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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem kontinuierlich aus einer
Spinnlösung
enthaltend Wasser, Zellulose und tertiäres Aminoxid Spinnfäden extrudiert,
dann verstreckt und durch einen Luftspalt sowie ein Fällbad geleitet
und schließlich
zu Stapelfasern geschnitten werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine
Vorrichtung zum Schneiden von Lyocell-Spinnfäden, mit einer Fällbadstufe,
die im Betrieb ein Fällbad
enthaltend ein Nichtlösungsmittel
für eine
Lyocell-Spinnlösung
enthält,
und mit einem kontinuierlich betreibbaren Schneidmittel, durch das
die Lyocell-Spinnfäden
im Betrieb zu Stapelfasern schneidbar sind. Die Erfindung betrifft schließlich Lyocell-Stapelfasern,
die mit dem eingangs genannten Verfahren bzw. der eingangs genannten Vorrichtung
hergestellt sind.
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Das
Verfahren zur Herstellung von geschnittenen Spinnfasern oder endlosen
Spinnfilamenten aus einer Spinnlösung
enthaltend Zellulose, Wasser und ein tertiäres Aminoxid wie N-Methylmorpholin
N-Oxid wird als Lyocell-Verfahren bezeichnet. Die Bezeichnung „Lyocell" wurde von der Normenorganisation
für Chemie, BISFA,
vergeben. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der umweltschonenden
Herstellung der Fasern und Filamente. Dies wird dadurch ermöglicht,
dass das tertiäre
Aminoxid im Herstellprozess rückgeführt und
nicht an die Umgebung abgegeben wird.
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Die
Grundlagen des Lyocell-Verfahrens sind in der US-A-4,144,080, der
US-A-246,221, der US-A-4,261,943 und der US-A-4,416,698 beschrieben.
Demnach wird zunächst
eine Spinnlösung
enthaltend Wasser, Zellulose und tertiäres Aminoxid als Lösungsmittel
mit einer Temperatur zwischen 90 °C
und 120 °C zu
einem Spinnkopf gefördert,
wo die Spinnlösung
in einen Luftspalt durch Spinndüsen
zu Spinnfäden
extrudiert wird. Die Spinnfäden
durchqueren den Luftspalt und tauchen in ein Fällbad aus einem Nichtlösungsmittel ein.
In dem Fällbad
wird die Zellulose ausgefällt.
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Diese
grundsätzlichen
Verfahrensschritte werden auch heute, wo die Herstellung von Lyocell-Filamenten
und -Fasern im großindustriellen
Maßstab
stattfindet, so beibehalten.
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Zur
Herstellung von Lyocell-Stapelfasern aus den Spinnfäden sind
im Stand der Technik unterschiedliche Ansätze entwickelt worden.
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So
sind in der WO-A-94/28220, der WO-A-94/27902, der WO-A-94/27903,
der WO-A-95/24520
und der WO-A-02/31236 Verfahren beschrieben, bei denen die Spinnfäden nach
dem Fällbad
zunächst
in einem Wasserbad gewaschen, anschließend getrocknet und dann vor
dem Schneiden gecrimpt werden. Die Waschstufe dient dazu, das tertiäre Aminoxid
vor dem Schneiden aus den Spinnfäden
zu entfernen.
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Auch
die WO-A-92/14871 befasst sich mit dem Waschen der Spinnfäden vor
dem Schneiden, um das tertiäre
Aminoxid aus den Spinnfäden
zu entfernen. Das Waschen findet dabei in Gegenstrombädern statt,
die auf einem kontrollierten pH-Wert gehalten werden.
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In
der WO-A-00/18991 ist dieser Gedanke aufgegriffen und auf das Waschen
eines Vlieses, also auch nach dem Schneiden der Spinnfäden zu Stapelfasern,
ausgedehnt. Auch bei der WO-A-00/18991 wird der pH-Wert der Waschbäder auf
bestimmte Werte eingestellt.
