Die Erfindung bezieht sich auf die Verarbeitung von Tierfasern. Genauer gesagt, jedoch nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Verändern des Durchmessers, der Länge und der Kräuselung von Wolle und Tierfasern. Die Veränderungen können temporär oder permanent sein, je nach den gewählten Verfahrensbedingungen.

Fasern mit hoher Schrumpfung von normalerweise 15 bis 30% haben unterschiedliche Anwendungsformen, die in der Textilindustrie bekannt sind. Sie werden als Bestandteil von Garnen „großer Masse", d.h. Garnen, die ein ungewöhnlich großes Verhältnis von Volumen zu Masse aufweisen, zum Stricken verwendet. Sie werden auch verwendet, um Garne mit hoher Schrumpfung herzustellen, die mit Garnen geringer oder Null-Schrumpfung in gewobenen Stoffen gemischt werden, um verworfene Effekte, wie z.B. Seersucker, zu erzeugen. Sie können auch dazu verwendet werden, Garne mit hoher Schrumpfung zu erzeugen, die einen Teil der Büschel in einem Florgewebe, beispielsweise einem Teppich, bilden, so dass der Schrumpfungsunterschied zwischen den Büscheln hoher und niedriger Schrumpfung hohen und niedrigen Flor oder lange und kurze Büschel erzeugt, um ein visuelles Muster zu bilden. Es ist bevorzugt, dass die potentielle Schrumpfung von Fasern für diese Zwecke durch ein einfaches und günstiges Verfahren wie Dämpfen realisiert werden kann. Ein Verfahren zur Herstellung von Fasern mit hohem Schrumpfungspotenzial, das bekannt ist und häufig verwendet wird, ist, eine thermoplastische Faser zu dehnen, während sie heiß und relativ plastisch ist, und sie abzukühlen, während sie noch in einem gedehnten Zustand gehalten wird, und sie so zu stabilisieren. Da die Faser während des Heißdehn-Verfahrens nicht völlig plastisch, sondern viskoelastisch ist, wird innerhalb der Molekularstruktur der Faser eine gewisse elastische Verzerrungsenergie erzeugt, doch diese Energie genügt nicht, um die relative Unbeweglichkeit der Struktur nach dem Abkühlen zu überwinden und so eine Schrumpfung zu bewirken. Wenn die Faser dann erhitzt wird, wird die Struktur der Faser beweglicher, und die „latente" elastische Verzerrungsenergie kann Schrumpfung verursachen. Die üblichste Anwendung dieses Verfahrens liegt in der Erzeugung von Akrylfasern mit hoher Schrumpfung, die während der Textilverarbeitung mit Fasern von viel niedrigerer Schrumpfung, normalerweise ebenfalls Akrylfasern, gemischt werden, um Strickgarne großer Masse aufgrund eines differentiellen Schrumpfungseffekts zu erzeugen. Wenn das Mischgarn schrumpft, werden Fasern mit niedrigen Schrumpfungseigenschaften dazu veranlasst, sich zu krümmen oder in der verdrehten Garnstruktur Spiralen von größerem Radius zu bilden, um das Volumen des Garns zu vergrößern. Obwohl die Masse eines länglichen Elements des Garns als Folge der Schrumpfung vergrößert wird, wird das Volumen in höherem Maße vergrößert, wodurch die gewünschte Vergrößerung des Verhältnisses von Volumen zu Masse hervorgerufen wird. Als Folge dieser Technik können Kleidungsstücke mit geringerem Gewicht hergestellt werden.

Das zur Erzeugung des hohen Schrumpfungspotenzials verwendete Heißdehn-Verfahren wird an der Akrylfaser durchgeführt, während sie sich noch in einer Endlosfaden-Form befindet. Techniken zum Dehnen und temporären Verfestigen von Endlosfaden-Tauen sind in der Industrie bekannt. Hier beziehen sich die Worte „temporär verfestigt" auf Fäden, die in gedehntem Zustand stabilisiert werden, so dass der Faden eine potenzielle Schrumpfung aufweist, die durch eine Folgebehandlung wie Dampf-Relaxation realisiert werden kann. Das Wort „Tau" bezieht sich auf ein im Wesentlichen verdrehungsfreies Bündel paralleler Fäden, normalerweise mehrere Tausend an der Zahl. Die Endlosfäden werden dann normalerweise zur weiteren Textilverarbeitung in Garn zu unterbrochenen Stapelfasern umgeformt. Die Schwierigkeit, Fasern wie Wolle, die nicht in Endlosfaser-Form vorliegen und nicht thermoplastisch sind, zu dehnen und temporär zu verfestigen, hat die Industrie bis vor kurzem davon abgehalten, das Konzept von Dehnung und temporärem Verfestigen auf Wolle und Tierfasern anzuwenden.

Folglich haben diese Fasern einen technologischen Nachteil, und ihre Verwendung in Garnen mit großer Masse wird erschwert. Die Hauptfaktoren, die Wolle und Tierfasern in diesem Zusammenhang benachteiligen, sind:

• 1. Derartige Fasern liegen nicht in Endlos-Form vor, und ein Strang, der aus Wollfasern besteht, wird normalerweise durch „Verziehen" abgedämpft (d.h., Fasern rutschen in Bezug zu ihren Nachbarn bei viel geringerer angewendeter Dämpfungskraft, als benötigt wird, um die Fasern selbst zu dehnen).
• 2. Derartige Fasern sind nicht thermoplastisch (d.h., sie können normalerweise nicht alleine durch Steuerung der Temperatur plastisch gemacht werden und die Fähigkeit erlangen, wesentlich gedehnt zu werden, ohne zu brechen).

