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EP1520065A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzspinnen und zerschneiden eines spinnkabels - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schmelzspinnen und zerschneiden eines spinnkabels

Info

Publication number
EP1520065A1
EP1520065A1 EP03740395A EP03740395A EP1520065A1 EP 1520065 A1 EP1520065 A1 EP 1520065A1 EP 03740395 A EP03740395 A EP 03740395A EP 03740395 A EP03740395 A EP 03740395A EP 1520065 A1 EP1520065 A1 EP 1520065A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spinning
treatment
steam
stretching
cable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP03740395A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1520065B1 (de
Inventor
Holger SCHÖTTLER
Stephan Rickerts
Carsten VOIGTLÄNDER
Matthias Schemken
Andreas Cohrt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
Saurer GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saurer GmbH and Co KG filed Critical Saurer GmbH and Co KG
Publication of EP1520065A1 publication Critical patent/EP1520065A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1520065B1 publication Critical patent/EP1520065B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/12—Stretch-spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D13/00—Complete machines for producing artificial threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/26—Formation of staple fibres

Definitions

  • the stretching rolls of the stretching roll duos are designed to be heatable.
  • the method according to the invention and the device according to the invention are in principle suitable for producing staple fibers from all polymers, preferably from polyester, polyamide or polypropylene.
  • the steam, the excess pressure of the steam and the nozzle setting for steam treatment are selected.
  • the speeds of the stretching rollers and the number of heated and unheated stretching rollers within the treatment device for stretching the spinning cable can be freely selected.
  • the method according to the invention and the device according to the invention thus offer a high degree of flexibility in the production of staple fibers, which are particularly characterized by their high uniformity in properties such as titer, elongation and strength. This also results in a high leveling out of the dyeability.
  • tensions can also be reduced after the spinning cable has been stretched.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows schematically the heating means for steam treatment of the exemplary embodiment according to Fig. 1, Fig. 3 and
  • Fig. 4 further embodiments of the device according to the invention
  • the spinning device 1 contains several spinning stations. In this embodiment, four spinning positions are shown with the reference numerals 1.1, 1.2, 1.3 and 1.4. In each of the spinning stations 1.1 to 1.4, a filament bundle 12 is spun from a polymer melt.
  • the spinning stations 1.1 to 1.4 are constructed identically for this purpose, so that the spinning stations 1.1 to 1.4 are constructed using the example of the spinning station 1.1.
  • a polymer melt is fed under pressure to a spinneret 9 via a melt feed 8 and extruded through a plurality of ring or rectangularly arranged nozzle bores in the spinneret 9.
  • the melt feed 8 is preferably connected directly to a spinning pump (not shown here).
  • the spinning pumps of the spinning stations 1.1 to 1.4 could be supplied with the melt by an extruder, for example.
  • a cooling shaft 25 and a subsequent drop shaft 13 are arranged below the spinneret 9.
  • a blow candle 10 is arranged within the filament bundle 12, which is connected to a kuM Kunststoffzu slaughterhouse 11. A blowing air is blown radially outward through the filament bundle 12 by the blow candle 10.
  • a preparatory device 14 is arranged, through which the filament strands of the filament bundle 12 are prepared and brought together.
  • the filament bundles 12 each produced in the spinning stations 1.1 to 1.4 are brought together to form a spinning cable 15 and drawn off from the spinning device 1 by means of a drafting device 2.
  • a preparation device 3 with a plurality of preparation rollers 16 is arranged between the stretching unit 2 and the spinning device 1, through which the spinning cable 15 is guided.
  • a curling device 4 is arranged downstream of the drafting device 2.
  • Stuffer box is pressed.
  • the curling device 4 is followed by the drying device 5, the pulling device 6 and at the end the cutting device 7.
  • the use of a drying device depends on the type of polymer.
  • a polymer melt for example a polyester or a polyamide or a polypropylene
  • the spinnerets 9 have a plurality of nozzle bores on their undersides, which are arranged in an annular or rectangular shape and each extrude a large number of strand-like filaments.
  • the filament strands emerging from the spinnerets 9 are cooled after cooling in the cooling shaft 25 by cooling air generated by the blow candle 10 and brought together to form a filament bundle 12.
  • the filament bundle 12 is wetted with a preparation by the preparatory device 14 and brought together with the adjacent filament bundles to form a spinning cable 15.
  • the spinning cable 15 is withdrawn from the spinning direction 1 via a drafting device 2.
  • the spinning cable 15 is conditioned again in the preparation device 3 by preparation rollers 16.
  • preparation sticks can also be used for conditioning.
  • the spinning cable 15 is then stretched in the drafting unit 2, a differential speed being set between the stretching roller duo 17.1 and 17.2, which leads to the stretching of the spinning cable in the treatment line formed between the stretching roller duo 17.1 and 17.2.
  • the spinning cable 15 is additionally treated with a steam and heated in the treatment section between the stretching roller duo 17.1 and 17.2.
  • the treatment agent 18 arranged in the treatment section is formed in accordance with the embodiment shown schematically in FIG. 2.
