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Dokumentenidentifikation DE69617755T2 08.08.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0939148
Titel Zentrifugalspinnverfahren für Spinnlösungen
Anmelder Twaron Products BV, Arnhem, NL
Erfinder Meerman, Johannes Jacobus, 6821 LZ Arnhem, NL;
Jelijs, Roelof, 6821 JV Arnhem, NL
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Aktenzeichen 69617755
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, FR, GB, IE, IT, LI, LU, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.03.1996
EP-Aktenzeichen 992006395
EP-Offenlegungsdatum 01.09.1999
EP date of grant 05.12.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.08.2002
IPC-Hauptklasse D01D 5/18
IPC-Nebenklasse D01F 6/60   D01H 4/18   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spinnen von Fasern oder Filamenten aus einer spinnfähigen Lösung unter Verwendung einer Zentrifuge, deren Wand eine oder mehrere Spinnöffnungen aufweist, wobei in dem Verfahren die Spinnlösung aus der Zentrifuge in ein Koagulans innerhalb einer Ummantelung ausgestoßen wird.

Ein solches Verfahren ist bekannt. In der Japanischen Offenlegungsschrift JP 27021/79 ist beschrieben, wie eine optisch anisotrope Spinnlösung eines para- Aramids, z.B. Poly-para-phenylenterephthalamid, mit Hilfe einer Zentrifuge versponnen wird. Vier Beispiele dienen dazu, zu erklären, wie die Lösung in eine Zentrifuge mit 25 oder 50 Spinnöffnungen mit einem Durchmesser von 0,08 oder 0,1 mm eingeführt und mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von 70 bis 1000 Umdrehungen pro Minute (U/min) durch die Spinnöffnungen extrudiert wird. Die Lösung gelangt dann in ein Koagulans, das in einem Abstand von 2 oder 5 cm von der Zentrifuge abwärts fließt. Die koagulierten Fasern werden chargenweise gesammelt und 24 Stunden lang gewaschen. Aufgrund ihrer Eigenschaften haben die resultierenden Fasern einen gewissen kommerziellen Wert.

Ein solches Verfahren hat eine geringe Produktionskapazität und unter anderem hohe Durchlaufzeiten, da die Fasern chargenweise verarbeitet werden.

Eine Möglichkeit, um die Produktionskapazität zu erhöhen, besteht darin, die Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge zu erhöhen. Dies hat jedoch andere in hohem Maße nachteilige Wirkungen, was die vergleichsweise niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten in den Beispielen der oben genannten Patentanmeldung erklärt. Die maximale Rotationsgeschwindigkeit, bei der Fasern mit annehmbarer Qualität unter Verwendung der oben beschriebenen Technik tatsächlich gesponnen werden können, liegt in der Größenordnung von 1000 U/min. Rotationsgeschwindigkeiten oberhalb dieses empfohlenen Wertes ergeben eine unannehmbare Anzahl an gerissenen Fasern. Überdies entsteht ein Aerosol zwischen der Zentrifuge und dem Koagulans, das an der Ummantelung entlang fließt. Solche Bedingungen führen zu schlechten und unregelmäßigen Fasereigenschaften (tabakähnliches Aussehen) sowie zu einer gefährlichen und kontaminierten Arbeitsumgebung, da das Aerosol häufig eine starke Säure enthält.

Fasereigenschaften müssen immer höhere Anforderungen erfüllen. Bei einem herkömmlichen Nassspinnverfahren, wie es in US 4,320,081 beschrieben ist, haben die resultierenden Fasern Eigenschaften, die denen der nach dem Verfahren gemäß der oben genannten japanischen Patentanmeldung erhaltenen Fasern wesentlich überlegen sind (höhere Festigkeit und höherer Modul). Bei einem herkömmlichen Nassspinnverfahren wird eine große Zahl von Spinnöffnungen pro Spinndüse eingesetzt (sagen wir 1000), so dass die Produktionskapazität ebenfalls hoch ist. Wegen der vergleichsweise geringen Wickelgeschwindigkeit (einige Hundert Meter pro Minute), die mit der Produktionskapazität pro Spinnöffnung vergleichbar ist, und der hohen Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber Fremdsubstanzen in der Spinnlösung (was eine gründliche Filtration und ein Herunterfahren des Verfahrens, wenn eine oder mehrere der Spinnöffnungen verstopft sind, erfordert) ergibt dieses Verfahren jedoch auch ein teures Produkt. Insbesondere wenn sie zu Pulpe verarbeitet werden soll, die zum Beispiel als Reibungs- und Verpackungsmaterial verwendet wird, ist eine solche Faser wirklich zu teuer.

