CH645139A5 - Verfahren zur herstellung schmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner filamente. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner Filamente aus synthetischen Polymeren, wobei die frischgesponnenen 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, vorzugsweise oberhalb 150 °C, erwärmt und verstreckt werden.
Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 2 117 659 bekannt. Als beheizte Flächen werden dabei Heizplatten verwendet, deren Länge so gewählt werden soll, dass eine zur Orientierung und Kristallisation ausreichende Fadentemperatur erreicht wird. In Beispiel 5 der DE-OS 2 117 659 beträgt die Länge der Heizplatte 1000 mm, bei einer Plattentemperatur von 160 °C. 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 erforderlichen Streckspannung sein muss, an den Heizplatten auf Temperaturen oberhalb des Erstarrungspunktes erwärmt. Dabei findet unter dem Einfluss von Wärme und Spannung eine Verstreckung der Filamente statt, die mit einem Anstieg der Molekularorientierung und der Kristallisation verbunden ist. Bei Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 4000 m/min und Fadentemperaturen bis zu 220 °C sind nach dem bekannten Verfahren bei Polyäthylen-terephthalat-Filamenten Streckverhältnisse bis zu 2:1 beobachtet worden.
Das bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. Die verhältnismässig lange Heizplatte 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 Fadenreinheiten 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 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 Investitionsund Energiekosten erreicht und insbesondere die Wärmebelastung des Bedienungspersonals am Arbeitsplatz reduziert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, 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 angeordnet sind.
Durch die drastische Kürzung der Länge der beheizten Flächen von bisher 1000 mm oder - bei Abzugsgeschwindigkeiten von mehr als 3500 m/min - 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. Elektro-chemisch verchromte, plasmabeschichtete oder nickeldiamant-verse-hene Oberflächen werden bevorzugt. Es können auch Heizplatten z.B. aus keramischen Werkstoffen eingesetzt werden. Die Rauhteifen Rt liegen vorzugsweise zwischen etwa 4 und 15 (im.
Durch die drastische Erhöhung der Heizflächentemperatur von bisher maximal etwa 220 °C auf 450 bis 650 °C - das bedeutet, dass die verwendeten Heizorgane leicht rotglühend
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sind -, wird nicht nur die kürzere Kontaktstrecke Filament./. Heizfläche kompensiert, d.h. den Filamenten trotz der sehr kurzen Kontaktzeit eine ausreichende Wärmemenge zugeführt, um ihnen eine für die Verstreckung ausreichende hohe Temperatur zu geben, sondern es wird überraschenderweise auch eine Verbrennung der sich auf den beheizten Flächen ablagernden Faserreste bewirkt, so dass die beheizten Flächen stets sauber sind und keine durch Verunreinigungen bekannter Art auftretenden Reibungskräfte mehr zu Spinnstörungen führen. Die angegebenen Temperaturbereiche sind kritisch: Bei weiterer 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 erfmdungsgemäss 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 beein-flusst. Auf den beheizten Flächen wird die Fadenspannung wesentlich durch die Länge der beheizten Flächen sowie durch den Reibungskoeffizienten 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 «Verstrecken» 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 35-50 cN/tex für die Reissfestigkeit, eine Bruchdehnung von etwa 18-35%, ein Heissluftschrumpf (190 °C) von 6-10% und ein Kochschrumpf von etwa 3-10%.
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 Polymere können durch Zugabe von Modifizierungsmitteln, z.B. Titandioxyd, Kohlenstoff, Antistatika oder dergleichen 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 2 117 659) 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 beim Passieren der beheizten Flächen vorzugsweise unter einem Winkel a von 2,5 bis 10°, insbesondere zwischen 3 und 5° 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 oder dergleichen)
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 Andrückend der Filamente an die beheizten Flächen dienenden Fadenführungsorgane 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 Filamentquer-schnitten 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 obengenannten Ablenkungswinkelbereiches, z.B. zwischen etwa 7 und 10°, 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 Filamenten mit deutlich unterschiedlicher Schrumpf- und Dehnungswerten entsteht.
