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Verfahren zum Verziehen von Stapelfasern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verziehen von Stapelfasern zwischen einem Einzugs-und einem Lieferwalzenpaar.
Einleitend sei die hierin angewendete Terminologie für die verschiedenen aus Stapelfasern aufgebauten Gebilde klargestellt. Es bedeuten
Spinnband : ein konventionelles, ungedrehtes Faserband, wie es z. B. von einer Karde, Strecke usw. erzeugt wird.
Stabilband : ein ungedrehtes Band, das aus durch abbindende Klebstoffe gegenseitig verklebten Einzelfasern besteht.
Vlies : ein Faserband, wie es am Ausgang eines Streckwerkes anfällt.
Nach dem heute verbreitetsten Verfahren werden gedrehte Vorgarne einem Ringspinnstreckwerk zugeführt, welches die Vorgarne zuerst in einem Vorverzugsfeld und anschliessend in einem Hauptverzugsfeld total um das 20 - 60fache verzieht und dann zur Drehungserteilung an die Spinnspindeln abliefert.
DerVerzug im Vorverzugsfeld liegt etwa zwischen 1, 1-2fach, womit sich im Hauptverzugsfeld noch Verzüge von zirka 15 bis 30fach ergeben. Um die Fasern im Hauptverzugsfeld besser zu kontrollieren, und um solche Verzüge überhaupt erst zu ermöglichen, sind in der Form von Durchzugswalzen, Riemchen, usw., mechanische Faserführungsmittel vorgesehen. Trotz dieser Faserführungsmittel ist es im Interesse einer genügenden Garnqualität jedoch nicht möglich, die Verzüge weiter wesentlich zu steigern. Zudem sind diese Streckwerke kompliziert und geben zu vielerlei Störungen Anlass, so dass sie höheren Anforderungen nicht mehr zu genügen vermögen.
Nach einem andern bekannten Verfahren werden den Ringspinnstreckwerken relativ grobe, ungedrehte Spinnbänder vorgelegt, die dann in mehreren Zonen unter Zuhilfenahme von Kondensern und Riemchenaggregaten verfeinert werden. Solche Streckwerke sind teuer und äusserst kompliziert aufgebaut, lassen aber trotzdem in der Hauptverzugszone nur relativ bescheidene Verzüge (bis 30fach) zu.
Infolge Faserfluges werden zudem sehr schnell und bereits nach kurzer Betriebszeit Störungen aller Art verursacht. Diese sogenannten Band-Spinnverfahren bewähren sich aus diesem Grunde nicht.
Diesen bekannten Verzugsverfahren im Bereiche hoher Verzüge wird ein Verzugsverfahren gegen- übergestellt, das auf einer neuen Verzugstheorie bzw. auf einer neuen Verzugstechnik beruht und das gestattet, kontrollierte Verzüge im Bereiche von zirka 30 bis 150fach ohne Zuhilfenahme mechanischer Faserführungsmittel zwischen zwei Walzenpaaren auszuführen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Verziehen von Stapelfasern erfolgt zwischen einem Einzugsund einem Lieferwalzenpaar und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass ein ungedrehtes Stabilband, dessen Einzelfasern durch ein abbindendes Klebemittel gegenseitig verklebt sind, durch ein Einzugswalzenpaar eingezogen wird, dass einzelne Stapelfasern durch ein Lieferwalzenpaar erfasst werden, dass die gegenseitigen Klebverbindungen der einzelnen Stapelfasern durch an diesen angreifende, ansteigende Verzugskräfte zerstört bzw. gebrochen werden und dass einzelne, ausgebrochene Stapelfasern aus dem Stabilband durch das Lieferwalzenpaar praktisch kräftelos abgezogen werden, worauf gegebenenfalls das Faserband sofort anschliessend einem weiteren Verzug unterworfen wird.
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Im Rahmen der Erfindung wird dabei zweckmässig zwischen dem Einzugs- und Lieferwalzenpaar mit grösserem Verzug gearbeitet als beim anschliessenden weiteren Verzug. Insbesondere soll erfindungsgemäss das Stabilband zwischen dem Einzugs- und Lieferwalzenpaar mit Verzügen grösser als zirka 30 frei, d. h. unter Weglassung üblicher, mechanischer Faserführungsmittel verzogen werden.
Zur Kompensation der durch Quetscheffekte usw. erzeugten Spreizgefahr vor dem Streckwerk wird erfindungsgemäss das Stabilband unmittelbar vor der Klemmstelle des Lieferwalzenpaares in seiner Querschnittsform unterstützt. Ausgehend von einer doublierten Vorlage kann das entstehende Vlies unmittelbar nach dem Lieferwalzenpaar einem weiteren Verzug unterworfen werden, wobei zwischen dem Einzugs-und Lieferwalzenpaar mit grösserem Verzug gearbeitet wird als beim anschliessenden weiteren Verzug. Die Einzelfaser wird im Streckfeld einer hohen Zugbeanspruchung unterworfen, die zum Teil bis auf eine der Substanzfestigkeit entsprechende Grösse gebracht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich gemäss einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dadurch aus, dass die Rückhaltekraft des Klebemittels bezüglich des Ausbrechens der Stapelfasern auf einen hohen Wert, gegebenenfalls bis in Nähe der Substanzfestigkeit der Fasern bei der gewählten Verzugsgeschwindigkeit eingestellt wird, wodurch die Einzelfasern beim Ausbrechen aus dem Stabilband während des Verzuges einer hohen Zugbeanspruchung ausgesetzt werden.
