[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von
Kabeln oder Vliesen aus synthetischen Fasern mit Hilfe von Dampf, insbesondere Fäden
und Fasern aus Acrylnitrilpolymerisaten mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten,
gegebenenfalls nach vorhergehendem Kräuseln.
[0002] Einrichtungen zum Dämpfen von kontinuierlich gefördertem synthetischem Fasermaterial
sind vorzugsweise Siebtrommel- und Siebbanddämpfer (z.B. in DE-OS 2 060 941 oder GB-PS
1 208 792). Ferner sind Dampfröhren, -tunnel und U-förmige Dämpfstiefel, vgl. z.B.
Textilpraxis international Dez. 1981, Seite 1410 oder Chemiefasern/ Textilindustrie
Nov. 1981, Seite 821 bzw. Febr. 1982, Seite 96 bekanntgeworden. Ebenso sind Kombinationen
von Kräuselvorrichtungen mit anschließender Fixierkammer (z.B. US-PS 2 865 080) in
vielfältigsten Formen und Ausführungen, namentlich für Texturier- und Fixierprozesse,
beschrieben. Diese Dämpfaggregate dienen zum Trocknen und Schrumpfen von Faserkabeln,
sowie zur Stabilisierung von Kräuselung und Spinnfärbung der Fasern.
[0003] In der EP-OS 98 477 wird erstmals ein kontinuierlich arbeitendes Trockenspinnverfahren
für Acrylnitrilfäden und -fasern beschrieben, bei dem das Spinnkabel von 100.000 dtex
und mehr kurz vor oder direkt nach Verlassen der Spinnschächte präpariert, dann verstreckt,
gekräuselt und anschließend fixiert wird, ohne daß das Kabel mit einer Extraktionsflüssigkeit
für das Spinnlösungsmittel, wie beispielsweise Wasser, in Kontakt tritt. Der größte
Teil des Spinnlösungsmittels wird bei diesem Verfahren bereits in den Spinnschächten
ausgetrieben. Der Lösungsmittelgehalt der Fäden liegt bei Verlassen der Spinnschächte
in der Regel unter 10 Gew.-%, bezogen auf den Faserfeststoffgehalt, jedoch über 1
Gew.-%.
[0004] Für dieses Verfahren sind die bekannten Konditioniervorrichtungen nicht geeignet.
Entweder waren die benötigten Dampfmengen zu hoch oder es traten Rohtonschädigungen
oder Verfilzungen der Faserkabel auf.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, für das kontinuierliche Trockenspinnverfahren
eine geeignete Konditioniervorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei ein vorgeschalteter
Kräuselprozeß integriert werden kann. Die Konditioniervorrichtung hat dabei die Aufgaben
zu erfüllen, die Kräuselung zu stabilisieren, den durch den Streckvorgang aufgebauten
Schrumpf abzubauen und die restlichen Anteile an Spinnlösungsmittel zu entfernen.
Dabei sollten Verfahren und Vorrichtung für die Konditionierung von Kabeln und Vliesen
geeignet sein.
[0006] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer dampfdichten Konditioniervorrichtung
das Synthesefasermaterial auf einem umlaufenden Siebband mindestens zweistufig überhitztem
Dampf von 105 bis 150°C ausgesetzt wird und in der Konditioniervorrichtung eine Verweilzeit
von über 3 Minuten hat.
[0007] Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Konditionieren von Synthesefasermaterial,
insbesondere Synthesefaserkabeln oder -vliesen, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthesefasermaterial
in einer dampfdichten Konditioniervorrichtung auf einem umlaufenden Siebband mindestens
zweistufig überhitztem Dampf von 105 bis 150°C ausgesetzt wird und in der Konditioniervorrichtung
eine Verweilzeit von über 3 Minuten hat.
[0008] Unter dem Begriff "dampfdicht" wird verstanden, daß an den Ein- und Ausgängen des
Synthesefasermaterials die unkontollierten Dampfverluste zusammen weniger als 1 %
betragen. Ist eine Kräuselvorrichtung in die Konditioniervorrichtung absolut dampfdicht
integriert, so gilt als Eingang für das Synthesefasermaterial der Eingang in die Kräusel.