Die Erfindung wird anhand beigefügter Zeichnung näher erläutert. Darin ist:
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Fig. 2 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 Fallschachts 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. Die verstreckten Filamente werden beispielsweise mittels einer Präparationsgalette 6 mit einer Präparation benetzt und der Aufspuleinheit 7 zugeführt. Um ein langes Changierdreieck bei 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 Filament-mischgarn aufgespult.
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 (im. Der Abstand Spinndüse-Heizplatte beträgt etwa 5000 mm.
Die Garntemperatur vor der Heizplatte beträgt 26 °C, hinter der Heizplatte 158 °C. Der Garn-Titer 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:
Titer 74,6 dtex
Reissfestigkeit 39,5 cN/tex
Bruchdehnung 32,9%
Kochschrumpf 4,4%
Heissluftschrumpf (190 °C) 6,1%
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 um verwendet, deren Temperatur 550 °C beträgt. Sie ist in 5000 mm Abstand zur Spinndüse angeordnet.
Die Garntemperatur vor der Heizplatte beträgt etwa 30 ° C, hinter der Heizplatte 160 ° C. Der Garn-Titer 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 wiederum auf einer Vorrichtung gemäss Fig. 1, wobei vor der Aufwicklung eine Blasdüse zur Verbesserung des Fadenschlusses angeordnet ist. Die textilen Daten des Garns lauten :
Titer 81,3 dtex
Reissfestigkeit 42,0 cN/tex
Bruchdehnung 21,4% Kochschrumpf 6,3%
Heissluftschrumpf (190 °C) 10,6%
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 3985 m/min über eine 75 mm lange, elektro-chemisch verchromte Heizplatte (Rt= 8 jJ.m) abgezogen. Die Temperatur der Heizplatte ist 500 °C. Der Abstand Spinndüse-Heizplatte beträgt 5000 mm.
Folgende textilen Daten des Filamentgarns wurden gemessen:
Titer 58,2 dtex
Reissfestigkeit 40,0 cN/tex
Bruchdehnung 41,3%
Kochschrumpf 10,9% Heissluftschrumpf (190 °C) 6,7%
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung schmelzgesponnener und molekularorientierend verstreckter, kristalliner Filamente aus synthetischen Polymeren, wobei die frisch gesponnenen Filamente nach ihrer Abkühlung bis unter Erstarrungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von mehr als 3500 m/min über beheizte Flächen abgezogen und im Bereich der beheizten Flächen auf Temperaturen oberhalb der Erstarrungstemperatur erwärmt und verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizten Flächen eine Länge von 20 bis 300 mm besitzen, auf eine Temperatur von 450 bis 650 °C beheizt sind und in einem Abstand zu den Spinndüsen von 1500 bis 6500 mm angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beheizten Flächen von den Spinndüsen 4000 bis 6000 mm beträgt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizten Flächen eine Länge von weniger als 200 mm besitzen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizten Flächen auf eine Temperatur von 500 bis 600 °C beheizt sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die frisch gesponnenen Fäden mit einer Geschwindigkeit von 4100 bis 6000 m/min über die beheizten Flächen abgezogen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente durch nach den beheizten Flächen angeordnete Fadenführungsorgane gegen die beheizten Flächen gedrückt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente beim Passieren der beheizten Flächen unter einem Winkel a von 2,5 bis 10° abgelenkt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente nach Verlassen der beheizten Flächen mit einer Präparation benetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenführungsorgane zugleich die Benetzung der Filamente mit Präparation bewirken.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbedingungen zwischen den Filamenten und den beheizten Flächen so gewählt werden, dass in den Filamentquerschnitten eine Bikomponentenstruk-tur erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zur Herstellung eines aus unterschiedlich stark schrumpfenden Filamenten bestehenden Filamentmischgarns, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Filamente in schwächerem Kontakt mit den beheizten Flächen geführt wird als der restliche Teil der Filamente.
Applications Claiming Priority (1)
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