  • the treatment agent 18 has a steam chamber 20 which has an inlet opening 24 and an outlet opening 23.
  • the inlet opening 24 and the outlet opening 23 lie opposite each other in the steam chamber 20, so that the spinning cable 15 can be guided through the steam chamber 20 essentially in a straight run.
  • One or more nozzles 22 open into the steam chamber 20 between the inlet opening 24 and the outlet opening 23.
  • the nozzle 22 is connected to a steam source, not shown here.
  • a vapor 21 under excess pressure is expelled into the vapor chamber 20 through the nozzle 22.
  • the nozzle 22 has a nozzle opening 26, which is preferably directed directly onto the spinning cable 15, so that the steam flow hits the spinning cable 15 directly.
  • the steam 21 has a temperature of at least 80 ° C and a maximum of 200 ° C.
  • the spinning cable 15 can be drawn off both cold and preheated from the draw godets 19 of the first draw roll duo 17.1.
  • the drawing rollers 19 of the first drawing roller duo 17.1 were heated to 80 ° C, the drawing roller duo 17.2 to 125 ° C, the drawing roller duo 17.3 to 170 ° C and the drawing roller duo 17.4 to 120 ° C.
  • the spinning tow was at a speed of 1,220 m / min. crimped in the crimping device 4 and then dried and cut into staple fiber.
  • no further additional treatment was carried out in the treatment section between the first stretching roller duo 17.1 and the second stretching roller duo 17.2.
  • the treatment agent 18 was then in the treatment section used.
  • saturated steam at an overpressure of 6 bar was passed through the nozzle 22 into the steam chamber 20.
  • the temperature of the steam was approximately 160 ° C.
  • 3 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention. 3 shows only the drafting system 2 with a total of four drafting roller duos 17.1 to 17.4.
  • the state of tension of the filaments is affected.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 is therefore particularly suitable for producing an optimized staple fiber in a one-step process.
  • the exemplary embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 4 is likewise only shown in a section through the drafting device 2. All other devices correspond to the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that reference is made to the preceding description at this point.
  • staple fibers can preferably be made from polyester, polyamide or polypopylene.

Landscapes

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Abstract

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels zur Herstellung von Stapelfasern beschrieben. Dabei wird eine Vielzahl von Filamentsträngen mittels einer Spinneinrichtung gesponnen und zu einem Spinnkabel zusammengeführt. Nach mehreren Behandlungen in mehreren Behandlungseinrichtungen wird das Spinnkabel in einem kontinuierlichen Prozess nach dem Spinnen zu einer Stapelfaser geschnitten. In einer der Behandlungseinrichtungen wird das Spinnkabel über mehrere Streckwalzen geführt und verstreckt, wobei das Spinnkabel in einer zwischen Streckwalzen gebildeten Behandlungsstrecke mit einem Fluid behandelt wird. Um insbesondere die Problematik der Ungleichmässigkeit in den physikalischen Eigenschaften der Fasern bei einem Einstufenprozess zu verbessern, wird erfindungsgemäss das Spinnkabel mit einem Dampf behandelt. Hierzu wird das Spinnkabel in einer Behandlungsstrecke zwischen Streckwalzen durch eine Dampfkammer geführt, in welcher eine Düse mündet, die den Dampf unter einem Überdruck in die Dampfkammer führt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels zur Herstellung von Stapelfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Zur Herstellung von Stapelfasern sind grundsätzlich zwei verschiedene Arten von Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Bei einer ersten Art von Verfahren und Vorrichtungen werden die Stapelfasern in einem Einstufenprozess hergestellt. Hierbei erfolgt das Spinnen, Verstrecken, Kräuseln und Zerschneiden eines Spinnkabels unmittelbar nacheinander. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise aus der US 3,259,681 bekannt, wovon die Erfindung ausgeht.
Bei einer zweiten Art der Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Stapelfasern werden diese in einem Zweistufenprozess hergestellt. Hierzu wird in einer ersten Stufe ein Spinnkabel gesponnen, verstreckt und in eine Kahne abgelegt. In einem zweiten Prozessschritt werden mehrere Spinnkabel aus vorgelegten Kannen abgezogen und zu einem Gesamttow zusammengeführt, in einer Faserstraße behandelt und anschließend zu Stapelfasern geschnitten. Derartige Zweistufenprozesse sind insbesondere zur Bearbeitung von sehr dicken
Gesamttitern mit beispielsweise größer 200.000 den. geeignet und beispielsweise an der US 4,639,347 bekannt. Bei derartigen Verfahren ist es bekannt, dass im zweiten Prozessschritt das vollständig verstreckte Gesamttow vor dem Schneiden einer Dampfatmosphäre ausgesetzt wird, um eine Schrumpfbehandlung durchführen zu können. Bei dem E stufenprozess, von dem die Erfindung- ausgeht, _sinά diejnaximal zu bearbeitenden Gesamttiter dadurch begrenzt, ~ dass sowohl das Abziehen des Spinnkabels aus der Spinneinrichtung als auch das Verstrecken des Spinnkabels im wesentlichen durch eine Behandlungseinrichtung mit mehreren Streckwalzen erfolgen muss. Insbesondere machen sich bei dickeren Gesamttitern der Spinnkabel Ungleichmäßigkeiten in den physikalischen Eigenschaften der Fasern besonders bemerkbar. Zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften werden bei dem bekannten Verfahren gemäß der US 3,259,681 zusätzliche Flüssigkeitsbäder vor und innerhalb der Streckzone angeordnet, wobei die Verstreckung in einem Geschwindigkeitsbereich bis 200 m/min. erfolgte. Insbesondere wird dabei hervorgehoben, dass eine Verbesserung der Ergebnisse ohne zusätzliche Erwärmung des Spinnkabels durch das Fluid innerhalb der Streckzone erreicht werden konnte.
