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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schmelzgesponnener und molekularorientie- rend verstreckter, kristalliner Filamente aus synthetischen Polymeren, wobei die frischgesponne- nen Filamente nach ihrer Abkühlung bis unter Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3500 m/min, vorzugsweise von 4100 bis 6000 m/min, über beheizte Flächen abgezogen und im Bereich der beheizten Flächen auf Temperaturen oberhalb der Erstarrungstemperatur, vor- zugsweise oberhalb 150 C, erwärmt und verstreckt werden.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 2117659 bekannt. Als beheizte Flächen werden dabei
Heizplatten verwendet, deren Länge so gewählt werden soll, dass eine zur Orientierung und Kristal- lisation ausreichende Fadentemperatur erreicht wird. In Beispiel 5 der DE-OS 2117659 beträgt die Länge der Heizplatte 1000 mm, bei einer Plattentemperatur von 1600C. Die von den Spinndüsen kommenden Filamente werden vor der Heizplatte auf unter Erstarrungstemperatur abgekühlt und anschliessend unter gleichzeitiger Einwirkung der durch die Reibung am umgebenden gasförmigen
Medium aufgebauten Fadenzugkraft, welche gleich der unter den gegebenen Bedingungen erforderli- chen Streckspannung sein muss, an den Heizplatten auf Temperaturen oberhalb des Erstarrungspunk- tes erwärmt.
Dabei findet unter dem Einfluss von Wärme und Spannung eine Verstreckung der Fila- mente statt, die mit einem Anstieg der Molekularorientierung und der Kristallisation verbunden ist. Bei Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 4000 m/min und Fadentemperaturen bis zu 2200C sind nach dem bekannten Verfahren bei Polyäthylenterephthalat-Filamenten Streckverhältnisse bis zu 2 : 1 beobachtet worden.
Das bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. Die verhältnismässig lange Heiz- platte bedingt, da reibungsherabsetzende Präparationen erst nach Verlassen der Heizplatte auf die
Filamente aufgebracht werden, eine starke mechanische Beanspruchung der Filamente, die durch Ablagerung und thermische Zersetzung von Faserabrieb auf der Heizplatte noch erhöht wird. Die
Folge sind schlechte Fadeneinheiten sowie häufiger Fadenbruch. Eine Steigerung der Abzugsgeschwindigkeiten auf über 3500 m/min ist bereits problematisch, und oberhalb etwa 4000 m/min wird die Häufigkeit der Spinnstörungen so gross, dass eine betriebsmässige Produktion unmöglich wird.
Es ist ferner durch die CH-PS Nr. 587937 ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekanntgeworden, bei dem die Länge der Heizfläche bei einer Laufgeschwindigkeit von 6000 bis 7000 m/min 400 mm und mehr betragen soll. Die Temperatur der Heizfläche ist etwa 250 C. Beispielsweise ist eine Heizfläche angeführt mit einer Temperatur von 2550C und einer Länge von 380 mm.
Die Laufgeschwindigkeit beträgt jedoch nur 3100 m/min. Auch dieses Verfahren weist grösstenteils die Nachteile des voran beschriebenen Verfahrens auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches selbst bei so hohen Abzugsgeschwindigkeiten wie 6000 m/min oder mehr störungsfrei zu arbeiten gestattet. Des weiteren soll durch apparative Vereinfachungen eine Ersparnis von Investitions- und Energiekosten erreicht und insbesondere die Wärmebelastung des Bedienungspersonals am Arbeitsplatz reduziert werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Länge der Heizfläche, deren Temperatur und deren Abstand von der Spinndüse für die Erreichung des Erfindungszieles wesentlich sind.
Die Erfindung ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass die beheizten Flächen eine Länge von 20 bis 300 mm, vorzugsweise von weniger als 200 mm, besitzen, auf eine Temperatur von 450 bis 650 C, vorzugsweise von 500 bis 600 C, beheizt sind und in einem Abstand zu den Spinndüsen von 1500 bis 6500 mm, vorzugsweise 4000 bis 6000 mm, angeordnet sind und dass vorzugsweise die Filamente nach Verlassen der beheizten Flächen mit einer Präparation benetzt werden.