Etliche Versuche, Woll-Vorbänder zu dehnen und zu verfestigen, sind in den folgenden Patenten dargelegt:

• 1. Verhindern des Verziehens eines endlosen verdrehungsfreien Stranges von Wollfasern, genannt Vorband, durch Ergreifen des Vorbands mittels Klemmen an eng beieinander liegenden Abstandsintervallen (weniger als die Länge der meisten Fasern), und Verursachen, dass sich die Klemmen während des Verfahrens auseinander bewegen: UK-Patent 1,189,994.
• 2. Verhindern des Verziehens eines Woll-Vorbands durch Ergreifen des Vorbands mittels Walzen an eng beieinander liegenden Abstandsintervallen (weniger als die Länge der meisten Fasern), und Verursachen, dass nachfolgende Walzengruppen ihre Oberflächengeschwindigkeit progressive erhöhen: US-Patent 5,459,902.
• 3. Verdrehen des Vorbands so ausreichend, dass Verziehen unter den hohen angewendeten Dämpfungskräften, die erforderlich sind, um die Fasern zu dehnen, verhindert wird: UK-Patent 1,196,419.
• 4. Temporäres Verdrehen des Vorbands im Dehnungsverfahren, in der Industrie bei vielen anderen Anwendungen als „falsche Torsion" bekannt, obwohl die Verdrehung echt, aber temporär ist, um Verziehen zu verhindern: US-Patent 4,961,307 (Cooke), und PCT WO 91/02835, US-Patent 5,477,669 (Phillips und Warner), und US-Patent 5,758,483 (Phillips und Thomas).

Die meisten der Patente beziehen sich auf die Verwendung von Dampf, um eine temporäre Verfestigung zu bewirken (d.h. temporäre Stabilisierung in dem gedehnten Faserzustand). Hier wird das Vorband in dem gedehnten Zustand in einer Atmosphäre von gesättigtem Dampf gehalten, was in der Industrie als effektives Mittel zur Erzielung einer temporären Verfestigung bekannt ist. In den meisten dieser Patente wird ein gewisses Maß des Vorplastifizierens der Wollfasern beschrieben. Dies kann einfach durch die Hinzufügung von Wasser oder vielleicht die Hinzufügung einer wässrigen Lösung eines Reduktionsmittels wie Natriummetabisulfit bewirkt werden, beides in der Industrie bekannt als Verfahren zur Erhöhung der Plastizität von Wolle. Die Reduktion der Disulfid-Bindungen in Wollfasern, gefolgt von der Erneuerung der Bindungen in Wasser oder Dampf ist weit verbreitet, beispielsweise in der Wollteppich-Industrie zur Torsionsstabilisierung.

Die Vorbehandlung der Wollfasern mit einem Reduktionsmittel, um sie zu plastifizieren, erleichtert eine permanentere Verfestigung oder Stabilisierung aller auf die Faser aufgebrachten Verformungen (Verdrehung, Längendehnung oder Biegung). Daher sind in der Industrie derartige Techniken zum Steuern des Ausmaßes von Verfestigung von sehr temporär bis hoch permanent bekannt.

Trotz des Bestehens der oben genannten Patente haben, in einigen Fällen mehr als zwei Jahrzehnte lang, die beschriebenen Techniken nicht zu einer weit verbreiteten Verwendung zur Bereitstellung von entweder temporär oder permanent verfestigter gedehnter Wolle oder Tierfasern geführt. Als Grund hierfür wird angenommen, dass die Verwendung sich bewegender eng beieinander liegender Klemmen oder die Verwendung eines Torsionsverfahrens, gefolgt von einem Dehnungs- und Verfestigungsverfahren, gefolgt von einem Ausdrehungsverfahren, nicht ökonomisch durchführbar sind. Obwohl die falsche Torsion in der Textilindustrie schon lange bekannt ist, sind Patente, die deren Verwendung im Zusammenhang mit der Dehnung von Stapel (Woll)-Fasern beschreiben, relativ jung, und diese Patente, PCT WO 91/02835, USP 5,477,669 und USP 5,758,483 beschreiben Verfahren, die in ihrer Brauchbarkeit für die Industrie beschränkt sein können, weil sie eine relativ komplexe Reihe von Mehrfachrollen, beträchtliche Verfahrens-Einsatzzeiten in Dampf und einen beträchtlichen Bedarf an Energie erfordern, um eine Verfestigung zu erreichen. Ein früheres Patent, das die Verwendung von falscher Torsion bei der Dehnung von Woll-Vorband beschreibt, US 3,803,826A, ist in seiner Aufgabe beschränkt auf das Glätten von Kräuselungen in Wollfasern, eine viel weniger anspruchsvolle Aufgabe, als das Dehnen der Fasern selbst, und erfordert nur sehr einfache Reibungsschluss-Falschtorsions-Eintragsvorrichtungen, die einem Vorband einen adäquaten und konsistenten Grad von Falschtorsion mit der für wesentliche Dehnung von Fasern erforderlichen hohen Spannung nicht zuverlässig aufbringen würden.

Feinere Wollfasern haben im Allgemeinen einen höheren Wert. Sie können in feinere Garne gesponnen werden, als gröbere Fasern, was es ermöglicht, dass Stoffe mit geringerem Gewicht hergestellt werden, und sie fühlen sich weicher an. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die oben im Zusammenhang mit der Dehnung mit temporärer Verfestigung beschriebenen Patente auch Verfahren zum Dehnen mit permanenter Verfestigung bereitstellen, um eine Reduzierung des Faserdurchmessers zu bewirken, die durch Dampf oder Wasser im Wesentlichen unbeeinträchtigt ist.

Es ist ebenfalls nicht verwunderlich, dass die oben genannten Patente ähnliche chemische Vorbehandlungen und Nachbehandlungen gemeinsam haben. Das Plastischermachen von Wollfasern durch Brechen einiger der Disulfid-Bindungen in der Faser unter Verwendung eines Reduktionsmittels, normalerweise Natriummetabisulfit, ist bekannt und in einigen Sektoren der Wollindustrie weit verbreitet. Nach derartigen Reduktionsbehandlungen ist eine Nachbehandlung, die aus wiederholten wässrigen Spülungen oder Spülungen in Lösungen von Wasserstoffperoxid besteht, ebenfalls bekannt und wird als Mittel des Förderns der Erneuerung der Disulfid-Bindungen in der Faser und des wesentlichen Entfernens von Metabisulfit-Rückständen in der Faser praktiziert.

