DE69024502T2 - Vorrichtung und verfahren zum kräuseln von fasern - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kräuseln und Heißfixieren von Polymerfasern gerichtet, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und dem Oberbegriff von Anspruch 9 und beispielsweise aus Dokument US- A-2 508 489 bekannt.
• Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren um Polymervorläuferfasern mit einer schleifenförmigen, gewundenen oder sinusartigen Konfiguration zu versehen, durch Wärmebehandeln der Fasern, ohne die Fasern entweder vor oder während des Kräuselns einer Spannung oder Zugspannung auszusetzen. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind relativ kostengünstig und einfach und sie erfordern nicht die vorhergehende Bildung eines gewirkten Gewebes. Die Vorrichtung ist besonders nützlich um gekräuselte Fasern herzustellen unter Verwendung einer Vielzahl von Vorläuferfasern von 40.000 bis 320.000 Fasern (40 K bis 320 K), die in Form großer Stränge zusammengesetzt sind. Die durch die vorliegende Erfindung gebildeten gekräuselten Fasern besitzen bei Färbung eine gute Farbgleichmäßigkeit.
• Der Begriff "Kräuseln" kann allgemein definiert werden als eine Nichtlinearität oder Welligkeit einer Faser oder insbesondere als die Welligkeit einer Faser, ausgedrückt als Kräuselung pro Längeneinheit. Bei den meisten bei der Herstellung von Teppichen verwendeten Kunstfasern wird die Kräuselung oder Krümmung in der Faser durch thermisch/mechanische Techniken z.B. eine Stopfbüchse induziert. Die Faserkräuselung ist bei der Teppichherstellung wichtig, da sie den Fasern Volumen vermittelt, indem sie verhindert, daß zwei oder mehrere Fasern parallel nebeneinander liegen. Infolgedessen weisen, neben anderen Vorteilen, die Knüpfschlingen eines Teppichs eine größere Deckungsleistung auf, erscheinen weicher und stellen eine höhere Beständigkeit gegenüber Abnützung und Verschleiß bereit.
• Kräuseln ist ebenfalls nützlich bei der Verarbeitung von Spinnfasern und bei der Verarbeitung von Hochmodulfasern mit denen aufgrund von Glattheit schwierig zu arbeiten ist.
• Die Kräuselung, die den meisten Fasern unter Verwendung einer Stopfbüchse vermittelt wird, ist selten gleichmäßig. Die Stopfbüchsentechnik erzeugt Fasern mit einer welligen Kräuselung eines zufälligen Zick-Zack-Typs, die V-förmig ist mit scharfen Abbiegungen oder Knicken. Die Zufälligkeit der erhaltenen Kräuselung verursacht, daß die Fasern eine nicht gleichmäßige Kräuselung aufweisen. Wenn mehrere Fasern betrachtet werden, kann jedoch erkannt werden, daß die durch dieses Verfahren erzeugte Kräuselung regelmäßig oder konsistent unregelmäßig ist.
• Ein Kräuseln von Fasern in einer Stopfbüchse wird erreicht durch Leiten der Fasern in eine gleichförmig erwärmte Kammer, die bei der erforderlichen Temperatur ist, um die Fasern in ihrer gekräuselten oder nicht linearen Konfiguration wärmezufixieren. Während die Fasern durch Zufuhrrollen in die Kammer gepreßt werden, werden sie gegen andere Fasern gedrückt die bereits in der Kammer sind, wodurch ein Krümmen und Knicken (Kräuseln) der Fasern verursacht wird.
• Eine an der Oberseite der Stopfbüchse aufgesetzte, beschwerte Röhre bestimmt den Fluß und die Menge der Fasern in die Stopfbüchse. Die Frequenz (Kräuselung pro Längeneinheit) und die Kräuselweite der Fasern werden durch Regulieren der Geschwindigkeit der Zufuhrrollen bezüglich der der Aufnahmerollen, sowie durch das Gewicht des Rohres gesteuert. Die Kräuselungseinstellung durch diese Technik kann für Einzelfasern oder für Stränge mit einer Vielzahl von Faserenden unter Verwendung der Spinntechnik (spunize technique) durchgeführt werden. Die Kräuselung ist im allgemeinen durch zahlreiche scharfe Knicke in der Faser gekennzeichnet.