Dabei sind Stauchkammer- und Blaskräusel bevorzugt.
[0009] Der überhitzte Dampf wird zweckmäßigerweise im Gegenstrom zum Fasermaterial geführt
und in den einzelnen Behandlungsstufen mit Hilfe von Ventilatoren dem Fasermaterial
mehrfach zugeführt. Die Erzeugung des überhitzten Dampfes erfolgt vorzugsweise in
der Konditioniervorrichtung, in die Sattdampf eintritt, der mit Hilfe von Wärmetauschern
überhitzt wird.
[0010] Die Temperatur des überhitzten Dampfes beträgt vorzugsweise 120 bis 140°C, die Verweilzeit
vorzugsweise 5 bis 15 Minuten. Bei einer Belegdichte des Siebbandes bis zu 15 kg/m
2, vorzugsweise bis zu 10 kg/m
2, arbeitet das Verfahren effizient. Die Belegdichte läßt sich leicht aus der belegbaren
Oberfläche des Siebbandes, der Verweilzeit und dem Durchsatz (kg/h) berechnen.
[0011] Das Verfahren ist besonders für das Konditionieren von Spinnkabeln aus Acrylfasern
mit mindestens 40 Gew.-% Acrylnitrileinheiten, vorzugsweise mindestens 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten
geeignet, die nach einem kontinuierlichen Trockenspinnverfahren erhalten werden, in
dessen Verlauf sie nicht mit einer Extraktionsflüssigkeit für das Spinnlösungsmittel
in Kontakt getreten sind.
[0012] Bei deren Konditionierung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine stabile Kräuselung, ein Restlösungsmittelgehalt unter 1 Gew.-% und
eine kochschrumpffreie Acrylfaser bei einem Dampfverbrauch erzeugt, der geringer als
1 kg pro kg durchgesetztes Fasermaterial ist.
[0013] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Konditioniervorrichtung, in der das
erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Konditioniervorrichtung wird
in den Fig. 1 bis 3 gezeigt.
[0014]
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung in Höhe der Dämpfzone B
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung in Höhe der Dämpfzone C.
[0015] Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Siebbanddämpfer, der dampfdicht
verschlossen und in mehrere Zonen A bis D aufgeteilt ist, wobei die einzelnen Zonen
voneinander abgetrennt sind, die Zonen B und C mehrfach vorkommen können, und die
Zone A eine Einlaufvorrichtung und eine Absaugung für lösungsmittelbeladenen Dampf,
die Zone B einen Ventilator, einen Wärmetauscher und eine Absaugung für lösungsbeladenen
Dampf, die Zone C einen Ventilator, einen Wärmetauscher und eine Dampfzufuhr und die
Zone D eine Absaugung für lösungsmittelbeladenen Dampf aufweisen.
[0016] Gegebenenfalls schließt sich eine Zone E an, in der das Synthesefasermaterial gekühlt
wird, bevor es der weiteren Verwendung, der Ablage, der Verpackung oder der Schneide
zugeführt wird.
[0017] In Fig. 1 ist eine Stauchkammerkräusel (1) in die Konditioniervorrichtung (2) integriert.
über den geschlossenen Kanal (3) und eine Changiervorrichtung (4) wird das gekräuselte
Faserkabel (5) auf ein Förderband (6), beispielsweise ein Loch- oder Siebband, aufgetäfelt.
Nach Durchlaufen der Eingangszone (A), in der keine zwangsweise Umwälzung des Dampfes
erfolgt, gelangt das gefaltete Faserkabel durch die Abdichtklappe (7) in die Dampfzonen
(B) und (C). Beide Zonen sind durch Leitbleche voneinander abgetrennt und mit Umwälzventilatoren
(8) ausgerüstet. Gleichzeitig wird Frischdampf bei (10) in die Dämpfzone (C) über
einen Wärmetauscher (11) eingeleitet, so daß die Dampftemperatur wenigstens 105°C
beträgt. Der Prozeßdampf durchströmt das gefaltete Faserkabel und wird anschließend
mittels Ventilatoren (8) abgesaugt, über den Wärmetauscher (10) wieder aufgewärmt
und erneut durch das Faserkabel geschickt. Ein Teilstrom des Dampfes der Dampfzone
(C) gelangt entgegengesetzt zur Laufrichtung des Faserkabels in die Dampfzone (B).
