DE102005054653B4 - Apparatus and method for producing melt spun filaments - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Herstellung schmelzgesponnener Filamente mit einem mindestens eine Spinndüse (4) zum Ausspinnen der Filamente (6) aufweisenden Spinnkopf (3) und einer unterhalb des Spinnkopfs (3) vorgesehenen Kühlkammer (7), die mit einer eine Gaszuführung (10) aufweisenden Blaskammer (1) zum seitlichen Anblasen der Filamente (6) mit Gas und mit einer gegenüberliegend zur Blaskammer (1) angeordneten Saugkammer (2) mit Gasabführung (20) zum Abführen des zugeführten und durch die Filamente (6) durchströmenden Gases verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in Ausspinnrichtung aufeinander folgende Kombinationen von Blas- und Saugkammern (1, 2) vorgesehen sind, zwischen denen mindestens ein Trennsegment (25) angeordnet ist, das nicht mit einer Gaszuführung (10) oder Gasabführung (20) verbunden ist.Device for producing melt-spun filaments with a spinning head (3) having at least one spinneret (4) for spinning out the filaments (6) and a cooling chamber (7) provided below the spinner head (3), which is equipped with a blast chamber having a gas feed (10) ( 1) for lateral blowing of the filaments (6) with gas and with a suction chamber (2) arranged opposite the blast chamber (1) with gas discharge (20) for discharging the gas supplied through the filaments (6) and characterized in that at least two in the spinning direction successive combinations of blowing and suction chambers (1, 2) are provided between which at least one separating segment (25) is arranged, which is not connected to a gas supply (10) or gas discharge (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung schmelzegesponnener Filamente nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The The invention relates to a device for producing melt-spun Filaments according to the preamble of the main claim.
Bei dem Schmelzspinnen werden Polymere als Rohstoffe durch Schmelzen unter Luftabschluss verspinnbar gemacht. Hierbei wird ein thermoplastischer Rohstoff in Form von Granulat oder Schnitzeln mittels eines Extrusionseinrichtung auf eine Temperatur von mindestens 5°C über der Schmelztemperatur des Polymers erhitzt und über eine Spinnapparatur versponnen. Häufig muss das Polymer vor seiner Verarbeitung einem Trocknungsprozess unterworfen werden, um einen ausreichend geringen Wassergehalt einzustellen. Dies soll einen übermäßigen hydrolytischen Abbau des Polymers während des Aufschmelzens, der Verweilzeit in der Schmelze und der Verarbeitung zu Fäden vermeiden. Nach Dosie rung über Spinnpumpen wird die Schmelze durch Spinndüsen in einen blasluftdurchströmten Spinnschacht gepresst. Der aus einer Spinndüse austretende Strahl eines Polymers wird unter den herrschenden Abzugskräften beschleunigt, verengt sich auf den Endtiter oder Enddurchmesser und verfestigt sich unter Einwirkung der Blasluft. Üblicherweise wird auf eine Temperatur unterhalb des Glasumwandlungspunktes des zugrundeliegenden Polymers abgekühlt, zumindest aber auf eine Temperatur bei der der Faden eine ausreichende mechanische Stabilität aufweist. Die Fäden werden von Galetten abgezogen, wobei sie als Monofilament d. h. ein einzelnes Filament wird aus einer Einlochdüse ersponnen oder als Multifilamente, hierbei werden mehrere Fäden zu einem Filamentstrang gebündelt, vorliegen können. Die erhaltenen Fäden werden mit einer Schmälze oder Fadenpräparation versehen, eventuell noch verstreckt und schließlich auf einem Wickler bei Geschwindigkeiten von 300–6000 m/min zu Spulen aufgewickelt. Solchermaßen hergestellt Fäden können einen Titer von 10 bis über 2000 dtex aufweisen, bzw. einen Durchmesser von 0,03 bis über 0,5 mm. Unter Filamenten wird eine Textilfaser oder ein Faden von sehr großer, praktisch endloser Länge verstanden. Unter Fasern und Fäden werden alle textilen Faserstoffe wie Filamente und Spinnfasern, unabhängig von ihrer Länge verstanden.at In melt spinning, polymers are melted as raw materials spinnable under exclusion of air. This is a thermoplastic Raw material in the form of granules or chips by means of an extrusion device to a temperature of at least 5 ° C above the melting temperature of the Polymers heated and over spun a spinning apparatus. Often, the polymer must be prior to its processing be subjected to a drying process to a sufficient to adjust low water content. This is supposed to be an excessive hydrolytic Degradation of the polymer during the melting, the residence time in the melt and the processing to threads avoid. After dosing over Spinning pumps, the melt is forced through spinnerets in a blown air through the spinning shaft. The one from a spinneret emerging jet of a polymer is accelerated under the prevailing withdrawal forces, narrows to the final titer or final diameter and solidifies under the influence of the blowing air. Usually is on one Temperature below the glass transition point of the underlying Polymers cooled, at least but to a temperature at which the thread has sufficient mechanical stability having. The strings are withdrawn from godets, where they are called monofilament d. H. a single filament is spun from a single-hole die or as multifilaments, Here are several threads bundled into a filament strand, may be present. The obtained threads be with a Schmälze or fiber finish provided, possibly still stretched and finally on a winder Speeds of 300-6000 m / min wound into coils. Made in such a way threads can one Titers from 10 to over 2000 dtex, or a diameter of 0.03 to more than 0.5 mm. Under filaments is a textile fiber or a thread of very greater, practically endless length Understood. Under fibers and threads all textile fibers such as filaments and staple fibers, independent of their length Understood.