• Um durch derzeitige Verfahren und Vorrichtungen eine Kräuselung in der Faser zu erhalten, muß die Faser schwere Biegungsspannungen durchmachen. Während des Verbiegens werden in der Faser gleichzeitig zwei Spannungsarten hervorgerufen. Eine Zugspannung wird entlang der äußeren Krümmung der gebogenen Faser hervorgerufen, während eine Druckspannung auf den inneren Bereich der Biegung wirkt.
• Eine neuere Studie bezüglich der Effekte von Kräuselung auf Polyesterfasern zeigte, daß ein massives Krümmen, wie etwa in einer Kräuselung vom V-Typ, zu einer beträchtlichen Faserschädigung führen kann. Sogar wenn die Fasern eine eher runde Krümmung vom V-Typ aufwiesen, zeigten die Fasern Druckkanten an der Unterseite der Kräuselung. Stark gekräuselte Fasern mit scharfen Biegungen vom V-Typ weisen daher verminderte mechanische Eigenschaften auf und brechen leicht aufgrund der Schwachstellen in den Fasern, die durch die innerhalb der Faser wirkenden Zug- und Druckkräfte erzeugt werden. Derartige Fasern versagten üblicherweise durch Brechen aufgrund der innerhalb der Faser wirkenden Zug- und Druckkräfte.
• Es wurde ebenfalls festgestellt, daß Fasern, die in einer Stopfbüchse gekräuselt werden, dazu neigen, Farbstoff bevorzugt auf der Unterseite der Krümmung anzunehmen und die Ursache für eine optisch wahrnehmbare Streifenbildung sein können. Eine derartige Streifenbildung tritt auf, da das Knie der Biegung in Richtung der Oberfläche der Faser zeigt und daher für das Auge stärker sichtbar ist. Da die Unterseite des Faserknicks mehr Farbstoff enthält, ist die Wirkung beim Betrachten der Faser ein dunklerer Streifen. Gleichzeitig neigt, da der Farbstoff dazu neigt sich an diesen Punkten zu konzentrieren, der verbleibende Teil der Faser zu einer mangelhaften Farbstoffaufnahme und hat daher ein helleres Aussehen.
• Es wurde gezeigt, daß die Dauerhaftigkeit der Kräuselung nach dem Beladen zwischen Faserherstellern und sogar zwischen verschiedenen Typen (z.B. glänzend und halbmatt) vom selben Hersteller unterschiedlich sein kann. Da die Anwendung einer gewissen Zugspannung auf Fasern während des normalen Faserverarbeitens unvermeidlich stattfindet, ist zu erwarten, daß ein gewisser Verlust der Bestimmtheit der Kräuselung auftreten wird. Dieser Verlust muß von Spindel zu Spindel, Zwirner zu Zwirner usw. nahezu identisch sein, andernfalls werden die Fasern unterschiedlich erscheinen, da gekräuselte Fasern ein unterschiedliches Aussehen zu ungekräuselten Fasern in Folge des verringerten Füllfaktors ergeben. Gleichzeitig wird während der Entfernung der Kräuselung eine gewisse Faserverlängerung erhalten, was tendentiell zu einer Ordnung der Fasermikrostruktur führen würde. Dies könnte das Färben beeinflussen, da eine stärker geordnete Mikrostruktur Farbstoff unterschiedlich aufnehmen wird, als Fasern die keine Verlängerung durchgemacht haben.
• EP-A-0199567 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von nicht linearen kohlenstoffhaltigen Fasern mit physikalischen Eigenschaften, welche aus Wärmebehandlung stabilisierter Polymerfasern in der Form eines Gewirks resultieren. Es ist ein Verfahren beschrieben, worin das Gewirk im wesentlichen unter spannungs- und zugspannungsfreien Bedingungen irreversibel wärmefixiert wird. Um einzelne Fasern oder Faserstränge zu erhalten, die nicht linear sind, ist es notwendig, das Gewebe zu wirken und zu entwirken. Das Wirken und Entwirken eines Gewebes, um die nicht linearen Fasern zu erhalten, erhöht jedoch wesentlich die Produktionskosten der Fasern.
• Das US-Patent Nr. 2,245,874 von Robinson offenbart ein Verfahren zum Bilden eingerollter Fasern durch Leiten der Fasern über kalte Walzen unter Bedingungen, um die Fasern über ihre Elastizitätsgrenze hinaus zu biegen und zu strecken. Ein derartiges Verfahren kann nicht verwendet werden, um die spannungsfreien nicht linearen Fasern mit den physikalischen Eigenschaften der Erfindung herzustellen.
