Verfahren zum kontinuierlichen Erwärmen, Trocknen und Fixieren stauchkammergekräuselter feuchter Faserkabel
Fasermaterialien, die aus hochmolekularen synthetischen Polymeren, wie Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen oder Polyacrylnitril, bestehen oder solche enthalten, müssen während des Teils des Herstellungsprozesses, der sich an das Spinnen anschliesst - also etwa vor, während oder nach der Verstreckung - vielfach erwärmt werden. Diese Erwärmung der Fasern ist mit Hilfe von Kontaktheizung, z. B. über heissen, rotierenden Walzen oder Trommeln, mit heissen Gasen oder Dämpfen, auch Luft, oder auch heissen Flüssigkeiten oder Schmelzen, möglich.
Alle diese Verfahren erlauben jedoch nur, relativ dünne Faserschichten hinreichend rasch und vor allem gleichmässig zu erwärmen, so dass die Faser in gespannter oder doch wenigstens leicht auseinandergezogener Form vorliegen muss. Das gleichmässige Erwärmen, auch Trocknen und Fixieren eines Faserbündels, in dem die Einzelfasern, gekräuselt so zusammengeschoben sind, dass das gesamte Bündel eine Dicke von grössenordnungsmässig einem oder sogar einigen Zentimetern erreicht, ist mit diesen Methoden nicht möglich. Man kann also ein Faserkabel nicht feucht kräuseln und in genau dem Zustand, in dem es die Kräuselkammer verlässt, trocknen und fixieren, d. h.
nicht ohne es auseinanderzuziehen oder wenigstens umzulegen.
Muss ein feucht gekräuseltes Faserkabel anschlie ssend an den Kräuselprozess getrocknet und fixiert werden, so benötigt man dazu eine relativ lange Trockenstrecke, auf der das Faserkabel leicht auseinandergezogen abgelegt wird, um mit Hilfe von Kontaktheizung bzw. heissen Gasen, Dämpfen oder Luft zu trocknen.
Es ist auch bekannt, zum Erwärmen, Trocknen und Fixieren von textilen Materialien elektrische Hochfrequenzfelder zu verwenden. Auf die Möglichkeit der Trocknung von Gütern mit elektrischer Hochfrequenz ganz allgemein wird bereits in der Schweizer Zeitschrift Elektrizitätsverwertung Heft 11/12 (Februar/ März 1947) hingewiesen.
In der Zeitschrift Melliand Textilberichte aus dem Jahre 1952, S. 163 bis 166 und 229/230, ist beschrieben, dass bei der Hochfrequenzheizung von zu trocknenden Textilmaterialien die Wärme in deren Innern entsteht; diese Materialien bilden das Dielektrikum und können z. B. in gerollter, kuchenartiger oder kompakter Form vorliegen.
Die Verwendung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes zum Trocknen von Wickelkörpern, Spinnkuchen, zum Dämpfen von Kunstseide, Kordgarn, zum Drallfixieren von Kunstseide und Nylongarn usw. geht aus dem Lexikon von Fischer-Bobsien Textilveredlung und Grenzgebiete 2. Auflage 1960, S. 838/839 hervor.
Aus dem Buch von Koch, Sailow Grosses Textillexikon Band A-K, Deutsche Verlagsanstalt GmbH Stuttgart 1965, ist unter dem Stichwort Hochfrequenzfixierung zu finden, dass zum Fixieren von Textilien aus synthetischen Faserstoffen auch hochfrequente Mikrowellen angewandt werden können.
Die niederländische Patentanmeldung Nr. 300792 beschreibt ein Verfahren zum Erwärmen, Trocknen und Fixieren von verstreckten feuchten Polyacrylnitrilfäden, wobei diese in entspanntem Zustand durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld geführt werden. Aus der britischen Patentschrift Nr. 677 341 ist es bekannt, den Zwirn in Polyamidgarnen durch deren kontinuierliche Führung durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld zu fixieren.
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Schliesslich werden nach dem in der britischen Patentschrift Nr. 850 033 beschriebenen Verfahren Fäden aus einem thermoplastischen Material, z. B. aus Polyamid oder Polyester, in einem Rohr gestaucht und die dadurch erzeugte Kräuselung durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld, in welchem sich das Rohr befindet, fixiert.