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In
der WO-A-01/86043 und der EP-A-1 362 935 ist beschrieben, wie Vliesmatten
aus Lyocellfasern ohne Schneiden durch Zentrifugalverspinnen oder
durch direktes Bilden einer Wirrlage auf einem Förderband hergestellt werden.
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In
der WO-A-04/088010 schließlich,
in der auch eine umfangreiche Übersicht über den
Stand der Technik bezüglich
des Schneidens von Stapelfasern gegeben ist, werden die Spinnfäden vor
dem Schneiden ebenfalls gewaschen und gecrimpt. Um allerdings die
Reißfestigkeit
der Stapelfasern zu erhöhen,
werden diese bei einer gleichzeitig erfolgenden Wärmebehandlung
nachverstreckt.
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Zwar
führen
die bekannten Verfahren und Vorrichtungen bereits zu brauchbaren
Stapel-Fasern. Für eine Vielzahl
von Anwendungen sind jedoch die mechanischen Festigkeitswerte der
mit den bekannten Verfahren hergestellten Stapelfasern zu gering.
Ein für Stapelfasern
besonders relevanter Festigkeitswert ist hierbei die Schlingenfestigkeit,
die Hinweise auf eine Vielzahl von Fasereigenschaften, wie beispielsweise
das Deformationsverhalten und die Sprödigkeit, gibt. Die Schlingenfestigkeit
wird mit einem genormten Prüfungsverfahren
nach DIN 53 843 Teil 2 bestimmt.
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Der
Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lyocell-Verfahren
zur Herstellung von Stapelfasern dahingehend zu verbessern, dass
die Schlingenfestigkeit erhöht
ist.
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Diese
Aufgabe wird für
das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Spinnfäden
beim Schneiden tertiäres
Aminoxid enthalten. Für
die eingangs genannte Schneidvorrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass zwischen der Fällbadstufe
und dem Schneidmittel keine Waschstufen angeordnet sind, durch welche
das tertiäre
Aminoxid am Schneidmittel aus den Lyocell-Spinnfäden gewaschen ist. Mit diesem
Verfahren und dieser Vorrichtung ergeben sich Lyocell-Stapelfasern,
deren Schlingenfestigkeit wenigstens 15 cN/tex, beim Schneiden unter
höherer
Konzentration an tertiärem
Aminoxid in den Spinnfäden
sogar wenigstens 20 cN/tex beträgt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
nicht einfach, liegt ihr doch die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass
sich die Schlingenfestigkeit der fertigen Stapelfaser erhöht, wenn
die Spinnfäden
zum Zeitpunkt des Schneidens noch tertiäres Aminoxid enthalten. Die
Erfindung geht damit genau den umgekehrten Weg, wie er in den oben
genannten Druckschriften WO-A-94/28220, WO-A-94/27902, WO-A-94/27903,
WO-A-95/24520, WO-A-02/31236, WO-A-00/18991 und WO-A-04/88010 beschrieben
ist. Folgt man nämlich
den Lehren dieser Druckschriften, so muss das tertiäre Aminoxid
vor dem Schneiden aus den Spinnfäden
vollständig
ausgewaschen sein. Die mit diesen Verfahren erreichbaren Schlingenfestigkeiten
liegen jedoch unterhalb der Schlingenfestigkeiten, wie sie mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren
erreichbar sind.
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Die
Ursache für
die Erhöhung
der Schlingenfestigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
scheint darin zu liegen, dass die Spinn fäden in einem Zustand geschnitten werden,
in dem sie noch durch das wässrige
Aminoxid hoch gequollen sind und dass die Spinnfäden nach dem Schneiden in Faserform
frei schrumpfen können.
Im Gegensatz nämlich
zu den Spinnfäden,
die gemäß den obigen
Druckschriften vor dem Schneiden gewaschen und getrocknet werden
und damit während
des Trocknens nicht kontrollierbaren Zugspannungen unterworfen sind,
haben die erfindungsgemäß hergestellten
Stapelfasern aufgrund ihrer kurzen Länge die vollen Schrumpfmöglichkeiten
bei voller Zugentlastung.