Die neue Verzugstheorie stellt an das zu verziehende Stabilband eine Reihe bisher unbekannter Bedingungen, die in einem besonderen Vorbereitungsverfahren erreicht werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung unter Zugrundelegung der zur Anwendung gelangenden neuen Verzugstheorie schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt das Prinzipmodell eines Stapelfaserbandes im Querschnitt, Fig. 2 dasselbe Modell in perspektivischer Darstellung, Fig. 4 zeigt ein weiteres Modell im Querschnitt, die Fig. 3 und 5 je ein Kraft-Weglängen-Diagramm, die Fig. 6 und 7 je ein Kraft-Dehnungs-Diagramm und Fig. 8 ein Einzonen-Streckwerk im Schnitt.
Gemäss dem obenerwähnten Vorbereitungsverfahren müssen die einzelnen Stapelfasern nach dem
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die sich im Extrem bis zur Kontrolle jeder einzelnen Faser ausdehnt. Dieser Mechanismus wird an Hand des in Fig. l und 2 gezeigten Prinzipmodells näher erklärt und der grosse Unterschied gegenüber normalen Verzugsvorgängen dargelegt.
Nach Fig. l ist eine Faser x von sechs weiteren Fasern a, b, c, d, e und f gleicher Länge umschlossen. An den Berührungsmantellinien sind sie unter sich gleichmässig verklebt. Die Faseranfänge liegen nicht in einer Ebene, sondern sind nach den Gesetzen der Zufallsverteilung gemäss Fig. 2 in Längsrichtung gestaffelt. Die besonders betrachtete Faser x ist in der räumlichen Darstellung gestrichelt eingezeichnet. Das Modell bildet somit einen Ausschnitt aus einem Stabilband und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v nach rechts. Es wird nun vorausgesetzt, dass die einzelnen Fasern x, a, b, c, d, e und f beim Durchstossen der Klemmebene EK einem Verzug entsprechend von der Geschwindigkeit v, auf die Geschwindigkeit v2 beschleunigt werden.
Es stellt sich nun die Frage, wie sich die Faser x beim beschriebenen Ablauf des Verzugsvorganges verhält.
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men werden.
Der physikalische Vorgang des Ausbrechens einer ausgestreckten und parallelliegenden Einzelfaser
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des Bruches der Verklebung praktisch auf Null zusammenfällt, da ausser der Zugkraft keine weiteren äusseren Kräfte auf die betrachtete Faser einwirken. Die Zugbeanspruchung einer Faser während des Verzugsvorganges ist also nur von sehr kurzer Dauer, verglichen mit der gesamten Auszugszeit der betreffenden Faser, genügt aber je nach der Stärke der abgebundenen Verklebung, die Einzelfaser so zu dehnen, dass man eine mehr oder weniger starke, bleibende Längsorientierung der Micellen bzw. der Molekülketten erhält, mit der eine Steigerung der Festigkeit der Faser einhergeht. Diese verbesserte Eigenschaft kann sich später als sehr willkommen erweisen. Das Abziehen aus dem Stabilband geschieht nach erfolgtem Bruch der Verklebung praktisch kräftelos.
Die beim Ausziehen der Faser geleistete Verzugsarbeit wird durch die Fläche Fl angegeben.
Bei einem konventionellen Verzug, der an Hand eines ungedrehten Spinnbandes und eines 2-Riemchen-Streckwerkes behandelt wird, liegen die Verhältnisse grundsätzlich anders.
Nach Passieren des Vorverzugsfeldes, auf das nicht näher eingetreten wird, gelangt das Spinnband in das mit Riemchen ausgerüstete Hauptverzugsfeld. Hier sind andere Randbedingungen vorherrschend.
Einmal sind die Fasern unter sich nicht verklebt und des weiteren wirken auf ein Modell gemäss Fig. 4 übertragen äussere Kräfte K, welche durch Anspannung des Spinnbandes durch die Form der Riemchenbrücke und durch die Riemchen selbst erzeugt werden. Das Ausziehen einer Einzelfaser aus einem solchen Verband ergibt im Prinzip ein Kraft-Weglängen-Diagramm, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Kraft P steigt zuerst unter dem Einfluss der äusseren Kräfte K bis zur Überwindung der Haftreibung
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Einzelfaser je nach den Kontaktverhältnissen mit der Umgebung. Die beim Ausziehen der Faser geleistete Verzugsarbeit wird durch die Fläche F2 ausgedrückt.
Wird nun dieses Kraft-Weglängen-Verhalten auf die Fasern der Fig. 4 übertragen, so ist augenfällig, dass die Faser y beim Verzug bereits unkontrolliert mitgerissen werden kann, wenn sich mehr als die Hälfte, z. B. vier der sechs sie umgebenden Fasern, mit der Geschwindigkeit v2 (Fig. 2) bewegt. Dass sich aber vier der die Faser y umgebenden Fasern in einem bestimmten Moment mit der Geschwindigkeit V2 bewegen, ist um Grössenordnungen wahrscheinlicher, als dass vier die Faser x (Fig. l) umgebenden Fasern gleichzeitig beschleunigt werden.
Diese neue Verzugstheorie und das darauf aufbauende erfindungsgemässe Verzugsverfahren sind damit bezüglich Faserkontrolle, trotz Verzicht auf jegliche mechanische Faserführungsmittel, allen bisher bekannten Systemen weit überlegen.
Erreicht wird dieses Resultat durch :
1. weitestmögliche Ausdehnung der Faserkontrolle bis auf jede Einzelfaser.
