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Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Trocknung und Kristallisation
von Polyestermaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zugehörige Vorrichtungen
zur gleichzeitigen Trocknung und Kristallisation von Polyestermaterial, insbesondere
Poly&thylenterephthalat, in Form von Bändern oder Schnitzeln, nachdem der schmelz
flüssige Polyester durch Kühlung in einem Wasserbad in den festen Zustand übergeführt
wurde.
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Eine genügende Trocknung und Kristallisation des Polyestermaterials
ist für eine störungsfreie Weiterverarbeitung, insbesondere Verspinnung, von ausschlaggebender
Bedeutung. Eine unzureichende Trocknung bedingt einen Abfall des Molekulargewichts
und der Viskosität der Schmelze vor der Verspinnung und damit auch eine Qualitätsminderung
der ersponnenen Faser. Eine unzureichende Kristallisation hat zur Folge, daß Schnitzel
oder Granulat zum Zusammenkleben neigen und dadurch Störungen bei der kontinuierlichen
Weiterverarbeitung aurtreten können.
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Aus der Patentschrift 21 030 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen
in Ostberlin ist es bekannt, die Polyesterschmelze
in Formen abzukWhlen
und zur Erstarrung zu bringen, wobei eine Temperatur von 100°C nicht unterschritten
werden dar. Durch diese Arbeitsweise wird dem Absinken des Polykondensationsgrades
entgegengewirkt und ein kristallines Material erhalten. Der apparative Aufwand für
die hierbei benötigte Giessvorrichtung und die Fortbewegung der Giessformen ist
beträchtlich. Das Verfahren eignet sich nicht für einen kontinuierlichen reibungslosen
Betrieb. Die Patentschrift 52 798 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ostberlin
beschreibt die Überführung'der Polyesterschmelze in den festen Zustand auf einem
von unten mit Wasser gekühlten Stahlband, wobei auf die Polyesterschmelze zur gleichmäßigen
Abkühlung von oben Kühlluft aufgeblasen wird. Es hat sich äedoch gezeigt, daß nach
derartigen Kühlbandverfahren nur Kristallisationsgrade erreicht werden, die wenig
oberhalb der kritischen Verklebungsgrenze liegen. Wenn bei Zerkleinerung des von
dem Band abgeworfenen Kuchens unzureichend kristallisierte Partien an die Außenfläche
der Granulatkörner gelangen, besteht die Gefahr, daß insbesondere bei längerer Lagerzeit
Verklebung auftritt.
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Aus der DAS 1 294 o19 ist es bekannt, Polyesterteilchen in Gegenwart
von heißem Wasser zu kristallisieren und anschließend bei erhöhter Temperatur zu
trocknen. Die Beaufscfllagung mit Wasser während der Kristallisationsphase erfordert
eine relativ lange Trocknungszeit. So sind Kristallisationszeiten zwischen 5 und
25 Minuten und Trocknungszeiten von 1 bis 2 Stunden erforderlich.
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Derart lange Verweilzeiten haben im technischen Betrieb große Apparatvolumina
zur Folge. Auch aus der
deutschen Offenlegungsschrift 1 454 843
ist die getrennte Kristallisation und Trocknung von Polyesterschnitzeln be kannt,
wobei die strlstallisation einen Zeitraum von etwa 2 Stunden umfasst. Bei dieser
getrennten Kristallisation und Trocknung kann die letztere auf einem Förderband
durchgeführt werden, das sich in einer mit Heißluft beheizten Trockenkammer befindet
Nach diesem Verfahren muß demnach trotz kontinuierlicher Bandtrocknung eine zeitraubende
Kristallisation vorgeschaltet werden. Schließlich ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift
1 905 677 bekannt, das Abschrecken, Granulieren, Entwässern und Überführen des Polyestergranulats
in die Kristallisationskammer in weniger als 6 Sekunden durchzuführen, um zu vermeiden,
daß das Granulat schwer abtrennbares Wasser aufnimmt. Auch bei dieser Arbeitsweise
erfolgt die Kristallisation getrennt von der Trocknung in der Wirbelschicht, deren
Betrieb durch einen hohen Energiebedarf gekennzeichnet ist.