Hier wird der Dampf erneut durch Ventilatoren (8) über Wärmetauscher (12) geschickt,
durch das Faserkabel geführt und ein mit restlichem Spinnlösungsmittel beladener Teilstrom
über die Absaugung (13) ausgekreist. Bandabdichtungen in Form von schleifenden Abdichtklappen
(7) in Höhe des gefalteten Faserkabels und Abdichtstreifen (14) des umlaufenden Siebbandes
(6) verhindern weitgehend einen Dampfaustritt. Die Dampfmengen, die dennoch durch
die Abdichtklappen (7) und Abdichtstreifen (14) entweichen, werden in der Eingangszone
(A) und der Austrittszone (D) über Absaugungen (13), die mit einstellbaren, in der
Figur nicht gezeigten Drosselklappen versehen sind, weggeführt. Das gefaltete Faserkabel
wird anschließend über eine Kühlzone (E) geschickt. Durch die Kühlzone wird Luft von
Raumtemperatur mittels eines Ventilators (15) geblasen. Anschließend wird das Faserkabel
einer Schneidvorrichtung zugeführt und zu Stapelfasern weiterverarbeitet bzw. als
Endlosband in Kartons eingetäfelt.
[0018] Fig. 2 und Fig. 3 zeigen an Hand von Querschnitten durch die Dämpfzonen B und C den
Weg des Prozeßdampfes durch die Konditioniervorrichtung. Der Frischdampf, der über
die Eintrittsstelle (10) in Dämpfzone (C) gelangt, durchströmt den Wärmetauscher (11)
und erfährt eine Uberhitzung. Anschließend durchströmt der Dampf das aufgetäfelte
Faserkabel (5), wird über einen Ansaugkanal (16) mittels Ventilatoren (8) über einen
Druckkanal (17) wieder dem Wärmetauscher zur erneuten Umwälzung zugeführt. Ein Teilstrom
des Dampfes gelangt aus Dämpfzone (C) in die umgewälzte Dampfmenge der Dämpfzone (B),
wo der Dampf wie in Dämpfzone (C) umgewälzt, über den Wärmetauscher (12) nacherhitzt
und als Teilstrom über die Absaugung (13) ausgekreist wird.
[0019] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Kräuselprozeß mit der Konditionierung
verbunden werden.
[0020] Für eine kontinuierliche Faserherstellung hat sich die unmittelbare Kopplung von
Kräusel- und Konditioniervorrichtung als äußerst vorteilhaft erwiesen. In einem besonders
bevorzugten Falle wird eine Stauchkammer (1) direkt über einen geschlossenen Kanal
(3) nach Fig. 1 direkt mit der Kontitioniervorrichtung verbunden. Neben einer Stauchkammer
hat sich auch der Einsatz einer Blasdüsenkräusel, welche analog mit der Konditioniervorrichtung
gekoppelt ist, namentlich bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten, als sehr günstig
herausgestellt.
Beispiel 1
[0021] Die 30 gew.-%ige Spinnlösung eines Acrylnitrilcopolymerisates aus 93,6 % Acrylnitril,
5,7 % Acrylsäuremethylester und 0,7 % Natriummethallylsulfonat vom K-Wert 81 (Fikentscher,
Cellulosechemie 13, (1932), Seite 58) in Dimethylformamid wurde aus 1264-Lochdüsen
mit 0,2 mm Düsenlochdurchmesser bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 60 m/min an einer
20-schächtigen Spinnanlage trocken versponnen. Die Verweilzeit der Spinnfäden in den
Spinnschächten betrug 4 Sekunden. Die Schachttemperatur lag bei 210°C und die Lufttemperatur
betrug 380°C. Die durchgesetzte Luftmenge betrug 40 m
3/h für jeden Schacht, die am Kopf des Schachtes in Längsrichtungen zu den Fäden eingeblasen
wurde.
