DD211589A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von elementarfadenvlies - Google Patents

Abstract

Die Anwendbarkeit der Erfindung erstreckt sich auf das Herstellen spezifisch fester Elemantarfadenvliese, deren vorrangige Eignung auf dem technisch Sektor liegt.Ziel sowie Aufgabe der Erfindung liegen in der Erreichung einer niedrigen Reissdehnung der Elementarfaeden bei geringem Energieverbrauch, wobei durch Erhoehung der Abzugskraefte die Elementarfadengeschwindigkeit der Luftgeschwindigkeit im Abzugskanal bedeutend weiter anzunaehern ist. Die erfindungsgemesse Loesung sieht die Zufuehrung einer diffusen Luftstroemung oberhalb des Abzugskanals vor, die durch eine unterhalb des Ablagebandes erzeugte in der Luftmenge entsprechende Saugstroemung, die sich im Abzugskanal fortsetzt, gerichtet wirdDie dadurch moeglich hohe Kanallaenge praegt grosse Abzugskraefte, die ihr Maximum an der Stelle besitzen, an der die Elementarfaeden die Temperatur des Abschlusses der deformationsbedingten Orientierungsaufpraegung aufweisen, aufdie Elementarfaeden auf. Die Wandungen des Abzugskanales besitzen eine Neigung 0 Grad Celsius <-Alpha <- 3 Grad Celisus zur Senkrechten.Die diffuse Luftstroemung oberhalb des Abzugskanals wird vorzugsweise ueber einen Kanal von der Druckseite des unterhalb des Ablagebandes die Saugstroemung erzeugerzeugenden Luefter geliefert.

Description

a) Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Elementarfadenvlies

b) Anwendunqsqebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen spezifisch fester Elementarfadenvliese, deren Einsatz dem anderer Vliesstoffe entspricht, wobei eine vorrangige Eignung auf dem technischen Sektor liegt.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Durch eine sehr hohe Zahl von technischen Lösungen, die sich in einer Vielzahl von Patenten widerspiegeln, ist es bekannt, aus einer Schmelze Hochpolymerer Elementarfäden zu erspinnen, diese zu recken und anschließend direkt zum Vlies abzulegen, welches dann verfestigt wird.

Für die meisten Einsatzgebiete ist insbesondere zur Erreichung einer hohen Festigkeit eine starke Reckung der Elementarfäden erforderlich, denn durch eine ungenügende Rekkung wird nur eine geringe spezifische Reißkraft der Elementarfäden erzielt und der wertvolle Rohstoff nicht voll ausgenutzt.

Um den entsprechend hohen Reckgrad zu erreichen, wurden Treibaggregate geschaffen (z. B.: DE-PS 13 03 569; DE-AS 12 82 590 und 17 85 158 ; DE-OS 20 48 006), die durchgängig mit hohem Druckluft- und damit Energieverbrauch arbeiten· Dabei sind die Anordnung von Injektordüsen innerhalb des Reckkanals sowie die Richtung ihres Luftaustrittes, Kanalformen (z. B. rohrförmig - DD-PS 76 574 und 89 012, DE-OS 21 63 795) zur Leitung des Luftstromes bzw. der Fadenschar beschrieben und jeweils spezifische Vorteile zugeordnet·

Wenngleich sich die Orientierung der Makromoleküle im Elementarfaden mit diesen Aggregaten so weit verbessert, daß eine hohe Festigkeit erreicht wird, ist der große Energieverbrauch nicht zu vertreten·

Es wurde schon vorgeschlagen, die ersponnene Fadenschar zu

tr

einem Fadenband zusammenzufassen und über Galetten mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit zu verstrecken· Diese verstreckten Fäden werden dann dadurch wieder ausgebreitet, daß aus einer bogenförmigen Schlitzdüse austretende Gasströme auf das Fadenband einwirken und dieses fächerförmig aufspreizen, wonach es auf einer perforierten Ablage zum Vlies abgelegt wird» Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß bei möglichen Fadenbrüchen und/ oder elektrostatischer Aufladung der Fäden Wickelbildungen auftreten, die die Stabilität des Verfahrens in Frage stellen.