Um Einstufenprozesse wirtschaftlich betreiben zu können, werden heute Geschwindigkeiten bis zu 2.500 m/min. erreicht. Bei derartig hohen Streckgeschwindigkeiten bleiben die bekannten Fluidbehandlungen jedoch ohne signifikanten Einfluss.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem bzw. welcher Stapelfasern in einem Einstufenprozess mit relativ gleichmäßigen physikalischen Eigenschaften herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 8 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ausbildung des Streckpunktes sowie die Position des Streckpunktes beim Verstrecken des
Spinnkabels einen wesentlichen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften hat. So ist es bekannt, dass beim Verstrβcken_das Erwärmen des Spinnkabels allein durch " Streckwalzen zwangsläufig zu Ungleichmäßigkeiten fuhren muss, da bei Gesamttitern des Spinnkabels von beispielsweise größer 10.000 den. nicht alle Filamentsträhge des Spinnkabels gleichzeitig auf eine Temperatur gebracht werden können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich eine gleichmäßige Erwärmung aller Filamentstränge des Spinnkabels und damit gezielt die Position und die Ausbildung eines Streckpunktes innerhalb der Streckzone beeinflussen. Damit wurde eine hohe Gleichmäßigkeit der physikalischen Eigenschaften sowie der Einzeltiter der Stapelfaser erreicht. Beim Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels aus Polyester, welches mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min. aus der Spinneinrichtung abgezogen und über mehrere Streckwalzen bis zu einer Geschwindigkeit von 1.200 m/min. verstreckt wurde, konnte durch die erfindungsgemäße Dampfbehandlung in der Behandlungsstrecke zwischen benachbarten Streckwalzen erreicht werden,, dass die Gleichmäßigkeit der Festigkeit um ca. 40 %, die Gleichmäßigkeit der Einzeltiter um ca. 50 % und die Gleichmäßigkeit der Dehnung um ca. 30 % verbessert werden konnte. Der Gesamttiter des Spinnkabels betrug 13.000 den.
Zur Behandlung und Erwärmung wurde das Spinnkabel mit einem Dampfstrahl einer Düse beaufschlagt. Der Dampf wird dabei unter einem Überdruck aus der Düse in die Dampfkammer geführt, wobei festgestellt wurde, dass durch Veränderung des Überdruckes die Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften der Fasern beeinflusst werden konnte. Um einen positiven Effekt zu behalten, sollte der Überdruck des Dampfes auf einen Wert im Bereich von 2 bis 12 bar eingestellt sein.
Um eine intensive und eine den Streckpunkt innerhalb des Spinnkabels beeinflussende Wirkung zu erhalten, sollten der Dampf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 200 °C aufweisen. Eine weitere Möglichkeit die Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften der Fasern zu verbessern ist dadurch gegebens dass die innerhalb der Behandlungsstrecke wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen auf einem bestimmten Verhältnis eingestellt ist. Das Verstreckverhältnis kann hierbei in einen Bereich zwischen null und sechs eingestellt sein. Insbesondere bei Verstreckverhältnissen von größer vier wurde eine starke Beeinflussung der Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften festgestellt.
Es konnte jedoch auch ein positiver Einfluss durch die Dampfbehandlung innerhalb der Behandlungsstrecke erreicht werden, bei welchem die in der Behandlungsstrecke wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen zu einem Vorlauf des Spinnkabels in die Behandlungsstrecke führte. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere zum Abbau von Spannungen unmittelbar nach dem Verstrecken des Spinnkabels besonders geeignet.
Es lassen sich somit auch vorteilhaft mehrere Dampfbehandlungen miteinander kombinieren, wobei eine erste Dampfbehandlung in einer Behandlungsstrecke mit einem hohen Streckverhältnis und eine zweite Dampfbehandlung in einer Behandlungsstrecke mit niedrigem Streckverhältnis oder einem Vorlauf des Spinnkabels erfolgt. Als Dampf wird vorzugsweise ein Sattdampf oder ein leicht überhitzter trockener Dampf verwendet.
