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Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzspinnen linearer Hochpolymerer,
wie Polyamide und Polyester Die üblicherweise beim Schmelzspinnen von Polyamiden
und Polyestern benutzten Vorrichtungen bestehen aus einem mit einem Spinnkopf in
Verbindung stehenden Schmelzgefäß. Dieses hat an seinem oberen Ende eine Öffnung
zum Einfüllen der Schnitzel des Polymeren und eine Schmelzvorrichtung, in welche
die Schnitzel fallen und in der sie sich anhäufen. Der Spinnkopf besteht aus einer
Meßpumpe, Filter und Spinndüse.
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Die Schmelzvorrichtung kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein.
So kann sie einen Rost in Schrauben- oder anderer Form besitzen, wie z. B. in der
britischen Patentschrift 533 307 angegeben ist, unterhalb dessen sich der Sumpf
oder das Sammelbecken für das geschmolzene Polymer befindet, an dessen unteren Teil
wieder sich der Spinnkopf anschließt.
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Eine der Schwierigkeiten beim Schmelzspinnen besteht in der Unregelmäßigkeit
in dem Produkt, die, obwohl sie an sich gering ist, sich doch als Fehler in dem
aus den Fäden hergestellten Gewebe zeigt. Dies kommt besonders beim Schmelzspinnen
von Polycaprolactam vor, d. h. dem Polyamid, das sich von E-Aminocapronsäure herleitet
und üblicherweise durch Polymerisation von Caprolactam gebildet wird. Der Grund
hierfür ist, daß beim längeren Erhitzen dieses Polymeren auf eine wesentlich über
seinem Schmelzpunkt liegende Temperatur sein Gehalt an monomeren oder niederpolymeren
Verbindungen, wie E-Capronsäure, Caprolactam und dimeren und trimeren Produkten
dieser Verbindungen, sich verändert. Diese Schwierigkeit tritt jedoch auch beim
Verspinnen anderer Polyamide, wie Polyhexamethylenadipamid, sowie beim Verspinnen
von Polyestern, wie Polyäthylenterephthalat, auf.
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Eine Vorsichtsmaßnahme, um die Gleichmäßigkeit des Produkts zu erreichen,
besteht darin, den Spiegel des geschmolzenen Polymeren in dem Sumpf und infolgedessen
die durchschnittliche Zeit zwischen dem Schmelzen eines einzelnen Teilchens des
Polymeren und dessen Verspinnen so gleichmäßig wie möglich zu halten.
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Von älteren Vorrichtungen ähnlicher Art sind zu erwähnen: die deutsche
Patentschrift 826 615, die eine Schmelzspinnvorrichtung zeigt, in welcher das zu
verspinnende Polymere durch einen Trichter zuerst in ein vorgeheiztes Sammelgefäß
und dann in die Schmelzkammer, die mit einem Spinnkopf in Verbindung steht, zugeführt
wird. Es ist ersichtlich, daß der Druck hier nur dann konstant bleiben kann, wenn
man die Schnitzel in den Trichter in gleichmäßigen Raten in dem Maße zuführt, wie
das geschmolzene Polymere am Spinnkopf abgezogen wird; denn es ist keine selbsttätige
Vorrichtung vorhanden, die den Druck in der Schmelzkammer konstant hält, sobald
die Zufuhr der Schnitzel aufhört. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein
konstanter Druck aufrechterhalten, sogar wenn der Hauptvorratsbehälter durch einen
dauernden Lauf praktisch geleert ist.
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Die französische Patentschrift 1079127 zeigt eine Schmelzspinnvorrichtung
mit zwei Vorratsbehältern, die durch ein Rohr verbunden sind, das jedoch nicht geneigt
ist, sondern einen Schraubenförderer enthält, um das Material von dem einen Gefäß
zum anderen zu fördern. Dieser Förderer arbeitet nicht in derselben Weise wie ein
geneigtes Rohr, und Versuche mit einem Schraubenförderer anstatt eines geneigten
Rohres zeigten, daß ein gleichmäßiges Spinnen nicht ausgeführt werden kann. Bei
der Vorrichtung nach dieser französischen Patentschrift wechselt der Druck des Materials
in dem zweiten Gefäß, wenn die Oberfläche des Materials in dem Hauptgefäß wechselt.
