EP1937877A2

EP1937877A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von stapelfasern aus schmelzgesponnenen hohlfasern

Info

Publication number: EP1937877A2
Application number: EP06806249A
Authority: EP
Inventors: Mathias Gröner-Rothermel; Horst Kropat
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-07-02
Also published as: WO2007042311A2; CN101287863A; WO2007042311A3

Abstract

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Stapelfasern aus schmelzgesponnenen Hohlfasern beschrieben. Um die Herstellung mit möglichst geringem apparativen Aufwand betreiben zu können, werden die Hohlfasern in einem kontinuierlichen Faserfluß vom Schmelzspinnen bis zum Zerschneiden geführt, wobei die Hohlfasern beim Schmelzspinnen einer Polymerschmelze jeweils durch eine ringsegmentförmige Düsenöffnung mit einem Hülldurchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm und einem Hohlanteil von max. 60 % vorzugsweise max. 40 % extrudiert werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stapelfasern aus schmelzgesponnenen Hohlfasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern aus schmelzgesponnenen Hohlfasern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Bei der Stapelfaserherstellung aus schmelzgesponnenen Fasern ist es bekannt, dass zunächst in einem Schmelzspinnprozess die Fasern aus einer Polymerschmelze extrudiert und zu Fasersträngen geführt werden. In dem Schmelzspinnprozess können dabei Fasern mit unterschiedlichen Querschnittsformen oder Querschnittsflächen wie beispielsweise runde oder profilierte mit einem Vollquerschnitt oder Hohlquerschnitt extrudiert werden. Hierbei scheint die Herstellung von Hohlfasern in jüngster Zeit an Bedeutung zu gewinnen, da sich damit der Materialaufwand bei gleichen Faserdurchmessern reduziert werden kann.

So ist aus der EP 0 750 691 Bl ein Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern aus schmelzgesponnenen Hohlfasern bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird • in einem Schmelzspinnprozess zunächst eine Hohlfaser erzeugt und zwischengespeichert. In einem Folgeprozess werden die Hohlfasern gekräuselt und zu Stapelfasern geschnitten. Derartige zweistufige Prozesse besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass eine Zwischenspeicherung der Hohlfaser erforderlich ist. Andererseits muss beim Extrudieren einer Hohlfaser die Prozessgeschwindigkeit im besonderen Maße auf den Abzug und Abkühlung zur Ausbildung der Hohlfaser abgestimmt sein. So wird bei dem bekannten Schmelzspinnen einer Hohlfaser zunächst ein offenes Hohlprofil extrudiert. Eine zu langsame Abzugsgeschwindigkeit führt dann dazu, dass eine schnelle Abkühlung an der Faser eintritt, so dass keine Verklebung an den offenen Profilstellen eintreten kann. Zu hohe Ab- Zugsgeschwindigkeiten fuhren demgegenüber zu einer zunehmenden Verstre- ckung, so dass sich die Hohlfaser zunehmend verschließt und somit ein unzureichender Hohlanteil in der Faser verbleibt.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern 5 aus schmelzgesponnenen Hohlfasern der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, bei welchem eine wirtschaftliche Herstellung mit möglichst geringem apparativen Aufwand möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen 10 nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 13 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Größe des Extrusions- querschnittes der Hohlfaser einen wesentlichen Einfluß auf den Nachfolgeprozess bis zur Herstellung einer Stapelfaser ausübt. Insoweit hat sich gezeigt, dass bestimmte Querschnittsverhältnisse im Bezug auf das Schmelzspinnen und Zer-

20. schneiden der Fasern bei einem kontinuierlichen Faserfluss einzuhalten sind. Die Erfindung, bei welcher das Schmelzspinnen der Hohlfasern durch eine ringseg- mentförmige Düsenöffnung mit einem Hülldurchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm und einem Hohlanteil von max. 60 %, vorzugsweise max. 40 % erfolgt, führt bei einem kontinuierlichen Faserfluss vom Schmelzspinnen bis zum 5 Zerschneiden zu einer Hohlfaser mit ausreichender Stabilität und Hohlanteil. Somit lassen sich Stapelfasern bei Einsatz minimaler Polymerschmelzen herstellen, die in äußeren Abmaßen und Erscheinungsbild im wesentlichen den Fasern mit Vollquerschnitt entsprechen. So lassen sich beispielsweise derartige Stapelfasern bevorzugt in der Endanwendung als Füllmaterial verwenden, um besonders leich- 0 te Füllungen wie beispielsweise für Bettdecken oder Schlafdecken zu erhalten. Der Hohlanteil der Stapelfaser führt zudem zu einer erhöhten Steifigkeit. Um einerseits die Ausbildung der Hohlfaser durch Verschmelzen des Extrusi- onsprofils 2x1 gewährleisten und andererseits einen ausreichenden Hohlanteil der Hohlfaser im Endtiter zu garantieren, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbil- düng des erfindungsgemäßen Verfahrens der Mindestdurchsatz pro Düsenöffnung in Abhängigkeit vom Endtiter und Verstreckung der Hohlfaser in einem Bereich vom 0,05 g/min, bis 0,95 g/min, eingegrenzt.

