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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von künstlichen
Fäden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung künstlicher
Fäden, wobei die ersponnenen Fäden kontinuierlich einer Regenerationsbehandlung,
Waschung, Entschwefelung, anderen NaBbehandlung, wie Avivierung oder gegebenenfalls
Entkupferung, und Trocknung unterworfen und gegebenenfalls anschließend gezwirnt
werden.
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Bei der Herstellung von Kunstseide nach dem nassen Spinnverfahren
wird die Spinnlösung, z. B. Viscose, mittels einer Spinndüse im Spinnbad koaguliert.
Der hierdurch gebildete Faden kann entweder allein durch das Spinnbad oder zusätzlich
durch ein zweites Bad gehärtet werden. Hierbei wird zumeist auch gleich eine Streckung
des frisch gesponnenen Fadens durchgeführt, während dieser zu Cellulosehydrat zersetzt
wird. Der Faden wird dann auf Spulen aufgewickelt oder in einem Spinntopf zu Kuchen
gewickelt.
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Bei diesem üblichen Verfahren muß der Faden, nachdem er auf Spulen
oder zu Kuchen gewickelt worden ist, Nachbehandlungen unterworfen werden, um die
zurückgebliebenen Salze des Herstellungsverfahrens zu entfernen, den Faden zu entsäuern,
zu bleichen, zu waschen und schließlich zu trocknen.
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Dieses übliche Herstellungsverfahren von Kunstseide hat, bedingt durch
die zahlreichen Nachbehandlungen, denen die gespulte oder zu Kuchen gewickelte Kunstseide
unterworfen werden muß, eine Reihe von Nachteilen. Ein Nachteil besteht darin, daß
zwischen dem Anfang und dem Ende eines Fadens in einem
Kuchen, einer
Spule oder.einem Wickel leicht- Unregelmäßigkeiten im Faden entstehen, da für den
Anfang und das Ende des Fadens die Koagulation oft nicht unter denselben Bedingungen
erfolgt, während bei der Einwirkung der Nachbehandlungsbäder auch ein Unterschied
zwischen der Innenseite und der Außenseite der Spule, des Wickels oder des Kuchens
auftreten kann. Auch während der Trocknung in der genannten Form treten oft Unterschiede
in der Spannung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Kuchens, der Spule
oder des Wickels auf.
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Aus diesem Grunde ist man bei der Herstellung von Kunstseide und anderen
künstlichen Fäden dazu übergegangen, die Herstellung des Fadens kontinuierlich durchzuführen,
und es sind auch schön verschiedene Verfahren zu diesem Zweck vorgeschlagen worden,
um den Faden kontinuierlich durch die verschiedenen für die Koagulation und die
Nachbehandlungen benutzten Bäder zuführen. Nach einigen dieserVerfahren wird der
Faden aufeinanderfolgend in eine Reihe von die verschiedenen Bäder enthaltenden
Behältern eingetaucht; andere Verfahren beruhen auf dem Benetzen des Fadens, der
sich über eine Anzahl von kompliziert beweglichen Scheiben bewegt, die zugleich
eine Fortführung vier Fadenwindungen auf den Scheiben bewirken. Noch andere Verfahren
beruhen auf dem Benetzen der auf zwei Zylinder gewickelten Fadenwindungen, deren
Achsen etwas konvergieren und die mit Vorrichtungen versehen sind, um den Behälter
mit der Gießflüssigkeit in einer der Bewegung der Fadenwindungen entgegengesetzten
Richtung zu bewegen, und mit anderen Vorrichtungen, um den'Zusammenfluß der Bäder
zu verhindern.