Der Abkühlung eines frisch ersponnenen Fadens kommt eine erhebliche Bedeutung zu, da durch sie die Massen- oder Titergleichmäßigkeit sowie die Vororientierung und somit die textilmechanischen Eigenschaften und die Verarbeitungsgüte des erzeugten Filaments maßgeblich beeinflusst werden. Ein bevorzugtes Abkühlverfahren beim Schmelzspinnen ist die Querstrom- oder Queranblasung. Bei der Queranblasung werden die aus den Spinndüsen austretenden heißen Filamente in einer Blaskammer rechtwinklig mit klimatisierter und unter einem einstellbaren Regelvordruck stehender Luft gleichmäßig beaufschlagt und abgekühlt. Nach dem Passieren der Filamente verlässt der erwärmte Luftstrom die Blaskammer seitlich oder frontal über eine Auslassöffnung oder ein Gitter und vermischt sich mit der umgebenden Raumluft.Of the Cooling a freshly spun thread is of considerable importance too, because through them the mass or titre uniformity as well as the preorientation and thus the textile mechanical properties and the processing quality of the produced Filaments relevant to be influenced. A preferred cooling method in melt spinning is the cross flow or Transverse blowing. In the Queranblasung emerging from the spinnerets be called Filaments in a blow chamber at right angles with air-conditioned and uniformly pressurized air under an adjustable control pressure and cooled. After passing through the filaments, the heated air flow leaves the puffer chamber laterally or frontally over an outlet opening or a grid and mixes with the surrounding room air.
Bei der Queranblasung erfolgt die Fadenkühlung nach dem Prinzip eines Rohrbündel-Kreuzstrom-Wärmetauschers. Die verwendete Luftströmung sollte dabei laminar und turbulenzarm sein und eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit zu allen abzukühlenden Filamenten aufweisen, so dass alle Fäden eine identische Abkühlung erfahren. Zur Erzeugung der Blasluftströmung sind in den Blaskammern Lochgewebe oder Siebgewebe häufig in Verbindung mit Wabengleichrichtern eingebaut. Über die Höhe der Blaskammern wird die Abkühlstrecke für die Filamente festgelegt, über den Aufbau der Gleichrichter kann ein spezifisches Geschwindigkeitsprofil für die Blasluft vorgegeben werden. Die Geschwindigkeit der Blasluft wird durch den herrschenden Vordruck mit dem die klimatisierte Luft der Blaskammer zugeführt wird geregelt. Es lassen sich Luftgeschwindigkeiten von 0,1 bis 0,5 m/s in manchen Fällen bis zu 1,0 m/s generieren und einstellen. Die Blaskammern weisen mindestens eine Breite über die gesamte Breite der abzukühlenden Fadenschar auf. Üblicherweise werden Anblaslängen von 0,5 bis 2 m in seltenen Fällen bis 3 m verwendet. Die Queranblasung beim Schmelzspinnen wird sowohl in der Filamentspinnerei als auch in der Stapelfaserherstellung eingesetzt und ist weit verbreitet. In der Filamentspinnerei können sowohl Multifile als auch Monofile abgekühlt werden. Die verwendeten Blaskammern lassen sich sehr variabel gestalten, ihre Wartungs- und Beschaffungskosten sind im Vergleich zu anderen Abkühlverfahren gering.at the Queranblasung takes place the thread cooling according to the principle of Shell and tube cross-flow heat exchanger. The used air flow should be laminar and low turbulence and a substantially uniform flow velocity to cool to all Have filaments, so that all threads undergo an identical cooling. For generating the blowing air flow are in the blow chambers perforated fabric or mesh often in Connection with honeycomb rectifiers installed. About the height of the blow chambers is the cooling section for the Filaments set, over The structure of the rectifier can be a specific speed profile for the Blowing air can be specified. The speed of the blown air is through the prevailing form with the conditioned air of the blow chamber supplied is regulated. It can be air speeds of 0.1 to 0.5 m / s in some cases generate and set up to 1.0 m / s. The blow chambers point at least one width over the entire width of the cooled Threads on. Usually become blowing lengths from 0.5 to 2 m in rare cases used up to 3 m. The transverse blowing in melt spinning will both in filament spinning as well as in staple fiber production used and is widely used. In the filament spinning can both Multifils and monofilaments are cooled. The used Blow chambers can be made very variable, their maintenance and procurement costs are in comparison to other cooling methods low.
Darüber hinaus sind dem Fachmann weitere Abkühlverfahren für das Schmelzspinnen bekannt, wie z. B. die Innen-/Außen- oder Außen-/Innenanblasung, bei der die konditionierte Blasluft diametral über die austretenden Filamente geleitet wird. Zu den allgemeinen Grundlagen und dem Stand der Technik zum Schmelzespinnen und der Kühlung der Filamente wird auf F. Fourné, ”Synthetische Fasern”, Hauser Verlag, München, 3. Auflage, 1995 ISBN 3-446-16058-2, S. 348 ff. verwiesen.Furthermore are the expert further Abkühlverfahren for the Melt spinning known, such as. B. indoor / outdoor or outdoor / Innenanblasung, at the conditioned blown air diametrically over the emerging filaments is directed. To the general principles and the state of the art for Melt spinning and cooling the filaments are printed on F. Fourné, "Synthetic Fibers", Hauser Verlag, Munich, 3rd edition, 1995 ISBN 3-446-16058-2, p 348 ff. Referenced.
Nachteilig an dem herkömmlichen Verfahren der Querluftanblasung ist, dass die aus dem Blasschacht austretende Luft gasförmige Ausdünstungen wie z. B. Spinnrauch oder flüssige oder feste Kondensate enthalten kann. Bei diesen Stoffen kann es sich um Vorprodukte, Monomere, Oligomere oder durch Hydrolyse, oxidativen oder thermischen Abbau entstandene Abbauprodukte aus dem Ausgangspolymeren handeln. Des Weiteren können Ausdünstungen von Zuschlagstoffe wie Stabilisatoren, Additiven, Weichmachern etc. herrühren. Die freigesetzten Substanzen weisen häufig eine gesundheitsgefährdende Wirkung auf, ihre Abgabe an die umgebende Raumluft sollte daher vermieden werden.A disadvantage of the conventional method of Querluftanblasung is that the exiting the blow duct air gaseous emissions such. B. may contain spider smoke or liquid or solid condensates. These substances may be precursors, monomers, oligomers or degradation products resulting from hydrolysis, oxidative or thermal degradation from the starting polymer. Furthermore, evaporation can conditions of additives such as stabilizers, additives, plasticizers, etc. originate. The released substances often have a health-endangering effect, their delivery to the ambient air should therefore be avoided.