Um dennoch eine für die Herstellung von Stapelfasern wirtschaftliche Größe von mindestens sechs Tonnen pro Tag zu erreichen, ist die Verfahrensvariante bevorzugt verwendet, bei welchem die Hohlfasern durch eine Ringspinndüse mit einer Vielzahl von 8.000 bis 100.000 Düsenöffhungen extrudiert werden.

Es hat sich gezeigt, dass bei der Herstellung von Stapelfasern bei einem kontinu- ierlichen Faserfluss vom Schmelzspinnen bis zum Zerschneiden die Abzugsgeschwindigkeit in dem Bereich von 10 m/min, bis 100 m/min, einzuschränken ist, um den Anteil der nicht geschlossenen Extrusionsprofile aufgrund mangelnder Verschmelzung so gering wie möglich zu halten.

Dabei wird die Abkühlung der Hohlfaser unmittelbar nach dem Extrudieren bevorzugt durch einen begrenzten Kühlluftstrom eines unmittelbar unterhalb der Ringspinndüse angeordneten Blaskopf erzeugt.

Hierbei wird der Kühlluftstrom in Abhängigkeit von dem Endtiter der Hohlfaser mit einer Blasgeschwindigkeit von 4 m/sec. bis 15 m/sec. erzeugt. Die höheren Blasgeschwindigkeiten werden hierbei bevorzugt zur ungleichmäßigen Abkühlung der Faser eingesetzt, um beispielsweise 3D-Kräuseleffekte zu erzielen.

Um bei den vorgegebenen Abzugsgeschwindigkeiten im Bereich von 10 m/min. bis 100 m/min, einen Endtiter mit ausreichendem Hohlanteil zu halten, wird die

Hohlfaser nach dem Schmelzspinnen durch ein erstes Streckwerk mit mehreren Streckwalzen abgezogen und anschließend durch ein oder mehrere folgende Streckwerke zu einem Endtiter der Hohlfaser im Bereich von 1 den. bis 20 den. verstreckt. Derartige Fasern sind insbesondere als Füllmaterial geeignet.

Um während des Versteckens ein Mindesthohlraum innerhalb der Faser zu erhalten, wir die Hohlfaser innerhalb einer ersten Streckstufe durch einen Heizstreckkanal geführt und auf eine Temperatur von >55°C erwärmt. Die Erwärmung wird abhängig vom Polymertyp unmittelbar durch eine Heißluft, Heißwasser in Form eines Wasserbades oder einen Heißdampf erfolgen. Als Mindesthohlanteil liegt hierbei vorzugsweise oberhalb 8 % vorzugsweise oberhalb 10 %.

Vor dem Zerschneiden der Hohlfaser wird diese gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Behandlungsstufe gekräuselt. Die Kräuselung erfolgt dabei bevorzugt durch zwei zusammenwirkende WaI- zen, die die Hohlfasern in eine Stauchkammer fördern.

Alternativ ist jedoch auch möglich, eine sogenannte 3D-Kräuselung in den Fasern durch eine ungleichmäßige Abkühlung einer Faserinnenseite und einer Faseraußenseite an der Hohlfaser zu erzeugen.

Die Hohlfaser wird beim Zerschneiden bevorzugt in eine Faserlänge gebracht, die im Bereich von 3 mm bis 100 mm liegt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die erfindungsgemä- ße Vorrichtung eine Spinneinrichtung mit einem Spinndüsenmittel auf, das eine Vielzahl von ringsegmentformigen Düsenöffhungen enthält, welche Düsenöffnungen jeweils einen Hüllendurchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm und einen Hohlanteil von max. 60 % vorzugsweise max. 40% aufweist, wobei die Spinneinrichtung mit den Behandlungseinrichtungen und einer Schneideinrich- tung zu einer Faserstraße mit einem kontinuierlichen Faserfluß angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den besonderen Vorteil, dass selbst bei relativ niedrigen Abzugsgeschwindigkeiten eine sichere Herstellung von Hohlfasern möglich ist.

