CH640926A5

CH640926A5 - Schlauch aus einem schmelzspinnbaren synthetischen polymeren sowie verfahren zu seiner herstellung.

Info

Publication number: CH640926A5
Application number: CH807079A
Authority: CH
Inventors: Hans-Joachim Hoppe; Karl Dr Dipl Ing Ostertag
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1979-09-07
Publication date: 1984-01-31
Also published as: AU5081879A; FR2436667A1; ES260643Y; GB2031335A; JPS6316483B2; ATA619179A; GB2031335B; DE2841091A1; LU81698A1; BE878886A; FR2436667B1; ES260643U; IT7950241A0; AT373923B; JPS5545895A; US4305983A; IT1162660B; NL7906954A; DE2841091C2; CA1128721A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauch, dessen Wandstärke weniger als 15 % der grössten Aussenabmessung seines Quer- 50 schnitts beträgt, aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein Schlauch, dessen Wandstärke weniger als 15 % der grössten Aussenabmessungen seines Querschnitts beträgt, wird nachfolgend als «dünnwandiger Schlauch» bezeichnet. Er ist ein 55 hohlzylindrisches Gebilde beliebiger Länge mit beispielsweise kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt und mit im wesentlichen konstanter Wandstärke. Bei kreisförmigem Querschnitt entspricht die grösste Aussenabmessung dem Aussendurchmes-ser, bei elliptischem Querschnitt entspricht sie der grossen äusseren Achse.

Derartige dünnwandige Schläuche, die beispielsweise zur Herstellung von Wärmetauschern Verwendung finden können, besitzen bei in der Regel kreisförmigem Querschnitt einen Aussen-durchmesser von etwa 40 bis 1000 [im oder mehr, bei Wandstär- 55 ken von etwa 5 bis 50 Lim oder mehr.

Erwähnt werden gattungsgemässe dünnwandige Schläuche beispielsweise in der CA-PS 796181, der CH-PS 442379undder

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GB-PS 1314820.

Die Herstellung solcher dünnwandiger Schläuche erfolgt in der Regel bei relativ niedrigen Spinngeschwindigkeiten von weit weniger als 1000 m/min, die zu Gebilden mit Bruchdehnungen von in der Regel weit über 200 % und nur unbefriedigenden Festigkeiten führen. Die Verstreckung derartiger Gebilde zum Zwecke der Festigkeitserhöhung stösst auf verfahrenstechnische Schwierigkeiten (geringe Streckgeschwindigkeit) und führt in aller Regel dazu, dass die dünnwandigen Schläuche unter Ein-büssung ihres freien Durchströmungsquerschnitts zusammenfallen und zum Teil auch am Mantel beschädigt werden, so dass diese Schläuche nicht mehr ihrer bestimmungsgemässen Verwendung zugeführt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, dünnwandige Schläuche der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Festigkeit aufweisen, aber trotzdem einen grossen Durchströmungsquerschnitt und einen geschlossenen, d. h. unversehrten Mantel besitzen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, das die aufgezeigten Nachteile nicht aufweist, insbesondere ohne zusätzliche Verstreckung auskommt und mit erheblich höherer Abzugsgeschwindigkeit zu arbeiten gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die gattungsgemässen dünnwandigen Schläuche schnellzuspinnen.

Es muss als überraschend angesehen werden, dass sich derart empfindliche Gebilde bei derart hohen Abzugsgeschwindigkeiten, wie sie beim Schnellspinnen derzeit erreichbar sind (3500 m/ min oder mehr), überhaupt herstellen lassen, ja dass dieses Verfahren sogar zu qualitativ hochwertigen Produkten führt.

Eine zur Kennzeichnung von aus der Schmelze von synthetischen Polymeren schnellgesponnenen dünnwandigen Schläuchen geeignete Kenngrösse ist die geringe Bruchdehnung von weniger als 100%.

Die Schläuche der eingangs genannten Art sind demgemäss erfindungsgemäss gekennzeichnet durch einen Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95 % des Gesamtquerschnitts und durch eine Bruchdehnung von weniger als 100%.