Durch die Kürzung der Länge der beheizten Flächen wird die reibungsbedingte mechanische Beanspruchung der über diese Flächen laufenden Filamente auf ein vertretbares Minimum herabgesetzt. Bevorzugt wird in an sich bekannter Weise eine Heizplatte als beheizte Fläche benutzt. Die als kritisch ermittelten Längen von 20 bis 300 mm, vorzugsweise von weniger als 200 mm, stellen dabei die Kontaktlänge der Filamente mit der Heizplatte dar. Man kann jedoch auch anstatt einer einzigen Heizplatte zwei gegenüber angeordnete, noch kürzere Heizplatten, Heizstifte oder andere Kontakt-Heizflächen vorsehen, sofern die Summe der Kontaktlängen innerhalb der oben angegebenen kritischen Grenzen liegt. Die Oberflächen der verwendeten beheizten Flächen können durch spezielle Behandlung noch fadenfreundlicher gemacht werden.
Elektrochemisch verchromte, plasmabeschichtete
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oder nickeldiamantversehene Oberflächen werden bevorzugt. Es können auch Heizplatten z. B. aus keramischen Werkstoffen eingesetzt werden. Die Rauhtiefen Rt liegen vorzugsweise zwischen etwa 4 und 15 11m.
Durch die drastische Erhöhung der Heizflächentemperatur von bisher maximal etwa 250 auf
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kurzen Kontaktzeit eine ausreichende Wärmemenge zugeführt, um ihnen eine für die Verstreckung ausreichend hohe Temperatur zu geben, sondern es wird überraschenderweise auch eine Verbren- nung der sich auf den beheizten Flächen ablagernden Faserreste bewirkt, so dass die beheizten
Flächen stets sauber sind und keine durch Verunreinigungen bekannter Art auftretenden Reibungs- kräfte mehr zu Spinnstörungen führen.
Die angegebenen Temperaturbereiche sind kritisch : Bei weite- rer Erhöhung der Temperaturen sind thermische Schädigungen der Filamente nicht auszuschliessen, während tiefere Temperaturen nicht zur Verbrennung der unvermeidbaren Verunreinigungen führen, so dass dann die Gefahr mechanischer Beschädigungen der Filamente an den beheizten Flächen wieder wächst, weil der erfindungsgemäss wesentliche Selbstreinigungseffekt nicht mehr garantiert ist.
Als dritte wesentliche Einflussgrösse ist der Abstand zwischen Spinndüse und beheizten Flächen zu erwähnen. Er soll zwischen 1500 und 6500 mm liegen, vorzugsweise zwischen 4000 und 6000 mm.
Durch diesen Abstand wird-vorwiegend wegen der Luftreibung im Fallschacht - der Aufbau der
Fadenspannung vor den beheizten Flächen wesentlich beeinflusst. Auf den beheizten Flächen wird die Fadenspannung wesentlich durch die Länge der beheizten Flächen sowie durch den Reibungs- koeffizienten Faden/beheizte Fläche beeinflusst.