Um in Abhängigkeit von der Abzugsgeschwindigkeit und den Kühlverhältnissen eine Verschmelzung des offenen Extrusionsprofiles nach dem Extrudieren zu erhalten, werden die Düsenöffnungen der Spinndüsenmittel bevorzugt durch ein oder mehrere Öffhungssegmente gebildet, wobei der Abstand zwischen den Enden der Öffhungssegmente im Bereich von 0,03 mm bis 0,3 mm ausgebildet ist.

Dabei können die Öffhungssegmente der Düsenöffnungen unabhängig von einem Teilungswinkel mit einem im wesentlichen gleichgroßen Öffhungsquerschnitt ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Öffhungssegmente mit unterschiedlichen Öffhungsquerschnitten beispielsweise profilierte Hohlfasern herzustellen. Für das Ausspinnen der Hohlfasern hat sich dabei eine Kapillarlänge der Düsenöffnungen im Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm als besonders günstig herausgestellt.

Als Spinndüsenmittel werden bevorzugt Ringspinndüsen eingesetzt, die eine Anzahl von mindestens 8.000 bis 100.000 Düsenöffnungen aufweisen. Insoweit sind die für die Herstellung von Stapelfasern üblichen Produktionsmengen gewährleistet.

Um bei der großen Anzahl von Düsenöffnungen innerhalb der Ringspinndüse eine gleichmäßige Füllung und einen gleichmäßigen Durchsatz durch die Düsenöff- nungen zu erhalten, ist die Ausbildung der Ringspinndüse besonders vorteilhaft, bei welcher eine Düsenplatte auf einer Oberseite eine umlaufende Verteilernut aufweist und bei welcher die Düsenöffnungen im Nutgrund der Verteilernut ausgebildet sind.

Hierbei lässt sich die Füllung der Düsenöffnungen dadurch verbessern, dass jeder Düsenöffnung im Nutgrund der Verteilernut eine Schmelzebohrung mit einem Bohrungsdurchmesser vorgeordnet ist, welcher größer ist als der Hülldurchmesser der Düsenö ffiiung.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind besonders geeignet, um Stapel-Hohlfasern aus einem PES-Kunststoff herzustellen. Grundsätzlich können jedoch auch andere Materialien wie PP oder PA- Kunststoffe verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungs- beispiels eine erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht einer Ringspinndüse aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1

Fig. 3 schematisch ein Querschnitt einer Düsenöffnung der Ringspinndüse aus Fig. 2

Fig. 4 schematisch ein Extrusionsquerschnitt der Düsenöffnung aus Fig. 3 Fig. 5 und

Fig. 6 schematisch einige Ausführungsbeispiele von Extrusionsquerschnitten einer Düsenöffnung

Fig. 7 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Stapelfasern aus schmelzgesponnenen Hohlfasern schematisch dargestellt. Derartige Vorrichtungen sind in der Fachwelt allgemein als Kurzspinnanlagen zur Herstellung von Stapelfasern bekannt. Die Kurzspinnanlagen werden mit Prozessgeschwindigkeiten im Bereich von max. 300 m/min, betrieben und werden für Produktionskapazitäten von bis zu 50 t/Tag eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung entspricht in ihrem Aufbau derartigen Kurzspinnanlagen und weist hierzu eine Spinneinrichtung 1, mehrere der Spinneinrichtung 1 folgende Behandlungseinrichtungen 2, sowie eine Schneideinrichtung 3, die hintereinander zu einer Faserstraße zusammengestellt sind, um einen kontinu- ierlichen Faserfluß vom Schmelzspinnen bis hin zum Zerschneiden der schmelzgesponnenen Fasern zu ermöglichen.

Die Spinneinrichtung 1 besitzt mehrere nebeneinander angeordnete Spinnstellen 4.1, 4.2 und 4.3. Die Anzahl der Spinnstellen des in Fig. 1 gezeigten Ausfüh- rungsbeispiels ist beispielhaft. Jede der Spinnstellen 4.1 bis 4.3 ist identisch aufgebaut, so dass diese anhand der Spinnstelle 4.1 näher erläutert wird.