• Das US-Patent Nr. 2,623,266 von Hemmi offenbart die mechanische Herstellung von sinusförmig oder spiralig gekräuselten Fasern. Die Fasern werden erwärmt und durch eine Reihe von Stangen geleitet, welche eine mäanderartige Kräuselung vermitteln. Die Fasern werden jedoch in einem gekräuselten und gedehnten Zustand, d.h. einem spannungsinduzierten Zustand geformt.
• Das US-Patent Nr. 2,508,489 beschreibt eine Vorrichtung zum Kräuseln und Wärmefixieren mindestens einer Polymervorläuferfaser, umfassend ein Fördermittel mit einer ebenen Oberfläche mit einer Vielzahl von Öffnungen, Mittel zum Zuführen der Faser zu dem Fördermittel, Kräuselungsmittel zum Einführen der Vorläuferfasern in die Öffnungen des Fördermittels, wobei das Fördermittel die Faser in den Öffnungen in einer nicht linearen Konfiguration hält und eine Erwärmungszone, durch die das Fördermittel und die Faser geleitet werden, um die Faser wärmezufixieren.
• Die Kräuselung wird den Fasern lediglich vermittelt durch Zwängen (Schieben) der Faser zwischen ein Stangenpaar und Halten der Faser in sinusartiger Form während sie sich entlang einer Trommel bewegt und gleichzeitiges Wärmefixieren der Faser durch Dampf. Derartige Fasern stehen unter Zugspannung.
• Im allgemeinen umfaßt die Vorrichtung der Erfindung ein Fördermittel in der Form eines Bandes mit mehreren Öffnungen. Eine Vorläufer-Polymerfaser oder -Faserstrang wird dem Fördermittel zugeführt und ein Kräuselungsmechanismus ist bereitgestellt zum Einführen der Fasern in die Öffnungen im Fördermittel, so daß die Faser eine nicht lineare Konfiguration annimmt. Die innerhalb der Öffnungen des Fördermittels angeordnete Faser wird im wesentlichen ohne Spannung oder Zugspannung durch mindestens eine Erwärmungszone transportiert bei einer Temperatur und einer ausreichenden Geschwindigkeit, um die Faser mit einer temporären oder permanenten Wärmefixierung zu versehen und/oder die Faser zu carbonisieren. Jede Erwärmungszone kann eine oder mehrere Heizeinheiten umfassen, wobei eine Heizeinheit als eine Faseroxidations- oder Stabilisierungszone dient. Eine weitere Heizeinheit dient als ein Mittel, um die Faser im wesentlichen irreversibel oder permanent in einer inerten Atmosphäre wärmezufixieren.
• Insbesondere liegt die Erfindung in einer Vorrichtung zum Kräuseln und Wärmefixieren mindestens einer Polymer- Vorläuferfaser, umfassend ein Fördermittel mit einer ebenen Oberfläche mit einer Vielzahl von Öffnungen, Mittel zum Zuführen der Faser zu dem Fördermittel, Kräuselmittel zum Einführen der Faser in die Öffnungen des Fördermittels und zum Halten der Faser in einer nicht linearen Konfiguration in den Öffnungen, im wesentlichen ohne auf die Faser Spannung oder Zugspannung auszuüben, wobei das Kräuselmittel eine Vielzahl von Fingern oder länglichen Rippen umfaßt, welche Finger oder Rippen in der Länge einstellbar sind, eine Erwärmungszone durch die das Fördermittel und die Faser durchgeleitet werden, um die Faser wärmezufixieren, welche Erwärmungszone mindestens eine Erwärmungseinheit zum Carbonisieren der nicht linearen Vorläuferfaser bei einer Temperatur von 300ºC bis 1400ºC umfaßt, und Mittel zum Bereitstellen eines Inertgases an der Erwärmungszone.
