DE4006398C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Auftrag von Avivage oder Präparation auf laufende Multifilamentbänder aus Chemiefasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Avivage-Präparations- oder Schmälzprozesses bei der Herstellung von Chemiefasern.

Chemie-Stapelfasern oder Faserkabel wie auch Filamentgarne müssen bis zum Einzelfilament möglichst gleichmäßig während der Herstellung und für die Weiter­ verarbeitung mit einer Avivage oder Präparation umgeben oder umhüllt werden.

Die Avivagen, Präparationen oder Schmälzen haben den Zweck z. B. bei der textilen Weiterverarbeitung elektro­ statische Aufladung, die durch Reibung bei allen Kunst­ stoffen entsteht, zu verhindern, die Reibung zwischen Fasern/Fasern und Fasern/Maschinenteilen zu vermindern, gleichzeitig aber auch das Gleiten zwischen Fasern/­ Fasern zu ermöglichen und auch einen gewissen Zusammen­ halt oder Haftung der Fasern zu gewährleisten.

Im Falle technischer Fasern die z. B. in Kunststoffe als Verstärkungsmaterial eingearbeitet werden, dient die Avivage auch als Haftungsvermittler zwischen Faser und umgebender Matrix.

Bei der Herstellung der synthetischen Fasern selbst sorgt die Präparation für den Wasserhaushalt und den Zusammenhalt oder Bandschluß der Filamente.

Als Stand der Technik sind mehrere Verfahren, die nach dem Einsatzort und der Produktart unterschieden werden können, bekannt.

Bei der Endlos-Filamentgarnherstellung, wo relativ wenige Einzelfilamente (Filamentzahl kleiner 2000) gemeinsam einen Faden oder ein Garn bilden und in der Regel schmelzgesponnen werden, wird unmittelbar an der Spinnstelle durch Walzen oder sogenannte Einweg-Präpara­ tionsschuhe Avivage auf die Filamente aufgebracht.

Ein weiteres Verfahren, das sogenannte Tauchavivagever­ fahren wird bei der Herstellung von Schnittstapelfasern oder Endlos-Band/-Kabel oder Tow angewandt. Dieses Ver­ fahren setzt einen nachfolgenden Trocknungsschritt voraus.

Für die Avivage von Schnitt- oder Naturfasern sind Sprühverfahren in pneumatischen Förderleitungen und Gieß- oder Spritzverfahren in sogenannten Mischbetten bekannt. Hier wird die Feinverteilung durch Migration während der Liegezeit verwirklicht.

In der Regel bestehen die Avivagen, Präparationen oder Schmälzen aus in Wasser emulgierten Mineralölen oder -fetten, Netzmitteln, Antistatika und teilweise Anti­ septika. Über die Avivagen, Präparationen oder Schmälzen als auch über Auftragsort, -art bzw. Verfahren wird allgemein in: von Falkai: Synthesefasern, Verlag Weinheim, Deerfield Beach, Florida, Basel 1981 auf S. 111 und S. 129 berichtet.

So werden Filamentgarne mit Walzen oder Einwegpräpara­ tionsschuhen aviviert. Die laufenden Filamente in relativ geringer Anzahl, z. B. weniger als 2000, werden durch Schleifen an der mit Präparationsmittel benetzten Walze oder Schuh getränkt. Die Menge des Auftrages hängt von der Konzentration der Avivageflüssigkeit, der Faden­ geschwindigkeit, der Walzendrehzahl, der Dosierung im Falle des Einwegschuhes und vielen anderen Faktoren ab. Dieses Präparationsverfahren funktioniert bei geringen Filamentzahlen, die im wesentlichen einzeln Kontakt mit dem Auftragsorgan (Walze, Schuh) haben. Liegen die Filamente in größerer Anzahl vor und somit in mehreren Reihen neben und übereinander, ist es leicht verständ­ lich, daß diese nicht mehr durch Kontakt Avivage über­ nehmen, sondern nur durch Migration, die aber je nach Einsatzfall des Fasermaterials nicht gleichmäßig genug ist.

