Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Faserkabels

Abstract

 Faserkabel werden gekräuselt und der erhaltene Kräusel­kuchen wird über eine gasdurchlässige Siebplatte gefördert, wobei durch die Siebplatte Gas von unten gegen den Kräuselkuchen strömt, so daß dieser be­rührungslos oder mit verminderter Auflagekraft über die Siebplatte hinweg befördert wird und während des Aufent­haltes über der Siebplatte behandelt werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Faserkabels in einer Vorrichtung, in die es einge­führt, behandelt und aus der es ausgeführt wird und die Vorrichtung.

[0002] Faserkabel werden im allgemeinen diversen Behandlungen, z.B. Trocknungs-, Relaxier- oder Thermofixierschritten, unterzogen, insbesondere nach dem Waschen, Strecken oder Avivieren, um z.B. einen gewünschten Feuchtegehalt und bestimmte Werte für Eigenschaften wie Dehnung, Festig­keit oder Anfärbbarkeit zur erhalten. Außerdem werden solche Faserkabel üblicherweise gekräuselt, um ein Aus­einanderfallen des Faserkabels in einzelne Fäden zu ver­meiden und/oder als Schnittfaser genügend Haftung für den nachfolgenden Spinnprozeß zu besitzen. Die diversen Behandlungen, z.B. Trocknungs-, Relaxier- und Thermo­fixierschritte, werden üblicherweise durch Behandlung des Faserkabels mit einem Gas, insbesondere mit Dampf oder erhitzter Luft durchgeführt. Für diese Dämpf-und Trocknungsvorgänge sind bestimmte Verweilzeiten einzuhalten und erforderlich.

[0003] Bei herkömmlichen Nachbehandlungsverfahren mit niedrigen Produktgeschwindigkeiten bis zu 150 m/min und großen Bandgewichten von beispielsweise 100 ktex erreicht man die erforderlichen Verweilzeiten mit Hilfe von Siebtrommel­trocknern, die eine Reihe von Siebtrommeln enthalten, beispielsweise 20 bis 30 Trommeln mit einem Durchmesser von 140 cm. Die Trocknung wird mit erhitzter Luft durchge­führt, wobei Luftgeschwindigkeiten von 3 bis 5 m/sek. angewendet werden müssen, um ausreichende Trocknungen zu erzielen. Der dafür notwendige Energiebedarf ist erheb­lich. Da beim Dämpfen und Trocknen auch stets noch rest­liches Lösungsmittel oder restliches Monomer aus dem Faserkabel ausgetrieben wird, ist es erforderlich, die Trocknungsapparate gegen die Umwelt zu kapseln, was aber im Falle eines Siebtrommeltrockners nur unvollkommen gelingt. Die Kräuselung wird üblicherweise im Anschluß an die Trocknung durchgeführt.

[0004] Alternativ sind sogenannte Siebbandtrockner bekannt, auf denen das Produkt mäanderförmig und spannungsarm abge­legt und so durch die Behandlungszonen transportiert wird. Die spannungsarme, meist spannungslose Ablage auf dem Siebband hat den Nachteil, daß zuerst abgelegte Produktlagen des gefalteten Kabels nach unten zu liegen kommen und immer von später abgelegten Produktlagen be­deckt werden, so daß beim Abziehen des Kabels vom Sieb­band ein großer Teil des Kabels unter dem übrigen Kabel weggezogen werden muß. Dadurch kann es zu Wirrlagen, Verfilzungen und damit zu Störungen des Verfahrensab­laufes kommen. Um diesen Nachteil zu beheben, muß das Kabel vor Einführung in den Dämpf- oder Trocknungs­apparat auf sogenannten Wendetrommeln abgelegt werden, die gewährleisten, daß bei der Ablage auf das Siebband die zuerst abgelegten Produktlagen nach oben zu liegen kommen und einwandfrei abgezogen werden können.