Zur Durchführung des Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Dampfkammer auf, die zwischen benachbarten Streckwalzen in der Behandlungsstrecke angeordnet ist. Der Dampfkammer ist eine Düse zugeordnet, durch welche ein Dampf unter einem Überdruck in die Dampfkammer geführt wird.
Um eine intensive Behandlung und Wirkung an dem Spinnkabel zu erhalten, ist die Düse vorteilhaft mit einer Düsenöffhung innerhalb der Dampfkammer unmittelbar auf das Spinnkabel gerichtet. Hierbei lässt sich der durch die Düse erzeugte Dampfstrom so w_ohLin_ Laufrichtung des Spinnkabels als auch entgegen Laufrichtung des Spinnkabels in die Dampfkammer einbringen. Um eine mögliche Verwirbelung der Filamentstränge innerhalb des Spinnkabels zu erhalten, ist die Düse bevorzugt senkrecht zum Spinnkabel ausgerichtet, so dass der Dampfstrahl im wesentlichen senkrecht innerhalb der Dampfkammer auf das Spinnkabel gerichtet ist.
Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Behandlungseinrichtung zum Verstrecken des Spinnkabels mehrere Streckwalzenduos bestehend aus jeweils zwei gleich angetriebenen Streckwalzen aufweist, besitzt den Vorteil, dass hohe Kräfte zum Verstrecken des Spinnkabels aufgebaut werden können. Ebenso kann eine zum Abziehen der Spinnkabel aus der Spinneinrichtung vorteilhafte Einstellung gewählt werden.
Zum Abziehen der Spinnkabel aus der Spirmeinrichtung können jedoch auch Abzugswalzen mit zugeordneten Beilaufrollen eingesetzt werden. Ebenso lassen sich zwei Abzugsduos mit gleicher Geschwindigkeit zum Abziehen einsetzen.
Die Behandlungseinrichtung zum Verstrecken des Spinnkabels weist vorzugsweise mehrere hintereinander angeordnete Streckwalzenduos auf, zwischen denen vorzugsweise jeweils unterschiedlich eingestellte Differenzgeschwindigkeiten wirken. Dabei lässt sich das Heizmittel vorteilhaft in wenigstens einer der Behandlungsstrecken anordnen.
Es ist jedoch auch möglich, mehrere Heizmittel vorzusehen, die in unterschiedlichen Behandlungsstrecken zwischen jeweils zwei Streckwalzenduos angeordnet sind.
Zur Verbesserung der Streckergebnisse sind zumindest einige der Streckwalzen der Streckwalzenduos beheizbar ausgebildet. Das -erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind grundsätzlich zur Herstellung von Stapelfasern aus allen Polymeren vorzugsweise aus Polyester, Polyamid oder Polypropylen geeignet. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Polymertyp wird der Dampf, der Überdruck des Dampfes sowie die Düseneinstellung zur Dampfbehandlung gewählt. Ebenso sind die Geschwindigkeiten der Streckwalzen sowie die Anzahl der beheizten und nicht beheizten Streckwalzen innerhalb der Behandlungseinrichtung zum Verstrecken des Spinnkabels frei wählbar. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bieten somit eine hohe Flexibilität in der Herstellung von Stapelfasern, die sich besonders durch ihre hohe Gleichmäßigkeit in den Eigenschaften wie Titer, Dehnung und Festigkeit auszeichnen. Daraus resultiert auch eine hohe Vergleichmäßigung der Anfärbbarkeit. Durch gezielten Einsatz der Dampfbehandlung können ebenfalls Spannungen nach dem Verstrecken des Spinnkabels abgebaut werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es stellen dar:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung
Fig. 2 schematisch das Heizmittel zur Dampfbehandlung des Ausfuhrungsbeispiels nach Fig. 1 Fig. 3 und
Fig. 4 weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur einstufigen Herstellung von Stapelfasern schematisch dargestellt. Die Vorrichtung weist eine^Spirmeinrichtung 1 mehrere hintereinander angeordnete Behandlungseinrichtung, die unter den Bezugszeichen 2, 3, 4, 5 und 6 nachfolgend noch näher erläutert werden, und eine Schneideinrichtung 7 auf.
Die Spinneinrichtung 1 enthält mehrere Spinnstellen. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Spinnstellen mit den Bezugszeichen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 dargestellt. In jeder der Spinnstelle 1.1 bis 1.4 wird jeweils ein Filamentbündel 12 aus einer Polymerschmelze gesponnen. Die Spinnstellen 1.1 bis 1.4 sind hierzu identisch aufgebaut, so dass der Aufbau der Spinnstellen 1.1 bis 1.4 an dem Beispiel der Spinnstelle 1.1 erfolgt.
