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