Wenn die oben genannten Bedingungen eingehalten werden, dann erfolgt ein Verstrecken der
Filamente im Bereich der beheizten Flächen im Verhältnis von wenigstens 2 : 1. Unter "Verstrek- ken" wird die übliche, mit einer Molekularorientierung und Kristallisation verbundene Verstreckung verstanden. Sie erfolgt in der Regel nicht an einem bestimmten Punkt, sondern in einer im Bereich der beheizten Flächen liegenden Verstreckzone. Durch die Verstreckung erhalten die Filamente eine höhere Festigkeit, während Dehnung und Schrumpf vermindert werden. Typische textile Daten für Polyäthylenterephthalatgarne sind 35 bis 50 cN/tex für die Reissfestigkeit, eine Bruchdehnung von etwa 18 bis 35%, ein Heissluftschrumpf (190 C) von 6 bis 10% und ein Kochschrumpf von etwa 3 bis 10%.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich aber nicht nur mit Polyestern, sondern auch mit den übrigen gängigen synthetischen Polymeren durchführen, die sich aus der Schmelze zu Filamenten verspinnen lassen, wie beispielsweise Polyamide oder Polyolefine. Die Polymeren können durch Zugabe von Modifizierungsmitteln, z. B. Titandioxyd, Kohlenstoff, Antistatika od. dgl. modifiziert sein. Die Filamente werden entweder zu Fäden zusammengefasst aufgespult oder in üblicher Weise zu Fasern verarbeitet. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Herstellung von Glattgarnen ; jedoch lassen sich, wie nachfolgend noch erläutert wird, mit ihm auch spinntexturierte oder andere nichtglatte Garne erzeugen.
Es wurde bereits betont, dass der Abstand der beheizten Flächen von der Spinndüse hinreichend gross sein muss, um den frischgesponnenen Filamenten die Möglichkeit zur Abkühlung bis unter ihre Erstarrungstemperatur zu geben ; die Filamente haben dann die Erstarrungstemperatur erreicht, wenn sich ihr Durchmesser nicht mehr ändert. Die Erstarrungstemperaturen sind bei den verschiedenen Polymeren jeweils unter dem Gesichtspunkt der unter der Spinndüse auftretenden hohen Abkühlgeschwindigkeit der einzelnen Filamente zu sehen. Die Zusammenhänge sind der Literatur (beispielsweise der oben erwähnten DE-OS 2117659) zu entnehmen.
Unter Abzugsgeschwindigkeit wird im Sinne der Erfindung die Geschwindigkeit verstanden, mit der die Filamente die oben erwähnte Verstreckzone verlassen. Diese kann identisch sein mit der Aufspulgeschwindigkeit, muss es jedoch nicht.
Um besonders gleichmässige Filamentgarne zu erhalten, werden die Filamente vorzugsweise durch nach den beheizten Flächen angeordnete Fadenführungsorgane gegen die beheizten Flächen gedrückt. Dieses Andrücken soll mechanisch schonend erfolgen, beispielsweise durch leicht drehende Anpressrollen, die kurz nach den beheizten Flächen angeordnet sind. Dabei sollen die Filamente
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beim Passieren der beheizten Flächen vorzugsweise unter einem Winkel a von 2, 5 bis 100, insbeson- dere zwischen 3 und 50, abgelenkt werden. Der Winkel ist der spitze Schnittwinkel zwischen der
Verlängerung der von der Spinndüse her auf die beheizten Flächen auflaufenden Filamente und der Verlängerung der die beheizten Flächen in Richtung auf das erste Fadenführungsorgan (Rolle,
Präparationsgalette od. dgl.) nach den beheizten Flächen verlassenden Filamente.
Es ist zwar möglich, die Filamente nach ihrer Erstarrung, aber vor ihrem Auflaufen auf die beheizten Flächen mit einer Präparation zu versehen, welche einen im Bereich der gewünschten
Verstreckungstemperatur liegenden Siedepunkt besitzt. Dadurch wird zwar eine thermische Schädigung der Filamente auf den beheizten Flächen vermieden, die Arbeitsplatzbedingungen werden durch die permanent verdampfende Präparation jedoch erheblich erschwert. Es wird deshalb bevorzugt, die Filamente erst nach Verlassen der beheizten Flächen mit einer Präparation zu benetzen.
Bevorzugt können die das Andrücken der Filamente an die beheizten Flächen dienenden Faden- führungsorgane zugleich die Benetzung der Filamente mit Präparation bewirken.
