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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung befasst sich mit endlosem polymerem Filamentgarn mit verbesserter
Fasergleichmäßigkeit und erhöhter Produktivität.
Diese Erfindung befasst sich auch mit einer Methode und einer Abschreckeinrichtung
für das Schmelzspinnen von endlosem polymerem Filamentgarn.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Künstlich
hergestellte Fasern werden kommerziell durch Schmelzspinnen hergestellt,
umfassend die Extrusion von polymeren Filamenten aus geschmolzenem
polymerem Material durch Kapillare oder Löcher einer Spinndüse,
gefolgt von einer gleichzeitigen Dämpfung, Abschreckung
und Erstarrung der Filamente in einer Abschreckeinrichtung, die
unter der Spinndüse angeordnet ist. Das Schmelzspinnen
von Filamenten, deren Anzahl typischerweise größer
als 100 Filamente oder noch größer als 500 Filamente
je Spinndüse ist, bei Wickelgeschwindigkeiten niedriger
als 2500 m/min liefern niederorientiertes Garn (low oriented yarn,
LOY) oder Polyesterstapelgarn. Solche Garne sind durch nachfolgende
Verfahren, wie das Verstrecken, weiter orientiert. Das Schmelzspinnen
von Filamenten von weniger als 250 oder noch weniger als 150 je
Spinndüse bei Wickelgeschwindigkeiten höher als
2500 m/min ergibt endloses Filamentgarn. Solche Garne haben verschiedene
Orientierungsgrade und sind teil orientiert oder hoch- oder vollorientiert
und bedürfen je nach ihrem Orientierungsgrad ggf. weiter
Orientierungsverfahren. Das Garn, das aus der Abschreckeinrichtung
herauskommt, wird einem Endbearbeitungsverfahren unterworfen und
auf einer Aufnahme- oder Aufwickeleinrichtung gewickelt. Eine Abschreckeinrichtung
weist eine Kühlkammer aus einem foraminösen und
einem nicht-foraminösen Bereich auf. Beabstandet davon
umgibt ein Mantel die Kühlkammer und bildet eine Luftkammer
für das Kühlgas aus, das durch den im Mantel vorhandenen
Gaseinlass eintritt. Das Abschrecken der Filamente kann durch zwangsblasen
von Kühlluft quer über die Filamente (Heckert,
US 2,273,105 ) oder im Parallelstrom zu
den Filamenten (Babcock, 2,252,684) erreicht werden. Die Abschreckluft
kann auch auf eine von-Außen-nach-Innen-Art auf die faserige
oder filamentöse Struktur geführt werden. Um Luftturbulenzen
in der Mitte des Filamentbündels und Ungleichmäßigkeiten
und das Zusammenschmelzen der Filamente zu vermeiden und um das
Abschrecken und die Filamentqualität zu verbessern, wird
von Charlton,
US 3,299,469 ,
ein hauptsächlich zylindrisches Leitblech oder Gasklappe,
das von der unteren Seite der Spinndüse sich axial in die Kühlkammer
erstreckt, beschrieben. Das Leitblech glättet die Strömung
der Kühlluft zum Abschrecken des Filamentbündels
durch Parallelstrom des Kühlgases. Es wird berichtet, dass
die Qualität der gesponnenen Filamente erhöht
wird, die Denier- und Färbungsungleichmäßigkeiten
weitestgehend vermieden werden und die Einheitlichkeit der Zähigkeitswerte
und Bruchdehnungswerte erheblich verbessert werden. Es wird weiter
berichtet, dass die Faserproduktivität um 20 bis 50% erhöht
wird, wenn die Löcher in der Spinndüse enger angeordnet
werden. Das Auftreten von ungezogenen und zusammengeschmolzenen
Fasern beim Spinnen von einem Bündel von 600 Fasern Polyethylenterephthalat
bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 1460 m/min (Beispiel 1) ist
vermindert, dies ist typisch für niederorientiertes Garn
(low oriented yarn, LOY).
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Vassilatos
(
US 4,687,610 ), Sweet
et. al. (
US 5,824,248 )
und Anderson et. al. (
US 6,090,485 )
lehren, dass teilorientiertes Garn (passend für Zugzuführgarn, ”draw
feed yarn”, wie bei der Zugtexturierung) von hoher Gleichmäßigkeit
und niedriger Denierverteilung durch Beschleunigung des Abschreckgases
entlang der Garnlinie hergestellt werden kann. Die Beschleunigung
wird dadurch erreicht, dass die Abschreckgase durch ein verengtes
Rohr am Ausgang des foraminösen Bereichs geleitet werden.