[0005] Nachteilig bei dieser komplizierten Technik ist, daß der Apparat an der Produkteintrittsseite nur schwer abzudich­ten ist, so daß große Luftmengen unnötigerweise in den Apparat eingeschleust und mit aufgeheizt werden oder die Behandlungsgasreinheit beeinträchtigt, bzw. schädliche Emissionen an den Undichtigkeiten austreten können. Fer­ner tritt durch die Wendetrommel ein Abkühlen des Kabels und damit ein Energieverlust ein.

[0006] Für das Dämpfen/Relaxieren von Schnittfasern/Flocke sind Siebbanddämpfer bekannt, bei denen das Gut unter Ein­schluß von relativ viel Luft mit Hilfe des Siebbandes in die Behandlungszone eingebracht wird, wo es mit über­hitztem Dampf durch Umwälzung desselben gedämpft wird. Nachteil dieser Apparate sind die schwierigen Abdicht­möglichkeiten, damit gekoppelt undefinierte Dampfkonzen­trationen und hoher zeitlicher Aufwand, z.B. bei Farb­wechseln.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Behand­lungsverfahren zur Verfügung zu stellen, insbesondere Faserkabel mit Bandgewichten von 5 bis 500 ktex energie- und emissionarm zu kräuseln und zu behandeln, insbeson­dere zu dämpfen, zu relaxieren, zu trocknen und/oder zu fixieren.

[0008] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behand­lung eines Faserkabels in einer Behandlungvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserkabel durch eine Kräuselvorrichtung, beispielsweise eine an sich bekannte mechanische oder spezielle aerodynamische Kräuselvor­richtung, in die Behandlungsvorrichtung eingeführt wird, gekräuselt wird unter Erhalt eines Kräuselkuchens, die­ser über eine vorzugsweise feststehende, gasdurchlässige Siebplatte gefördert wird, wobei durch die Siebplatte Gas von unten gegen den Kräuselkuchen strömt, so daß dieser berührungslos oder mit verminderter Auflagekraft über die Siebplatte hinweg befördert wird, die vorzugs­weise horizontal oder leicht geneigt ist, wobei der Kräuselkuchen während des Aufenthaltes über der Sieb­platte in gewünschter Weise behandelt wird und wobei abschließend der Kräuselkuchen behandelt aus der Be­handlungsvorrichtung austritt.

[0009] Bevorzugte Querschnittsformen des Kräuselkuchens sind jene, die größere Längen als Höhen aufweisen, beispiels­weise ovale, elliptische oder rechteckige. Die Kräuse­lung erfolgt vorzugsweise in einer aerodynamischen Kräu­selvorrichtung mit einem heißen, gasförmigen Medium von 5 bis 16 bar Druck und einer Temperatur von 50 bis 210°C. Bevorzugte Kräuselvorrichtungen sind aus der DE-A-3 308 657 bekannt. Die verwendete Kräuseldüse kann mit Dampf oder entsprechend temperierter Luft betrieben werden. Die Stirnwand, in die sie montiert ist, kann gleichzeitig die Abschlußwand einer vorhergehenden Vor­richtung, in der beispielsweise gewaschen, gestreckt oder aviviert wird, sein. Die Kräuseldüse besteht vor­zugsweise aus einem Einlaufteil, einer Mischstrecke, einem Diffusor und einem Stangenkäfig. In einer beson­ders bevorzugten Ausführungsform ist die wirksame Öff­nung der Kräuseldüse rechteckig. Im Diffusor öffnet sich das Faserband, das dann im Stangenkäfig gebremst und ge­kräuselt wird. Der Stangenkäfig besteht vorzugsweise aus achsparallel angeordneten Stäben, zwischen denen Gas entweichen kann.

