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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von künstlichen Fäden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Kunstgarnen und hat in erster
Linie ein Spinnverfahren zum Gegenstand, mit dem Erzeugnisse erreicht werden können, deren mechanische Eigenschaften sowohl im trockenen als auch und insbesondere im nassen Zustand wesentlich höher sind als diejenigen, die bisher auf industriellem Wege erhalten wurden, dermassen, dass sie z. B. im Falle von Garnen aus, aus der Viskose regenerierten Zellulose sehr nahe denjenigen der Baumwolle stehen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist bei den verschiedenen Herstellungsweisen von Kunst- garnen anwendbar, obwohl es insbesondere mit Hinsicht auf das Viskoseverfahren nachstehend beschrieben ist.
Die Erfindung hat ferner zum Gegenstand eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten
Verfahrens.
Die genannten guten mechanischen Eigenschaften der Garne sowie auch die wechselbezügliche
Eigenschaft einer geringeren Aufschwemmung beim Übergang vom trockenen zum nassen Zustand sind auf ein sich aus dem Spinnverfahren nach der Erfindung ergebendes Gefüge zurückzuführen, das ausser durch einen gewissen Orientierungsgrad der Mizellen auch noch und insbesondere durch die Anwesenheit von innerer Restspannung mit einer vom Mittelpunkt an nach den Umfange des
Querschnittes der einzelnen Fäden wachsenden Stärke gekennzeichnet ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass man die Fäden während der ganzen oder des grössten Teiles der zu ihrer Bildung im Spinnverfahren erforderlichen Zeit einer allmählichen, fortdauernden Streckung unterwirft, d. h. während der Zeit, die für jeden Faden notwendig ist, um aus seinem Anfangszustand, in welchem er aus einer in eine dünne Haut eingeschlossenen kolloidalen Lösung besteht, was der Fall ist in der Nähe der Öffnungen der Spinnbrause, in den Endzustand überzugehen, in welchem die Koagulation und die Bildung vollendet ist, was man daran erkennt, dass der Faden, welcher von der Streckvorrichtung freigegeben wird, keine Neigung mehr hat oder jedenfalls nur eine sehr geringe Neigung, zu schrumpfen.
Wenn man zur Erleichterung des Verständnisses des Wesens der Erfindung jeden Faden sich idealisiert vorstellt als bestehend aus koaxialen Grundschichten, welche sich durch den von aussen nach innen fortschreitenden Koagulationsprozess bilden, versteht man leicht, dass durch eine gleichzeitig mit der Koagulation des Fadens angewandte Streckung jede Schicht sich nicht nur als in denjenigen, bekanntlich als günstige zur Orientierung der Mizellen angesehenen Spannungsverhältnissen gebildet ergibt, sondern auch eine Gesamtlängsverformung erfährt, die kleiner oder grösser als diejenige der angrenzenden, vorherstehenden bzw. nachfolgenden Schicht ist und im fertigen Erzeugnis die genannten inneren Restspannungen mit einer vom Mittelpunkt nach dem Umfang des Querschnittes zu wachsenden Stärke hervorruft.
Es ist ausserdem einleuchtend, dass die von innen nach aussen zuzunehmende Erhöhung dieser Restspannungen und damit auch die physischen Eigenschaften des Fadens in einem bestimmten Verhältnis zu dem Gesamtmass der angegebenen Längsverformung stehen, und dass es daher möglich sein wird, durch Regelung des Prozentes der Streckung die Festigkeitswerte und somit auch die Dehnungsfähigkeit des fertigen Produktes zu beeinflussen, u. zw. derart, dass diese Werte den besonderen Anforderungen der in Frage kommenden Anwendungsgebiete angepasst werden, d. h. die Regelung
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wird verschieden sein, je nachdem ob man z.
B. wünscht, Textilien mit durchlaufendem Faden, bei welchen die Dehnungsfähigkeit gewisse Grenzen nicht unterschreiten darf, zu erhalten oder Textilien mit kurzen Fäden, die hergestellt werden, indem fortlaufende Fäden in Stücke kurzer Länge zerschnitten werden und die eine erhöhte Festigkeit bei kleiner Dehnungsfähigkeit haben sollen, wie es für natürliche vegetabilische Fasern kennzeichnend ist.
An sich ist es bereits bekannt, dass man die Festigkeit künstlicher Textilfasern dadurch erhöhen kann, dass man die Fäden während der Fadenbildung einer gewissen Streckung unterwirft. Man hat aber bisher noch niemals daran gedacht, dass es von besonderem Vorteil ist, die Streckung graduell vorzunehmen und während der verhältnismässig sehr langen Zeit, die es dauert, bis die Fäden ihren Endzustand vollständig erreicht haben. Ebenso hat man nicht erkannt, dass es dadurch möglich ist, die Fäden einer relativ sehr hohen Streckung zu unterwerfen.