Hinsichtlich ihres Energieverbrauches günstige Verfahren, wie z. B. das sogenannte Saugluftverfahren nach der DD-PS 85 849 führen zu nur ungenügend gereckten Elesnentarfäden, deren Restdehnung mehr als 400 % beträgt. Demgegenüber wird eine Erhöhung des Reckgrades, wie in der DD-PS 128 204 beschrieben, durch Ablenkung der Elementarfäden mittels einer seitlichen Luftströmung am Eingang das

Reckkanals erreicht, indem die Angriffsfläche der Elementarfäden für die Saugluftströmung erhöht wird. Dieses Verfahren beeinträchtigt den geringen Energieverbrauch nur unwesentlich, bewirkt aber auch nicht den mit den o. g. Treibaggregaten erreichbaren Reckgrad. Trotz geringem Energieverbrauch ist der Wirkungsgrad dieser Niederdruckverfahren dadurch gering, daß im Bereich der Vliesablage ein relativ hoher Prozentsatz angesaugt wird, der damit nicht für die Reckung wirksam wird. Zusätzlich muß die Kanalgeometrie so gestaltet sein, daß der strömenden Luft ein relativ geringer Widerstand entgegensteht, trotzdem aber hohe Strömungsgeschwindigkeiten der Luft erreicht werden.

d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von Elementarfadenvlies vorzuschlagen, dessen Elementarfäden eine hohe spezifische Festigkeit bei niedriger Reißdehnung besitzen, wobei ein geringer Energieverbrauch gefordert wird.

•e) Wesen der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, im Niederdruckbereich eine stabile Luftströmung großer Geschwindigkeit zu erzeugen und mittels hoher Abzugskräfte auf die Elementarfäden, deren Geschwindigkeit der Luftgeschwindigkeit bedeutend weiter anzunähern.

Erfindungsgemäß konnte diese Aufgabe überraschend dadurch gelöst werden, daß von den Spinndüsen bis zu einem Abstand L β k, · c · m ' · In f S U \ in m,wobei

f S U \ IT-Ti

k. eine difitensionslose Konstante,

c die spezifische Wärme des Polymeren in 3/g · K ,

iip der Elementarfadendurchsatz in g/min,

Tg die Extrusionstemperatur der Schmelze in K ,

Tj. die Umgebungstemperatur in K und T₁, die Temperatur des Abschlusses der deformationsbedingten Orientierungsaufprägung in K

,sind und in dieser Zahlenwertgleichung 0,15< k-j < 0,3 sich insbesondere in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen befindet, eine diffuse Luftströmung in den Bereich der Elementarfäden geführt und anschließend durch die anliegende Saugströmung gerichtet wird· Diese Saugströmung wird unterhalb eines zur Ablage der Elementarfäden und zum Transport des Elementarfadenvlieses dienenden.permeablen Bandes erzeugt und setzt sich im da rübe rliegenden Abzugskanal fort· Die diffuse Luftströmung entspricht in ihrer Luftmenge maximal dieser unterhalb der Elementarfadenablage abgesaugten Luftmenge. Die Übertragung der Ströoungskraft der gerichteten Luftströmung erfolgt im Abstand L von den Spinndüsen in Richtung Elementarfadenvliesablage über die Strecke L„ = k^ *(^L _D b"^L in m, wobei

k₂ eine dimensionslose Konstante,

Lg Q der Abstand Düse (Spinndüse) - Band in m und

Lg die Länge der Stauchzone in ra

sind und k„ ^ 0,4 ist·

Vorrichtungsseitig ist unterhalb einer Spinndüsenanordnung ein Abzugskanal angeordnet, der sich jeweils vorzugsweise trichterförmig in Richtung der Spinndüsen und des Ablagebandes erweitert. Dieser Abzugskanal erstreckt sich zwischen den trichterförmigen Erweiterungen über einen Bereich der

Länge ^L2 ^{= k}2 * ^4)-Β " ^LS^ ^{rait k}2^ °'⁴* ^Dieser Bereich beginnt im Abstand L_± = k_± · c · Λ^*^S · In / ^TS ^Tu\,

wobei 0,15 < k_± < 0,3 sich insbesondere in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen befindet. Seine geradlinigen Seiten weisen eine Neigung o° = -C = 3° auf. Oberhalb ist eine Luftzuführung angeordnet.