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In der britischen Patentschrift 581390 ist ein senkrecht angeordneter
Schmelzspinnapparat gezeigt, bei dem das Material von einem oberen Gefäß zu einem
Gefäß unmittelbar unter ihm in einzelnen Portionen übergeführt wird, wobei das Ventil
geschlossen wird, sobald eine Portion des Materials übertragen worden
ist.
Wie ohne weiteres ersichtlich, wird die Säule der Schnitzel im unteren Gefäß während
des Schmelzens jeder einzelnen Portion dauernd geändert.
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Schließlich zeigt die britische Patentschrift 728 232 eine senkrecht
angeordnete Schmelzspinnvorrichtung, die ebenfalls keine Vorrichtung aufweist, die
den Druck konstant hält. Offenbar ist dort bei einem fortlaufenden Arbeiten die
Höhe der Schnitzel im Vorratsbehälter und in der Schmelzkammer dauernd veränderlich.
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Die Gleichmäßigkeit der Fäden, Fadenbündel und anderer Schmelzprodukte
kann jedoch verbessert werden, wen die Höhe, bis zu der sich die Schnitzel über
der Schmelzvorrichtung anhäufen, und damit der auf diejenigen Schnitzel ausgeübte
Druck, die tatsächlich mit der Schmelzvorrichtung in Berührung kommen, im wesentlichen
konstant gehalten werden. Dies wird nicht durch die zur Zeit verwendeten Schmelzspinnvorrichtungen
erreicht, da bei diesen die Schnitzel in Portionen und in Abständen in das Schmelzgefäß
oder in einen Trichter, der zu dem Schmelzgefäß führt, geben werden, wobei man eine
Verbindung mit der Außenluft und dem inneren Teil des Schmelzgefäßes auf das geringstmögliche
Maß zurückführt. Außerdem erzeugen die Schwankungen im Druck Veränderungen im Spiegel
des geschmolzenen Polymeren an der Fläche, an der die Schnitzel die Schmelzvorrichtung
berühren. Dies verursacht eine hohe Lage des gebildeten Polymerenspiegels, wobei
beim Zurückweichen des Spiegels an den Wänden der Vorrichtung ein Film des Polymeren
entsteht, der verdirbt. Während der darauffolgenden Schwankungen des Spiegels des
Polymeren werden kleine Teile des Films abgebrochen und vereinigen sich mit dem
Hauptstrom des Polymeren. Wenn man jedoch eine konstante Höhe der Polymerenschnitzel
aufrechterhält, werden diese schädlichen Wirkungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
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Demgegenüber ist die Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzspinnen
linearer Hochpolymerer, wie Polyamide und Polyester, nach der Erfindung mit einem
Hauptvorratsbehälter für das Schmelzmaterial, einem Schmelzgefäß, das unmittelbar
mit dem Spinnkopf in. Verbindung steht, und einem Zwischenvorratsbehälter, der mit
dem Hauptvorratsbehälter und dem Schmelzbehälter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hauptvorratsbehälter und der Zwischenvorratsbehälter durch ein geneigtes
Rohr verbunden sind, das vom Boden des Hauptvorratsbehälters ausgeht und seitlich
in den Oberteil des Zwischenvorratsbehälters eintritt.
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Diese Vorrichtung kann auch eine Vorrichtung enthalten, die in bekannter
Weise die Gefahr des Eindringens von Luft vermindert.
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Die Zeichnung zeigt eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der
Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung.
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Die Vorrichtung besteht aus einem Hauptvorrats-oder trichterförmigen
Gefäß 3 mit einem Träger 4. Dieser Vorratsbehälter liegt über dem übrigen Apparat
und ist duck ein schräges Rohr 5 mit einem Zwischenvorrats- oder trichterförmigen
Gefäß 6 verbunden. Dieser Zwischenbehälter, der kleiner als der Hauptbehälter 3
sein kann, liefert seinen Inhalt an den Oberteil des Schmelzgefäßes 7, das seinerseits
seinen Inhalt an den Spinnkopf 8 liefert. Das Rohr 5 tritt seitlich in den Oberteil
des Zwischenbehälters 6 ein und enthält zweckmäßigerweise einen aus Gummi oder ähnlichem
Material bestehenden Stutzen von entsprechendem Durchmesser. Sein eines Ende paßt
über ein schräges Entladungsrohr 9, das von dem Boden des Hauptgefäßes ausgeht;
sein anderes Ende erstreckt sich über ein kurzes, entsprechend schräg angeordnetes
Zuführungsrohr 10 am Oberteil des Zwischenbehälters 6. Der Hauptbehälter 3 besitzt
an seinem oberen Ende eine Öffnung 11, die mit einem abnehmbaren luftdichten Verschluß
12 versehen ist, durch welchen die Schnitzel des zu verspinnenden Polymeren eingebracht
werden, und einen kleinen Gasauslaß 13, durch den das entweichende Gas die Vorrichtung
verlassen kann. Für das neutrale Gas ist in der Nähe des Kopfes des Zwischengefäßes
6 ein Einlaß 22 vorgesehen. Die Teile 18, 19 und 20 gehören zu einer Einrichtung
mit einer Sonde in dem Schmelzgefäß, die hier nicht näher beschrieben ist.
