CH705306B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines HMLS-Garnes aus einer Polyesterschmelze. - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines HMLS-Garnes aus einer Polyesterschmelze umfasst eine Spinneinrichtung (1) mit einer Spinndüse (2) zum Extrudieren und einen Blasschacht (3) zum Abkühlen einer Vielzahl von Filamentsträngen (4), eine Vorrichtung (5) zum Aufbringen einer Spinnpräparation und zum Zusammenfassen der Filamentstränge (4) zu einem Garn (6), eine Spuleinrichtung (16), und eine zwischen der Spinneinrichtung (1) und der Spuleinrichtung (16) vorgesehene Streckzone zur Verstreckung des Garns (6). Die Streckzone wird gebildet durch ein Einlaufrollenpaar (7) und vier bis sechs aufeinanderfolgende Streckrollenpaare (8 bis 12). Das letzte Streckrollenpaar (12) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare ist mit einer Kühleinrichtung (14) und die anderen Streckrollenpaare (8 bis 11) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare ausser dem letzten Streckrollenpaar (12) sind mit einer Heizeinrichtung versehen. Zumindest eine der beiden Rollen eines jeweiligen Streckrollenpaares (8 bis 12) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare ist mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung versehen. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Geschwindigkeit (V2), mit welcher das Garn durch das Einlaufrollenpaar (7) von der Spinneinrichtung (1) abgezogen werden kann, 400 m/Min bis 600 m/Min beträgt.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines HMLS-Garnes aus einer Polyesterschmelze.

[0002] Sogenannte HMLS(High Modulus Low Shrinkage)-Garne finden Anwendung vor allem in der Reifenverstärkung, dem sogenannten Tire Cord. Bei der Herstellung von HMLS-Garnen aus Polyester werden in einer Spinneinrichtung durch Spinndüsen eine Vielzahl von Filamentsträngen extrudiert und anschliessend abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt zumeist mit Luft in einem sogenannten Blasschacht. Die Filamentstränge werden zu einem Garn zusammengefasst und in einer Streckzone verstreckt. Anschliessend wird das Garn auf eine Spule aufgewickelt. Das für die Herstellung der Garne benutzte Ausgangsprodukt und die Art und Weise der Verstreckung der Filamentstränge beeinflussen die zu erzielenden Eigenschaften des Endproduktes. Hier ist hervorzuheben, dass ein grosser Anteil der Gesamtverstreckung bereits zwischen der Spinndüse und der Zusammenfassung der Filamentstränge zu einem Garn vorgenommen wird.

[0003] Die Filamentstränge verlassen die Spinndüse bei der Herstellung von HMLS-Garnen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 m/Min und werden durch eine Einlaufrolle zu Beginn der Streckzone mit etwa 2000 m/Min abgezogen. Zwischen der Spinndüse und der Einlaufrolle werden die Filamentstränge demnach um etwa die zweihundertfache Länge verstreckt. Dadurch ergeben sich in der Folge in der Streckzone wie auch am Wickler sehr hohe Drehzahlen der Rollen und Spulen. Durch die hohe Geschwindigkeit werden auch Fadenführungselemente stark beansprucht. Dies führt zu einem hohen Verschleiss und einer entsprechend kurzen Lebensdauer der eingesetzten Elemente.

[0004] Aus dem Stand der Technik sind auch weitergehende Verfahren zur Herstellung von Garnen resp. Fäden mit hoher Festigkeit bekannt. Beispielsweise offenbart die WO 2009/061 161 ein derartiges Verfahren. Dabei wird eine weitere Erhöhung der Festigkeit der Polyesterfäden erreicht durch die Verwendung einer Polymerschmelze mit einer hohen Grenzviskosität. Die Polymerschmelze wird unter einer Stickstoffatmosphäre gehalten, um einen Kontakt zur Umgebungsluft zu vermeiden. Die aus der Polymerschmelze gesponnenen Filamentstränge werden unmittelbar nach den Spinndüsen durch einen Nacherhitzer geführt, welcher eine Verstreckbarkeit der Filamentstränge noch verbessert.