Die bei der Schnittstapelfaser- und Endlos-Band- oder Kabel/Tow-Herstellung bekannte Tauchavivage ist sehr gleichmäpig und genau zu dosieren, hat aber den ent­ scheidenden Nachteil, daß sie nur bei relativ langsam laufenden Bändern (≦300 m/min) sicher realisiert werden kann und daß temperaturbeständige Avivagen auch einen nachgeschalteten Trocknungsschritt erfordern. Die Avivageverluste beim Trocknungsprozeß führen zu Ver­ schmutzungen durch Vercrackungen im Trockner und evtl. zu umweltbelastender Abluft oder Emission.

Sprühverfahren, bei denen die Faserbänder vor oder nach dem Trockner durch sogenannte Sprüh- oder Nebelkammern geführt werden, bedürfen sehr gut migrierender Avivagen, die mit Einstoffdüsen zerstaubt werden. Auch diese Sprühverfahren benetzen im wesentlichen nur die äußeren Filamentschichten.

Ein weiteres Sprühverfahren ist bekannt, das in pneuma­ tischen Schnittfaserförderleitungen eingesetzt wird. Im Sonderdruck aus Melliand-Textilberichte 59 (1978), Seiten 795 bis 796, wird ein solches Verfahren beschrieben. Dieses Verfahren setzt eine feine Auflösung möglichst bis zur Einzelfaser voraus, um eine gute Gleichmäßigkeit zu erreichen. In pneumatischen Förderleitungen ist aber häufig eher eine Verdichtung der Fasern zu Faserpaketen zu beobachten, so daß die betonte gleichmäßige Tropfenerzeugung und Verteilung, wie selbst der Verfasser erwähnt, nur theoretisch eine der besten Avivagemöglichkeiten darstellt. Nicht erwähnt bleibt die Problematik der statischen Aufladung der Faser in der Förderlei­ tung bis zur Sprühstelle.

Ein Imprägnier- oder Umhüllungsapparat ist im EP 320 653 A2 beschrieben, wo konvex/konkave Oberflächen ein Spreizen der Fäden, nicht Filamente, beim Eintau­ chen in ein Schmälzebad bewirken. Zweifelhaft ist, ob ein solches Verfahren bei hohen Geschwindigkeiten oder Filamentzahlen funktionieren kann bzw. es setzt einen nachfolgenden Trocknungsschritt voraus.

Ein weiteres Verfahren zum Avivageauftrag nach dem Trockner wird im Vortrag von Wittorf, Fa. Fleissner, bei der 27. Internationalen Chemiefasertagung in Dorn­ birn/Österreich über: "Neue maschinentechnische Lösungen für PAC-Nachbehand­ lungsanlagen mit großen Kabelstärken" im Kapitel E geschildert. Dieses Verfahren soll bei großen Kabelstärken mit Arbeitsbreiten bis 1800 mm und Geschwindigkeiten kleiner 50 m/min Einsatz finden. Dem anschließenden Crimper wird eine Abquetsch­ wirkung zur Minderung des Avivageverbrauchs abverlangt.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zu finden, die es gestatten, einen möglichst bis zum Einzelfilament gleichmäßigen, definierten Avivageauftrag kontinuierlich auf unterschiedlich schnell laufende, trockene, gekräuselte oder glatte Multifilamentbänder unterschiedlich starken Band­ gewichtes mit Filamentzahlen größer 2000, insbesondere größer 5.000, aufzubringen.

Die aufgezeichneten Verfahren und Vorrichtungen waren zur Lösung der eigenen Aufgabe ungeeignet, weil sie teilweise zu geringe Filamentzahlen ausreichend gut avivieren/oder Trocknungsschritte voraussetzen oder die Avivageverteilung bis zu Einzelfilament und damit die Gleichmäßigkeit dem Zufall oder der Migration über­ lassen.