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Fadenkühlsysteme ist, dass sie üblicherweise mit angesaugter, frischer Außenluft betrieben werden. Vor der Verwendung als Blasluft wird die Frischluft in entsprechend dimensionierten Klimaanlagen auf die verfahrensseitig vorgesehenen Bedingungen für die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt konditioniert. Je nach herrschenden klimatischen Bedingungen müssen für die Kühlung oder Erwärmung der Außenluft große Energiemengen aufgewendet werden.One Another disadvantage of conventional Thread cooling systems is that they usually with sucked, fresh outside air operate. Before being used as blast air, the fresh air in appropriately dimensioned air conditioners on the procedural side conditions for the temperature and the moisture content are conditioned. Depending on prevailing climatic conditions need for cooling or warming of the Outdoor air large amounts of energy be spent.
Des Weiteren ist die herkömmliche Queranblasung nur bedingt für die Abkühlung von Monofilamenten mit hohen Titern (> 100 dtex) geeignet. Eine Möglichkeit dies zu erreichen besteht in einer Erhöhung der Queranblaslängen von üblicherweise 120–200 cm auf ca. 300 cm oder darüber hinaus. Nachteilig an einer solchen Ausführung ist jedoch, dass die damit abgekühlten Filamente relativ stark aus der natürlichen Falllinie ausgelenkt werden. Unter der natürlichen Falllinie wird das lotrechte Fallen eines Filaments aus einer Spinndüse verstanden ohne Einwirkung einer auslenkenden Kraft oder einer Auslenkung, verursacht durch das Berühren mit einem Fadenleitorgan. Aufgrund des Luftwiderstandes eines Filamentstranges wird dieser aber in Abhängigkeit seines Durchmessers, Festigkeit, Abzugsgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit der Blasluft aus seiner natürlichen Falllinie ausgelenkt. Dem gegenüber steht eine rückführende Kraft, da der Lauf der Filamente durch Fadenleitorgane, Präparationseinrichtungen oder die Spinnmaschine stabilisiert werden muss. Es resultiert eine bogenartig (C-förmige) Auslenkung der Filamente, wobei das Maximum der Auslenkung, neben den genannten Einflussfaktoren, auch stark von der Länge der Blaslufteinwirkung und somit von der Höhe einer Blaskammer abhängt. Um bei einer Verlängerung einer Blaskammer oder Erhöhung der Blasluftgeschwindigkeit ein Anstoßen oder Streifen der Filamente an der Blaskammerwandung oder des Luftaustrittgitters zu vermeiden, müssen die Blaskammern entsprechend weiter in der Blasluftströmungsrichtung dimensioniert werden. Dies geht zu Lasten des zur Verfügung stehenden Spinnereirau mes, da die Spinnköpfe und Spulmaschinen mit einem entsprechend vergrößerten Abstand aufgestellt werden müssen. Darüber hinaus ist die Verlängerung der Blaskammer bei einseitiger Luftzuführung nachteilig, da der Fadenlauf durch die stärkere Auslenkung instabiler wird, woraus höhere intrafilamentäre Titerschwankungen resultieren können.Of Another is the conventional one Queranblasung only conditionally for the cooling off of monofilaments with high titers (> 100 dtex). A possibility To achieve this is to increase the Queranblaslängen of usually 120-200 cm to about 300 cm or above out. A disadvantage of such an embodiment, however, is that the cooled with it Filaments relatively strongly deflected from the natural fall line become. Under the natural Case line is understood to mean the vertical drop of a filament from a spinneret without Influence of a deflecting force or a deflection caused by touching with a thread guide. Due to the air resistance of a filament strand but this is dependent its diameter, strength, take-off speed and flow velocity the blowing air from its natural Case line deflected. Opposite is a returning force, because the run of the filaments by Fadenleitorgane, preparation facilities or the spinning machine has to be stabilized. It results in one arcuate (C-shaped) Deflection of the filaments, with the maximum of the deflection, beside the above influencing factors, also strongly on the length of the Blaslufteinwirkung and thus on the height of a blow chamber depends. Around at an extension a blow chamber or raise the blowing air velocity, a bumping or streaking of the filaments on the blow chamber wall or the air outlet grille to avoid have to the blow chambers corresponding further in the Blasluftströmungsrichtung be dimensioned. This is at the expense of the available Spinnereirau with, as the Spinnköpfe and Spooling machines set up with a correspondingly larger distance Need to become. Furthermore is the extension the blow chamber disadvantageous in one-sided air supply, since the yarn path through the stronger one Deflection becomes unstable, resulting in higher intrafilament titer fluctuations can result.
Stehen aus Platzgründen keine verlängerten Blaskammern zur Verfügung oder sollen hochtitrige Monofilamente erzeugt werden, so können die ersponnenen Filamente in einem Wasserbad oder in einer Kombination von Luftkühlung und Wasserbad abgekühlt werden. Diese Art der Abkühlung ist aber deutlich aufwendiger als die Abkühlung mit Luft und wird üblicherweise nur bei niedrigen Fadenabzugsgeschwindigkeiten durchgeführt.Stand for reasons of space no extended blow chambers to disposal or should be produced hochtitrige monofilaments, then the spun filaments in a water bath or in a combination of air cooling and water bath cooled become. This kind of cooling But is much more complicated than the cooling with air and is usually only performed at low yarn withdrawal speeds.
Aus
Patent
Ebenfalls
bekannt ist aus
Aus
Patent
Die
Aus
der
Weitere
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von schmelzgesponnenen
Filamenten sind aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung schmelzgesponnener Filamente zu schaffen, die ein effizientes Abkühlen beim Queranblasen mit reduzierter Abgabe gesundheitsschädlicher Substanzen an die umgebende Raumluft gestattet.Of the Invention is based on the object, a device for manufacturing to provide melt-spun filaments that allow for efficient cooling Queranblasen with reduced delivery harmful Allowed substances to the surrounding room air.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.The The object is achieved by the characterizing features of the main claim in connection with the Characteristics of the preamble solved.