[0010] Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Behandlung eines Faserkabels, gekennzeichnet durch eine Eintrittsdüse zum Einführen des Faserkabels, diesem angeschlossen ein Käfig aus Stäben, die parallel zur Fördereinrichtung angeordnet sind, eine gasdurchlässige Siebplatte in Fortsetzung der Unterkante der Austritts­öffnung der Düse, eine Austrittsöffnung für das behan­delte Gut, einer Gasfördereinrichtung zum Einblasen von Gas unterhalb der Siebplatte und zum Absaugen oberhalb des Gutes und einem die Düse bis zur Austrittsöffnung umhüllenden Gehäuse. In einer bevorzugten Ausführungs­form verjüngen sich die inneren Abmessungen des Gehäuses zur Austrittsöffnung hin.

[0011] Die eigentliche Behandlungsvorrichtung besteht vorzugs­weise im wesentlichen aus einem länglichen Kanal, dessen Querschnittsformen dem Kräuselkuchenquerschnitt angepaßt ist, der einen gelochten einfachen oder Doppelboden zur gleichmäßigen Strömungsverteilung in Längs- und Quer­richtung, darunter einen Gasverteilungsraum z.B. mit Dreieckprofil und darüber eine ebene oder trichterförmi­ge Gassammelhaube aufweist. In der einen Stirnseite wird die mechanische und aerodynamische Kräuselvorrichtung gasdicht montiert und bildet die Produkteintritts­schleuse, ihr gegenüber befindet sich eine Öffnung für den Produktaustritt. Alternativ können oberhalb vom Produkt eine weitere gasdurchlässige Siebplatte oder sogenannte in Längsrichtung montierte kufenförmiger Niederhalter montiert werden, um ein "Ausbeulen" des Kräuselkuchens aus der Längsform zu verhindern. Weitere Bestandteile der Vorrichtung sind i.a. die entsprechen­den Rohrleitungen, Ventilatoren, Wärmetauscher, Drossel­organe und Isolierungen, die die Gaskreisläufe aufrecht und auf gewünschter Temperatur halten und gleichzeitig das in Kräuselkuchenform vorliegende Produkt nahezu in Schwebe halten. Durch den schwebenden Zustand des Pro­duktes ist nur eine geringe Schubkraft der Kräuselvor­richtung notwendig. Die Schubwirkung kann aber auch durch an sich bekannt, speziell gelochte Siebbleche mit wählbarer Gasaustrittsrichtung verstärkt oder vermindert werden.

[0012] Die Behandlungsvorrichtung kann in mehrere Behandlungs­zonen unterteilt sein. In den einzelnen Behandlungszonen kann das Behandlungsmedium, vorzugsweise Dampf oder Luft, jeweils von einem Ventilator über einen Wärme­austauscher und das Produkt im Kreis umgewälzt werden.

[0013] Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekenn­zeichnet, daß oberhalb des über das Siebband beförderten Kräuselkuchens das eingeblasene Gas mittels eines Venti­lators abgezogen über einen Wärmetauscher und Drossel­klappen von unten wieder in die Behandlungszone einge­führt, d.h. im Kreis umgewälzt wird und mehrere solcher Kreisläufe sich in Form von Zonen aneinander reihen kön­nen. Im Falle von Kühlzonen kann auf Wärmetauscher ver­zichtet und Frischluft zum Kühlen herangezogen werden. Wird die Apparatur als Trockner benutzt, so kann den internen Kreisläufen im Gegenstrom zum Produkt ein Frischluftstrom überlagert werden. Dieser Frischluft­strom kühlt in den Kühlzonen das Produkt und erwärmt sich gleichzeitig. Im Parkour durch den Trockner lädt er sich mit der dem Produkt entnommenen Feuchtigkeit auf und wird in der ersten Trocknerzone mit Hilfe eines Ventilators abgezogen. Wird die Apparatur als Dämpfer betrieben, so kann auch die Düse sinnvollerweise mit Dampf betrieben werden. Der Kräuseldampf kann dann gleichzeitig zum Dämpfen herangezogen werden, vorzugs­weise im Gleichstrom zum Produkt. Im Falle einer me­chanischen Kräuselvorrichtung kann der Dampf in Gegen­strom oder Gleichstrom an geeigneter Stelle zugegeben werden. Als Abschluß wird auch hier gekühlt. Die Appa­ratur kann auch zur kombinierten Dämpf- und Trockenbe­handlung herangezogen werden, wobei zwischen Dämpf- und Trockenzonen zweckmäßigerweise eine Zwischenzone einge­schaltet ist. Am Ende der Apparatur befindet sich eine Öffnung, durch die das Kabel aus der Apparatur geführt und gegebenenfalls einer weiteren Vorrichtung, bei­spielsweise einer Schneide- oder einer Abtäfelvorrich­tung zugeführt wird.

