insbesondere zwischen 0,1 und 20 m3/(h m) liegen.
Eine besonders kompakte Bauweise lässt sich erzielen, wenn die Imprägniereinrichtung, durch die das Behandlungsfluid der Fasermasse zugeführt wird, zumindest abschnittsweise innerhalb der Presswalze angeordnet ist. Dabei kann das Behandlungsfluid gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung aus dem Inneren der Presswalze durch Öffnungen in die Fasermasse geleitet werden. Hierzu kann die Presswalze an ihrer der Fasermasse zugewandten Oberfläche mit Öffnungen versehen sein, durch die das Behandlungsfluid in die Fasermasse geleitet wird. Die Öffnungen können regelmäßig oder unregelmäßig in der Oberfläche der Presswalze ausgebildet sein und beispielsweise einen im Wesentlichen düsenförmigen Querschnitt aufweisen. Der Öffnungsgrad der Walz, also das Verhältnis der von den Öffnungen eingenommenen Flächen zur gesamten Oberfläche der Walze kann zwischen 1 und 95%, vorzugsweise zwischen 3 und 90%, besonders bevorzugt zwischen 3 und 85%.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Presswalze aber auch an ihrer der Fasermasse zugewandten Fläche Rippen ausbilden, die zumindest abschnittsweise die Pressmantelfläche bilden und zwischen denen im Betrieb das Behandlungsfluid in die Fasermasse einleitbar ist. Diese Rippen können sich gemäß weiteren Ausgestaltungen im Wesentlichen quer zu oder im Wesentlichen in Bewegungsrichtung der Fasermasse erstrecken. Um ein Verschleppen des Behandlungsfluids von den beiden durch die Presswalzenanordnung getrennten Behandlungsschritten zu vermeiden, können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Rippen als ein Wehr ausgebildet sein, das einer Strömung des Behandlungsfluids durch die Presswalze hindurch vom Kompressionsbereich zur Expansionszone und damit einem Verschleppen entgegenwirkt. Dies ist insbesondere bei quer zur Bewegungsrichtung der Fasermasse verlaufenden Rippen möglich Hierzu kann die Höhe der Rippen so bemessen sein, dass in der Presszone ein oberes, der Fasermasse abgewandtes Ende einer Rippe im Wesentlichen zwischen dem Kompressionsbereich und dem Expansionsbereich stets über das Niveau des Behandlungsfluids im Kompressionsbereich und/oder Expansionsbereich ragt.
Insbesondere bei der Ausgestaltung der Presswalze mit voneinander beabstandeten, vorzugsweise quer zur Förderrichtung der Fasermasse verlaufenden Rippen können im Inneren der Presswalze gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung Sprühdüsen integriert sein, durch die das Behandlungsfluid im Betrieb in Nebel- oder Strahlform auf die Fasermasse vorzugsweise in der Presszone gerichtet ist. Um eine Förderung des Behandlungsfluids aus dem Kompressionsbereich durch die sich drehende Presswalze in den Expansionsbereich zu verhindern, können die Düsen dabei auch auf den Kompressionsbereich gerichtet sein, um das dort vorhandene Behandlungsfluid zu verwässern oder zu verdrängen. Eine vollständige Benetzung der Fasermasse durch das von den Sprühdüsen abgegebene Behandlungsfluid wird erreicht, wenn sich der Sprühkegel der Düsen im Bereich der Fasermasse bzw. in der Presszone im Wesentlichen überlappt.
Je nach Art des verwendeten Behandlungsfluids, nach Größe und Gewicht der Fasermasse sowie nach Zusammensetzung der Fasermasse kann es notwendig sein, den Bereich zu verstellen, über den das Behandlungsfluid durch die Pressmantelfläche hindurch auf die Fasermasse geleitet wird. Hierzu kann die Imprägniereinrichtung eine Ver- stelleinrichtung aufweisen, durch welche die Größe und die Orientierung des Austrittsbe- reichs des Behandlungsfluids in der Pressmantelfläche verstellt wird. Die Versteileinrichtung kann hierzu gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung als ein in der Presswalze angeordneter Abdeckkörper mit einem Schlitz ausgestaltet sein, der denjenigen Teil des Pressmantelfläche oder der Presswalze abdeckt, durch den kein Behandlungsfluid treten soll. Dieser Abdeckkörper kann beispielsweise als ein mit einem Längs- schlitz versehener, in der Presswalze drehbar gehaltener rohrförmiger Körper ausgestaltet sein.
Anstelle oder zusätzlich zu einer Zuleitung des Behandlungsfluids aus dem Inneren der Presswalze kann die Imprägniereinrichtung eine Zuleitung aufweisen, durch die im Betrieb das Behandlungsfluid von außerhalb der Presswalze im Wesentlichen bis in den Expansionsbereich geleitet ist. Diese Zuleitung kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens in der Presszone zumindest abschnittsweise zwischen zwei sich im Wesentlichen in Bewegungsrichtung der Fasermasse erstreckenden Rippen angeordnet sein. Dabei ist es von Vorteil, wenn der der Pressmantelfläche zugewandte Abschnitt der Zuleitung im Wesentlichen bündig mit den Rippen abschließt, so dass die Pressmantelfläche möglichst glatt ist und wenig Reibwiderstand gegenüber der Fasermasse bietet.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Presswerk zur Behandlung von Fasermassen, mit wenigstens einer Presswalzenanordnung zum Pressen der Fasermassen und mit einem Fördermittel zum Transport der Fasermassen durch das Presswerk, wobei eine Presswalzenanordnung gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen verwendet wird.
Bei einem Presswerk mit mehreren in Förderrichtung der Fasermasse hintereinander angeordneten Presswalzenanordnungen können diese unmittelbar aneinander folgen.
Das Presswerk und die Presswalzenanordnung können mit einer Fasermasse betrieben werden, deren Gewicht absolut trocken pro Flächeneinheit zwischen 0,1 bis 20 kg/m2, vorzugsweise 0,1 bis 10 kg/m2 beträgt. Als Fasermassen können Kabel oder schwere, dicke Vliese nachbehandelt werden.
Als Behandlungsfluide können reines Wasser, wässrige organische oder anorganische Lösungsmittel, wässrige oder konzentrierte Laugen und Säuren, Bleichechemikalien, Präparationsmittel bzw. inerte Gase, dampfförmige Medien, Heiz- oder Kühlmedien sowie Lösungsmitteldämpfe verwendet werden. Gegenüber der Presswalze kann beim Presswerk im Bereich der Presszone eine weitere Presswalze angeordnet sein, die als Gegendruckmittel zur Aufnahme des Pressdruckes dient. Diese zweite Presswalze kann dieselbe Ausgestaltung aufweisen, wie die oben beschriebene erste Presswalze. Bei dieser Ausgestaltung wird die Fasermasse zwischen den beiden Presswalzen hindurch geleitet.