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Es wurde nun gewunden, daß Polyestermaterial, insbesondere Polyäthylenterephthalat,
das durch Kühlung in einem Was serbad von der schmelzflüssigen Form in den festen
Zustand übergeführt T.nurdew in Form von Bändern oder Schnitzeln gleichzeitig getrocknet
und kristallisiert werden kann, wenn erfindungsgemäß das feste Polyestermaterial
nach Verlassen des Wasserbades während einer Zeit t2 zwischen 2 und ) min. mit einem
heissen Inertgasstrom einer Temperatur zwischen 110 und 2550C behandeln wird.
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Die Verweilzeit t2 des Polyestermaterials unter Trocknungsbedingungen
von 2 bis 3 min. ergibt sich dadurch, daß der Kristallisationsgrad des Polyesters
bei einer Verweilzeit von weniger als 2 min. entweder unterhalb der kritischen Verklebungsgrenze
liegt oder aber so dicht oberhalb dieser Grenze liegt, daß keine genügende Betriebssicherheit
mehr gegen Verklebung gegeben ist. Als Verklebungsgrenze kann ein Kristallisationsgrad
von 11 % (Dichte = 1,345 g/cp ) angesehen werden, während für den praktischen Betrieb
ein Kristallisationsgrad von 19 % (Dichte = 1,355 g/cm3) anzustreben ist. Bei der
Einhaltung der Verweilzeit t2 zwischen 2 und 3 min. werden demgegenüber Kristallisationsgrade
von mehr als 30 % und Wassergehalte vono,o2 ß erreicht. Während der Kristallisationsgrad
in den ersten 2 min. der Heißgasbehandlung stark ansteigt und dabei die kritische
Verklebungsgrenze durchläuft, ist dieser Anstieg nach mehr als 3 min. nur noch gering.
Die Zunahme des Kristallisationsgrades bei t2> 3 min. steht somit in keinem wirtschaftlichen
Verhältnis zu dem dadurch bedingten Mehraufwand an Zeit und apparativen Kosten.
Als Inertgas kann beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxyd oder auch Luft verwendet
werden.
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Die Untersuchungen ergaben ferner, daß noch eine Temperatur des Inertgasstroms
von llo°G zu einer ausreichenden Trocknung ( # o,o2 % H2o) und Kristallisation (Dichte
= 1,343 g/cm3) des Polymers führt (sh. Tab. 2 und Fig. 8).
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Vorzugsweise wird das feste Polyestermaterial nach einer Verweilzeit
tl f 5 min. nach Verlassen des Wasserbades mit dem heißen Inertgas behandelt. Bei
Einhaltung einer Verweilzeit tl von weniger als 5 min. zwischen der Berührung mit
dem Wasserbad und Beginn der Trocknung durch Einwirkung des heißen Gases wird vermieden,
daß der Polyester unerwünschte Mengen Wasser aufnimmt.
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Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Polyestermaterial
mit einem zwischen etwa 140 und 210°C heißen Gasstrom behandelt. In diesen Temperaturbereich
wird der amorphe Polyester in Schnitzel- oder Bandform in der kurzen Verweilzeit
von t2 zwischen 2 und 3 min.
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in ein Produkt mit einem KristaLlisationsgrad von mehr als 33% (Dichte
# 1,372 g/cm3) verwandelt. Die erreichten Kristallisationsgrade sind praktisch unabhängig
von der Schichtdicke, d.h. der Dimension des Granulatkorns bzw.
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der Banddicke. So wurden bei Schichtdicken von 3,5 bis 11 mm etwa
gleich hohe Kristallisationsgrade und gleich niedrige Wassergehalte von * o,o2 %
festgestellt. DarUberhinaus wurde gefunden, daß ein Abbau des Polymerisationsgrades
durch die Heißgasbehandlung bis zu einer Verweilzeit t2 ti 3 min. nicht festzustellen
war. Die Eigenviskosität des erfindungsgemäß getrockneten und kSistallisierten Polyestermaterials
h intr = o,65 war praktisch gleich der Eigenviskosität des Polyestermaterials vor
Einsatz in das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Verweilzeit des Polyestermaterials
im Wasserbad zwischen 3 und 3o sec.