[0005] Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von hochfesten Fäden haben jeweils ein entsprechend qualitativ hochwertiges Polymer als Ausgangsprodukt.

[0006] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche die Herstellung eines HMLS-Garns resp. -Fadens ermöglicht, ausgehend von einem kostengünstigen niederwertigen Polyester, bei welcher ein geringer Verschleiss auftritt.

[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Aspekte sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0008] Durch die aktive Kühlung des Fadens über das letzte Streckrollenpaar wird eine Beeinflussung der Molekülketten im Polyester erreicht, welche zu einer Erhöhung der Festigkeit führt. Dabei wird die Kristallinität sowie die Orientierung der Moleküle beeinflusst und die Molekülstruktur durch die Kühlung fixiert. Durch die aktive Kühlung des Fadens am Ende der Streckzone kann der Verzug der Filamentstränge im Spinnprozess gegenüber den herkömmlichen Verfahren stark verringert werden und trotzdem ein Faden mit einem hohen Modul bei geringer Schwindung hergestellt werden.

[0009] Das Einlaufrollenpaar wie auch die Streckrollenpaare können als sogenannte Duos mit zwei angetriebenen Rollen oder als sogenannte Monos mit einer angetriebenen Rolle und einer zugeordneten Beilaufrolle ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden eine Einlaufrolle und fünf Streckrollenpaare eingesetzt, wobei die Einlaufrolle als Mono und die Streckrollenpaare als Duo ausgebildet sind. Die jeweiligen Rollenpaare werden mehrfach von dem Faden umschlungen.

[0010] Um den durch die Kühlung des Fadens hervorgerufenen Effekt auszubilden, ist eine Oberflächentemperatur der mit der Kühleinrichtung versehenen Rolle des letzten Streckrollenpaares von weniger als 100 °C vorgesehen. Bevorzugterweise ist die Oberflächentemperatur kleiner 80 °C. Die Kühlwirkung auf den das Streckrollenpaar mehrfach umschlingenden Faden kann zusätzlich erhöht werden, dadurch dass beide Rollen des letzten Streckrollenpaares mit einer Kühleinrichtung versehen sind. Als Kühleinrichtung eignet sich am besten eine Flüssigkeitskühlung. Über die Oberfläche der Rolle wird dem Faden Wärme entzogen. Die Wärme wird über eine in der Rolle zirkulierende Kühlflüssigkeit abgeführt und in einem Wärmetauscher der Kühlflüssigkeit wiederum entzogen. Die Kühlflüssigkeit wird in ihrer Temperatur derart geregelt, dass die Oberflächentemperatur der Rolle die vorgegebene Temperatur von 100 °C, bevorzugterweise 80 °C, nicht übersteigt. Derartige Kühlsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt.

[0011] Die Streckzone wird gebildet durch das Einlaufrollenpaar und die nachfolgenden vier bis sechs Streckrollenpaare. Bevorzugterweise sind dem Einlaufrollenpaar fünf Streckrollenpaare nachgeordnet. Über die gesamte Streckzone ist eine Gesamtverstreckung des aus der Spinneinrichtung einlaufenden Fadens auf das Drei- bis Achtfache seiner ursprünglichen Länge vorgesehen. Bevorzugterweise beträgt die Gesamtverstreckung das Fünf- bis Siebenfache. Dabei betragen die Verstreckungen im Einzelnen zwischen dem Einlaufrollenpaar und dem ersten Streckrollenpaar 1.02 bis 1.1, zwischen dem ersten Streckrollenpaar und dem zweiten Streckrollenpaar 4 bis 6, zwischen dem zweiten Streckrollenpaar und dem dritten Streckrollenpaar 1.2 bis 2.0, zwischen dem dritten Streckrollenpaar und dem vierten Streckrollenpaar 0.7 bis 1.2 und zwischen dem vierten Streckrollenpaar und dem fünften Streckrollenpaar 0.7 bis 1.2. In einer bevorzugten Ausführung betragen die Verstreckungen 0.4 zwischen dem ersten Streckrollenpaar und dem zweiten Streckrollenpaar 4.6, zwischen dem zweiten Streckrollenpaar und dem dritten Streckrollenpaar 1.3, zwischen dem dritten Streckrollenpaar und dem vierten Streckrollenpaar 0.96 und zwischen dem vierten Streckrollenpaar und dem fünften Streckrollenpaar 0.97. Die eigentliche Verstreckung wird jeweils zwischen den Streckrollenpaaren vorgenommen. Die beiden Rollen eines Streckrollenpaares werden im Wesentlichen mit der gleichen Drehzahl betrieben.