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Dies
scheint zu einer erhöhten
Festigkeit quer zur Faserrichtung und damit zu einer verbesserten Schlingenfestigkeit
zu führen.
Die Folge ist eine Elastizitätserhöhung, die
gerade im Bereich der textilen Veredelung und für die Gebrauchstüchtigkeit
der Stapelfasern wesentlich ist. Die erfindungsgemäß hergestellten Stapelfasern
sind unempfindlicher gegenüber
weiteren textilen Verarbeitungsschritten wie Spinnen, Färben, Ausrüsten, Vernetzen
usw. Ausgehend von diesem Lösungsprinzip
sind weitere, jeweils unabhängig
voneinander realisierbare und vorteilhafte Ausgestaltungen möglich.
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Beispielsweise
können
die Spinnfäden
nach der Fällbadstufe
und vor dem Schneiden in Behandlungsstufen mit Behandlungsflüssigkeit
in Kontakt gebracht werden, welche die Konzentration an tertiärem Aminoxid in
den Spinnfäden
nicht wesentlich verringert und insbesondere das tertiäre Aminoxid
nicht vollständig
aus den Spinnfäden
spült.
Insbesondere können
zwischen der Fällbadstufe
und Schneidmittel Behandlungsbäder
mit entsprechenden Behandlungsflüssigkeiten
angeordnet sein, die einen hohen Gehalt an tertiärem Aminoxid, wie N-Methylmorpholin
N-Oxid in der Behandlungsflüssigkeit
aufweisen. Um das Auswaschen von tertiärem Aminoxid aus den Spinnfäden vor
dem Schneidvorgang zu verhindern, sollte die Konzentration an tertiärem Aminoxid
nicht unter der Konzentration an tertiärem Aminoxid in den Spinnfäden liegen.
Auch kann durch hohe Konzentrationen von tertiärem Aminoxid in der Behandlungsflüssigkeit
zusätzlich
tertiäres
Aminoxid in die fertig gesponnenen Spinnfäden eingebracht werden.
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In
nachfolgend beschriebenen Versuchen wurde festgestellt, dass sich
bereits eine erste, nicht unerhebliche Steigerung der Schlingenfestigkeit
ergibt, wenn die Konzentration an tertiärem Aminoxid in der Behandlungsflüssigkeit
wenigstens 2 bis 4 Masseprozent beträgt. Eine weitere, erhebliche
Steigerung der Schlingenfestigkeit lässt sich erreichen, wenn der
Gehalt an tertiärem
Aminoxid in der Behandlungsflüssigkeit
wenigstens zwischen 10 und 12 Masseprozent beträgt.
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Damit
der Schneidvorgang bei Spinnfäden
durchgeführt
wird, die durch das wässrige
Aminoxid hochgequollen sind, sollte die Spinnfäden innerhalb von 10 bis 180
s bzw. 20 bis 180 s nach der Extrusion geschnitten werden. Liegt
der Extrusionsvorgang länger
als 180 s zurück,
so finden sich nämlich
an der Oberfläche
der Spinnfäden.
bereits teilkristalline Strukturen, welche im Zuge des Schrumpfvorganges
der Spinnfasern nach dem Schneiden mechanisch stark belastet werden,
so dass nicht mehr so hohe Schlingenfestigkeiten erreicht werden.
Bevorzugt findet jedoch der Schneidvorgang höchstens 80 s, noch mehr bevorzugt
höchstens
60 s nach dem Extrusionsvorgang statt.