Grundgedanke der Erfindung ist die Aufrechterhaltung des durch Führen über Wal­ zen entstehenden nahezu rechteckigen oder linsenförmigen Bandquerschnittes von Multifilamentbändern, die keinen Fadenschluß durch Drehung, Verspleißen oder Verwirbeln besitzen, deren exakte Führung ohne Ausweichmöglichkeiten im Aviva­ geauftragsbereich und eine Auffächerung der Einzelfilamente mit Hilfe von quer zur Bandebene gerichteten intensiven Gasstrahlen und gleichzeitiger Zerstäubung der exakt dosierten Avivage-Präparations- oder Schmelzeflüssigkeit in die entstehenden Bandhohlräume bzw. Filamentzwischenräume derart vorgenommen wird, daß das Filamentbündel wie ein Filterpaket eines Aerosolabscheiders für die zerstäubte Flüs­ sigkeit wirkt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen geschwindigkeits­ unabhängigen Avivieren eines Multifilamentbandes hoher Filamentzahl aus Chemie­ fasern derart, daß das Band über Walzen so exakt geführt wird, daß es seinen recht­ eckigen oder linsenförmigen Bandquerschnitt beibehält und zwischen den Walzen aviviert wird, wobei die Avivageeinheit aus einer Art Brauseplatte, Bandführern und Niederhaltern, die ein Ausweichen des Bandes verhindern, besteht, daß die aus der Brauseplatte quer zur Bandebene ausströmenden Gasstrahlen eine Auffächerung der Filamente bewirken und gleichzeitig die in oder in der Nähe der Brausebohrung durch Röhrchen exakt dosiert zugeführte Avivageflüssigkeit zerstäuben und in die Filamentzwischenräume blasen, wo die feinen Tröpfchen an den Filamentoberflä­ chen abgeschieden werden.

Vorzugsweise werden zwei Einsatzbereiche definiert:

• A) Avivageverfahren und Vorrichtung für relativ niedrige Bandgewichte (Bandfilter) zwi­ schen 3-60 ktex, vorzugsweise 5-40 ktex, mit relativ hohen Bandgeschwin­ digkeiten zwischen 500-5000 m/min. vorzugsweise 600-1500 m/min und
• B) Verfahren und Vorrichtung für relativ hohe Bandgewichte (Bandfilter) zwischen 60-600 ktex (oder mehr), vorzugsweise 80-400 ktex, mit entsprechenden, relativ niedrigen Bandgeschwindigkeiten zwischen 20-500 m/min. vorzugsweise 60-200 m/min.

Für beide Fälle sind Einzeltiter zwischen beispielsweise 0,6-200 dtex ein­ setzbar, vorzugsweise 0,6 bis 20 dtex. Aus den Bandgewichten und den Einzeltitern errechnen sich danach die Filamentzahlen der Bänder.

Für beide Einsatzfälle können entsprechende Avivageeinheiten ausgelegt werden, die je Bandseite (oben und unten) 1-10, vorzugsweise 2-6 mal angebracht werden.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einem Antriebsmittel mit Walzen zur Er­ zeugung eines rechteckigen oder linsenförmigen Bandquerschnitts und einer Aviva­ geeinheit, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Avivageeinheit, bestehend aus Brause­ platte mit eingebauten Präparationsröhrchen, Bandführungen und Niederhaltern, zwischen den Walzen eines Mehrwalzenaggregats eingebaut ist.

Die Avivageeinheit besteht aus einer brauseähnlichen Platte, über die das jeweilige Band mit leichter Berührung mit seitlicher und höhenmäßiger, den Banddimensionen angepaßter Führung bzw. Begrenzungen geführt wird. Die seitlich verstellbaren Bandbegrenzungen werden "Bandführer" genannt und die höhenmäßig justierbaren und zum Bandeinlegen schwenkbaren Begrenzungen "Niederhalter".

