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Spinndüse Die Erfindung betrifft eine Spinndüse für das Trockenspinnen
von Kunstfäden mit gelapptem Querschnitt.
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üblicherweise wird die Querschnittsform von Kunstfäden durch die Form
des Düsenloches bestimmt. Insbesondere gilt dieses für das bekannte Schmelzspinnverfahren,
bei dem Fäden mit einem Querschnitt erhalten werden, der ungefähr der Form des Düsenloches
entspricht. Hier sind die verschiedenartigsten Querschnittsformen, z. B. sternartige
oder gewinkelte Formen vorgeschlagen worden. Es ist weiterhin bekannt, daß bei dem
Trockenspinnverfahren solche Gesetzmäßigkeiten nicht gelten. Bier sind in, der Regel
erhebliche Unterschiede zwischen der Querschnittsform des ersponnenen Fadens und
der Form des Spinnloches festzustellen. So werden beispielsweise nach der Lehre
der USA.-Patentschrift 2 838 364 Spinnlöcher eingesetzt, die die Form eines Kreissegmentes
haben. Die Querschnittsform des ersponnenen Fadens ist röhrenartig. Nach der USA.-Patentschrift
2 825120 werden etwa quadratische Spinnlöcher eingesetzt. Die Querschnittsform der
ersponnenen Fäden entspricht dem Druckbuchstaben H.
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Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Düsenöffnung für das Trockenspinnverfahren
und ermöglicht es, Kunstfäden mit einem Querschnitt zu erhalten, die etwa dem Druckbuchstaben
E entsprechen.
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Die Kunstfäden, die durch die erfindungsgemäße Düsenform erhalten
werden, zeichnen sich dadurch aus, daß der Querschnitt der Fäden an einer Seite
drei deutliche Lappen aufweist, von denen der mittlere durch Kanäle von dem Lappen
an seinen Seiten getrennt ist, und daß an der den Kanälen gegenüberliegenden Seite
nur eine leichte Einbuchtung vorhanden ist. Es wurde gefunden, daß diese Fäden infolge
ihres hohen Verhältnisses von Oberfläche zu Denier überaus wertvolle Eigenschaften
aufweisen. Insbesondere können mit diesen Fäden oder den daraus hergestellten Stapelfasern
Garne, Garnbündel und -stränge mit großem Volumen und besserer Luftdurchlässigkeit
als bei den gleichen Produkten aus üblichen Fasern oder Fäden mit der gleichen Denierzahl
hergestellt werden. Auf Grund dieser Eigenschaften sind die Produkte gemäß der Erfindung
besonders wertvoll für die Herstellung von Zigarettenfiltern sowie für Polsterzwecke,
Gewebe einschließlich der Faservliese und Füllmaterialien, bei denen hohe Luftdurchlässigkeit
erforderlich ist.
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Die überlegenheit der Fäden mit der erfindungsgemäßen Querschnittsform
für manche Zwecke, gerade auch gegenüber den Fäden aus den USA.-Patentschriften
2 825120 (H-Form) und 2 838 364 (C-Form) geht dabei aus der folgenden Zusammenstellung
hervor:
| Vergleich der Vergleich des |
| Querschnittsform Fadenoberfläche Druckabfalles in |
| Zigarettenfiltern |
| E größer als H kleiner als H |
| größer als C kleiner als C |
Die neue E-förmige Querschmttsform wird dabei im Trockenspinnverfahren mit .Spinnlöchern
erzielt, die nichts mit einer E-Form zu tun haben. Die bestimmte Ausgestaltung der
Spinnöffnungen kennzeichnet dabei den Gegenstand der Erfindung, der eine Spinndüse
für das Trockenspinnverfahren betrifft zur Herstellung von Kunstfäden mit gelapptem
Querschnitt, wobei die zwischen den Lappen befindlichen Kanäle sich über die ganze
Fadenlänge erstrecken. Die .Spinndüse ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnöffnungen
der Spinndüse durch ein Paar sich in einem Winkel von 90 bis
1301 schneidender,
im wesentlichen gerader Teile und einen konvexen Bogenteil, der sich über diesen
Winkel erstreckt, begrenzt werden.
Gewebe, die mit endlosen Garnen
aus den neuen Fäden hergestellt werden, zeigen verhältnismäßig hohe Abrieb- und
Biegeabriebfestigkeit. Vor der Verwendung der endlosen Garne können diese voluminös
gemacht werden, z. B. nach der Druckluftmethode, besonders wenn das Garn für Polsterzwecke
oder zur Teppichherstellung verwendet werden soll. Vorzugsweise werden die Fäden
in Form eines Kabels gekräuselt, z. B. mit Hilfe einer Stauchkräuselvorrichtung,
bevor sie beispielsweise zur Herstellung von Faservliesen, Füllmaterialien oder
Zigarettenfiltern verwendet oder zu Stapelfasern geschnitten werden.