[0012] Entsprechend der verwendeten Polyesterschmelze sind die Temperaturen der beheizten Streckrollen vorzusehen. Es ist jeweils zumindest eine der beiden Rollen eines Streckrollenpaares beheizt. Bevorzugterweise werden beide Rollen eines Streckrollenpaares auf die gleiche Temperatur beheizt. Die Oberflächentemperaturen sind im Bereich 40 °C bis 90 °C für das erste Streckrollenpaar, 80 °C bis 170 °C für das zweite Streckrollenpaar, 120 °C bis 280 °C für das dritte Streckrollenpaar und 120 °C bis 250 °C für das vierte Streckrollenpaar. In einer bevorzugten Ausführungsform betragen die Oberflächentemperaturen 85 °C für das erste Streckrollenpaar, 110 °C für das zweite Streckrollenpaar, 250 °C für das dritte Streckrollenpaar und 250 °C für das vierte Streckrollenpaar.

[0013] Das fünfte Streckrollenpaar hat aufgrund der gekühlten Oberfläche die Wirkung, dass die Molekül-Orientierung innerhalb der einzelnen Filamente des Fadens beeinflusst und fixiert wird und sich dadurch eine höhere Festigkeit ergibt. Dadurch können Fäden hergestellt werden, welche eine Festigkeit von mehr als 70 cN/tex bei einer Dehnung von weniger als 13% aufweisen. Die derart hergestellten Fäden weisen zudem eine Schwindung von weniger als 4%, bevorzugterweise weniger als 3,2% auf. Zur Messung der Schwindung wird der Faden einer Temperatur von 180 °C während einer Zeitdauer von 15 Minuten ausgesetzt. Während dieser Messung wird der Faden unter einer konstanten Spannung von 0.1 cN/tex gehalten (BISFA-Norm).

[0014] Bevorzugterweise werden die Filamentstränge zwischen der Spinndüse und dem Einlaufrollenpaar um das 50- bis 80-Fache, bevorzugterweise um das 60-Fache verstreckt und mit einer Geschwindigkeit von 1500 bis 3500 m/Min aufgespult.

[0015] Die bevorzugt im erfindungsgemässen Verfahren verwendete synthetische Polyesterschmelze hat eine Grenzviskosität kleiner 0.9 dl/g.

[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung anhand der Fig. 1 näher erläutert.

[0017] Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines endlosen Fadens aus einer synthetischen Polymerschmelze. Mit einer Spinnvorrichtung 1 wird eine Vielzahl von Filamentsträngen 4 bei einer Temperatur von 40° bis 50° über der Schmelztemperatur des verwendeten Polyesters extrudiert. Die Spinnvorrichtung 1 umfasst eine Spinndüse 2, durch welche die einzelnen Filamente des Filamentstranges geformt werden. Die Filamentstränge 4 werden aus der Spinndüse 2 mit einer bestimmten Geschwindigkeit V1 einem Blasschacht 3 zugeführt Die Filamentstränge 4 durchlaufen den Blasschacht 3 und werden dabei abgekühlt auf eine Temperatur unter 50 °C. Die Abkühlung erfolgt dabei meist durch Anblasen der Filamentstränge 4 mit gekühlter Blasluft. Anschliessend werden die Filamentstränge 4 zu einem Faden 6 zusammengefasst und mit einer Spinnpräparation 5 versehen. Der Faden 6 gelangt zu einem Einlaufrollenpaar 7. Das Einlaufrollenpaar 7 besteht aus einer angetriebenen Rolle und einer nicht angetriebenen Beilaufrolle. Durch das Einlaufrollenpaar 7 wird die Abzugsgeschwindigkeit V2 des Fadens aus dem Blasschacht 3 bestimmt. Die Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten V1 und V2 ergibt die Verstreckung der Filamentstränge 4 im Spinnprozess. Die Filamentsränge 4 werden durch die Einlaufrolle 7 mit einer gegenüber der Spinngeschwindigkeit V1 erhöhten Geschwindigkeit V2 abgezogen. Anschliessend an das Einlaufrollenpaar 7 wird der Faden 6 über fünf Streckrollenpaare 8, 9, 10, 11, 12 geführt. Das Einlaufrollenpaar 7 und die Streckrollenpaare 8, 9, 10, 11, 12 werden vom Faden 6 mehrfach umschlungen. Die beiden Rollen eines Streckrollenpaares 8, 9, 10, 11, 12 werden im Wesentlichen mit der gleichen Drehzahl betrieben. Dadurch erfolgt eine Verstreckung des Fadens 6 jeweils zwischen den Streckrollenpaaren 8, 9, 10, 11, 12 und dem ersten Streckrollenpaar 8 und dem Einlaufrollenpaar 7.