Erfindungsgemäß erfolgt die Abkühlung der Filamente in einer Kombination von einer Blaskammer mit einer gegenüberliegenden Saugkammer bzw. durch mehrere aufeinander folgende Kombinationen von Saug- und Blaskammern. Dabei werden der beim Verspinnen entstehende Spinnrauch oder auch aus der heißen Polymerschmelze austretende Dämpfe oder Gase oder auch beim Verspinnen insbesondere von isocyanat- und/oder urethangruppenhaltigen Rohstoffen auftretende gesundheitsschädliche iocyanhathaltige Dämpfe mit der Blasluft effektiv abgeführt und gelangen nicht in die Umgebungs- oder Raumluft. Die aus der Saugkammer abgeführte Saugluft kann von den gesundheitsschädlichen Substanzen gereinigt und in Gänze oder teilweise nach dem Mischen mit Frischluft unter geringerem Energieauf wand erneut als Blasluft für die Fadenkühlung eingesetzt werden. Die Erfindung eignet sich zur Abkühlung sowohl von Mono- als auch Multifilamenten. Aufgrund der durch die Absaugung insbesondere auch in den Randbereichen der Fadenkühlkammer stärker gerichteten Führung der Blasluft werden alle Filamente, d. h. die gesamte Filamentschar, gleichmäßig von Blasluft durchströmt und abgekühlt. Es resultieren daraus geringere interfilamentäre Titerschwankungen. Auf die Verwendung von Begrenzungsklappen oder Luftleitblechen im Bereich der Fadenkühlkammer kann verzichtet werden, da die Kühlluft auch in den Randbereichen von hoher Gleichmäßigkeit ist und eine homogene Strömungsgeschwindigkeit aufweist.According to the invention the cooling off the filaments in a combination of a blow chamber with a opposite Suction chamber or by several successive combinations of suction and blow chambers. The resulting during spinning are Spider smoke or also emerging from the hot polymer melt vapors or Gases or even during spinning in particular of isocyanate and / or urethane group-containing raw materials occurring harmful iocyanhathaltige fumes with the blown air effectively dissipated and do not get into the ambient or indoor air. The from the suction chamber discharged suction air can from the harmful Substances cleaned and in their entirety or partially after mixing with fresh air with less Energieauf wall again used as blowing air for the thread cooling become. The invention is suitable for cooling both mono- as also multifilaments. Due to the suction by the particular also more directed in the edge regions of the thread cooling chamber guide the blown air, all filaments, d. H. the entire group of filaments, evenly Blowing air flows through and cooled. This results in lower interfilament titer fluctuations. On the Use of limiters or baffles in the area the thread cooling chamber can be omitted, because the cooling air is also in the edge areas of high uniformity and a homogeneous flow rate having.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.By in the subclaims specified measures Advantageous developments and improvements are possible.
Vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist es, dass sich bei Verwendung entgegengesetzt gerichteter Anblasströmungen in zwei aufeinander folgenden Blaskammern, in bevorzugter Weise in Kombination mit einer gegenüberliegenden Saugkammer, eine geringere Bauchung des mit Kühlluft angeblasenen Fadens oder der Fadenschar einstellt und sich somit eine geringere Auslenkung der abzukühlenden Filamente aus der idealen senkrechten Falllinie ergibt. Insbesondere stellt dies eine Möglichkeit dar, Monofilament mit einem Titer > 100 dtex effektiv über die gesamte Blasluftlänge abzukühlen. Hierdurch können Blaskammern geringerer Tiefe verwendet werden, wodurch eine platzsparende Anordnung von Spinnmaschinen ermöglicht wird. Überraschend hat sich weiterhin gezeigt, dass aufgrund der geringeren Auslenkung und des stabileren Fadenlaufs des hierbei resultierenden S-förmigen Fadenbogens sowie der gleichmäßigeren und weniger zu Turbulenzenbildung neigenden Blasluft durch die in Strömungsrichtung unterstützend wirkende Absaugung geringere intrafilamentäre Titerschwankungen erzielt werden können als bei Verwendung einer Blaskammer vergleichbarer Abblaslänge nach dem herkömmlichen Prinzip der Queranblasung möglich.Advantageous For the purposes of the invention, it is the opposite when used directed blowing currents in two consecutive blow chambers, preferably in combination with an opposite one Suction chamber, a lower belly of the blown with cooling air thread or sets the yarn sheet and thus a lower deflection the to be cooled Filaments from the ideal vertical fall line results. Especially This is an option monofilament with a titer> 100 dtex effectively over the entire blown air length cool. This allows Blow chambers of lesser depth are used, creating a space-saving Arrangement of spinning machines allows becomes. Surprised has continued to show that due to the lower deflection and the more stable yarn path of the resulting S-shaped yarn sheet as well as the more even and less turbulence-prone blown air by the in flow direction supportive acting suction achieved lower intrafilament titer fluctuations can be than when using a blow chamber comparable blow-off after the conventional principle the Queranblasung possible.
Im Sinne der Erfindung können sowohl konditionierte Luft als auch inerte Gase, wie z. B. Kohlendioxid, Stickstoff oder Edelgase sowie reaktive oder reaktionsfördernde Gase, wie z. B. Sauerstoff, Ozon, Stickoxide oder Wasserdampf im Ganzen oder in Teilen der Blasluft zugemischt und bei der Fadenabkühlung eingesetzt werden. Durch die weitgehend geschlossene und abgedichtete Bauweise der Kühlkammer mit der Blas- und Saugkammer werden Kühl- oder Reaktionsgase oder aufgrund der Beaufschlagung mit reaktionsfördernden Gasen oder dampfförmigen Verbindungen entstehende Reaktionsprodukte nicht mehr oder nur in vernachlässigbarer Ausmaß in die Umgebungsluft des Spinnereiraums abgegeben. Eine Gesundheitsgefährdung kann somit vermieden werden.in the Meaning of the invention both conditioned air and inert gases, such. B. carbon dioxide, Nitrogen or noble gases as well as reactive or reaction-promoting Gases, such. As oxygen, ozone, nitrogen oxides or water vapor in the Whole or mixed in parts of the blowing air and used in the thread cooling become. Due to the largely closed and sealed construction the cooling chamber with the blowing and Suction chamber are cooling or reaction gases or due to the action of reaction-promoting Gases or vaporous Compounds resulting reaction products no longer or only in negligible Extent in the ambient air of Spinnereiraums delivered. A health hazard can thus be avoided.