Als Materialien für die Presswalzen können Metalle oder Kunststoffe verwendet werden, deren Oberfläche gummiert, poliert oder geschliffen sein kann. Um eine Faserschädigung zu vermeiden, sollten die Kanten der Presswalzen und gegebenenfalls die Kanten der an der Presswalze angeordneten Öffnungen und Rippen gebrochen sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in ihrem Aufbau und ihrer Funktion näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung einer Fasermasse;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung im Querschnitt
Fig. 3 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 im Querschnitt;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 5 das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 im Querschnitt;
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungemäßen Presswalzenanordnung in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 7 eine stirnseitige Ansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 6; Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung im Querschnitt.
Zunächst wird der Ablauf des Verfahrens zur Herstellung der Fasermasse anhand der Fig. 1 beschrieben.
In einem in Fig. 1 nur schematisch dargestellten System 1 wird eine Extrusionslösung 2 hergestellt. Hierzu wird in einem oder mehreren Mischern eine Suspension aus trockener oder feuchter zerkleinerter Zellulose und Wasser und/oder tertiärem Aminoxid gebildet. Der Suspension wird unter Einsatz erhöhter Temperaturen bei Unterdruck soviel Wasser abgedampft, dass eine als Extrusionslösung dienende Zelluloselösung entsteht. In einem Reaktionsbehälter 1 wird eine Extrusionslösung 2 zubereitet. Die Extrusionslösung enthält Zellulose, Wasser und tertiäres Aminoxid, beispielsweise N-Methyl- morpholin-N-Oxid (NMMO) sowie gegebenenfalls Stabilisatoren zur thermischen Stabilisierung der Zellulose und des Lösungsmittels. Stabilisatoren können z.B. sein: Propylga- lat oder alkalisch wirkende Medien oder Mischungen untereinander. Gegebenenfalls können weitere Additive enthalten sein, wie beispielsweise Titandioxid, Bariumsulfat, Grafit, Carboxymethylzellulosen, Polyethylenglykole, Ketin, Ketusan, Alginsäure, Poly- saccharide, Farbstoffe, antibakteriell wirkende Chemikalien, Flammschutzmittel enthaltend Phosphor, Halogene oder Stickstoff, Aktivkohle, Ruße oder elektrisch leitfähige Ruße, Kieselsäure sowie organische Lösungsmittel als Verdünnungsmittel usw.
Über eine Pumpe 3 wird die Extrusionslösung 2 durch ein Leitungssystem 4 gefördert. Im Leitungssystem 4 ist ein Druckausgleichsbehälter 5 angeordnet, der Druck- und/oder Volumenstromschwankungen im Leitungssystem 4 ausgleicht, so dass ein Extrusi- onskopf 6 kontinuierlich und gleichmäßig mit der Extrusionslösung 2 versorgt werden kann.
Das Leitungssystem 4 ist mit Temperierungseinrichtungen (nicht gezeigt) versehen, durch welche die Temperatur der hier beispielhaft verwendeten Extrusionslösung 2 genau gesteuert werden kann, sowie mit einer Filtrationseinheit (nicht gezeigt). Dies ist notwendig, da die chemischen und mechanischen Eigenschaften der Extrusionslösung stark temperaturabhängig sind. So sinkt die Viskosität der Extrusionslösung 2 mit steigender Temperatur und/oder steigender Scherrate. Im Leitungssystem 4 sind des Weiteren Berstschulzeinrichtungen vorgesehen, die aufgrund der Neigung der Extrusionslösung zu einer spontanen exothermen Reaktion notwendig sind. Durch die Berstschutzeinrichtungen werden im Falle einer spontanen exothermen Reaktion Beschädigungen am Leitungssystem 4 und am Druckausgleichsbehälter 5 sowie am nachgeschalteten Extrusionskopf 6 vermieden, wie sie aufgrund des Reaktionsdruckes auftreten können.
Eine spontane exotherme Reaktion in der Extrusionslösung 2 tritt beispielsweise bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur sowie bei einer Alterung der Extrusionslösung 2 vorzugsweise in Totwassergebieten auf. Um das Auftreten von Totwassergebieten und Strömungsablösungen zu vermeiden und eine gleichmäßige Durchströmung des Leitungssystems 4 mit Extrusionslösung sicherzustellen, ist das Leitungssystem 4 im gesamten, von der hochviskosen Extrusionslösung durchströmten Bereich strömungsgünstig ausgebildet.
Im Extrusionskopf 6 wird die Extrusionslösung in einen Düsenraum 7 auf eine Vielzahl von Extrusionskanälen 8 in Form von Spinnkapillaren 8 verteilt. Die Spinnkapillaren 8 sind in Reihe, in Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene, angeordnet. Durch einen einzigen Extrusionskopf 6 wird somit gleichzeitig eine Vielzahl von Endlosformkörpern hergestellt. Darüber hinaus kann auch eine Vielzahl von Extrusionsköpfen 6 vorgesehen sein, die jeweils eine Vielzahl von End losform körpern bzw. im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 Spinnfäden ausbilden. In Fig. 1 ist der Einfachheit halber lediglich eine Spinnkapillare 8 dargestellt.
Die Spinnkapillare weist üblicherweise einen Innendurchmesser D von weniger als 500 μm, für Spezialanwendungen kann der Durchmesser auch weniger als 100 μm, vorzugsweise um die 50 bis 70 μm betragen.
Die von der Extrusionslösung durchströmte Länge L der Spinnkapillare beträgt mindestens das Doppelte, höchstens das 100- bis 150-fache des Innendurchmessers D.
Die Spinnkapillare 8 ist zumindest abschnittsweise von einer Heizeinrichtung 9 umgeben, durch welche die Wandtemperatur der Spinnkapillare 8 steuerbar ist. Die Wand- temperatur der Spinnkapillare 8 beträgt im Betrieb um die 150°C. Die Temperatur der Spinnlösung beträgt im Betrieb zwischen ca. 80 und 130°C. Die Spinnkapillaren 8 können in beliebiger Form auch in einem Trägerkörper, welcher von außen temperiert wird, angebracht sein, so dass sich hohe Lochdichten im Extrusionskopf 6 ergeben.
Die Heizeinrichtung 9 erstreckt sich vorzugsweise bis zu der in Strömungsrichtung S gelegenen Austrittsöffnung 10 des Extrusionskanals. Dadurch wird die Wand des Extrusionskanals 8 bis hin zur Extrusionskanalöffnung 10 beheizt.
Durch die direkte oder indirekte Beheizung des Extrusionskanals bildet sich an dessen Innenwand und aufgrund der temperaturabhängigen Viskosität der Extrusionslösung eine gegenüber der Kernströmung niedrigviskose, erwärmte Filmströmung aus. Dadurch werden das Geschwindigkeitsprofil der Extrusionslösung innerhalb des Extrusionskanals 8 und der Extrusionsvorgang positiv so verändert, dass eine verbesserte Schiingenfestigkeit und eine verringerte Fibrillierungsneigung der extrudierten Spinnlösung erreicht wird.
Im Extrusionskanal 8 wird die Extrusionslösung extrudiert und tritt danach in Form eines Spinnfadens 11 in einen Luftspalt 12 aus. Der Luftspalt weist in Strömungsrichtung S der Extrusionslösung eine Höhe H auf.