• Die Erfindung liegt auch in einem Verfahren zum Kräuseln und Wärmefixieren mindestens einer Polymer-Vorläuferfaser, umfassend die Schritte Zuführen der Faser zu einem mit Löcher versehenen Fördermittel mit einer ebenen Oberfläche, Einführen der Faser in mindestens zwei Öffnungen des Fördermittels, so daß die Faser in einer nicht linearen Konfiguration gehalten wird, im wesentlichen ohne eine Spannung oder Zugspannung auf die Faser auszuüben während die Faser innerhalb der Öffnungen gehalten wird, Leiten der nicht linearen Faser in dem spannungsfreien Zustand durch eine Erwärmungszone, um die Faser auf eine Temperatur von 300ºC bis 1400ºC zu erwärmen und mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, um die Faser mit einer temporären oder permanenten Wärmefixierung zu versehen, um die Faser zu carbonisieren, und dann Abkühlen der Faser während sie in der nicht linearen Konfiguration ist.
• Der Begriff "Polymer" oder "Polymer-Vorläufermaterial" wie hierin verwendet, trifft auf organische Polymere zu, wie definiert in Hawley's Condensed Chemical Dictonionary, 11. Ausgabe, herausgegeben von Van Nostrand Rheinhold Company. Die organischen Polymere umfassen im allgemeinen: 1) natürliche Polymere, wie etwa Cellulose u.dgl., 2) synthetische Polymere, wie etwa thermoplastische oder wärmeaushärtbare Elastomere und 3) halbsynthetische Cellulosederivate.
• Der Begriff "Faser", wie hierin verwendet, soll eine oder mehrere Fasern oder Filamente, sowie eine Einheit einer Vielzahl von Fasern in der Form eines Faserstranges umfassen.
• Der Begriff "oxidiert" wie hierin verwendet, betrifft Fasern, die bei einer Temperatur von typischerweise weniger als 250ºC für Acrylfasern oxidiert worden sind. Es wird verstanden, daß in manchen Fällen die Fasern auch durch chemische Oxidantien bei einer niedrigeren Temperatur oxidiert werden können.
• Der Begriff "permanente Wärmefixierung", wie hierin verwendet, trifft auf nicht lineare kohlenstoffhaltige Fasern zu, welche wärmebehandelt wurden bis sie einen Irreversibilitätsgrad aufweisen, bei dem die nicht linearen Fasern, wenn sie auf eine im wesentlichen lineare Gestalt gedehnt werden, ohne ein Überschreiten ihrer inneren Zugfestigkeit, ihre ursprüngliche nicht lineare Konfiguration wieder einnehmen, sobald die an die Faser angelegte Spannung beseitigt wird. Demgemäß ist, was unter "Permanentfixierung" verstanden wird, daß die Faser eine Spannkraft aufweist, die sich in einem "reversiblen Nachgeben" der Faser äußert, wenn sie unter Spannung gebracht wird, so daß die Faser im wesentlichen eine lineare Gestalt hat. Wenn die Spannung gelockert wird, kehrt die Faser zu ihrem spannungsfreien und nicht linearem Zustand zurück. Der Begriff "reversibles Nachgeben" definiert die Minimalstreckgrenze der Faser, welche ausgedrückt wird als ein Verhältnis von 1,2:1 wenn die Faser im gestreckten Zustand mindestens das 1,2-fache der Länge der Faser in ihrem entspannten oder ungedehnten Zustand aufweist.
• Die kohlenstoffhaltigen Fasern werden aus einer geeigneten Polymervorläuferfaser hergestellt, welche stabilisiert wird wie etwa z.B. durch Oxidation bei einer Temperatur, die typischerweise für Acrylfasern weniger als 250ºC beträgt. Die stabilisierte Faser wird dann in einem entspannten und spannungsfreien Zustand und in einer Inertatmosphäre für einen ausreichenden Zeitraum wärmebehandelt, um eine wärmeinduzierte Wärmefixierungsreaktion hervorzurufen, wobei zusätzliche Quervernetzungs- und/oder
• Zwischenkettenzyklisierungsreaktionen zwischen den ursprünglichen Polymerketten auftreten.
• Die kohlenstoffhaltige Faser der Erfindung kann in Abhängigkeit von der bestimmten Verwendung der Faser und der Umgebung, in der die Faser verwendet wird, in drei Gruppen eingeteilt werden.
• In einer ersten Gruppe ist die kohlenstoffhaltige Faser teilweise carbonisiert und hat einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 % aber weniger als 85 %, ist nicht elektrisch leitfähig und besitzt keine elektrostatisch ableitenden Eigenschaften, d.h. die Faser ist nicht fähig eine elektrostatische Ladung abzuleiten.