[0022] Das Spinngut vom Gesamttiter 267.000 dtex, welches noch einen Restlösungsmittelgehalt
von 9,3 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, besaß, wurde unmittelbar vor Verlassen
der Spinnschächte mit einer 80 bis 90°C warmen, wäßrigen, ölhaltigen, antistatischen
Präparation derart benetzt, daß der ölgehalt der Fäden 0,25 Gew.-%, der Gehalt an
Antistatikum 0,06 Gew.-% und die Feuchte 1,2 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt,
ausmachten. Die Dosierung der Präparation geschah über Zahnradpumpen. Dann wurde das
warme Kabel über ein induktiv auf 150°C beheiztes Walzenpaar geschickt, wobei durch
mehrfaches Umschlingen über eine Beilaufrolle eine Kontaktzeit von ca. 2 Sekunden
erzielt wurde. Das Kabel nahm dabei eine Bandtemperatur von 112°C, gemessen mit dem
Strahlungsthermometer KT 15 (Hersteller: Firma Heimann GmbH, Wiesbaden, BRD) an. Das
Kabel wurde um 450 % verstreckt, wobei als zweiter Klemmpunkt ein Streckseptett mit
kühlbaren Walzen diente. Die Bandtemperatur nach dem Streckvorgang betrug 61°C. Unmittelbar
hierauf wurde das Kabel in einer Stauchkammer (1), welche mit der Konditioniervorrichtung
(2) durch einen geschlossenen Kanal (3) verbunden war, mechanisch gekräuselt und über
einer Changiervorrichtung (4) auf ein umlaufendes endloses Siebband (6) aufgetäfelt.
Die Kräuselgeschwindigkeit betrug 270 m/min. Nach Durchlaufen der Eingangszone (A)
gelangte das gefaltete, gekräuselte Faserkabel in die Dämpfzonen (B) und (C) von je
1 m Länge und 0,4 m Breite. Beide Dämpfzonen waren durch Leitbleche voneinander abgeschottet
und mit Umwälzventilatoren (8) ausgerüstet. Gleichzeitig gelangte Frischdampf, der
über ein Ventil in der Menge geregelt wurde, im Gegenstrom zur Faserkabelrichtung
über die Dampfeintrittsstelle (10) in die Dämpfzone (C). Die eingespeiste Dampfmenge
betrug 48 kg/h bei einem berechneten Faserkabeldurchsatz von 96,1 kg/h, so daß sich
ein spezifischer Dampfverbrauch von 0,5 kg Dampf pro kg Faserkabel einstellte. Der
eingeströmte Frischdampf und der umgewälzte Dampf, der über Wärmetauscher (11) bzw.
(12) auf 135°C erhitzt wurde, durchströmte das gefaltete, gekräuselte Faserkabel und
ein Teilstrom, der in die Dämpfzone (B) gelangte, wurde anschließend mittels Ventilatoren
(8) über einen Ansaug- (16) und Druckkanal (17) abgesaugt, über Wärmetauscher nacherhitzt
und erneut über das Faserkabel geschickt. Ein Teilstrom, der mit dem restlichen Spinnlösungsmittel
Dimethylfomamid beladen war, wurde an der Dampfaustrittsstelle (13) der Dämpfzone
(B) ausgekreist und einer Destillationskolonne zugeführt. Bandabdichtungen in Form
von schleifenden Abdichtklappen (7) in Höhe des gefalteten Faserkabels und Abdichtstreifen
(14) in Höhe des umlaufenden Siebbandes verhinderten weitgehend einen unnötigen Dampfaustritt.
Kleinere Dampfmengen, die in der Eingangszone (A) und der Austrittszone (B) gelangten,
wurden dort ebenfalls ausgekreist und der Destillationskolonne zugeführt. Die Verweilzeit
des gefalteten Faserkabels in den Dämpfzonen (B + C) der Konditioniervorrichtung betrug
5,0 Minuten. Hieraus errechnete sich eine spezifische Belegdichte von ca. 10 kg/m2.