2. Ersatz der materialbedingten Haftreibung der Fasern unter sich durch eine steuerbare, abbinden- de Verklebung.
3. freien Verzug der Vorlage zwischen zwei Walzenpaaren, d. h. Verzicht auf mechanische Faser- führungsmittel und damit
4. praktisch kräfteloser Abzug der einzelnen Fasern nach erfolgtem Bruch ihrer Klebverbindungen und
5. kräftemässige Reduktion des Verzuges auf eine reine Zugbeanspruchung durch Einbau der Faser- kontrolle in das Stabilband in der Vorbereitungsstufe.
Als weitere Bedingung soll sich das vorbereitete Stabilband bei der im Streckwerk auftretenden Zugbeanspruchung durch die mittlere Verzugskraft möglichst wenig dehnen. Dies aus folgendem Grund :
Es ist bekannt, dass sie auf ein in einem Verzugsfeld befindliches Spinnband ausgeübte Verzugskraft nicht konstant ist, sondern zufolge von Inhomogenitäten variert. Während des Verzuges dehnt sich somit das Spinnband in Längsrichtung entsprechend mehr oder weniger stark und provoziert dadurch Verzugsstörungen, die sich nun wegen des Kraft-Dehnungs-Spieles immer mehr aufschaukeln. Es entstehen in der Folge die bekannten und gefürchteten Verzugswellen.
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Ein durch abbindende Verklebung vorbereitetes Stabilband zeigt ein charakteristisches Kraft-Deh- nungs-Verhalten, wie es in Fig. 6 durch die Kurve a z. B. für eine Baumwolle dargestellt ist. Vom Belastungsanfang bis zum Bruch des Bandes besteht zwischen der Kraft P und der Dehnung e eine auffallende Proportionalität, d. h. das Stabilband folgt annähernd ideal dem Hook'sehen Gesetz. Von besonderen Interesse ist nun die Steilheit des Anstiegs der Kurve a, weil diese Steilheit ein Mass für die geforderte Längsstabilisierung des Stabilbandes darstellt. Je steiler der Anstieg, je besser die Längsstabilisierung, d. h. umso weniger dehnt sich das Stabilband durch die mittlere Verzugskraft und umso geringer ist die Gefahr der Entstehung von Verzugswellen.
Die Steilheit wird nach Fig. 7 durch den Tan-
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h. tg cx =klebter Stabilbänder, die selbstverständlich sowohl von der Faserart wie von der Art der Verklebung ab- hängt, überaus gering ist. Sie beträgt z. B. bei Baumwolle je nach Bandstärke usw. lediglich zirka 1. 5 bis l, 8%.
Gänzlich anders verhält sich ein normales, ungedrehtes Spinnband, wie es bei Bandspinnverfahren
Verwendung findet. Die Kurve b stellt das Kraft-Dehnungs-Verhalten eines Streckenbandes der glei- chen Baumwolle dar. Der Kurvenanstieg ist bedeutend flacher, d. h. bei einer bestimmten mittleren
Verzugskraft ist die Dehnung verglichen mit dem Stabilband a vervielfacht. Da tg < x der Kur- ve b bei gleichem Massstab lediglich noch maximal 0, 8 beträgt, ergibt sich eine Steilheitsrela- tion R = tg cx /tg c der beiden verglichenen Bänder von 144, was heisst, dass sich das Spinn- band b bei einer bestimmten Kraft P 144 mal stärker dehnt als das Stabilband a aus gleichem
Fasermaterial.
Auch in dieser Beziehung ist damit ein grosser Unterschied beim Verzug zwischen einem normalen Spinnband erkennbar.
Die Flächen FI und F der Fig. 3 bzw. 5 geben die beim Ausziehen einer Einzelfaser aus einem
Stabilband (Fig. 3) bzw. die beim Ausziehen einer Einzelfaser mit einem Riemchenaggregat und einem üblichen Spinnband (Fig. 5) geleistete Verzugsarbeit an. Mit einem Tensile-Tester der Firma Instron Ltd., High Wycombe, Bucks (England), durchgeführte Vergleichsmessungen zeigen, dass die unter den ange- gebenen Bedingungen benötigteVerzugsarbeitbei verklebten Fasern (Fläche F,) durchschnittlich kleiner ist als bei nicht verklebten Fasern (Fläche F2)'Es bleibt daher auch die mittlere Verzugskraft beim frei- en Verzug eines Stabilbandes relativ klein, was zusammen mit dem hohen Wert von tg (X erklärt,
warum sich ein Stabilband auch bei wesentlich vergrösserter Streckfeldweite ohne Verzugswellen verziehen lässt.
Nach dem erfindungsgemässen Verzugsverfahren ist es daher möglich, kurze wie auch lange Stapelfasern und Mischungen von solchen bei einer einheitlichen Streckfeldweite und ohne Zuhilfenahme mechanischer Faserführungsmittel unter günstigen Bedingungen zu verziehen.
Die Querstabilität ist eine weitere Bedingung, die an das durch abbindende Klebstoffe vorbereitete Stabilband gestellt wird. Wird das Stabilband durch das Ausziehen einzelner Fasern beansprucht, so dürfen sich die lokal auftretenden Zugkräfte nicht direkt nach rückwärts fortpflanzen, sondern diese Kräfte müssen raschmöglichst vom Gesamtverband übernommen werden und diesen als Kollektiv beanspruchen.