Im Luftspalt 12 wird Luft 13 der Extrusionslösung aus dem Extrusionskopf 6 mit hoher Geschwindigkeit zugeführt. Die Strömungsrichtung kann bis zum Extrusionsfaden horizontal geführt werden; die Strömungsgeschwindigkeit der Luft 13 kann größer sein als die Extrusionsgeschwindigkeit des Spinnfadens, mit welcher der Endlosform körper aus der Extrusionskanalöffnung 10 austritt. Durch eine im Wesentlichen koaxial geführte Luftströmung wirkt an der Grenzfläche zwischen Endlosformkörper 11 und Luft 13 eine Zugspannung, durch die der End losform körper 11 verstreckt werden kann.
Nach Durchquerung des Luftspaltes 12 tritt der Endlosformkörper in eine Koagulationsbadzone 14 ein, in der er mit einer Koagulationslösung befeuchtet oder benetzt wird. Die Befeuchtung kann entweder mittels einer Sprüh- oder Benetzungsvorrichtung (nicht gezeigt) geschehen, oder durch ein Eintauchen des Endlosform körpers 11 in das Koagulationsbad. Durch die Koagulationsbadlösung wird die Extrusionslösung stabilisiert. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass nach der Koagulationsbadzone 14 der Endlosformkörper 11 im Wesentlichen zugspannungsfrei auf einer Fördereinrichtung 15 abgelegt wird. Die Fördereinrichtung 15 ist als ein Schüttelförderer ausgestattet. Aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Schüttelförderers 16 werden die Endlosfila- mente in geordneten Stapeln 17 auf der Fördereinrichtung abgelegt. Durch die zugspannungsfreie Förderung auf der Fördereinrichtung 15 kann sich der Endlosform körper 11 stabilisieren, ohne dass nachteilige Effekte auf die mechanischen Eigenschaften des Endlosform körpers 11 ausgeübt werden, wie sie beispielsweise durch eine zu frühe mechanische Beanspruchung kurz nach der Extrusion des Endlosformkörpers 11 auftreten können.
Je nach Ausführung wird vor oder nach der Fördereinrichtung 15 der Endlosform körper 11 mittels eines Abzugswerkes 18 abgezogen und über Umlenk- oder Fördervorrichtun- gen19 einer Schneidmaschine 20 zugeführt. Über das Abzugswerk 18 werden die entsprechenden Faserparameter wie Titer, Festigkeit und Dehnung eingestellt.
In die Schneidmaschine 20 werden parallel die Endlosformkörper 11 nur eines Teils der Extrusionsköpfe 6 oder sämtlicher Extrusionsköpfe 6 eingeleitet. In der Schneidmaschine 20 befindet sich ein Walzenpaar (nicht gezeigt) für die Zuführung der Endlosform kör- perbündel 11 der verschiedenen Extrusionsköpfe 6 zum Schneidapparat, der eigentliche Schneidapparat (nicht gezeigt) und eine Stapelfaserabschwemmvorrichtung (nicht gezeigt). Der Schneidapparat (nicht gezeigt) zieht das vom Abzugswalzenpaar zugeführte Kabel mittels eines Wasserstrahlinjektors zu horizontal rotierenden Schneidmessern. Durch die Schneidmesser wird die Fasermasse auf eine vorbestimmte Länge abgelängt. Die Schneidmesser bleiben während des Schneidvorgangs durch fortwährendes Nachschleifen schnitthaltig. Durch die Wasserstrahlzuführung findet eine erste Auflösung der beim Schnittvorgang entstehenden Stapelfaserpakete vor dem Aufschwemmen der Stapelfaserpakete zu einer Fasermasse statt.
Aus der Schneidmaschine 21 tritt eine im Wesentlichen mattenförmige Fasermasse 21, die zusammen mit dem Wasser, das im Schneidvorgang zugeführt wurde, in eine Vorrichtung 22 zur Behandlung der Fasermasse 21 geschwemmt wird. Die Fasermasse 21 wird durch eine Wirrlage der in der Schneidmaschine 20 geschnittenen Fasern gebildet. Die Vorrichtung 22 zur Behandlung der Fasermasse 21 bildet m Wesentlichen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
In der Vorrichtung 22 werden für Viskosefasern typische Behandlungsschritte durchgeführt, wie beispielsweise Entsäuern, Entschwefeln, Waschen, Bleichen und Waschen, Antichlor-Behandeln, Wasserwaschen sowie Aufbringen von Avivage/Fettauflage oder sonstigen Chemikalien. Die einzelnen Behandlungsschritte bzw. -phasen finden jeweils in Behandlungszonen 23, 24, 25, 26, 27 statt, die durch Presswalzenanordnungen 28, 29, 30, 31 , 32, 33 voneinander getrennt sind. In jeder Behandlungszone 23 bis 27 wird über eine Imprägniereinrichtung 34, 35, 36, 37, 38 jeweils ein dieser Behandlungszone bzw. Behandlungsschritt zugeordnetes Behandlungsfluid aus entsprechenden Vorrats- behältem 39, 40, 41, 42, 43 zugeleitet. Die Behandlungszonen weisen in Förderrichtung der Fasermassen einen Abstand von mindestens ca. 0,5 m von Walzenmittelpunkt zu Walzenmittelpunkt auf, der Anstand kann aber, je nach Anforderung des Behandlungsvorgangs bis zu 10m und mehr betragen. Im Extremfall können die einzelnen Presswalzenanordnungen 28, 29, 30, 31 , 32, 33 auch unmittelbar aufeinander folgen, so dass sich die Presswalzen gerade nicht berühren.
Die Vorratsbehälter 39 bis 43 werden dabei im Gegenstrom mit Behandlungsfluid versorgt, d.h. das Behandlungsfluid aus einem in Förderrichtung B der Fasermasse 21 nachfolgenden Schritt wird im wesentlichen ungereinigt einem in Behandlungsrichtung davor liegendem Behandlungsschritt zugeleitet; die Richtung der Durchströmung des Behandlungsfluids durch die Vorrichtung 22 ist der Förderrichtung der Fasermasse 21 durch die Vorrichtung 22 entgegengesetzt. In Förderrichtung B nimmt folglich die Reinheit des Behandlungsfluids in den Vorratsbehältern 39 bis 43, die als Auffangbehälter unter der Fasermasse 21 angeordnet sind, zu. Die Fasermasse 21 wird durch die Vorrichtung 22 auf einer Fördereinrichtung 44 transportiert, die als Bandförderer mit einem endlosen Siebband oder Drahtgewebegurt, als Schwingförderer oder als Exzenter- Rastenförderer ausgebildet sein kann.
Die Presswalzenanordnungen 28 bis 33 können, wie in Fig. 1 dargestellt, entweder als paarweise Walzen oder als alleinstehende Walzen mit einer feststehenden Gegendruckfläche ausgebildet sein. Die Anpresskraft der Walzen kann auf elektrischem, hydraulischem oder pneumatischem Weg sowie mechanisch beispielsweise über He- belkräfte erzeugt werden. Der typische Anpressdruck der Presswalze liegt bei bis zu ca. 100 N pro mm Walzenbreite.