[0018] Die ersteren Streckrollenpaare 8, 9, 10, 11 sind mit einer Heizeinrichtung (nicht dargestellt) versehen. Das letzte Streckrollenpaar 12 hingegen ist mit einer Kühleinrichtung (14) versehen. Es ist zumindest eine Rolle des Streckrollenpaares 12 mit der Kühleinrichtung 14 verbunden. Die durch den Faden 6 in die Streckrollen des Streckrollenpaares 12 über deren Oberfläche eingebrachte Wärme wird mit Hilfe eines Kühlmittels über Kühlmittelverbindungen 13 zur Kühleinrichtung 14 abgeführt. Die Kühleinrichtung besteht dabei im Wesentlichen aus einem Wärmetauscher, über welchen die im Kühlmittel enthaltene Wärme abgeführt werden kann, bevor dieses wiederum dem Streckrollenpaar 8 zugeführt wird. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades könnten auch beide Rollen des Streckrollenpaares 12 mit der Kühleinrichtung 14 verbunden sein.

[0019] Anschliessend an das letzte Streckrollenpaar 12 wird der Faden 6 über eine Verwirbelung 15 einer Spuleinrichtung 16 zugeführt und von dieser mit einer Geschwindigkeit V3 aufgespult. Die Geschwindigkeit V3 des Fadens 6 an der Spuleinrichtung 16 wird dabei bestimmt durch die Geschwindigkeit V1 der Filamentsränge 4 unmittelbar nach der Spinndüse 2 und die gesamte Verstreckung der Filamentstränge 4 respektive des Fadens 6 auf ihrem Weg von der Spinndüse 2 über den Blasschacht 3 und die Streckzone zur Spuleinrichtung 16.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Herstellung eines HMLS-Garnes aus einer Polyesterschmelze, mit einer Spinneinrichtung (1) mit einer Spinndüse (2) zum Extrudieren und einem Blasschacht (3) zum Abkühlen einer Vielzahl von Filamentsträngen (4), mit einer Vorrichtung (5) zum Aufbringen einer Spinnpräparation und zum Zusammenfassen der Filamentstränge (4) zu einem Garn (6), mit einer Spuleinrichtung (16) und mit einer zwischen der Spinneinrichtung (1) und der Spuleinrichtung (16) vorgesehenen Streckzone zur Verstreckung des Garns (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Streckzone durch ein Einlaufrollenpaar (7) und vier bis sechs aufeinanderfolgende Streckrollenpaare (8, 9, 10,11,12) gebildet ist und das letzte Streckrollenpaar (12) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare mit einer Kühleinrichtung (14) und die anderen Streckrollenpaare (8, 9, 10,11) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare ausser dem letzten Streckrollenpaar (12) mit einer Heizeinrichtung versehen sind, wobei zumindest eine der beiden Rollen eines jeweiligen Streckrollenpaares (8, 9, 10,11, 12) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare mit der Heiz- oder Kühleinrichtung (14) versehen ist und die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass im Betrieb die Geschwindigkeit (V2), mit welcher das Garn (6) durch das Einlaufrollenpaar (7) von der Spinneinrichtung (1) abgezogen werden kann, 400 m/Min bis 600 m/Min beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass im Betrieb die Geschwindigkeit (V2), mit welcher das Garn (6) durch das Einlaufrollenpaar (7) von der Spinneinrichtung (1) abgezogen werden kann, 475 m/Min beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckzone durch ein Einlaufrollenpaar (7) und fünf aufeinanderfolgende Streckrollenpaare (8, 9, 10, 11, 12) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beheizung über die Heizeinrichtungen der