Auch muss die vor dem Streckwerk vorhandene Querschnittsform des Stabilbandes im Hochverzugsfeld erhalten bleiben, um homogene Verzugsverhältnisse zu garantieren. Diese Effekte werden durch eine ausgesprochene Querverklebung der Einzelfasern und durch die damit verbundene Querschnittsstabilisierung des für den Verzug vorbereiteten Stabilbandes erreicht.
Es hat sich als Vorteil erwiesen, gemäss Fig. 8 den zwei Verzugswalzenpaaren 1, l'und 2, 2', die zur Ausübung des erfindungsgemässen Verzugsverfahrens benötigt werden, einen bis tief zur Klemmlinie des Walzenpaares 1, 1' reichenden Einlaufkondenser 3 vorzuschalten. Der Einlaufkondenser 3 mit einer flächenmässig dem Stabilband 4 angepassten Bohrung verhindert, dass das Stabilband 4 durch den Quetscheffekt des Walzenpaares 1, 1' breitgedrückt und damit namentlich dessen Querstabilität vorzeitig, d. h. vor Erreichen der eigentlichen Verzugszone zerstört wird.
Um den Einfluss dieses Quetscheffektes weiter zu vermindern, elektrostatische Aufladungen zu kompensieren usw. kann im Hochverzugsfeld ein Begrenzer 5 angeordnet werden.
Die Bohrung des Begrenzers 5 entspricht dabei im wesentlichen dem Querschnitt des Stabilbandes 4. Zur Verminderung des Quetscheffektes des Walzenpaares 1, 1' ist es zweckmässig, die Wal- ze l'mit einem dicken und relativ weichen Gummiüberzug auszurüsten, wie es ebenfalls angezeigt ist, wegen der in Fig. 3 gezeigten erhöhten Verzugskraft für die Einzelfasern die Riffelung der Verzugs-
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walze 2 möglichst fein zu halten.
Das hohe Raumgewicht des Stabilbandes ist verzugstechnisch insofern von Bedeutung, als es erlaubt, eine möglichst grosse Fasermasse auf kleinstem Querschnitt dem Streckwerk zu präsentieren, was in der Folge grössere Verzüge gestattet, ohne das Einzwirnen der Randfasern in Frage zu stellen.
An Stelle des behandelten Kraft-Dehnungs-Verhaltens des vorbereiteten Stabilbandes genügt in vielen Fällen aus praktischen Gründen, die Längsstabilisierung des Stabilbandes durch dessen Haftlänge anzugeben. Diese Grösse ist messtechnisch sehr einfach zu bestimmen.
Die mit einem Stabilband gleichzeitig erzielte hohe Biegesteifigkeit ist insofern von Bedeutung, als sie das selbsttätige Ein-und Durchlaufen des Stabilbandes durch das Streckwerk gestattet.
Beispiel : Eine kardierte Baumwolle amerikanischer Provenienz mit einem Handelsstapel von 28/30 mm wird nach passender Aufbereitung und nach 12, 5fachem Verzug mit einer geeigneten flüssigen Klebstofflösung im Überschuss durchtränkt und dann verdichtet. Nach Abbinden des Klebstoffes, was sich durch eine normale Trocknung unter Raumklima vollzieht, besitzt dieses nunmehr für einen Hochverzug vorbereitete Stabilband von 1140 tex eine gemessene Haftlänge von 3494 m. Der aus dem KraftDehnungs-Diagramm bestimmte tg a - als Vergleichswert für das elastische Verhalten - beträgt bei gleichem Massstab, wie in Fig. 6 gewählt, 129.
Bei einer Querschnittsfläche von 1, 9 x 2, 0 mm stellt sich das Raumgewicht auf 0, 3 g/cm3. Das Stabilband ist von glattem, einwandfreiem Aussehen und es weist auch eine beachtliche Querfestigkeit und Querstabilität auf.
Über einen Einlaufkondenser mit einer Bohrung von 1, 8 mm wird das Stabilband dem Einzugswal-
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Faserführungsmittelzogen. Nach Drehungserteilung des ausgezogenen Vlieses entsteht ein Garn von 9, 9 tex. Die zwischen dem Einlaufwalzen- und Lieferwalzenpaar eingestellte Streckfeldweite beträgt 45 mm.
Die Verwendung eines relativ engen Einlaufkondensers verhindert ein vorzeitiges Brechen der Kleb- verbindungen zwischen den Fasern, so dass sich die Querschnitte des Stabilbandes vor und nach dem Ein- laufwalzenpaar weitestgehend entsprechen. Als Ausdruck einer günstigen Längs- und Querstabilisierung läuft das Stabilband gleichsam wie ein starrer Stab durch das Streckfeld. Ausser dem kleinen Vorschub sind z. B. Zuckungen in Längsrichtung und ein Breitlaufen in der Verzugszone von Auge nicht zu beob- achten. Deswegen ist auch die Anordnung eines umfassenden Begrenzers in der Verzugszone hier nicht notwendig.
Beachtlich ist, dass die Verzugsdistanz von 45 mm die Länge der längsten Fasern um 7 mm, den 2%-Stapel um 12 mm und den Mittelstapel um 27 mm übertrifft, was bei so hohem Verzug ohne besondere Faserführungsmittel eine spezifische Neuheit der neuen Verzugstechnik, insbesondere der
Längsstabilisierung, darstellt. Es sind damit die Bedingungen gegeben, kurze und lange Stapelfasern wie auch Mischungen von solchen mit ein und demselben, aus zwei Walzenpaaren bestehenden Streckwerk unter annehmbaren Bedingungen und ohne Verzugswellen verziehen zu können.
