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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines thermoplastischen fadenbildenden Materials in körniger Form
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines thermoplastischen fadenbildenden Materials in körniger Form, bei dem bzw. bei der das Material in geschmolzenem Zustand durch Spinndüsen gepresst wird und die so gebildeten Filamente in ein Bad mit einer inerten Kühlflüssigkeit, deren Temperatur knapp unterhalb des Erstarrungspunktes des Materials liegt, eingeführt und in diesem so nebeneinander in einer Ebene geführt werden, dass eine geringe gegenseitige Haftung auftritt, worauf die fixierten Filamente einer Hackvorrichtung zugeführt werden.
Die so hergestellten Körnchen werden häufig als Ausgangsmaterial für das Schmelzspinnen von Filamenten oder Fäden sowie für den Spritzguss von Formkörpern verwendet.
Diese als bekannt vorausgesetzte Methode bezweckt, das Zerhacken der Filamente in Körnchen zu vereinfachen. Die Zuführung der einzelnen Filamente zu der Hackvorrichtung gibt nämlich Anlass zu Schwierigkeiten wegen des geringen Widerstandes dieser Filamente gegen das Abbiegen. Diese Schwierigkeiten liegen in einer unregelmässigen Zuführung der Filamente zur Hackvorrichtung, die ihrerseits zu grossen Dimensionsschwankungen der zerhackten Körnchen Anlass gibt.
Durch Anwendung der oben geschilderten Methode kann in dieser Hinsicht eine Verbesserung erzielt werden. Wenn man während des Erhärtens die Filamente leicht aneinander haften lässt, formen sie ein etwas starreres Bündel, dessen Filamente gleichzeitig in axialer Richtung gegeneinander fixiert sind. Dieses Bündel kann unmittelbar der Hackmaschine zugeführt werden, wodurch eine grössere Gleichförmigkeit der Abmessungen der Körnchen erzielt wird.
Bei dem bekannten Verfahren wird die gegenseitige Adhäsion der Filamente dadurch erreicht, dass diese zuerst getrennt in das Bad mit der inerten Kühlflüssigkeit, später längs einer horizontalen Bahn in einer Ebene und schliesslich über die Sammelvorrichtung geführt werden. Die Sammelvorrichtung besteht hiebei aus einem horizontalen Stab mit radialen Zinken, die in einem gegenseitigen Abstand angebracht sind, der mit der Breite der zu einem Bündel vereinigten Filamente übereinstimmt. Wenn das flache Filamentbündel über diesen horizontalen Stab zwischen den Zinken geführt wird, werden die Filamente gegeneinander gepresst, wodurch ein gewisses Aneinanderhaften derselben auftritt.
Das Ausmass dieser Haftung ist von grösster Bedeutung für die weitere Behandlung der Filamente. Wenn diese nicht gross genug ist, können die Filamente ihren gegenseitigen Zusammenhalt verlieren, bevor sie in die Hackvorrichtung eingeführt sind. Wenn anderseits die Haftung zu gross ist, kleben die aus benachbarten Filamenten gebildeten Körnchen auch nach dem Zerhacken noch aneinander. Dies ist recht unerwünscht, da solche Körnchenkonglomerate bei der weiteren Verarbeitung ein Verstopfen der Schmelzeinrichtung verursachen können.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, die Lage der Sammelvorrichtung und die Temperatur der Kühlflüssigkeit veränderlich zu machen, so dass ein befriedigender Zusammenhalt der Fäden erhalten werden kann. Diese Faktoren können jedoch während des Betriebes nur unter Schwierigkeiten verändert werden oder nur mit einer bedeutenden Verzögerung, nachdem schon grössere Mengen von zusammenklebenden Körnchen oder ungenügend aneinander haftende Filamente entstanden sind.