Mit anderen Worten, gewünscht wird ein Verfahren mit einer höheren Produktionskapazität als die bestehenden Nassspinnverfahren, mit dem Fasern hergestellt werden können, die weniger teuer sind und für einen bestimmten Zweck, wie für Pulpe, vergleichbare oder überlegene Eigenschaften besitzen. Vorzugsweise sollte es möglich sein, mit einem solchen Verfahren auch weniger reine Spinnlösungen sowie Spinnlösungen, die aus bereits etwas koagulierten Polymeren hergestellt wurden, zu verspinnen.

Diese Ziele werden unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erreicht durch ein Verfahren zum Spinnen von Fasern oder Filamenten aus einer spinnfähigen Lösung unter Verwendung einer Zentrifuge, deren Wand eine oder mehrere Spinnöffnungen aufweist, wobei in dem Verfahren die Spinnlösung aus der Zentrifuge in ein Koagulans innerhalb einer Ummantelung ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Zentrifuge, multipliziert mit dem inneren Radius der Ummantelung, größer als 20 m/s ist.

Vorzugsweise ist der innere Radius der Ummantelung um wenigstens 35%, besonders bevorzugt um wenigstens 50% größer als der Radius des äußeren Umfangs der Zentrifuge und überschreitet 350%, besonders bevorzugt 200%, nicht.

Es hat sich gezeigt, dass es dadurch möglich wird, die Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge wesentlich zu erhöhen, selbst auf 5000 U/min oder darüber. Weiterhin ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung größere Streckverhältnisse, und die mittlere Faserlänge kann beliebig eingestellt werden, so dass die Herstellung von Endlosfilamenten ebenfalls ermöglicht wird.

Die Bildung von Aerosol (wenn ein flüssiges Koagulans verwendet wird) hat sich wesentlich reduziert, wahrscheinlich deshalb, weil die Fasern die Oberfläche des Koagulans kaum stören, während sie gelegt werden.

Es sei angemerkt, dass die koreanische Patentschrift KR 9208999 ein Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern aus Polyaramid offenbart, wobei flüssigkristalline Prepolymere einer Rotationsvorrichtung zugeführt und dann als Dispersion durch die Spinnöffnungen in der Wand der Vorrichtung hindurch extrudiert werden. Mit anderen Worten, es handelt sich hier nicht um eine spinnfähige Lösung eines hergestellten Polymers. Die Prepolymere gelangen in ein polymerisationsförderndes Medium, das entlang der Wand eines Gefäßes nach unten fließt. Der Durchmesser des Gefäßes beträgt das 1,1- bis 5,0fache des Durchmessers der Rotationsvorrichtung. Das Verfahren ist schwierig zu steuern, da es nicht nur ein gutes Spinnen, Koagulieren und Auswerfen der Faser erfordert, sondern auch einen richtigen Polymerisationsvorgang und dessen zufriedenstellende Beendigung. Überdies haben die erhaltenen Stapelfasern eine geringe Zugfestigkeit und eine Struktur, die schwieriger zu fibrillieren ist.

Es hat sich als möglich erwiesen, die Fasereigenschaften zu verbessern und die Produktionskapazität des Verfahrens zu erhöhen, nicht nur dadurch, dass man eine spinnfähige Lösung zentrifugal verspinnt, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Zentrifuge, multipliziert mit dem inneren Durchmesser der Ummantelung, 20 m/s überschreitet, sondern auch durch Auswahl eines entsprechend großen Ummantelungsdurchmessers.

Das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit der Zentrifuge (in rad/s) und dem inneren Radius der Ummantelung (in m) wird im folgenden als "Aufnahmegeschwindigkeit" (in m/s) bezeichnet.

Vorzugsweise ist die Aufnahmegeschwindigkeit größer als 40 m/s oder sogar höher als 60 m/s und niedriger als 600 m/s, besonders bevorzugt niedriger als 400 m/s.

