DE1435362A1 - Schmelzspinnverfahren - Google Patents

Description

Beschreibung aur Patentanmeldung der

Fa. British Nylon Spinners Ltd., Pontypool, Monmouthshire,

Großbri fcannien

betreffend:
"Sohnielzspinnverfahren"

Die Priorität der Anmeldung 20970 in Großbritannien vom 25 ο Mai 1963 wird in^-Anspruch genoirfifen.

Die Erfindung beaiebt sich auf das Spinnen von hochmolekularen Polyaraidfäden. genauer gesagt, sie bezieht sich auf solche Schmelsspinnverfahren, bei denen die Fäden nach der Verfestigung mit Dampf behandelt werden, bevor wan sie aufspulte

Beim Schmelzspinnen von Fäden sind die letzteren kurz nach dem Austreten aus den Spinndüsenöffnungen in einem weichen und klebrigen Zustand* Solche Fäden würden an einer Fadenführung kleben bleiben» »Venn das extrudierte Material weiter und weiter von den Spinndüsen wegläuft, verfestigt es sich allmählich. Ϊ. it anderen .'/orten, die Fäden verfestigen sich, da sie sich u·-·;. : , - -'^H 90 9811/1016

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abkühlenβ In jedem Fall 1st der Verfestigungspunkt als der Punkt su verstehen, bei dem die extrudierten Fäden nicht mehr klebrig sind= Beim Tertikaispinnen (und das Schmelzspinnen wird gewöhnlich vertikal abwärts ausgeführt) ist deshalb der Ver·= featigungspunkt der höchste Punkt, an dem irgendeine Fadenführung angebracht werden kann»

Verwendet man zum Schmelzspinnen synthetische lineare Polyamide mit hohem Molekulargewicht, wie Z₀B₀ Polyhexamethylenadipamid, so werden die extrudierten Fäden mit Dampf behandelt, und zwar hauptsächlich deswegen, damit sie einen gewissen Wassergehalt aufnehmen können und somit das erhaltene Garn beim Lagern in der Fabrikatmosphäre, welche eine relative Feucht von Beispielsweise 65$ aufweisen kann, nur eine geringe oder garteeine diraensioneile Änderung erfährt» Hierzu werden die extrudierto a. Fäden aus Zflsckmäßigkeitsgründen in einer als Konvergenz» führung bekannten Fadenführung gesammelt, und das auf diese .'/eise erhaltene-Fadenbündel wird abwärts durch, eine Röhre geführt, in welcher eine Dampfatmosphäre aufrechterhalten wird. Die Konvergangführung wird normalerweise am oberen Ende der Dampfröhre angebracht, und zwar in der Nähe des Punktes, bei dem sich die Fäden gerade verfestigen,,

Nach den weiteren gewünschten Behandlungen, wie ζoB_o die bringung einer A.pp:*'etur oder eines Schlichtmittels, werden die ausgepreßten Fäden durch eine übliche Vorrichtung aufgespult, Vielehe eigentlich die extrudierten Fäden aus den Spinndüsen zieht.

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Die Polyamidfäden, beispielsweise Polyhexarcethylenadipamidfäden, werden dann in festem Zustand einer nachfolgenden Verstreokoperation unterworfen, welche den Polyamidmolekiilen, aus welchen die Fäden bestehen, eine Orientierung erteilt und in den Fäden eine hohe Reißfestigkeit und andere erwünschte Textileigenschaften entwickelt. In der Verstreckoperation können die Fäden im festen Zustand beispielsweise auf-das Φ-bis 5-fache ihrer ursprünglichen Länge ausgezogen werden.

Bin Sohmelaspinnapparat stellt nun einen großen, komplizierten und kostspieligen Teil einer Fabrikanlage dar. Mit anderen <?or~ ten,ein solcher Apparat beansprucht einen beträchtlichen Teil des inveratierten Kapitals. Aus diesem Grunde werdenPolyamidfäden im f.llgeraeinan mit hohen Geschwindigkeiten bis zu 1000 m/min und darüber schaielagesponneno Es ist deshalb offensichtlich, daß ein Verfahren Kur Steigerung der Produktionen geschwindigkeit eines solchen Apparates unter anderem ssur Eraielung beträchtlicher finanzieller Einsparungen herangezogen werden könnte.