Es wird berichtet, dass dieses auch die Bruchdehnung des Garnes
erhöht. Mears (
US 5,976,431 )
beschreibt, dass, um einen starken Abfall der Temperatur zu vermeiden,
ein Luftstrom erzeugt wird, der im geringen Abstand zu der Spinndüse
auf die Filamente trifft. Zusätzlich können Mittel
vorgesehen werden, um ein Unterdruck am unteren Ende der Abschreckkammer
zu erzeugen. Der Luftstrom hilft den Filamenten bei deren Vorwärtsschreiten
in die Kühlkammer. Dieses verzögert die Erstarrung
der Filamente und Kristallisation der Polymere und erlaubt die Produktion von
Garnen bei höherer Aufwickelgeschwindigkeit ohne die Bruchdehnung
zu verschlechtern. Im Fall von Filamenten mit grobem Denier könnte
die Kühlung jedoch ungenügend sein. Weiterhin
kann die Gleichmäßigkeit des Deniers der Filamente
nicht so hoch sein und dies könnte zu einer Minderung der
Leistung in den nachfolgenden Verfahren (z. B. Unitens T2 Variationen
während der Zugtexturierung) und einer Minderung der Endprodukteigenschaften,
z. B. Färbungsgleichmäßigkeit, führen.
Der hohe Grad der Ausmusterung des Produktes aus diesem Grund macht
diesen Prozess nicht gewinnbringend. Weitere Varianten zur Erhöhung
der Gleichmäßigkeit, wie z. B. durch Zufuhr von
zusätzlicher Luft, die die Filamente kurz vor oder kurz
nach der Erstarrung der Filamente berührt (Schafer et.
al.,
US 6,716,014 ) oder
durch Bereitstellung von Unterdruck am unteren Ende der Leitung,
die die Kühlluft abzieht, sind diskutiert worden. Solche
Hardwarekomponenten tragen zu Schwierigkeiten im Betrieb sowie zu
einer Erhöhung der Betriebskosten bei.
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ZIELSETZUNGEN DER ERFINDUNG
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Hauptziel
der Erfindung ist die Bereitstellung von endlosem polymerem Filamentgarn
mit der verbesserten Fasergleichmäßigkeit bei
gleichzeitig erhöhter Wickelgeschwindigkeit oder Produktivität.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Methode
zum Schmelzspinnen von endlosen polymeren Filamentgarnen mit verbesserter
Fasergleichmäßigkeit bei erhöhter Wickelgeschwindigkeit oder
Produktivität.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Abschreckeinrichtung
zur Verwendung beim Schmelzspinnen von endlosen polymeren Filamentgarnen
mit verbesserter Fasergleichmäßigkeit bei erhöhter Aufwickelgeschwindigkeit
oder Produktivität.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Abschreckeinrichtung
zur Verwendung beim Schmelzspinnen von endlosem polymeren Filamentgarn,
wobei diese Einrichtung einfach und bequem gereinigt und gewartet
werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt endlose polymere Filamentgarne mit verbesserter
Fasergleichmäßigkeit und erhöhter Produktivität
bereit. Die Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren und eine
Abschreckeinrichtung zum Schmelzspinnen von endlosen polymeren Filamentgarnen
bereit, wobei ein Leitblech eingesetzt wird, das sich zentral entlang
der Kühlkammer der Abschreckeinrichtung erstreckt, in Kombination
mit einer verengten Röhre mit reduzierten Dimensionen,
die zentral am Ausgang des foraminösen Bereichs der Kühlkammer
bereitgestellt wird, zur Reduktion von Luftverwirbelungen und Fusion
der Filamente und zur Beschleunigung des Kühlgases entlang
der Faserlinie (Spinnschacht), um die Fasergleichmäßigkeit
und die Qualität bei erhöhter Aufwickelgeschwindigkeit
oder Produktivität wesentlich zu verbessern. Das verengte
Rohr weist einen konvergierenden (sich verengenden) Eingang und
ggf. einen divergierenden (sich erweiternden) Bereich am Ausgang aus.
Bei hohen Aufwi ckelgeschwindigkeiten ermöglicht die Erfindung
die Reduktion von Ungleichmäßigkeiten im Filamentdenier
(Uster, Half-Inert) und reduziert weiterhin die Ungleichmäßigkeiten
in den mechanischen Eigenschaften, wie Zähigkeit und Dehnung.
Sie reduziert weiterhin Schwankungen in dem T2 (Unitens), während
der nachfolgenden Verarbeitung (wie Zugtexturierung) und in der
Färbungskraft (TKD: Tube Knitted Dyeing). Weiter reduziert
sie den Ausschluss durch OLT (On-Line Tension), Körperbruch,
Spleißstörungen oder gebrochene Filamente. Weiter
gewährleistet sie eine Erhöhung der Filamentproduktivität
durch weitere Verzögerung des Abschreckens und der Kristallisation.