[0014] Ein wesentlicher Vorteil einer feststehenden Siebplatte liegt darin, daß eine besonders gute Abdichtung der Apparatur erreicht wird und keine rotierenden Teile vorliegen, an denen sich Kabelaufläufer bilden könnten. Zudem wird durch die geringen Leckluftmengen die Wirk­samkeit und Reinheit der Behandlungsgase verbessert und eine schonende gleichmäßige Produktbehandlung gewähr­leistet. Durch den Kräuselvorgang wird das gestreckte Faserband in eine gestauchte, im Querschnitt runde, ovale oder viereckige Kuchenform überführt. Der Stauchungsfaktor, als Verhältnis der Faserbandgeschwin­digkeit zur Kuchengeschwindigkeit definiert, liegt vor­zugsweise im Bereich von 2 bis 100, insbesondere 2 bis 25.

[0015] Durch die enorme Verlangsamung der Fasergeschwindigkeit lassen sich Fördergeschwindigkeiten von 0,2 bis 5 m/min realisieren und damit relativ kleine Apparaturen mit hohen Verweilzeiten von beispielsweise 2 bis 15 min. Durch die Stauchung gelingt es, Flächengewichte von 1,5 bis 20 kg/m zu verwirklichen. Dadurch werden schonende und sehr gleichmäßige Behandlungen mit niedrigen Gasgeschwindigkeiten von 0,3 bis 3 m/sek ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform tritt das Faser­kabel mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 150 m pro Min. in die Behandlungsvorrichtung ein und tritt - ge­kräuselt und behandelt - mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 5 m pro Min. aus.

[0016] Wird zur Behandlung gasförmiges Medium, vorzugsweise Dampf- oder Heißluft verwendet, so bietet es sich an, dieses von unten nach oben durch die Siebplatte und den Kräuselkuchen zu führen.

[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich prinzipiell für alle endlosen Faserkabel, die hydrothermischen Gas­behandlungen unterworfen werden müssen. Ganz besonders effektiv ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Behand­lung von Acrylfaserkabeln, vorzugsweise nach dem Trockenspinnverfahren erzeugt.

[0018] Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für solche endlose Faserbänder, die in breiter Form von z.B. 50 bis 500 mm durch übliche Nachbehandlungsschritte wie Waschen, Strecken, Avivage und/oder Trocknen erhal­ten werden, wobei

a) der Waschprozeß nach dem Gegenstromprinzip in mehreren Stufen durchgeführt und als Transportvor­richtung für das Spinnband beim Waschverfahren eine Schwingrinne oder flache Bäder mit Umlenkwalzen oder Siebtrommeln verwendet werden,

b) die Verstreckung vor und/oder nach dem Waschprozeß in einer Dampfatmosphäre von 100 bis 120°C oder im Wasserbad mit 70 bis 98°C durchgeführt wird,

c) die Kräuselung in der oben angegebenen aerodyna­mischen Kräuselvorrichtung mit einem heißen, gas­förmigen Medium von 5 bis 16 bar Druck und einer Temperatur von 50 bis 210°C oder einer bekannten mechanischen flachen Stauchkammerkräusel erfolgt.