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beträgt. Wird die Abschreckdauer innerhalb dieser Grenzen, insbesondere
im Bereich von 6 bis 18 sec. gewählt, so reicht die Kontaktzeit für das Eindringen
von Wasser in das Innere des Polymerisat-materials nicht aus, andererseits ist aber
die Abschreckwirkung für die Erstarrung ausreichend. Obwohl das aus dem Wasserbad
austretende Polyestermaterial ohne eine Zwischenbehandlung dem heißen Inertgasstrom
ausgesetzt werden kann, empfiehlt es sich doch, von dem Polyestermaterial vor der
Heißgasbehandlung Oberflächenwasser abzustreifen. Dies kann bei Bandmaterial
durch
Anpressung von Feuchtigkeit aufsaugenden Stoffen, wie z.B. Schaumstoff, durch Heißluftanblasung
oder dergleichen erfolgen. Die optimale Verweilzeit des Polyestermaterials im Wasserbad
liegt bei etwa lo sec.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur unmittelbaren Trocknung
und Kristallisation der extrudierten Bänder, Kabel und dergleichen sowie auch zur
Trocknung und Kristallisation von aus den Bändern und Kabeln hergestellten Schnitzeln
oder Granulat. In diesem Falle wird zwischen der Abschreckung und der Heißgasbehandlung,
d.h. während der Zeit t1 die Granulierung zwischengeschaltet. Die gleichzeitige
Trocknung und Kristallisation von Polyesterschnitzeln erfolgt im Festbett, wobei
Schichthöhen von 11 mm und mehr Anwendung finden können Die Behandlung im Festbett
hat im Vergleich zur Wirbelschicht einen geringeren Energieaufwand. Trotz des damit
verbundenen vergleichsweise geringeren WärmeUberganges wird ein für die Weiterverarbeitung
völlig ausreichender Kristallisationsgrad und Endwassergehalt erreicht. Die effektiven
Gasgeschwindigkeiten in der Trocknungs- und Kristallisationszone liegen zwischen
0,1 und 5 m/sec., vorzugsweise zwischen o,5 und 1,5 m/sec.
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Die erfindungsgemäß getrockneten und kristallisierten Bänder können
anschließend zerkleinert und den Schnitzelsilos zugeführt werden. Es ist darauf
zu achten, daß bei der Zerkleinerung ein Anstieg des Feuchtigkeitsgehaltes über
o,o2 Ges.« vermieden wird.
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Eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Trocknung und Kristallisation
von Polyesterbändern besteht aus einer
Kammer mit wenigstens Je
einer Ein- und Austrittsöffnung für das heiße Gas bzw. die Polyesterbänder, mehreren,
in der Kammer übereinander angeordneten Förderbändern und zwischen den Abwurfenden
der Förderbänder und dem Aufgabeende des Jeweils nächst tieferen Förderbandes angeordneten
Umlenkblechen für die Polyesterbänder. Die Zahl und Länge der Förderbänder richtet
sich nach der geforderten Verweilzeit. Bei einer Verweilzeit von 2 bis 9 -Minuten
in der Kainmer wird man beispielsweise 3 übereinander angeordnete Förderbänder von
Je 11 m Länge verwenden, die mit einer Geschwindigkeit von 12,6 m/min umlaufs. Zweckmäßigerweise
ist hinter den Abwurfenden jedes Förderbandes ein Abzugswalzenpaar angeordnet. Die
Abzugswalzen dienen neben den Umlenkblechen zur Umlenkung der Polyesterbänder hinter
den Enden der Förderbänder und zum Transport zu dem nächsten Förderband. Der Spalt
zwischen- den beiden Abzugswalzen wird entsprechend der Bandstärke eingestellt.
Weiterhin können auf den Förderbändern Abstandsstifte und/oder in den Umlenkblechen
Führungsrillen vorgesehen sein. Die Zahl en der Abztandsstifte bzw. Führungsrillen
entsprechen der Zahl der durch die Heißkammer laufenden Polyesterbänder und gewährleisten
deren Führung und Abstandshaltung.
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Eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Trocknung und Kristallisation
von Polyesterschnitzeln besteht aus einer Kammer mit wenigstens einer Ein- und Austrittsöffnung
für das heiße Gas bzw. die Polyesterschnitzel mit einem in der Kammer angeordneten
Förderband und einer am Aufgabeende des Förderbandes angeordneten Schnitzeldosiereinrichtung.
Diese Vorrichtung findet Anwendung, wenn die
extrudierten Bänder
bzw. Kabel zwischen Abschreckung und der erfindungsgemäßen Trocknung und Kristallisation
bereits granuliert worden sind, Obwohl bei Schnitzeln ähnlich wie bei Bandmaterial
in der Kammer mehrere Förderbänder übereinander vorgesehen werden können, genügt
im allgemeinen ein Förderband, da deren Nutzfläche im Gegensatz zu Polyesterbandmaterial
besser ausgenutzt wird.