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Die
Methode zum Schmelzspinnen von endlosen polymeren Filamentgarnen
gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden
Schritte:
- i) Extrudieren von polymeren Filamenten
aus einem geschmolzenen polymeren Material durch Kapillaren in der
Spinndüse;
- ii) Kühlen der Filamente in einer Abschreckeinrichtung,
die unterhalb der Spinndüse positioniert ist und die umfasst
eine Kühlkammer gebildet aus einem foraminösen
Bereich und einem nicht-foraminösen Bereich und einem Mantel,
der die Kühlkammer beabstandet umgibt, um eine Luftkammer
für das Kühlgas auszubilden, das in die Abschreckeinrichtung
durch einen Gaseinlass, der im Mantel ausgebildet ist, eintritt,
das Kühlen der Filamente erfolgt durch Führen
der Filamente durch einen foraminösen Bereich über
ein längliches Leitblech, das sich von der unteren Seite
der Spinndüse zentral entlang der Kühlkammer erstreckt
und das Fließen des Kühlgases über die
Filamente erlaubt, das Leitblech leitet das Kühlgas nach
unten und schreckt die Filamente durch das parallel fließende
Kühlgas ab, das Leitblech erstreckt sich von der unteren Fläche
der Spinndüse zu mindestens 40% in die Kühlkammer
mit einem Freiraum zu den Kapillaren der Spinndüse;
- iii) Unterwerfen der Filamente, die aus dem foraminösen
Bereich austreten, einer verzögerten Kühlung am Ausgang
des foraminösen Bereichs durch Beschleunigen des Kühlgases,
durch Führen des Kühlgases und der Filamente durch
ein verengtes Rohr mit verminderten Dimensionen, das zentral am
Ausgang des foraminösen Bereichs ausgebildet ist, das verengte
Rohr hat einen sich verengenden Bereich am Einlassende und ggf.
einen sich erweiternden Bereich am Auslassende und
- iv) Aufwickeln der Filamentgase, die aus dem verengten Rohr
austreten, auf eine Aufwickelanlage mit Wickelgeschwindigkeiten
von mindestens 3000 m/min.
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Die
erfindungsgemäße Abschreckeinrichtung zur Verwendung
im Schmelzspinnen von kontinuierlichen polymeren Filamentgarnen
umfasst eine Kühlkammer gebildet aus einem foraminösen
Bereich und einem nicht-foraminösen Bereich, einem Mantel,
der sich beabstandet um die Kühlkammer erstreckt, um eine Luftkammer
für das Kühlgas auszubilden, dieses Kühlgas
tritt in die Abschreckeinrichtung durch einen Gaseinlass im Mantel
ein, ein längliches Leitblech, das sich von der unteren
Seite der Spinndüse zentral entlang der Kühlkammer
erstreckt, um das Kühlgas nach unten zu führen,
um die Filamente durch parallel fließendes Kühlgas
abzuschrecken, das Leitblech erstreckt sich von der unteren Fläche
der Spinndüse um mindestens 40% in die Kühlkammer
mit einem Freiraum zu den Kapillaren der Spinndüse, und
einem verengten Rohr mit einem sich verengenden Bereich am Einlassende
und ggf. einem sich erweiternden Bereich am Auslassende, das verengte
Rohr beschleunigt das Kühlgas beim Austritt aus dem foraminösen
Bereich, um so das Abkühlen der Filamente, die den foraminösen
Bereich verlassen, zu verzögern.
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Erfindungsgemäß werden
endlose polymere Filamentgarne mit verbesserter Gleichmäßigkeit
der Fasern einschließlich reduzierten Half-Inert bis 0,15
mit erhöhter Produktivität bereitgestellt.
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Nachfolgend
eine ausführliche Beschreibung der Erfindung mit Bezug
auf die beigefügten Abbildungen, worin
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1 eine
schematische Querschnittsansicht der Abschreckeinrichtung zur Verwendung
im Schmelzspinnen von endlosen polymeren Filamentgarnen gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist;
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2a, 2b und 2c sind
schematische Ansichten von Leitblechen verschiedener Geometrien gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der Erfindung;
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3 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Kombination von Spinndüse
und Leitblech gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Kombination von Spinndüse
und Leitblech gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Abschreckeinrichtung 1, wie in der 1 der beigefügten
Abbildung dargestellt, befindet sich unter der Spinndüse 2 umfassend
eine Vielzahl von darin enthaltenden Kapillaren oder Löchern
(nicht dargestellt), das sich in einem Düsengehäuse 3 befindet.
Die Konfiguration und die Anordnung der Kapillaren oder Löcher in
der Spinndüse hängt von den Anforderungen an die
Spinndüse ab. 4 und 5 sind der Spinnblock
bzw. die Blende. Die Abschreckeinrichtung umfasst eine Kühlkammer 6 gebildet
aus einem foraminösen Bereich 7a und einem nicht-foraminösen
Bereich 7b. 8 zeigt den Mantel, der beabstandet
von der Kühlkammer angeordnet ist, um eine Luftkammer 9 für
das Kühlgas (nicht dargestellt) auszubilden, dieses tritt
durch den Gaseinlass 10, der sich im Mantel befindet, in
die Abschreckeinrichtung ein. 11 ist ein längliches
konisches Leitblech, das sich zentral entlang der Kühlkammer
erstreckt. 12 ist ein verengtes Rohr mit reduzierten Dimensionen,
das am Ausgang des foraminösen Be reichs bereitgestellt
wird. Das verengte Rohr weist einen sich verengenden Bereich 13 am
Einlassende davon auf und einen sich erweiternden Bereich 14 am
Auslassende. Der sich erweiternde Bereich am Auslassende des verengten
Rohrs kann optional vorhanden sein. Polymere Filamente, mit 15 gekennzeichnet,
werden aus einem geschmolzenen polymeren Material (nicht dargestellt)
durch die Kapillaren in der Spinndüse in bekannter Weise
extrudiert. Das erfindungsgemäß verwendete polymere
Material zur Herstellung der Filamente schließt Polyester,
wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polytrimethylenterephthalat,
Polyamide oder Polyolefine oder Copolymere/Mischungen hiervon genauso
wie Zweikomponentenfilamente ein. Die Filamente können
durch die Kühlkammer über das längliche
konische Leitblech geführt werden. Gleichzeitig kann ein
Kühlgas (nicht dargestellt) in den foraminösen
Bereich in einer von-Außen-nach-Innen-Weise einströmen.