Die erfindungsgemäß angewandten, spezifischen Bandzugkräfte von 0,005-0,5 cN/dtex, vorzugsweise 0,1-0,2 cN/dtex, gewährleisten einerseits ein sicheres Fahren, andererseits lassen sie die erfindungsgemäße Auffächerung der Filament­ schar zu. Die günstigsten Belegungen der Avivageeinheit liegen zwischen 0,1-1 kg/m², vorzugsweise zwischen 0,3-0,7 kg/m². Das aus den Bohrungen der Brause­ platte mit Schallgeschwindigkeit ausströmende Gas, vorzugsweise Luft, wird aus einem Netz mit einem Vordruck von 0,5-5 bar, vorzugsweise 0,8-3 bar, gespeist. Diese Luftstrahlen fächern oder blasen die vorbeigeführten Filamentbänder auf und schaffen die für die Verteilung der entstehenden Tröpfchen oder Nebel notwendigen Filamentzwischenräume. Die seitliche und höhenmäßige Bandbegrenzung durch die Bandführer und Niederhalter verhindert aber ein weiträumiges Ausweichen der Fila­ mente aus dem Aktionsbereich der Gas/Luftstrahlen. Die Bohrungen sind aus kon­ struktiven Gründen versetzt über die Bandbreite, aber flächendeckend angeordnet. Der Luftverbrauch je Bohrung liegt zwischen 1-8 kg/h, vorzugsweise zwischen 2-6 kg/h. Je nach konstruktiver Gestaltung werden die Brauseplatten mit 0,2-1,0, vor­ zugsweise 0,3-0,7 Loch je cm², angefertigt. In den Bohrungen der Brauseplatte oder in deren Nähe sitzen präparations- oder avivagezuführende Röhrchen kleineren Durchmessers mit jeweils eigener Dosierung. Die Röhrchen enden an oder kurz vor der Oberfläche der Brauseplatte, so daß das darüberstreifende Band nicht beschädigt wird.

Der aus den Röhrchen mit 0,1-2,0 m/sec, vorzugsweise 0,7-1,2 m/sec ausfließende Präparations- oder Avivagestrom wird von dem umgebenden Gas- oder Luftstrom erfaßt und zerstäubt oder vernebelt und in die Filamentzwischenräume geblasen. Ähnlich wie in der Filtertechnik wirken nun die Filamente des Faserbandes als Abscheidefläche und nehmen die fein zerstäubten Aerosole auf.

Anhand der Zeichnung soll das Verfahren und die Vorrichtung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt B-B aus Fig. 2 längs der Multifilamentbandachse durch eine Avivageeinheit. Das Filamentband 4 wird über die Brauseplatte 1 geführt und von den Niederhaltern 8 gehalten bzw. höhenmäßig begrenzt. Die durch die Bohrung 3 strömende Luft 2 zerstäubt die durch das Röhrchen 6 zugeführte Präpara­ tion oder Avivage 5. Der entstehende Aerosol/Luftstrahl 7 fächert das Filamentband auf und schafft die Filamentzwischenräume 9, durch die die Tröpfchen oder Aerosole strömen können, bis sie in ihrer Flugbahn die Filamente treffen und abgeschieden werden.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht A-A aus Fig. 1, aus der die seitliche Begrenzung des Fila­ mentbandes 4 durch die Bandführer 8' und in der Höhe durch die Brauseplatte 1 und die Niederhalter 8 ersichtlich wird.

Fig. 3 ist ein Querschnitt C-C durch das Band 4 aus Fig. 1 dargestellt. Man erkennt die aufgefächerten Filamente des Bandes 4 und die durch die Filamentzwischen­ räume 9 durchströmenden Luft/Aerosolstrahlen 7.

In Fig. 4 ist eine erste schematische Darstellung einer Vorrichtung für die Realisie­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens des Einsatzbereiches A dargestellt.