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Als Dosiereinrichtungen können alle geeigneten Apparate dienen, insbesondere
elektromagnetisch erregte Schwingdosiereinrichtungen. Das Förderband kann in ebener
Form durch die Kammer bewegbar sein, d.h. die beiden Umlenkwellen des Förderbandes
befinden sich in einer horizontalen Ebene. Das Förderband kann aber auch wendelförmig
durch die Kammer bewegbar sein. In diesem Falle ergibt sich für den Trocknungs-
und Kristallisationsapparat eine kompakte Bauweise mit geringem Flächenbedarf. Die
Polyesterschnitzel werden auf das Förderband in einer Schichtdicke zwischen 3,5
und etwa 11 mm, vorzugsweise etwa 7 mm, aurgebracht.
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Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur gleichzeitigen Trocknung
und Kristallisation von Polyesterbändern besteht aus einer Kammer mit wenigstens
je einer Ein- und Austrittsöffnung für das heiße Gas bzw. die Polyesterbänder und
einem in der.Kammer wendelförmig bewegten Förderband mit Abstandsstiften für die
auf dem Förderband aufliegenden Polyesterbänder. Die Abstandsstifte dienen dazu,
die Polyesterbänder entsprechend der Führung der Förderbänder wendelförmig durch
die KammerSu rühren und darüber hinaus die einzelnen Polyesterbänder bzw. -kabel
getrennt voneinanuer zu halten. Nach Verlassen der Kammer werden die Polyesterbänder
einem
Bandgranulator zugeführt. Eine vorherige Abkühlung ist nicht
erforderlich.
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Bei allen vorgenannten Vorrichtungen zur gleichzeitigen Trocknung
und Kristallisation von Polyesterbändern bzw.
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Polyesterschnitzeln bestehen die Förderbänder aus einem gasdurchlässigen,
hitzebeständigen Material, insbesondere Maschendrahtgewebe. Die Maschenweite ist
so zu wählen, daß Schnitzel und Granulat nicht durchfallen können, Bei einer Schnitzeldimension
von 3,5 mm soll die Maschenweite des Förderbandes 2 mm2 nicht übersteigen. Die Durchlässigkeit
des Förderbandes gewährleistet den Durchtritt der heißen Luft und damit einen guten
Wärmeaustausch zwischen Gas und Polyestermaterial.
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Zweckmäßigerweise sind die Umlenkbleche und/oder die Dosiereinrichtung
und/oder deren Zuführungsrohr mit einem elektromagnetischen Schwingungsgenerator
verbunden. Die schwingenden Umlenkbleche gewährleisten einen reibungslosen Weitertransport
zum folgenden Förderband. Die Schwingung der Dosiereinrichtung und der zugehörigen
ZuRührungsrohre vermeiden, daß Teile des Granulatmaterials in diesen Apparateteilen
liegenbleiben und infolgedessen die Verweilzeit tl bis zum Eintritt in die Heizkammer
sehr groß wird, während-das Wasser in das Polyestermaterial eindiffundieren kann.
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Eine andere Vorrichtung zur gleichzeitigen Trocknung und Kristallisation
von Polyesterschnitzeln besteht aus einer Kammer mit wenigstens Je einer Ein- und
Austrittsöffnung für das heiße Gas bzw. die Polyesterschnitzel, mehreren übereinander
in der Kammer befindlichen Schwingblechen, deren Abwurfenden sich abwechselnd an
gegenüber
liegenden Seiten der Kammer über dem Ausgabe teil des jeweils nächst tieferen Schwingbleches
befinden und deren Förderbewegungen dementsprechend abwechselnd zu diesen gegenüber
liegenden Kammerseiten gerichtet sind, und einer oberhalb des obersten Schwingbleches
angeordneten Dosiereinrichtung. Die Polyesterschnitzel wandern infolge der Schwingbewegungen
der Bleche von Blech zu Blech abwärts durch die Kammer und kommen dabei mit dem
heißen Gas in Kontakt, das bei dieser Vorrichtung parallel zur Förderbewegung der
Schnitzel strömt.