• Der Begriff "elektrisch nicht leitfähig", wie in der vorliegenden Erfindung verwendet, bezieht sich auf einen Widerstand von mehr als 4 x 10&sup6; Ohm/cm wenn mit einem 6 K (6000 Filamente) Faserstrang gemessen, in dem die Einzelfasern jeweils einen Durchmesser von 7 bis 20 Mikrometer aufweisen. Der spezifische Widerstand der kohlenstoffhaltigen Faser beträgt mehr als etwa 10&supmin;¹ Ohm-cm und wird aus Messungen berechnet, wie in WO-Veröffentlichung Nr. 88/02695 beschrieben.
• Es wurde festgestellt, daß, wenn die Faser eine stabilisierte und wärmefixierte Acrylfaser ist, ein Stickstoffgehalt von 18 % oder mehr eine elektrisch nicht leitfähige Faser zur Folge hat.
• In einer zweiten Gruppe wird die kohlenstoffhaltige Faser klassifiziert als daß sie eine niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweist, d.h. sie ist teilweise elektrisch leitfähig und hat einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 % aber weniger als 85 %. Eine geringe Leitfähigkeit bedeutet, daß ein 6 K Faserstrang einen Widerstand von 4 x 10&sup6; bis 4 x 10³ Ohm/cm aufweist. Bevorzugt stammt die kohlenstoffhaltige Faser von einer stabilisierten Acrylfaser ab und besitzt einen Stickstoff-Prozentgehalt von 16 bis 22 %, bevorzugt von 16 bis 18,8 %. Eine derartige Faser findet insbesondere Verwendung in Schallabsorptions- und Wärmedämmstrukturen.
• In einer dritten Gruppe hat die Faser einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 85 % und einen Stickstoffgehalt von weniger als 10 %. Die Faser ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das heißt, die Faser ist im wesentlichen graphitisch und hat einen elektrischen Widerstand von weniger als 4 x 10³ Ohm/cm. Dementsprechend ist der spezifische elektrische Widerstand der Faser geringer als 10&supmin;¹ Ohm-cm. Diese Faser ist als Ofenisolierung nützlich oder in Anwendungen, bei denen eine elektrische Erdung oder Abschirmung erwünscht ist.
• Der kohlenstoffhaltigen Faser der dritten Gruppe kann eine elektrisch leitfähige Eigenschaft in der Größenordnung von derjenigen eines metallischen Leiters vermittelt werden durch Erwärmen der Faser auf eine Temperatur überhalb von 1000ºC in einer nicht oxidierenden Atmosphäre. Die elektrisch leitende Eigenschaft kann von ausgewählten Ausgangsmaterialien erhalten werden, wie etwa Pech (Petroleum- oder Kohleteer), Polyacetylen, Acrylmaterialien z.B. ein Polyacrylnitrilcopolymer wie etwa PANOX (Warenzeichen der R.K. Textiles) oder GRAFIL-01 (Warenzeichen von E.I. du Pont de Nemours & Co.), Polyphenylen, Polyvinylidenchlorid (SARAN , ein Warenzeichen der The Dow Chemical Company) u.dgl..