Es wurde nun gefunden, dass man stauchkammergekräuselte feuchte Faserkabel, die aus Polyestern bestehen oder solche enthalten, erwärmen, trocknen und fixieren kann, wenn man diese Faserkabel in feuchtgekräuseltem, nicht auseinandergezogenem oder verlegtem Zustand, in welchem sie die Kräuselkammef verlassen haben, kontinuierlich durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld führt. Es ist günstig, ein elektrisches Hochfrequenzfeld einer Stärke zwischen 0,2 und 5 kV/cm und einer Frequenz zwischen 2 und 60 MHz zu verwenden. Ganz besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes einer Stärke zwischen 1 und 1,5 kV/cm und einer Frequenz zwischen 5 und 25 MHz.
Ein solches Verfahren geht aus keiner der beim Stand der Technik genannten Literaturstellen hervor, noch hat es sich durch eine Kombination dieser Stelle angeboten.
Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung werden die Faserkabel in verstrecktem, gekräuseltem Zustand kontinuierlich mit der durch die gesamte Bandstrasse vorgegebenen Geschwindigkeit zwischen den Platten eines Plattenkondensators hindurchgeführt; an den Kondenatorplatten liegt ein starkes elektrisches Wechselfeld einer vorzugsweisen Feldstärke zwischen 0,2 und 5 kV/cm; ganz besonders günstig ist jedoch eine Feldstärke zwischen 1 und 1,5 kV/cm.
Die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes soll zwischen 2 und 60 MHz, vorzugsweise zwischen 5 und 25 MHz betragen. Die dielektrischen Verluste von feuchten Faserkabeln führen zu einer Wärmeentwicklung im Kabelinnern. Die Wärme wird dem Faserkabel also nicht unter Bildung störender Temperaturgradienten von aussen zugeführt, sondern entsteht im Innern des Kabels selbst.
Die Trocknung und Fixierung von stauchkammergekräuselten feuchten Faserkabeln funktioniert gemäss dem Verfahren der Erfindung besonders gut, wenn die Faserkabel vor der Hochfrequenzbehandlung 4 bis 20 %, bezogen auf das Gewicht der feuchten Faserkabel, Wasser enthalten. Jedoch führen - zusammen mit der Eigenabsorption des Polymeren - auch diejenigen Mengen an Feuchtigkeit und Präparationsmittel, wie sie in den üblicherweise als trocken bezeichneten Faserkabeln praktisch immer vorhanden sind, zu einer dielektrischen Absorption im elektrischen Wechselfeld, so dass auch diese trockenen Faserkabel nach dem erfindungs- gemässen Verfahren erwärmt, gegebenenfalls noch weiter getrocknet und fixiert werden können.
Hierbei ist allerdings eine längere Behandlungsdauer im elektrischen Wechselfeld nötig als zum Trocknen und Fixieren von feuchten Faserkabeln mit höherem Wassergehalt im gleichen elektrischen Wechselfeld.
Gegenüber dem bekannten Verfahren des Trocknens von feuchten Faserkabeln vor der Kräuselkammer mit darauffolgender trockener Kräuselung und anschliessendem Fixieren des leicht auseinandergezogenen Faserkabels sowie gegenüber den bekannten Hochfrequenztrocknungsverfahren bietet das Verfahren der Erfindung folgende Vorteile:
Die Bandstrasse kann erheblich verkürzt werden, da Trocknung und Fixierung nun gleichzeitig stattfinden und zudem das Kabel dicht zusammengeschoben ist. Die Gleichzeitigkeit von Trocknung und Fixierung führt beim Anfärben zu erhöhter Farbstoffaufnahme bei sonst gleichen textilen Werten. Infolge der feuchten Kräuselung ist der Kabelschiuss verbessert. Da das Kabel nach dem Kräuseln nicht auseinandergezogen wird, ist die Packungsdichte im Karton erhöht. Gleichzeitig wird der für die Weiterverarbeitung wesentliche Kartonauslauf besser.
Gegenüber einer Feuchtkräu & iung mit anschliessender Trocknung mittels Kontaktheizung oder heissen Gasen, Dämpfen oder Luft besitzt das erfindungsgemässe Verfahren ebenso den Vorteil einer wesentlichen Raumersparnis und - im Falle von feuchten, gekräuselten Faserkabein - da kein Umlegen und Auseinanderziehen mehr nötig ist, eine grössere Packungsdichte im Karton und einen besseren Kabelschluss.
Das Verfahren der Erfindung ist nicht auf Faserkabel bestimmter Stärke beschränkt, da für die Trokkenzeit bei einer bestimmten Frequenz im wesentlichen die Energiedichte des elektrischen Feldes am Ort des Faserkabels massgebend ist, die durch die Angabe der elektrischen Feldstärke gekennzeichnet wird. Bei hinreichender Leistungsstärke des Generators nimmt die Trockenzeit also nicht mit wachsendem Durchsatz an zu trocknendem Fasermaterial zu. Die Hochfrequenz leistung, die vom Generator zur Verfügung gestellt werden muss, ist kaum grösser, als sie sich aus den spezifischen Wärmen des Fasermaterials und des Wassers und aus der Verdampfungswärme des Wassers errechnet.