Bevorzugt werden Schläuche mit einem Durchströmungsquerschnitt von 60 bis 95 % des Gesamtquerschnitts.

Die erfindungsgemässen dünnwandigen Schläuche lassen sich aus allen gängigen schmelzspinnbaren Polymeren herstellen. Besonders geeignèt sind wegen ihrer besonderen Gebrauchseigenschaften beispielsweise die Polyamide, insbesondere Polyca-prolactam und Polyhexamethylenadipinsäureamid; Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat; Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen; Polyvinylchlorid.

Wegen ihrer chemischen Beständigkeit beispielsweise gegenüber Lebensmitteln, kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten od. dgl. werden Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalat, bevorzugt.

Wenn chemische Beständigkeit neben einer guten Temperaturbeständigkeit gewünscht wird, bevorzugt man Schläuche aus Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen.

Wenn höhere Festigkeitswerte erwünscht sind, werden die Schläuche aus Polyamiden, insbesondere aus Polyhexamethylen-adipinsäureamid hergestellt.

Den Polymeren können Stabilisatoren, Russ, Porenbildner oder andere Zusätze zugegeben werden.

Üblicherweise besitzen die Schläuche einen Mantel, der keine Flüssigkeiten durchlässt. Für die Verwendung von Filtereinheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die dünnwandigen Schläuche einen mikroporösen Mantel besitzen.

Es wurde bereits erwähnt, dass die erfindungsgemässen Schläuche im Gegensatz zum Stand der Technik, der mit Spinngeschwindigkeiten von unter 1000 m/min arbeitet (vgl. DE-AS 2630374), schnellgesponnen werden. Die Abzugsgeschwindigkeit soll erfindungsgemäss grösser als 3500 m/min sein, Vorzugs

weise 5000 bis 7000 m/min betragen. Bei diesen Abzugsgeschwindigkeiten - die ein Vielfaches der bisherigen Arbeitsgeschwindigkeit bedeuten - weisen die dünnwandigen Schläuche Festigkeiten auf, wie sie sonst nur durch eine zusätzliche (aber schwierige) Nachverstreckung erzielbar wären. Allerdings erfordern solch hohe Abzugsgeschwindigkeiten, insbesondere wenn es auf grosse Aussendurchmesser und hohe Wandstärken, also grosse Polymerdurchsätze ankommt, erhebliche Spinnhöhen (Abstand Spinndüse ./. Abzugsorgan).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Schlauch unter Ausnutzung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung ersponnen.

Das Phänomen der «natürlichen Fadenabbiegung» tritt allgemein beim Schmelzspinnen von Fäden aus synthetischen Polymeren in einem mehr oder weniger grossen Abstand von der Spinndüse auf, wenn man das Abzugsorgan aus seiner normalerweise im wesentlichen senkrecht unterhalb der Spinndüse befindlichen Lage seitlich herausbewegt. Es lässt sich deutlich sichtbar machen, wenn man beispielsweise einen monofilen Polyesterfaden mit einem Endtiter von 100 dtex mit 3700 m/min abzieht und das zunächst senkrecht unterhalb der Spinndüse angeordnete Abzugsorgan (Schnellspulvorrichtung oder Fadeninjektor) allmählich in horizontaler Richtung entfernt und gegebenenfalls dabei gleichzeitig in vertikaler Richtung anhebt.

Trotz der dadurch veränderten Lage des Abzugsorgans bewegt sich der Faden unterhalb der Spinndüse über eine gewisse Strecke weiterhin vertikal nach unten, um dann in Richtung auf das Abzugsorgan abzubiegen. Der Bereich dieser «natürlichen», d.h. ohne zusätzliche mechanische Fadenleitorgane sich einstellenden Fadenabbiegung erstreckt sich nur auf einer Länge von wenigen Zentimetern und ändert seine Lage nicht wesentlich, auch wenn die Lage des Abzugsorgans deutlich verändert wird. Hingegen lässt sich die Lage des Bereichs der «natürlichen Fadenabbiegung» durch Veränderung der Spinnbedingungen variieren; beispielsweise entfernt er sich bei Erhöhung des Schmelzedurchsatzes von der Spinndüse. Das Phänomen tritt auch beim Schnellspinnen dünnwandiger Schläuche auf.

Mit Hilfe dieses Phänomens lässt sich die Spinnhöhe (Abstand Spinnhöhe./. Abzugsorgan) «niedrig halten», d. h. man kann bei vorhandener Spinnraumhöhe durch seitliches Herausziehen des Abzugsorgans und Ausnutzung der natürlichen Fadenabbiegung den Polymerdurchsatz pro Düsenloch vergrösseren oder aber bei gleichbleibendem Polymerdurchsatz mit geringeren Spinnraumhöhen auskommen. Allgemein ausgedrückt, kann man mit Hilfe des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung hohe Polymerdurchsätze verwenden, ohne in der Praxis nicht zu verwirklichende überdimensionale Abkühlstrecken vorsehen zu müssen.

In der DE-OS 2 638 662 ist zwar schon vorgeschlagen worden, normale schmelzgesponnene Fäden unmittelbar am unteren Ende des Blasschachtes seitlich abzuziehen und schräg nach oben einem Aufwickelorgan zuzuführen, das beispielsweise neben dem Extruder stehen kann. Voraussetzung dieser mit Hilfe einer Abzugsgalette erfolgenden Fadenumlenkung ist aber eine bereits im Blasschacht erfolgte Rekristallisation der Fäden, so dass die Fäden nicht mehr klebrig und soweit stabil sind, dass man sie mechanisch handhaben kann.

Im Gegensatz zu diesem bekannten Vorschlag wird erfindungsgemäss vom Phänomen der natürlichen Fadenabbiegung Gebrauch gemacht, die wesentlich näher zur Spinndüse hin erfolgt, in einem Bereich, wo der Schlauch mechanisch oder gar nicht handhabbar ist. So weist ein Polyesterschlauch in diesem Bereich eine Temperatur von etwa 150° C und einen Kristallisationsgrad von weniger als 10 % auf. Wenn man versucht, den Schlauch in diesem Bereich mechanisch umzulenken, kommt es infolge Verklebung des Schlauchs mit dem Fadenumlenkorgan sofort zum Spinnbruch.

Gegenüber dem bekannten Vorschlag gestattet die erfindungs-

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gemäss bevorzugte Lehre, sich des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung zu bedienen, eine nicht unerhebliche weitere Reduzierung der Spinnhöhe.

Bei Anwendung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung ist weiterhin festgestellt worden, dass hinter dem Bereich der natürlichen Fadenabbiegung noch ein Bereich liegt, in dem Kristallinität und Doppelbrechung des Schlauchs deutlich ansteigen. In diesem Bereich erfolgt ein deutlicher Nachverzug der Schläuche um einen Faktor von etwa 2 bis 3. Um die daraus resultierenden Verbesserungen der textilen Eigenschaften der Schläuche nutzbar machen zu können, wird vorzugsweise der Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der natürlichen Fadenabbiegung hinreichend gross gewählt, damit der Schlauch einem Nachverzug unterworfen werden kann.

Während es - wie bereits erwähnt- nicht möglich ist, die Schläuche im Bereich der natürlichen Fadenabbiegung mechanisch, d. h. mittels eines Umlenkorgans umzulenken, ist es überraschenderweise gelungen, durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse diesen Bereich der natürlichen Fadenabbiegung näher an die Spinndüse zu verlegen. Diese Verfahrensvariante wird bevorzugt, weil sie eine weitere Verkürzung der Spinnhöhe (um bis zu einem Meter) gestattet.

Weiterhin ist es zur Verbesserung der Schlaucheigenschaften zweckmässig, wenn der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung in eine Kühlflüssigkeit verlegt wird, z. B. in eine kleine Wasserwanne, die an Stelle des erwähnten Prallblechs angeordnet werden kann.

Zur Erzeugung von stabilen Schlauchgebilden mit grossen Aussenabmessungen und sehr geringen Wandstärken wird während des Ausspinnens des dünnwandigen Schlauches aus der Düse ein hohlraumbildendes Fluid, insbesondere ein Gas, in den Schlauch eingeblasen.

Die Erfindung wird anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Darin ist:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Schnellspinnanlage mit senkrecht unter der Spinndüse angeordnetem Abzugsorgan;

Fig. 2 die schematische Darstellung einer solchen Anlage mit seitlich herausgerücktem Abzugsorgan (in verschiedenen Höhen angeordnet) ;

Fig. 3 der vergrösserte Ausschnitt aus einem frischgesponnenen dünnwandigen Schlauch im Bereich der natürlichen Fadenabbiegung, und

Fig. 4 der Querschnitt eines fertigen dünnwandigen Schlauches.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird aus einer Spinndüse 1 Schmelze in einen Fallschacht 2 ausgesponnen, in dessen oberem Teil eine Anblasung vorgesehen sein kann. Der frischgesponnene dünnwandige Schlauch 3 wird nach Verzug, Verfestigung und hinreichender Abkühlung von einem Abzugsorgan, hier einem Spulaggregat 4, aufgenommen, welches in seiner Grundposition (I) senkrecht unter der Spinndüse 1 steht. Der Schlauch 3 läuft dabei -von geringen Abweichungen durch eventuelle Anblasung abgesehen - von der Spinndüse 1 senkrecht nach unten auf das Spulaggregat 4 zu.

Um das erfindungsgemäss nutzbar zu machende «Phänomen der natürlichen Fadenabbiegung» sichtbar zu machen, wird das Spulaggregat 4 aus einer Grundposition (I), Fig. 1, seitlich herausgerückt, Position (II), vgl. Fig. 2. Der Schlauch 3 bewegt sich dann nicht - was zu erwarten wäre - in einer parabelförmigen oder ähnlichen Kurve, frei durchhängend von der Spinndüse 1 zum Spulaggregat 4, sondern er bewegt sich zunächst - als stünde das Spulaggregat in seiner Grundposition (I) - senkrecht nach unten. Dann ist ein Bereich 3a zu beobachten, in dem der Schlauch seitlich abbiegt (und zwar zunächst vom Spulaggregat 4 weg) und anschliessend kreisbogenähnlich in eine Bahn einläuft, die praktisch gerade auf das Spulaggregat 4 zuführt. Dieser Schlauchabschnitt ist mit 3b bezeichnet, wobei der Zusatz (II) auf die Position (II) des Spulaggregats 4 Bezug nimmt.

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Hebt man nunmehr das Spulaggregat 4 an, Position (III) und (IV), dann verändert sich bei gleichbleibenden Spinnbedingun-gen die Lage des Bereichs 3a praktisch nicht. Lediglich die Form der Abbiegung, die in Fig. 3 vergrössert dargestellt ist, wird infolge der Reduzierung des Winkels zwischen den Abschnitten 3b und 3 bei Veränderung der Höhe des Spulaggregats 4 von Position (II) über (III) nach (IV) etwas verändert.

Im dargestellten Beispiel lässt sich die Spinnhöhe, also der (vertikale) Abstand zwischen Spinndüse 1 und Spulaggregat 4, deutlich reduzieren, wobei zugleich auch die Spinnraumhöhe bis auf den Abstand Spinndüse./. Bereich 3a verringert werden kann.

Es ist nicht erforderlich, den Schlauch vom Bereich 3a aus direkt auf das Abzugsorgan auflaufen zu lassen. Vielmehr können - nachdem der Schlauch hinreichend abgekühlt ist - übliche Fadenführungsorgane (Fadenführer, Präparationsgaletten) dem Abzugsorgan vorgeschaltet sein (nicht dargestellt). Wenn man bei einer der Anordnungen gemäss Fig. 2 unterhalb des Bereichs 3a ein Prallblech anordnet, das senkrecht oder schräg zum Verlauf des Schlauches 3 steht, und dieses Prallblech vorsichtig an den Bereich 3a des Schlauches heranführt und dann weiter anhebt, so lässt sich- bei stabilem Fadenlauf- der Bereich 3a der natürlichen Fadenabbiegung noch bis zu etwa einem Meter anheben (nicht dargestellt).

In Fig. 4 ist ein für die erfindungsgemässen dünnwandigen Schläuche typischer Querschnitt dargestellt. Der Schlauch 3 besitzt einen Mantel mit geringer Wandstärke «s», von dem ein freier Durchströmungsquerschnitt 5 umschlossen wird. Der dargestellte Querschnitt ist von einem dünnwandigen Schlauch genommen worden, der mit 5200 m/min aufgespult worden war.

Beispiel

5 Polyäthylenterephthalat mit einer Schnitzel-Lösungsviskosität von 1,63 wird bei einer Spinntemperatur von 280° C durch eine Einloch-Hohlfadendüse (Ringspaltdüse 1800 (xm/1000 |xm) ausgesponnen. Die Förderleistung beträgt 40 g/min. In den dünnwandigen Schlauch werden während seines Austritts aus dem 10 Ringspalt der Düse 111/h Stickstoff eingeblasen. Der frisch gesponnene Schlauch passiert ohne Queranblasung einen 3 m langen Fallschacht und wird mittels eines Spulaggregats, das zur Spinndüse einen vertikalen Abstand und einen horizontalen Abstand von jeweils etwa 5 m aufweist, mit 5100 m/min aufge-15 wickelt.

Der frischgesponnene Schlauch fällt dabei von der Düse aus etwa 4,9 m senkrecht nach unten und biegt dann unter einem Winkel von annähernd 90° (unter Ausbildung eines Bereichs 3a, wie er in Fig. 3 dargestellt ist) ab, um dann annähernd horiozon-20 tal auf das Spulaggregat zuzulaufen.

Messungen haben ergeben, dass innerhalb des Fallschachts ein Spinnverzug von etwa 1:90 bis 1:200 und zwischen dem Bereich 3a und dem Spulaggregat ein Nachverzug von etwa 1:2 bis 1:5 25 auftritt, und zwar letzterer in einem Abstand von etwa 0,5 bis 3,5 m zum Bereich 3a.

Die aufgespulten dünnwandigen Schläuche besitzen einen berechneten Titer von 78 dtex, einen Aussendurchmesser von etwa260 um und eine Wandstärke von 6 bis 7 um. Die Bruchdeh-3o nung beträgt 69%, die Festigkeit 35 cN/tex.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

I.Schlauch, dessen Wandstärke weniger als 15 % der grössten Aussenabmessung seines Querschnitts beträgt, aus einem schmelzspinnbaren synthetischen Polymeren, gekennzeichnet 5 durch einen Durchströmungsquerschnitt von 30 bis 95 % des Gesamtquerschnitts und eine Bruchdehnung von weniger als 100%.
2. Schlauch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Durchströmungsquerschnitt von 60 bis 95%. io
3. Schlauch nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Polyester, insbesondere aus Polyäthylente-rephthalat besteht.
4. Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Polyolefin, vorzugsweise aus Polypropylen 15 besteht.
5. Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Polyamid, vorzugsweise aus Polyamid 6.6 besteht.
6. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet 20 durch einen mikroporösen Mantel.
7. Verfahren zur Herstellung von Schläuchen nach Anspruch 1, durch Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsgeschwindigkeit grösser als 3500 m/min ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsgeschwindigkeit 5000 bis 7000 m/min beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch unter Ausnutzung des Phänomens der natürlichen Fadenabbiegung ersponnen wird.
10. Verfahrennach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Abzugsorgans vom Bereich der natürlichen Fadenabbiegung hinreichend gross gewählt wird, so dass der Schlauch einem Nachverzug unterzogen werden kann.
II. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der natürlichen Fadenabbiegung durch Anordnung eines Prallblechs senkrecht unterhalb der Spinndüse näher an die Spinndüse verlegt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der natürlichen Fadenabbie- 40 gung in eine Kühlflüssigkeit verlegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ausspinnens des Schlauches aus der Düse ein hohlraumbildendes Fluid, insbesondere ein

Gas, in den Schlauch eingeblasen wird. 45

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