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Die bisher für den genannten Zweck vorgeschlagenen Verfahren haben
alle den Nachteil, daß sie kompliziert sind und große und kostspielige Vorrichtungen
erfordern, und zwar sowohl hinsichtlich der Konstruktion als auch der Unterhaltung,
da ja mit Bädern aus ätzenden Flüssigkeiten gearbeitet wird.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren offenbart, das sehr einfach
ist und keine,komplizierten Vorrichtungen erfordert. Auch können zur Durchführung
des neuen Verfahrens dieselben Maschinen benutzt werden, die bisher für das übliche
diskontinuierliche Verfahren benutzt werden, und sie brauchen hierzu nur etwas abgeändert
zu werden.
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Das neue Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß die Einwirkung einer
Behandlungsflüssigkeit auf einen sich bewegenden Faden unter Umständen sehr stark
sein kann. Dies trifft z. B. zu, wenn der von unten nach oben geführte Faden von
oben her gegen die Bewegungsrichtung mit Behandlungsflütssigkeit benetzt wird.
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Für eine gute Einwirkung der Behandlungsflüssigkeit ist es jedoch
erforderlich, daß das zu behandelnde Fadenstück bei einer Aufwärtsbewegung lotrecht
oder nahezu lotrecht gerichtet ist und daß auch die den Faden von oben her benetzende
Flüssigkeit letzteren vollkommen einschließt und auch zwischen die einzelnen Fäden,
aus welchen der ganze Faden besteht, eindringt.
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Um das genannte Ziel zu erreichen, darf der Faden in der Behandlungsstrecke
nicht unter starker Spannung stehen, auch darf er nicht gedreht oder gezwirnt sein,
und er darf auch innerhalb der Behandlungsstrecke nicht mit mechanischen Führungsorganen,
wie Fadenführungsstäben oder Ösen, Führungsrollen usw., in Berührung gebracht werden.
Auch darf das Gießgefäß oder die Vorrichtung, aus der das Benetzen des Fadens mit
Flüssigkeit erfolgt, nicht mit dem Faden in Berührung kommen.
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Wenn diesen Bedingungen entsprochen und somit eine besonders gute
Wirkung erzielt wird, nimmt der Faden in der Behandlungsstrecke eine sehr charakteristische
Form an, indem er infolge der anhängenden und aufgenommenen Flüssigkeit sehr wesentlich
aufquillt.
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Die beschleunigte Einwirkung ist bei allen Arten der nassen -Nachbehandlung,
wie bei der Nachfixierung des noch nicht ganz zersetzten Fadens oder beim Entsalzen,
Entsäuern, Auswaschen, Entschwefeln, gegebenenfalls Entkupfern, Bleichen, der Antichlorbehandlung
oder Avivierung, stets gleich auffällig.
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Diese Behandlung des Fadens mit einem Strahl Flüssigkeit wird nacheinander
mit den verschiedenen Bädern wiederholt. Zu diesem Zweck wird der Faden, der die
Strecke nach oben zurückgelegt hat und der Wirkung des ersten Bades unterworfen
worden ist, über eine Scheibe geschickt, dann nach unten und wiederum nach oben
geführt, wobei er der Einwirkung des zweiten Bades unterworfen wird, und so weiter,
bis die gesamte Behandlung des Fadens stattgefunden hat. Danach kann der Faden,
ebenfalls kontinuierlich, getrocknet und schließlich auf Spulen oder ähnliche Vorrichtungen
aufgewickelt werden.
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Beim halbkontinuierlichen Verfahren kann man den naß nachbehandelten
Faden auf Spulen oder zu abnehmbaren Wickeln aufwickeln oder in Form von Kuchen
in Spinntöpfen sammeln und diese Erzeugnisse in Spulen-, Wickel- oder Kuchenform
in bekannter Weise trocknen und weiterverarbeiten. Dabei kann gegebenenfalls auch
zur Verbesserung der Festigkeit vor oder zwischen den verschiedenen nassen Behandlungen
eine Streckung der Fäden durchgeführt werden.