Das Kühlgas kann quer über oder parallel zu den
Filamenten in den foraminösen Bereich fließen.
Das Leitblech lenkt das Kühlgas nach unten in die Kühlkammer,
um die Filamente durch parallelen Fluss des Kühlgases abzukühlen.
Das Leitblech hilft Turbulenzen zu vermeiden und sichert ein gleichmäßiges
Fließen der Filamente und verhindert eine Fusion der Filamente.
Die Filamente und das Kühlgas verlassen den foraminösen
Bereich durch das verengte Rohr. Der sich verengende Bereich am
Einlassende des verengten Rohrs unterstützt das Einfließen
des Kühlgases in das verengte Rohr. In dem verengten Rohr
ist der Fluss des Kühlmediums beschleunigt. Aufgrund der
Beschleunigung des Kühlgases werden die Filamente in dem
verengten Rohr in verzögerter Weise gekühlt und
ein Erstarren und Kristallisieren der Filamente wird entsprechend
verlangsamt. Der sich erweiternde Bereich am Auslassende des verengten Rohrs
verhindert eine plötzliche Expansion des Kühlgases
und Turbulenzen in dem verengten Rohr. Am Auslass des verengten
Rohrs wird das Filamentbündel/das Garn durch ein Endverarbeitungssystem
(nicht dargestellt) geleitet und auf einer Aufwickelmaschine (nicht
dargestellt) mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von mindestens 3200
m/min, bevorzugt mit einer Aufwickelgeschwindigkeit größer
als 3500 m/min und weiterhin bevorzugt mit einer Wickelgeschwindigkeit
größer 4000 m/min aufgewickelt. Die Zahl der Filamente,
die erfindungsgemäß pro Spinndüse extrudiert
werden, ist 10 bis 250, bevorzugt 20 bis 150.
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Das
Leitblech kann verschiedene Geometrien besitzen. Es kann konisch
sein, wie in der 1 der beigefügten Abbildung
dargestellt, es kann konisch mit einer konkaven Außenfläche,
wie in der 2a dargestellt, oder konisch
mit einer konvexen Außenfläche, wie in der 2b dargestellt,
oder teilweise zylindrisch und teilweise konisch, wie in der 2c dargestellt,
sein. Das Leitblech kann massiv oder hohl oder porös sein.
Das Leitblech erstreckt sich zentral von der unteren Fläche
der Spinndüse um mindestens 40% in die Kühlkammer
mit einem Abstand zu den Kapillaren der Spinndüse. Es kann
sich auch mindestens 40% bis 100% in die Kühlkammer erstrecken
oder sogar teilweise in das verengte Rohr. Bevorzugt sind die Kapillare der
Spinndüsen in einem Kreis oder zwei oder mehreren konzentrischen
Kreisen angeordnet und die obere Oberfläche des Leitblechs
stellt 20 bis 80% der unteren Oberfläche der Spinndüse
innerhalb des Kreises der Kapillaren in der Spinndüse oder
im inneren oder innersten Kreis der Kapillaren in der Spinndüse
dar und die untere Oberfläche des Leitblechs ist 0 bis
80% der unteren Oberfläche der Spinndüse innerhalb
des Kreises der Kapillaren in der Spinndüse oder dem inneren
oder innersten Kreis der Kapillaren der Spinndüse. Das
Leitblech kann aus irgendeinem Material sein, das ausreichend bei
den entsprechenden Temperaturen stabil ist und dass im ausreichenden
Maß thermisch nicht leitend oder isolierend ist, so dass
nur ein begrenzter Verlust der Wärme der Spinndüse
durch die große Oberfläche des Leitblechs erfolgt.
Das Leitblech kann thermisch von der Spinndüse unter Verwendung
einer Wärmeisolationsschicht (nicht dargestellt) zwischen
dem Leitblech und dem entsprechenden Kontaktbereich der Spinndüse
isoliert sein.
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Das
Leitblech kann starr auf die Spinndüse befestigt sein oder
kann ein integrales Teil hiervon ausbilden. Alternativ kann das
Leitblech abbaubar sein, wie in den 3 und 4 der
beigefügten Zeichnungen dargestellt. In der 3 wird
das Leitblech 16 ausgestattet mit einem Vorsprung mit Außengewinde 17 am oberen
Ende und die Spinndüse 18 ist mit einer entsprechenden
Vertiefung 19 an ihrer unteren Fläche ausgestattet.