Zum Extrudieren einer Vielzahl von Hohlfasern sind der Spinneinrichtung 1 mehrere Spinndüsenmittel zugeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel durch Ringspinndüsen 5 gebildet sind. Die Ringspinndüse 5 weist, an ihrer Unterseite eine Vielzahl von ringsegmentförmigen Düsenöffhungen auf. Der Aufbau und die Ausgestaltung der ringsegmentförmigen Düsenöffhungen innerhalb der Ringspinndüsen 5 werden nachfolgend noch näher erläutert. Die Ringspinndüsen 5 weisen eine hohe Anzahl von derartigen Düsenöffhungen auf, die je nach Durchmesser der Ringspinndüse eine Anzahl von 100.000 Düsenöffhungen pro Ringspinndüse erreichen können. Die Düsenöffhungen können hierbei in einer ringförmigen oder rechteckigen Anordnung in der Ringspinndüse 4 angeordnet sein. Die Ringspinndüse 5 ist in der Spinnstelle 4.1 oder 4.2 oder 4.3 mit einer Schmelzequelle (hier nicht dargestellt) verbunden, die der Ringspinndüse 5 eine Polymerschmelze unter Druck zuführt. Als Schmelzequellen sind grundsätzlich Extruder, Pumpen oder Kombinationen von beiden geeignet, um einen Schmelze- str_öm der Ringspinndüse 5 zuzuführen. Die Ringspinndüsen 5 der Spinnstellen 4.1, 4.2 und 4.3 sind gemeinsam in einem beheizten Spinnbalken 16 angeordnet. Unterhalb des Spinnbalkens 15 ist in jeder der Spinnstellen 4.1 bis 4.3 jeweils ein zentrisch zu der Spinndüse 5 angeordneter Blaskopf 6 angeordnet. Der Blaskopf 6 weist im Zentrum eine Kühlluftzufuhr auf, die über einen am Umfang des Blaskopfes 6 angeordnete Blasdüse verbunden ist. Bei dem Blaskopf 6 wird ein Kühlluftstrom aus der am Umfang ringförmig ausgebildeten Blasdüse ausgeblasen, so dass die Kühlluft den durch die Faserstränge gebildeten ringförmigen Schleier von innen nach außen durchdringt und zur Abkühlung der extrudierten Hohlfasern führt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kühlluft den Blaskopf 6 von oben durch den Spinnbalken 15 zugeführt. Es ist jedoch auch möglich, die Kühlluftzufuhr seitlich neben den austretenden Fasersträngen zu platzieren.

Zur Führung und Behandlung der extrudierten Hohlfasern 17 sind der Spinnein- richtung 1 mehrere Behandlungseinrichtungen 2 nachgeordnet. Zunächst ist der Spinneinrichtung 1 unmittelbar eine Abzugseinrichtung 7 zugeordnet. Die Abzugseinrichtung 7 enthält pro Spinnstelle 4.1 bis 4.3 Mittel zum Präparieren und Führen der Hohlfasern 17 zu einem Faserstrang 18. So lässt sich beispielsweise bei der Präparierung ein Präparationsmittel durch Walzen auf die Hohlfasern auf- bringen. Die Abzugseinrichtung.7 ist unterhalb der Spinneinrichtung 1 angeordnet. Durch die Abzugseinrichtung 7 werden die Hohlfasern 17 in den Spinnstellen 4.1 bis 4.3 aus einer vertikalen Führung herausgelenkt und zusammengeführt. Die Vielzahl der derart gebildeten Faserstränge 18, die auch als Tow oder Spinnkabel bezeichnet werden, werden dabei durch ein ersten Streckwerk 8.1 abgezogen. Das Streckwerk 8.1 ist unmittelbar neben der Abzugseinrichtung 7 angeordnet.

Im Streckwerk 8.1 folgt zumindest ein weiteres Streckwerk 8.2, wobei jedes der Streckwerke 8.1 und 8.2 über mehrere Streckwalzen 9 verfügt. Die Faserstränge 18 werden mit einfacher Umschlingung an den Streckwalzen 9 geführt. Die Streckwalzen 9 der Streckwerke 8.1 und 8.2 sind angetrieben, wobei die Streckwalzen 9 der Streckwerke 8.1 und 8.2 in Abhängigkeit von dem gewünschten Verstreckverhältnis mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden. Zur gleichzeitigen thermischen Behandlung der Hohlfasern können die Streckwalzen 9 der Streckwerke 8.1 und 8.2 je nach Anforderung einen gekühlten Walzenmantel oder einen beheizten Walzenmantel aufweisen.

Zur Erwärmung der Hohlfasern ist zwischen dem ersten Streckwerk 8.1 und dem zweiten Streckwerk 8.2 ein Heißstreckkanal 10 vorgesehen. Innerhalb des Heißstreckkanals 10 lassen sich die Faserstränge 18 auf eine vorbestimmte Temperatur mittels Heißluft, Heißwasser oder mittels heißem Dampf temperieren. Eine derar- tige Temperierung ist insbesondere beim Verstrecken der Hohlfasern erforderlich, um eine definierte Streckpunktausbildung zu erhalten. Der Heißstreckkanal 10 kann jedoch auch durch ein Streckbad mit einer temperierten Flüssigkeit gebildet sein.