ersten vier Streckrollenpaare (8, 9, 10, 11) derart ausgebildet ist, dass im Betrieb die Oberflächentemperatur der Rollen des ersten Streckrollenpaares (8) 40 °C bis 90 °C, des zweiten Streckrollenpaares (9) 80 °C bis 170 °C, des dritten Streckrollenpaares (10) 120 °C bis 280 °C und des vierten Streckrollenpaares (11) 120 °C bis 250 °C beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass die Verstreckung zwischen dem Einlaufrollenpaar (7) und dem ersten Streckrollenpaar (8) 1.02 bis 1.1, zwischen dem ersten Streckrollenpaar (8) und dem zweiten Streckrollenpaar (9) 4 bis 6, zwischen dem zweiten Streckrollenpaar (9) und dem dritten Streckrollenpaar (10) 1.2 bis 2.0, zwischen dem dritten Streckrollenpaar (10) und dem vierten Streckrollenpaar (11) 0.7 bis 1.2, und zwischen dem vierten Streckrollenpaar (11) und dem fünften Streckrollenpaar (12) 0.7 bis 1.2 beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass im Betrieb eine Oberflächentemperatur der mit der Kühleinrichtung (14) versehenen Rolle des letzten Streckrollenpaares (12) von kleiner 100 °C erreicht wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Rollen des letzten Streckrollenpaares (12) mit der Kühleinrichtung (14) versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (14) eine Flüssigkeitskühlung ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass in der Streckzone eine 5- bis 7-fache Gesamtverstreckung erfolgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines HMLS-Garnes aus einer Polyesterschmelze, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Extrudieren von Filamentsträngen (4) aus einer Polyesterschmelze in einer Spinnvorrichtung (1) durch eine Spinndüse (2) mit einer Geschwindigkeit (V1) von 5 m/Min bis 15 m/Min b) Abkühlen der Filamentstränge (4) in einem Blasschacht (3) und Zusammenfassen der Filamentstränge (4) zu einem Garn (6) c) Aufbringen einer Spinnpräparation d) Abziehen des Garns (6) aus dem Blasschacht (3) mit einem Einlaufrollenpaar (7) mit einer Geschwindigkeit (V2) von 400 m/Min bis 600 m/Min e) Verstrecken des Garns (6) in einer Streckzone mit einer Gesamtverstreckung des Garns von 3 bis 8 über das Einlaufrollenpaar (7) und vier bis sechs aufeinanderfolgende Streckrollenpaare (8, 9, 10, 11, 12), wobei das letzte Streckrollenpaar (12) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare gekühlt und die anderen Streckrollenpaare (8, 9, 10,11) der vier bis sechs aufeinanderfolgenden Streckrollenpaare ausser dem letzten Streckrollenpaar (12) beheizt werden f) Aufspulen des Garns (6) mit einer Spuleinrichtung (16).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentstränge (4) zwischen der Spinndüse (2) und dem Einlaufrollenpaar (7) um das 50- bis 80-Fache verstreckt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentstränge (4) zwischen der Spinndüse (1) und dem Einlaufrollenpaar (7) um das 60-Fache verstreckt und mit einer Geschwindigkeit (V3) von 1500 m/Min bis 3500 m/Min aufgespult werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyesterschmelze eine Grenzviskosität kleiner 0.9 dl/g aufweist.

14. Garn hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Garn eine Schwindung bei einer Temperatur von 180 °C während einer Zeitdauer von 15 Minuten von weniger als 4% und eine Festigkeit von zumindest 70 cN/tex bei weniger als 13% Dehnung aufweist.