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Um
den apparativen Aufwand gering und die Verfahrensführung übersichtlich
zu halten, ist es ferner von Vorteil, wenn die erste Behandlung
der Spinnfäden
mit einer Behandlungsflüssigkeit
unmittelbar vor dem Schneidvorgang stattfindet. Insbesondere können die
Spinnfäden
in einer Strömung
von Behandlungsflüssigkeit
zum Schneidvorgang geführt
werden. Hierzu kann beispielsweise eine Injektorvorrichtung verwendet
werden, in der ein Spinnfadenführungskanal
angeordnet ist. Der Spinnfadenführungskanal
endet unmittelbar vor der Schneidstufe und ist im Betrieb von einer
zu den Schneidmitteln hin gerichteten Behandlungsflüssigkeitsströmung durchströmt. In dieser
Strömung
werden die Spinnfäden
mitgerissen und zum Schneidmittel transportiert.
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Anstelle
eines Injektors können
auch Spritz- oder Sprüheinrichtungen
sowie Bäder
vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Spinnfäden von der Behandlungsflüssigkeit
benetzt werden.
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Falls
Waschvorgänge
vor dem Schneiden durchgeführt
werden, bei denen mit einer Waschflüssigkeit tertiäres Aminoxid
aus den Spinnfäden
gewaschen werden kann, so sollten diese gemäß der vorliegenden Lehre erstmalig
unmittelbar vor oder während
des Schneidvorganges durchgeführt
werden. Anderenfalls sollte nach der Waschstufe eine Behandlungsstufe
mit Behandlungsflüssigkeit
angeordnet sein, durch die die Spinnfäden wieder mit tertiärem Aminoxid
dotiert bzw. angereichert werden können.
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Die
mit einem hohen NMMO-Gehalt geschnittenen Spinnfäden sind nach dem Schneiden
einer stärkeren
Schrumpfung unterworfen als dies bei den gewaschenen und NMMO-frei
geschnittenen Spinnfäden
der Fall ist. Um daher die gewünschte
Stapelfaserlänge
im Schneidvorgang einzustellen, sollte die Schneidlänge der
Fasern wenigstens 12 bis 15 % über
der Soll-Länge
der getrockneten Stapelfaser eingestellt werden.
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Der
NMMO-Gehalt der Behandlungsflüssigkeit
in den Behandlungsstufen kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung
automatisch gesteuert werden, wobei der NMMO-Gehalt über Sensoren
festgestellt und Abweichungen von einem Soll-Wert durch automatische,
dosierte Zugaben von NMMO oder einem Verdünnungsmittel wie Wasser in
die Behandlungsflüssigkeit
ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck kann die eingangs genannte
Vorrichtung mit Dosierpumpen und einer mit den Sensoren und den
Dosierpumpen signalübertragend
verbundenen, elektronischen Steuereinheit versehen sein. Alternativ
kann der NMMO-Gehalt auch von Hand bestimmt und durch manuelle Zugabe
von NMMO oder einem Verdünnungsmittel
entsprechend eingestellt werden.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die Zeichnungen beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels mitsamt einer
alternativen Ausgestaltung;
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2:
eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;
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3:
eine schematische Darstellung des Einflusses der NMMO-Konzentration
in der Behandlungsflüssigkeit
für die
Spinnfäden
auf die Schlingenfestigkeit der Stapelfasern.
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Zunächst wird
der Aufbau einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Vorrichtung 1 zum Schneiden von Lyocell-Spinnfäden 2 anhand
der schematischen Darstellung der 1 beschrieben.
Die Spinnfäden 2 werden durch
eine in 1 nicht dargestellten Spinndüse mit mehreren
tausend Extrusionsöffnungen
aus einer Spinnlösung
enthaltend Zellulose; Wasser und tertiäres Aminoxid kontinuierlich
in einen Luftspalt 4 extrudiert. Bezüglich der Extrusion der Lyocell-Spinnfäden wird
vollumfänglich
auf die WO-A-03/57951
und WO-A-03/57 952, bezüglich
des Aufbaus und der Funktion der Spinndüse auf die WO-A-01/81663 Bezug
genommen.
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Nach
Durchqueren des Luftspaltes 4 tauchen die Spinnfäden 2 in
das Fällbad 3a der
Fällbadstufe 3 ein.