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Die Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der die Ausführungsformen
schematisch dargestellt sind. Es zeigen Fig. 1 eine Temperbandanlage für Polyesterbanaer
mit drei übereinander angeord-ten Förderbändern, Fig. 2 eine Temperbandanlage Ü£tr
Polyesterschnitzel mit wendelförmig geführtem Förderband, Fig. 3 eine Temperbandanlage
für Polyesterschnitzel mit einem Förderband, Fig. 4 eine Temperbandanlage für Polyesterbänder
mit wendelförmig geführtem Förderband und Fig. 5 ein Schwingfördertrockner für Polyesterschnitzel
mit mehreren übereinander angeordneten Schwingblechen, Fig. 6 den Verlauf der Kristallisation
von amorphem Polyestermaterial in Abhängigkeit von der Verweilzeit und
Fig.
7 den Kristallisationsverlauf von mattiertem und unmattiertem Polyestermaterial
in Abhängigkeit von der Verweilzeit t2 und Fig. 8 den lCristallisationsüerlauf in
Abhängigkeit von der Behandlungstemperatur.
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Nach Fig. 1 wird die Polyesterschmelze aus dem Reaktor 1 durch eine
25 Loch-Rechteckdüse kontinuierlich in ein Wasserbad 2 eingesponnen, in dem die
Polyesterbänder erstarren. Die Verweilzeit im Wasserbad beträgt etwa lo sec.
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Die Polyesterbänder 3 werden durch ein Abzugswalzenpaar 4 aus dem
Wasserbad abgezogen. Vor dem Abzugswalzenpaar 4 wird Oberflächenwasser von den Polymerbändern
3 mit Hilfe nicht dargestellter Schaumstoffwalzen abgenommen. Hinter dem Abzugswalzenpaar
4 ist ein Schneidmesser 5 angeordnet, das nach abgeschlossenem Einlegevorgang die
gesamte Bandschar auf eine gemeinsame Länge schneidet. Die Bänder 3 werden dann
durch Zwangsführung des Abzugswalzenpaares 4 getrennt voneinander über ein Leitblech
6 geschoben, um eine störungsfreie ZufUhrung zur Temperbandanlage zu gewährleisten.
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Die Temperbandanlage besteht aus drei etagenförmig übereinander angeordneten,
endlosen, umlaufenden Drahtgurtförderbändern 11, die den Transport der Polyesterbänder
durch die Heizkammer 7 übernehmen. Die isolierte Heizkammer 7 wird durch die Öffnungen
14 mit Heißluft beheizt.
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Die Geschwindigkeit der umlaufenden Förderbänder 11 entspricht der
Fördergeschwindigkeit des Abzugswalzenpaares 4.
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Um die geforderte Veilzeit von 2 bis 3 min. der Polyesterbänder in
der Heizkammer zu realisieren, sind die drei Förderbänder je 11 m lang. Ihre Breite
beträgt ca.
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6oo mm und ihr Abstand 400 mm. In einem Abstand von 12 mm zur Förderbandquerrichtung
sind 15 mm hohe Führungsstifte (nicht dargestellt) auf den Förderbändern
11
angebracht, um eine Trennung der Polyesterbänder 3 zu gewährleisten. Die Zahl der
Führungsstifte in Förderbandquerrichtung ist mit der Zahl der Polyesterbänder 3
identisch.
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Die Umlenkung der Polyesterbänder 3 an den Umkehrpunkten der Förderbänder
11 und ihr Transport zum nächsten Förderband wird von zwei Abzugswalzen 9 übernommen,
zwischen denen ein der Bandstärke entsprechender Luftspalt eingestellt ist. Als
Hilfseinrichtung dient ein am Umkehrpunkt des oberen Förderbandes horizontal angebrachtes
Gleitblech 8, dessen dem Förderbandzigekehrtes Ende laschenartig ausgebiluet istn
um in die Zwangsführung der Polyesterbänder auf dem Förderband eingreifen zu können.