Das Gewinde des Vorsprungs ist mit 17a bezeichnet. Die
Vertiefung weist ein Gewinde markiert mit 19a an den Seitenwänden
davon auf, die zu dem Gewinde des Vorsprungs passen. Das Leitblech
ist entfernbar an die untere Oberfläche der Spinndüse
durch Anordnen des Vorsprungs in die Vertiefung durch das Gewinde befestigt.
In der 4 wird das Leitblech 20 mit einem länglichen
Schlitz 21 bereitgestellt, ein Ende hiervon ist geschlossen,
das andere Ende hiervon reicht bis zum oberen Ende des Leitblechs. 22 ist
ein Flansch, das sich am oberen Ende des Leitblechs befindet und
eine Öffnung 23 mit dem verlängerten
Schlitz 21 des Leitblechs bildet. Der Schlitz weist ein
Außengewinde auf (Gewinde gekennzeichnet mit 22a).
Die Spinndüse 24 ist mit einer Vertiefung 25 an
der unteren Fläche ausgestattet, entsprechend dem Flansch.
Die Seitenwand der Vertiefung weist ein Gewinde auf (Gewinde gekennzeichnet
mit 25a) entsprechend dem Gewinde des Flanschs. 26 ist
ein Stab, der durch eine Öffnung im Flansch eingelegt ist.
Ein Ende des Stabes erstreckt sich in den länglichen Schlitz
durch die Öffnung in dem Flansch und wird mit einem Stopper 27 bereitgestellt,
der so angepasst ist, dass er gegen das untere Ende des Flanschs
stößt, das andere Ende des Stabes ist mit einem
Zentrierring 28 mit Gewinde 28a auf der Außenfläche
davon entsprechend dem Gewinde 25a und den Seitenwänden
der Vertiefung ausgestattet. Der Flansch mit dem Leitblech wird
verschiebbar über den Stab gehalten. Der Zentrierring ist
lösbar in der Vertiefung über das Gewinde angeordnet
und der Flansch ist lösbar über das Gewinde unterhalb
des Zentrierrings befestigt. Die Möglichkeit des Abbauens
des Leitblechs von der Spinndüse hilft beim Reinigen und
Warten der Spinndüsenoberfläche ohne Abbau der
Spinndüse, sondern nur durch Abbau des Leitblechs. Daher
kann ein Reinigen und Warten der Spinndüse einfach und
bequem durchgeführt werden. im Falle des Leitblechs nach 4 kann
dieses von der Spinndüse durch einfaches, teilweise Abbauen
des Flanschs getrennt werden und durch einfaches Abziehen entlang
des Stabes, ohne von diesem Stab getrennt zu werden, um eine Er reichbarkeit
der Spinndüse zum Reinigen und Warten zu ermöglichen.
Nach Beendigen der Reinigung und Wartungsarbeiten kann das Leitblech
wieder entlang des Stabes gleiten und des Flanschs kann in die Vertiefung
an der unteren Oberfläche der Spinndüse befestigt
werden. Das Leitblech kann vollständig von der Spinndüse
durch Abschrauben des Zentrierrings aus der Vertiefung an der unteren
Oberfläche der Spinndüse entfernt werden. Statt
durch Gewindeeingriff zwischen der Erhebung und der Vertiefung im
Falle des Leitblechs von 3 und des Flanschs und Vertiefung
im Falle des Leitblechs von der 4 kann das Leitblech
in Schieb- oder in Presspassung oder Schnapppassung angebracht werden.
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Erfindungsgemäß kann
die Qualität und die Einheitlichkeit der Filamentengarne
wesentlich verbessert werden, abgesehen von der Aufwickelgeschwindigkeit
und der Produktivität, wie in dem folgenden, nicht einschränkenden
Beispiel dargestellt:
In den nachfolgenden Beispielen werden
Gleichmäßigkeit der schmelzgesponnenen Filamentdicke
(linear Dichte) von verschiedenen Längen unter Verwendung
des Uster-Testapparates (Model Uster Tester 4 – CX der Uster
Technologies, Schweiz) als Uster-Wert (gesamte Massenvariation in
% von der Durchschnittsmasse, bezogen auf eine normale Schnittlänge
von 1 cm) und der Uster-Half Inert (mittlere Abweichung der Masse
basierend auf einer Schnittlänge von 6,4 m bei einer Geschwindigkeit
von 400 m/min). Die dynamische Schrumpfkraft (Zugspannung, draw
tension, DT) des teilorientierten Garns (partially orientated yarn,
POY) wurde gemäß ASTM-Methode Nr. D 5344 (Lenzing
Model DTI 400) gemessen. Die Bruchdehnung und die Zähigkeit
wurde bestimmt mit dem Tischmodell Statimat M (TexTechno), unter
Verwendung einer Richtlänge von 150 mm und einer Ausdehnungsrate
von 600 mm/min. Variationen und Veränderungen vom durchschnittlichen Wert
wurden als CV (Abweichungskoeffizient %) berechnet. Die Zahl gebrochener
Filamente während der Texturierung, die in der Praxis toleriert
werden kann, hängt von der beab sichtigten Verwendung des
texturierten Garns und ggf. des Textilerzeugnisses ab. In der Praxis
in dem Gewerbe werden die Enden der Spulen auf aufgebrochene Filamente
untersucht und die Zahl der vorstehenden gebrochenen Filamente werden
gezählt, um ein Maß für die mögliche
Zahl an gebrochenen Filamenten in dem Garn dieser Einheit zu erhalten.