Die nachfolgend beschriebenen Beispiele sollen die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erläu- tern.
Beispiel I
Ein Faserkabel aus Polyäthylenterephthalatfäden von 3 den Einzeltiter, die nach dem Spinnen einen Schrumpf von 41-42% bei 97 C hatten, wurde in überhitztem Wasserdampf von etwa 1900 C im Verhältnis 1: 4,5 verstreckt und dann feucht gekräuselt.
Die Feuchtigkeit des Faserpackens nach Verlassen der Kräuselkammer betrug 12%, bezogen auf das Gewicht des feuchten Faserkabeis. Der Faserpacken von etwa 40x120 mm Querschnitt wurde in dem Zustand, in dem er die Kräuselkammer verliess, 72 Sekunden lang einem elektrischen Wechselfeld von 16 MHz bei einer Feldstärke von 1,25 kV/cm ausgesetzt und dadurch getrocknet und gleichzeitig fixiert (Probe 1).
Beispiel 2
Ein Faserkabel aus Polyäthylenterephthalatfäden von 4 den Einzeltiter, die nach dem Spinnen einen Schrumpf von 38S bei 970 C hatten, wurde in überhitztem Wasserdampf von etwa 1900 C im Verhältnis 1: 4,5 verstreckt und dann feucht gekräuselt und anschliessend in der Form, in der es die Kräuselkammer verliess, als Packen von etwa 40 x 120 mm Querschnitt, durch den Hochfrequenzkondensator geführt. Die Feuchtigkeit nach dem Kräuseln betrug 7 %, bezogen auf das Gewicht des feuchten Faserkabels. Die angelegte Feldstärke war 1,2 kV/cm bei einer Frequenz von 16 MHz; die Verweildauer im Kondensator betrug 60 Sekunden. Die Schrumpfwerte - unter 2 lassen deutlich werden, dass neben der Trocknung gleichzeitig auch eine Fixierung stattgefunden hat.
Vergleichsversuche
I. Ein Faserkabel aus Polyäthylenterephthaiatfäden von 3 den Einzeltiter, die nach dem Spinnen einen Schrumpf von 41-42 SS bei 970 C hatten, wurde in überhitztem Wasserdampf von etwa 1900 C im Ver hältnis 1: 4,5 verstreckt. Anschliessend wurde es auf Trommeln von 900 C, deren Umfangsgeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des FaserkabeL war, getrocknet und dann trocken gekräuselt. Der Faserpacken wurde dann leicht auseinandergezogen zu einem gewellten Band und für 60 Sekunden in überhitztem Wasserdampf von 155 bis 1850 C - gemessen am Ort des Dampfaustritts - fixiert (Probe I).
Nun wurden 20 Gramm von Probe 1 und Probe I in einem Liter Wasser, dem 0,6 g (= 3 % des Probengewichts) des Farbstoffs Disperse Blue 56, C. I. 2nd etition (1956), sowie 4 cm3 eines Carriers auf Basis o-Phenyl-Phenol zugesetzt waren, 30 Minuten lang bei 800 C behandelt. Der im Bad verbliebene Restfarbstoff wurde kolorimetrisch bestimmt. Es wurden die folgenden Farbstoffaufnahmen gemessen: Probe I 60 Oel.% } der ursprünglich in der Lösung Probe 1 70 Ges.%| vorhandenen Farbstoffmenge
II. Ein Faserkabel aus Polyäthylenterephthalatfäden von 4 den Einzeltiter, die nach dem Spinnen einen Schrumpf von 38 % bei 970 C hatten, wurde in überhitztem Wasserdampf von etwa 1900 C im Verhältnis 1: 4,5 verstreckt.
Anschliessend wurde es auf Trommeln von 900 C, deren Umfangsgeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des Faserkabels war, getrocknet und dann trocken gekräuselt. Danach wurde das Faserkabel in Form eines leicht gewellten Bandes für 60 Sekunden in überhitztem Wasserdampf von 155 bis 1850 C - gemessen am Ort des Dampfaustritts - fixiert. Die Schrumpfwerte sind in nachstehender Aufstellung unter II angegeben.
Kochschrumpf 2000-Schrumpf
II 0,2 % 7%
2 0,1%
2 0,1% 5%