Das gekräuselte und getrocknete Multifilamentband (Acrylnitrilfaser "Dralon") 4 wird vom Siebband 10 des Trockners 11 abgezogen und über die Bremsvorrichtung 12 und Zugmeßdose 12' auf die notwendige Spannung gebracht, danach wird es einige Male um die im Gehäuse 13, je nach Bandbreite und Umschlingungszahl, schräg angeordneten und definiert angetriebenen Duo-Walzen 14 geschlungen und zwischen den nicht dargestellten Bandführungen 8' der Brauseplatte 1 und den Nie­ derhaltern 8 eingelegt, um danach das Gehäuse 13 zu verlassen und zur nachfolgen­ den Schneide 15 geführt zu werden. Das Gehäuse 13 ist nahezu luftdicht geschlossen bis auf die Eintritts- und Austrittsöffnungen des Bandes 4, so daß die, der Bohrungs­ zahl, dem Bohrungsquerschnitt und Vordruck entsprechende Arbeitsluft plus eine gewisse Leckagelufimenge an den Bandeintritts- und -austrittsöffnungen mit Hilfe des Ventilators 17 durch einen Aerosolabscheider 16 abgesaugt wird. Durch den Syphon 18 wird eine Leitung, die den Boden des Gehäuses 13 von überschüssiger Avivage entsorgt, verschlossen.

Eine weitere Ausführungsform für den Einsatzbereich B ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Das Multifilamentband 4, das vom Siebtrommeltrockner 19 über die Walzen 20 geliefert wird, wird über die Zugmeßdose 12' auf ein definiert angetriebenes Mehrwalzenaggregat 21 angelegt, wo das Band zwischen den mehrfachen Brauseplatten 1 und Niederhaltern 8 geführt und erfindungsgemäß aviviert oder präpariert wird, um anschließend einer Kräusel 22 und dem Gebinde 23 oder alternativ einer Schneide 15 wie in Fig. 4 zugeführt zu werden. Die Entsorgung der Arbeits- und Leckageluft aus dem Gehäuse 13 geschieht analog Fig. 4.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brauseplatte 1, die beispielsweise in Fig. 4 zum Einsatz käme, wo die schrägstehenden Walzen 14 zweimal umschlungen wären und dadurch zwei Laufspuren des Bandes realisieren.

Nicht dargestellt sind die zugehörigen praeperationsführenden Röhrchen 6. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht einer Brauseplatte 1.

In Fig. 8 ist eine erfindungsgemäße Dosiereinheit schematisch dargestellt. Der dreh­ zahlvariable Motor 26 treibt einen Teil der Mehrfachdosierpumpenblöcke 24 direkt, einen anderen, über Elektromagnetkupplungen 27 zu- oder abschaltbaren Teil an. Über eine Meßvorrichtung 25 wird der zu dosierende Avivagestrom gemessen. Vor dem Ausschalten einzelner Pumpenblöcke bei Bandgewicht- bzw. -breitenwechsel wird über die 3-Wegehähne 28 Spülmedium zugeschaltet bzw. der Avivagestrom abgeschaltet und Pumpen, Leitungen und Avivageröhrchen 6 gespült.

Zur weiteren Erläuterung des Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtungen werden im Beispiel genauere Betriebsdaten aufgeführt.

Beispiel

Von einem Siebbandtrockner wird ein 15 ktex schweres gekräuseltes und auf etwa 0,5% Wasseranteil getrocknetes Acryl-Faserband des Einzeltiters 1,6 dtex/40 mm entsprechend rund 94000 Einzelfilamenten bei 930 m/min mit Hilfe eines Walzen­ duos abgezogen. Das Walzenduo wird 2 mal umschlungen. Die eingestellte Span­ nung beträgt 0,08 cN/dtex, die Flächenbelegung ist 0,44 kg/m². Der Ober- und Unter­ trum des Bandes wird jeweils von der Unterseite je 2 mal über eine mit 0,6 Loch je cm² ausgerüsteten Avivageeinheit besprüht. Damit ist das Band beidseitig je 2 mal aviviert worden. Der Luftvordruck wird auf 1,25 bar eingestellt. Dosiert werden 12 l/h Fett in Wasseremulsion von 250 g/l entsprechend eines theoretischen Avivageauftrages von 0,35%. Gefunden werden 0,32% Avivageauftrag und eine Feuchte von 1,9%. Der Avivageauftrag wird mit Hilfe eines Rothermel-Gerätes von einer Fasermenge von 0,5 g entsprechend ca. 78000 Einzelfasern integral gemessen. Im Bild 1 sind die Meßwerte von 100 Proben, d. h. etwa 50 g Fasern aufgetragen.