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Diese Schwierigkeiten treten jedoch nicht auf, wenn das erfindungsgemässe Verfahren angewendet wird, das darin besteht, dass an derjenigen Stelle, an welcher die Filamente zusammengeführt werden, gegen das flache Band nebeneinander liegender Filamente in der Querrichtung ein kräftiger Strom frischer
Kühlflüssigkeit gerichtet wird.
Dadurch wird eine plötzliche, kräftige örtliche Abkühlung des Filamentbündel bewirkt, wodurch das
Aneinanderhaften praktisch plötzlich fixiert wird.
Das Ausmass der Haftung der Fäden aneinander kann durch die örtlich gegen das Bündel gerichtete
Kühlwassermenge beeinflusst werden. Bei Veränderung dieser Menge ist es nicht notwendig, die Lage der
Sammelvorrichtung bzw. die Temperatur des Kühlflüssigkeitsbades zu verändern.
Die Regelung der Kühlflüssigkeitsmenge in dem gegen das Bündel gerichteten Strahl kann einfach und schnell durchgeführt werden, so dass das Auftreten von zusammenklebenden Körnchen bzw. von ungenügend aneinander haftenden Filamenten sehr rasch korrigiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die gegenseitige Haftung der verschiedenen Filamente wesentlich gleichmässiger ist.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt es sich, dass zusammenklebende Körnchen und ungenügend aneinander haftende Filamente nicht mehr gleichzeitig auftreten, wie dies bei dem bekann- ten Verfahren der Fall ist. Für den letzteren Mangel gibt es bei Anwendung des bekannten Verfahrens keine
Abhilfe.
Es sei noch erwähnt, dass es schon vorgeschlagen worden ist, die Filamente an einem Fixpunkt sehr schnell zum Aneinanderhaften zu bringen. In diesem Fall wurden alle voll gehärteten Filamente zuein- ander geführt und sodann durch ein Walzenpaar hindurchgeleitet, welches örtlich das Filamentbündel so zusammenquetschte, dass die Haftung auftrat.
Bei diesem Verfahren trat jedoch die Schwierigkeit auf, dass an der Quetschstelle das Material stark orientiert wird, wobei Kerne mit abweichenden Eigenschaften entstehen. Diese abweichenden Eigenschaften schwanken stark in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Materials und können gegebenenfalls in einer Verschiebung des Schmelzpunktes oder in einer Tendenz zu einer abweichenden Kristallbildung nach dem Schmelzen des Materials führen. Ein noch schwererer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es bei diesem sehr schwierig ist, zusammenklebende Körnchen zu vermeiden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Körnchen aus Polyaminocapronsäure angewendet werden, bei der das Material durch ein Wasserbad auf die oben beschriebene Weise hindurchgeführt wird.
Prinzipiell kann der Kühlwasserstrom an allen jenen Stellen in der Querrichtung gegen die Filamente gerichtet werden, wo diese bereits zusammengeführt sind. Es ist jedoch gemäss der Erfindung besonders vorteilhaft, dass bei Abzug der Fäden durch ein Wasserbad an derjenigen Stelle, an welcher das flache Filamentenband durch Umlenkung gebildet wird, der Kühlwasserstrom in der Querrichtung des Bandes gegen dessen inneren Bogen gepresst wird. Auf diese Weise können verschiedene Vorteile erreicht werden. So wird in erster Linie eine sehr kurze Kühlzone verwirklicht. Bei dem bekannten Verfahren war es dagegen notwendig, die Filamente in voneinander getrenntem Zustand umzulenken und sie erst viel später zu einem Bündel zu vereinigen, um eine hinreichende Kühlung der Filamente zu gewährleisten.
Infolge der raschen Kühlwirkung des quergerichteten Kühlwasserstromes ist es dagegen möglich, in einer viel kürzeren Zone abzukühlen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass der quergerichtete Strom an der ersten Teilungsstelle des Filamentbündels zwischen dem Teilungsorgan und dem Bündel als Schmierfilm wirkt. Hiedurch wird die Kraft, die erforderlich ist, um die Filamente durch das Kühlwasser zu ziehen, herabgesetzt.