Durch den von den Presswalzenanordnungen 28 bis 33 ausgeübten Pressdruck wird das in der jeweiligen Behandlungszone 23 bis 27 eingebrachte Behandlungsfluid aus der Fasermasse gepresst und ein Verschleppen des Behandlungsfluids von einem vorangegangenen Behandlungsschritt in den nächsten Behandlungsschritt verhindert.
Nach Durchlaufen der Vorrichtung 22 kann die Fasermasse 21 noch weiteren, in Fig. 1 nicht dargestellten Behandlungsschritten zugeführt werden. Beispielsweise kann sich eine Trocknungsvorrichtung mit Öffnungsaggregaten zur Entfeuchtung und Auflockerung der Fasermasse und daran ein Verpackungsaggregat zur Herstellung eines versandfertigen Produkts anschließen.
Fig. 1 zeigt beispielhaft die Herstellung einer Fasermasse aus einer zellulosehaltigen Spinnlösung. Die Verwendung der Vorrichtung 22 ist jedoch nicht auf Zellulosefasern beschränkt, sondern kann auf vliesartige oder verwobene Fasermassen aus Spinnfäden anderer Zusammensetzung ebenfalls verwendet werden. Zur Herstellung solcher Fasermassen aus nichtviskosen oder nicht-zellulosischen Fasern sind aus dem Stand der Technik andere Herstellverfahren bekannt.
Im Folgenden wird jeweils eine Presswalzenanordnung beispielhaft beschrieben. Da die grundsätzliche Funktion der Presswalzenanordnungen 28 bis 33 jeweils dieselbe ist, wird in der folgenden Beschreibung beispielhaft nur auf eine einzige Presswalzenanordnung eingegangen.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung 50 zur Behandlung der Fasermasse 21 in einem Schnitt senkrecht zu der Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21.
Die in Fig. 2 gezeigte Presswalzenanordnung wird zur Kabelwäsche oder zur Stapelfaserwäsche mit kleinen Geschwindigkeiten und großen Fasermassen verwendet, wobei die Fasermasse mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 40 m/min in Förderrichtung bewegt wird. Diese Geschwindigkeit entspricht der Extrusionsgeschwindigkeit der Endlosformkörper am Extrusionskopf. Bei einem Flächengewicht der Fasermasse von 0,1 kg/m2 absolut trocken beträgt der Faserdurchsatz ca. 52 kg/(m2 h), wobei das Behandlungsfluid mit einer Durchflussrate von 125 m3/(h m) pro m Walzenbreite zugeführt wird.
Die Presswalzenanordnung 50 weist eine Presswalze 51 auf, die an einer in Fig. 2 nicht dargestellten Lagerung drehend gelagert ist und sich in Pfeilrichtung P mit der Bewegung der Fasermasse 21 mitdreht. Die Presswalze 51 wird mit einer Anpresskraft F in die Fasermasse 21 gedrückt. Dabei bildet sich eine Pressmantelfläche 52, welche diejenige gedachte Hüllfläche um die Presswalze 51 ist, durch welche der von der Presskraft F erzeugte Pressdruck auf die Fasermasse 21 einwirkt.
Der Bereich, über den die Presskraft F als Pressdruck über die Pressmantelfläche 52 auf die Fasermasse 21 einwirkt, wird als Presszone 53 bezeichnet. In Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21 nimmt in der Presszone zunächst der Pressdruck bis zu etwa dem Bereich hin zu, in dem die Presswalze 51 am tiefsten in die Fasermasse 21 eindringt. Der Bereich des in Bewegungsrichtung B der Fasermasse zunehmenden Pressdruckes wird im Folgenden als Kompressionsbereich 54 bezeichnet. An den Kompressionsbereich 54 schließt sich in Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21 ein Expansionsbereich 55 an, in dem der Pressdruck in Bewegungsrichtung B der Fasermasse wieder abnimmt.
In der Kompressionszone 54 wird aufgrund des zunehmenden Pressdruckes das in der Fasermasse 21 aufgenommene Behandlungsfluid 56 abgepresst, so dass im Anschluss an die Kompressionszone 54 nahezu kein Behandlungsfluid 56 aus dem vorangegangenen Behandlungsschritt mehr in der Fasermasse 21 vorhanden ist.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Presswalze 51 mit Durchgangsöffnungen 57 versehen, die sich vom Inneren der Presswalze zum Äußeren der Presswalze erstrecken. An der äußeren Umfangsfläche 59 der Presswalze 51 enden die Durchgangsöffnungen 57 in Aussparungen 58, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Durchgangsöffnungen 57. Die Aussparungen können auch schlitzförmig entlang der Presswalzenachse angebracht und über den Umfang entsprechend verteilt sein. Der Durchmesser der Bohrungen liegt bei einem Walzendurchmesser von 400 mm bei 3 bis 12 mm. Der Öffnungsgrad der Presswalze 51 liegt, weitgehend unabhängig von ihrem Durchmesser, bei ca. 5 bis 40%.
Die Durchgangsbohrungen 57 können zufällig verteilt, in Reihen in Achsrichtung oder in Umfangsrichtung oder versetzt zueinander an der äußeren Umfangsfläche 59 angeordnet sein.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bildet das Innere der Presswalze einen Teil einer Imprägniereinrichtung, durch die Behandlungsfluid in die Fasermasse eingeleitet wird.
Im Inneren der Presswalze 51 ist ein Abdeckkörper 60 vorgesehen, der im Wesentlichen rohrförmig ausgestaltet ist und eine sich in Achsrichtung der Presswalze 51 erstreckende Öffnung 61 in Form eines Schlitzes aufweist, welcher der Presszone zugewandt ist. Der Abdeckkörper 60 bewegt sich nicht mit der Presswalze 51 mit, sondern ist stationär. An seinen dem Schlitz zugewandten Enden ist der Abdeckkörper 60 jeweils mit Dichtelementen 62 versehen, so dass kein Behandlungsfluid aus dem Innenraum 63 der Presswalze 51 zwischen Abdeckkörper 60 und innerer Umfangsfläche 64 der Presswalze 51 gelangen kann.
Der Abdeckkörper 60 dient dazu, den Bereich 65 zu begrenzen, über den Behandlungsfluid in die Fasermasse 21 eingebracht wird. Der Bereich 65 erstreckt sich dabei gemäß Fig. 2 hauptsächlich in den Bereich der Expansionszone 55, aber auch - zumindest abschnittsweise - in den Bereich der Kompressionszone 54. Wenn aus dem Innenraum 63 der Presswalze 51 Behandlungsfluid, das beispielsweise unter einem Druck von 2,5 bis 3 bar stehen kann, durch die Durchgangsöffnungen 57 geleitet wird, so wird dieses Behandlungsfluid in der Kompressionszone 54 das Behandlungsfluid 56, in Fig. 2 schematisch angedeutet, aus dem vorangegangenen Behandlungsschritt ausspülen und gleichzeitig wird es in der Expansionszone 55 durch die Kapillarwirkung und das Aufquellen der Fasermasse 21 aufgrund des sich verringernden Druckes aufgesogen. Als Ergebnis erhält man eine homogene und rasche Verteilung des durch die Presswalze 51 bzw. die Pressmantelfläche 52 hindurch zugeleiteten Behandlungsfluids. Um die Lage des Schlitzes 61 relativ zur Presszone 53 verstellen zu können, ist der erste Abdeckkör- per 60 koaxial in der Presswalze 51 um deren Längsachse X schwenkbar gehalten, wie dies durch den Doppelpfeil A angedeutet ist.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2. Dabei wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eingegangen.