Im Rahmen dieser Erfindung wird der Ausdruck "spinnfähige Lösung" verwendet, um Lösungen eines Polymers zu bezeichnen, die durch Extrusion und anschließende Verfestigung in künstliche Fasern umgewandelt werden können. Vorzugsweise werden die spinnfähigen Lösungen hergestellt, indem man ein hergestelltes Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel löst.

Neben den Polymerlösungen, die in JP 27021/79 genannt sind, umfasst der Ausdruck "spinnfähige Lösung" unter anderem auch Lösungen von meta-Aramid, Cellulose und Cellulosederivaten.

Vorzugsweise zeigt die spinnfähige Lösung optische Anisotropie. Lösungen werden als anisotrop angesehen, wenn in einem Ruhezustand Doppelbrechung auftritt. Allgemein gesagt, gilt dies für Messungen, die bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelten jedoch auch solche Lösungen als anisotrop, die bei Temperaturen unterhalb von Raumtemperatur verarbeitet werden können und die bei dieser tieferen Temperatur Anisotropie aufweisen. Bevorzugt werden auch Lösungen, die bei Raumtemperatur anisotrop sind.

Die visuelle Bestimmung der Isotropie oder Anisotropie erfolgt mit Hilfe eines Polarisationsmikroskops (Leitz Orthoplan-Pol (100x)). Zu diesem Zweck werden etwa 100 mg der zu definierenden Lösung zwischen zwei Objektträgern angeordnet und auf einen Mettler-FP-82-Heiztisch gelegt, und dann wird die Heizung angeschaltet, und die Probe mit einer Geschwindigkeit von etwa 5ºC/min erhitzt. Beim Übergang von anisotrop zu isotrop, d.h. von farbig nach schwarz, wird die Temperatur bei praktisch schwarz abgelesen.

Mit einer Festigkeit von mehr als 13 cN/dtex oder sogar mehr als 20 cN/dtex, einer Dehnung von 2-5% und einem Modul von 40-50 GPa sind Fasern aus Poly- para-phenylenterephthalamid, die mit Aufnahmegeschwindigkeiten von mehr als 20 m/s gesponnen werden, mit Fasern vergleichbar, die mit einem herkömmlichen Nassspinnverfahren gesponnen wurden. Überdies haben sie sich als in hohem Maße geeignet zur Herstellung von Pulpe erwiesen, tatsächlich sogar besser geeignet als Fasern, die mit einem herkömmlichen Nassspinnverfahren erhalten wurden (siehe Beispiele, insbesondere Tabelle 3).

Es sei auch, vielleicht unnötigerweise, angemerkt, dass die Erfindung die oben genannten Vorteile auch bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten aufweist, obwohl die Produktionskapazität in diesem Fall ebenfalls gering sein wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass wegen der Kombination aus reduzierten Faserbrüchen (oder sogar überhaupt keinen Faserbrüchen) und der erhöhten Produktionskapazität, die jetzt zur Verfügung steht, die Fasern, die gleichzeitig mit dem Koagulans von der Unterseite der Ummantelung "herunterfallen", unter Bildung eines Faserbandes zusammengefügt werden können. Die beiden Parameter, d.h. eine ausreichende Anzahl von Fasern und eine ausreichende Faserlänge, spielen beim Zusammenhalt eines solchen Faserbandes eine wichtige Rolle. Wenn das Faserband wegen einer hohen Produktionskapazität (ausreichend Fasern) und reduzierten Faserbrüchen oder überhaupt keinen Faserbrüchen (lange Fasern) einen ausreichenden Zusammenhalt aufweist, kann es in einem kontinuierlichen Verfahren neutralisiert, gewaschen, getrocknet und geschnitten werden.

Ein Beispiel für ein Produkt, das direkt aus dem Faserband hergestellt werden kann, sind Zigarettenfilter. Durch Verspinnen einer Lösung von Celluloseacetat in eine Stickstoffatmosphäre (in diesem Fall ist das Koagulans ein Gas) verdampft das Lösungsmittel, was zu einem verfestigten Faserband führt, das direkt zu Zigarettenfiltern verarbeitet werden kann.

Unabhängig vom Endprodukt (Textilien, Verbundstoffe, Verpackungen, Bremsbacken und dergleichen) gilt, dass der Unterschied zwischen dem inneren Radius der Ummantelung und dem äußeren Radius der Zentrifuge (der sogenannte Luftspalt) vorzugsweise größer als 7 cm ist.