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Die neuen Fäden gemäß der Erfindung lassen sich am besten herstellen,
indem eine Lösung eines fadenbildenden Stoffes in einem flüchtigen Lösungsmittel
in eine verdampfende Atmosphäre durch eine oder mehrere Spinnöffnungen gemäß der
Erfindung gesponnen wird. Vorzugsweise werden folgende faserbildende Stoffe verwendet:
Ester von Cellulose mit organischen Säuren, z. B. Celluloseacetat, Cellulosepropionat,
Cellulosebutyrat, Cellulosebenzoat, Celluloseacetatformiat, Celluloseacetatpropionat,
Celluloseacetatbutyrat und Äther von Cellulose, z. B. Äthylcellulose. Wird ein Celluloseester
verwendet, kann er gereift und acetonlöslich sein wie übliches Celluloseacetat,
oder er kann praktisch vollständig verestert sein, d. h. weniger als 0,29 freie
Hydroxyigruppen pro Anhydro-Glukoseeinheit enthalten, wie beispielsweise Cellulosetriacetat.
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Spinnbrausen mit den beschriebenen speziellen Düsenöffnungen können
bei den üblichen Trocken spinnverfahren benutzt werden. Vorzugsweise sind die Fäden
jedoch mit Geschwindigkeiten von 75 bis 700, insbesondere 200 bis 500 m/Minute abzuziehen,
wobei dafür zu sorgen ist, daß die Abzugsgeschwindigkeit das 0,6- bis 1,4fache,
insbesondere das 0,9-bis 1,2fache der Geschwindigkeit beträgt, mit der die fadenbildende
Lösung durch die Spinnlöcher gesponnen wird. Beim Trockenspinnen einer Lösung von
sekundärem Celluloseacetat in Aceton wird die Lösung vor dem Spinnen vorzugsweise
erhitzt, und zwar auf Temperaturen von 40 bis 110°C. Die Denierzahl pro Faden kann
sehr hoch sein, z. B. 55 oder mehr, jedoch haben Fäden von 2 bis 25 Denier, insbesondere
von 3 bis 16 Denier größere Anwendungsmöglichkeiten. Zwar können dicke Stränge oder
Kabel von Fäden direkt aus einer Spinnbrause mit einer Vielzahl von Spinnöffnungen
gesponnen werden, jedoch wird vorgezogen, dicke Stränge oder Kabel, wie sie besonders
zur Herstellung von Zigarettenfiltern und Stapelfasern geeignet sind, durch Vereinigung
mehrerer kleinerer Stränge zu bilden.
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Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 ist im vergrößerten Maßstab ein Querschnitt durch Proben
der Fäden gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist eine Draufsicht auf eine Spinnplatte,
deren Spinnlöcher die vorstehend beschriebene Form haben; F i g. 3 ist eine stark
vergrößerte Ansicht eines einzelnen Spinnloches; F i g. 4 ist eine Draufsicht auf
eine abgewandelte Spinnplatte; F i g. 5 ist ein Querschnitt durch ein mit den Spinnöffnungen
von F i g. 4 trockengesponnenes Garn. Wie aus F i g.1 ersichtlich, weist der Querschnitt
eines gemäß der Erfindung hergestellten Fadens drei mit 10, 12 und 10' bezeichnete,
von einer Seite des Fadens abstehende deutliche Lappen auf. Zwischen dem mittleren
Lappen 12 und jedem der äußeren Lappen 10, 10' erstrecken sich Kanäle 14, 14' über
die Länge des Fadens. Die den Lappen 10, 12 und 10' gegenüberliegende Seite des
Fadens ist im wesentlichen flach und hat etwa in der Mitte nur eine leichte Einbuchtung
16, so daß zwei ausgebuchtete Bereiche 18, 18' gebildet werden. Je nach der Blickrichtung,
in der der Querschnitt betrachtet wird, hat dieser also die Form einer 3, eines
E oder m.
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Die Innenseiten der Lappen, d. h. die Wände der Kanäle 14, 14', geben
dem Faden eine zusätzliche Oberfläche, so daß der Faden bei gegebener Denierzahl
eine verhältnismäßig große Oberfläche und ein verhältnismäßig großes Volumen aufweist.
Stränge von Fäden mit der vorstehend beschriebenen Struktur zeichnen sich durch
größere Oberfläche und größeren Raumbedarf gegenüber den üblichen Fäden mit rundlichem
Querschnitt aus. Die trennenden Kanäle ermöglichen den Durchgang von Luft den Faden
entlang. Diese Eigenschaften sind besonders wertvoll bei Zigarettenfiltern, wo geringer
Druckabfall, große Filterfläche und hoher Raumbedarf, der die Verwendung einer verhältnismäßig
geringen Gewichtsmenge Fasern zur Erzielung der erforderlichen Filterwirkung ermöglicht,
erwünscht sind. Ferner legen die gemäß der Erfindung hergestellten Fäden sich infolge
des ausgebuchteten Umrisses an einer Seite des Fadens und der räumlich getrennten
Lappenteile auf der anderen Seite sich nicht so dicht aneinander, daß sie die Gasströmung
wesentlich behindern, wenn sie zu einem Strang aus gleichen Fäden oder zusammen
mit Fäden mit anderem Querschnitt geformt werden.