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Unter Anwendung des neuen Verfahrens wird eine derart schnelle und
wirksame Einwirkung der Behandlungsbäder auf den Faden erzielt, daß bei einer Laufgeschwindigkeit
des Fadens von mehr als 6o m/Min. für die Behandlung eine vertikale Strecke von
etwa 7o cm genügt, um eine vollständige Zersetzung, Entschwefelung oder andere Behandlung
des Fadens zu erzielen.
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Diese Reaktionsgeschwindigkeit ist der Tatsache zuzuschreiben, daß
die Berührungsfläche des Fadens oder des Einzelfadens mit der Flüssigkeit maximal
ist, und zwar aus den folgenden Gründen: i. Die Einzelfäden sind untereinander nicht
verzwirnt, so daß die Flüssigkeit ungehindert zwischen sie eindringen kann; a. die
Fäden werden nicht wie bei anderen Verfahren von irgendwelchen Organen gestützt
oder geführt, und sie haben daher vollständige Bewegungsfreiheit; 3. die Flüssigkeit,
die den Faden umgibt, bewegt sich in fallender, der Faden dagegen in steigender
Richtung,
wodurch die bekannten Vorteile des Gegenstromprinzips erzielt werden; 4. das Waschen
erfolgt ebenfalls rationell und methodisch, weil das Wasser in einer der Bewegung
des Fadens entgegengesetzten Richtung umläuft.
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Zur Vervollkommnung des kontinuierlichen Verfahrens wird der Faden
auch kontinuierlich getrocknet, was auf jede an sich bekannte Weise, wie durch Führen
über erhitzte metallische Zylinder, Rollen od. dgl., erfolgen kann.
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Wenn der Faden die Spinndüse verläßt, kann er während der Koagulation
auf bekannte Weise mit Hilfe einer Stufenscheibe einer Vorstreckung und während
der Trocknung dann einer graduellen Nachstreckung unterworfen werden. Das ist sehr
wichtig, wenn Kunstseide mit hoher Festigkeit hergestellt werden soll, die für die
Herstellung von Kunstseide für Reifeneinlagen bestimmt ist.
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Das neue Verfahren wird an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher
beschrieben.
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Fig. i zeigt schematisch einen vertikalen Schnitt einer zur Durchführung
des Verfahrens eingerichteten Spinnmaschine; Fig.2 zeigt perspektivisch ein Schema
der Bewegung des Fadens und das Rohrsystem, aus dem der Faden allseitig mit der
Behandlungsflüssigkeit benetzt wird; Fig.3 zeigt eine Einzelheit der Aufstellung
der Fadenführungsrollen, um den Faden leicht über die Scheiben zu führen.
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Die zur Durchführung dieses Verfahrens benutzte Vorrichtung kann,
wie es bei der Herstellung von Kunstseide üblich ist, aus einer größeren oder kleineren
Anzahl von nebeneinander aufgestellten Einheiten bestehen, in denen je ein Faden
behandelt wird. Jede Einheit, wie in Fig. i schematisch dargestellt ist, besteht
aus einer Spinndüse i, durch die der Faden im Koagulationsbad gebildet wird, und
einer oberen Rolle 5, über welche in Kombination mit einem Führungszylinder 6 der
aus der Spinndüse kommende Faden .4 nach dem Passieren des Fadenführers 3 einige
Male gewickelt wird. Diese Organe sind bereits bei der üblichen Spinnmaschine zum
diskontinuierlichen Spinnen bekannt, aber bei der Durchführung des neuen Verfahrens
werden sie mit den besonderen nachstehend noch beschriebenen Vorrichtungen kombiniert.
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Hinter dem Raum 26 für die Koagulationsflüssigkeit sind mehrere Räume
27, 28, 29 usw. als Auffangräume für die für die Nachbehandlung benutzten Flüssigkeiten
angeordnet, in denen jeweils eine oder mehrere Führungsrollen 7, 8, 9 usw. für den
Faden gelagert sind. Über diesen Behältern und Rollen sitzen auf der Rolle 5 die
Rollen io, ii, i2, 13, und der Führungszylinder 6 ist seitlich so weit verlängert,
daß er auch als Führungszylinder für die zuletzt genannten Rollen dient. Der Faden
4 bewegt sich vom Fadenführer 3 in senkrechter Richtung nach oben und wird dann
um die Rolle 5 und den Führungszylinder 6 in zwei oder mehr Windungen herumgeführt.