In jeder der Spinnstellen 1.1 bis 1.4 wird über eine Schmelzezuführung 8 eine Polymerschmelze unter Druck einer Spinndüse 9 zugeführt und durch eine Vielzahl von ringförmig oder rechteckformig angeordneten Düsenbohrungen der Spinndüse 9 extrudiert. Die Schmelzezuführung 8 ist hierzu vorzugsweise unmittelbar an einer Spinnpumpe (hier nicht dargestellt) angeschlossen. Die Spinnpumpen der Spinnstellen 1.1 bis 1.4 könnten beispielsweise durch einen Extruder mit der Schmelze versorgt werden. Unterhalb der Spinndüse 9 ist ein Kühlschacht 25 und ein sich anschließender Fallschacht 13 angeordnet. In dem Kühlschacht 25 ist eine Blaskerze 10 innerhalb des Filamentbündels 12 angeordnet, die an einer KüMluftzuführung 11 angeschlossen ist. Durch die Blaskerze 10 wird eine Rühlluft radial nach außen durch das Filamentbündel 12 geblasen.
Am Ende des Fallschachtes 13 ist eine Vorpräparationsemrichtung 14 angeordnet, durch welches die Filamentstränge des Filamentbündels 12 präpariert und zusammengeführt werden.
Die jeweils in den Spinnstellen 1.1 bis 1.4 erzeugten Filamentbündel 12 werden zu einem Spinnkabel 15 zusammengeführt und mittels eines Streckwerkes 2 aus der Spinneinrichtung 1 abgezogen. Zwischen dem Streckwβrk 2 und der Spinneinrichtung 1 ist eine Präparationseinrichtung 3 mit mehreren Präparationswalzen 16 angeordnet, durch welches das Spinnkabel 15 geführt wird.
Das Streckwerk 2 besteht aus mehreren hintereinander angeordneten Streckwalzenduos 17.1, 17.2, 17.3 und 17.4. Jedes der Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4 weisen jeweils zwei Streckwalzen 19 auf, die von dem Spinnkabel 15 mehrfach umschlungen sind. Die Streckwalzen 19 eines der Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4 werden mit im wesentlichen gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Zur Behandlung des Spinnkabels 15 werden die Streckwalzen der Streckwalzenduos 17.1, 17.2, 17.3 und 17.4 mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten angetrieben, so dass jeweils eine Differenzgeschwindigkeit in den zwischen den Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4 gebildeten Behandlungsstrecken wirkt. Üblicherweise wird hierbei in einer ersten Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und dem Streckwalzenduo 17.2 eine hohe Differenzgeschwindigkeit zum Verstrecken des Spinnkabels eingestellt. In den nachfolgenden Behandlungsstrecken zwischen den Streckwalzenduos 17.2 bis 17.4 werden niedrigere oder keine Differenzgeschwindigkeiten eingestellt.
Zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 ist in der dazwischen liegenden Behandlungsstrecke ein Behandlungsmittel 18 angeordnet. Das Behandlungsmittel 18 weist zur Behandlung und Erwärmung des Spinnkabels 15 einen Dampf auf. Der Aufbau und die Funktion des Behandlungsmittel 18 wird nachfolgend noch genauer erläutert.
Dem Streckwerk 2 ist eine Kräuseleinrichtung 4 nachgeordnet. Die
Kräuseleinrichtung 4 ist üblicherweise als Staucblcammerkräuseleinrichtung ausgeführt, bei welcher das Spinnkabel durch ein Fördermittel in eine
Stauchkammer gedrückt wird. Als. Fördermittel könnten Walzen z.B. bei einer 2D-Kräuselung oder Förderdüsen bei einer 3D=Kräusel'ung_eingesetzt werden. Der Kräuseleinrichtung 4 ist die Trockeneinrichtung 5, die Zugstelleinrichtung 6 und am Ende die Schneideinrichtung 7 nachgeordnet. Der Einsatz einer Trockeneinrichtung ist vom Polymertyp abhängig.
Zur Herstellung von Stapelfasern wird bei dem Vorrichtungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine Polymerschmelze beispielsweise ein Polyester oder ein Polyamid oder ein Polypropylen in der Spinneinrichtung 1 durch einen Extruder aufgeschmolzen und über Spinnpumpen den jeweiligen Spinndüsen 9 der einzelnen Spinnstellen 1.1 bis 1.4 unter Druck zugeführt. Die Spinndüsen 9 besitzen auf Ihren Unterseiten eine Vielzahl von Düsenbohrungen, die ringförmig oder rechteckformig angeordnet sind und jeweils eine Vielzahl von strangformigen Filamenten extrudieren. Die aus den Spinndüsen 9 austretenden Filamentstränge werden nach einer Abkühlung in dem Kühlschacht 25 durch eine mittels der Blaskerze 10 erzeugten Kühlluft abgekühlt und zu jeweils einem Filamentbündel 12 zusammengeführt. Am Ende des Fallschachtes 13 wird das Filamentbündel 12 durch die Vorpräpariereinrichtung 14 mit einem Präparationsmittel benetzt und mit den benachbarten Filamentbündeln zu einem Spinnkabel 15 zusammengeführt. Hierzu wird das Spinnkabel 15 über ein Streckwerk 2 aus der