Beispiele für gewerbliche Verfahren, die diese Chemie des Reduzierens/Bearbeitens/Reoxidierens verwenden, sind das Bandreinigungs- und WRON/ADM Group Ltd Torsionsverfestigungs-Verfahren, das in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben ist:

• WRONZ Techline Nr. T1. The WRONZ Chemset Yarn Processing System [Das WRONZ Chemset Garnbearbeitungs-System], Oktober 1988;
• J Ince, Setting wool yarns for cut-pile carpets [Verfestigen von Wollgarnen für geschnittene Florteppiche]. Wool Science Review, 50, November 1974; 2 E A Forbes und J H Dittrich, JSDC, 96, 1980, 10.; und
• The Manufacture of Wool Carpets [Die Herstellung von Wollteppichen]. Herausgeber G H Crawshaw. The Textile Institute, Manchester, 1978, 29.

Eine Behandlung zur Stabilisierung von Wollteppich-Garnen und die nachfolgende Wasserstoffperoxid-Behandlung solcher Garne vor dem Kufen- oder Haspel-Färben des geschnittenen Florteppichs werden in der folgenden Veröffentlichung beschrieben: C T Page, P W Robinson, S A Edwards und W W Connelly, Winch Beck Dyeing of Wool Carpets [Haspelkufen-Färben von Wollteppichen]. Australasian Textiles, 10/2, März/April 1990, 52. Die Verwendung von Stoff Nachbehandlungen mit Oxidierungsmitteln einschließlich Wasserstoffperoxid ist in der Industrie ebenfalls bekannt zur Stabilisierung von Wolle durch Erhöhen der Beständigkeit von Reduktionsverdichtungs-Verfahren, unter Verwendung von Natrium-Bisulfit oder anderen Reduktionsmitteln, siehe zum Beispiel: A G de Boos, J Delmenico und M A White, Permanent Press Effects in Wool, Part VII: Stabilizing Set with Additives to the Wash Liquor [Permanente Druckeffekte in Wolle, Teil VII: Stabilisieren der Verdichtung mit Zusätzen zur Waschflüssigkeit], Journal of The Textile Institute, 62, 1971, 198.

Zusammenfassend steht der Wolltextilindustrie eine wohlbekannte Technologie zur Verfügung, die auf chemischer Reduktion von Disulfid-Bindungen in der Faser basiert, gefolgt von Behandlung oder „Nötigung" des Textilmaterials in die gewünschte Form oder Konfiguration (z.B. glatter Stoff, Wirkplissé, verdrehtes Garn), und schließlich gefolgt von einer Oxidationsbehandlung, um die anfängliche Reduktionsspaltung der Disulfid-Bindungen rückgängig zu machen. Diese Verfahren sind in der Wolltextilindustrie üblicherweise als „permanente Verdichtungs"-Behandlungen bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Anzahl der vorgenannten Nachteile überwindet oder zumindest abschwächt, und ein verbessertes Verfahren zum Dehnen und temporären Verdichten in dem resultierenden gedehnten Zustand von Wollfasern mit einer vereinfachten Vorrichtung bereitzustellen, das eine brauchbare alternative Wahl bietet.

Es ist weitere Aufgabe der Erfindung, Verfahrensbedingungen zu identifizieren, bei denen das Verfahren es ermöglicht, dass die Faserbiegung (Kräuselung) geändert wird. Gewöhnlich wird erwartet, dass ein Dehnungsverfahren die Biegung einer Wollfaser bis zu einem Grad reduziert, der geringer ist, als der der unbehandelten Faser. Die Faserbiegung beeinträchtigt die Bearbeitungsleistung und die Eigenschaften des Endprodukts und ist eine Eigenschaft von beträchtlicher gewerblicher Bedeutung.

Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Schaffung eines vorübergehenden Äquivalents von Thermoplastizität in Wolle oder Tierfasern, so dass sie beträchtlich gedehnt werden können, ohne zu brechen und ohne das Erfordernis, dass sie eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme aufweisen oder chemisch behandelt sind, um die Plastizität zu erhöhen.

In einem Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Dehnen und temporären oder permanenten Verfestigen von Wolle oder Tierfasern in Form eines Vorbands bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Führen von Vorband entlang eines Vorbandpfades durch einen Dehnungsbereich; b) Erzeugen einer falschen Torsion in dem Vorband in dem Dehnungsbereich; c) Dehnen von Vorband in dem Dehnungsbereich, indem Spannung darauf ausgeübt wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbandpfad ein im Wesentlichen geradliniger Pfad durch die Dehnungszone zwischen Vorschubrollen (3) und einem Eingang einer einzelnen Zugseilrollenvorrichtung (haul pulley unit) (5) ist, wobei die falsche Torsion durch die Zugseilrollenvorrichtung (5) erzeugt wird und sich entlang des Vorbands in dem Dehnungsbereich frei fortsetzt; und dass das Verfahren ein schnelles Erhitzen von Vorband und ein Reduzieren der Feuchtigkeitsaufnahme von Vorband in zumindest einem Teil des Dehnungsbereichs unter Verwendung eines Mikrowellenfeldes (4) umfasst.

In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Dehnen und temporären oder permanenten Verfestigen von Wolle oder Tierfasern in Form eines Vorbands bereit, die aufweist: a) eine einzelne Zugseilrollenvorrichtung (haul pulley unit) (5), die einem Vorband in einem Dehnungsbereich eine falsche Torsion verleiht und eine Zugspannung auf das Vorband in dem Dehnungsbereich ausübt; b) einen Mikrowellenentfeuchter (4), der in zumindest einem Teil des Dehnungsbereichs die Temperatur schnell erhöht und die Feuchtigkeitsaufnahme (regain) des Vorbands verringert; und c) Vorschubrollen (3), wobei die Vorschubrollen und ein Eingang der Zugseilrollenvorrichtung einen im Wesentlichen geradlinigen Vorbandpfad durch den Dehnungsbereich definieren.