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Nachdem der Faden um die Rolle 7 und durch den Raum 27 geführt worden
ist, steigt er wieder senkrecht nach oben und wird dann über die Rolle io geführt,
die einen größeren Durchmesser als die Rolle 5 hat, wodurch eine Vorstreckung des
Fadens erzielt wird. Auf der Rolle io werden wieder wie auf der Rolle 5 zwei oder
drei Windungen hergestellt, worauf der Faden um die Rolle 8 geführt wird. Die weitere
Führung des Fadens durch die anderen Bäder und die zugehörigen Rollen erfolgt in
der beschriebenen Weise.
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Für jeden Faden 4 ist für dessen aufsteigenden Teil erfindungsgemäß
ein Gießkopf 30, 31, 32 usw. mit Abflußrohr 38 (Fig. 2) vorgesehen, aus welchem
der ansteigende Faden mit der Behandlungsflüssigkeit der jeweiligen Behandlungsstufe
benetzt und ganz umspült wird; die vom Faden nach unten ablaufende Flüssigkeit wird
in den entsprechenden Räumen 27, 28, 29 usw. aufgefangen.
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Die genannten Gießköpfe 30, 31, 32 usw. sind je durch eine mit Hahn
35 versehene Rohrleitung mit einem Vorratsbehälter 39 für die Behandlungsflüssigkeit
verbunden, und sie werden von einem hinter der Maschine angeordneten Arm 37 gehalten,
durch den sie so auf den Faden 4 eingestellt werden können, daß das Abflußrohr 38
des Gießkopfes den Faden teilweise umschließt, ohne diesen indessen zu berühren.
Lm die Laufrichtung des Fadens zu regulieren und eine Berührung des Gießkopfes durch
den Faden zu verhindern, kann oberhalb des Gießkopfes auch noch ein Fadenführer
46 (Fig. 2) angeordnet werden.
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Die in den Räumen 27, 28, 29 aufgefangene Flüssigkeit kann nach der
erforderlichen Reinigung aufs neue zum Umlauf benutzt werden.
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In der beschriebenen Weise wird der Faden den für die Herstellung
geeigneten Behandlungen, d. h. insbesondere der Koagulation, Fixierung, Waschung,
Entschwefelung, Waschung und Avivierung unterworfen, worauf er getrocknet wird.
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Um das Trocknen des Fadens kontinuierlich über dieselbe Achse der
Rollen 5, io, ii usw. durchführen zu können, ist ein metallischer konischer Zylinder
ig vorgesehen, der auf irgendeine geeignete Weise von innen her beheizt werden kann
und um den der Faden, von einem dem Führungszylinder 6 gleichen Führungszylinder
18 geführt, wiederholt herumgewickelt ist. Der auf diese Weise getrocknete Faden
2o geht gleich zur Aufwickelvorrichtung weiter.
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Da der Faden beim Trocknen schrumpft, muß der Zylinder ig konisch
sein, wenn man keine latente Schrumpfung im Faden wünscht. Wenn jedoch für einen
bestimmten Zweck eine gewisse latente Schrumpfung erwünscht ist, wie für Reifenseide,
so kann durch die Änderung der Konizität jeder Grad an Schrumpfung erzielt werden.
