DE1191929B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dicken Faeden aus hochpolymerem Polymethylen-terephthalat - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

DOId

Deutsche KL: 29 a-6/31

Nummer: 1191929

Aktenzeichen: N17384 VII a/29 a

Anmeldetag: 14. Oktober 1959

Auslegetag: 29. April 1965

Dicke Fäden aus hochpolymerem Polymethylenterephthalat mit Durchmessern von z. B. 0,5 bis 1,0 mm, welche unter anderem als Saiten für Musikinstrumente bzw. zur Anfertigung von Gaze für säurefeste Siebe Verwendung finden, werden üblicherweise hergestellt, indem der Faden kurz nach Austritt aus der Formvorrichtung in einem Flüssigkeitsbad gekühlt, dabei über ein oder mehrere darin gelagerte Umlenkorgane geführt und schließlich vorzugsweise in der Wärme verstreckt wird. Als Formvorrichtung dient dabei zweckmäßig eine Strangpresse. Die Querschnitte der so erhaltenen dicken Fäden sind aber keineswegs immer kreisrund, und außerdem variiert auch der Fadendurchmesser über eine gewisse Fadenlänge von z. B. 1 m. Hierdurch ergeben sich Schwierigkeiten bei der vorstehend erwähnten Verwendung der dicken Fäden oder Drähte als Saiten, weil die erzeugten Töne wegen der schwankenden Schwingungszahl unrein werden, bzw. bei der Herstellung genormter Siebe, wo es auf die exakte Maschengröße ankommt.

Es war aber bisher nicht bekannt, worauf diese unerwünschte Unrundheit zurückzuführen ist bzw. wie eine solche behoben werden kann.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Ungleichförmigkeit im Querschnitt des Fadens beseitigt werden kann, wenn der Faden bei einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art nach Austritt aus der Formvorrichtung so im Kühlbad gekühlt wird, daß er bei Beginn des ersten Umlenkens gerade die Temperatur des Übergangspunktes der zweiten Ordnung aufweist.

In der Physik der Hochpolymeren versteht man unter einer Umwandlung oder einem Übergang zweiter Ordnung eine Strukturveränderung des noch nicht verstreckten Polymeren, welche unter Erweichung und deutlichen Fließerscheinungen stattfindet und schließlich zur Kristallisation des Polymeren führt. Für Polyäthylenterephthalat beträgt diese Temperatur z. B. 69° C. (Der Schmelzpunkt des kristallisierten Polyesters liegt dagegen bei etwa 253 bis 255° C.)

Als Beginn des ersten Umlenkens wird in diesem Zusammenhang diejenige Stelle auf dem ersten Umlenkorgan betrachtet, wo die Richtungsänderung des laufenden Fadens beginnt.

Es kann auf verschiedene Weise erreicht werden, daß der Faden gerade bei Beginn des ersten Umlenkens die Temperatur des Übergangspunktes der zweiten Ordnung aufweist.

Am naheliegendsten ist es, das erste Umlenkorgan entsprechend anzuordnen, wofür es aber erforder-Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
dicken Fäden aus hochpolymerem Polymethylenterephthalat

Anmelder:

N. V. Onderzoekingsinstituut Research,

Arnheim (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwalt,

München 19, Romanplatz 10

Als Erfinder benannt:

Arie Bezemer,

Kurt Sagasser, Arnheim (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 13. November 1958 (36 579)

lieh ist, daß dieses Organ im Flüssigkeitsbad beweglich ist.

Eine andere Methode besteht darin, den Stand der Kühlflüssigkeit oberhalb des ersten Umlenkorgans richtig einzuregeln. Diese Arbeitsweise ist aber nur ausführbar, wenn sich die Spinnplatte oberhalb der Kühlflüssigkeit befindet.

Schließlich kann die Temperatur des Polymeren selbst und diejenige der angewandten Kühlflüssigkeit variiert werden. Die erste Möglichkeit ist von geringerer praktischer Bedeutung, eine Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit dagegen ist sehr brauchbar. Dabei wird durch eine Erhöhung der Kühlflüssigkeit auch die Entfernung zwischen derjenigen Stelle, wo der Faden gerade die Temperatur des Ubergangspunktes der zweiten Ordnung aufweist, und der Spinnplatte vergrößert.

Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das erste Umlenkorgan im Kühlbad derart beweglich anzuordnen, daß derjenige Fadenteil, der dieses erste Umlenkorgan noch nicht passiert hat, unter konstanter Spannung gehalten wird. Man erhält auf diese Weise Fäden, bei denen die Unrundheit des Querschnittes besonders stark herabgesetzt worden ist und die eine gleichmäßigere Dicke in Längsrichtung aufweisen.