Die Presswalzenanordnung der Fig. 3 kann zum Beispiel zum Waschen eines Zellulosevlieses mit einem Gewicht von ca. 4,1 kg/m2 als Fasermasse 21 verwendet werden. Bei dieser Anwendung wird die Fasermasse mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,1 m/min in Förderrichtung bewegt. Der Faserdurchsatz pro m Walzenbreite beträgt bei einer derartigen Anwendung um die 40 kg/(h m2). Das Behandlungsfluid wird mit einem Durchsatz von 0,7 m3/(h m) zugeführt.
Im Unterschied zum einstückigen Abdeckkörper 60 der Fig. 2 ist der Abdeckkörper bei der Weiterbildung der Fig. 3 in zwei Abdeckkörper 60a und 60b zweigeteilt. Jeder der beiden Abdeckkörper 60a, 60b ist unabhängig vom anderen Abdeckkörper an der inneren Umfangsfläche 64 der Presswalze 51 um deren Längsachse X schwenkbar gehalten. Somit kann bei der Presswalzenanordnung 50 gemäß Fig. 3 sowohl der Öffnungswinkel α als auch die Orientierung des Schlitzes 61 durch Verstellung eines Abdeckkörpers 60a, 60b oder beider Abdeckkörper 60a, 60b verändert werden. Um den Innenraum 63 der Presswalze 51 außerhalb des Schlitzbereiches abzudichten, ist ein Dichtkörper 66 vorgesehen, der einen Bewegungsschlitz 67 abdeckt, der ebenfalls von den beiden Abdeckkörpern 60a, 60b gebildet wird und die Beweglichkeit der beiden Abdeckkörper 60a, 60b gegeneinander sicherstellt. Der Dichtkörper 66 kann innerhalb der Abdeckkörper 60a, 60b oder aber, in einer alternativen Ausgestaltung, zwischen Abdeckkörper 60a, 60b und Presswalze 51 angeordnet sein. An seinen Enden ist der rohrförmi- ge, mit Längsschlitz versehene Dichtkörper 66 mit Dichtelementen 68 versehen, die ein Eindringen von Behandlungsfluid zwischen Abdeckkörper und Dichtkörper verhindern.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann durch die starke Variabilität hinsichtlich Größe und Lage der Behandlungszone 65 eine genaue Anpassung an den jeweiligen Behandlungsschritt und die Benetzungserfordernisse des in diesen Behandlungsschritt zugeführten Behandlungsfluids vorgenommen werden. In Phantomlinien ist beispielsweise eine einseitige Verstellung des in Fig. 3 linken Abdeckkörpers 60b gezeigt, was in einer nur im Expansionsbereich 55 gelegenen Behandlungszone 65 resultiert, durch die das Behandlungsfluid in die Fasermasse 21 geleitet wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Presswalzenanordnung ist in der Fig. 4 dargestellt. Dabei werden für Elemente, deren Aufbau oder Funktion im Wesentlichen den Elementen des vorangegangenen Ausführungsbeispiels entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Presswalze 51 aus einer Vielzahl von in Achsrichtung X der Presswalze 51 verlaufenden Rippen 70 gebildet. Die Rippen weisen eine Wandstärke auf, die in radialer Richtung vom inneren der Presswalze 51 nach außen hin zunimmt. An ihrer Außenseite bilden die Rippen 70 zumindest abschnittsweise in der Presszone 53 die Pressmantelfläche 52. Die Rippen 70 sind jeweils an den beiden in Achsrichtung X gelegenen Enden des Pressmantelfläche an Befestigungsscheiben oder -ringen befestigt. Die Rippen 70 verlaufen sämtlich parallel zueinander und sind voneinander gleich beabstandet, der zwischen ihnen liegende Bereich 71 ist im Wesentlichen materialfrei. Die Rippen 70 untereinander können durch in Umfangsrichtung verlaufende, Scheiben- oder ringförmige Streben miteinander verbunden sein, so dass sie eine größere mechanische Stabilität erlangen.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführung kann der Öffnungsgrad der Presswalze 40 in Einzelfällen bis zu zwischen 90 und 95% betragen. Die Anzahl der Rippen beträgt zwischen 30 und 80, vorzugsweise um die 60. Bei einem Durchmesser der Presswalze von 400 mm kann die Breite der Rippe in Umfangsrichtung zwischen 1 und 20 mm betragen, wobei durch breitere Stege zwar ein höherer Druck, aber ein geringerer Flüssigkeitsdurchsatz erzielbar ist.
Im Innenraum 63 der Presswalze 51 ist eine Imprägniervorrichtung 72 angeordnet, durch die Behandlungsfluid in den Innenraum 63 der Presswalze 51 geleitet ist. Eine derartige Imprägniereinrichtung 72 kann beispielsweise alternativ auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 anstelle oder mitsamt dem Abdeckkörper 60 verwendet werden. Umgekehrt kann auch die Imprägniereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 oder 3 mitsamt dem dort beschriebenen Abdeckkörper 60 verwendet werden.
Die Imprägniereinrichtung 72 des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 besteht aus einer zentralen Zuleitung 73, die koaxial zur Achse X der Presswalze 51 verläuft. Die Zuleitung 73 ist in Fig. 4 an ihrem in Achsrichtung X gelegenen Ende geschnitten dargestellt, an ihrem in Fig. 4 rechten Ende kann jedoch auch eine Endkappe vorgesehen sein, o- der die Zuleitung 73 kann in Achsrichtung X durch die gesamte Presswalze 51 hindurchreichen und das Behandlungsfluid einerweiteren Presswalzenanordnung zuführen. Das in Strömungsrichtung S des Behandlungsfluids gelegene Ende der Zuleitung 73 kann mit dem Eingang der Zuleitung 73 verbunden sein, um ein Recycling des Behandlungsfluids in diesem Behandlungsschritt zu ermöglichen.
Die Imprägniereinrichtung 72 ist des Weiteren mit einer oder einer Mehrzahl von Sprühdüsen 74 versehen, die auf die Fasermasse 21 gerichtet sind. Das Behandlungsfluid strömt von der zentralen Zuleitung bzw. dem Sammelrohr 73 durch die einzelnen Düsen 74 und zwischen den Rippen 70 hindurch in die Fasermasse 21.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Achsrichtung X des Ausführungsbeispiels der Fig. 4.