Das Faserkabel wurde nach Verlassen der Konditioniervorrichtung zur Stabilisierung
der Kräuselung über eine 1,5 m lange Kühlzone (E) geschickt. Durch die Kühlzone wird
Luft von Raumtemperatur mittels eines Ventilators (15) geblasen. Anschließend wird
das fertig ausgeschrumpfte Faserkabel zu Stapelfasern von 60 mm Schnittlänge geschnitten,
verblasen und einer Packpresse zugeführt. Die auf diese Art und Weise in einem kontinuierlichen
Prozeß hergestellten Acrylfasern sind schrumpffrei und haben einen Einzelfaserendtiter
von 3,3 dtex. Die Faserfestigkeit beträgt 2,9 cN/dtex und die Dehnung 39 %. Der Gehalt
an Restlösungsmitteln in der Spinnfaser liegt bei 0,62 Gew.-%. Aus den Fasern auf
einer Hochleistungskarde mit 120 m/min hergestellte Garne besitzen bei einer Garnfeinheit
von 278 dtex eine Garnfestigkeit von 15,3 RKM, eine Dehnung von 18,9 % und einen Garnkochschrumpf
von 2,4 %.
[0023] In der folgenden Tabelle wird für Spinnkabel vom gleichen Gesamttiter 267.000 dtex.
welches unterschiedliche Restlösungsmittelgehalte an Dimethylformamid aufwies und
unter verschiedenen Dämpfbedingungen durch die Konditioniervorrichtung lief, Bandaufmachung
und Laufweise in der Sekundärspinnerei beurteilt. Die unterschiedlichen Restlösungsmittelgehalte
im Faserkabel wurden durch Variation der Spinnlufttemperatur und Spinnluftmengen bei
sonst gleichen Versuchsbedingungen wie im Beispiel 1 erzielt. Variiert wurden die
Dämpfertemperatur, die pro kg Faserkabel durchgesetzte Dampfmenge und die Verweilzeit
in der Konditioniervorrichtung.
[0024] Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist überhitzter Dampf bei Temperaturen bis 140°C
wesentlich besser als Sattdampf unter sonst gleichen Bedingungen zur Restlösungsmittelentfernung
aus dem Faserkabel geeignet. Je niedriger der Restlösungsmittelgehalt im Faserkabel
vor der Konditioniervorrichtung ist, um so niedriger ist naturgemäß der Restlösungsmittelgehalt
im Faserkabel nach Durchlaufen der Konditioniervorrichtung bei sonst gleichen Bedingungen.
Ferner ist aus der Tabelle ersichtlich, daß bei Faserkabeln mit Lösungsmittelgehalten
um 10 Gew.-% im allgemeinen Dampfmengen kleiner 1 kg pro kg Faserkabel völlig ausreichend
sind, um den Restlösungsmittelgehalt bei Verweilzeiten von ca. 5 Minuten deutlich
unter 1 Gew.-%, bezogen auf Faserkabel, abzusenken. Alle Fasern waren wiederum schrumpffrei.
Bei höheren Lösungsmittelgehalten im Faserkabel kommt man durch entsprechende Anhebung
der Dampfmenge und der Verweilzeit in der Konditioniervorrichtung ebenfalls zu niedrigen
Restlösungsmittelgehalten. Wie die Versuche weiterhin zeigen, ist nur dann eine gute
Verarbeitung in der Sekundärspinnerei gewährleistet, wenn keine unaufgelösten Schnittverbände
infolge Bandstarre im Faserkabel auftreten. Diese Bandstarre, worunter man die teilweise
Verbackung bzw. Verklebung von mehreren gekräuselten Einzelkapillaren zu einem verdichteten
Kräuselpaket versteht, wird immer dann vermieden, wenn der Restlösungsmittelgehalt
im Faserkabel unter 2 Gew.-% liegt.