Man hat vielmehr im ausdrücklichen Gegensatz hiezu die Streckung immer nur während einer sehr kurzen Zeitdauer, höchstens wenige Sekunden, angewendet, was sich aus den der Streckung unterworfenen Fadenlängen und den üblichen Fadengeschwindigkeiten eindeutig ergibt.
Wenn man z. B. das Viskoseverfahren betrachtet, bei welchem normalerweise Fadengeschwindig- keiten von 55-65 ? pro Minute benutzt werden und berücksichtigt, dass bei den bisher bekannten Verfahren die Streckung nur auf Fadenlängen von höchstens 2 m zur Wirkung gebracht wird, erkennt
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angrenzenden Ende ein Zahnrad 18. Die Zahnräder 17 und 18 greifen in zwei Zahnräder 19 und 20 ein, die miteinander fest verbunden sind, sich aber auf einem festen, auf dem Gestell B angeordneten ) Zapfen frei drehen können.
Wählt man das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad 17 und dem Zahnrad 18, so dass es kleiner als 1 : 1 ist, so dreht sich das Zahnrad 15, wie erwähnt, in derselben
Richtung wie die Trommel i, aber mit einer kleineren Geschwindigkeit.
Infolge des Eingriffes zwischen den Zahnrädern 14 der einzelnen Rollen a und dem mittleren
Zahnrad 15 führen die Rollen ausser der Bewegung, die sie als Ganzes infolge der Mitnahme bei der Drehung der Trommel ausführen, noch eine unabhängige Drehung in derselben Richtung jede um ihre eigene Achse aus. Diese Eigendrehung der Rollen wird eine um so kleinere Geschwindigkeit haben, je mehr sieh die Geschwindigkeit des Rades 15 derjenigen der Trommel il nähert und wird in geeigneter
Weise durch entsprechende Veränderung der Zähnezahl der Räder 17-20 gewählt. Die Rollen a sind in geeigneter Weise mit Gummi oder einem andern geeigneten Material überzogen.
Die Gesamtheit der Rollen a, die auf der Trommel angeordnet sind und sich mit dieser zusammen drehen, bildet eine Art Haspel, auf welcher der aus der Spinndüse herkommende Faden aufgewickelt wird. Infolge der Drehung der ganzen Vorrichtung um die Achse x-x wird sich der Faden in Form eines Vielecks aufzuwickeln suchen, das in einer zu dieser Achse senkrechten Ebene liegt. Durch die Drehung der einzelnen Rollen a um sich selbst wird aber der Faden längs des kleinen Bogens, den er auf jeder Rolle umgreift, durch die Bewegung dieser Rolle nach dem zur Achse der Rolle senkrechten und durch den Punkt, in dem der Faden anfangs in Berührung mit der Oberfläche derselben kommt, durchgehenden Kreis mitgenommen werden.
Infolge der Schräglage der Achse der Rolle gegenüber der Drehachse der Vorrichtung wird also eine solche Verschiebung des Fadens ein Herausgehen des
Fadens aus der zur genannten Achse der Vorrichtung senkrechten Ebene in der durch die Neigung- richtung der Rolle bedingten Richtung, u. zw. gemäss der Richtung dieser Neigung von der an die
Trommel si angrenzenden Seite an nach den freien Enden der Rollen zur Folge haben.
Die kleinen, nachfolgenden Abweichungen des Fadens, die durch die Wirkung einer jeden Rolle hervorgerufen werden, bewirken also, dass der Faden im Ganzen einen schraubenförmigen Verlauf annehmen wird, so dass sieh auf dem Rollensystem eine Reihe von aneinanderliegenden, voneinander um eine kleine
Strecke entfernten und durch die Vorrichtung wie durch eine Haspel getragenen Windungen bilden wird (Fig. 3). Von der letzten Windung an nach rechts wird der Faden t'einem Aufnahmeorgan, z. B. einem Schleudergefäss der Spinnmaschine, zwecks endgültiger Aufwickelung zugeführt.
Die Richtung der Rollen a, die von der Achse x-x, von der Trommel A an nach ihrem freien
Ende abweichen, ist derart, dass sie ungefähr einen Kugelstumpf umschliessen. Bei Vergrösserung des Abstandes von der Trommel A wird daher die Länge einer schraubenförmigen, nach einem Vieleck auf dem Rollensystem aufgewickelten Windung (die nicht in fühlbarer Weise von derjenigen einer vieleckigen, in einer zur Vorriehtungsachse senkrechten Ebene aufgewickelten Windung verschieden ist) allmählich einen immer mehr grösseren Wert annehmen.