In Fig. 5 ist zu erkennen, dass durch das Behandlungsfluid aus den Sprühdüsen 74 jeweils ein Sprühkegel 75 gebildet wird, wobei sich die Sprühkegel 75 gegenseitig so ü- berlappen, dass in der Presszone 53 kein Bereich vorhanden ist, der nicht vom Behandlungsfluid benetzt wird. Die Sprühkegel 75 können kegelförmig oder eben sein.
Um ein Verschleppen des Behandlungsfluids 56 in den in Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21 hinter der Presszone 53 gelegenen Bereich zu verhindern, ist die Höhe H jeder Rippe 70 so bemessen, dass die im Wesentlichen in der Presszone 53 gelegenen Rippen ein Wehr bilden, durch das eine direkte Strömung des Behandlungsfluids zwischen den Bereichen beiderseits der Presszone nicht möglich ist.
Da durch die Drehbewegung D der Presswalze 51 durch den Zwischenraum 71 jeweils zwischen zwei Rippen 70 Behandlungsfluid von einem Behandlungsschritt in den nächs- ten Behandlungsschritt gefördert werden könnte, ist eine Sprühdüse 74' auf die Kompressionszone gerichtet, um evtl. dort einströmendes Behandlungsfluid 56 aus dem vorangegangenen Behandlungsschritt auszuspülen.
Über eine Versteileinrichtung 76, beispielsweise, indem die Sprühdüsen 74 an gegeneinander verdrehbaren, zur Zuleitung 73 konzentrischen Rohren 76 angebracht sind, kann der Behandlungsbereich 65 hinsichtlich Größe und Orientierung durch Verstellung der Sprühdüsen 74 eingestellt werden.
Der Abstand der Rippen in Umfangsrichtung voneinander ist so bemessen, dass zwischen den Rippen eine ausreichende Menge an Behandlungsfluid durchtreten kann und gleichzeitig der Pressdruck in der Presszone 53 noch gleichmäßig auf die Fasermasse 21 einwirken kann.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung 50. Dabei werden für Elemente, deren Aufbau und Funktion einem Element der vorangegangenen Ausführungsbeispiele entspricht, die gleichen Bezugszeichen wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen verwendet.
Die Presswalze 51 des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 weist in Achsrichtung X der Presswalze 51 voneinander beabstandete Rippen 70 auf, zwischen denen ein Zwischenraum 71 gebildet ist.
Die Presswalzenanordnung 50 weist ferner zwei Imprägniereinrichtungen 72a, 72b auf, die bezüglich der Bewegungsrichtung B der in Fig. 6 der Einfachheit halber nicht dargestellten Fasermasse zu beiden Seiten der Presswalze 51 angeordnet sind.
Jede Imprägniereinrichtung 72a, 72b weist ein parallel zur Achsrichtung X der Presswalze 51 verlaufendes Sammelrohr 73 auf, von dem aus sich Zuleitungen 80 in die Zwischenräume 71 zwischen den Rippen 70 bis in die Presszone 53 erstrecken.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 sind die Zuleitungen 80 der beiden Imprägniereinrichtungen 72a und 72b einstückig miteinander verbunden, so dass das Behandlungsflu- id vom Sammelrohr 73 der Imprägniereinrichtung 72a zum Sammelrohr 73 der Imprägniereinrichtung 72b strömt und ein Teil des Behandlungsfluids in der Presszone 53 durch in Fig. 6 nicht gezeigte Öffnungen der Zuleitungen 80 austritt.
Alternativ können auch die Zuleitungen 80 der Imprägniereinrichtung 72a und die Zuleitungen 80 der Imprägniereinrichtung 72b voneinander getrennt sein, so dass durch die Imprägniereinrichtung 72a ein anderes Behandlungsfluid als durch die Behandlungseinrichtung 72b in die Presszone 53 geleitet werden. Dadurch ist eine größere Variabilität und Anpassungsfähigkeit der durch die Presswalzenanordnung 50 durchführbaren Behandlung an unterschiedliche Fasermassen und Behandlungsfluide möglich.
Der Querschnitt der Zuleitungen 80 ist so ausgestaltet, dass er im Wesentlichen den Querschnitt der Zwischenräume 71 entspricht und somit die Zwischenräume 71 weitgehend ausfüllt. Die Strömung S des Behandlungsfluids durch das Sammelrohr 73 wird durch die Zuleitungen 80 bis in die Presszone 53 geleitet. Dies ist insbesondere in Fig. 7 zu erkennen, in der eine stirnseitige Ansicht des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 in Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21 dargestellt ist.
In Fig. 7 ist eine Zuleitung als Teilschnitt im Bereich der Presszone, insbesondere im Bereich des Expansionsbereichs 55 dargestellt.
Die Zuleitung weist in diesem Bereich Öffnungen 81 auf, durch die das Behandlungsfluid in den Zwischenraum 71 austritt und durch die Pressmantelfläche 52 hindurch in die Fasermasse 21 eintritt.
Alternativ zur Darstellung in Fig. 7 kann der der Fasermasse 21 zugewandte Abschnitt der Zuleitungen 80 auch in Kontakt mit der Fasermasse 21 gelangen. In diesem Fall sind jedoch besondere Vorkehrungen hinsichtlich Oberflächenqualität und Abriebfestigkeit der Zuleitungen 80 zu treffen, um eine Beschädigung der Fasermasse 21 und einen vorzeitigen Verschleiß der Zuleitungen 80 durch die unter Druck vorbeitransportierte Fasermasse 21 zu verhindern.
In einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 und 7 kann die bezüglich der Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21 vordere Imprägniereinrichtung 72a auch als eine Absaugeinrichtung ausgestaltet sein, mit der über die Öffnungen 81 in den Zuleitungen 80 Behandlungsfluid beispielsweise aus dem Kompressionsbereich abgesaugt wird.
In Fig. 7 ist ferner ein Antriebsmittel 82, beispielsweise ein Elektromotor dargestellt, durch den die Presswalze 51 drehend synchron mit der Bewegung der Fasermasse angetrieben ist. Ein derartiges Antriebsmittel 82 kann auch bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Bei dieser Ausgestaltung kann die Presswalze selbst als Fördermittel für die Fasermasse 21 eingesetzt werden, durch das die Fasermasse 21 durch die einzelnen Behandlungsschritte des Presswerks transportiert wird.
Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung 50 in einem Schnitt parallel zur Bewegungsrichtung B der Fasermasse 21 und senkrecht zur Achsrichtung X der Presswalze 51. Die Presswalzenanordnung 50 gemäß Fig. 8 weist eine Gegendruckwalze 90 auf, die mit einer der Andruckkraft Fi der Presswalze 51 entegegengerichteten Presskraft F2 gleicher Größe in die Fasermasse 21 gedrückt wird. Die Presswalze 51 und die Gegendruckwalze 90 weisen beide denselben Aufbau auf, der dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, entspricht.