Obwohl für das hier gewählte Sortiment die bisher gültige Spinngrenze bereits überschritten ist und trotz des extrem hohen Verzuges von 115fach, erreicht das gesponnene Garn von 9, 9 tex eine lineare Ungleichmässigkeit U von bis zu 12. 4'%), was einen erstaunlichen Spitzenwert darstellt. Solche Werte lassen sich allerdings nur bei extrem starker Verklebung des Stabilbandes und genau arbeitenden
Streckwerksorganen erzielen.
Bei der in diesem Beispiel gewählten extremen Verklebung überschreitet die Zugbeanspruchung zum Ausbrechen langer Einzelfasern aus dem Stabilband beim Verzug zumTeil bereits deren Substanzfestigkeit, womit eine gewisse Stapelschädigung eintritt. Es besteht daher die Aufgabe, die Verklebung mit Rücksicht auf das Fasermaterial so zu steuern, dass sich im gesamten optimale Garnwerte (U%, Reissfestigkeit, Dehnung usw.) ergeben.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die für Hochverzug beschriebene neue Verzugstechnik auch bei Vorstufen des Spinnprozesses anzuwenden, um im Verein mit der bereits behandelten Endstufe das Garn weiter zu verbessern.
In den Vorstufen besteht das Bedürfnis, die den Faserbändern anhaftende Ungleichmässigkeit durch Doublierung auszugleichen, ohne dass eine sprunghafte Verfeinerung vorgenommen wird. Die Verzüge bewegen sich daher je nach Doublierungszahl zwischen etwa 4 und 15fach.
Um den vorbereitenden Verzugsvorgang auch bei diesem niedrigen Verzugsbereich technologisch zu verbessern, wird aus einer Mehrzahl von Stabilbändern eine doublierte, kompakte und gleichmässige Vorlage gebildet und einem Streckwerk zugeführt. Die Grösse der Doublierung und des Verzuges richtet sich selbstverständlich nach dem vorgesehenen Spinnplan.
Da bei kleinem Verzug durch das Lieferwalzenpaar des Streckwerkes prozentual eine relativ grosse
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Fasermasse ausgezogen wird, darf die mittlere Verzugskraft und damit die Stärke der Verklebung nicht zu hoch werden. Trotz einer gewissen Reduktion der Verklebungsstärke der einzelnen Stabilbänder, die sich wieder durch den tg Ci. des Kraft-Dehnungs-Diagrammes, durch die Haftlänge, durch das Raum- gewicht und durch die Querschnittsstabilisierung ausdrücken lässt, sollen die unter Hochverzug beschriebenen physikalischen Effekte dieser Grössen sinngemäss erhalten bleiben. Hiezu wird auf den Hochverzug verwiesen.
Nach Verzug einer solchen Vorlage entsteht ein auffällig homogenes, hochparallelisiertes Vlies, das sich namentlich auch durch eine extrem gute Auflösung ohne irgendwelche Büschelbildung auszeich- net. Dass dieses Resultat neben einer passenden Verklebung der einzelnen Stabilbänder auch vom Streck- werkstyp und dessen Einstellung abhängt, ist selbstverständlich.
In vielen Fällen genügt ein einfaches Einzonen-Streckwerk, wie es im Prinzip in Fig. 8 dargestellt ist, wobei der Einlaufkondenser 3 und gegebenenfalls der Begrenzer 5 natürlich der doublierten
Bandvorlage anzupassen sind.
Bei gewissen Materialien und entsprechender Verklebung der einzelnen Stabilbänder kann es vor- teilhaft sein, dem Einzonen-Streckwerk ein weiteres Verzugswalzenpaar nachzuordnen. Es gelingt auf
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zweckmässig ist-im Gegensatz zu bisher-den Verzug in der ersten Streckzone grösser zu halten als in der nachfolgenden zweiten Streckzone.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verziehen von Stapelfasern zwischen einem Einzugs- und einem Lieferwalzenpaar, dadurch gekennzeichnet, dass ein ungedrehtes Stabilband, dessen Einzelfasern durch ein abbindendes Klebemittel gegenseitig verklebt sind, durch ein Einzugswalzenpaar eingezogen wird, dass einzelne Stapelfasern durch ein Lieferwalzenpaar erfasst werden, dass die gegenseitigen Klebverbindungen der einzelnen Stapelfasern durch an diesen angreifende, ansteigende Verzugskräfte zerstört bzw. gebrochen werden und dass einzelne, ausgebrochene Stapelfasern aus dem Stabilband durch das Lieferwalzenpaar praktisch kräftelos abgezogen werden, worauf gegebenenfalls das Faserband sofort anschlie- ssend einem weiteren Verzug unterworfen wird.
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Method of drawing staple fibers
The invention relates to a method for drawing staple fibers between a pair of intake and delivery rollers.
To begin with, the terminology used herein for the various structures made up of staple fibers should be clarified. It mean
Spinning sliver: a conventional, untwisted sliver, as it is e.g. B. is generated by a card, draw frame, etc.
Stable tape: an untwisted tape that consists of individual fibers bonded to one another by setting adhesives.
Fleece: a sliver of the kind that occurs at the exit of a drafting system.
According to the most widespread process today, twisted rovings are fed to a ring spinning drafting system, which first draws the rovings 20-60 times in a pre-draft area and then in a main draft area and then delivers them to the spinning spindles for rotation.