• Die Fasern können jedes Polymer-Vorläufermaterial umfassen, welches in der Lage ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung wärmefixiert zu werden. Bevorzugt sind die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polymervorläuferfasern die Hochleistungsfasern, wie etwa oxidierte Acrylfaser (OPF), Aramidfasern, PBI-Fasern, etc. Bevorzugt sind die Polymervorläuferfasern Acrylfasern, ausgewählt aus Acrylnitrilhomopolymeren, Acrylnitrilmischpolymeren und Acrylnitrilterpolymeren, wobei die Mischpolymere und Terpolymere mindestens 85 Mol-% Acryleinheiten und bis zu 15 Mol-% einer oder mehrerer Monovinyleinheiten enthalten, die mit einem weiteren Polymer copolymerisiert sind. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Fasern wie in der zuvor erwähnten europäischen Veröffentlichung Nr. 0199567 offenbart, geeignet.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorteilhaft verwendet um kohlenstoffhaltige Fasern aus Polymervorläufermaterialfasern herzustellen ohne die Fasern einem Wirk/Entwirk-Schritt zu unterwerfen. Die Vorrichtung umfaßt ein Fördermittel, welches mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, in die die Fasern eingeführt werden, um die Fasern mit einer nicht linearen Gestalt zu versehen, d.h. Kräuseln der Faser ohne die Anwendung von Zugspannung auf die Faser. Das Fördermittel transportiert die Faser ohne Zugspannung oder Spannung durch eine Erwärmungszone, umfassend eine oder mehrere Erwärmungseinheiten. Eine Erwärmungseinheit kann eine Faseroxidationszone oder -stabilisierungszone umfassen. Bei einer Temperatur von 100ºC bis 250ºC wird die Faser mit einer nicht linearen temporären Fixierung versehen. Eine andere Erwärmungseinheit kann ein Heizmittel umfassen, um die Faser in einer Inertatmosphäre im wesentlichen irreversibel wärmezufixieren um eine kohlenstoffhaltige Faser mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 % herzustellen. Fasern, die von Stickstoff enthaltenden Polymermaterialien abstammen, wie etwa von Polymeren auf Acrylbasis, weisen im allgemeinen einen Stickstoffgehalt von 5 bis 35 %, bevorzugt von 16 bis 25 % und stärker bevorzugt von 18 bis 20 % auf.
• Ein vollständigeres Verstehen der Erfindung wird erhalten werden durch Bezug auf die folgende Beschreibung und die Ansprüche einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten ähnliche Teile bezeichnen.
• Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht zum Teil im Schnitt eines erfindungsgemäßen Kräuselungsmechanismus;
• Figur 2 ist eine Seitenansicht, welche einen Schnitt der Kräuseleinheit von Figur 1 zeigt; und
• Figur 3 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung.
• Obwohl in der folgenden Beschreibung aus Gründen der Klarheit spezifische Begriffe verwendet werden, sind diese Begriffe vorgesehen um lediglich die bestimmte Struktur der Erfindung, welche zur Veranschaulichung in der Zeichnung ausgewählt ist, zu bezeichnen und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung zu definieren oder zu begrenzen.
• Wie in Figur 1 zu erkennen ist, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ein mit Löchern versehenes Endlosförderband 11, welches sich um die Antriebsrollen 14, 14' bewegt und sich durch eine Umfassung oder ein Gehäuse 12 erstreckt. Das Förderband kann die Form eines Drahtgitters, eines Siebs oder eines mit Löchern versehenen Bandes haben. Das Gehäuse 12 kann ein oder mehrere Abteile zum Erwärmen und gegebenenfalls zum Kühlen enthalten. Beispielsweise wird eine Erwärmungskammer 16 bereitgestellt, die eine oder mehrere Heizvorrichtungen 17, 17' enthält, durch die eine Faser oder ein Faserstrang 18 geleitet wird, gefolgt von einer Kühlkammer 20 mit einem oder mehreren Kühlgebläsen 21. Die Faser 18 wird zuerst zwischen einen Kräuselmechanismus 13 und das mit Löchern versehene Förderband geleitet und wird durch eine Vielzahl von Fingerbauteilen 22 des Kräuselmechanismus in die Öffnungen des Förderbandes 11 gestoßen. Nach Passage durch das Gehäuse 12 wird die Faser 18 von der Aufnahmerolle 26 aufgenommen. Im Betrieb wird die Faser 18 in die Öffnungen des Förderbandes 11 durch den Kräuselmechanismus 13 eingeführt, wobei sie in einem entspannten Zustand und ohne die Anwendung von Zugspannung auf die Faser während des Förderns durch die Erwärmungskammer 16 gehalten wird.
• Wie in Figur 2 zu erkennen, umfaßt der Kräuselmechanismus 13 eine Vielzahl von Fingern 22, welche verschiebbar in Buchsen 15, die sich aus einer festen, sich hin- und herbewegenden Platte erstrecken, befestigt sind. Die Längen der Finger 22 können eingestellt werden durch ein Verschieben der Finger einwärts oder auswärts aus den Buchsen und deren Befestigung in der gewünschten Position mittels der Einstellschrauben 27. Durch Einstellen der Länge der Finger 22 kann die Tiefe einer Schleife der Faser 18, die sich durch die Öffnungen des Förderbandes erstreckt, eingestellt werden. Somit wird die Konfiguration (Kräuselweite) der Faser 18 durch die Länge der sich durch die Öffnung erstreckenden Faserschleife bestimmt. Es wird offensichtlich sein, daß mit einer gleichmäßigen Länge der Finger 22 die Faser 18 mit einer gleichmäßigen Weite einer im allgemeinen sinusförmigen Konfiguration versehen wird. In ähnlicher Weise wird, falls die Finger 22 eine nicht gleichmäßige oder unterschiedliche Länge aufweisen, die Faser mit einer entsprechenden nicht gleichmäßigen Weite einer sinusförmigen Konfiguration versehen.