Der Einfachheit halber werden für das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 daher für Elemente, deren Aufbau und Funktion Elementen der vorangegangenen Ausführungsbeispiele entspricht, dieselben Bezugszeichen verwendet.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 wird, wie durch den Pfeil ST schematisch dargestellt, im Expansionsbereich 54 das Behandlungsfluid aus dem vorangegangenen Behandlungsschritt durch die Gegendruckwalze 90 abgesaugt, während im Expansionsbereich 55, wie durch den Pfeil S2 angedeutet, Behandlungsfluid für den nächsten Behandlungsschritt durch die Presswalze 52 in die Fasermasse geleitet wird.
Alternativ zu dieser Ausführung kann jede Walze 51 , 90 in der Presszone 53 sowohl eine Absaugung als auch eine Imprägnierung bewirken. Wie in Fig. 1 anhand der Vorrichtung 22 dargestellt ist, kann sich bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Presswalzenanordnung 50 bei einem Presswerk 22 die für den nächsten Behandlungsschritt zuständige Presswalzenanordnung unmittelbar anschließen, da aufgrund der Imprägnierung der Fasermasse 21 durch die Pressmantelfläche 52 hindurch eine sofortige homogene Verteilung des Behandlungsfluids in der Fasermasse 21 stattfindet.
Dadurch verkürzt sich die Baulänge der Press- und Behandlungsvorrichtung 22 beträchtlich.
Aufgrund der sofortigen homogenen Verteilung innerhalb der Fasermasse 21 , die durch den geringen Faserabstand in der Expansionszone 55 und die daraus resultierende Kapillarwirkung unterstützt wird, lässt sich der Imprägnierungsprozess genauer durchführen und leichter steuern. Dadurch ist auch eine Imprägnierung auch mit kritisch handzuhabenden Behandlungsfluiden, die unter Umständen zu spontanen chemischen Reaktionen neigen, möglich.
Die erfindungsgemäßen Walzen können auch an anderer Stelle einer Anlage zur Faserherstellung, beispielsweise als Abzugswalzen mit integrierter Wacheinrichtung, eingesetzt werden.
Neben der beispielhaft beschriebenen Fasermasse aus Zellulose können auch Fasermassen aus natürlichen oder synthetischen Fasern durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren behandelt werden, beispielsweise Fasermassen aus Viskose, Acetat, Polyester, Polyamid und Polyacryl.
Nachfolgend sind spezielle Beispiele zur näheren Erläuterung der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele tabellarisch angeführt.
Bei den Beispielen 1 bis 4 der nachfolgenden Tabelle wird ein nach dem Lyocell- Verfahren hergestelltes Faserkabel mittels einer Nass-Schneidmaschine in Stapelform gebracht und in diesem Zustand als Fasermasse 21 auf eine Behandlungsvorrichtung 22 aufgebracht. Dabei wird bei der Gewichtsangabe von der Fasermasse im absolut trockenen Zustand ausgegangen. Bei Beispiel 5 wird das Faserkabel direkt ohne vorhe- riges Schneiden der Behandlungsvorrichtung 22 als Fasermasse 21 zugeführt. Als Behandlungsfluid wird bei allen Beispielen Wasser eingesetzt. Die Vorrichtung 22 ist bei allen Beispielen 1 bis 5 so ausgestaltet, dass in jeder Behandlungszone die Fasermasse 21 vollständig über ihre gesamte Dicke vom Behandlungsfluid durchdrungen wird.
Figure imgf000029_0001
Bei Beispiel 1 findet die Imprägnierung der Fasermasse gemäß dem Verfahren aus dem Stand der Technik durch Berieselung der Fasermasse mit dem Behandlungsfluid in Förderrichtung hinter der Presswalze statt. Bei diesem Verfahren wird die Fasermasse 21 nicht sofort nach dem Auftreffen des Behandlungsfluids vollständig durchdrungen, so dass sich das Behandlungsfluid in einer Art See oberhalb der Fasermasse ansammelt und erst allmählich durch die Fasermasse 21 sickert. Diese Seebildung nimmt mit zunehmender Dicke der Fasermasse zu. Eine vollständige Durchdringung der Fasermasse mit dem Behandlungsfluid wird erst bei einer längeren Verweilzeit der Fasermasse in der Behandlungszone erreicht. Hierzu muss die Behandlungszone in Förderrichtung der Fasermasse durch die Behandlungsvorrichtung eine entsprechende Länge aufweisen.
Bei Beispiel 2 wird die Behandlung dagegen mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Presswalze bei ansonsten zu Beispiel 1 identischen Behandlungsbedingungen durchgeführt. Wie aus der Tabelle beim Vergleich von Beispiel 1 und 2 zu erkennen ist, ist bei Beispiel 1 , also der Lösung aus dem Stand der Technik, der Faserdurchsatz je m2 Behandlungszone und Stunde deutlich geringer als bei Beispiel 2. Bei den Beispielen 3 bis 5 werden ebenfalls die erfindungsgemäßen Presswalzen verwendet, so dass die Fasermasse sofort bei Kontakt mit der Flüssigkeit durchdrungen wird und lange Behandlungsfelder zur vollständigen Durchdringung der Fasermasse nicht erforderlich sind. Zudem ist bei diesen Ausführungsformen eine wesentlich gleichmäßigere und schnellere Verteilung des Behandlungsfluids in der Fasermasse die Folge.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln einer Fasermasse (21), wie einem Filamentverbund, einem Gewebe oder einem Vlies, bei dem die Fasermasse (21) durch ein Presswerk (22) geleitet wird, in dem die Fasermasse (21) in wenigstens einer Presszone (53) durch die Pressmantelfläche (52) wenigstens einer Presswalze (51) mittels eines auf die Fasermasse (21) einwirkenden Pressdruckes abgepresst und die abgepresste Fasermasse mit einem Behandlungsfluid imprägniert wird, wobei die Fasermasse (21) in der Presszone (53) durch einen Expansionsbereich (55) geleitet wird, in dem sich der Pressdruck in Durchleitungsrichtung (B) der Fasermasse (21) verringert, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid im Expansionsbereich (55) durch die Pressmantelfläche (52) hindurch in die Fasermasse (21) geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21) vor dem Expansionsbereich (55) durch einen Kompressionsbereich (54) der Presszone (53) geleitet wird, in welchem der Pressdruck in Durchleitungsrichtung (B) der Fasermasse (21) zunimmt und ein bereits vorhandenes Behandlungsfluid (56) aus der Fasermasse (21) herausgepresst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das herausgepress- te Behandlungsfluid im Kompressionsbereich (54) durch die Pressmantelfläche (52) hindurch abgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid im Kompressionsbereich (54) in die Fasermasse (21) gepresst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid im Kompressionsbereich (54) durch die Pressmantelfläche (52) hindurch in die Fasermasse (21) geleitet wird.
6. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21 ) in der Presszone (3) zwischen wenigstens zwei Presswalzen (51 , 90) hindurchgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid unter Druck in die Fasermasse (21) gepresst wird.
8. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Presswerk (22) die Fasermasse (21) mit einem spezifischen Gewicht zwischen 0,1 und 20 kg/m2 hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21) in Mattenform dem Presswerk (22) zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21) nacheinander durch mehrere Presswalzenanordnungen (28, 29, 30, 31 , 32, 33) geleitet wird, wo jeweils ein erstes Behandlungsfluid im Kompressionsbereich (54) aus der Fasermasse (21) abgepresst und die Fasermasse (21) im Expansionsbereich (55) mit dem zweiten Behandlungsfluid imprägniert wird.
11. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21) aus einer Lösung enthaltend Zellulose, Wasser und tertiäres Aminoxid hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalze (51) mit einer Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens 0,1 m/min betrieben wird.
13. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalze (51) mit einer Umfangsgeschwindigkeit von weniger als 400 m/min betrieben wird.
14. Presswalzenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalze (51) mit einer Umfangsgeschwindigkeit von weniger als 60 m/min betrieben wird.
15. Presswalzenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Presswalze (51) mit einer Umfangsgeschwindigkeit von weniger als 10 m/min betrieben wird.
16. Presswalzenanordnung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Walzenbreite zwischen 0,1 und 125 m3/(h m) Behandlungsfluid zugeführt wird.
17. Presswalzenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Walzenbreite zwischen 0,1 und 50 m3/(h m) Behandlungsfluid zugeführt wird.
18. Presswalzenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Walzenbreite zwischen 0,1 und 20 m3/(h m) Behandlungsfluid zugeführt wird.
19. Presswalzenanordnung (50) zur Behandlung einer sich relativ zur Presswalzenanordnung bewegenden Fasermasse (21), umfassend wenigstens eine Presswalze (51) mit einer Pressmantelfläche (52), durch die im Betrieb in einer Presszone (53) ein auf die Fasermasse (21) einwirkender Pressdruck erzeugt ist, und mit wenigstens einer Imprägniereinrichtung (72; 72a, 72b), durch die im Betrieb ein Behandlungsfluid der Fasermasse (21) zugeführt ist, wobei im Betrieb die Presszone (53) einen Expansionsbereich (55) ausbildet, in welchem der Pressdruck in Bewegungsrichtung (B) der Fasermasse (21) abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalzenanordnung (50) im Expansionsbereich (55) Öffnungen (57, 58; 71 , 81) aufweist, durch die im Betrieb das Behandlungsfluid durch die Pressmantelfläche (52) hindurch in die Fasermasse (21) geleitet ist.
20. Presswalzenanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniereinrichtung (72; 72a, 72b) zumindest abschnittsweise innerhalb der Presswalze (51 ) angeordnet ist.
21. Presswalzenanordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalze (51) an ihrer der Fasermasse (21) zugewandten Fläche (59) Rippen (70) ausbildet, die zumindest abschnittsweise die Pressmantelfläche (52) bilden und zwischen denen im Betrieb das Behandlungsfluid durch die Pressmantelfläche (52) in die Fasermasse (21) einleitbar ist.
22. Presswalzenanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (70) sich im Wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung der Fasermasse erstrecken.
23. Presswalzenanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (70) sich im Wesentlichen in Bewegungsrichtung (B) der Fasermasse (21) erstrecken.
24. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der Presswalze (51) Düsen (74) integriert sind, durch die das Behandlungsfluid im Betrieb auf die Fasermasse (21) gerichtet ist.
25. Presswalzenanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (74) sich überlappende Sprühkegel (75) aufweisen.
26. Presswalzenanordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (74) im Inneren der Presswalze (51) angeordnet und die Sprühkegel (75) durch die Rippen (70) hindurch gerichtet sind.
27. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (70) als ein Wehr ausgebildet sind, das einer Strömung des Behandlungsfluids durch die Presswalze (51) hindurch vom Kompressionsbereich (54) zum Expansionsbereich (55) entgegenwirkt.
28. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniereinrichtung (72; 72a, 72b) mit einer Verstelleinrich- tung (60, 66; 78) versehen ist, durch welche die Größe des Bereichs (65) der Pressmantelfläche (52), durch den im Betrieb das Behandlungsfluid hindurchtritt, einstellbar ist.
29. Presswalzenanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteileinrichtung (60, 66) als ein in der Presswalze (51, 90) angeordneter Abdeckkörper (60) mit einer dem Bereich (65) zugeordneten Öffnung (61) ausgebildet ist.
30. Presswalzenanordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellmimik vorgesehen ist, durch welche die Orientierung und/oder Größe der Öffnung (61) einstellbar ist.
31. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung vorgesehen ist, durch die im Betrieb das Behandlungsfluid aus dem Kompressionsbereich (54) abgesaugt ist
32. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniereinrichtung (72; 72a, 72b) eine Zuleitung (73, 80) aufweist, durch die im Betrieb das Behandlungsfluid von außerhalb der Presswalze im Wesentlichen bis in den Expansionsbereich (55) geleitet ist.
33. Presswalzenanordnung nach Anspruch 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (73, 80) wenigstens in der Presszone (53) zumindest abschnittsweise zwischen zwei im Wesentlichen in Bewegungsrichtung (B) der Fasermasse (21) sich erstreckende Rippen (70) angeordnet ist.
34. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens ca. 95% der äußeren Umfangsfläche (59) als Durchtrittsfläche für das Behandlungsfluid ausgebildet ist.
35. Presswalzenanordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens ca. 90% der äußeren Umfangsfläche (59) als Durchtrittsfläche für das Behandlungsfluid ausgebildet ist.
36. Presswalzenanordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens ca. 85% der äußeren Umfangsfläche (59) als Durchtrittsfläche für das Behandlungsfluid ausgebildet ist.
37. Presswalzenanordnung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ca. 1% bis 3% der äußeren Umfangsfläche (59) als Durchtrittsfläche für das Behandlungsfluid ausgebildet sind.
38. Presswerk (22) zur Behandlung von Fasermassen (21), mit wenigstens zwei in einer Förderrichtung der Fasermasse hintereinandergeschalteten Presswalzenanordnungen (50), zwischen denen wenigstens ein Behandlungsfeld ausgebildet ist, in dem ein Behandlungsfluid auf die Fasermasse einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalzenanordnung (50) nach einem der Ansprüche 12 bis 26 ausgestaltet ist.
39. Presswerk nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Presswalzenanordnung als ein Fördermittel ausgestaltet ist, durch das die Fasermasse durch das Presswerk transportiert ist.
40. Presswerk nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerk wenigstens ein Presswalzenpaar (51 , 90) aufweist, zwischen denen im Betrieb die Fasermasse (21) hindurchgeleitet ist.
41. Presswerk nach einem der Ansprüche 38 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21) im Betrieb ein Gewicht pro Flächeneinheit von 0,1 bis 20 kg/m2 aufweist.
42. Presswerk nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermasse (21) im Betrieb ein Gewicht pro Flächeneinheit von 0,1 bis 10 kg/m2 aufweist.
43. Presswerk nach einem der Ansprüche 38 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz der Fasermasse pro Behandlungsfeld ca. 10 bis 1500 kg/(m2 h) beträgt.
44. Presswerk nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz der Fasermasse pro Behandlungsfeld ca. 10 bis 1200 kg/(m2 h) beträgt.
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