Die bisher erläuterten Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens führen zu Glattgarnen, wie sie beispielsweise in der Weberei oder in der Wirkerei, z. B. für die Gardinenherstellung, verwendet werden können. Vorzugsweise werden die Kontaktbedingungen zwischen den Filamenten und den beheizten Flächen so gewählt, dass in den Filamentquerschnitten eine Bikomponentenstruktur erzeugt wird, indem über den Querschnitt eines jeden Filaments ein Gradient beispielsweise in der Kristallinität erzeugt wird, der zu unterschiedlichem Schrumpfvermögen der Filamentseiten führt, so dass die einzelnen Filamente bei geeigneter Nachbehandlung kräuseln. Diese Bikomponentenstruktur entsteht beispielsweise, wenn man an der oberen Grenze des oben genannten Ablenkungswinkelbereiches, z. B. zwischen etwa 7 und 100, arbeitet.
Ausser dieser Art der Spinntexturierung lassen sich aber auch andere Texturierverfahren, beispielsweise das Klingenkräuseln oder das Falschdralltexturieren, in den erfindungsgemässen Spinnstreckprozess integrieren.
Weiterhin lassen sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren auch interessante Mischgarne aus unterschiedlich stark schrumpfenden Filamenten herstellen. Dies insbesondere dadurch, dass ein Teil der Filamente in schwächerem Kontakt mit den beheizten Flächen geführt wird als der restliche Teil der Filamente. "In schwächerem Kontakt" kann heissen, dass ein Teil der Filamente über eine kürzere beheizte Fläche geführt wird als der andere Teil der Filamente, oder dass die Temperatur der von diesen Filamenten passierten beheizten Flächen niedriger ist oder dass der Anpressdruck geringer ist. Im Extremfall kann man einen Teil der Fäden ohne Berührung mit den beheizten Flächen führen, so dass ein Mischgarn aus spinnverstreckten und schnellgesponnenen Filamentenmit deutlich unterschiedlichen Schrumpf- und Dehnungswerten - entsteht.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin sind Fig. 1 die schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrensablaufs, Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung des Fadenlaufs im Bereich der beheizten Fläche und Fig. 3 die schematische Darstellung einer Möglichkeit zur Herstellung eines Filamentmischgarns.
Gemäss Fig. 1 werden die von der Spinndüse --1-- kommenden Filamente --2-- zunächst auf eine unterhalb der Erstarrungstemperatur liegende Temperatur abgekühlt. Nach Verlassen des Fallschachtes --3-- werden sie über eine beheizte Fläche --4-- geführt, etwa eine 40 mm lange, plasmabeschichtete Heizplatte mit einer Temperatur von 550 C. Eine unterhalb der Heizplatte angeordnete Überlaufrolle --5-- dient zur Regelung des Anpressdruckes der Filamente --2-- gegen die beheizte Fläche --4-- sowie zur Regelung des Ablenkungswinkels a, der in Fig. 2 dargestellt ist.
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relativ geringer Bauhöhe zu erhalten und die Fadenspannung auf eine geeignete Aufwickelspannung reduzieren zu können, sind Umlenkgaletten-8, 9-vorgesehen.
In Fig. 3 ist eine Heizvorrichtung mit zwei beheizten Flächen --10, 11-- dargestellt, die von den Filamenten --12 bzw. 13-- passiert werden. Die Filamente --12-- passieren beide Flächen --10, 11--, während die Filamente --13-- nur die untere Fläche --11-- berühren. Die unter verschiedenen Kontaktbedingungen verstreckten Filamenten-Bündel --12 und 13-- werden anschliessend vereinigt, mit einer Blasdüse gut vermischt und als Filamentmischgarn aufgespult.
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Beispiel 1 :
Polyäthylenterephthalatschnitzel, die durch Titandioxyd mattiert sind, werden aufgeschmolzen und aus einer 24-Loch-Düse ausgesponnen. Die Schmelzeförderung beträgt 29,5 g/min. Die 24 Filamente werden mit einer Geschwindigkeit von 4028 m/min über eine 75 mm lange, plasmabeschichtete Heizplatte abgezogen, die auf 550 C erwärmt ist. Die Rauhtiefe Rt der Plasmabeschichtung beträgt 11 11m. Der Abstand Spinndüse-Heizplatte beträgt etwa 5000 mm.