In vorteilhafter Weise ist unterhalb des Spinnkopfes, d. h. unterhalb der Austrittsstelle der Filamente aus den Düsenbohrungen eine strömungsberuhigte Zone bzw. ein Bereich mit nur geringfügiger Luftbewegung ohne aktiver Fadenfühlung vorgesehen. Aufgrund dieser strömungsberuhigten Zone werden die Filamente besser ausgesponnen.In Advantageously, below the spinning head, d. H. below the exit point of the filaments from the nozzle bores a flow-calmed Zone or an area with only slight air movement without active Fadenfühlung intended. Because of this flow-calmed Zone the filaments are better spun out.
Erfindungsgemäß ist zwischen mehreren Kombinationen von Blas- und Saugkammer mindestens ein Trennsegment ohne Gaszuführung bzw. -abführung vorzusehen. Dadurch werden Turbulenzen zwischen unterschiedlichen Gas strömungen vermieden, wodurch geringere Titerschwankungen, insbesondere intrafilamantärer Art, realisiert werden.According to the invention is min. Between several combinations of blowing and suction least a separating segment without gas supply or removal provided. As a result, turbulence between different gas flows are avoided, whereby lower titer fluctuations, in particular intrafilamantärer be realized.
Weiterhin ist besonders vorteilhaft, eine Rückführung der abgesaugten Kühlluft in die Blaskammer(n) gegebenenfalls nach einer Reinigung vorzusehen, da dadurch Energie eingespart werden kann, d. h., ein geringerer Energieverbrauch zur Fadenkühlung resuliert.Farther is particularly advantageous, a return of the extracted cooling air in provide the blow chamber (s), where appropriate after cleaning, since this can save energy, d. h., a lesser one Energy consumption for thread cooling resuliert.
Die Erfindung lässt sich auf alle schmelzspinnbaren thermoplastische Polymere anwenden, oder sonstige Polymere, die sich mittels eines Schmelzspinnprozesses zu Filamenten verarbeiten lassen. Hierzu zählen u. a. Polymere aus der Gruppe der Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET), Polytrimethylenterephthalat (PTT), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaphthalat (PEN), Polytrimethylennaphthalat, Polybutylennaphthalat, Polymilchsäure (PLA), des weiteren sämtliche Polyester, die sich aus linearen oder verzweigten, aliphatischen oder aromatischen Diolen mit 2 bis 12 C-Atomen sowie Polyethern oder ihren Mischungen und linearen oder verzweigten, aliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren mit 2-20 C-Atomen oder ihren Mischungen oder aus OH-gruppenhaltigen Carbonsäureverbindungen mit 2-20 C-Atomen herstellen lassen. Die Polyester können linear aufgebaut sein oder Kettenverzweigungen aufweisen. Die Polyester können in ihrer reinen Form oder als Misch- und Co-Polyester eingesetzt werden, wie sie in direkter Herstellung durch Mischung der Ausgangskomponenten oder durch Mischung der Polymere oder durch Mischen entsprechender Polymerschmelzen zugänglich sind. Eine weiter Gruppe von Polymeren, die sich im Sinne der Erfindung vorteilhaft verspinnen lassen, sind die Polyamide die durch Polyaddition von Lactamen zugäng lich sind, wie das Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 11, Polyamid 12, des weiteren sämtliche Polyamide wie das Polyamid 66, die sich aus linearen oder verzweigten, aliphatischen oder aromatischen Diaminen mit 2 bis 12 C-Atomen und linearen, verzweigten, aliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren mit 2-20 C-Atomen oder ihren Mischungen herstellen lassen. Die Polyamide können linear aufgebaut sein oder Kettenverzweigungen aufweisen. Die Polyamide können in ihrer reinen Form oder als Mischung Co-Polyamide eingesetzt werden, wie sie in direkter Herstellung durch Mischung der Ausgangskomponenten oder durch Mischung der Polymere oder durch Mischen der Polymerschmelzen zugänglich sind.The Invention leaves apply to all melt-spinnable thermoplastic polymers, or other polymers that undergo a melt spinning process to process filaments. These include u. a. Polymers from the Group of polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), Polytrimethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polylactic acid (PLA), furthermore all Polyesters consisting of linear or branched, aliphatic or aromatic diols having 2 to 12 carbon atoms and polyethers or their mixtures and linear or branched, aliphatic or aromatic dicarboxylic acids with 2-20 C-atoms or their mixtures or from OH-containing Carboxylic acid compounds with 2-20 C-atoms produced. The polyesters can be linear be constructed or chain branches have. The polyesters can used in their pure form or as mixed and co-polyester as they are produced directly by mixing the starting components or by mixing the polymers or by mixing appropriate polymer melts accessible are. Another group of polymers that are within the meaning of the invention advantageously spin, the polyamides are by polyaddition accessible from lactams are such as the polyamide 4, polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, furthermore all polyamides like the polyamide 66, which consists of linear or branched, aliphatic or aromatic diamines having 2 to 12 C atoms and linear, branched, aliphatic or aromatic dicarboxylic acids having 2-20 C atoms or their Make mixtures. The polyamides can be linear or chain branches. The polyamides can be used in their pure form or used as a mixture of co-polyamides, as they are directly produced by mixing the starting components or by mixing the polymers or by mixing the polymer melts accessible are.