Zentrifugen mit einem Durchmesser von mehr als 20 cm und weniger als 60 cm sind für das Verfahren gemäß der Erfindung in hohem Maße geeignet. Eine solche Zentrifuge ist groß genug, um eine gute Produktionskapazität zu gewährleisten, und doch klein genug, um die Konstruktion der Spinnmaschine einfach zu halten.

Die Rotationsgeschwindigkeit der Zentrifuge liegt vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 5000 U/min. Wie bereits gesagt, führt eine Rotationsgeschwindigkeit von weniger als 1000 U/min zu einer zu geringen Produktionskapazität. Gute Fasern können noch bei Rotationsgeschwindigkeiten von über 5000 U/min hergestellt werden. Bei solchen Geschwindigkeiten ist das Verfahren jedoch weniger leicht zu steuern, und die Zentrifuge unterliegt einer hohen mechanischen Belastung.

Außerdem ist die Zentrifuge vorzugsweise mit Einrichtungen (wie einer sogenannten viskosen Dichtung) versehen, die eine Zufuhr der Spinnlösung unter Druck erlauben. Dies ermöglicht es, einen Spinnlösungdurchsatz zu erzwingen, der die Steuerbarkeit des Verfahrens, insbesondere das Streckverhältnis, verbessert. Außerdem führt dies zu verbesserter Sicherheit, da die Spinnlösung, die häufig eine starke Säure enthält, nur durch die Spinnöffnungen hindurch austreten kann, wo sie durch die Ummantelung aufgefangen und in der üblichen Weise ausgetragen wird.

Die Anzahl der Spinnöffnungen ist an sich nicht wesentlich und kann auf der Basis üblicher Betrachtungen (ausreichend Platz zwischen den Spinnöffnungen, Gefahr des Verklebens von Filamenten oder Fasern, Produktionskapazität) gewählt werden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung liegt die Anzahl im allgemeinen im Bereich von 40 bis 1000, aber eine Anzahl von, sagen wir, 10 000 ist nicht ausgeschlossen (insbesondere bei Zentrifugen mit einem großen Durchmesser).

Der Durchmesser der Spinnöffnungen spielt im Schleuderspinnverfahren gemäß der Erfindung eine wichtige Rolle. Wenn dieser Durchmesser zunimmt, wird die Gefahr des Verstopfens infolge von Fremdsubstanzen in der Spinnlösung reduziert, so dass eine weniger gründliche Filtration erforderlich ist. Wenn der Durchmesser überdies größer ist, ist es möglich, eine Spinnlösung zu verspinnen, die ganz oder teilweise aus einem Polymer besteht, das bereits etwas koaguliert ist, zum Beispiel aus Restprodukten des Spinnverfahrens.

Wie bereits gesagt, hat Pulpe aus Fasern, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden, günstige Eigenschaften. Dies erkennt man unter anderem anhand der hohen Festigkeit von Produkten, die aus dieser Pulpe hergestellt werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass diese Eigenschaften noch weiter verstärkt werden können, indem man den Durchmesser der Spinnöffnungen erhöht. Aus diesen Gründen überschreitet der Durchmesser der Spinnöffnung(en) vorzugsweise 30 um. Optimale Ergebnisse erhält man, wenn der Durchmesser größer als 120 um und kleiner als 500 um ist.

Die Eigenschaften von auf diese Weise hergestellter Pulpe sind denjenigen von Pulpe aus Fasern, die nach einem herkömmlichen Nassspinnverfahren hergestellt wurden, überlegen, und die Pulpe ist auch viel kostengünstiger. Der Grund für diese überlegenen Eigenschaften ist nicht völlig bekannt, aber Tatsache ist, dass nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Fasern mehrere Merkmale aufweisen, die zuvor nicht beobachtet wurden. Zum Beispiel wurde gefunden, dass die Fasern eine Anzahl von länglichen und/oder sphärischen Hohlräumen aufweisen (mit einem Durchmesser, der üblicherweise im Bereich von etwa 30 bis 40% des Faserdurchmessers liegt, und einem Volumenanteil relativ zum Gesamtfaservolumen, der im Bereich von z.B. 0,1 bis 0,2 liegt). Außerdem ist im Gegensatz dazu, was der Fachmann erwarten würde, die Polymerstruktur auf und unterhalb der Faseroberfläche im wesentlichen dieselbe wie die Polymerstruktur im Faserkern, und der Bereich des Faserdurchmessers (linearer Dichtebereich) ist bei einem größeren Durchmesser der Spinnöffnungen größer. Es hat sich auch erwiesen, dass eine größere mittlere lineare Dichte von über 2 dtex und vorzugsweise über 4 dtex im Falle von Fasern, die nach einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden, eine günstige Wirkung auf die Eigenschaften der Pulpe hat.