Die Anzahl der Laschen entspricht der Anzahl der Polyesterbänder, deren Zwangs führung
ferner durch in die Gleitbleche 8 eingearbeitete Führungsrillen bis zum Eintritt
in das Abzugswalzenpaar 9 fortgesetzt wird. Das Gleitblech 8 wird elektromagnetisch
in Schwingungen versetzt, um den reibuingslosen Transport der Polyesterbänder zu
dem Abzugswalzenpaar 9 zu gewährleisten. Nach dem Abzugswalzenpaar 9 sind in Förderrichtung
weitere Umlenkbleche 10 angeordnet. Es handelt sich um zwei Bleche, zwischen denen
die aus dem Abzugswalzenpaar 9 austretenden Polyesterbänder umgelenkt und auf das
nächst tiefer liegende Förderband geführt werden. Auch das dem zweiten Förderband
zugekehrte Ende des äußeren Umlenkbleches 10 ist mit Laschen versehen, um die Zwangsführung
der Polyesterbänder in der richtigen Lage zu gewährleisten. Gleit- und Umlenkbleche
8 bzw. lo sind mit eingearbeiteten Führungsrillen versehen, deren Anzahl mit der
der Polyesterbänder identisch ist. Auch die Umlenkbleche 1o werden elektromagnetiscn
in
Schwingungen versetzt Eine gleichartige Umlenkung ist zwischen dem zweiten und dritten
Förderband 11 vorgesehen. Das aus der Kanmer 7 austretende getrock nete.und kristallisierte
Polyesterband wird durcn ein Gleitblech 12 einem Bandgranulator 13 zugeführt, der
das Band zu Schnitzeln zerkleinert3 Die Schnitzel fallen cann unmittelbar in einen
Vorratsbehälter.
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In Fig. 2 sind wie auch in allen folgenden Figuren gleiche Teile der
Anlage mit der gleichen Bezugszahl versehen, Die aus dem Wasserbad 2 austretenden
Polyesterbänder 3 werden in einem Granulator 15 zerkleinert und durch ein schwingen
des Rohr 16 einem SchwLi'ngdosierer 17 zugeführt, der das Granulat kontinuierlich
auf das Band 11 austrägt Das Granulat wird mit dem Band 11 wendelförmige durch die
Heizkammer 7 geführt und dabei getrocknet und kristallin siert. Nach Verlassen der
Heizkammer 7 wird das Granulat abgeworfen. Eine geeignete Abstreifvorrichtung 19
sorgt am Bandumkehrpunkt für eine restlose Entfernung der Schnitzel von dem Förderband
11. Die Schnitzel fallen in einen Sammeltrichter mit einer Stachelwalze 20, die
even tuell bestenende Verklebungen mechanisch beseitigt. Der Antrieb des wendelförmig
durch die Heizkammer 7 geführten Bandes erfolgt außerhalb der Kammer bei 18.
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Bei der Vorrichtung nach Fig.3 werden die Polyester schnitzel im Gegensatz
zu der Vorrichtung naeh Fig. 2 auf einem ebenen Band getrockent und kristallisiert.
Die Anlage ist bis zu dem Schwingdosierer 17 identisch mit der in Fig. 2 gezeigten
Anlage. Die Polyesterschnitzel 21 gelangen von dem Schwingdosierer 17 auf das Förderband
11 und werden von diesem durch die Heizkammer 7 befördert
Die Kammer
7 wird durch de Öffnung 1 14 mit Heißluft beaufschlagt. Die Abnahme def Schnitzel
und ihre eventuell erforderliche Trennung erfolgt wie bei der Anlage nach Fig 2
durch den Abstreifer 19 und die Stachelwalze 20 Fig. 4 zeigt die Trocknung und Kristallisation
von Polyesterbändern 3, die auf einem wendelförmig geführten Förderband 11 durch
die Heizkammer 7 befördert werden.
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Die Antriebswalze 18 für das Förderband befindet sich außerhalb der
Heizkammer 7. Nach Verlassen der Heizkammer werden die Polyester 3 mit e des Gleitbleches
12 dem Granulator 13 zugeführt. Das erzeugte Granulat gelangt unmittelbar in den
nicht dargestellten Vorratsbehälter für die Weiterverarbeitung. Die in den Fig.