Die betreffenden Umlenkorgane können einen völlig kreisförmigen Querschnitt oder aber eine andere gekrümmte Oberfläche besitzen. Ein Krüm-

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mungsradius von etwa 10 cm hat sich gut bewährt. Die Umlenkorgane können feststehend oder aber um eine Achse drehbar sein.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einer Strangpreßvorrichtung zur Erzeugung von dicken Fäden, einem Behälter für eine Kühlflüssigkeit und einem oder mehreren darin angeordneten Umlenkorganen, ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umlenkorgan in Form einer Umlenkrolle vertikal verschieblich ist und daß eine Feder zwischen der Achse der Umlenkrolle und dem Boden des Behälters angeordnet ist. Auf diese Weise wird derjenige Fadenteil, welcher die Umlenk rolle noch nicht passiert hat, unter konstanter Spannung gehalten.

Bei der Ausführung der Erfindung kann als Kühl flüssigkeit jede Flüssigkeit dienen, die den Polyester nicht angreift. Da eine scharfe Abkühlung des Fadens im Kühlbad eine kritische Anordnung des ersten Umlenkorgans fordert, ist es im allgemeinen nicht wünschenswert, eine Kühlflüssigkeit zu ge brauchen, deren Siedepunkt im Vergleich zum Schmelzpunkt des Polymeren so niedrig liegt, daß sie auf der ganzen Kühlstrecke bis zum ersten Umlenkpunkt zum Sieden kommt.

In der Praxis verwendet man denn auch vorzugsweise Wasser.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Vorrichtung, mit welcher der unverstreckte dicke Faden erhalten wird,

F i g. 2 schematisch die Vorrichtung, mit welcher dieser Faden verstreckt und nacherhitzt wird.

In dieser Zeichnung ist mit 1 schematisch eine Strangpresse dargestellt, in welcher der Polyester aufgeschmolzen und zu einer Dosierpumpe 2 gepreßt wird. Die Dosierpumpe 2 führt die Schmelze gleichmäßig einer Spinngarnitur mit einer Spinnplatte 3 zu, die eine einzige öffnung hat. Die Schmelze wird in Fadenform in einen Behälter 4 ausgepreßt, in dem sich Kühlwasser bis zum Niveau 5 befindet, das durch den Überlaufe bestimmt wird. Weiterhin ist der Behälter 4 mit einer Zufuhr 7 und einer Abfuhr 8 versehen. Im Wasserbehälter befinden sich drei Umlenkorgane 9, 10 und 11, über weiche der gebildete Faden mittels des Walzenpaares 12 ge zogen wird. Als Beginn des ersten Umlenkens im Kühlwasserbehälter ist der Punkt 13 zu betrachten. Der Faden wird schließlich auf einen Haspel 14 aufgewickelt.

Um die Spannung im Fadenstück zwischen der Spinnplatte 3 und dem ersten Umlenkpunkt 13 konstant zu halten, ist die Achse der Umlenkrolle 9 in vertikaler Richtung verschieblich gelagert, während eine Feder 15 zwischen der Achse und dem Boden des Behälters 4 angeordnet ist.

Zum Verstrecken und Fixieren des erhaltenen Fa dens wird dieser vom Haspel 14 abgewickelt und sodann zwischen Walzenquintetten 16 und 17 ver- streckt. Zwischen diesen Quintetten 16 und 17 be findet sich ein Kasten 18 mit einer Länge von etwa 80 cm, durch welchen der Faden im Gegenstrom zu gesättigtem Wasserdampf von 100° C geführt wird. Nach dem Passieren des Walzenquintettes 17 wird der verstreckte Faden mittels eines Abzugswalzenpaares 19 unter Spannung durch einen Kasten 20 gezogen, der mit Hilfe von Wasserdampf auf etwa 120° C erhitzt wird. Nach dem Passieren des Walzenpaares 19 wird der Faden auf einen nicht dargestellten Haspel aufgewickelt.

Mit den oben beschriebenen Vorrichtungen wurden dicke Fäden aus Polyäthylenterephthalat wie folgt hergestellt.

Polyäthylenterephthalatkörner mit einer Größe von etwa 3 · 3 · 3 mm und mit einer spezifischen Viskosität von 0,64 wurden in einer Stickstoffatmosphäre unter Druck in der Strangpresse 1 geschmolzen und über die Dosierpumpe 2 durch die auf 274° C erhitzte Spinngarnitur 3 ausgepreßt. Die Spinngarnitur enthielt eine Spinnplatte mit einer einzigen Öffnung, deren Durchmesser 3 mm betrug. Die Auspreßgeschwindigkeit betrug etwa 35 g/Min. Das nach unten ausgepreßte Material wurde in Wasser abgekühlt, das sich in einem Behälter unter der Strangpresse befand, wobei sich der Flüssigkeitsspiegel etwa 1 cm unter der Strangpreßmündung befand. In dem Kühlbehälter befanden sich drei runde, nicht drehbare Umlenkorgane mit einem Durchmesser von 20 cm, über weiche der gebildete Faden mittels einer Abzugswalze mit einer Geschwindigkeit von 17,8 m/Min, gezogen wurde. Der Faden wurde sodann auf einen Haspel mit einer Geschwindigkeit von 17,8 m/Min, aufgewickelt. Der Durchmesser des unverstreckten Fadens betrug 1,41 ± 0,04 mm.