Wenn bisher davon ausgegangen wurde, daß, wie bei den sogenannten Treibluftverfahren extrem hohe Luftgeschwindigkeiten, durch hohe Drücke erzeugt, erforderlich sind, um die Elementarfäden auszurecken, liegt vorliegender Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß der Wirkungsgrad entscheidend verbessert werden kann, wenn die Fadengeschwindigkeit der Luftgeschwindigkeit erheblich angenähert wird. Diese An-

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näherung erwies sich aberfals realisierbar unter entsprechender Erhöhung der Abzugskräfte· Dem damit verbundenen vergrößerten Strömungswiderstand ist aber das herkömmliche Niederdruck-Saugluftverfahren insofern nicht gewachsen, als die in der Ablagezone der Elementarfäden angesaugte Fremdluft die Erhöhung des Wirkungsgrades kompensieren würde. ^x' nur

Mit der Erfindung wird einerseits durch Einführen der diffusen Luftströmung oberhalb des Abzugskanales, die dann gerichtet wird, eine eindeutig bevorzugte Luftströmung gegenüber der Fremdluft geschaffen, andererseits wird eine Kraftaufprägung auf die Elementarfäden über eine lange Strecke erreicht, wobei das Kraftmaximum an der Stelle liegt, die für die Orientierungsausbildung im Elementarfaden am bedeutungsvollsten ist.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Verbindung der Luftzuführung oberhalb des Abzugskanales mit einem Kanal, der mit einem Lüfter verbunden ist. Der Kanal kann direkt mit der Druckseite des unterhalb des Ablagebandes die Saugströmung erzeugenden Lüfters verbunden sein.

Des weiteren kann zwischen Lüfter und Luftzuführung im Bereich des Kanales ein Kühlaggregat angeordnet sein.

Im den Spinndüsen zugewandten oberen Teil des Abzugskanales sind verschließbare Luftzuführungsöffnungen sowie eine Klappe angeordnet.

Kanalteile des Abzugskanales können verschiebbar angeordnet sein.

Die Verbindung der oberhalb des Abzugskanales angeordneten Luftzuführung über einen Kanal mit eignem Lüfter ermöglicht die aktive Unterstützung der durch die unterhalb des Ablagebandes erzeugten Saugströmung im Abzugskanal· Eine weitere Energieeinsparung wird durch das Schließen des Luftkreislaufes erreicht, während durch das Kühlaggregat die Abkühlstrecke der Elementarfäden verkürzt und damit bei begrenzter Bauhöhe des gesamten Spinnschachtes die Länge des Abzugskanales und damit die Abzugskräfte vergrößert werden können· Die verschließbaren Luftzuführungsöffnungen sollen bei einem geschlossenen System den Druckausgleich herbeiführen, während die in diesem Bereich angeordnete Klappe für den Zugang bestimmt ist, um bei Lüfterausfall und Ansammlung von Elementarfäden oberhalb des Abzugskanales eine Reinigung zu ermöglichen.

Die verschiebbare Anordnung von Kanalteilen des Abzugskanales ist für die Regulierung bei größeren Schwankungen der Temperatur oder Materialwechsel zur Beibehaltung des Optimums der Vliesqualität beim angewandten Verfahren vorteilhaft.

f.) Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In dan zugehörigen Zeichnungen zeigen:

- Fig. 1 einen Schnitt durch Spinndüsen-, Reck-, Abzugs- und Ablagebereich einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

- Fig. 2 den Schnitt A-A;

Fig. 3 die Seitenansicht des oberen Teiles der Vorrichtung gem. Fig. 1 und

Fig. 4 ein Blockschema der bei der Elementarfadenvliesherstellung wichtigsten Vorrichtungsteile·