Es ist ausserdem sehr wichtig, dass infolge der kräftigen Abkühlung am ersten Verteilungspunkt die erhärtete Haut der Filamente genügend dick ist. Auf diese Weise wird die Gefahr, dass die zu dünne erhärtete Haut durch das Gleiten über die Verteilungsstelle zerstört werden könnte, welche bei dem bekannten Verfahren besteht, beseitigt. Solche Beschädigungen haben oft zur Folge, dass der weiche Kern der Filamente in das Bad austritt und dass die Filamente in der Hackvorrichtung zusammenkleben oder mindestens zu Körnchen mit unregelmässiger Form führen. Ferner hat es sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemä- ssen Verfahren der Kühlwasserverbrauch herabgesetzt werden kann.
Ausser auf das beschriebene Verfahren bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Spinnkopf, der eine Spinnplatte aufweist und oberhalb des Behälters für die Kühlflüssigkeit angeordnet ist, einem im Behälter für die Kühlflüssigkeit angebrachten Führungsorgan, welches die Filamente nebeneinander in einer Ebene führt, und einer Hackvorrichtung, die sich im wesentlichen dadurch kennzeichnet, dass im Behälter bei dem Führungsorgan oder nach diesem, in Lauf-
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richtung des Bandes gesehen, eine Zuführungsleitung für Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, deren Mündung quer zur Bahn der Filamente liegt.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäss der Erfindung weist das Führungsorgan einen hohlen
Querstab auf, der an die Zuführungsleitung für die Kühlflüssigkeit angeschlossen ist und an derjenigen
Stelle, an welcher er mit dem aus den Filamenten gebildeten Band in Berührung kommt, Durchtrittsöff- nungen für die Kühlflüssigkeit, z. B. einen Längsschlitz, aufweist.
In diesem Fall bildet diese Kombination gleichzeitig den ersten Umlenkpunkt des Fadenbündels. Ne- ben den oben aufgezählten Vorteilen ergibt sich noch der weitere Vorteil einer äusserst einfachen und kompakten Konstruktion der Vorrichtung.
Auch wenn die Zuführungsleitung für die Kühlflüssigkeit nicht mit dem Führungselement für die Fila- mente kombiniert ist, bedeutet die Kombination des letzteres mit dem ersten Umlenkpunkt für die Fila- mente eine beträchtliche Vereinfachung der Konstruktion.
Das Führungsorgan kann auch wie bei der bekannten Vorrichtung aus einem mit zwei Zinken verse- henen Stab bestehen. Die Form ist jedoch nicht wesentlich, da gegebenenfalls auch ein Stab mit Nuten, durch welche die Filamente geführt werden, verwendet werden kann. Auf jeden Fall wird auf die Fila- mente eine quergerichtete Kraft ausgeübt, unter deren Einfluss sie ein geschlossenes Band bilden. Die be- kannte Vorrichtung mit einem Stab mit zwei Zinken kann auch in der Weise verbessert werden, dass eine oder beide Zinken am Stab verstellbar befestigt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, den Abstand zwischen den Zinken an die Dicke und die Zahl der Fi- lamente, welche unter leichtem Druck zu einem Band vereinigt werden sollen, anzupassen.
Das offene Ende der Zuführungsleitung für die Kühlflüssigkeit kann ebenfalls verschiedene Formen aufweisen und an verschiedenen Stellen angeordnet werden. Das Führungsorgan kann lotrecht unter dem Spinn- kopf angeordnet sein.
Es hat sich gezeigt, dass die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Körnchen eine gro- sse Gleichmässigkeit aufweisen, so dass sie für das Strangpressen oder für das Spritzgussverfahren ausgezeich. - net geeignet sind.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform der
Vorrichtung schematisch veranschaulicht. Fig. ; ! ist eine Seitenansicht der Vorrichtung und Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1 in grösserem Massstab.