Eine weiter Gruppe von Polymere, die sich im Sinne der Erfindung vorteilhaft verspinnen lassen, ist die Gruppe der Polyolefine. Hierbei kann es sich Homopolymere von Polyethylen oder Polypropylen oder Copolymere der Polyolefine mit einem Anteil an Co-Monomeren wie Ethen, Propen, Buten, Penten, Hexen, Pepten, Octen, Decen, Styrol etc. handeln. Die Polyolefine können linear aufgebaut sein oder Kettenverzweigungen aufweisen. Die Polyolefine können in ihrer reinen Form oder als Misch- und Co-Polyolefine eingesetzt werden, wie sie in direkter Herstellung durch Mischung der Ausgangskomponenten oder durch Mischung der Polymere oder durch Mischung der Polymerschmelzen zugänglich sind.A Next group of polymers which are advantageous in the context of the invention can be spun, is the group of polyolefins. Here can Homopolymers of polyethylene or polypropylene or copolymers the polyolefins with a proportion of co-monomers such as ethene, propene, Butene, pentene, hexene, pepten, octene, decene, styrene, etc. act. The Polyolefins can be linear or chain branches have. The polyolefins can be used in their pure form or used as mixed and co-polyolefins as they are made directly by mixing the starting components or by mixing the polymers or by mixing the polymer melts are accessible.
Des Weiteren können im Sinne der Erfindung vorteilhaft versponnen werden Polymere aus den Gruppen der Polycarbonate, der halogenierte Vinylpolymere oder der Block-Copolymere basierend auf Styrol und Butadien.Of Further can For the purposes of the invention advantageously spun polymers the groups of the polycarbonates, the halogenated vinyl polymers or the block copolymers based on styrene and butadiene.
Sämtliche Polymere die sich im Sinne der Erfindung vorteilhaft verspinnen lassen, können in Form des reinen Polymeren oder in beliebiger Mischung mit einem oder mehreren Polymeren, die für sich einzeln ebenfalls vorteilhaft im Sinne der Erfindung verspinnbar sind. Des Weiteren können dem zu verspinnenden Polymer oder der Polymermischung Additive und Zuschlagsstoffe in reiner Form oder in Mischungen bis zu einer Menge zugegeben werden, die ein Verspinnen der resultierenden Schmelze erlaubt. Die Zuschlagstoffe können in flüssiger oder fester Form oder vorverarbeitet zu einem Masterbatch zum Polymer oder seiner Schmelze zugegeben werden. Bei den Additiven und Zuschlagstoffen kann es sich um beispielsweise um Stabilisatoren, Mattierungsmittel, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe, Schmelzehilfsmittel, Weiterverarbeitungshilfsmittel oder Reaktionskomponenten handeln, wie sie dem Fachmann bekannt sind.All Polymers which advantageously spin according to the invention let, can in the form of the pure polymer or in any mixture with one or more polymers, by themselves individually also advantageous in the context of the invention spinnable are. Furthermore you can the polymer to be spun or the polymer mixture additives and Aggregates in pure form or in mixtures up to a quantity be added, which is a spinning of the resulting melt allowed. The aggregates can in liquid or solid form or preprocessed to a masterbatch to the polymer or its melt can be added. For the additives and additives can for example, stabilizers, matting agents, Pigments, dyes, fillers, melt aids, Further processing aids or reaction components act, as they are known in the art.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung für das Schmelzspinnen elastischer Fäden eingesetzt werden. Unter elastischen Fäden werden Filamente mit einer hohen Dehnung und einem hohen Rückstellvermögen, d. h. mit einer geringen verbleibenden Restdehnung nach Aufheben der dehnungsverursachenden Kraft verstanden. Werden elastische Filamente z. B. auf das doppelte ihrer Ursprungslänge gedehnt, so soll nach Entfernen der dehnungsverursachenden Kraft die bleibende Dehnung des Fadenstückes nicht mehr als 50% der ursprünglichen Länge betragen. Es wird angenommen, dass Elastizität des Materials auf einer Phasentrennung von Hart- und Weichsegmenten beruht, wobei sich die in den Weichsegmenten in geknäuelter Form vorliegenden Makromolekülketten unter einer längenden Kraft orientieren und nach Aufheben der Kraft versuchen, in die ursprünglich vorgelegene bevorzugte Knäuelform zurückorientieren. Elastische Fäden werden heutzutage nach einem Trocken-, Naß- oder Schmelzspinnverfahren erzeugt.Especially Advantageously, the invention for the Melt spinning of elastic threads be used. Under elastic threads are filaments with a high elongation and high recovery, d. H. with a small remaining residual strain after lifting the understood as strain-causing force. Be elastic filaments z. B. stretched to twice their original length, so should after removal the strain-causing force is not the permanent stretch of the thread piece more than 50% of the original Length amount. It is believed that elasticity of the material on a phase separation of hard and soft segments, with those in the soft segments in a coiled Form present macromolecule chains under a long line Orient force and after lifting the force try in the originally reorient the previous preferred ball shape. Elastic threads Nowadays, dry, wet or melt spinning processes are used generated.
In jüngerer Zeit hat das Schmelzspinnen elastischer Filamente an Bedeutung gewonnen. Dabei wird ein thermoplastischer Rohstoff, der für die Erzeugung elastischer Fäden geeignet ist, aufgeschmolzen und die erhaltene Schmelze über eine oder mehrere Düsenbohrungen zu Filamenten extrudiert, die mit Luft in Queranblasung abgekühlt werden. Es können sowohl Mono- als auch Multifilamente hergestellt werden. Die bevorzugte Aufmachungsform der elastischen Fäden aus einem Schmelzspinnprozess sind Monofilamente im Titerbereich 11–78 dtex, die bei Spinngeschwindigkeiten im Bereich 300–800 m/min hergestellt werden. Im Gegensatz zum herkömmlichen Trockenspinnprozess, kann beim Schmelzspinnen auf die Verwendung eines Lösungsmittels verzichtet werden.In younger Time has melt spinning of elastic filaments gained in importance. This is a thermoplastic raw material, which is more elastic for the production Threads suitable is melted, and the melt obtained via one or more nozzle holes extruded into filaments which are cooled with air in transverse blowing. It can both mono- and multifilaments are produced. The preferred Packaging of elastic threads from a melt spinning process are monofilaments in the titer range 11-78 dtex, which are at spinning speeds in the range 300-800 m / min are produced. In contrast to the conventional dry spinning process, can melt spinning on the use of a solvent be waived.