Aus Spinndüsen 1 werden Elementarfäden extrudiert und bilden eine Elementarfadenschar 17. Diese Elementarfadenschar 17 wird durch eine Luftströmung in einem Abzugskanal 2 zusammengeführt. In einem Bereich der Länge L„ des Abzugskanales 2 wird die Abzugskraft auf die Elementarfäden aufgeprägt. Diese Abzugskraft besitzt ihr Maximum an der oberen Begrenzung des Bereiches7 im Abstand L von den Spinndüsen 1. An dieser Stelle beträgt die Elementarfadentemperatur etwa T , d. h. die Temperatur des Abschlusses der deformationsbedingten Orientierungsaufprägung. Auf diese Weise wird ein Optimum der Reckung, bezogen auf die Abzugskräfte, erreicht. Die in dem Bereich der Elementarfadenschar 17 in der Nähe der Spinndüsen 1 angeordnete Luftzuführung 8 ergibt eine diffuse Luftströmung, die durch eine Abdeckung von der unmittelbaren Einwirkung auf die austretenden EIementarfädenschmelzeströme ferngehalten wird. Diese diffuse Luftströmung wird durch die unterhalb eines Ablagebandes 3 erzeugte Saugströmung gerichtet und durch den Abzugskanal 2 geleitet. Unterhalb des Bereiches 7 besitzt der Abzugskanal 2 eine trichterförmige Erweiterung 6, die die Luftgeschwindigkeit, die innerhalb des Bereiches 7 erreicht wird, erheblich unterschreitet. Innerhalb dieser trichterförmigen Erweiterung 6 werden die Elementarfäden verwirbelt und in Schlingen durch den im unterhalb des Ablagebandes 3 in einem Saugkanal 15 erzeugten Unterdruck zum Elementarfadenvlies abgelegt. Der Abtransport zu einem Verfestigungsaggregat erfolgt durch Ablageband 3 sowie Abzugswalzen 18. Die Neigung zur Senkrechten der Kanalwandungen des Bereiches 7 beträgt 0°.

Ein Lüfter 4, der die Saugströmung im Saugkanal 15 erzeugt, ist druckseitig über ein Kühlaggregat 11, welches über eine Wasserumlaufkühlung die Luft kühlt, mit dem Kanal 9 und damit mit der Luftzuführung 8 verbunden, so daß sich ein geschlossener Luftkreislauf ergibt. In einer Variante ist auch die gesonderte Betreibung über einen Lüfter 10 möglich·

In einer trichterförmigen Erweiterung 5 des Abzugskanales 2 sind Luftzuführungsöffnungen 12 angebracht, die einen Druckausgleich, insbesondere bei geschlossenem Luftkreislauf, ermöglichen. Eine Klappe 13 ist für den Zugang bei Lüfterausfall bestimmt, um eine Reinigung bei Ansammlung von Elementarfäden im Bereich der trichterförmigen Erweiterung 5 durchführen zu können. Die verschiebbaren Kanalteile 14 sind zur Verstellung der Längen L. und L^ vorgesehen.

Nachfolgend sollen zu den bereits dargestellten Bedingungen weitere Kennwerte zusammengestellt werden:

1. Allgemeine Parameter:

- Elementarfadenzahl N

_ Elementarfadendurchsatz

- Abstand Düse - Band L_ ₈

- Länge Streubereich Lg

- Umgebungstemperatur T^

- Lüfterleistung

- Kanaldurchmesser D

- Kanalbreite B

2. Differenzierte Parameter nach Polymeren: Polymeres PA-6 PETP PP

Reißdehnung £_H 100...160% 60...110% 120 ... 200

Extrusions- 553 K 563 K 553 K

temperatur der Schmelze T₀

=	1	680
h ·		1 g/min
	2	500 mm
=		100 mm
		293 K
=		31 kW
		18 mm
—	1	680 mm

Polymeres	PA-6	PETP	PP
Temperatur T.	323 K	353 K	313 K
spezifische	2,4 a/gk	1,7 D/g\<	2,7 D/qK
Wärme c
Länge L1	960 mm	600 mm	1320 mm
Länge L2	1440 mm	1800 mm	1080 mm
Konstante k	0,18	0,23	0,19
Konstante k_	0,60	0,75	0,45