• Es wird verstanden werden, daß die in der Figur veranschaulichte flache, sich hin- und herbewegende Platte durch ein Bauteil in Form einer zylindrischen Trommel ersetzt werden kann, das überhalb des Förderbandes rotierbar angebracht ist. Eine Rotation des zylindrischen Bauteils gestattet es, den an der äußeren Umfangsoberfläche des zylindrischen Bauteils angebrachten Fingern mit der Faser in Kontakt zu kommen und sie in und durch die Öffnungen des Förderbandes zu pressen. Die Finger können eine im allgemeinen röhrenförmige Gestalt aufweisen, wie in der Zeichnung veranschaulicht, oder sie können die Gestalt von relativ kurzen sich in länglicher Richtung erstreckenden rippenählichen Bauteilen haben. Wenn die Finger eine rippenähnliche Konfiguration aufweisen, haben die im Förderband bereitgestellten Öffnungen entsprechend rechteckig geformte Öffnungen, um es den Rippen zu gestatten, die Öffnungen zu durchstoßen.
• In der Seitenansicht von Figur 3 kann erkannt werden, daß die Faser 18 von einer Zufuhrrolle 28 dem mit Löchern versehenen Förderband 11 zugeführt wird. Die sich hin- und herbewegende Kräuselvorrichtung 13 mit ihren einstellbaren Fingern 22 führt die Faser 18 ein oder schiebt sie in die Öffnungen des Bandes 11, so daß die Faser 18 in eine im allgemeinen sinusförmige Konfiguration geformt wird. Nach Einführen der Faser 18 in die Öffnungen wird sie in das Gehäuse 12 gefördert ohne die Anwendung einer Spannung oder Zugspannung auf die Faser während sie in ihrer sinusförmigen Konfiguration gehalten wird. Das Gehäuse 12 kann eine oder mehrere Heizkammern 16 enthalten. Wenn eine präoxidierte oder stabilisierte Faser 18 carbonisiert wird, wird die Heizkammer 16 mit einem Inertgas befüllt. Die Carbonisierung der Faser 18 kann durchgeführt werden mittels Strahlungsheizkörpern 17, durch Bestrahlung mit einer Hochenergiequelle oder durch jedes andere in der Technik bekannte Mittel.
• Die Faser 18 wird, sobald sie in der Kammer 16 in einer nicht linearen Konfiguration wärmefixiert wurde, dann bevorzugt in Kammer 20 durch Kühlmittel 21 abgekühlt und aus dem Gehäuse herausgeführt, um auf Rolle 26 aufgenommen zu werden. Die Geschwindigkeiten des Förderbandes 11 und der Rollen 26, 28 sind synchronisiert, so daß die auf dem Förderband 11 angeordnete Faser nicht aus den Öffnungen des Förderbandes herausgezogen wird oder unter Spannung oder Zugspannung gebracht wird, während sie durch die Heizkammer 16 geleitet wird.
• Wenn die Faser eine stabilisierte oder oxidierte Polyacrylnitrilfaser umfaßt und eine Wärmefixierung und/oder Carbonisierung zu bewerkstelligen ist, wird die oxidierte Faser in einer nicht oxidierenden Atmosphäre wie etwa Stickstoff, Argon, Helium oder Wasserstoff auf eine Temperatur von 250ºC bis 1500ºC erwärmt. Die Erwärmungszone kann ein Einzel- oder ein Mehrgradientenofen sein, welcher eine Anzahl von Erwärmungszonen umfaßt. Die Inertgase können der Erwärmungszone durch eine Öffnung 19 im Gehäuse zugeführt werden oder können an verschiedenen Punkten entlang der Wegstrecke der Faser durch eine Leitung in das Gehäuse eingebracht werden.
• Die Verweilzeit der Faser in der Erwärmungszone hängt von der bestimmten verwendeten Faser ab, dem gewünschten Wärmefrixierungsgrad und der (bzw. den) verwendeten Temperatur(en).

Claims (11)

1. Vorrichtung (10) zum Kräuseln und Wärmefixieren mindestens einer Polymervorläuferfaser (18), umfassend ein Fördermittel (11) mit einer ebenen Oberfläche mit einer Vielzahl von Öffnungen, Mittel (28) zum Zuführen der Faser (18) zu dem Fördermittel (11), Kräuselmittel (13), zum Einführen der Vorläuferfaser (18) in die Öffnungen im Fördermittel (11), wobei das Fördermittel (11) die Faser (18) in einer nicht linearen Konfiguration in den Öffnungen hält, und eine Erwärmungszone (16) durch die das Fördermittel (11) und die Faser (18) geleitet werden, um die Faser wärmezufixieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermittel (11) die Faser (18) in den Öffnungen hält, ohne auf die Faser (18) Spannung oder Zugspannung auszuüben, daß die Erwärmungszone (16) mindestens eine Heizeinheit (17, 17') zum Carbonisieren der nicht linearen Vorläuferfaser (18) bei einer Temperatur von 300ºC bis 1400ºC und Mittel zum Bereitstellen eines Inertgases an der Erwärmungszone (16) umfaßt, und daß das Kräuselmittel (13) mehrere Finger oder längliche Rippen (22) umfaßt, welche Finger oder Rippen in der Länge einstellbar sind.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermittel (11) ein mit Löchern versehenes Band, Drahtgitter oder Sieb umfaßt.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kräuselmittel (13) eine drehbare zylindrische Trommel mit mehreren Fingern oder länglichen Rippen (22) umfaßt, welche aus der Umfangsfläche der zylindrischen Trommel herausragen.

4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymervorläuferfaser (18) eine Acrylfaser ist, ausgewählt aus Acrylnitrilhomopolymeren, Acrylnitrilmischpolymeren und Acrylnitrilterpolymeren, wobei die Mischpolymere und Terpolymere mindestens 85 Mol-% Acryleinheiten und bis zu 15 Mol-% einer oder mehrerer Monovinyleinheiten enthalten, die mit einem weiteren Polymer copolymerisiert sind.

5. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (28) zum Zuführen mehrerer Fasern (18) zu dem Fördermittel (11) und mehrere Faseraufnahmemittel (26), wobei die Geschwindigkeit des Fördermittels (11) und der Faserzuführ- und -aufnahmemittel (28, 26) synchronisiert sind.

6. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht lineare kohlenstoffhaltige Faser (18) keine scharfen Biegungen oder Deformationen aufweist.

7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (18) einen Durchmesser von 4 bis 20 Mikrometer und ein reversibles Nachgebeverhältnis von mehr als 1,2:1 aufweist.

8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (18) einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 5 bis 35 Gew.-% aufweist.

9. Verfahren zum Kräuseln und Wärmefixieren mindestens einer Polymervorläuferfaser (18), umfassend die Schritte Zuführen der Faser (18) zu einem mit Löchern versehenen Fördermittel (11) mit einer ebenen Oberfläche, Einführen der Faser (18) in mindestens zwei Öffnungen des Fördermittels (11), so daß die Faser (18) innerhalb der Öffnungen in einer nicht linearen Konfiguration gehalten wird und Leiten der nicht linearen Faser (18) durch eine Erwärmungszone (16) um die Faser auf eine Temperatur von 300ºC bis 1400ºC zu erwärmen, um die Faser (18) zu carbonisieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (18) in der nicht linearen Konfiguration gehalten wird ohne während des Leitens der Faser durch die Erwärmungszone (16) eine Spannung oder Zugspannung auf die Faser auszuüben und dadurch, daß die Faser (18) abgekühlt wird während sie in der nicht linearen Konfiguration ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt einer Oxidation der Faser (18) bevor die Faser (18) durch die Erwärmungszone (16) geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht lineare kohlenstoffhaltige Faser (18) keine scharfen Biegungen oder Deformationen aufweist, die Faser (18) einen Durchmesser von 4 bis 20 Mikrometer, ein reversibles Nachgebeverhältnis von mehr als 1,2:1 und einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 65 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 5 bis 35 Gew.-% aufweist.