Es sei angemerkt, dass Fasern mit einer linearen Dichte von weniger als 2 dtex keineswegs aus dem Umfang der Erfindung ausgeschlossen sind, da diese feineren Fasern z.B. für Textilzwecke sehr gut geeignet sind.

Die Erfindung wird weiterhin anhand einer Konstruktion erläutert, die zur Verwendung bei dem Verfahren gemäß der Erfindung geeignet ist.

Eine Zentrifuge mit einem Durchmesser von 30 cm wird mit einem Zuführungsrohr für die Spinnlösung verbunden. An dem Punkt, wo die Zentrifuge in das Zuführungsrohr übergeht, ist eine Dichtung (eine sogenannte viskose Dichtung). Die Zentrifuge besteht aus Edelstahl und ist doppelwandig, um die Spinndüsen (die aus einer 70/30-Au/Pt-Legierung bestehen) auf einer bestimmten Temperatur zu halten, indem man sie von einer heißen Flüssigkeit umfließen lässt. Mehrere Spinndüsen sind gleichmäßig über den Umfang der Zentrifuge verteilt.

Jede Spinndüse hat mehrere Spinnöffnungen. Die Spinnöffnungen bestehen aus einem konischen Abschnitt (Eintritt) und einem zylindrischen Abschnitt (Austritt), und das Verhältnis der Gesamthöhe der Spinnöffnung zum Durchmesser des zylindrischen Abschnitts beträgt 1,5. Um die Zentrifuge herum ist eine Ummantelung mit einem inneren Durchmesser von 50 cm angeordnet. Die Ummantelung besteht aus Polyvinylchlorid (PVC) und hat an der Oberseite einen ringförmigen Kanal. Mit diesem ringförmigen Kanal sind Zuführungsrohre verbunden, durch die das Koagulans zugeführt werden kann. Wenn Koagulans zugeführt wird, füllt es den ringförmigen Kanal. Das Koagulans kann den ringförmigen Kanal nur durch die Öffnung verlassen, die ebenfalls ringförmig ist. Je nach der Breite der Öffnung und der Menge des zugeführten Koagulans bildet sich auf der Ummantelung ein Vorhang oder Film. Nach der Extrusion durch die Spinndüsen gelangen die Fasern oder Filamente in das Koagulans. Das Koagulans gewährleistet, dass die Fasern oder Filamente den festen Zustand erreichen, und sorgt auch für ihren Austrag. An der offenen Unterseite der Ummantelung befindet sich ein geneigter Behälter. Der Behälter läuft konisch zu, und am Ende fließt das Wasser aus dem Behälter in einen Abfluss. Das Faserband, das aufgrund des konischen Zulaufens etwas schmäler geworden ist, wird zur Waschanlage geleitet.

Beispiel 1 - Fasern aus reinem Polymer a) Herstellung des reinen Polymers

Wie in dem in Beispiel 6 von US 4,308,374 offenbarten Verfahren näher ausgeführt ist, wurde Poly-para-phenylenterephtharamid (PPTD) hergestellt, wobei man ein Gemisch von N-Methylpyrrolidon und Calciumchlorid verwendete. Nach der Neutralisation, Waschen und Trocknen wurde ein Polymer mit einer logarithmischen Viskositätszahl von 5,4 erhalten.

b) Herstellung einer Spinnlösung des reinen Polymers

Das verwendete Lösungsmittel war Schwefelsäure in einer Konzentration von 99,8%. Die Lösung wurde so hergestellt, wie es in Beispiel 3 von US 4,320,081 näher ausgeführt ist. Der endgültige PPTD-Gehalt der Spinnlösung betrug 19,4%. Die Spinnlösung zeigte optische Anisotropie.