Das Fällbad 3 enthält ein Nichtlösungsmittel
für die
extrudierten Spinnfäden 2,
so dass die Zellulose in den Spinnfäden ausgefällt wird. Die einzelnen Spinnfäden aus
den Spinndüsen
werden an einer im Fällbad 3a angeordneten,
walzenförmigen
Umlenkeinrichtung 5 gesammelt und als ein aus einer Vielzahl
von Spinnfäden 2 bestehendes
Faserkabel 6 zu mehreren oder einem Paar von Abzugswalzen 7 weitergeleitet.
Anstelle der in 1 dargestellten Ausgestaltung
mit einem Paar von Abzugswalzen 7 können auch Paare von Abzugswalzen 7 hintereinander
angeordnet sein.
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Durch
die Abzugswalzen 7 wird kontinuierlich eine im Bereich
des Luftspaltes 4 wirkende Verzugskraft in die Spinnfäden 2 eingebracht.
Diese Kraft führt
im Luftspalt 4 zu einer Verstreckung der Spinnfäden auf
den gewünschten
Titer und zu einer Orientierung der Zellulosemoleküle parallel
zur Verstreckungskraft.
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Nach
dem Fällbad
wird das Faserkabel 6 zu einer Schneidstufe 8' geführt. In
die Schneidstufe 8' ist eine
Behandlungsstufe 8'' integriert,
durch die die Spinnfäden 2 unmittelbar
bzw. kurz vor dem Schneidvorgang mit einer Aminoxid-haltigen Behandlungsflüssigkeit
imprägniert
werden. Die Behandlungsstufe 8'' kann
beispielsweise als ein Injektor 8 ausgestaltet sein. Durch
den Injektor werden die Spinnflächen
kontinuierlich zu Schneidmitteln 9 geleitet, welche die
Spinnfäden
zu Stapelfasern schneiden.
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Die
Schneidmittel 9 befinden sich an einer Position, die von
den Spinnfäden 2 innerhalb
von höchstens 180
s, bevorzugt jedoch höchstens
80 s und Idealerweise innerhalb von höchstens 60 s nach der Extrusion erreicht
wird.
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Der
Injektor 8 weist einen Spinnfadenführungskanal 10 auf,
der im Betrieb von einer Behandlungsflüssigkeit in Richtung der Schneidmittel 9 durchströmt ist und
dabei die im Faserkabel 6 zusammengefassten Spinnfäden 2 zu
den Schneidmitteln 9 transportiert. Der Injektor 8 bildet
somit gleichzeitig ein Fördermittel
und eine Behandlungsstufe für
die Spinnfäden.
Die Behandlungsstufe ist bei dieser Ausgestaltung mit den Schneidmitteln 9 baulich
zu einer Baueinheit integriert.
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Die
Schneidmittel 9 sind beispielsweise rotierende Schneidmesser,
die auf einer rotierenden Schneidscheibe 11 angebracht
sind und über
einen Federmechanismus 12 gegen einen Schleifring 13 gedrückt werden,
der die Messer im Betrieb scharf hält. Als Antrieb der Schneidmittel 9 dient
ein Motor 14.
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Der
Austritt des Spinnfädenführungskanals 10 ist
so angeordnet, dass er vom Drehkreis der Schneidmittel 9 überstrichen
wird und die im Faserkabel 6 zusammengefassten Spinnfäden 2 jedes
mal dann geschnitten werden, wenn ein Schneidmittel 9 den
Ausgang des Injektors 8 überstreicht.
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Die
auf diese Weise erhaltenen Stapelfasern 15 werden nach
dem Schneidevorgang mitsamt der Behandlungsflüssigkeit ausgespült. Beispielsweise
können
die Stapelfasern 15 in Wirrlage auf ein Fördermittel 16 fallen,
von dem aus sie zu weiteren Verarbeitungsschritten transportiert
werden. Die Behandlungsflüssigkeit aus
dem Injektor wird in einem Auffangbehälter 17 aufgefangen
und kann, wie durch den Pfeil 18 angedeutet, einer Reinigung,
wie beispielsweise einer Filtration, zugeführt werden. Nach dem Reinigen
kann die regenerierte Behandlungsflüssigkeit entsprechend Pfeil 19 wieder
unter Druck der Behandlungsstufe zugeführt werden.