Spinneihrichtung 1 abgezogen. Bevor das Spinnkabel 15 das erste Streckwalzenduo 17.1 des Streckwerkes 2 erreicht, wird das Spinnkabel 15 in der Präparationseinrichtung 3 durch Präparationswalzen 16 nochmals konditioniert. Es können jedoch auch Präparationsstifte zum Konditionieren verwendet werden. Anschließend erfolgt ein Verstrecken des Spinnkabels 15 in dem Streckwerk 2, wobei zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 eine Differenzgeschwindigkeit eingestellt ist, die zum Verstrecken des Spinnkabels in der zwischen den Streckwalzenduos 17.1 und 17.2 gebildeten Behandlungsstrecke führt. Dabei wird das Spinnkabel 15 in der Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 zusätzlich mit einem Dampf behandelt und erwärmt. Zur Behandlung des Spinnkabels 15 ist das in der Behandlungsstrecke angeordnete Behandlungsmittel 18 gemäß der in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführung gebildet. Das Behandlungsmittel 18 besitzt eine Dampfkammer 20, die eine Einlassöffhung 24 und eine Auslassöfmung 23 aufweist. Die Einlassöffhung 24 und die Auslassöfmung 23 liegen sich in der Dampfkammer 20 gegenüber, so dass das Spinnkabel 15 im wesentlichen in einem geraden Lauf durch die Dampfkammer 20 führbar ist. Zwischen der Einlassöffhung 24 und der Auslassöffhung 23 mündet eine oder mehrere Düsen 22 in die Dampfkammer 20. Die Düse 22 ist mit einer hier nicht dargestellten Dampfquelle verbunden. Durch die Düse 22 wird ein unter Überdruck stehender Dampf 21 in die Dampfkammer 20 ausgestoßen. Die Düse 22 besitzt eine Düsenöffiiung 26, die vorzugsweise unmittelbar auf das Spinnkabel 15 gerichtet ist, so dass die Dampfströmung direkt das Spinnkabel 15 trifft. Der Dampf 21 besitzt eine Temperatur von mind. 80 °C und maximal 200 °C.
Durch die hohe Energie des Dampfstrahls innerhalb der Dampfkammer wird trotz der unter Spannung stehenden Filamentstränge des Spinnkabels 15 eine gleichmäßige und intensiver Behandlung und Erwärmung aller Filamentstränge innerhalb des Spinnkabels 15 erreicht. Somit lässt sich durch die intensive Dampfbehandlung des Spinnkabels 15 in der Behandlungsstrecke beim Verstrecken des Spinnkabels vorteilhaft die Ausbildung eines Streckpunktes beeinflussen. Das Spinnkabel 15 kann hierbei sowohl kalt als auch vorgewärmt von den Streckgaletten 19 des ersten Streckwalzenduos 17.1 abgezogen werden.
Zur weiteren Behandlung des Spinnkabels 15 wird über die in Fig. 1 dargestellten Streckwalzenduos 17.2, 17.3 und 17.4 eine weitere Behandlung durchgeführt. Hierbei ist vorzugsweise zwischen den Streckwalzenduos 17.2 und 17.3 ebenfalls eine zu einem weiteren Nachverstrecken des Spinnkabels 15 eingestellte Differenzgeschwindigkeit wirksam. Die Streckwalzenduos 17.3 und 17.4 werden vorzugsweise mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, um ein Relaxieren des Spinnkabels 15 zu ermöglichen. Das verstreckte Spinnkabel wird zur -weiteren Behandlung in der Kräuseleinrichtung 4 gekräuselt. Die Kräuseleinrichtung 4 ist hierzu vorzugsweise als eine Stauchkammerkräuselung ausgebildet, bei welcher das Spinnkabel mittels eines Fördermittels in eine Stauchkammer gedrückt wird. Das gekräuselte Spinnkabel wird anschließend einer Trockeneinrichtung 5 zugeführt und durch eine Zugstelleinrichtung 6 mit definierter Spannung der Schneideinrichtung 7 aufgegeben. In der Schneideinrichtung 7 erfolgt das Zerschneiden des Spinnkabels 15 in Stapelfasern.
Zur Herstellung einer Stapelfaser aus Polyester wurde bei einem Produktbeispiel zunächst mit der Spinneinrichtung 1 ein Spinnkabel mit einem Gesamttiter von ca. 13.000 den. gesponnen. Das Spinnkabel wurde dabei mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min. aus der Spinneinrichtung 1 abgezogen. Zum Verstrecken des Spinnkabels 15 war zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und 17.2 die Differenzgeschwindigkeit zu einem Verstreckverhältnis von 4,7 eingestellt. Die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Streckwalzenduo 17.2 und 17.3 führte zu einem Verstreckverhältnis von 1,1. Zwischen den Streckwalzenduos 17.3 und 17.4 war keine Differenzgeschwindigkeit eingestellt. Das Spinnkabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1.200 m/min. aus dem Streckwerk 2 abgeführt. Zur Wärmebehandlung des Spinnkabels 15 waren die Streckwalzen 19 des ersten Streckwalzenduos 17.1 auf 80 °C, das Streckwalzenduo 17.2 auf 125 °C, das Streckwalzenduo 17.3 auf 170 °C und das Streckwalzenduo 17.4 auf 120 °C erhitzt.