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Durch Fig.3 wird die Einrichtung näher veranschaulicht, durch die
die Lage des Zylinders 6 in bezug auf die Achse der oberen Rollen 5, io, ii usw.
und somit auch der Umlauf des Fadens über diese Rollen geregelt werden kann. Zu
diesemZweck ist dieAchse4o, auf welcher der Zylinder 6 schnell rotiert, der Höhe
nach verschwenkbar an einen Drehzapfen 41 einer am Rahmen der Maschine befestigten
Konsole 42 angelenkt, und sie ist auf einer Stellschraube 43 abgestützt, die durch
eine in der Konsole befestigten Mutter 44 hindurchgeht. Wird daher die Schraube
43
durch den Griff 45 gedreht, so läßt sich die Lage der Achse 40
genau einregulieren.
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In gleicher Weise wird auch die Achse des Zylinders 18 gelagert, der
die Bewegung des Fadens entlang dem Zylinder ig regelt.
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Der vom Trockenzylinder kommende Faden 2o wird unter Verwendung an
sich bekannter Vorrichtungen aufgewickelt. Vorzugsweise wird jedoch eine Ringzwirnvorrichtung
benutzt, wie es schematisch in Fig. i dargestellt ist.
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Bei dieser Vorrichtung wird der Faden 2o auf einer Spule 24 aufgewickelt,
die von einem Elektromotor 25 angetrieben wird, der auf zwei Geschwindigkeiten eingestellt
werden kann. Zwischen dem Elektromotor und der Spule ist eine Schlüpfkupplung 23
angeordnet, die unter bestimmten Bedingungen ein Schlüpfen der Spule ermöglicht.
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Der Faden 2o geht durch einen Fadenführer 21 und danach über einen
Läufer, der wie beim kontinuierlichen Ringspinnen über einen Ring 22 gleitet, der
durch einen Maschineneinzelteil gehoben und gesenkt wird, so daß der Faden in der
gewünschten Weise auf der Spule aufgewickelt wird.
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Beispiel i Eine normale Viscose mit 6 % Cellulose und 71)/, NaOH wird
in einem Schwefelsäurebad von 70/() H2 S 04, das auch Zink- und Natriumsalze enthält
und ein spezifisches Gewicht von 1,3 bei 2o° hat, koaguliert. Der so erhaltene Faden,
der auf der Strecke von der Spinndüse nach der Rolle 5 über den Fadenführer 3 seine
erste Einwirkung erfährt, wird hierauf der gleichzeitigen Wirkung der Quellung im
Bade 27, Streckung zwischen den Rollen 5 und io und der Dexanthogenierung und Regeneration
durch Benetzung mittels Schwefelsäure aus dem Gießkopf 30 unterworfen, wobei die
Schwefelsäure z. B. in einer Konzentration von z. B. 3 % und mit einer Temperatur
von etwa 85° angewendet wird. Der Faden wird dann mit reinem Wasser einer Temperatur
von ungefähr 8o° aus dem Gießkopf 31 gewaschen und geht dann weiter, bis auf ihm
aus dem Gießkopf 32 zwecks Entschwefelung eine wäßrige Lösung von Schwefelnatrium
(i,5%ig) zur Einwirkung kommt. Der Faden wird dann von neuem mit Wasser von 8o°
aus dem Gießkopf 33 gewaschen, und er gelangt dann in den Benetzungsstrahl des Gießkopfes
34, aus dem eine 2%ige Emulsion eines halb verseiften Fettes ausfließt. Danach geht
der Faden zum Trockenzylinder ig, der mit einer Temperatur von i25° und einer Umfangsendgeschwindigkeit
von 5o m je Minute und mit 2o Windungen umläuft.
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Der vom Trockenzylinder kommende trockene Faden 2o wird dann gezwirnt
und auf der Spule 24 aufgewickelt, nachdem er zuvor durch den Läufer 22 gezogen
worden ist. Um das Einziehen des Fadens zu erleichtern, wird für den Antrieb der
Spule zweckmäßig ein Motor 25 benutzt, der auf zwei Geschwindigkeiten eingestellt
werden kann. Anstatt den zu behandelnden Faden in der Behandlungsstrecke genau senkrecht
zu führen, kann man ihn gegebenenfalls auch in einem geringen Winkel zur Senkrechten
(bis zu etwa 5°) laufen lassen, wenn genügend Behandlungsflüssigkeit zugeführt wird.