Die Gesamtzahl der gezählten gebrochenen Filamente (BF)
wird dann durch die kg-Zahl in dem Paket geteilt und als BF dargestellt.
Ein Onlinespannungsmesser (OLT) wurde zur Bestimmung der Linienspannung
in dem Garn während des Texturierens verwendet. Die Einheitsspannung
nach Drehung (T2) wurde online unter Verwendung des Unitens bestimmt
(Brochure Tex 303e/5-4, Studio 45/Koch von Barmag Oerlikon Saurer)
und der fluktuierende Durchschnittswert, „peak detection” und
CV% wurden berechnet. Es ist wünschenswert einen T2 relativ
frei von Peaks während der Texturierung der POY (teilorientierten
Garns) Spule zu haben und es ist dargestellt als T2-Spannungsvariation
(CV%) und dem Vorhandensein von Peaks. OLT-Ausschuss bezieht sich auf
% an Spulen, für die während der Texturierung
die T2-Spannungsgrenze (+/–2cN) überschritten
wurden. OLT-Sensoren wurden ebenfalls verwendet, um Garnbrüche
während des Texturierens nachzuweisen. Körperbrüche
beziehen sich auf die Anzahl von Garnbrüchen während
der Texturierung pro Tonne Garn. Spleißausfall bezieht
sich auf den Ausfall der Verbindbarkeit von Garn während
des Spulenwechsels von einer POY-Spule zur anderen.
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Beispiel 1
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Polyethylenterephthalat
mit einer intrinsischen Viskosität von 0,605 dL/g (Phenoltetrachlorethan-Lösungsmittel,
60:40 wt-Verhältnis, 30°C, 0,5 g/cc, nach ASTM
D4603-03) wurde bei 288°C durch die Spinndüse mit
48 Löchern mit einem Durchmesser von 0,36 mm, die gleichmäßig
in einem einzelnen Kreis mit einem Durchmesser von 85 mm angeordnet
sind, extrudiert. Die Filamente wurden durch eine Abschreckeinheit
umfassend eine zylindrische Kühlkammer gebildet aus einem
foraminösen Bereich mit 10 Blenden (abwechselnd 100 und 50
Mesh) mit einem inneren Durchmesser von 95 mm und einer Länge
von 190 mm geführt. Der nicht-foraminöse Bereich
der Kühlkammer hat eine Länge von 160 mm. Spinnblock
und Blende stellten Abschreckungsverzögerungen von 20 mm
bzw. 30 mm bereit. Die Filamente wurde in dem foraminösen
Bereich mit Kühlluft, die in den foraminösen Bereich
in einer Außen-und-Innen-Weise mit einem Diffusordruck
von 80 Pa abgeschreckt. Die Kühlkammer verlassenden Filamentgarne
wurde durch ein Endbearbeitungssystem geführt und anschließend
auf eine Aufwickelanlage mit einer Aufwickelgeschwindigkeit von
3155 m/min aufgenommen. Die Testergebnisse werden in der folgenden
Tabelle 1 dargestellt.
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Beispiel 2
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Polymere
Filamente wurden extrudiert und abgeschreckt in einer Abschreckeinrichtung,
wie in Beispiel 1 beschrieben, einschließlich eines konischen
Leitblechs, das sich zentral entlang der Länge der Kühlkammer erstreckt.
Das Leitblech hatte einen Durchmesser oben von 50 mm und eine Länge
von 300 mm. Die Testergebnisse bei einer Aufwickelgeschwindigkeit
von 3155 m/min sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
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Beispiel 3
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Polymere
Filamente wurden extrudiert und abgeschreckt in einer Abschreckeinrichtung,
wie in Beispiel 1 beschrieben, einschließlich einem verengten
Rohr, das zentral an dem Ausgang des foraminösen Bereich angeordnet
ist. Das verengte Rohr hatte einen Innendurchmesser von 28 mm und
eine Länge von 425 mm. Das verengte Rohr hatte einen sich
verengenden Bereich am Einlass mit einem Durchmesser am äußeren Ende
von 94,5 mm und einen sich erweiternden Bereich am Auslassende mit
einem äußeren Auslassdurchmesser von 63 mm. Der
Diffusordruck des Kühlgases außerhalb des foraminösen
Bereichs der Kühlkammer war 800 Pa. Die Testergebnisse
mit einer Aufwickelgeschwindig keit von 4300 m/min und 4420 m/min
sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
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Beispiel 4
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Polymere
Filamente wurden extrudiert und abgeschreckt in einer Abschreckvorrichtung,
wie in Beispiel 1 beschrieben, einschließlich eines Leitblechs,
wie in Beispiel 2 beschrieben, und einem verengten Rohr, wie in
Beispiel 3 beschrieben. Der Diffusordruck des Kühlgases
außerhalb des foraminösen Bereichs der Kühlkammer
betrug 800 Pa. Die Testergebnisse mit einer Aufwickelgeschwindigkeit
von 4430 m/min und 4420 m/min sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
| | Beispiel
1 | Beispiel
2 | Beispiel
3 | Beispiel
4 |
| Aufwickelgeschwindigkeit
(m/min) | 3155 | 3155 | 4300 | 4420 | 4300 | 4420 |
| Filamenteigenschaften | | | | | | |
| DT
(g) | 89 | 88,2 | 87,6 | 101,6 | 74 | 87,4 |
| Uster-Wert | 0,85 | 0,73 | 0,93 | 0,98 | 0,93 | 0,97 |
| Half-Inert | 0,54 | 0,20 | 0,39 | 0,36 | 0,11 | 0,12 |
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In
den Beispielen 1 bis 4 wurde das Polymer durchgehend so eingestellt,
um ein Garn mit 250 Denier zu erhalten. In den Beispielen 1 und
2 sind die Filamenteigenschaften verschlechtert bei Erhöhen
der Aufwickelgeschwindigkeit oberhalb 3155 m/min.
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Aus
der vergleichenden Studie in Tabelle 1 wird deutlich, dass das DT
und das Half-Inert der Filamentgarne erhaltend im Beispiel 4 deutlich
reduziert worden im Vergleich zu Beispiel 3 bei den gleichen Aufwickelgeschwindigkeiten
bei 4300 m/min und 4420 m/min.
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Half-Inert
der Filamentgarne erhalten im Beispiel 4 waren deutlich reduziert
bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 4300 m/min und 4420 m/min
im Vergleich zu Beispiel 2, bei dem eine Aufwickelgeschwindigkeit
von 3155 m/min verwendet wurde. Das DT von Beispiel 4 bei 4420 m/min
war geringer oder im Wesentlichen gleich zu dem im Beispiel 2. Der
Half-Inert der Filamentgarne in Beispiel 4 zeigt, dass der durchschnittliche
Bereich der durchschnittliche Bereich der Einheitlichkeit dieser
Garne erhöht ist. Der geringe Half-Inert und vergleichbare
Uster weisen weiterhin auf einem verbesserten Denier des Garns hin.
Weiterhin weist der reduzierte DT-Wert bei 4300 m/min darauf hin,
dass das hergestellte Garn in einem größeren Umfang in
den sich anschließenden Schritten, wie ein Texturieren
oder einem Zugdrehen, gezogen werden kann, um eine verbesserte Produktivität
in dem anschließenden Prozess zu ergeben. Wenn jedoch diese
Möglichkeit (erhöhte Aufwickelgeschwindigkeit
und Produktivität) nicht während eines solchen
Schmelzspinnens ausgenutzt wird, erlaubt der niedrige DT der schmelzgesponnenen
Filamente eine höhere Produktivität während
des sich anschließenden Streckverfahrens. Erfindungsgemäß wird
somit eine verbesserte Fasereinheitlichkeit (Gleichmäßigkeit)
mit erhöhter Produktivität durch erhöhte
Aufwickelgeschwindigkeiten während des Schmelzspinnes erreicht.
Die gesamten Verbesserungen der Produkteigenschaften in Bezug auf
Half-Inert, Uster und DT mit erhöhter Produktivität,
wie in Beispiel 4 erreicht, etablieren deutlich die Synergie oder
die kombinierten Effekte und funktionalen Kooperationen der Komponententeile
der erfindungsgemäßen Abstreckvorrichtung, insbesondere
die Kombination des Leitblechs mit dem verengten Rohr. Endlose polymere
Filamentgarne mit solchen verbesserten Fasereinheitlichkeiten, insbesondere
geringem Half-Inert bis zu 0,15 mit erhöhter Produktivität,
werden als neu angesehen.
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Beispiel 5
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Die
Filamentproben, die in Beispiel 3 (Aufwickelgeschwindigkeit 4300
m/min) und Beispiel 4 (Aufwickelgeschwindigkeit 4420 m/min) erhalten
wurden, wurden zugtexturiert (Zugverhältnis 1,7) auf einer
Barmag FK6-1000 M Typ Pilot Maschine bei 900 m/min um die Verarbeitungseigenschaften
und die physikalischen Eigenschaften der Filamente (T2-Spannung,
OLT, Ausschuss, Körperbrüche, Spleißausfall)
genauso wie Filamentbrüche und mechanische Eigenschaften
(Zähigkeit und Dehnung) zu bestimmen. Die Testergebnisse
sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt: Tabelle 2
| Verarbeitungseigenschaften | Beispiel
3 | Beispiel
4 |
| Unitens
T2 (g) | 52 | 51,5 |
| Einzelposition
CV% (Durchschnitt) | 1,1 | 0,8 |
| Peaks
in der Spannung während des Verfahrens | Wiederholte
Spannungspeaks bei bestimmten Polyester-Garnspulen beobachtet | Keine
Spannungspeaks bei Polyester-Garnspulen beobachtet |
| OLT
Ausschuss | 10% | Null |
| Körperbrüche/t
(Body Peaks) | 26 | Null |
| Gesamtbrüche/t
(Spleißausfall + Body) | 69 | Null |
| %
an Spulen, die keine gebrochenen Filamente (> 2 mm) aufzeigen | Null | 63 |
| Gebrochene
Filamente/kg | 0,71 | 0,08 |
| Dehnung
% | 23 | 23 |
| Elongation
CV% | 0,9 | 0,3 |
| Zähigkeit
(gpd) | 4,5 | 4,4 |
| Zähigkeit
CV% | 0,15 | 0,05 |
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Tabelle
2 zeigt die verbesserten Garneigenschaften von Beispiel 4 im Vergleich
zu den von Beispiel 3. Die verbesserten Eigenschaften während
des Texturierens zeigen die Möglichkeit von verbesserten
einheitlichen Färben und dimensionaler Stabilität
der texturierten Spule des Produkts auf. Tabelle 2 zeigt weiterhin, dass
die Ausbeute erhöht ist im Falle von Filamentgarnen nach
Beispiel 4 während der Texturierung durch reduzierte Brüche.