Es zeigte sich, daß die Lage des ersten Umlenkpunktes, bei welcher der Faden eine minimale Unrundheit aufwies, von der Temperatur des Kühlwassers abhängig war. Je höher diese Temperatur war, desto niedriger mußte der erste Umlenkpunkt angeordnet werden.

Es wurden Messungen bei Kühlwassertemperaturen von 19 und 31° C und bei unterschiedlicher Lage des ersten Umlenkpunktes unterhalb des Wasserspiegels durchgeführt.

Die Unrundheit des hergestellten Fadens wurde an einem beliebigen 1 m langen Teil desselben bestimmt. An diesem Fadenstück wurden in jeweiligen Abständen von 10 cm der Maximal- und der Minimaldurchmesser gemessen.

Aus den so festgestellten Werten für den Maximal- und Minimaldurchmesser wurden sodann die Durchschnittswerte bestimmt. Der Unterschied zwischen diesen Durchschnittswerten wird Unrundheit genannt.

Die folgenden Tabellen I und II geben einen Eindruck von dem Einfluß der Lage des ersten Umlenkpunktes und der Temperatur der Kühlflüssigkeit auf die Unrundheit des Fadens.

Tabelle I
(Kühlwassertemperatur 19° C)

Lage des ersten Umlenkpunktes	T Ttinirifliipif'
unterhalb des Wasserspiegels	LJlU UiILlIiClL
10 cm	0,184 mm
12 cm	0,116 mm
15,5 cm	0,060 mm
16,5 cm	0,050 mm
18,5 cm	0,037 mm
19 cm	0,025 mm
20 cm	0,080 mm
21cm	0,155 mm
22 cm	0,250 mm
23,5 cm	0,436 mm

Tabellen
(Kühlwassertemperatur 31° C)

Lage des ersten Umlenkpunktes	T ΤπΓΐιπΗίΐρίί
unterhalb des Wasserspiegels	U 111 Ul IUl IC It
8cm	0,188 mm
9 cm	0,154 mm
11,5 cm	0,149 mm
13 cm	0,064 mm
15,5 cm	0,070 mm
17 cm	0,056 mm
19 cm	0,034 mm
21,5 cm	0,032 mm
23 cm	0,030 mm
26 cm	0,025 mm
27 cm	0,090 mm
28,5 cm	0,338 mm
31cm	0,331 mm

Die Fäden wurden sodann auf einer Verstreckbank gemäß F i g. 2 unter Erhitzung bis zu 100° C mit Hilfe von Wasserdampf verstreckt, und zwar bis zum 4,6fachen ihrer ursprünglichen Länge. Nach dem Passieren des zweiten Walzenquintettes wurde der Faden durch einen Kasten mit einer Länge von etwa 80 cm geführt, der mit Hilfe von Wasserdampf auf etwa 120° C erwärmt wurde, wonach der Faden zwischen einem Walzenpaar, dessen Umfangsgeschwindigkeit 10% mehr betrug als diejenige des zweiten Walzenquintettes, abgezogen wurde, so daß der Faden während der Nacherhitzung eine gewisse Spannung besaß. Schließlich wurde der so verstreckte und nachbehandelte Faden auf einen Haspel gewickelt. 35 S.

Die so behandelten Fäden zeigen bei wiederholter Biegung praktisch keine Neigung zur Bildung von Haarrissen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von dicken Fäden aus hochpolymerem Polymethylenterephthalat, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat wobei der Faden kurz nach Austritt aus der Formvorrichtung in einem Flüssigkeitsbad gekühlt, dabei über ein oder mehrere darin gelagerte Umlenkorgane geführt und schließlich, vorzugsweise in der Wärme, verstreckt wird, dadurch g e kennzeichnet, daß der Faden im Kühlbad so gekühlt wird, daß er bei Beginn des ersten Umlenkens gerade die Temperatur des Übergangspunktes der zweiten Ordnung aufweist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einer Strangpreßvorrichtung zur Erzeugung von dicken Fäden, einem Behälter für eine Kühlflüssigkeit und einem oder mehreren darin angeordneten Umlenkorganen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umlenkorgan in Form einer Umlenkrolle (9) vertikal verschieblich ist und daß eine Feder (15) zwischen der Achse der Umlenkrolle und dem Boden des Behälters (4) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 863 703;
USA.-Patentschrift Nr. 2 389 655;
Zeitschrift für die gesamte Textil-Industrie, 1957, 424/425.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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