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Eine
Steuereinheit 20 misst über
einen Sensor 21 den Gehalt an tertiärem Aminoxid, insbesondere von
N-Methylmorpholin N-Oxid, in der Behandlungsflüssigkeit 22. Weicht die
Konzentration von tertiärem
Aminoxid in der Behandlungsflüssigkeit 22 von
einem vorbestimmten Soll-Wert für
die Konzentration ab, beispielsweise einem Soll-Wert von 4 Masseprozent
NMMO, so kann über
die Steuereinrichtung 20 diese Abweichung korrigiert werden.
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Beispielsweise
kann bei einem Absinken der Konzentration an tertiärem Aminoxid
unter den Soll-Wert über
eine Dosierpumpe 23a und eine Leitung 23b zusätzlich Aminoxid
aus einem Vorratstank 23c in die zum Injektor 8 zurückgeführte Behandlungsflüssigkeit
geleitet werden. Steigt dagegen die Konzentration an tertiärem Aminoxid über den
Soll-Wert, so kann über eine
weitere Dosierpumpe 24a und eine weitere Leitung 24b ein
Nichtlösungsmittel,
wie beispielsweise Wasser, aus einem Tank 24c oder einer
anderen Quelle in die zum Injektor 8 rückgeführte Behandlungsflüssigkeit
zugemischt werden. Zur Betätigung
der Dosierpumpe 23a, 24a und zur Erfassung der
Signale des Sensors 21 ist die Steuereinheit 20 über Datenleitungen 25,
die auch drahtlos implementiert sein können, mit diesen Geräten signalübertragend
verbunden.
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Als
Behandlungsflüssigkeiten
können
den Spinnfäden
auch hochquellende Flüssigkeiten,
welche mit dem tertiärem
Aminoxid mischbar sind, verwendet werden. So können beispielsweise auch hydrophile
Polymere wie Polyäthylenglykol
oder Polyäthylenglykol-Derivate mit unterschiedlichen
Molekulargewichten von beispielsweise 200, 400 oder 1000 in verdünnter Form
und in Konzentrationen von 0,2 g/l und 1 g/l der Behandlungsflüssigkeit
in der Schneidstufe zugefügt
werden.
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Die
Konzentration des tertiären
Aminoxids in der zum Injektor zurückgeführten Behandlungsflüssigkeit beträgt mindestens
2 bis 4 Masseprozent, bevorzugt mindestens 10 bis 12 Masseprozent.
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Wenn,
wie in den Ausführungsbeispielen
der 1 und 2 dargestellt ist, die Behandlungsflüssigkeit
unmittelbar vor dem Schneiden in Kontakt mit den Spinnfäden kommt,
so kann die Behandlungsflüssigkeit auch
zum Waschen der Spinnfäden
verwendet werden. Aufgrund der kurzen Einwirkzeit der Waschflüssigkeit und
der Integration dieser ersten Waschstufe in die Schneidemaschine
kann nämlich
das tertiäre
Aminoxid nicht vollständig
ausgewaschen werden. Der Schneidevorgang findet in diesem Fall noch
immer unter ausreichender NMMO-Konzentration in den Spinnfäden 2 statt.
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Wie
in 1 ferner mit einer doppelstrichpunktierten Linie
dargestellt ist, können
zwischen der Fällbadstufe 3 und
der an die Schneidmittel 9 grenzenden Behandlungsflüssigkeitsstufe,
den Schneidemitteln Behandlungsstufen in Form von Behandlungsbädern 26 angeordnet
sein, durch welche die Spinnfäden 2 des
Faserkabels 6 geleitet sind. Diese Behandlungsstufen können anstelle
oder zusammen mit der in die Schneidemaschine integrierten Behandlungsstufe
vorgesehen sein. In 1 ist beispielhaft lediglich
ein einziges optionales Behandlungsbad 26 dargestellt.