In Fig. l ist mit 1 ein Schmelzbehälter bezeichnet, in welchem geschmolzene Polyaminocapronsäure enthalten ist und der durch die Leitung 2 mit dem Spinnkopf 3 verbunden ist. Der Spinnkopf 3 umfasst ein Pumpenaggregat und eine Platte mit Spinndüsen, durch welche die Pumpe das geschmolzene Material hindurchpresst. Pumpe und Spinnplatte sind auf übliche Weise ausgebildet und deshalb in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die durch die Platte ausgepresste Schmelze wird in Form von getrennten Filamenten durch einen mit Kühlwasser 5 gefüllten Trog hindurchgeführt, so dass sie rasch abgekühlt wird. Zwei Umlenkorgan 7 und 8 sind im Inneren des Troges und ein Umlenkorgan 9 ist ausserhalb desselben angebracht. welche Organe die erhärteten Filamente 4 einer Hackvorrichtung 10 zuleiten. Diese Hackvorrichtung ist ebenfalls an sich bekannt und daher nur schematisch angedeutet.
Das in Fig. 2 dargestellte Umlenkorgan 7 besteht aus einem Rohr 11, das an beiden Enden geschlossen ist und einen Längsschlitz 12 besitzt. Zu beiden Seiten dieses Schlitzes bzw. an beiden Enden des Rohres 11 sind zwei Zapfen 13 radial angebracht.
Gegenüber dem Schlitz 12ist das Rohr 11 mit einer Zuführungsleitung 14 für kaltes Wasser verbunden, in der ein Regelventil15 (Fig. 1) vorgesehen ist, mit welchem die durch die Leitung 14 hindurchgehende Wassermenge geregelt werden kann. Dieses Wasser wird durch den Schlitz 12 hindurchgepresst.
Die um das Umlenkorgan 7 herumgeführten Filamente 4 werden durch den Abzug an der Hackmaschine gegen dieses gepresst und auf ihrem Weg von beiden Seiten durch die Zapfen 13 geführt. Die Dicke und die Zahl der Filamente 4 ist so an den Abstand der Zapfen 13 angepasst (oder umgekehrt), dass sie längs des Umlenkorgans eng aneinander liegen.
Es hat sich als leicht, durchführbar erwiesen, den durch die Leitung 14 und durch den Schlitz 12gegen die Filamente 4 gepressten Wasserstrahl so zu regeln, dass die Filamente 4 im Bereich des Organs 7 lose aneinander haften. Das Ausmass der Haftung kann mittels des Regelventils 15 genau eingestellt werden.
Die auf diese Weise hergestellten Körnchen aus Polyaminocapronsäure zeigen eine sehr grosse Gleichförmigkeit in bezug auf ihre Abmessungen und hinsichtlich ihres Schmelzpunktes bzw. der Tendenz zum Kristallisieren nach dem Schmelzen.
Verschiedene Teile der Vorrichtung können ohne weiteres anders angeordnet oder ausgebildet sein,
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so z. B. die Zapfen 13 oder die Umlenkorgane 8 und 9.
Es hat sich gezeigt, dass jederzeit eine entsprechende Anpassung an andere Arbeitsbedingungen mit der Vorrichtung durchführbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen fadenbildenden Materials in körniger Form, bei dem das Material in geschmolzenem Zustand durch Spinndüsen hindurchgepresst wird und die so gebildeten Filamente in ein Bad mit einer inerten Kühlflüssigkeit. deren Temperatur knapp unterhalb des Erstarrungspunktes des Materials liegt, eingeführt und in diesem so nebeneinander in einer Ebene geführt werden, dass eine geringe gegenseitige Haftung auftritt, worauf die fixierten Filamente einer Hackvorrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass an derjenigen Stelle, an welcher die Filamente zueinander geführt werden, gegen das flache Band nebeneinander liegender Filamente in der Querrichtung ein kräftiger Strom frischer Kühlflüssigkeit gerichtet wird.