Claims (7)

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zum Herstellen von Elementarfadenvlies aus organischen Hochpolymeren nach dem Schmelzspinnprinzip, wobei eine unterhalb eines zur Ablage der Elementarfäden und zum Transport des Elementarfadenvlieses dienenden permeablen Bandes erzeugte Saugströmung sich in einem Abzugskanal fortsetzt und die Elementarfäden von den Spinndüsen abzieht und reckt, gekennzeichnet dadurch, daß von den Spinndüsen bis zu einem Abstand

L₁ = Ic₁ · C_n · m°*⁸ · In / ⁷S " ^Tu\ _wobei

J. . J. P C j =—-——--

V¹I¹U k₁ eine dimensionslose Konstante,

- c die spezifische Wärme des Polymeren in 3/g .K,

- Mj= der Elementarfadendurchsatz in g/min.,

- Tg die Extrusionstemperatur der.Schmelze in K

- Ty die Umgebungstemperatur in K und

- T₁ die Temperatur des Abschlusses der deformations- bedingten Orientierungsaufprägung in K

sind und in dieser Zahlenwertglsichung 0,15 -c k_± < 0,3 sich insbesondere in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen befindet, eine diffuse Luftströmung, die in ihrer Luftmenge maxinial der unterhalb der Elementarfadenablage abgesaugten Luftmenge entspricht, in den Bereich der Elementarfäden geführt und anschließend durch die anliegende Saugströmung gerichtet wird, und die Obertragung der Ströfflungskraft der gerichteten Luftströmung auf die Elementarfäden im Abstand L₁ von den Spinndüsen über die Strecke

^L2 ^{= k}2 * (^LD-8 - ^Ls) .' ^wobei kp eine dimensionslose Konstante, V ¹T)-B ^der Abstand Düse (Spinndüse) - Band in m und

Lg die Länge der Stauchzone in m sind und k^ = 0,4, in Richtung Elementarfadenablage erfolgt·

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bei der unterhalb einer Spinndüsenanordnung ein Abzugskanal angeordnet ist, an den sich unmittelbar ein permeables Transportband mit Saugkanal anschließt, wobei der , Abzugskanal sich jeweils vorzugsweise trichterförmig sowohl in Richtung der Spinndüsen, als auch in Richtung des der Vliesablage dienenden Transportbandes erweitert, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Abzugskanal (2) zwischen den trichterförmigen Erweiterungen (5; 6) über einen Bereich (7) der Länge L₂ = k₂ · (Lq.b " ^LS^* wobei k =0,4 erstreckt und im Abstand Lj. von den Spinndüsen beginnt, wobei L₁ - k^ · c · m_£ · In / T₈ - T₁

/ ^Ts - ^Tu Ϊ ¹^ ^Ti - ^Tu J

und 0,15 < k. < 0,3 sich insbesondere in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen befindet, der Bereich (7) geradlinige Seiten, deren Neigung 0° * ¹X £ 3° beträgt, aufweist und oberhalb eine Luftzuführung (8) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Luftzuführung (8) mit einem Kanal (9) und dieser mit einem Lüfter (10) verbunden ist·

4· Vorrichtung nach Punkt 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Kanal (9) direkt mit der Druckseite des unterhalb des Ablagebandes die Saugströmung erzeugenden Lüfter (4) verbunden ist.

η ν rrn ^n λ η λ λ j ι» η λ

5. Vorrichtung nach Punkt 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Lüfter und Luftzuführung im Bereich des Kanales (9) ein Kühlaggregat (11) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß im den Spinndüsen zugewandten oberen Teil des Abzugskanales verschließbare Luftzuführungsöffnungen (12) sowie eine Klappe (13) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß Kanalteile (14) des .Abzugskanales verschiebbar angeordnet sind.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen