-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochwertigen Fäden,
Bändern od. dgl. aus Kunststoffen Von den vollsynthetischen Kunststoffen haben in
letzter Zeit besonders die Polyamide große technische und praktische Bedeutung erlangt.
Sie werden entweder durch Polykondensation von Diaminen mit Dicarbonsäurenoder durch
Poly kondensation von Aminocarbonsäuren mit endständiger Aminogruppe gewonnen. Aus
den Polyamiden, zum Teil auch Superpolyamide genannt, werden hauptsächlich Fäden,
Bänder, Borsten u. dgl. hergestellt, die hervorragende mechanische Eigenschaften
besitzen.
-
Eine ähnliche Gruppe von Stoffen, aus denen ebenfalls hochwertige
Erzeugnisse hergestellt werden, sind die Polyurethane. Sie werden technisch aus
Diisocyanaten und Glykolen durch reine Additionspolymerisation gewonnen. Die wichtigsten
Eigenschaften der Polyurethan- und Polyamidprodukte sind nur wenig voneinander verschieden.
-
Die Formgebung dieser Kunststoffe, d. h. die Herstellung der Fäden,
Bänder od. dgl., erfolgt durch ein Spinnverfahren. Es besteht im Auspressen der
geschmolzenen Masse durch Düsen, Abkühlung und Erhärtung der entstehenden Erzeugnisse
und dem anschließenden Kaltziehen bei gewöhnlicher oder leicht erhöhter Temperatur.
Hierdurch, insbesondere durch das Recken, erhalten die Erzeugnisse ihre wertvollen
Eigenschaften. Während in der Masse sich die kettenförmigen Moleküle größtenteils
in unorientiertem Zustand befinden und infolgedessen die daraus hergestellten Fäden,
Bänder usw. nur eine sehr geringe Festigkeit haben, werden die Kettenmoleküle beim
Pressen durch die Düse und durch das Kaltziehen weitgehend orientiert, und zwar
parallel zur Achse der Gebilde ausgerichtet. Damit ist eine wesentliche Erhöhung
der Elastizität und der Zugfestigkeit verbunden. Das Recken erfolgt praktisch unmittelbar
im Anschluß an das Spinnen aus der Schmelze. Dazu laufen die Fäden, Bänder od. dgl.
nach ihrer Abkühlung und Erstarrung an der Luft oder in Wasser über mehrere hintereinander
angeordnete Rollen oder Walzen, die von Walze zu Walze stark ansteigende Timfangsgeschwindigkeiten
haben. Dabei wird ein Streckungsgrad von 200 bis 500% und mehr erreicht. Die Erzeugnisse
werden hinsichtlich ihrer Güteeigenschaften, insbesondere der Festigkeitswerte,
kaum von einem anderen Kunststoffprodukt übertroffen. Trotzdem können sie nach dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung noch weiter verbessert werden.
-
Es wurde nun gefunden, daß man besonders hochwertige Fäden, Bänder
od. dgl. aus Polyamiden, Polyurethanen oder ähnlichen Kunststoffen erhält, wenn
entweder bei der Zuleitung der geschmolzenen Masse zur Düse oder während des Auspressens
durch die Düse oder beim Kühlen und Erhärten des erzeugten Gebildes oder beim Recken
desselben oder bei mehreren dieser Teilvorgänge ein elektromagnetisches Feld auf
die Masse, die Fäden, Bänder od. dgl. gerichtet wird. Das elektromagnetische Feld
kann entweder durch Gleich- oder durch Wechselstrom erzeugt werden. Die zur Ausführung
des Verfahrens nach der Erfindung erforderlichen Vorrichtungen sind sehr einfach,
lassen sich aber je nach der Art des Kunststoffes und seiner Verarbeitung in verschiedener
Weise ausführen und anwenden. So lassen sich z. B. die Gefäße, in denen sich die
geschmolzene Kunststoffmasse befindet und aus denen die Schmelze unter einem Stickstoffdruck
von mehreren Atmosphären oder mittels Zahnradpumpen durch die Spinndüse gepreßt
wird, oder die Zuleitungsrohre zu den Düsen oder diese selbst mit je einer Spule
aus isoliertem Kupferdraht umgeben. Zweckmäßig bestehen die Mäntel der Gefäße, auf
denen die Spulen aufgewickelt werden, aus V 2 A oder einer anderen unmagnetischen
Stahllegierung. Auch die Zuleitungen und die Düsen selbst bestehen vorteilhaft aus
Edelstählen, Tantal, Bronze, Glas oder anderen unmagmetischen Materialien.
-
Die Anordnung der Spulen und damit die Einwirkung der elektrischen
Felder können aber auch so gestaltet werden, daß die bereits gebildeten Fäden oder
Bänder, sobald sie die Spinndüse verlassen haben bzw. wenn sie aus dem Kühlbad austreten,
durch längliche Spulen geführt werden, die den Faden, das Fadenbündel, das Band
od. dgl. konzentrisch umgeben.
-
Besonders vorteilhaft ist es, die Kraftfelder während des Reckens
der Erzeugnisse auf diese einwirken
zu lassen. Auch dafür sind nur
sehr einfache, längliche Spulen erforderlich, durch die die Fäden, Bänder usw. auf
dem Wege vor oder hinter den Streckwalzen bzw. von einer Spule zur, anderen. hindurchlaufen.
-
Diese verschiedenen Möglichkeiten der baulichen Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch angedeutet.
Hierin bedeutet 1 ein Vorratsgefäß für die geschmolzene Kunststoffmasse. Aus ihm
fließt sie der Zahnradpumpe 2 zu, die sie unter einem Druck von 4 bis 6 atü durch
die Düse 3 preßt. Der dabei entstehende Faden gelangt durch das Kühlbad 4 zu der
Streckvorrichtung, die in der Hauptsache aus einer Anzahl Rollen 5, 6, 7, 8 usw.
besteht, und wird schließlich auf der Trommel 9 aufgespult. Die Rollen 5 bis 8 laufen
mit von Rolle zu Rolle steigender Umfangsgeschwindigkeit um, wodurch der Faden in
bekannter Weise gereckt wird.
-
Weiter bedeuten 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 und 17 elektrische Spulen,
die an den verschiedenen in der Zeichnung dargestellten Stellen der Vorrichtung
angeordnet sein können. Je nach dem gewünschten oder erreichbaren Effekt werden
sie zum Teil oder alle eingeschaltet.
-
Die Stärke des Kraftfeldes, d. h. die Windungszahl und die elektrische
Belastung einer Spule, muß den jeweiligen Verhältnissen angepaßt und von Fall zu
Fall ausprobiert werden. Im allgemeinen genügen Feldstärken zwischen 300 und 1000
Örsted. Dabei soll die Frequenz möglichst etwa 50 Perioden betragen.
-
Mitunter ist es vorteilhaft, statt einer einzigen Spule mehrere hintereinander
angeordnete Spulen zu verwenden. Weiterhin ist vorgesehen, gleichzeitig verschiedene
voneinander getrennte Kraftfelder auf zwei oder mehrere der Teilvorgänge bei der
Formgebung zur Wirkung zu bringen.
-
Durch die Anwendung elektromagnetischer Kraftfelder bei der Bildung
von Fäden, Bändern oder Borsten wird die Güte der Erzeugnisse infolge höherer Orientierung
und Homogenisierung des Stoffes erheblich verbessert; vor allem wird die Festigkeit
erhöht und die Bruchdehnung vergrößert. Infolgedessen besitzen die aus erfindungsgemäß
behandelten Fäden hergestellten Gewebe eine größere Haltbarkeit.
-
Es ist zwar schon bekannt, bei der Herstellung von Fäden u. dgl. aus
Kunststoffen ein elektrisches Feld anzuwenden. Hierbei handelt es sich jedoch um
grundsätzlich andere Erscheinungen. Während es sich bei vorliegender Erfindung um
ein starkes elektromagnetisches Feld handelt, das eine Orientierung der Makromoleküle
in einer Schmelze bzw. im festen. Zustand hervorruft, wird beim Bekannten ein elektrisches
Feld zur Orientierung größerer Kolloidteilchen in einer Lösung angewendet, wobei
ein wirksames elektromagnetisches Feld nicht entsteht. Auch bei anderen bekannten
Verfahren ist von der Anwendung eines elektrischen Feldes die Rede. Hierbei dient
das Feld im Gegensatz zu vorliegender Erfindung als Quelle Joulescher Wärme, und
zwar in einem Falle zum leichteren Schmelzen des zu verspinnenden Stoffes, im anderen
Fall zur Erwärmung von Fäden während der Nachreckung.
-
Beispiel 1 Aus dem Laktam der s-Aminocapronsäure wird durch Erhitzen
eine hochpolymere Masse erhalten (Masse A) und diese durch Schmelzen und Pressen
durch eine Düse mit einer- Öffnung von 1 mm Breite und 6 mm Länge zu einem Band
verarbeitet. Das durch Abkühlung erhaltene Band wird durch eine Spule geführt, die
senkrecht angeordnet ist, von 50periodischern Wechselstrom durchflossen wird und
dabei ein Kraftfeld von 320 Örsted erzeugt. Das eine Ende eines so behandelten Bandes
wird fest eingespannt, das andere wird allmählich immer stärker belastet und das
Band dadurch unter Messung der Bruchlast und der Bruchdehnung schließlich zerrissen.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind folgende:
| Bruchlast Bruch- |
| dehnung |
| kg/mm2 o/' |
| Ohne Feldeinwirkung ..... 1,7 177 |
| 1,9 242 |
| 1,8 205 |
| Mit Feldeinwirkung ....... , 2,3 537 |
| 2,0 562 |
| 2,4 412 |
Die als Bruchlast angegebenen Werte beziehen sich auf 1 qmm des Ausgangsquerschnitts
der Bänder.
-
Beispiel 2 Eine aus dem gleichen Laktam ebenfalls durch Erhitzen,
aber unter Einhaltung anderer Polymerisationsbedingungen gewonnene hochpolymere
Masse (Masse B) wird in gleicher Weise zu einem Band verarbeitet und dieses ohne
und mit Feldeinwirkung bis zum Zerreißen belastet. Dabei werden folgende Ergebnisse
erhalten:
| Brudilast Bruch- |
| dehnung |
| kg/mm2 % |
| Ohne Feldeinwirkung ..... 2,1 132 |
| 3,3 525 |
| 2,8 345 |
| Mit Feldeinwirkung ....... 3,5 487 |
| 3,8 512 |
| 3,9 520 |
Die Verbesserung der Gütewerte, die Erhöhung der Festigkeit und gleichzeitig der
Dehnung kommen in den beiden Beispielen augenfällig zum Ausdruck. Dabei zeigen die
bei Feldeinwirkung erhaltenen Zahlen eine viel geringere Streuung als die ohne Einwirkung
eines Feldes, was wahrscheinlich eine Folge der besseren Ausrichtung der Kettenmoleküle
ist.