Beispiel 2
[0025] Ein Teil des Faserkabels nach Beispiel 1 wird nach dem Strecken anstelle einer Stauchkammer
einer Blasdüse zugeführt, welche mit der Konditioniervorrichtung ebenfalls durch einen
geschlossenen Kanal (2) verbunden ist. In Abänderung zur Fig. 1 ist die Blaskräusel,
die mit überhitztem Dampf von 140°C betrieben wird, vor der Konditioniervorrichtung
so aufgebaut, daß die Blasdüsenaustritts- öffnung und der anschließende Kanal ohne
Knickung in die Konditioniervorrichtung führt. Alle übrigen Bedingungen entsprechen
den Angaben von Beispiel 1. Die auf diese Art und Weise in einem kontinuierlichen
Prozeß hergestellten Acrylfasern haben einen Einzelfaserendtiter von 3,3 dtex. Die
Faserfestigkeit beträgt 2,8 cN/dtex und die Dehnung 33 %. Der Gehalt an Restlösungsmittel
in der Spinnfaser liegt bei 0,58 Gew.-%. Die Fasern waren wiederum schrumpffrei. Aus
den Fasern auf einer Hochleistungskarde mit 140 m/min hergestellte Garne besitzen
bei einer Garnfeinheit von 283 dtex eine Garnfestigkeit von 16,1 RKm, eine Dehnung
von 18,4 % und einen Garnkochschrumpf von 2,4 %.
Beispiel 3
[0026] Ein Teil des Faserkabels aus Beispiel 1 wurde nach dem Kräuseln in einer Stauchkammer
mit einer Rotorschneide zu Stapelfasern für 60 mm Stapellänge geschnitten und über
eine Einzugswalze auf die Konditioniervorrichtung aufgetragen. Die übrigen Bedingungen
entsprechen wieder den Angaben aus Beispiel 1. Am Ende der Kühlzohne (E) wird das
Faservlies über eine trichterförmige Absaugung mittels Ventilator verblasen und zu
einer Packpresse geführt. Einzelfaserendtiter 3,3 dtex; Faserfestigkeit 2,5 cN/dtex;
Dehnung 34 %. Der Gehalt an Restlösungsmitteln in der Spinnfaser liegt bei 0,43 Gew.-%.
Es wurde wiederum kein Faserkochschrumpf festgestellt. Garnwerte: Garnfestigkeit 15,8
Rkm bei einer Garnfeinheit von 290 dtex; Dehnung 18,1 %; Garnkochschrumpf 2,7 %; Kardiergeschwindigkeit
120 m/min.
1. Verfahren zum Konditionieren von Synthesefasermaterial, insbesondere Synthesefaserkabeln
oder -vliesen, dadurch gekennzeichnet, daß das Synthesefasermaterial in einer dampfdichten
Konditioniervorrichtung auf einem umlaufenden Siebband mindestens zweistufig überhitztem
Dampf von 105 bis 150°C ausgesetzt wird und in der Konditioniervorrichtung eine Verweilzeit
von über 3 Minuten hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des überhitzten
Dampfes 120 bis 140°C die Verweilzeit 5 bis 15 Minuten und die Belegdichte des Siebbandes
bis 15 kg/m2 betragen.
3. Vorrichtung zur Konditionierung von Synthesefasermaterial, bestehend aus einem
Siebbanddämpfer, der dampfdicht verschlossen und in mehreren Zonen A bis D aufgeteilt
ist, wobei die einzelnen Zonen voneinander abgetrennt sind, die Zonen B und C mehrfach
vorkommen können, und die Zone A eine Einlaufvorrichtung und eine Absaugung für lösungsmittelbeladenen
Dampf, die Zone B einen Ventilator, einen Wärmetauscher und eine Absaugung für lösungsbeladenen
Dampf, die Zone C einen Ventilator, einen Wärmetauscher und eine Dampfzufuhr und die
Zone D eine Absaugung für lösungsmittelbeladenen Dampf aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kräuselvorrichtung
dampfdicht in die Konditioniervorrichtung integriert ist und sich eine Kühlzone E
an die Konditioniervorrichtung anschließt.