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Bei Inbetriebnahme wird die Luft in der ganzen Vorrichtung durch Stickstoff
erzetzt, dessen Strömung dann ununterbrochen durch den Einlaß 22 in den Zwischenvorratsbehälter
bis zum Auslaß 13 läuft. Die Polymerenschnitzel werden dann durch die öffnung 11
in den Hauptvorratsbehälter 3 z. B. bis zur Höhe A eingefüllt. Wenn dieser Vorgang
beendet ist, haben die Schnitzel das Zwischengefäß 6 bis zu der Höhe gefüllt, die
annähernd durch die unterbrochene Linie B angezeigt ist. Die genaue schräge Richtung
hängt von dem Setzwinkel der Schnitzel ab. Diese werden natürlich auch das Rohr
5 ausfüllen. Wenn die Schnitzel geschmolzen werden, bewegen sich weitere Schnitzel
in dem Rohr 5 herab in den Zwischenbehälter 6, wobei der Spiegel B im wesentlichen
unverändert bleibt. Ein günstiges Merkmal der Vorrichtung ist, daß infolge des verhältnismäßig
kleinen Querschnitts des Rohres 5 der aufsteigende Strom des Reinigungsgases von
dem Zwischenbehälter 6 allen Sauerstoff, der noch in Berührung mit den Schnitzeln
sein kann, entfernt. Dies geschieht auf besonders wirksame Weise, so daß ein luftdichter
Verschluß für die Zufuhr 11 für die Schnitzel oder die Verwendung einer anderen
Vorsichtsmaßnahme, um Sauerstoff aus dem Hauptbehälter 3 zu entfernen, entbehrlich
ist, obwohl natürlich der Verschluß 12 aufgesetzt bleiben wird, wenn der Behälter
nicht gerade gefüllt wird. Geeignete Abmessungen für das Rohr 5 sind beispielsweise
eine Länge von ungefähr 0,5 bis 1 m und ein Durchmesser von etwa 3,8 oder 6,3 oder
7,6 cm. Im allgemeinen wird das Volumen des Reinigungsgases, das in einem gewissen
Zeitraum hindurchgeleitet werden muß, um eine wirksame Entfernung allen Sauerstoffs
in einem bestimmten Zeitraum zu sichern, um so geringer sein, je enger das Rohr
im Verhältnis zu seiner Länge ist. Da der Druck auf die jeweils in Berührung mit
dem Heizelement befindlichen Schnitzel im wesentlichen durch die Aufrechterhaltung
der konstanten Oberfläche B in dem Zwischengefäß 6 konstant gehalten wird, kann
die Oberfläche der Schnitzel in dem Hauptgefäß 3 sehr weit, z. B. bis zu der bei
C eingetragenen Linie, abfallen, ohne daß eine Veränderung in der Menge der Schmelze
verursacht wird. Daher braucht der Hauptvorratsbehälter 3 nur in verhältnismäßig
großen Zeitabständen wieder aufgefüllt zu werden.
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Zwischen dem Auslaß des Hauptvorratsbehälters 3 und dem Einlaß zu
dem Zwischenvorratsbehälter 6 kann z. B. ein Ventil eingeschaltet sein, obwohl es
ein Vorteil der Erfindung ist, daß es trotz der wirksamen Reinigung der Schnitzel
von Sauerstoff in dem
Rohr 5 nicht notwendig ist, die Verbindung
zwischen dem Hauptbehälter und dem Zwischenbehälter zu unterbrechen, auch wenn der
erstere beladen wird.