Zur weiteren Behandlung ist dem Streckwerk 8.2 eine Tow- Verlegeeinrichtung 11 nachgeordnet, durch welches die Faserstränge 18 zu einer für die Kräuselbehandlung erforderliche Breite zusammengelegt werden. Der Tow- Verlegeeinrichtung 11 folgt ein Dampfkanal 12 sowie die Kräuseleinrichtung 13. Die Kräuseleinrichtung 13 ist bevorzugt als eine Stauchkammerkräuselung ausgebildet, bei welcher die Faserstränge 18 durch zwei Walzen in eine Stauchkammer gefordert werden. .

Der Kräuseleinrichtung 13 folgt eine TrockeneinrichtungH, um den Feuchtigkeitsgehalt sowie einen Schrumpf in dem Faserstrang zu reduzieren, so dass eine Fixierung der Kräuselung stattfindet.

Am Ende der Faserstraße ist eine Zugstelleinrichtung 15 sowie die Schneideinrichtung 3 vorgesehen, um die Faserstränge der Hohlfasern kontinuierlich zu Stapelfasern mit vorgegebener Faserlänge zu zerschneiden.

Zur Extrusion der Hohlfasern in der Spinneinrichtung 1 weist jede der Spinnstellen 4.1 bis 4.3 ein Spinndüsenmittel in Form einer Ringspinndüse 5 auf. In Fig. 2 ist schematisch eine Querschnittsansicht einer derartigen Ringspinndüse 5 gezeigt. Die Ringspinndüse 5 weist an ihrer Unterseite eine Düsenplatte 19 auf, die durch einen Plattenträger 20 gehalten ist. Zusätzliche zur Führung der Schmelze der Düsenplatte 19 zugeordnete Mittel der Ringspinndüse 5 sind hierbei nicht näher erläutert. Die Düsenplatte 19 ist ringförmig ausgebildet und enthält auf ihrer O- berseite eine umlaufende Verteilernut 23. Im Nutgrund 24 der Verteilernut 23 sind eine Vielzahl von Düsenöffnungen 21 in einer bevorzugten ringförmigen Anordnung nebeneinander und hintereinander enthalten.

Zur weiteren Erläuterung der Düsenöfmungen 21 ist in Fig. 3 eine Querschnittsansicht und in Fig. 4 eine Draufsicht einer der Düsenöffnungen 21 gezeigt. Die Düsenöffnung 21 ist ringsegrnentförmig ausgebildet, wobei der Extrusions- querschnitt durch das ringförmige Öffhungssegment 22 gebildet wird. Die äußeren Abmessungen des Öffnungssegmentes 22 liegen innerhalb eines Hülldurch- messers, der in den Fig. 3 und Fig. 4 mit dem Kleinbuchstaben b bezeichnet ist. Der Hohlanteil des Extrusionsquerschnittes wird dabei durch den Kleinbuchstaben c gekennzeichnet, wobei der Hohlanteil bei einem Hülldurchmesser b im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm maximal 60 % beträgt. In Abhängigkeit vom Polymertyp kann die Spinnsicherheit und die Faserbehandlung noch dadurch verbessert wer- den, wenn der Hohlanteil auf maximal 40% begrenzt wird.

hi Fig. 3 ist die Situation der Düsenöffhung in dem Nutgrund 24 dargestellt. Hierbei ist jeder Düsenöffnung 21 eine Schmelzebohrung 25 zugeordnet, um eine aus der Verteilernut 23 zugeführte Polymerschmelze zur Düsenöffhung 21 zu führen. Hierzu ist die Schmelzebohrung 25 mit einem Bohrungsdurchmesser d ausgebildet, der größer ist als der Hülldurchmesser b der Düsenöffhung 21. Die Düsenöffnung 21 durchdringt den Boden der Düsenplatte über eine Kapillarlänge e. Hierbei hat sich herausgestellt, dass eine Kapillarlänge e von 0,2 mm bis max. 0,6 mm sich als besonders günstig für das Verfahren auswirkt. Um nach dem Extrudieren der Polymerschmelze durch die Düsenöffiiung 21 ein geschlossenes Hohlprofil zu erhalten, sind die Enden des Öffiiungssegmentes 22 in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander ausgebildet. Der Abstand zwischen den Enden des Öffiiungssegmentes 22 ist mit dem Kleinbuchstaben a gekenn- zeichnet. Der Abstand der Enden des Öffiiungssegmentes 22 ist dabei derart gewählt, dass in Abstimmung mit der Abzugsgeschwindigkeit und den Abkühlbedingungen nach dem Extrudieren ein gleichmäßiges Verschmelzen der Enden zur Ausbildung der Hohlfaser erfolgt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zunächst eine Polymerschmelze aus einem Kunststoff vorzugsweise einem Polyester aufgegeben. Hierzu wird die Polymerschmelze in der Spinneinrichtung 1 über den Ringspindüsen 5 der Spinnstellen 4.1 bis 4.3 unter Druck zu einer Vielzahl von Hohlfasern extrudiert. Die aus den ringsegmentför- migen Düsenöffnungen 21 heraustretende offene Faserprofil verschmilzt zur Hohlfaser und wird über die Abzugseinrichtung 6 durch das Streckwerk 8.1 von den Ringspinndüsen 5 mit einer Abzugsgeschwindigkeit unterhalb von 100 m/min, vorzugsweise mit einer Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 30 bis 70 m/min, abgezogen. Dabei werden die gebildeten Hohlfasern 17 mittels den durch • den Blaskopf erzeugten Kühlluftstrom abgekühlt, anschließend präpariert und bei Verlassen der Abzugseinrichtung 6 zu einem alle Faserstränge enthaltenen Tow zusammengeführt. Die Streckwalzen 9 des ersten Streckwerkes 8.1 sind mit der Abzugsgeschwindigkeit angetrieben, wobei gleichzeitig eine weitere Kühlung der Faserstränge 18 am Umfang der Streckwalzen 9 des ersten Streckwerkes 8.1 statt- finden könnte. Hierzu könnten die Streckwalzen 9 des ersten Streckwerkes 8.1 mit gekühlten Manteloberflächen ausgebildet sein.