Der Umfang der Erfindung umfasst des Weiteren:

• (a) eine Version des Verfahrens, die Fasern bereitstellt, die gedehnt und temporär verdichtet sind (d.h. so stabilisiert, dass sie gedehnt bleiben, bis sie Dampf oder Wasser ausgesetzt werden);
• (b) eine Version des Verfahrens, die Fasern bereitstellt, die, verglichen mit unbearbeiteten Fasern, permanent verdichtet sind und entweder aufweisen:
• • einen reduzierten Durchmesser mit reduzierter Biegung (Kräuselung)
• • eine erhöhte Biegung im Wesentlichen ohne Veränderung des Durchmessers
• • bestimmte Kombinationen von reduziertem Durchmesser und wiederhergestellter oder erhöhter Biegung.

Je nach Kombination von Durchmesser und Kräuselung kann die Faserlänge länger oder kürzer sein, und der Glanz der Faser intensiver sein.

In einem besonderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zum Dehnen und temporären Verdichten von Tierfasern, das umfasst:

Platzieren eines Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Energie-Aufbringgeräts in einem Dehnungsbereich, so dass ein Woll- oder Tierfaser-Vorband mit falscher Torsion im Wesentlichen gleichzeitig geeignet plastisch gemacht werden kann, um bei relativ niedriger Feuchtigkeitsaufnahme gedehnt zu werden, und gedehnt werden kann.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Dehnen und temporären Verdichten von Wolle oder anderen Tierfasern bereitgestellt, und somit zum Bereitstellen von Fasern mit hohem Schrumpfungspotenzial, das in geeigneter Weise in einer Dampfrelaxations-Behandlung oder in einer Wasserrelaxations-Behandlung realisiert werden kann.

Vorzugsweise umfassen die Verfahren des Weiteren den Schritt des Verwendens eines kombinierten Zugseilrollen-Spinnflügels (haul pulley flyer), der falsche Torsion und Zug bereitstellt, dem Energie-Aufbringgerät nachgeordnet und außerhalb des Energieaufbring-Bereichs, so dass der Pfad des Vorbands durch das Energie-Aufbringgerät im Wesentlichen geradlinig ist.

Das Verfahren umfasst des Weiteren das Aufbringen von Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Energie, jedoch bevorzugt Mikrowellen-Energie, um das Vorband über seine gesamte Stärke sehr schnell aufzuheizen.

Für die Erzeugung von temporär verfestigter gedehnter Faser wird vorzugsweise eine Feuchtigkeitsaufnahme von 19 bis 25%, bevorzugter von 20 bis 23%, verwendet und erhalten, indem „trockenes" (d.h. ungefähr im Gleichgewicht mit der Umgebungsluft) Vorband oder Oberteil durch ein Dampfrohr geführt wird, das so ausgestaltet ist, dass sich keine Tröpfchen oder kondensierter Dampf auf der Faser ablagern. Vorzugsweise wird eine Verringerung der Feuchtigkeitsaufnahme auf 10 bis 15%, bevorzugter auf 12 bis 14% bewirkt, um temporäre Verdichtung zu bewirken.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zum Dehnen und temporären Verfestigen von Tierfasern, das das Erzielen eines beweglichen plastischen Faserzustands bei moderater, vorzugsweise 19 bis 25%, Feuchtigkeitsaufnahme umfasst, indem die Fasertemperatur schnell auf eine Höhe oberhalb des Glaspunkts bei dieser Höhe der Feuchtigkeitsaufnahme erhöht wird, und zwar mittels einer linearen Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Heizvorrichtung, die sich in einem geraden Bereich befindet, in dem das Vorband plastifiziert, gedehnt und dann progressiv getrocknet wird, während es sich entlang des geraden Bereichs bewegt. Mikrowellenentfeuchter sind in verschiedenen Industrien bekannt und existieren in vielen Formen, die die Leistung für bestimmte Anwendungen optimieren sollen. Eine derartige verfeinerte Version ist in USP 4,908,486 beschrieben, die maximierte Resonanz hat. Die in dieser Erfindung verwendete Form ist nicht entscheidend oder verfeinert, sondern eine einfache Mikrowellenenergie-Erzeugungsvorrichtung und ein linearer rohrförmiger Hohlleiter, durch den sich das Vorband hindurch bewegt.

In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen einzelnen modifizierten Zugseilrollen-Spinnflügel (haul pulley flyer) bereit, der veranlassen kann, dass ein Vorband den Spinnflügel entlang der Drehachse verlässt, und der sich einem Dehnungs- und Trocknungsbereich nachgeordnet befindet, so dass der Vorbandpfad von den Vorschubrollen zu dem Spinnflügel im Wesentlichen geradlinig ist. Der geradlinige Vorbandpfad erleichtert die Verwendung einer linearen Heizvorrichtung und die Angleichung des Vorband-Drehmoments überall in dem Dehnungsbereich.

Die Mikrowellen- oder Hochfrequenzheizung kann durch das Durchtreten von warmer Luft durch den rohrförmigen Hohlraum der Heizvorrichtung verbessert werden, um verdampfte Feuchtigkeit abzuleiten.

Weitere Aspekte der Erfindung, die in all ihren neuen Aspekten betrachtet werden sollten, werden aus der folgenden Beschreibung, die nur beispielhaft erfolgt, ersichtlich.