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Zur Herstellung der Fäden mit der neuartigen Form durch Trockenspinnen
auf die vorstehend beschriebene Weise kann eine Spinnplatte der in F i g. 2 dargestellten
Art verwendet werden. Die in diesem Fall mit neun Spinnöffnungen 22 dargestellte
Spinnplatte 20 kann natürlich eine viel höhere Zahl von Öffnungen, z. B. 300 oder
mehr, aufweisen. Die neuartigen Düsenöffnungen 22 sind im vergrößerten Maßstab in
F i g. 3 dargestellt. Der Umfang jeder Öffnung ist durch zwei im wesentlichen gerade,
sich schneidende Teile 24 und 26 und einen konvexen gebogenen Teil 28, der sich
über den von den geraden Teilen eingeschlossenen Winkel erstreckt, begrenzt. Jede
öffnung 22 besteht also aus einem Dreieck, das an einen Kreisausschnitt, dessen
Sehne eine Seite des Dreiecks bildet, angesetzt ist. Der von den vorzugsweise ungefähr
gleich langen Teilen 24, 26 eingeschlossene Winkel A beträgt 90 bis 130°, insbesondere
106 bis 110°. Durch Veränderung dieses Winkels A verändert sich der Abstand der
Lappen, d. h. die Breite der Kanäle 14, 14'. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der bogenförmige Teil ungefähr ein Halbkreis. Bei der in F i g.
2 dargestellten Spinnplatte haben die öffnungen 22 sämtlich praktisch die gleiche
Größe. Gegebenenfalls können die Öffnungen im gleichen Spinnkopf verschieden groß
sein, so daß ein Strang aus dreilappigen Fäden mit unterschiedlichen Denierzahlen
gebildet wird.
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F i g. 4 zeigt eine Modifikation, bei der eine Spinnplatte 30 gleichzeitig
mit Öffnungen 22 und runden
Öffnungen 32 versehen ist, wobei die
letzteren die üblichen Fäden mit rundlichem Querschnitt ergeben. Bei dem in F i
g. 5 dargestellten Querschnitt des gebildeten Garns sind fünftappige Fäden 34 und
die üblichen Rundfäden 36 erkennbar.
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Im folgenden Beispiel ist die Herstellung der neuen Fäden und ihre
Verwendung für Zigarettenfilter beschrieben. Beispiel Eine Lösung von sekundärem
Celluloseacetat mit einem Acetylwert von 55 % in Aceton wird mit einer Geschwindigkeit
von 380 m/Minute durch einen Spinnkopf mit 190 Öffnungen, deren Umfang durch einen
Halbkreis mit einem Durchmesser von 40 g, und ein gleichseitiges Dreieck mit einem
Scheitelwinkel von 108° begrenzt ist, wobei Halbkreis und Dreieck eine gemeinsame
Basis haben, nach unten in. ein Gehäuse gesponnen. Luft von Raumtemperatur wird
von oben nach unten durch das Spinngehäuse geleitet. Das gebildete Garn wird mit
einer linearen Geschwindigkeit von 400 m/Minute abgezogen und hat eine Garnzahl
von 570 Denier. 140 solcher Garne werden zu einem Strang vereinigt und durch eine
Stauchkräuselvorrichtung geführt, in der durchschnittlich etwa acht Kräuselungen
auf 2,5 cm des gespannten Stranges eingedrückt werden. Der Strang wird in üblicher
Weise gelockert, mit 10°/a seines Gewichts an Glycerintriacetat als Weichmacher
besprüht und zu einem Filterstrang geformt, der unter Berücksichtigung der durch
das Kräuseln bedingten Erhöhung eine Denierzahl von 86 000 hat. Der Strang wird
2 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet, damit die Einzelfäden in üblicher Weise an
ihren Berührungsstellen verkleben, in Filter von 15 mm Länge geschnitten und mit
Tabak auf den üblichen Zigarettenfabrikationsmaschinen zu Filterzigaretten verarbeitet.
Der Druckabfall durch diese Filter ist geringer als bei Fäden mit üblichem Querschnitt
und gleicher Denierzahl. Außer für Zigarettenfilter eignet sich das aus 190 Fäden
bestehende Garn besonders für Polsterzwecke oder zur Teppichherstellung. Vorteilhaft
wird es hierzu vorher voluminös gemacht, z. B. durch Kräuseln oder mit einem Luftstrahl.
Beispielsweise zeichnen sich Gewebe, die aus den voluminös gemachten Fäden hergestellt
werden, durch gute Abriebfestigkeit, Elastizität und schnellere Einfärbung aus.
Werden die nicht gekräuselten Fäden und daraus hergestellten Textilien im entspannten
Zustand in heißes Wasser oder in Quellmittel gelegt, nehmen sie neuartige Kräusel-
oder Raumeffekte an, bedingt durch den ungleichmäßigen Querschnitt der Fäden.