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Gegebenenfalls kann der ansteigende Fadenteil jeweils auch zugleich
zwei Behandlungen unterworfen werden, wenn eine Vermischung der beiden Behandlungsflüssigkeiten
zulässig ist, in welchem Falle dann zwei Gießköpfe für dieselbe Fadenstrecke übereinander
angeordnet werden.
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Diese Maßnahme ist z. B. ausführbar, wenn bei dem Viscosespinnverfahren
nach der Entschwefelung gleich das Avivieren durchgeführt werden soll. In diesem
Falle wird unterhalb der oberen Fadenführung der Gießkopf für die Avivage und etwas
weiter nach unten der Gießkopf für das Waschwasser angeordnet, wodurch das sich
noch am @ Faden befindliche Entschwefelungsmittel der vorangehenden Behandlung ausgewaschen
wird.
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Beispiel 2 Normale Viscose, die aus Cellulose mit wenig Hemicellulose
unter Anwendung einer verkürzten Vor- und Nachreifung hergestellt ist, wird mit
den üblichen Spinndüsen in einem Müllerbad zu einer Kunstseide von iioo Denier mit
275 Einzelfäden, somit einem Einzeldenier von 4 versponnen. Der aus dem Spinnbade
kommende Faden wird wie in Fig. i in mehreren auf und ab gehenden Schlaufen abgeführt
und in den ansteigenden Teilen der zurückgelegten Strecke mit den verschiedenen
Nachbehandlungsflüssigkeiten nachbehandelt und schließlich über eine Trockenvorrichtung
der Zwirn- und Aufwickelvorrichtung zugeführt.
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Der aus dem Sammelbehälter 27 ansteigende Faden wurde zur vollständigen
Zersetzung aus dem Gießkopf 3o mit verdünntem Spinnbad von 85° begossen, das 3 %
Schwefelsäure enthielt.
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Die darauffolgenden ansteigenden Fadenstücke wurden nacheinander aus
den Gießköpfen 31, 32, 33 und 34 mit Waschwasser von 8o°, i,5%iger Schwefelnatriumlösung,
Waschwasser von 8o° und schließlich mit einer 2%igen Avivagelösung behandelt.
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Die Neigung jedes der behandelten Fadenteile zur Senkrechten betrug
in keinem Falle mehr als 3°.
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Die Länge der Stücke, in denen der Faden behandelt wurde, d. h. der
Abstand vom Gießkopf bis zur Badoberfläche der Sammelbehälter, betrug 8o cm.
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Die aus jedem der Gießköpfe dem betreffenden FadenteilzugeführteFlüssigkeitsmenge
betrug 6oocm3 pro Minute. Unter diesen Umständen vollzogen sich die Entsäurung,
die Entschwefelung, das Auswaschen und die Avivage einwandfrei. Der getrocknete
und gezwirnte Faden war neutral, hatte eine hohe Festigkeit und konnte sehr gut
für die Verarbeitung mit Gummi zwecks Herstellung von Reifen für Fahrzeuge benutzt
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür benutzte Vorrichtung
sind keineswegs an die Benutzung von Viscose als Spinnflüssigkeit gebunden, sondern
sie können für jede Art Spinnflüssigkeit benutzt werden, die auf nassem Wege, d.
h. mit Hilfe von Spinnbädern, verarbeitet werden.
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Auch können an dem Verfahren und der Vorrichtung Änderungen vorgenommen
werden. So ist es,
ohne das Prinzip dieser Erfindung zu verlassen,
möglich, den Faden nicht sogleich zu zwirnen oder kontinuierlich zu trocknen, sondern
den gewaschenen Faden auf Spulen zu wickeln oder in die Form sogenannter Zwirnwickel
zu bringen oder in einen Spinntopf laufen zu lassen.