Es können
jedoch auch mehrere Behandlungsbäder
hintereinander vorgesehen sein. Wesentlich für die Beschaffenheit der Behandlungsflüssigkeit
im Behandlungsbad 26 ist, dass das tertiäre Aminoxid
nicht aus dem Faserkabel 6 gewaschen wird, so dass an den
Schneidmitteln 9 die Spinnfäden 2 noch einen ausreichend
hohen Gehalt an tertiärem
Aminoxid aufweisen. Zu diesem Zweck weist das Behandlungsbad 26 bzw.
eventuelle weitere Behandlungsbäder 25 zwischen
dem Fällbad 3 und
den Schneidmitteln 9 ebenfalls eine Konzentration von wenigstens
2 bis 4 Masseprozent, vorzugsweise von wenigstens 10 bis 12 Masseprozent
tertiärem
Aminoxid auf.
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Da
die NMMO-haltig geschnittenen Stapelfasern nach dem Schneiden stärker schrumpfen
als die Stapelfasern, bei denen das tertiäre Aminoxid vor dem Schneiden
ausgewaschen wurde, muss an den Schneidemitteln 9 eine
Schnittlänge
eingestellt werden, die 12 bis 15 % über der Länge der fertigen Stapelfaser
liegt.
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Der
Einfluss der Konzentration des tertiären Aminoxids N-Methylmorpholin
N-Oxid in der Behandlungsflüssigkeit 22 bzw. 25 auf
die Schlingenfestigkeit der Stapelfaser wurde in Versuchen überprüft, bei
denen Spinnfäden 2 mit
einer Spinngeschwindigkeit von 20 m/min extrudiert wurden. Das Faserkabel 6 wies
einen Gesamttiter von 174.500 dtex auf. Die Stapelfasern wurden
auf eine durchschnittliche Länge
von 38 mm geschnitten. Hierzu wurde am Schneidgerät eine Schnittlänge von
44 mm eingestellt.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
der Schneidstufe 8' mit
integrierter Aminoxid-Behandlungsstufe 8''. Im Folgenden wird lediglich auf
die Unterschiede zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
Für Elemente,
die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion Elementen des
ersten Ausführungsbeispiels
entsprechen werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen wie beim
ersten Ausführungsbeispiel
verwendet.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 2 ist das Schneidmittel 9 anders ausgestaltet.
Das Schneidmittel 9 weist eine Vielzahl von Schneidmessern 30 auf,
die zwischen zwei axial beabstandeten, rotierende Scheiben 31, 32 angeordnet
sind und radial nach außen
gerichtet sind, so dass die Schneidfläche der Schneidmesser 30 in
radialer Richtung nach außen
weist.
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Gegen
die Schneidmesser 30 ist eine mit den Scheiben 31, 32 rotierende
Andruckrolle 33 gedrückt. Das
Faserkabel 6 verläuft
zwischen der Andruckrolle 33 und dem Schneidmittel 9 und
wird durch die Andruckrolle 33 in die Schneidmesser 30 gepresst
und in Stapelfasern 15 zerschnitteln, die über ein
Fördermittel 16 zu
weiteren Verarbeitungsschritten transportiert werden. Die Länge der
Stapelfasern 15 läst
sich über
den Abstand 34 der Schneidmesser 30 voneinander
in Umfangsrichtung einstellen.
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Durch
die in die Schneidstufe 8' integrierte
Behandlungsstufe 8'' wird das Faserkabel
mit einer Behandlungsflüssigkeit 35 benetzt,
die durch Spritz- oder Sprühmittel 36 auf
den Bereich des Faserkabels 6 unmittelbar vor den Schneidmitteln 9 gerichtet
ist. Die Behandlungsflüssigkeit 35 weist
vorzugsweise eine Konzentration an tertiärem Aminoxid auf, die der Konzentration
des tertiärem
Aminoxids in den Spinnfäden
an dieser Stelle entspricht.