Die Extrusion der Hohlfaser wurde dabei mit einer Düsenöffiiung 21 in den

Ringspinndüsen 5 ausgeführt, bei welchem der Extrusionsquerschnitt durch ein Öffhungssegment 22 gebildet ist, das zwischen seinen Enden einen Abstand von a<0,3mm aufweiste. Das aus fertigungstechnischen Gründen kleinste Trennmaß war dabei auf 0,03 mm eingestellt. Bei einem Hülldurchmesser von b im Bereich von 0,2 bis 0,8 mm und einem Hohlanteil von max. 40 % konnten mit den genannten Abzugsgeschwindigkeiten Hohlfasern hergestellt werden, die im Endtiter einen Hohlanteil von mind. 13 % zeigten.

Das Verstrecken der Hohlfasern erfolgt hierbei in einer Streckstufe, wobei das Gesamtverstreckverhältnis oberhalb von 3:1 liegt. Es ist jedoch auch möglich, die Verstreckung der Hohlfasern in mehreren Stufen durch mehrere hintereinander angeordnete Streckstufen auszuführen. Zum Verstrecken werden die Hohlfasern 5 bevorzugt in dem Heißstreckkanal 10 durch eine Heißluft mit einer Temperatur von ca. 7O⁰C erwärmt. Unter Berücksichtigung einer Produktionsgeschwindigkeit im Bereich von 100 bis 250 m/min, vorzugsweise 150 bis 200 m/min, wird ein Durchsatz pro Düsenloch im Bereich von 0,05 g/min, bis 0,95 g/min, eingestellt, um beispielsweise bei einer mittleren Verstreckung Endtiter von 5 bis 15 den. zu erhalten.

Die bei dem Verfahren ausgeführte Abkühlung der Hohlfaser erfolgt bevorzugt mit einer Kühlluft, die mit Raumtemperatur und einer Blasgeschwindigkeit im Bereich von 4 bis 15 m/sec. vorzugsweise 6 bis 9 m/sec. erzeugt wird.

Nach dem Verstrecken werden die Hohlfasern gekräuselt. Hierzu werden die Faserstränge 18 durch die Tow- Verlegeeinrichtung 11 zu einem schmaleren Band verlegt, um anschließend nach einer Dampfbehandlung in der Dampfkammer 12 eine Kräuselung zu erhalten. Hierzu ist die Kräuseleinrichtung 13 mit zwei Kräu- selwalzen und einer Stauchkammer ausgebildet, welche Stauchkammer anschließend in eine Trockeneinrichtung 14 mündet. Nach der Fixierung der Kräuselung werden die Faserstränge 18 durch die Zugstell einrichtung 15 aufgenommen und der Schneideinrichtung 3 zugeführt. In der Schneideinrichtung 3 werden die Faserstränge in definierten Schnittlängen zu Stapelfasern geschnitten. Die Schnitt- länge kann hierbei im Bereich von 3 mm bis 100 mm eingestellt sein. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet, um Stapelfasern aus einer PET-Hohlfaser herzustellen. Derartige Fasern eignen sich insbesondere für Füllmaterialien, wobei die Füllfasern einen Endtiter im Bereich von 6 bis 10 den. aufweisen. Als Faserlänge wurden 45 oder 70 mm gewählt. Damit war es möglich, mit einer minimalen Fasermenge eine hinreichende Füllfunktion bei Endanwendungen zu erhalten. Die Steifigkeit der Faser erhöhte sich dabei mit dem Hohlanteil. Füllungen mit derartigen Stapelfasern zeichneten sich insbesondere durch ihr leichtes Gewicht aus gegenüber herkömmliche Vollfasern. Der erfindungsgemäße vorgegeben Hohlanteil von 60% vorzugsweise 40% bei dem Hülldurchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm garantiert zudem eine Mindeststeifigkeit, die verhindert, dass die Faser selbst bei Durchbiegung nicht kollabiert.