The default in the pre-drafting area is between 1 and 1-2 times, which means that there are still about 15 to 30 times warpage in the main drafting area. In order to better control the fibers in the main drafting area and to make such drafts possible in the first place, mechanical fiber guiding means are provided in the form of pull-through rollers, aprons, etc. In spite of these fiber guiding means, however, it is not possible in the interest of adequate yarn quality to further increase the drafts significantly. In addition, these drafting systems are complicated and give rise to all sorts of malfunctions, so that they are no longer able to meet higher requirements.
According to another known method, relatively coarse, untwisted spinning slivers are presented to the ring spinning drafting units, which are then refined in several zones with the aid of condensers and apron units. Such drafting systems are expensive and extremely complex, but nevertheless only allow relatively modest drafts (up to 30 times) in the main drafting zone.
As a result of fiber flight, disturbances of all kinds are caused very quickly and after a short operating time. For this reason, these so-called ribbon spinning processes do not prove themselves.
These known drafting methods in the area of high drafts are compared with a drafting method that is based on a new drafting theory or on a new drafting technique and that allows controlled drafts in the range of around 30 to 150 times without the aid of mechanical fiber guiding means between two pairs of rollers.
The method according to the invention for drawing staple fibers takes place between a pair of intake and delivery rollers and is essentially characterized in that an untwisted stable strip, the individual fibers of which are mutually glued by a setting adhesive, is drawn in through a pair of intake rollers, so that individual staple fibers are captured by a pair of delivery rollers, that the mutual adhesive connections of the individual staple fibers are destroyed or broken by increasing distortion forces acting on them and that individual, broken-out staple fibers are pulled off the stable strip with practically no force by the pair of delivery rollers, whereupon the fiber strip is immediately subjected to a further delay.
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In the context of the invention, it is expedient to work with a greater delay between the intake and delivery roller pair than in the subsequent further delay. In particular, according to the invention, the stable belt between the intake and delivery roller pair should be free with distortions greater than approximately 30, i.e. H. be warped with the omission of the usual mechanical fiber guide means.
In order to compensate for the risk of spreading in front of the drafting system caused by squeezing effects, etc., the cross-sectional shape of the stable belt is supported in its cross-sectional shape immediately in front of the clamping point of the pair of delivery rollers. Starting from a doubled template, the resulting fleece can be subjected to a further draft immediately after the pair of delivery rollers, with a greater draft being used between the pair of intake and delivery rollers than in the subsequent additional draft. The individual fiber is subjected to high tensile stress in the stretching field, some of which is brought to a size corresponding to the strength of the substance.
According to a particularly advantageous further development, the method according to the invention is characterized in that the retention force of the adhesive with regard to the breaking out of the staple fibers is set to a high value, possibly up to near the substance strength of the fibers at the selected warping speed, whereby the individual fibers when breaking out of the Stabilband can be exposed to high tensile stress during the warpage.
The new warping theory places a number of previously unknown conditions on the rigid strip to be warped, which are achieved in a special preparatory process.
In the drawings, the invention is shown schematically on the basis of the new warping theory that is used. Fig. 1 shows the principle model of a staple fiber band in cross section, Fig. 2 shows the same model in perspective, Fig. 4 shows a further model in cross section, Figs. 3 and 5 each have a force-path length diagram, Figs. 6 and 7 each a force-extension diagram and FIG. 8 a single-zone drafting device in section.
According to the preparatory process mentioned above, the individual staple fibers must after
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which in the extreme extends to the control of every single fiber. This mechanism is explained in more detail on the basis of the principle model shown in FIGS. 1 and 2 and the great difference compared to normal warping processes is shown.
According to FIG. 1, a fiber x is enclosed by six further fibers a, b, c, d, e and f of the same length. They are evenly glued to each other at the contact surface lines. The fiber beginnings do not lie in one plane, but are staggered in the longitudinal direction according to the laws of random distribution according to FIG. The fiber x under particular consideration is shown in dashed lines in the three-dimensional representation. The model thus forms a section of a stable band and moves to the right at a speed v. It is now assumed that the individual fibers x, a, b, c, d, e and f are accelerated from the speed v to the speed v2 corresponding to a delay when they penetrate the clamping plane EK.
The question now arises as to how the fiber x behaves in the course of the warping process described.
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men will be.
The physical process of breaking out of an extended and parallel single fiber
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The breakage of the bond practically collapses to zero, since apart from the tensile force, no other external forces act on the fiber under consideration. The tensile stress on a fiber during the warping process is therefore only of a very short duration compared to the total pull-out time of the respective fiber, but depending on the strength of the bonded bond, it is sufficient to stretch the individual fiber so that a more or less strong, permanent longitudinal orientation is achieved the micelles or the molecular chains, which is accompanied by an increase in the strength of the fiber. This improved feature may prove very welcome later on. After the bond has broken, it is pulled off the stable tape with practically no force.
The work done on drawing out the fiber is indicated by the area Fl.
With a conventional draft, which is treated using an untwisted sliver and a 2-apron drafting system, the situation is fundamentally different.
After passing the pre-drafting area, which is not stepped closer, the sliver reaches the main drafting area equipped with aprons. Other boundary conditions are predominant here.
On the one hand, the fibers are not glued together and, furthermore, external forces K, which are generated by tensioning the sliver through the shape of the apron bridge and by the aprons themselves, act on a model according to FIG. 4. Pulling a single fiber out of such a bandage results in principle in a force-path length diagram, as shown in FIG. The force P first increases under the influence of the external forces K until the static friction is overcome
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Single fiber depending on the contact with the environment. The work done when drawing the fiber is expressed by the area F2.