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Alternativ
kann die Behandlungsflüssigkeit 35 auch
in radialer durch die Lücken
zwischen den Schneidmessern 30, also zwischen den beiden
Schneidscheiben 31, 32 in radialer Richtung folgen,
so dass die Messer durch das Behandlungsfluid gleichzeitig von Ablagerungen
freigespült
werden und insbesondere das Behandlungsfluid direkt auf die Schneidstelle
geleitet wird.
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Die
NMMO-Konzentration wurden in 8 Versuchsdurchgängen auf jeweils unterschiedliche
Werte eingestellt, wobei die NMMO-Konzentration konstant auf diesen
Werten gehalten wurde. Abschließend
wurde die Schlingenfestigkeit der so erhaltenen Stapelfasern mit
dem Schlingenzugversuch nach DIN 53 843 Teil 2 gemessen.
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Die
nachfolgende Tabelle gibt die Werte der Schlingenfestigkeit in Abhängigkeit
von der NMMO-Konzentration in der Behandlungsflüssigkeit wieder:
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Die 3 zeigt
in einer diagrammartigen Darstellung die Werte der obigen Tabelle.
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In 3 ist
zu erkennen, dass sich in Abhängigkeit
von der NMMO-Konzentration in der Behandlungsflüssigkeit im wesentlichen drei
unterschiedliche Bereiche A, B und C ergeben, in denen die Schlingenfestigkeit jeweils
eine unterschiedliche Abhängigkeit
von der NMMO-Konzentration aufweist.
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Im
ersten Bereich A, der sich von einer NMMO-Konzentration in der Behandlungsflüssigkeit
für die Spinnfäden von
0 bis zu einer ersten Grenze cAB erstreckt, ändert sich
die Schlingenfestigkeit in Abhängigkeit bei
nur geringer Änderung
der NMMO-Konzentration bereits beträchtlich. Die absolut erreichbaren
Werte für die
Schlingenfestigkeit sind jedoch noch gering und betragen zwischen
8 cN/tex und etwa 13 cN/tex bis 14 cN/tex. Die Konzentration cAB beträgt
nach den Versuchen zwischen 2 Masseprozent und 4 Masseprozent.
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Im
zweiten Bereich B, der sich von dem Grenzwert cAB bis
zu einem zweiten Grenzwert cBC für die Konzentration
der Behandlungsflüssigkeit
für die
Spinnfäden
erstreckt, steigt die Schlingenfestigkeit zwar nur noch langsamer
mit der Zunahme der NMMO-Konzentration
an als im ersten Bereich A, die erreichbaren Werte für die Schlingenfestigkeit
sind jedoch insgesamt größer und
betragen nahe der Grenze cBC um die 20 cN/tex.
Der zweite Grenzwert cBC liegt zwischen
10 Masseprozent und 12 Masseprozent.
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Im
dritten Bereich C, der sich bei NMMO-Konzentrationen in der Behandlungsflüssigkeit
für die
Spinnfäden
von wenigstens cBC an einstellt, ändert sich
die Schlingenfestigkeit nur noch in geringem Maß. Die erreichbaren Werte für die Schlingenfestigkeit
im Bereich C liegen bei wenigstens 20 cN/tex, wie die obigen Versuchbeispiele
zeigen, sogar bei um die 21 cN/tex.
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Anhand
der Versuchbeispiele ist also gezeigt, dass mit steigender NMMO-Konzentration
in den Behandlungsfluiden 22 oder 25 sich die
Schlingenfestigkeit erhöht.
Dies bedeutet, dass für
die Erhöhung
der Schlingenfestigkeit der Gehalt an tertiärem Aminoxid in dem Lyocell-Spinnfilament 2 maßgeblich
ist.