Die Produkteinheitlichkeit ist ebenfalls verbessert im Falle der
Filamente von Beispiel 4, wie dargestellt durch den reduzierten
CV und der mechanischen Eigenschaften Zähigkeit und Dehnung.
Tabelle 2 zeigt weiterhin die Synergie und die kombinatorischen
Effekte und technischen Vorteile der erfindungsgemäßen
Abschreckeinrichtung.
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Beispiel 6
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Das
Verfahren von Beispiel 4 wurde durchgeführt mit Leitblechen
verschiedener Geometrien und die Testergebnisse bei einer Aufwickelgeschwindigkeit
von 4300 m/min und einem Diffusordruck von 800 Pa sind in der folgenden
Tabelle 3 dargestellt: Tabelle 3
| Typ
des Leitblechs | Zylinder | Kegelstumpf
(abgestumpfter Konus) | Kegel
(Konus) |
| Oberer
Durchmesser (mm) | 27 | 50 | 50 |
| Länge
(mm) | 200 | 200 | 300 |
| Uster-Wert | 1,15 | 1,28 | 0,93 |
| Half-Inert | 0,30 | 0,38 | 0,11 |
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Der
untere Durchmesser des abgestumpften Konuses betrug 17 mm.
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Tabelle
3 zeigt, dass der Uster-Wert und Half-Inert in Abhängigkeit
von der Leitblechgeometrie sich ändert. Tabelle 3 zeigt
weiterhin, dass die konischen Leitbleche reduzierte Uster-Werte
und Half-Inerte ergeben und bevorzugt sind.
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Zusammenfassung
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Verfahren
und Abschreckeinrichtung (1) zum Schmelzspinnen von endlosen
polymeren Filamentgarnen mit verbesserter Fasergleichmäßigkeit
und erhöhte Produktivität. Polymere Filamente
(15) werden aus geschmolzenem Polymermaterial (nicht dargestellt)
extrudiert durch die Kapillare (nicht dargestellt) in der Spinndüse
(2). Die Filamente werden in der Abschreckeinrichtung,
die unter der Spinndüse positioniert ist, und umfasst eine
Kühlkammer (6) gebildet aus einem foraminösen
Bereich (7a) und einem nicht-foraminösen Bereich (7b)
und einem Mantel (8), der beabstandet um die Kühlkammer
angeordnet ist, um eine Luftkammer (9) auszubilden, für
ein Kühlgas (nicht dargestellt), das in die Abschreckeinrichtung
durch einen Gaseinlass (10) ausgebildet im Mantel, eintreten
kann. Die Filamente durchlaufen einen foraminösen Bereich über
ein längliches Leitblech (11), das sich von der
unteren Fläche der Spinndüse zentral entlang der
Kühlkammer erstreckt und ein Kühlgas auf die Filamente
führt. Das Leitblech leitet das Kühlgas nach unten,
um die Filamente im parallelen Strom des Kühlgases abzuschrecken.
Das Leitblech erstreckt sich von der unteren Fläche der
Spinndüse um mindestens 40% in die Kühlkammer
und hält einen Abstand mit den Kapillaren der Spinndüse.
Die Filamente, die aus dem foraminösen Bereich austreten,
sind einer verzögerten Kühlung unterworfen, indem
das Kühlgas am Ausgang des foraminösen Bereichs
beschleunigt wird, das Kühlgas und die Filamente werden
dabei durch ein verengtes Rohr (12) mit reduzierten Dimensionen,
das zentral am Ausgang des foraminösen Bereichs angeordnet
ist, geführt. Das verengte Rohr hat einen sich verengenden
Bereich (13) am Einlassende und ggf. einen sich erweiternden
Bereich (14) am Auslassende. Die Filamentgarne, die aus
dem verengten Rohr austreten, werden auf einer Aufwickelanlage mit
einer Wickelgeschwindigkeit von mindestens 3000 m/min aufgenommen
(1).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2273105 [0002]
- - US 3299469 [0002]
- - US 4687610 [0003]
- - US 5824248 [0003]
- - US 6090485 [0003]
- - US 5976431 [0003]
- - US 6716014 [0003]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ASTM-Methode
Nr. D 5344 [0020]
- - ASTM D4603-03 [0021]