In Fig. 5 und 6 sind weitere Ausführungsbeispiele von Düsenöffnungen 21 ge- zeigt, wie sie beispielsweise in den Spinndüsenmitteln der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ausgebildet sein könnten. Bei den in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Düsenöffnungen werden die Extrusionsquerschnitte durch mehrere Öffnungssegmente gebildet.

So zeigt Fig. 5 insgesamt zwei ringförmige Öffnungssegmente 22.1 und 22.2, die mit ihren Enden sich unmittelbar gegenüberstehen und zwischen sich den Abstand a bilden. Die Öffnungssegmente 22.1 und 22.2 besitzen jeweils gleichgroße Extrusionsquerschnitte, so dass eine Hohlfaser mit gleichförmigen Wandungsquerschnitten herstellbar ist.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausbildung der Düsenöffnung sind insgesamt drei Öffnungssegmente 22.1, 22.2 und 22.3 zusammengesetzt, um den Hohlprofil der Hohlfaser zu bilden. Hierbei sind die Teilungswinkel α und ß gleichgroß ausgebildet, so dass jedes der Öffnungssegmente 22.1, 22.2 und 22.3 gleiche Öffhungs- querschnitte aufweisen. Die Enden der Öffnungssegmente 22.1 bis 22.3 stehen sich innerhalb des Hüllendurchmessers ringförmig gegenüber und bilden jeweils zwischen sich den Abstand a. Es ist jedoch auch möglich, dass die Öffnungsseg- mente 22.1 bis 22.3 sowohl im Teilungswinkel als auch im Öfmungsquerschnitt unterschiedlich ausgebildet sind, so dass eine ungleichmäßige Ausgestaltung des Hohlprofils der Hohlfaser entsteht.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Die Anordnung und der Aufbau des Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass nachfolgend zur Vermei- düng von Wiederholungen nur die Unterschiede erläutert werden.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Verstreckung der Hohlfaser der Faserstrang 18 zwischen den Streckwerken 8.1 und 8.2 durch eine Streckbadeinrichtung 26 geführt. Hierbei erfolgt die Temperierung der Hohlfasern durch ein Flüssigkeitsbad. Eine derartige thermische Behandlung der Hohlfaser ist besonders vorteilhaft zur Herstellung von selbst gekräuselten Hohlfasern. Hierzu wird in der Spinneinrichtung 1 unmittelbar nach dem Extrudieren der Hohlfaser ein relativ starker Kühlluftstrom erzeugt, so dass eine unmittelbar der Blasdüse des Blaskopfes 6 zugewandte Faserinnenseite der Hohlfaser 17 stärker abgekühlt wird, als eine gegenüberliegende Faseraußenseite der Hohlfaser 17. Derartige Abkühldifferenzen führen zu unterschiedlichen Schrumpferscheinungen, die sich in einer Selbstkräuselung ausbilden. Derartige Selbstkräuselungen werden auch als sogenannte 3 D (dreidimensional)-Crimp bezeichnet.

Eine nach dem Verstrecken mechanische Kräuselung der Faser entfällt. Von der Tow- Verlegeeinrichtung 11 werden die Faserstränge 18 unmittelbar der Trockeneinrichtung 14 zugeführt. Der weitere Aufbau des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung ist somit insbesondere geeignet, um SD- gekräuselte Hohlfasern herzustellen und zu Stapelfasern zu zerschneiden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt für die Herstellung von Polyester Stapelfaser verwendet. Grundsätzlich lassen sich jedoch auch andere Kunststoffe wie beispielsweise Polypropylen oder Polyamid zu Stapelhohlfasern in einem einstufigen Prozess verarbeiten.