Es sei angenommen, dass beim Arbeiten der Vorrichtung jede Windung, nachdem sie vom Anfange an (f in Fig. 3) infolge der gesamten Drehung der Vorrichtung auf das Rollensystem aufgewickelt worden ist, längs dieser Rollen, in der Abbildung von links nach rechts, allmählich infolge der eigenen Drehung der Rollen geführt wird und ausserdem in derselben Zeit infolge der Gesamtdrehung bei jeder Umdrehung, von f an, eine neue Windung aufgewickelt und bei r eine Windung
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herausgeführt wird.
Da das Anliegen zwischen dem Faden und der Oberfläche der Rollen genügend stark ist, um ein nennenswertes Gleiten der Windungen auf ihren Auflagepunkten zu vermeiden, wird dann jede Windung beim Übergang von dem Punkt, an dem das Aufwickeln auf die Vorrichtung begonnen wird, zu dem Punkt, an dem sich der Faden von der Vorrichtung abwickelt, gezwungen sein ihre eigene Länge in einem bestimmten Verhältnis, je nach dem Abweiehungsgrad der Rollen von- einander, zu vergrössern.
Die Vorrichtung verwirklicht also das Verfahren gemäss der Erfindung, indem sie den Faden auf einer so langen Strecke, wie die gesamte auf ihr aufgewickelte Fadenstreeke darstellt, einer all- mählichen und fortdauernden Streckung untersetzt, wobei der Faden zuerst im Anfangszustand sofort nach dem Austritt aus der Spinndüse auf die Vorrichtung aufgewickelt wird, von welcher der Faden, der sieh in einem Zustand vollkommener oder nahezu vollkommener Koagulierung befindet, wieder abgewickelt wird.
Als Beweis für die Ergebnisse, die durch das Verfahren gemäss der Erfindung erzielt werden können, werden nachstehend beispielsweise einige Angaben angeführt, die bei Vergleiehsprüfungen von Garnen gemäss der Erfindung mit Garnen, die nach bekannten Verfahren hergestellt sind, erhalten wurden.
Mit einer auf gewöhnliche Weise hergestellten 8'1% Zellulose und 6-9% Soda enthaltenden Viskose, die eine Viskosität von 32 (Kugelviskositätsmesser) sowie einen Koagulierungsindex von 13 (Hottenroth) hat und aus einer Spinndüse mit Löchern von 80 Mikron Durchmesser ausströmt, die in ein Spinnbad mit ll'o% Schwefelsäure und 27% Natriumsulfat auf eine Tiefe von 18 ein eintaucht, wurden aus Elementarfäden von einer Nummer von 1'5 Den. bestehende Garne auf den folgenden zwei Weisen erzeugt : a) mit den normalen Spinnbedingungen, d. h. indem man den aus der Spinndüse austretenden Faden nach oben gehen und sich unmittelbar auf die Spule aufwickeln lässt ;
und
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Spule die beschriebene Vorrichtung einschaltet und auf sie das Garn aufwickelt. Es wurden hiebei 70 Fadenwindungen aufgewickelt, die einer Gesamtlänge von etwa 38 tn von Garn entsprachen. Die
Fäden blieben etwa 40 Sekunden auf der Vorrichtung und wurden einer Gesamtstreekung von 70% unterworfen.
) Die bei den Bedingungen a und b erhaltenen Garne wurden dann Festigkeits-und Dehnungs-
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<tb>
<tb> Probe <SEP> a) <SEP> b)
<tb> Spezifische <SEP> Festigkeit <SEP> im <SEP> trockenen <SEP> Zustande <SEP> ............. <SEP> 1#65 <SEP> g/Den. <SEP> 2#75 <SEP> g/Den.
<tb>
Spezifische <SEP> Festigkeit <SEP> im <SEP> nassen <SEP> Zustand <SEP> ................. <SEP> 0#68 <SEP> g/Den. <SEP> 1#60 <SEP> g/Den.