d) die Präparation kontinuierlich vor, während oder nach der Kräuselung auf das Faserband aufgetragen wird,

e) das Faserband zum Dämpfen in gefalteter Form spannungsarm über der Siebplatte durch einen Dämpf­apparat transportiert und dabei mit Wasserdampf von 100 bis 150°C behandelt wird,

f) das Faserband schließlich über der Siebplatte in gefaltetem Zustand mit Hilfe von warmer Luft von 60 bis 180°C getrocknet, anschließend mit kalter Luft auf Temperaturen unter 50°C gekühlt und ge­gebenenfalls einer Schneidevorrichtung oder Ver­packungseinheit zugeführt wird.

[0019] Die geschnittenen Fasern können aus der Schneidevorrich­tung kontinuierlich in einer pneumatischen Förderleitung zur Ballenpresse gefördert und darin zu fertig verpack­ten Faserballen gepreßt werden.

[0020] Das Faserkabel kann grundsätzlich von unterschied­lichster chemischer Zusammensetzung sein und nach unter­schiedlichsten Verfahren hergestellt sein. In einer be­sonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um ein Polyacrylnitril mit gegebenenfalls anderen Copoly­meren, welches aus einem geeigneten Lösungsmittel, z.B. Dimethylformamid nach dem Trockenspinnverfahren herge­stellt worden ist.

[0021] Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer bevorzugten Vor­richtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durch­geführt werden kann.

[0022] Das Faserband 1 wird der mit Luft oder Dampf über Lei­tung 2 beaufschlagten Kräuselvorrichtung 3 zugeführt, von dieser in einen Kräuselkuchen 4 geformt und über die feststehende Siebplatte 5 geschoben. Der aus der Kräu­selvorrichtung in die Behandlungsvorrichtung strömende Gasstrom 6 wird zusammen mit dem im Kreis umgewälzten Strom 11 in der Haube 7 gesammelt und über die Leitung 8 den nicht dargestellten Aggregaten wie Wärmetauscher, Ventilator, Drosselorganen zugeführt und über die Lei­tung 9 wieder unterhalb der Siebplatte 5 in den Kanal 10 gefördert, der für die gleichmäßige Beaufschlagung der Siebplatte 5 sorgt. Oberhalb des Kräuselkuchens kann sich eine weitere Siebplatte 12 oder Kufenförmige Niederhalter 12ʹ befinden.

[0023] Nach dem Durchfahren der Behandlungszone verläßt der Kräuselkuchen 4 zusammen mit einem Teilstrom 13 des Be­handlungsgases durch die Öffnung 14 den Apparat und kann einem nicht dargestellten, z.B. nachgeschalteten Kühl- oder Förderband zugeführt werden.

[0024] In Fig. 2 ist ein Schnitt A-B der vorher beschriebenen Vorrichtung dargestellt.

[0025] Fig. 3 zeigt eine alternative Vorrichtung mit einer be­kannten mechanischen Kräuselvorrichtung. Das Faserband 1 wird von den Kräuselwalzen 15 der Kräuselkammer 16 zugeführt und als Kräuselkuchen 4 in die Behandlungs­vorrichtung geschoben. Diese besteht, ähnlich wie bei Fig. 2, aus einer einfachen oder doppelten Siebplatte 5, einer Haube 7, den Ab- und Zuleitungen 8 und 9 und dem Kanal 10. Alternativ befinden sich oberhalb des Kräuselkuchens 4 drei kufenförmige Niederhalter 12ʹ. Das Behandlungsgas (Luft oder Dampf) kann in diesem Fall über einen Stutzen 17 in Leitung 9 zugegeben werden.

[0026] Fig. 4 zeugt den entsprechenden Schnitt A-B durch die Vorrichtung nach Fig. 3.