Die Erfindung wird nun nur beispielhaft und unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigt:

1 eine Graphik des Glaspunkts von Wolle in Abhängigkeit vom Wassergehalt;

2 eine Vorrichtung zur Erzeugung einer falschen Torsion und zur gleichzeitigen Bereitstellung eines schleppenden Zugs;

3 eine Spinning Jenny der Seilherstellungs-Industrie, die eine Zugseilrollen-Vorrichtung ähnlich der in 2 verkörpert;

3a den Kondensator und Greifer;

3b die Drehrichtung des Rollenantriebs;

4 eine Graphik der Beziehung zwischen Feuchtigkeitsaufnahme des gedehnten Vorbands, Grad der Mikron-Reduzierung und Kräuselungsbiegung; und

5 eine allgemeine Anordnung für eine Dehnungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Heizverfahren des Standes der Technik umfassen das Schaffen einer Dampfatmosphäre um das Vorband herum, wie es in PCT WO 91/0283 beschrieben ist. Dies erfordert viel mehr Zeit, um den Kern des Vorbands zu erhitzen, der sich in einem verdrehten, gespannten und daher dichten Zustand befindet. Es erfordert beträchtliche Zeit, bis die Hitze, die auf die Oberfläche eines derartigen Strangs aufgebracht wird, bis zum Kern diffundiert. Es ist daher möglich, durch die Verwendung einer Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Heizvorrichtung innerhalb und durch die ganze radiale Ausdehnung des verdrehten Vorbands hindurch eine Umgebung hoher Temperatur zu schaffen, die 100°C erreicht oder sogar übersteigt, zusammen mit einem Feuchtigkeitsgehalt, der sich von seinem ursprünglichen oder Anfangs-Grad noch nicht wesentlich verändert hat. Es wurde durch umfangreiche Experimente herausgefunden, dass eine Feuchtigkeitsaufnahme von 19 bis 25%, vorzugsweise jedoch von 20 bis 23%, geeignet ist zu ermöglichen, dass ein hoher Grad von Dehnung, 40 bis 60%, sicher auf Woll-Vorband aufgebracht wird, und dass eine Reduzierung der Feuchtigkeitsaufnahme auf 10 bis 15%, vorzugsweise jedoch auf 12 bis 14%, geeignet ist, um eine temporäre Verdichtung zu bewirken.

Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das es ermöglicht, die Aufgabe des Dehnens und temporären Verfestigens mit einer Feuchtigkeitsaufnahme-Veränderung von nur 7 bis 10% zu erreichen, was den Energieverbrauch minimiert.

Ohne durch eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass diese offensichtliche vorübergehende Thermoplastizität in Wolle unter den gegebenen Umständen wie folgt beschrieben werden kann:

Wolle ist wie die meisten polymeren Feststoffe einem temperatur- und feuchtigkeitsabhängigen Übergang zweiten Grades von einem glasartigen steifen Zustand in einen beweglicheren, plastischeren Zustand unterworfen. Der Übergang von dem steifen zu dem plastischen Zustand tritt ein, wenn die Temperatur über eine Temperatur, die Glaspunkt genannt wird, erhöht wird. Bei Wolle ist der Glaspunkt hoch feuchtigkeitsabhängig und ist relativ niedrig, wenn die Wollfaser-Feuchtigkeitsaufnahme hoch ist, und zusehends höher, wenn die Faser-Feuchtigkeitsaufnahme relativ niedrig ist (siehe 1). Dadurch, dass in einem Dehnungs-Verfestigungs-Verfahren eine Wollfaser bereitgestellt wird, die die relativ beweglichen plastischen Zustandseigenschaften einer Faser mit höherer Feuchtigkeitsaufnahme als derjenigen an der Glaspunktgrenze bei dieser Temperatur aufweist, ist es möglich, den plastischen Zustand auszunutzen, um Dehnung ohne exzessive Beanspruchung zu erreichen, und um temporäre Verfestigung durch Trocknen der Wolle in ihrem gedehnten Zustand zu bewirken, bis ihre Feuchtigkeitsaufnahme auf der trockenen Seite des Glaspunkts, liegt.

Alternativ und als bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann der bewegliche plastische Zustand bei moderater Höhe der Feuchtigkeitsaufnahme, 19 bis 25%, erreicht werden, indem die Fasertemperatur auf eine Höhe oberhalb des Glaspunkts bei dieser Höhe der Feuchtigkeitsaufnahme erhöht wird. Die meisten Heizverfahren verringern die Feuchtigkeitsaufnahme durch Verdampfung, wodurch der Glaspunkt erhöht wird. Mikrowellen- oder Hochfrequenzheizen ermöglicht, dass die Temperatur in dem dichten Vorband mit falscher Torsion sehr schnell und entscheidend erhöht wird, bevor wesentliche Verdampfung und Trocknung eingetreten ist. So wird ein Übergangszustand geschaffen, in dem das Woll-Vorband mit moderater Feuchtigkeitsaufnahme plastisch und in einem hohen Grad von Dehnung biegsam gemacht wird. Die einzige bekannte Alternative, diesen Zustand der Plastizität im Inneren eines verdrehten dichten Vorbands unter Spannung bei derart niedrigen Graden von Feuchtigkeitsaufnahme zu erreichen ist, das verdrehte dichte Vorband für eine längere Verweildauer in Dampf einzuweichen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es durch die Verwendung von Mikrowellen- oder Hochfrequenzheizung, dass derselbe Zustand sehr schnell und ohne eine extern angewendete Dampfatmosphäre erreicht wird.

Die Erfindung ermöglicht es, dass sich das Woll-Vorband durch den gesamten Bereich, in dem es plastifiziert, gedehnt, teilweise getrocknet, abgekühlt und temporär verdichtet wird, in einem im Wesentlichen geradlinigen Pfad bewegt, ohne dass es um Rollen oder Führungen herum geleitet werden muss. Dieser geradlinige Pfad weist drei Vorteile auf:

• 1. Er erleichtert den Durchtritt des Vorbandes durch eine lineare Heizkammer, die die elektrischen Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Felder enthält, und es gibt keine Probleme, die aufgrund des Vorhandenseins von Rollen oder Führungen in starken elektrischen Feldern auftreten können.
• 2. Er stellt automatisch die Stelle der Ausdehnung an dem optimalen Punkt oder dem kurzen Bereich entlang des Vorbands bereit, wenn es maximale Plastizität oder minimales Zugmodul erreicht hat, während sich das Vorband aufheizt. Da sich das Vorband schnell aufheizt, ist der Temperaturgradient entlang des Vorbandes steil, und die Stelle, an der Dehnung auftritt, ist im Wesentlichen statisch (d.h. sie geht nicht um große Entfernungen vor oder zurück, was zu unregelmäßigen Verfestigungsgraden führen würde).
• 3. Es stellt automatisch gleiche Drehmomente an allen Punkten entlang des Vorbandes in dem Dehnungs-Verfestigungs-Bereich bereit. Daher wird, während sich das Vorband dehnt und dünner wird, Torsion (d.h. falsche Torsion) so umverteilt, dass das dünnere gedehnte Vorband mehr Torsion erhält, als der frühere ungedehnte Abschnitt des Vorbands. Dadurch wird verhindert, dass zusätzliche Vorrichtungen erforderlich werden, um den Torsionsgrad einzustellen, während sich das Vorband dehnt, wie sie in PCT WO 91/02835 beschrieben sind.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun beschrieben:

Die Stufen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindungen können folgendermaßen aussehen:

• 1. Bereitstellen eines Vorbandes aus Wolle oder anderen Tierfasern, das ein Endlosstrang von Fasern ist, der einem verdrehungsfreien Seil gleicht, typischerweise mit einer linearen Dichte von 28 bis 60 Gramm pro Meter, für das Verfahren. Dies kann ein kardiertes Vorband oder ein kardiertes und geripptes (gilled) Vorband oder ein gekämmtes Vorband sein.
• 2. Einstellen der Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands auf den gewünschten Bereich von 19 bis 25%, vorzugsweise jedoch von 20 bis 23%, indem das Vorband durch eine doppelwandige Röhre, die mit Frischdampf (d.h. gesättigtem Dampf mit annähernd Atmosphärendruck) versorgt wird, geschoben wird. Dies dient auch dazu, das Vorband vorzuheizen. Alternativ kann das Vorband in einer Atmosphäre, die sich in demselben Bereich von Feuchtigkeitsaufnahme ergibt, voraufbereitet (aufbewahrt) werden. Nach dem Einstellen der Feuchtigkeitsaufnahme wird das Vorband mit gesteuerter Geschwindigkeit von einem Paar von Vorschub (Druck)-Rollen, die auch als Torsionsblock dienen, zugeführt.
• 3. Verdrehen des Vorbands mit ausreichender Torsion, im Wesentlichen um Verziehen zu verhindern (d.h. Rutschen der Fasern in Bezug auf ihre Nachbarn). Der Grad der Torsion, der erforderlich ist, um Verziehen zu verhindern, kann mittels eines Torsionsfaktors, eines Parameters, der herkömmlicherweise in der Textilindustrie verwendet wird, um den Grad der Torsion anzugeben, spezifiziert werden. Der Torsionsfaktor ist definiert als die Torsion in Drehungen pro Meter, multipliziert mit der Quadratwurzel der linearen Dichte des Vorbands in Gramm pro 1.000 Meter. Ein Torsionsfaktor von 2.000 bis 3.000 ist wahrscheinlich geeignet, um Verziehen zu verhindern, wobei das untere Ende des Bereichs für lange Fasern angemessen ist und das obere Ende des Bereichs für kürzere Fasern. Das Verfahren ist nicht auf diesen Bereich von Torsionsfaktoren beschränkt, sie sind nur beispielhaft angegeben. Die durch die vorliegende Erfindung eingebrachte Torsion ist keine permanente Torsion, sondern eine temporäre Torsion. Das Vorband liegt nur während der Zeit, in der es sich durch die Stufe des Verfahrens bewegt, in der es stark gedehnt ist, in einem verdrehten Zustand vor, und wird ausgedreht, wenn es diesen Bereich verlässt. Dieses Verfahren des Einbringens von Torsion, die temporär in einem Textilstrang und für die Dauer des Durchtretens des Strangs durch einen Verfahrensbereich oder eine Verfahrensstufe vorliegt, ist in der Industrie als falsche Torsion bekannt, trotz der Tatsache, dass die Torsion echt, aber temporär ist.
• 4. Dehnen des Vorbands in demselben Bereich des Verfahrens, in dem es in einem verdrehten Zustand vorliegt. Die Ausdehnung kann typischerweise 40 bis 60% für ein Vorband betragen, das temporär zu verdichten ist und nicht mit einem Reduktionsmittel vorbehandelt worden ist.
• 5. Der Zug, um das Dehnen des Vorbands zu bewirken, und die Torsion, um ein Verziehen der Fasern während des Dehnens zu vermeiden, werden beide von einem Zugseilrollen-Spinnflügel des Typs bereitgestellt, der in der Seil-, Tauwerk-, Hartfaser- und Bastfaser-Industrie weit verbreitet ist: D Himmelfarb, The Technology of Cordage Fibres and Rope [Die Technik von Tauwerkfasern und Seilen]. Leonard Hill (Books) Ltd, London, 1957, 12 und S. 127–147; und A V Pringle, The Mechanics of Flax Spinning [Die Mechanik des Flachsspinnens]. H R Carter Publications Ltd, Belfast, 1954.
  