c) Zentrifugales Spinnen der Spinnlösung

Die Spinnlösung wurde mit dem oben beschriebenen Aufbau versponnen. Das gewählte Koagulans war Wasser mit einer Temperatur von 15ºC und einem Volumendurchsatz von 3000 I/Stunde. Da der äußere Durchmesser der Zentrifuge 30 cm betrug und der innere Durchmesser der Ummantelung 50 cm betrug, betrug der sogenannte Luftspalt 10 cm. Der innere Radius der Ummantelung war um 67% größer als der äußere Radius der Zentrifuge. Die Anzahl der Spinnöffnungen betrug 48. Das Faserband wurde ausgetragen, neutralisiert, gewaschen und in einem kontinuierlichen Verfahren unter allen oben genannten Bedingungen aufgewickelt.

Die anderen Parameter (Rotation = Rotationsgeschwindigkeit, Dorf = Durchmesser der Spinnöffnungen, Press = Überdruck in der Zentrifuge, Through = Massendurchsatz der Spinnlösung, Draw = Streckverhältnis der Fasern oder Filamente) sind in Tabelle 1 aufgeführt. Außerdem sei festgestellt, dass der Überdruck in der Zentrifuge in diesem Beispiel ein sogenannter Ausgabeparameter ist, der unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit und dem eingestellten Durchsatz ist.

Beispiel 2 - aus Resten vom Spinnverfahren hergestellte Fasern a) Herstellung einer Spinnlösung von Resten vom Spinnverfahren

330 g grob gemahlene Reste vom Spinnverfahren wurden in zwei Portionen im Abstand von etwa 5 Minuten einem IKA-Duplexkneter zugeführt. Es wurde eine halbe Stunde lang bei 87ºC im Vakuum geknetet, und danach wurden 18,4 g Schwefelsäure (99,8%) hinzugefügt. Dann wurde noch eine halbe Stunde lang geknetet, und danach wurde die gesamte Spinnlösung geschmolzen. Der berechnete Aramidgehalt betrug 18,4%.

b) Zentrifugales Spinnen einer Spinnlösung

Eine im Einklang mit a) hergestellte Spinnlösung wurde mit dem oben beschriebenen Aufbau versponnen, außer dass eine offene Zentrifuge eingesetzt wurde. Die Temperatur des Koagulans betrug 13ºC, und die Anzahl der Spinnöffnungen betrug 300. Die anderen Parameter sind in Tabelle 1, Experiment Nr. 15, aufgeführt.

Beispiel 3 - Fasern mit einer hohen Filamentzahl

Die Spinnlösung von Beispiel 2 wurde unter den für dieses Beispiel angegebenen Bedingungen versponnen, außer dass die Anzahl der Spinnöffnungen 72 betrug. Die anderen Parameter sind in Tabelle 1, Experiment Nr. 16, aufgeführt.

Beispiel 4 - Fasern mit einer niedrigen Filamentzahl

Die Spinnlösung von Beispiel 1 wurde unter den für dieses Beispiel angegebenen Bedingungen versponnen, außer dass die Anzahl der Spinnöffnungen 144 betrug. Die anderen Parameter sind in Tabelle 1, Experiment Nr. 17, aufgeführt. Nach dem Spinnen wurden die Fasern dieses Beispiels 3 Minuten lang mit einem Förderbandtrockner bei einer Temperatur von 90ºC bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 8% getrocknet.

Beispiel 5 - mit hohem Durchsatz gesponnene Fasern

Die Spinnlösung von Beispiel 1 wurde unter den für dieses Beispiel angegebenen Bedingungen versponnen, außer dass die Anzahl der Spinnöffnungen 576 betrug. Das Koagulans bestand aus Wasser, das 17,2% Schwefelsäure enthielt, und der innere Durchmesser der Ummantelung betrug 60 cm (d.h. 100% mehr als der äußere Radius der Zentrifuge). Die anderen Parameter sind in Tabelle 1, Experiment Nr. 18, aufgeführt.

Beispiel 6 - mit hoher Rotation gesponnene Fasern

Die Spinnlösung von Beispiel 1 wurde unter den für dieses Beispiel angegebenen Bedingungen versponnen, außer dass die Anzahl der Spinnöffnungen 60 betrug. Die anderen Parameter sind in Tabelle 1, Experiment Nr. 19, aufgeführt. Der Ausdruck "Draw" in Tabelle 1 wird verwendet, um das berechnete (durch Division der Aufnahmegeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Lösung in der Spinnöffnung) Streckverhältnis zu bezeichnen.