If this force-path length behavior is now transferred to the fibers of FIG. 4, it is obvious that the fiber y can be carried along in an uncontrolled manner when warping, if more than half, e.g. B. four of the six surrounding fibers, moved at the speed v2 (Fig. 2). However, that four of the fibers surrounding the fiber y move at a certain moment at the speed V2, it is several orders of magnitude more likely than that four fibers surrounding the fiber x (FIG. 1) are accelerated at the same time.
This new drafting theory and the drafting method according to the invention based on it are therefore far superior to all previously known systems in terms of fiber control, despite the fact that no mechanical fiber guide means are used.
This result is achieved through:
1. Extend the fiber control as far as possible down to each individual fiber.
2. Replacement of the material-related static friction between the fibers by a controllable, binding bond.
3. Free drafting of the original between two pairs of rollers, d. H. Dispensing with mechanical fiber guiding means and thus
4. Practically effortless removal of the individual fibers after their bonded joints have broken and
5. Reduction of the distortion in terms of force to a pure tensile stress by installing the fiber control in the stabilizing strip in the preparation stage.
As a further condition, the prepared stable strip should stretch as little as possible due to the average tensile force under the tensile stress that occurs in the drafting system. This is for the following reason:
It is known that the drawing force exerted on a sliver located in a drawing area is not constant, but rather varies as a result of inhomogeneities. During the warpage, the sliver stretches accordingly more or less strongly in the longitudinal direction and thereby provokes warpage disturbances, which now build up more and more because of the force-stretching game. As a result, the well-known and feared distortion waves arise.
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A stable tape prepared by bonding adhesive shows a characteristic force-elongation behavior, as shown in FIG. 6 by the curve a z. B. is shown for a cotton. From the beginning of the load to the break of the belt, there is a striking proportionality between the force P and the elongation e, i.e. H. the stable band almost ideally follows Hook's law. The steepness of the rise in curve a is of particular interest because this steepness represents a measure of the required longitudinal stabilization of the stable band. The steeper the slope, the better the longitudinal stabilization, i.e. H. the less the stable band stretches due to the average distortion force and the lower the risk of distortion waves occurring.
The slope is shown in Fig. 7 by the Tan-
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H. tg cx = glued stable tape, which of course depends on both the type of fiber and the type of bonding, is extremely low. It is z. B. with cotton, depending on the thickness of the tape, etc. only about 1.5 to 1.8%.
A normal, untwisted sliver behaves completely differently, as is the case with sliver spinning processes
Is used. Curve b represents the force-elongation behavior of a stretch sliver made of the same cotton. The slope of the curve is significantly flatter, ie. H. at a certain mean
In the distortion force, the elongation is multiplied compared to the stable band a. Since tg <x of curve b is only a maximum of 0.8 at the same scale, the result is a slope relation R = tg cx / tg c of the two compared bands of 144, which means that the spinning band b at a certain force P stretches 144 times more than the stable band a from the same
Fiber material.
In this respect, too, a big difference in draft between a normal sliver can be seen.
The surfaces FI and F of FIGS. 3 and 5, respectively, give the when pulling out a single fiber from a
Stable belt (Fig. 3) or the work performed when pulling out a single fiber with a strap assembly and a conventional spinning belt (Fig. 5). Comparative measurements carried out with a tensile tester from Instron Ltd., High Wycombe, Bucks (England) show that the work of warping required under the specified conditions is on average smaller for bonded fibers (area F 1) than for non-bonded fibers (area F2 ) 'The mean distortion force with free distortion of a stable strip therefore remains relatively small, which together with the high value of tg (X explains,
why a stable strip can be warped without distortion waves even with a significantly increased stretching field width.
According to the drafting method according to the invention, it is therefore possible to draft short as well as long staple fibers and mixtures of such with a uniform drafting field width and without the aid of mechanical fiber guiding means under favorable conditions.
The lateral stability is a further condition that is placed on the stabilizing tape prepared by setting adhesives. If the stable band is stressed by pulling out individual fibers, the locally occurring tensile forces must not be propagated directly backwards, but these forces must be taken over by the entire association as quickly as possible and claim it as a collective.
The cross-sectional shape of the stable belt in the high-draft zone in front of the drafting system must also be retained in order to guarantee homogeneous draft conditions. These effects are achieved through pronounced cross-bonding of the individual fibers and the associated cross-sectional stabilization of the stabilizing strip prepared for warping.
It has proven to be an advantage, according to FIG. 8, to connect an inlet condenser 3 reaching deep to the nip line of the pair of rollers 1, 1 'upstream of the two pairs of drafting rollers 1, 1' and 2, 2 ', which are required for performing the drafting method according to the invention. The inlet condenser 3 with a hole adapted in terms of area to the stabilizing belt 4 prevents the stabilizing belt 4 from being pressed wide by the squeezing effect of the pair of rollers 1, 1 'and thus its lateral stability being prematurely, i.e. H. is destroyed before reaching the actual draft zone.
In order to further reduce the influence of this squeezing effect, to compensate for electrostatic charges, etc., a limiter 5 can be arranged in the high distortion zone.
The bore of the limiter 5 essentially corresponds to the cross-section of the stabilizing strip 4. To reduce the squeezing effect of the pair of rollers 1, 1 ', it is useful to equip the roller 1' with a thick and relatively soft rubber coating, as is also indicated. because of the increased draft force shown in Fig. 3 for the individual fibers, the corrugation of the draft
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keep roller 2 as fine as possible.