Bezugszeichenliste

1 Spinneinrichtung

2 Behandlungseinrichtung

3 S chneideinrichtung

4.1, 4.2, 4.3, Spinnstelle

5 Ringspinndüse

6 Blaskopf

7 Abzugseinrichtung

8.1, 8.2 Streckwerk

9 Streckwalzen

10 Heißstreckkanal

11 Tow- Verlegeeinrichtung

12 Dampfkanal

13 Kräuseleinrichtung

14 Trockeneinrichtung

15 Zugstelleinrichtung

16 Spinnbalken

17 Hohlfasern

18 Faserstrang .

19 Düsenplatte

20 Plattenträger

21 Düsenöffhung

22, 22.1, 22.2, 22.3 Öffiiungssegmente

23 Verteilernut

24 Nutgrund

25 S chmelzebohrung

26 Streckbadeinrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern aus schmelzgesponnen Hohlfasern gekennzeichnet durch einen kontinuierlichen Faserfluss vom Schmelzspüinen bis zum Zerschneiden der Hohlfasern, wobei die Hohlfasern beim Schmelzspinnen einer Polymerschmelze jeweils durch eine ringsegmentförmige Düsenöffnung mit einem Hülldurchmesser im Bereich von 0,2 mm bis 0,8mm und einem Hohlanteil von maximal 60 % vorzugsweise maximal 40 % extru- diert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschmelze mit einem Mindestdurchsatz pro Düsenöffnung extrudiert wird, der in Abhängigkeit vom Endtiter und Verstre- ckung der Hohlfaser im Bereich von 0,05 g/min bis 0,95 g/min eingestellt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern durch eine Ringspinndüse mit einer Vielzahl von 8.000 bis 100.000 Düsenöffnungen extrudiert werden. .

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern nach dem Extrudieren mit einer Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 10 m/min bis 100 m/min ab- gezogen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern nach dem Extrudieren durch einen Kühlluftstrom abgekühlt werden, der durch einen Blaskopf im In- nern der ringförmig geführten Faserschar erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftstrom in Abhängigkeit von dem Endtiter der Hohlfaser mit einer Blasgeschwindigkeit im Bereich von 4 m/s bis 15 m/s erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern nach dem Schmelzspinnen durch ein erstes Streckwerk mit mehreren Streckwalzen abgezogen werden und anschließend durch ein oder mehrere folgende Streckwerke zu einem Endtiter der Hohlfaser im Bereich von 1 den bis 20 den verstreckt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern innerhalb einer ersten Streckstufe durch einen Heiß- Streckkanal geführt und auf eine Temperatur > 55 °C erwärmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern während des Durchlaufs durch den Heißstreckkanal durch eine Heißluft, ein Wasserbad und/oder einen Heißdampf erwärmt werden.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern nach dem Verstecken und vor dem Zerschneiden in einer Behandlungsstufe gekräuselt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern vor dem Verstrecken an einer Faserinnenseite und an einer Faseraußenseite ungleichmäßig abgekühlt werden.

12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfaser beim Zerschneiden in Faserlängen gebracht werden, die im Bereich von 3 mm bis 100 mm liegen.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Spinneinrichtung (1) zum Schmelzspinnen der Hohlfasern (17), mit mehreren Behandlungs- einrichrungen (2) und mit einer Schneideinrichtung (3) zum Zerschneiden der Hohlfasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinneinrichtung (1), die Behandlungseinrichtungen (2) und die

Schneideinrichtung (3) zu einer Faserstrasse angeordnet sind und dass die Spinneinrichtung (1) Spinndüsenmittel (5) mit einer Vielzahl von ringsegmentförmigen Düsenöffhungen (21) enthält, welche Düsenöffhungen (21) jeweils einen Hülldurchmesser (b) im Bereich von 0,2 mm bis 0,8mm und einen Hohlanteil von maximal

60 % vorzugsweise max. 40% aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffhungen (21) der Spinndüsenmittel (5) durch ein oder meh- . rere Öffhungssegmente .(22, 22.1, 22.2) gebildet, sind, wobei der

Abstand (a) zwischen den Enden der Öffhungssegmente (22, 22.1, 22.2) 0,03 mm bis 0,3 mm beträgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffhungssegmente (22, 22.1, 22.2) der Düsenöffhung (21) unabhängig von einem Teilungswinkel (α, ß) mit einem im wesentlichen gleichgroßen Öffhungsquerschnitt ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Düsenöffnungen (21) eine Kapillarlänge (e) im

Bereich von 0,2mm bis 0,6mm aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinndüsenmittel durch eine Ringspinndüse (5) gebildet ist, welche eine Anzahl von 8.000 bis 100.000 Düsenöff- nungen (21) aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspinndüse (5) eine Düsenplatte (19) enthält, welche auf einer Oberseite eine umlaufende Verteilernut (23) aufweist und dass die Düsenöffnungen (21) im Nutgrund (24) der Verteilernut (23) ausgebildet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düsenöffnung (21) im Nutgrund (24) der Verteilernut (23) eine Schmelzebohrung (25) mit einem Bohrungsdurchmesser (α) vorgeordnet ist, welcher größer ist als der Hülldurchmesser (b) der Dü- senöffhung (21).