<tb>
Dehnung <SEP> im <SEP> trockenen <SEP> Zustand <SEP> ............................. <SEP> 24% <SEP> 10#5%
<tb> Dehnung <SEP> im <SEP> nassen <SEP> Zustand <SEP> ............................ <SEP> 43% <SEP> 15%
<tb>
Diese Werte sind nur angegeben, um eine Vorstellung über die Wirkung einer Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei in jeder andern Hinsicht streng vergleichbaren Arbeitsbedingungen zu geben. Es ist aber selbstverständlich, dass die erhaltenen Ergebnisse durch entsprechende Ver- änderung der physikochemischen Eigenschaften der Viskose und des Spinnbades weiter verbessert und dass ausserdem, wie bereits erwähnt, die Festigkeit des Fadens und damit auch seine Dehnungfähigkeit in einer gewünschten Weise geregelt werden kann, indem eine mehr oder minder starke Streckung angewendet wird.
Eine genauere Vorstellung von der praktischen Bedeutung des Verfahrens zur Herstellung von kurzen Textilfasern (Stapelfaser) kann man erhalten, wenn man untereinander die nachstehend angegebenen Werte der mittleren, mechanischen Eigenschaften von Garnen mit gleichem Feinheitgrad (Engl. Nummer 20) vergleicht, die : 1. mit amerikanischer Middlingbaumwolle ; 2. mit dem besten Kunstgarn mit kurzer Faser, 1-5 Den., 32 mm, das heute in Italien unter den unter a) im vorherstehenden Beispiel erwähnten Bedingungen und durch Schneiden der Faserbündel in kurze Stücke in feuchtem Zustande hergestellt wird ; und schliesslich 3. mit demselben Kunstgarn, das aber in den unter b) im vorerwähnten Beispiel angegebenen Bedingungen erzeugt.
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<tb>
<tb>
Probe <SEP> 1. <SEP> 2.3.
<tb>
Reisslänge <SEP> im <SEP> trockenen <SEP> Zustand <SEP> 11.700 <SEP> 8.600 <SEP> 14.200
<tb> in <SEP> Metern <SEP> im <SEP> nassen <SEP> Zustand <SEP> 13.200 <SEP> 4.400 <SEP> 10.100
<tb> im <SEP> trockenen <SEP> Zustand <SEP> ............. <SEP> 6#9% <SEP> 11#6% <SEP> 9#8%
<tb> Dehnung <SEP> im <SEP> nassen <SEP> Zustand <SEP> .............. <SEP> 8#7% <SEP> 13#8% <SEP> 12#3%
<tb>
Auch in diesem Falle gilt die Bemerkung, dass die für das Muster 3 angegebenen Reisslängen weiter verbessert werden können.
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Die Erfindung hat in erster Linie, wie bereits erwähnt, das beschriebene Verfahren zum Gegen- stand. Dieses Verfahren kann mit jeder Vorrichtung, welche die Durchführung des Verfahrens in der beschriebenen Weise ermöglicht, durchgeführt werden, ohne damit das Wesen der Erfindung zu verlassen. Z. B. ist eine Vorrichtung von dem Anmelder versucht worden, die aus einer Art von Haspel ähnlich derjenigen der beschriebenen Vorrichtung besteht, bei der aber die Achsen der Rollen nach der Erzeugenden eines Kegels angeordnet sind und die Rollen selbst eine schraubenförmig gerillte
Oberfläche haben sowie bei jeder Umdrehung der Haspel eine ganze Umdrehung ausführen.
Was die beschriebene und dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung und die ebenfalls Gegenstand derselben bildet, anbetrifft, so ist darauf hinzuweisen, dass ihre konstruktive Ausführungsform auch weitgehend verändert werden kann, ohne damit den Bereich der Erfindung zu verlassen. So wird z. B. die Form der Rollen von der beschriebenen zylindrischen verschieden, z. B. konisch oder bogenartig profiliert, sein können, um hiedurch die Streckunggeschwindigkeit von Punkt zu Punkt zu verändern. Natürlich wird auch die Zahl der Rollen verschieden sein können. Die verschiedenen Getriebe, die für die Drehbewegung des Ganzen und diejenige der einzelnen Teile sorgen, können ebenfalls abgeändert oder durch andere, ähnlich wirkende ersetzt werden.
Ferner kann auch die Übertragung der Bewegung der Spinnmaschine auf die Einzelvorrichtungen von der dargestellten verschieden sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von künstlichen Fäden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden während des Spinnvorganges zwischen der Spinndüse und dem Fadenaufnehmer (Spule, Schleudergefäss, Riemen od. dgl.) über eine verhältnismässig sehr lange Strecke, z. B. 10 M und mehr, einer allmählichen und fortdauernden, auf die ganze Strecke verteilten Streckung unterworfen werden, u. zw. derart, dass die Dauer der Streckung sich auf die ganze oder den grössten Teil der zur vollkommenen Bildung und Stabilisierung der Fäden erforderlichen Zeit erstreckt.