The high density of the stable belt is important from a drafting point of view as it allows the largest possible fiber mass to be presented to the drafting system on the smallest possible cross-section, which subsequently allows greater drafts without questioning the twisting of the edge fibers.
For practical reasons, it is sufficient in many cases, for practical reasons, to specify the longitudinal stabilization of the stable band by means of its adhesive length instead of the stress-strain behavior of the prepared stable band. This variable is very easy to determine by measurement.
The high flexural rigidity achieved at the same time with a stable belt is important insofar as it allows the stable belt to automatically run in and through the drafting system.
Example: A carded cotton of American origin with a commercial pile of 28/30 mm is soaked in excess with a suitable liquid adhesive solution after appropriate processing and after a 12.5-fold delay and then compacted. After the adhesive has set, which takes place through normal drying in a room climate, this stable tape of 1140 tex, which is now prepared for high warping, has a measured adhesive length of 3494 m. The tg a determined from the force-elongation diagram - as a comparison value for the elastic behavior - is 129 with the same scale as selected in FIG. 6.
With a cross-sectional area of 1.9 x 2.0 mm, the volume weight is 0.3 g / cm3. The stable tape is of a smooth, flawless appearance and it also has considerable transverse strength and stability.
Via an inlet condenser with a bore of 1.8 mm, the stable belt is attached to the intake
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Fiber guide medium drawn. After the drawn-out fleece has been twisted, a yarn of 9.9 tex is produced. The stretching field width set between the infeed roller and delivery roller pair is 45 mm.
The use of a relatively narrow inlet condenser prevents the adhesive connections between the fibers from breaking prematurely, so that the cross-sections of the stable strip before and after the pair of infeed rollers largely correspond. As an expression of favorable longitudinal and transverse stabilization, the stabilizing belt runs like a rigid rod through the stretching field. Except for the small feed z. B. jerks in the longitudinal direction and spreading in the warping zone of the eye cannot be observed. That is why it is not necessary to arrange a comprehensive limiter in the draft zone.
It is noteworthy that the drafting distance of 45 mm exceeds the length of the longest fibers by 7 mm, the 2% staple by 12 mm and the middle staple by 27 mm, which is a specific novelty of the new drafting technology, especially with such high draft without special fiber guiding means of the
Longitudinal stabilization represents. There are thus the conditions to be able to draw short and long staple fibers as well as mixtures of those with one and the same drafting system consisting of two pairs of rollers under acceptable conditions and without distortion waves.
Although the previously valid spinning limit has already been exceeded for the range selected here and despite the extremely high draft of 115 times, the spun yarn of 9.9 tex achieves a linear unevenness U of up to 12.4%), which is an astonishing peak value . Such values can, however, only be achieved with extremely strong bonding of the stable tape and precisely working
Achieve drafting elements.
In the case of the extreme gluing chosen in this example, the tensile stress for breaking long individual fibers out of the stabilizing tape in part already exceeds their substance strength when warped, which results in a certain amount of stack damage. There is therefore the task of controlling the bond with regard to the fiber material in such a way that overall optimal yarn values (U%, tensile strength, elongation, etc.) result.
It has proven to be advantageous to use the new drafting technique described for high draft also in the preliminary stages of the spinning process, in order to further improve the yarn in conjunction with the final stage already treated.
In the preliminary stages, there is a need to compensate for the unevenness that adheres to the slivers by doubling them without making a sudden refinement. The distortions are therefore between 4 and 15 times, depending on the number of doubling.
In order to technologically improve the preparatory drafting process even with this low draft range, a doubled, compact and uniform template is formed from a plurality of stable strips and fed to a drafting system. The size of the doubling and the delay depends of course on the planned spinning plan.
Since there is a relatively large percentage of delay due to the pair of delivery rollers of the drafting system
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Fiber mass is pulled out, the average draft force and thus the strength of the bond must not be too high. Despite a certain reduction in the bond strength of the individual stable tapes, which are again due to the tg Ci. of the force-strain diagram, expressed by the sticking length, by the volume weight and by the cross-sectional stabilization, the physical effects of these quantities described under high distortion should be preserved. For this, reference is made to the high delay.
If such a template is delayed, a conspicuously homogeneous, highly parallelized fleece is created, which is particularly characterized by extremely good resolution without any formation of tufts. It goes without saying that this result depends on the type of drafting system and its setting, in addition to the appropriate gluing of the individual stable belts.
In many cases, a simple single-zone drafting system is sufficient, as shown in principle in FIG. 8, the inlet condenser 3 and possibly the limiter 5 of course being doubled
Ribbon template are to be adapted.
With certain materials and appropriate bonding of the individual stable strips, it can be advantageous to arrange a further pair of drafting rollers after the single-zone drafting system. It succeeds on
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In contrast to previously, it is expedient to keep the distortion in the first stretching zone greater than in the subsequent second stretching zone.
PATENT CLAIMS:
1. A method for warping staple fibers between a pair of intake and delivery rollers, characterized in that an untwisted stable tape, the individual fibers of which are mutually glued by a setting adhesive, is drawn in through a pair of intake rollers, that individual staple fibers are detected by a pair of delivery rollers that the Mutual adhesive connections of the individual staple fibers are destroyed or broken by increasing distortion forces acting on them and that individual, broken staple fibers are pulled off the stabilizing strip with practically no force by the pair of delivery rollers, whereupon the fiber strip is immediately subsequently subjected to a further delay.