Die Garntemperatur vor der Heizplatte beträgt 26 C, hinter der Heizplatte 158 C. Der GarnTiter beträgt vor der Heizplatte 240 dtex, hinter der Heizplatte 78,5 dtex. Die Garnspannung beträgt vor der Heizplatte 16 g, hinter der Heizplatte 26 g.
Die textilen Daten des fertigen Garns lauten :
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<tb>
<tb> Titer <SEP> 74,6 <SEP> dtex
<tb> Reissfestigkeit <SEP> 39,5 <SEP> cN/tex
<tb> Bruchdehnung <SEP> 32, <SEP> 9% <SEP>
<tb> Kochschrumpf <SEP> 4, <SEP> 4% <SEP>
<tb> Heissluftschrumpf <SEP> (1900C) <SEP> 6, <SEP> 1% <SEP>
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Die Herstellung dieses Garns erfolgt auf einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
Beispiel 2 :
Das gleiche Polymerisat wie in Beispiel 1 wird mit einer Fördermenge von 40,6 g/min aus einer 24-Loch-Düse ausgesponnen. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 5421 m/min. Es wird eine plasmabeschichtete Heizplatte von 75 mm Länge und einer Rauhtiefe Rt von 5 11m verwendet, deren Temperatur 550 C beträgt. Sie ist in 5000 mm Abstand zur Spinndüses angeordnet.
Die Garntemperatur vor der Heizplatte beträgt etwa 30 C, hinter der Heizplatte 1600C. Der Garntiter vor der Heizplatte ist 209, 5 dtex, hinter der Heizplatte 77, 5 dtex. Die Garnspannung vor der Heizplatte beträgt 28 g, hinter der Heizplatte 38 g.
Die Herstellung des Garns erfolgt wieder auf einer Vorrichtung gemäss Fig. 1, wobei vor der Aufwicklung eine Blasdüse zur Verbesserung des Fadenschlusses angeordnet ist. Die textilen Daten des Garns lauten :
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<tb>
<tb> Titer <SEP> 81, <SEP> 3 <SEP> dtex
<tb> Reissfestigkeit <SEP> 42, <SEP> 0 <SEP> cN/tex <SEP>
<tb> Bruchdehnung <SEP> 21, <SEP> 4cru <SEP>
<tb> Kochschrumpf <SEP> 6, <SEP> 3% <SEP>
<tb> Heissluftschrumpf <SEP> (1900C) <SEP> 10, <SEP> 6% <SEP>
<tb>
Beispiel 3 :
Polycaprolactamschnitzel, die durch 0, 4% Titandioxyd mattiert sind, werden aus einer 24-Loch-Düse gesponnen. Die Schmelzefördermenge beträgt 29, 1 g/min.
Das Filamentgarn wird nach der in Fig. 1 dargestellten Verfahrensweise mit einer Geschwindigkeit von 3, 985 m/min über eine 75 mm lange, elektrochemische verchromte Heizplatte (Rt = 8 11m) abgezogen. Die Temperatur der Heizplatte ist 5000C. Der Abstand Spinndüse-Heizplatte beträgt 5000 mm.
Folgende textile Daten des Filamentgarns wurden gemessen :
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<tb>
<tb> Titer <SEP> 58, <SEP> 2 <SEP> dtex
<tb> Reissfestigkeit <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> cN/tex <SEP>
<tb> Bruchdehnung <SEP> 41, <SEP> 3% <SEP>
<tb> Kochschrumpf <SEP> 10, <SEP> 9% <SEP>
<tb> Heissluftschrumpf <SEP> (190 C) <SEP> 6,7%
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