Das Spinnkabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1.220 m/min. in der Kräuseleinrichtung 4 gekräuselt und anschließend getrocknet und zu Stapelfaser geschnitten. Bei einer ersten Versuchsreihe wurde in der Behandlungsstrecke zwischen dem ersten Streckwalzenduo 17.1 und dem zweiten Streckwalzenduo 17.2 keine weitere zusätzliche Behandlung durchgeführt. In einer zweiten Versuchsreihe wurde dann das Behandlungsmittel 18 in der Behandlungsstrecke eingesetzt. Hierzu wurde ein Sattdampf mit einem Überdruck von 6 bar durch die Düse 22 in die Dampfkammer 20 geleitet. Die Temperatur des Dampfes betrug ca. 160 °C.
Nach Messung der physikalischen Eigenschaften wie Festigkeit und Dehnung konnte eine erhebliche Vergleichmäßigung der Werte festgestellt werden. Die Streuung der Messwerte ließ sich durch das erfindungsgemäße Verfahren um über 20 % bis zu 50 % verbessern. Insbesondere konnte auch eine 50 %ige Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Filamenttiters erreicht werden.
Der Aufbau des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Anzahl und der Wahl der Behandlungseinrichtungen beispielhaft. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zusätzliche Behandlungen und Behandlungsstufen einzuführen. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine intensive Dampfbehandlung des Spinnkabels innerhalb der Streck- und Relaxierzone. Wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere eine nur leicht vororientierte Molekularstruktur der Filamentstränge.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben. Hierbei zeigt Fig. 3 nur das Streckwerk 2 mit den insgesamt vier Streckwalzenduos 17.1 bis 17.4.
Die hier nicht dargestellten Behandlungseinrichtungen sowie die Spinneinrichtung 1 und die Schneideinrichtung 7 entsprechen den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nach Fig. 1. Insoweit wird auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen und an dieser Stelle nur die Unterschiede genannt.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung einer Variante für das erfindungsgemäße
Verfahren ist das Behandlungsmittel 18 in einer Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.3 und dem Streckwalzenduo 17.4 angeordnet. Diese
Behandlungsstrecke wird im wesentlichen nicht zur Verstreckung sondern zur
Wärmenachbehandlung des Spinnkabels 15 genutzt. Überraschenderweise konnte jedoch auch hierbei noch eine verbesserte Vergleichmäßigung der physikalischen Eigenschaften des Spinnkabels sowie eine verbesserte Vergleichmäßigung des
Filamenttiters erreicht werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei Einstellung einer Differenzgeschwindigkeit von 0 zwischen dem Streckwalzenduo 17.3 und
17.4 eine höhere Vergleichmäßigung erreicht werden konnte als gegenüber einer
-Differerizgeschwindigkeit, die zu einem Vorlauf des Spinnkabels in der Behandlungsstrecke führte. Die Intensität und die Gleichmäßigkeit der
Dampfbehandlung des Spinnkäbels wird somit maßgeblich von dem
Spannungszustand der Filamente beeinflusst.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist somit besonders geeignet, um eine optimierte Stapelfaser in einem Einstufenprozess herzustellen. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ebenfalls nur im Ausschnitt durch das Streckwerk 2 dargestellt. Alle übrigen Einrichtungen entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass an dieser Stelle Bezug zu der vorhergehenden Beschreibung genommen wird.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erstes Behandlungsmittel 18.1 in der ersten Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.1 und dem Streckwalzenduo 17.2 angeordnet. Am Ausgang des Streckwerkes 2 ist in der letzten Behandlungsstrecke zwischen dem Streckwalzenduo 17.3 und dem Streckwalzenduo 17.4 ein zweites Behandlungsmittel 18.2 vorgesehen. Die Behandlungsmittel 18.1 und 18.2 haben den in Fig. 2 dargestellte Aufbau. Hierbei ist die Düse bei dem Behandlungsmittel 18.1 derart ausgerichtet, dass der Dampfstrahl in Laufrichtung des Spinnkabels 15 strömt. Demgegenüber besitzt das Behandlungsmittel 18.2 eine Ausbildung, bei welcher die Düse in der Dampfkammer einen gegen die Laufrichtung des Spinnkabels 15 strömenden Dampfstrahl erzeugt. Es ist jedoch auch möglich, die Behandlungsmittel 18.1 und 18.2 in ihrem Aufbau identisch auszuführen.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 3 und 4 ist die Ausbildung des Behandlungsmittels sowie die Einstellung der Dampfbehandlung im wesentlichen von den zu bearbeitenden Polymer abhängig. So lassen sich Stapelfaser vorzugsweise aus Polyester, Polyamid oder Polypopylen herstellen.