Rechnerisch ergibt sich zwischen dem dosierten und auf der Faser gemessenen Avi­ vageauftrag eine Differenz von 1,08 l/h, die zu 88% an den Gehäusewänden nieder­ geschlagen und wieder dem zu dosierenden Avivagestrom zugeführt werden. Die restlichen 12% werden mit den 300 m³/h Arbeits- plus Leckageluft dem Aerosolab­ scheider zugeführt.

Für den Fall, daß mehrere Bandbreiten auf der gleichen Anlage gefahren werden, wird die Avivageeinheit auf der maximalen Breite mit der Brauseplatte und den Prä­ parationsröhrchen ausgerüstet. Die Dosierpumpen der den Bandbreiten entsprechen­ den Röhrchen werden wie bei Fig. 8 beschrieben gruppenweise angetrieben und durch elektromagnetische Kupplungen zu- oder abgeschaltet. D. h. bei maximaler Bandbreite werden alle Röhrchen mit Avivage versorgt, bei schmäleren Bandbreiten entsprechend weniger. Bevor einzelne Dosierpumpengruppen ausge­ schaltet und auch bevor die Gesamtanlage ausgeschaltet wird, wird in den Zufuhr­ leitungen der Dosierpumpen über einen 3-Wegehahn Spülmedium zugegeben, um Verstopfungen durch etwaige Ausflockungen oder Ausfällungen der Emulsion zu verhindern.

Claims (6)

1. Verfahren zum kontinuierlichen geschwindigkeitsunabhängigen Avivieren eines Multifilamentbandes hoher Filamentzahl aus Chemiefasern derart, daß das Band über Walzen so exakt geführt wird, daß es seinen rechteckigen oder linsenförmigen Bandquerschnitt beibehält und zwischen den Walzen aviviert wird, wobei die Avivageeinheit aus einer Art Brauseplatte, Bandführern und Niederhaltern, die ein Ausweichen des Bandes verhindern, besteht, daß die aus der Brauseplatte quer zur Bandebene ausströmenden Gasstrahlen eine Auffächerung der Filamente bewirken und gleichzeitig die in oder in der Nähe der Brausebohrung durch Röhrchen exakt dosiert zugeführte Avivageflüssigkeit zerstäuben und in die Filamentzwischenräume blasen, wo die feinen Tröpfchen an den Filamentoberflächen abgeschieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bänder mit Bandgewichten (Bandtiter) von 3 bis 60 ktex bei Bandgeschwindigkeiten von 500 bis 5000 m/min aviviert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bänder mit Bandgewichten (Bandtiter) zwischen 60 und 600 ktex bei Bandgeschwindigkeiten zwischen 20 und 500 m/min aviviert werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, bestehend aus einem Antriebsmittel mit Walzen zur Erzeugung eines rechteckigen oder linsenförmigen Bandquerschnitts und einer Avivageeinheit, bestehend aus Brauseplatte (1) mit eingebauten Präparationsröhrchen (6), Bandführungen (8') und Niederhaltern (8), zwischen den Walzen eines Mehrwalzenaggregats (14) eingebaut ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Avivageeinheit der Bandbreite des Multifilamentbandes (4) angepaßte Bandführungen (8') aufweist und daß die Präparationsröhrchen (6) der Avivageeinheit unabhängig voneinander entsprechend der Bandbreite des Filamentbandes mit Avivage oder Spülmittel beaufschlagbar sind oder abschaltbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhalter (8) zur einfacheren Bedienung in der Höhe justierbar und in Bandlaufrichtung vor und/oder nach der Avivageeinheit schwenkbar angebracht sind.