Es stehen eine Reihe von thermoplastischen Rohstoffen für das Schmelzspinnen elastischer Filamente zur Verfügung, wie z. B. thermoplastische Polyurethane (TPU), Polyetherester (PEE), Polyetheramide (PEA) oder Polyolefine (PO) mit elastischen Eigenschaften. TPU Rohmaterialen zur Herstellung schmelzgesponnener elastischer Fäden werden aus den Rohstoffen der folgenden Gruppen hergestellt. Einem Rohstoff der Gruppe der Polydiole mit einem Molekulargewicht zwischen 500 und 4000 g/mol, üblicherweise einem Polyetherdiol, Polyesterdiol oder einem Polycaprolacton, einem Rohstoffe der Gruppe der aromatischen oder aliphatischen Polyisocyanate wie z. B. dem Bis-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Toluoldiisocyanat (TDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI) oder dem Methylen-bis-(cyclohexyl)-diisocyanat sowie einem kurzkettigen Kettenverlänge rer der Gruppe der niedermolekularen Diole mit einem Molekulargewicht < 400 g/mol wie z. B. dem Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol oder 1,4-Benzoldimethanol. Die Rohstoffe der einzelnen Gruppen können in reiner Form oder untereinander gemischt eingesetzt werden, ohne dass die Gruppe der thermoplastischen Polyurethane, die im Sinne der vorliegenden Erfindung vorteilhaft versponnen werden kann, auf die genannten Beispiele oder Rohstoffe begrenzt oder eingeengt ist. Die TPU Polymere werden mittels dem Fachmann bekannten Herstellungsverfahren hergestellt und können Additive und Zuschlagstoffe enthalten, wie beispielsweise Stabilisatoren, Mattierungsmittei, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe, Schmelzehilfsmittel oder Weiterverarbeitungshilfsmittel.It are a range of thermoplastic raw materials for melt spinning elastic filaments available, such as B. thermoplastic polyurethanes (TPU), polyether esters (PEE), Polyetheramides (PEA) or polyolefins (PO) with elastic properties. TPU raw materials for producing melt-spun elastic Threads are made from the raw materials of the following groups. A raw material the group of polydiols with a molecular weight between 500 and 4000 g / mol, usually a polyether diol, polyester diol or a polycaprolactone, a Raw materials of the group of aromatic or aliphatic polyisocyanates such as z. As the bis-diphenylmethane diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HDI) or the methylene bis (cyclohexyl) diisocyanate and a short chain chain length rer the group of low molecular weight diols having a molecular weight <400 g / mol such. As the ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol or 1,4-benzenedimethanol. The raw materials of each group can be found in pure form or mixed with one another without the group of thermoplastic polyurethanes used in the sense of Advantageously, the present invention can be spun onto the mentioned examples or raw materials is limited or limited. The TPU polymers are prepared by methods known in the art made and can Additives and additives such as stabilizers, Matting agents, pigments, dyes, fillers, melt aids or Processing aids.
Die oben erwähnten Vorteile gelten insbesondere auch für die elastischen Filamente, d. h., durch die Verwendung von entgegengesetzten gerichteten Blasluftströmungen in mehreren aufeinander folgenden Blaskammern wird eine geringere maximale Auslenkung der abzukühlenden Filamente erreicht, wodurch die sich verfestigenden und noch über geringe Fadenfestigkeiten verfügenden Filamente weniger stark beansprucht werden, was die Verwendung längerer Zonen mit einer aktiven Anblasung erlaubt, als dies mit einer herkömmlichen Queranblasung und Fadenabkühlung von nur einer Seite her realisierbar ist. Im Sinne der Erfindung können elastische Monofilamente bis über einen Titer von 300 dtex bei der Verwendung von mindestens zwei aufeinander folgenden Blaskammern mit entgegengerichteter Blasluftströmung bei Abzugsgeschwindigkeiten von bis zu 1000 m/min hergestellt werden.The mentioned above Advantages also apply in particular to the elastic filaments, d. h., by the use of opposing directed blast air flows in several consecutive blow chambers will have a lower maximum Deflection of the cooled Filaments reached, whereby the solidifying and still low Thread strength envisaging Filaments are subjected to less stress, resulting in the use of longer zones with an active blowing allowed than this with a conventional one Queranblasung and thread cooling from only one side is feasible. Within the meaning of the invention can be elastic Monofilaments up to about a titer of 300 dtex when using at least two consecutive following blow chambers with opposite Blasluftströmung Withdrawal speeds of up to 1000 m / min can be produced.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawing tion and are in the following description explained. Show it:
Unter
Bezugnahme auf die
Unterhalb
des Spinnkopfes
Die
Kühlkammer
Zwischen
der Austrittstelle der Filamente aus Düsenbohrungen einer Düsenplatte
der Spinndüse
Die
strömungsberuhigten
Zone
Die
Abmessungen des Spinnkopfs
Wie
in
Die
Saugkammer
Im
Bereich der Zuführung
Sowohl
in der Strömungsfläche der
Blaskammer
In
In
der dargestellten Ausführungsform
sind die Strömungsrichtungen
der oberen Kombination Blaskammer
Der
Spinnschacht
Die
Funktionsweise der Vorrichtungen entsprechend
Die
abzukühlenden
Filamente
In
Über die
Zuführung(en)
Wird
mehr Luft aus dem Fadenkühlkammerabschnitt
abgeführt
als Blasluft über
die Blaskammer
Das
Trennsegment
Nach
dem Verlassen des in Fadenlaufrichtung betrachtet letzten Fadenkühlkammerabschnitts durchlaufen
die Filamente noch das Fallrohr
Die
Verschlusseinrichtung
Die
Saugkammern
In
Die
Anlage weist einen Trockner
Isocyanathaltige Dämpfe oder isocyanathaltige flüchtige Verbindungen aus TPU können beispielsweise von nicht umgesetzten monomeren Rohrstoffen der Gruppe der Diisocyanate oder aus bei der Reaktion von Diisocyanaten mit OH-gruppenhaltigen Verbindungen entstandenen Oligomeren herrühren. Aufgrund der beim Schmelzspinnprozess von TPU notwendigen Temperaturen von ca. 160–260°C und der Verweilzeit der Schmelze bei diesen Temperaturen bilden sich darüber hinaus unter dem herrschenden Gleichgewicht der Bildungs- und Spaltungsreaktion der Urethangruppen erneut isocyanatgruppentragende Verbindungen, die unter den herrschenden Spinnbedingungen flüchtig sein können. Insbesondere aber wird eine starke Belastung der verbrauchten Blasluft beobachtet, wenn zur Erzeugung der TPU-elastischen Filamente einer Schmelze eines TPU ein so genanntes TPU-Prepolymer zugegeben wird. Unter einem TPU-Prepolymer oder Prepolymer wird hierbei das Reaktionsprodukt von Rohstoffen aus der Gruppe der Diisocyanate mit Rohstoffen aus der Gruppe der Diole, insbesondere der Gruppe der Polydiole verstanden. Die üblicherweise beim Schmelzspinnen von TPU verwendeten Prepolymere oder Prepolymermischungen weisen ein Molekulargewicht von 400–4000 g/mol auf und tragen an ihren Kettenenden überwiegend reaktive Isocyanatgruppen.isocyanate fumes or isocyanate-containing volatile Connections made of TPU can for example, unreacted monomeric raw materials of the group the diisocyanates or in the reaction of diisocyanates with OH-containing compounds resulting oligomers. by virtue of the temperatures required by the melt spinning process of TPU about 160-260 ° C and the Dwell time of the melt at these temperatures form beyond under the prevailing balance of the formation and fission reaction the urethane groups again isocyanate group-bearing compounds, which may be volatile under the prevailing spinning conditions. Especially but a heavy load of the spent blast air is observed when to produce the TPU elastic filaments of a melt a TPU a so-called TPU prepolymer is added. Under a TPU prepolymer or prepolymer is in this case the reaction product of Raw materials from the group of diisocyanates with raw materials from the Group of diols, especially the group of polydiole understood. The usual melt-spinning of TPU used prepolymers or prepolymer blends have a molecular weight of 400-4000 g / mol and wear predominantly at their chain ends reactive isocyanate groups.
Es
wird davon ausgegangen, dass die Zugabe von Prepolymerverbindungen
zu einer TPU-Schmelze zu eine Molekulargewichtserhöhung sowie
zu einer Vernetzung der Hartsegmente im TPU führt, was sich in besseren elastischen
Eigenschaften und höheren
Thermostabilität
der ersponnenen Fäden
gegenüber
solchen TPU-Fäden
bemerkbar macht, die ohne Prepolymerzugabe hergestellt werden. Die
Zugabe der Prepolymers kann zu jedem Zeitpunkt nach Überführung des
TPU in eine Schmelze erfolgen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Mischvorrichtung
Eine
möglichst
homogene Einmischung des Prepolymers in die TPU Schmelze ist anzustreben, da
hierdurch gleichmäßige Fadeneigenschaften
resultieren. Üblicherweise
werden zwischen 5 und 25% Massen%, in einer bevorzugten Ausführung zwischen
10 und 20 Massen% eines Prepolymers oder einer Prepolymermischung
zur TPU-Schmelze zugegeben. Vor seiner Zugabe ist das Prepolymer
vor Luftfeuchtigkeit zu schützen,
um ein vorzeitiges Abreagieren und somit Unwirksamwerden der Isocyanatgruppen
zu vermeiden. Hierfür
hat sich die Lagerung des Prepolymers in unter Stickstoff un unter Rühren in
einem beheizbaren Vorratsbehälter
In
der beschriebenen Ausführung
der Erfindung erfolgt die Herstellung von schmelzgesponnenen elastischen
Fäden basierend
auf polyurethanhaltigen Rohstoffen unter der Zugabe des Prepolymers zu
der TPU-Schmelze über
die Kombination zweier nachfolgend angeordneter und über eine
beheizte Schmelzeleitung miteinander verbundener Zahnradpumpen.
Die in Förderichtung
betrachtet erste Pumpe und als Druckerhöhungspumpe
Entsprechend
Die Förderung des Prepolymers in einer Ringleitung ist vorteilhaft, da das Prepolymer zentral, in einem von der Schmelzeerzeugung abgetrennten Teil der Anlage gelagert wird und von dort auf die einzelnen Zugabestellen verteilt werde kann. Dadurch wird das Hantieren mit Prepolymer an mehreren Stellen in der Anlage vermieden, das häufig kritisch ist, da im Bereich der Spinnerei die Platzverhältnisse beengt sind, ein Hantieren mit Kanistern oder Fässern somit schwierig ist und Prepolymer beim Ein- und Umfüllen leicht verschüttet werden kann. Dies ist besonders kritisch, da hierbei gesundheitsschädliche isocyanatgruppenhaltige Dämpfe entweichen können. Des Weiteren handelt es sich bei den Prepolymeren üblicherweise um sehr klebrige, honigviskosen Flüssigkeiten, die zu einem Anhaften an Spinnereiequipment und Gebäudeteilen neigen und später in Gegenwart von Wasser oder atmosphärischem Wasserdampf zu einer festen, schwer entfernbaren Masse abreagieren. Die Reinigung von Prepolymerverschmutzungen ist aufwändig und arbeitsintensiv und sollte daher vermieden werden.The advancement the prepolymer in a loop is advantageous because the prepolymer central, in a part of the melt production separated from the Plant is stored and from there to the individual addition points can be distributed. This is the handling of prepolymer avoided multiple points in the plant, which is often critical, since in the area Spinning the space cramped with canisters or barrels is thus difficult and Prepolymer during filling and decanting easily spilled can be. This is particularly critical, since this is harmful isocyanate group-containing fumes can escape. Furthermore, the prepolymers are usually very sticky, honey-viscous liquids, which cause sticking on spinning equipment and building components tend and later in Presence of water or atmospheric water vapor to one abreact solid, difficult to remove mass. The cleaning of Prepolymer contamination is laborious and labor intensive and should therefore be avoided.
Als
weiteren Vorteil der zentralen Lagerung des Propolymers ergibt sich,
dass die durchschnittliche Verweilzeit des Prepolymers unter erhöhter Temperatur
im Vorratsbehälter
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