Bezugszeichenliste
1 Spinneinrichtung
1.1, 1.2, 1.3, 1.4 Spinnstelle
2 Streckwerk
3 Präparationseinrichtung
4 Kräuseleinrichtung
5 Trockeneinrichtung
6 Zugstelleinrichtung
7 Schneideinrichtung
8 Schmelzezuführung
9 Spinndüse
10 Blaskerze
11 KüHluftzuführung
12 Filamentbündel
13 Fallschacht
14 Vorpräpariereinrichtung
15 Spinnkabel
16 Präparationswalzen
17.1, 17.2, 17.3, 17.4 Streckwalzenduo
18 Behandlungsmittel
19 Streckwalzen 0 Dampfkammer 1 Dampf 2 Düse 3 Auslassöfmung 4 Einlassöffhung 5 Kühlschacht 6 Düsenöffhung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schmelzspinnen und Zerschneiden eines Spinnkabels zur Herstellung von Stapelfasern, bei welchem eine Vielzahl von
Filamentstränge aus einer Polymerschmelze gesponnen werden und zu dem Spinnkabel zusammengeführt werden, und bei welchem das Spinnkabel nach dem Spinnen und vor dem Zerschneiden in mehreren Behandlungseinrichtungen kontinuierlich behandelt wird, wobei das Spinnkabel in zumindest einer der Behandlungseinrichtung zum
Verstrecken über mehrere Streckwalzen geführt wird, und wobei das Spinnkabel in einer zwischen Streckwalzen gebildeten Behandlungsstrecke mit einem Fluid behandelt wird dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel zur Behandlung und einer Erwärmung in der Behandlungsstrecke in eine Dampfkammer geführt wird und dass das Fluid als ein Dampf unter einem Überdruck mittels einer Düse in die Dampfkammer geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Düse erzeugte ' Dampfstrahl innerhalb der Dampfkammer direkt auf das
Spinnkabel gerichtet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck des Dampfes auf einen Wert im Bereich von 2 bis 12 bar eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf ein Sattdampf oder ein überhitzter trockener Dampf ist und eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 200°C aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel durch die innerhalb der Behandlungsstrecke an dem Spiϊinkabel wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen mit einem Verstreckverhältnis im Bereich von 0 bis 6 verstreckt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel durch die innerhalb der Behandlungsstrecke an dem Spinnkabel wirkende Differenzgeschwindigkeit der Streckwalzen mit einem Vorlauf in die Behandlungsstrecke geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnkabel zusätzlich durch zumindest eine beheizte Streckwalze vor der Dampfbehandlung oder nach der Dampfbehandlung oder zusätzlich durch eine zweite nachgeordnete Dampfbehandlung erwärmt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Spinneinrichtung (1) zum Schmelzspinnen des Spinnkabels (15), mit mehreren Behandlungseinrichtungen (2, 3, 4, 5, 6) zum Behandeln des Spinnkabels (15) und mit einer Schneideinrichtung (7) zum Zerschneiden des Spinnkabels ' (15), wobei eine der
Behandlungseinrichtung (2) mehrere Streckwalzen (19) zum Verstrecken des Spinnkabels (15) und in einer Behandlungsstrecke ein Behandlungsmittel (18) mit einem Fluid (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmittel (18) zwischen benachbarten Streckwalzen (19) in der Behandlungsstrecke angeordnet ist und dass das
Behandlungsmittel (18) durch eine Dampfkammer (20) und eine in die Dampfkammer (20) mündende Düse (22) gebildet ist, welche Düse (22) das Fluid als ein Dampf (21) unter einen Überdruck in die Dampfkammer (20) führt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfkammer (20) eine Emlassöfrhung (24) und eine Auslassöffhung (23) aufweist, durch welche das Spinnkabel (15) führbar ist, und dass die Düse (22) mit einer Düsenöffhung (26) innerhalb der Dampfkammer (20) auf das Spinnkabel (15) gerichtet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf (21) durch einen Sattdampf oder einen überhitzten trockenen Dampf gebildet ist, welcher eine Temperatur im Bereich von 80°C bis 200°C aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung (2) zum Verstrecken des Spinnkabels (15) mehrere Streckwalzenduos (17.1 - 17.4) bestehend aus jeweils zwei gleich angetriebene Streckwalzen (19) aufweist, wobei ein erstes Walzenduo
(17.1) der Spinneinrichtung (1) nachgeordnet ist, um das Spinnkabel (15) aus der Spinneinrichtung (1) abzuziehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Streckwalzenduos (17.1, 17.2) die Behandlungsstrecke' gebildet ist, in welcher eine zwischen den Streckwalzenduos (17.1, 17.3, 17.4) eingestellte Differenzgeschwindigkeit wirkt, dass dem ersten Streckwalzenduo mehrere weitere Streckwalzenduos derart nachgeordnet sind, dass sich mehrere Behandlungsstrecken ausbilden, und dass in zumindest eine der Behandlungsstrecken das Behandlungsmittel (18) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Behandlungsmittel (18.1, 18.2) vorgesehen sind, welche jeweils in einer der Behandlungsstrecken angeordnet sind.
4. VoπiehtungJiach_einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckwalzen (19) von zumindest einem der Streckwalzenduos (17.1 - 17.4) beheizbar ausgebildet sind.
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