Tabelle 1

Die Filamentfestigkeit der Beispiele 5, 12, 14 und 19 wurde gemäß ASTM/DIN D2256-90 gemessen und ergab 13,75, 15,24, 14,20 bzw. 20,00 cN/dtex.

Beispiel 7 - Verarbeitung des Faserbandes zu Pulpe

Die gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 erhaltenen Faserbänder und vier Proben von Fasern, die mit einem herkömmlichen Nassspinnverfahren erhalten wurden (Experimente Nr. v1 bis v4) wurden nach dem Neutralisieren und Waschen einem Schneider (Neumag NMC 150) zugeführt und zu Stücken von 6 mm Länge geschnitten. Die Stücke wurden in einem Refiner fibrilliert und aufgeschlossen. Sowohl die Pulpe als auch ein aus der Pulpe hergestellter Dichtungsring haben außergewöhnlich günstige Eigenschaften, vgl. Tabelle 2 bzw. 3. (SR = Schopper-Riegler-Zahl, SSA = spezifische Oberfläche, AL = mittlere Faserlänge, WL = gewogene Faserlänge, GP = Gaspermeabilität, QI = Dichtungsfestigkeit in Längsrichtung der Fasern, Qw = Dichtungsfestigkeit in Querrichtung der Fasern, Sieve = Siebfraktion, Wet dens. = Nassdichte. Anmerkung: Messtechniken in Bezug auf Pulpeneigenschaften wurden noch nicht standardisiert. Wenn möglich, stammen die eingesetzten Messverfahren aus der Papierindustrie (TAPPI-Standards).)

Tabelle 2
Tabelle 3

Wenn die Eignung einer Pulpe als Rohstoff für Dichtungs- oder Reibungsmaterial bestimmt wird, sind die Parameter Qw und Siebfraktion besonders wichtig. Qw ist für die Festigkeit solcher Materialien maßgeblich, da es stets kleiner als QI ist. Die Siebfraktion ist ein direktes Maß für das Teilchenrückhaltevermögen der Pulpe und ergibt so einen indirekten Hinweis auf den Zusammenhalt des Materials im fertigen Produkt (Verpackung, Bremsbacken usw.). Die Tabellen zeigen sehr eindeutig, dass sich die Qualität der Pulpe mit zunehmender Aufnahmegeschwindigkeit verbessert. Bei hohen Aufnahmegeschwindigkeiten übersteigt diese Qualität sogar diejenige von Pulpe, die aus Fasern aus einem herkömmlichen Nassspinnverfahren hergestellt ist.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Spinnen von Fasern oder Filamenten aus einer spinnfähigen Lösung unter Verwendung einer Zentrifuge, deren Wand eine oder mehrere Spinnöffnungen aufweist, wobei in dem Verfahren die Spinnlösung aus der Zentrifuge in ein Koagulans innerhalb einer Ummantelung ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit der Zentrifuge, multipliziert mit dem inneren Radius der Ummantelung, größer als 20 m/s ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die spinnfähige Lösung eine optisch anisotrope Lösung ist.

3. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die gesamten koagulierten Fasern oder Filamente oder ein Teil derselben vereinigt werden, um ein Faserband zu bilden, wonach das Faserband in einem kontinuierlichen Verfahren neutralisiert und/oder getrocknet und/oder gewaschen wird.

4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zentrifuge eine Drehgeschwindigkeit im Bereich von 1000 bis 5000 U/min aufweist.

5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zentrifuge mit solchen Mitteln versehen ist, dass die Zuführung der spinnfähigen Lösung unter Druck ermöglicht wird.

6. Fasern und Filamente von p-Aramid oder m-Aramid, die durch das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 erhältlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zahlreiche ausgedehnte oder kugelförmige Hohlräume enthalten.

7. Fasern und Filamente gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer an und unterhalb der Faseroberfläche im wesentlichen die gleiche Struktur aufweist wie das Polymer im Faserkern.

8. Pulpe, die aus Fasern und Filamenten besteht, die durch das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 erhältlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zahlreiche ausgedehnte oder kugelförmige Hohlräume enthalten.

9. Pulpe gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer an und unterhalb der Faseroberfläche im wesentlichen die gleiche Struktur aufweist wie das Polymer im Faserkern.







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