2 und z 4 dargestellten Heikammern 7 haben ähnlich wie die mit ebenen Förderbändern
ausgestatteten Heizkammern Ein- und Austrittsöffnungen für die Heißluft. Diese Öffnungen
sind jedoch in den Fig. 2 und 4 nicht dargestellt.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Schwingblechtrockner wird der schmelzflüssige
Polyester wie bei den anderen Vorrichtungen aus dem Reaktor 1 in ein Wasserbad 2
extrudiert. Die Polyesterbänder 3 werden durch den Granulator 15 zerkleinert und
gelangen durch das Schwingrohr 1Q in den ebenfalls vibrierenden Vorratsbehälter
22. Der Vorratsbehälter 22 gestattet durch eine steuerbare Öffnung die Aufgabe der
Schnitzel auf das oberste von sieben Schwingblechen 25 die in der Kaw:ner 7 übereinander
angeordnet sind. Durch die Schwingungen der Bleche werden die Schnitzel gleichmäßig
über die Bleche verteilt und jeweils zu den versetzt angeordneten Abwurfkanten der
Bleche befördert. Dort werden die Schnitzel auf das
nächst tiefere
Blech abgeworfen und wandern dort in entgegengesetzter Richtung entsprechend der
gestrichelten Linie in Fig. 5. Nach Abwurf vom letzten Schwingblech 23 gelangen
die getrockneten und kristallisierten Schnitzel in den Ausfalltrichter 26 und von
dort in einen nicht dargestellten Vorratsbehälter0 In der Kammer 7 sind Verteilerrohre
24 für die Heißluftzufuhr und Öffnungen 25 für die Abluft vorgesehen Fig. 6 zeigt
schließlich den Anstieg der Dichte des Polyesters vom amorphen Zustand ausgehend
in Abhängigkeit von der Verweilzeit bei 200 und 220°C. Der Kristallisationsgrad
nimmt entsprechend der Dichte des Materials zu.
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Die kritische Verklebungsgrenze liegt bei einer Dichte von 1,345 g/cm)
entsprechend einem Kristallisationsgrad von 11 %. Die Darstellung zeigt, daß der
Kristallisa tionsgrad in den ersten 2 mlnO der Behandlung stark ansteigt, dann aber
nur noch relativ langsam, und zwar unabhängig von der angewendeten Behandlungstemperatur.
Obwohl die kritische Verklebungsgrenze auch schon bei Verweilzeiten unter 2 min0
überschritten wird, empfiehlt es sich aus Gründen der Betriebssicherheit5eine Mindestverweilzeit
von 2 min, einzuhalten. Aus der Darstellung ist weiter zu entnehmen, daß Verweilzeiten
von mehr als 3 min.
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zwar möglich, aber wegen der geringeren Kristallisationsgeschwindigkeit
nicht zweckmäßig sind0 Beispiele 1 bis 8 Es wurde ein Polyester mit 0,3 ß TiO2 und
einer Eigenviskosität #intr - 0,65 eingesetzt. Der extrudierte Polyesterstrang wurde
nach Abkühlung im Wasserbad (10 sec.) ohne Entfernung des Oberflächenwassers granuliert.
Die
Schnitzel wurden im Heißluftstrom getrocknet. Die Lufttemperatur
betrug 200 bis 210 0C, die Luftgeschwindigkeit o,9 m/sec. Die Verweilzeit wurde
zwischen 2 und 4 min.
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variiert. Auch die Schichtdicke wurde zwischen 3,5 und 11 mm verändert.
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Außerdem wurde ein Trocknungsversuch mit ca. 1 kg feuchten Polyesterschnitzeln
auf einem Faserbandtrockner durchgeführt. (Beispiel 8). Nach dem Versuch wurde der
Wassergehalt und in einem Fall auch die Eigenviskosität ermittelt. Die Versuchsbedingungen
und--ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengestellt. Es zeigt sich,
daß kein Einfluß der Schichtdicke auf den Wassergehalt vorhanden ist. Der angestrebte
Wassergehalt von ç 0,02 ffi wird in allen Fällen schon nach 2 min. erreicht. Selbst
bei einer Trocknungstemperatur von 160°C wird dieser Wassergehalt nach 3 min. erreicht.
Demnach werden die Polyesterbänder beim Ausspinnen in das Wasserbad nur oberflächlich
mit Wasser beaufschlagt. Eine Diffusion des Wassers in den Polyester findet nicht
statt. Die Eigenviskosität der Probe nach Beispiel 1 zeigt, daß gegenüber dem Anfangswert
(Beispiel O) keine Anderung eingetreten ist, d.h. durch die erfindungsgemäße Trocknung
und Kristallisation kein Abbau stattgefunden hat.
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Beispiel 9 Um den Einfluß der Mattierung des eingesetzten Polyesters
auf den Kristallisationsverlauf festzustellen, wurde ein Polyäthylenterephthalat
mit o,66 % TiO2 und 1,68 % TEPP und einer Eigenviskosität tlintr= 0,61 verwendet.
Der schmelz flüssige Polyester wurde bei 29oOC extrudiert und anschließend io sec.
lang in einem Wasserbad abgeschreckt.