[0027] Die in Fig. 5 gezeigte Kräuseldüse besteht aus einem Einlaufteil (21), der Mischstreckte (25), dem Diffusor (26) und dem Stangenkäfig (27). Das Faserband (1) wird durch das Mundstück (30) eingesaugt. Ein heißes Gas (29) wird durch die Zuleitung (22) und den Spalt (23) zuge­führt, erwärmt und fördert das Band.

Beispiel 1

[0028] Ein Polyacrylfaserband von 70 ktex wird mit 20 m/min einer mit Dampf von 9 bar und 170°C betriebenen Düse zugeführt und von dieser in einen Kräuselkuchen von 125 mm Breite und 25 mm Höhe und einem Flächengewicht von 10 kg/m² geformt. Der Kräuselkuchen wird während 3 min von unten mit überhitztem Dampf von 125°C, einer Konzentration von 98 % und einer Geschwindigkeit von 0,85 m/sek in Schwebe gehalten und durch die Behand­lungszone gefördert. Unter den genannten Bedingungen reduziert sich der Bandkochschrumpf von 23,1 auf 0,9 %, verliert Lösungsmittel von 3,3 auf 1,7 %. Die Faser­festigkeit fällt von 2,7 auf 2,4 cN/dtex und die Dehnung steigt von 26,4 auf 40,4 %. Die Feuchtigkeit des Bandes nimmt von 50 auf 35 % ab.

Beispiel 2

[0029] Ein Faserband von 80 ktex wird mit 60 m/min der mit heißer Luft von 180°C und 5 bar betriebenen Kräuseldüse zugeführt. Der sich bildende Kräuselkuchen von 125 mm Breite und 30 mm Höhe wird während 2 min mit Luft von 160°C mit 0,9 m/s von unten angeströmt und durch die Apparatur gefördert. Der Kräuselkuchen mit einem Flächengewicht von 12 kg/m² trocknet von 45 auf 15 % Feuchtegehalt bezogen auf Feststoff.

Ansprüche

1. Verfahren zur Behandlung eines Faserkabels in einer Behandlungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserkabel durch eine Kräuselvorrichtung in die Vorrichtung eingeführt wird, daß es unter Erhalt eines Kräuselkuchens gekräuselt wird, daß der Kräu­selkuchen über eine gasdurchlässige Siebplatte ge­fördert wird, wobei durch die Siebplatte Gas von unten gegen den Kräuselkuchen strömt, so daß dieser berührungslos oder mit verminderter Auflagekraft über die Siebplatte hinweg befördert wird, daß der Kräuselkuchen während des Aufenthaltes über der Siebplatte in gewünschter Weise behandelt wird und daß der Kräuselkuchen behandelt abschließend aus der Behandlungsvorrichtung austritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß das Faserkabel mit einer aerodynamischen Gas­düse gekräuselt wird, die einen rechteckigen wirk­samen Querschnitt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des über die Siebplatte beförderten Kräuselkuchens das eingeblasene Gas mittels eines Ventilators abgezogen und von unten wieder in die Behandlungszone eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gekräuselte Faserkabel in der Vorrichtung getrocknet, relaxiert und/oder fixiert wird.

5. Vorrichtung zur Behandlung eines Faserkabels, gekennzeichnet durch eine Eintrittsdüse zum Ein­führen des Faserkabels, diesem angeschlossen ein Käfig aus Stäben, die parallel zur Fördereinrich­tung angeordnet sind, eine gasdurchlässige Sieb­platte in Fortsetzung der Unterkante der Aus­trittsöffnung der Düse, eine Austrittsöffnung für das behandelte Gut, einer Gasfördereinrichtung zum Einblasen von Gas unterhalb der Siebplatte und zum Absaugen oberhalb des Gutes und einem die Düse bis zur Austrittsöffnung umhüllenden Gehäuse.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeich­net, daß die inneren Abmessungen des Gehäuses sich zur Austrittsöffnung hin verjüngen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­net, daß eine feststehende Siebplatte enthalten ist.

Zeichnung