  In diesen Industrien ist es normalerweise erforderlich, dass die eingebrachte Torsion eine "echte" oder permanente Torsion ist, und dieses Ergebnis wird dadurch erzielt, dass das Sammlungspaket (normalerweise eine große Garnrolle) in Bezug auf die Strangachse gedreht wird (siehe 3). Bei der vorliegenden Erfindung braucht die Torsion nicht „echt" oder permanent zu sein, sondern vorzugsweise „falsch" oder temporär, und daher wird das dem Zugseilrollen-Spinnflügel nachgeordnete Sammlungspaket nicht in Bezug auf die Strangachse gedreht. Ein Beispiel eines modifizierten Zugseilrollen-Spinnflügels ist in 2 gezeigt. In 2 besteht die Vorrichtung zur Erzeugung einer falschen Torsion aus einem Rahmen E, der einen Rollenantrieb B und Rollen C trägt. Die Rollen C fungieren nur als Führungen, um die Richtung des Vorbandes zu ändern. Der Rahmen dreht sich (angetrieben) um die Mittellinie x-y. Im Gebrauch weist das Vorband, das sich in Richtung der gezeigten Pfeile bewegt, bei A eine falsche Torsion auf und ist bei D im Wesentlichen verdrehungsfrei. Der Rollenantrieb B ist umfangsseitig mit Nuten versehen, ebenso wie die Führungsrollen oder Rollen C. Der Rollenantrieb B dreht sich ebenfalls um seine eigene Achse, um Zug bereitzustellen. Dies ist eine Adaptierung einer bekannten Vorrichtung im öffentlichen Bereich.
• 6. Ein weiteres wichtiges Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung ist, dass nur eine einzige Zugseilrollen-Spinnflügel-Vorrichtung erforderlich ist, was die Zeit für das Bespannen verringert, und diese Zugseilrollen-Spinnflügel-Vorrichtung ist dem Dehnungsbereich und dem Trocknungsbereich nachgeordnet positioniert, so dass der Vorbandpfad von den Zuführrollen zu dem Spinnflügel im Wesentlichen geradlinig verläuft. In diesem geradlinigen Bereich ist eine lineare Mikrowellen- oder alternativ Hochfrequenz-Heizvorrichtung, vorzugsweise jedoch eine Mikrowellen-Heizvorrichtung, angeordnet, durch die das Vorband hindurchtritt und schnell aufgeheizt, plastifiziert, gedehnt und dann progressiv getrocknet wird, während es sich entlang des Bereichs bewegt. Die Mikrowellen- (oder Hochfrequenz-) Heizvorrichtung ist im Wesentlichen die einzige Energiequelle zum Heizen und anschließenden Trocknen. Ein zusätzlicher warmer Luftstrom von geringem Volumen durch den röhrenförmigen Hohlraum der Mikrowellen-Heizvorrichtung wird bereitgestellt, um die verdampfte Feuchtigkeit zu entfernen, die sonst schließlich den Hohlraum sättigen würde.
• 7. Während das Vorband gedreht und gedehnt wird, verringert der kumulative Trocknungseffekt der Wärme, die in das Mikrowellenfeld eingebracht wird, und des heißen Vorbands, das sich dann über einen Luftzwischenraum von wenigstens 2 bis 3 Metern bewegt und dann schnell in der Luft durch den wirbelnden Zugseilrollen-Spinnflügel gedreht wird, die Feuchtigkeitsaufnahme genügend, um temporäres Verdichten zu bewirken. Der Kühlungseffekt des Luftspalts und das Herumwirbeln in der Luft an dem Zugseilrollen-Spinnflügel unterstützen den Verdichtungseffekt. Experimente haben gezeigt, dass dies erreicht wird, wenn die Feuchtigkeitsaufnahme geringer ist als 15%, bevorzugt jedoch 12 bis 14%.
• 8. Aufnehmen des Vorbands in einer herkömmlichen Kannen-Aufwickelhaspel, die in der Industrie bekannt ist. Die Kannen-Aufwickelhaspel wird mit gesteuerter Geschwindigkeit angetrieben, die genau dazu geeignet ist, das gelieferte Vorband aufzunehmen, jedoch keinen ungebührlichen Zug darauf auszuüben, der zu unregelmäßigem Verziehen führen könnte. Alternativ kann das gedehnte Vorband als verdrehtes Vorband (d.h. mit echter Torsion) auf einer Garnrolle aufgenommen werden, die innerhalb des Zugseilrollen-Spinnflügels angebracht ist (d.h. indem der Spinnflügel so verwendet wird, wie es in der Seilindustrie bekannt ist und in 3 gezeigt ist, wo 8 das Kettenblech, 9 der Kondensator und Greifer, 10 die Torsionsrolle, 11 der Rollenantrieb, 12 der Spinnflügel-Zahnkranz und 13 die Spannrolle ist). Wenn diese Option verwendet wird, ist ein Folgeverfahren erforderlich, um das Vorband so auszudrehen, dass es in der nächsten Stufe der Textilverarbeitung, die Rippen (gilling) oder Öffnen und Kardieren sein kann, verarbeitet werden kann.

5 zeigt eine allgemeine Anordnung von Teilen für ein Beispiel einer Dehnvorrichtung. In diesem Beispiel wird ein Vorband 7 von einer Spule 1 zu einem Vor-Verdampfer 2 zu Abpresswalzen 3 geführt. Das Vorband 7 tritt dann in einem Zustand falscher Torsion durch den Mikrowellenentfeuchter 4 hindurch zu dem Zugseilrollen-Spinnflügel 5. Das Vorband wird dann von einer geeigneten Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise einer Kannen-Aufwickelhaspel 6, aufgenommen.

Eine weitere Anwendung des offenbarten Verfahrens und der offenbarten Vorrichtung ist es, die Dehnungs-Verdichtungs-Vorrichtung mit einem Vorband zu versorgen, das in einer in der Industrie bekannten chemischen Reduktionsbehandlung vorplastifiziert worden ist, so dass ein höherer Grad von Dauerhaftigkeit der Verdichtung erreicht wird. Eine weitere Erhöhung des Grads der Verdichtung kann erreicht werden, indem der Abstand zwischen der Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Heizvorrichtung und dem Zugseilrollen-Spinnflügel vergrößert wird, und indem das Vorband wahlweise mit einer Dampfatmosphäre umgeben wird. Eine noch weitere Erhöhung des Grads der Verdichtung oder der Dauerhaftigkeit der Dehnung kann durch eine oxidierende Nachbehandlung, beispielsweise mit einer Wasserstoffperoxid-Lösung, die in der Industrie für diese Anwendung bekannt ist, oder durch eine Vernetzungs-Behandlung, beispielsweise mit Formaldehyd, die in der Industrie für diese Anwendung bekannt ist, erreicht werden.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung permanent gedehnter Fasern gemäß der Erfindung wird nun beschrieben. Die Stufen eines erfindungsgemäßen Verfahrens können folgendermaßen aussehen:

• (a) Behandle ein Woll- oder Tierfaser-Vorband oder ein -Oberteil mit einem chemischen Reduktionsmittel wie z.B. einer Natriummetabisulfit-Lösung, beispielsweise unter den folgenden bevorzugten Bedingungen:
• – Natriummetabisulfit 10 bis 30 g/l
• – Temperatur 80 bis 85°C
• – Zeit 1,5 bis 10 Minuten
• – pH 5 bis 7,5
  
  Die höheren Konzentrationen von Natriummetabisulfit werden mit den kürzeren Zeiten kombiniert, und umgekehrt.
• (b) Verringere die Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands auf 45 bis 60% durch die Verwendung von Abpresswalzen.
• (c) Dehne das Vorband im Wesentlichen wie in den Stufen 3 bis 6 des vorher beschriebenen Verfahrens beschrieben, um eine temporär verdichtete Dehnung zu bewirken, mit der folgenden wichtigen Ausnahme: Die auf das Vorband aufgebrachte Dehnung oder Ausweitung ist typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich, 60 bis 90%.
• (d) Wähle die Eingabe von Mikrowellenenergie, um die Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands oder des Oberteils nach dem Austreten aus dem Dehnungsbereich zu steuern, um den Grad der Kräuselungsbiegung und der Mikron-Reduzierung in dem bearbeiteten Vorband zu wählen, gemäß den nachfolgend verallgemeinerten Parametern aus:
• i. für eine minimale Kräuselungsbiegung und eine maximale Mikron-Verschiebung verwende eine minimale Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands, typischerweise weniger als 10% für ein Vorband, das mit 10 g/l Metabisulfit behandelt ist, und weniger als 20% für ein Vorband, das mit 20 g/l Metabisulfit behandelt ist,
• ii. für eine maximale Kräuselungsbiegung und eine minimale (oder sogar Null-)Mikron-Verschiebung, verwende eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands, typischerweise 30 bis 60%, und nicht mehr als 15 g/l Metabisulfit-Vorbehandlung,
• iii. für eine Mikron-Verschiebung, die nahe am Maximum liegt, typischerweise 90 bis 100% der maximalen Mikron-Verschiebung, und eine Kräuselungsbiegung, die für gedehntes Mikron in natürlichen Wollen typisch ist, verwende eine Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands im Bereich von 20 bis 40% für ein Vorband, das mit 10 bis 15 g/l Metabisulfit behandelt ist.

Die verallgemeinerten Parameter zum Steuern der Kräuselungsbiegung und des Grads der Mikron-Verschiebung beschreiben ausgewählte Ergebnisse eines Kontinuums, das in 4 gezeigt ist, das den Effekt des Dehnens von Wolle über einen Bereich von Feuchtigkeitsaufnahmen des Vorbands zeigt. Es ist wichtig, dass diese Feuchtigkeitsaufnahme-Werte die Feuchtigkeitsaufnahmen am Ausgang des Dehnungsbereichs sind.

Die folgenden Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft angegeben, ohne die Anwendung der Erfindung einzuschränken.

Ein Vorband von 28,6 Mikron Wolle wurde mit 10% Natriummetabisulfit-Lösung bei 85°C behandelt und dann in Druckwalzen ausgedrückt, während es in den Dehnungsbereich des Verfahrens eintrat, so dass die Feuchtigkeitsaufnahme auf ca. 60% verringert wurde. Es wurde um 65% gedehnt und gleichzeitig getrocknet, während es sich durch einen röhrenförmigen Mikrowellenofen hindurch bewegte, so dass es mit einer Feuchtigkeitsaufnahme von ca. 8% aus dem Dehnungsbereich austrat. Der Durchmesser und die Kräuselungsbiegung der Faser nach der Dampfrelaxation, gemessen mit dem OFDA-Verfahren (Optical Fibre Diameter Analyser, IWTO Test Method 47) waren folgendermaßen. Die Faserlänge (Almeter-Verfahren) und der Gelbstich (Y-Z) sind ebenfalls angegeben.

Die gedehnte Faser war feiner und wies eine geringere Kräuselungsbiegung, eine größere Faserlänge und einen verminderten Gelbstich auf (d.h. hatte eine weißere Farbe).

Ein ähnliches Vorband wie das in Beispiel 1 beschriebene wurde mit Metabisulfit unter denselben Bedingungen vorbehandelt. Es wurde unter denselben Bedingungen ausgedrückt und gedehnt wie in Beispiel 1, mit der wichtigen Ausnahme, dass weniger Mikrowellenenergie zugeführt wurde, so dass die Feuchtigkeitsaufnahme des Vorbands nach dem Dehnungsbereich ca. 35% betrug. Nach der Dampfrelaxation des Vorbands waren der Faserdurchmesser, die Kräuselungsbiegung, die Faserlänge und der Gelbstich wie folgt:

Die gedehnte Faser war feiner (obwohl die Durchmesserverringerung nur 13% betrug, im Vergleich zu 15% bei Beispiel 1). Die Kräuselungsbiegung und die Faserlänge wurden vergrößert, und der Gelbstich verminderte sich.

Da die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dehnen von Wolle betrifft, ist es offensichtlich, dass eine Kombination eines Dehnungsverfahrens mit permanenten Verdichtungsbehandlungen, wie sie in der Industrie bekannt sind, es der Industrie ermöglicht, aus der Erfindung Nutzen zu ziehen, indem sie sowohl eine permanent verdichtete gedehnte Faser als auch die temporär verdichtete Version, die vorher beschrieben worden ist, bereitstellt.

Somit werden durch die Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Dehnen von Vorbändern von Wolle oder Tierfasern bereitgestellt, die vorteilhaft entweder zur Herstellung von temporär verdichteten gedehnten Fasern mit hohem Schrumpfungspotenzial oder zur Herstellung von permanent verdichteten gedehnten Fasern mit reduziertem Durchmesser, erhöhter Länge und modifizierter Kräuselbiegung verwendet werden können.

Einzelne Beispiele der Erfindung sind beschrieben worden, und es ist beabsichtigt, dass Verbesserungen und Änderungen stattfinden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.