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Oberflächenwasser wurde vor der Granulierung nicht entfernt. Die Luftgeschwindigkeit
in der Heizkammer betrug o,9 m/sec.. Die Verweilzeiten der Schnitzel in der Heizkammer
betrugen 1, 2, 4 und 7 min. bei einer Temperatur von 20z°C.
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Nach Beendigung der Versuchsdauer wurde der' Polyester in Eiswasser
abgeschreckt, um den momentanen Kristallisationszustand einzufrieren. Dann wurde
die Dichte im Dichtegradientenrohr bestimmt. Der Umrechnung der Dichte in den Kribtallisationsgrad
wurde folgende Formel zugrunde gelegt:
wobei für #α = 1 ,333 g/cm3 (Meßwert) # = 1,455 g/cm3 +) # = aktueller Dichtwert
eingesetzt wurden.
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+) nach W.H. Cobbs u. R.L. Burton, J. Polymer Sci.
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(1953) 275 Die Ergebnisse sind in der anliegenden Fig. 7 dargestellt.
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Beispiel lo Es wurde wie in Beispiel 9 gearbeitet, wobei jedoch anstelle
des mattierten Polyäthylenterephthalats ein unmattiertes Produkt eingesetzt wurde,
das nur 0,3 % TiO2 enthielt und eine Eigenviskosität #intr= o,65 aufwies.
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Der für dieses Produkt ermittelte Dichteverlaur in Abhängigkeit von
der Verweilzeit ist in Fig. 7 gestrichelt dargestellt. Wie man erkennt, ist die
Kristallisationsgeschwindigkeit des mattierten Polyesters innerhalb der Hauptkristallisationsphase
größer als die des unmattierten Polyesters. Die maximal erreichbaren Dichten und
Kristallisationsgrade sind bei mattiertem Polyester innerhalb des untersuchten Zeitraums
größer als bei unmattiertem Polyester. Der Grund hierfür dürfte darin zu suchen
sein, daß aufgrund der Mattierung bereits Kristallisationskeime im Polyester vorhanden
sind, die naturgemäß die Kristallisationsgeschwindigkeit positiv beeinflussen.
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren Polyester in Schnitzel- oder Bandform mit einem Endwassergehalt von weniger
als o,o2 % und einer kristallinen Struktur mit einem Kristallisationsgrad # 33 %
(Dichte# 1,372 g/cm3) hergestellt werden können. Die so hergestellten Schnitzel
können ohne weitere Nachbehandlung zum Verspinnen eingesetzt werden.
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Fig. 8 zeigt die Dichte bzw. den Kristallisationsverlauf in Abhängigkeit
von der Behandlungstemperatur. Das eingesetzte Material war ein mattierter Polyester.
Die Verweilzeit bei der jeweiligen Temperttu betrug 7 min.
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Die Kurve läßt erkennen, daß schon bei Temperaturen von etwa llo°C
ab die kritische Verklebungsgrenze überschritten wird.
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Tabelle 1 Versuchsbedingungen und Analysenwerte Bei - Material Ver-
Versuchsbedinungen Schicht- Analysen spiel weil- Temperatur Luftgeschwindig- dicke
Wasser #intr Nr. zei t (°C) keit (m/sec) (mm) (%) (min) 0 PES-Ultralen - - - - -
0,65 1 " 3 200-210 0,9 3,5 # 0,02 0,65 2 " 2 200-210 0,9 3,5 # 0,02 -3 " 4 200-210
0,9 3,5 # 0,02 -4 " 2 200-210 0,9 7 # 0,02 -5 " 4 200-210 0,9 7 # 0,02 -6 " 2 200-210
0,9 11 # 0,02 -7 " 4 200-210 0,9 11 # 0,02 -8 Versuchscharge 3 160 0,9 7 # 0,02
-Mattierungsprüfstand
Tabelle 2 Einfluß der Trocknungstemperatur
auf den Trocknungsgrad der Schnitzel
| Beispiel Material Versuchsbedingungen Analysen |
| Verweilzeit Temperatur Luftgeschwin- Schichtdicke Wassergehalt |
| (min) (°C) digkeit (mm) (%) |
| (m/s@c) |
| 11 Versuchscharge 3 200 0,9 7 # 0,02 |
| 12 Mattierungs- " 180 " " # 0,02 |
| 13 stand " 155 " " # 0,02 |
| 14 " " 130 " " # 0,02 |
| 15 " " 110 " " # 0,02 |