Es ist allgemein bekannt, daß bei einem Schmelaspinnverfahren im technischen I'aß3tab, bei dem die Fäden beispielsweise mit einer Geßchwindikeit von 1000 m/min aufgespult werden, der Großteil der Durchaesserverringerung (draw-down), und zwar etwa 85 £ der gesamten Durchmesserverringerung, im oberen Teil der Bahn c\Gr sehraelcgesponnen Fäden eintritt, wo sich die Parten noch nicht varffistigt haben. Dieser Teil der Durchmesser-

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verringerung ist für eine gewisse Orientierung der Moleküle verantwortlich, aus denen, die Fäden bestehen. Der verbleibende 4nteil der Durehmesserverringerung (15$) findet nach der Verfestigung der Fäden, statt und ergibt, eine weitere Orientierung der Foleküle, (Zwecks Klarheit wird darauf hingewiesen, daß die Durehmesserverringerung während des Schmelzspinnens definiert ist ale dar Durchmesser der Spinndüsenöffnungen, dividiert durch den Durchmesser der aufgespulten Fäden,,) Die Polyamid&oleküle werden, noch wei.ter orientiert, wann die Fäden anschließend in festem Zustand in einer Verstreckraa·» schirre very treckt v?erden₉ um ihre Reißfestigkeit au entwickeln, ein Verfahren van dein oben schon die Rede war« .Yie bereits festgestellt, wird die TConver.genzfiihrung in der Nähe des Verfestigungspunktes der Fäden angebracht (bevor sie mit Dampf behandelt werden) und deshalb ist der Orientierungsgrad, den die schraelsgesponnen Fäden besitzen (vor dem nachfolgenden Verstrecken auf der Verstreckmaschine), unter anderem eine Folge und abhängig vom Grad der Durchlasserverringerung (d.h. Verstreokung oder Elongation), welche vor sich geht nachdem die Fädeii die Konvergenaführung durchlaufen haben₅ d.h„ unterhalb der Konvergensfülirungo Diese Elongation kann beispielsweise bis su ungefähr 3Of- ausmachen. Bin Maß fir den Grientierungsgrad liefert die Bestimmung der Doppelbrechung der Fäden.= Eine weitere Steigerung des Orientierungsgrades (und damit auch der Doppelbrechung) τ/ird bei dem nachfolgenden Ver·= strecken in der Verstreckraaschine hervorgerufen<, Die fertigen Fäden besitzen, sorrit eine höhere Doppelbrechung als die Schmelsgesponnen Fäden. 9 0 9 8 11/10 16

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Es muß hervorgehoben werden, daß während der Herstellung von Polyamidfäden durch Schmelzspinnen und Verstrecken sehr darauf zu achten ist, alle Bedingungen des Verfahrens so weit wie möglich auf konstantem ,Yerten zu halten, damit das Produkt, d.h. die fertigen Fäden, gleichmäßige Eigenschaften liter die ganze Länge aufweist'« Mit anderen ,/orten, die zulässige Toleranz ist sehr klein, wann die Qualität des Produktes auf einem hohen ,'/ert gehalten werden soll. In diesem Zusammenhang muß daran erinnert werden, daß die Eigenschaften der Fäden, die in wirtschaftlicher Hinsicht wichtig sind, sehr zahlreich sind, wobei es sich sowohl um physikalische als auch chemische Eigenschaften handelt, wie ZoB. Reißfestigkeit, Elastizität, Dehnbarkeit, Doppelbrechung, Flexibilität, Absorptions vermögen für Feuchtigkeit, Schrumpfung beim Durchnässen, thermische Eigenschaften, Lichtstabilität, Färbe eigens cha ft en.. Die Verfahrens bedingungen umfassen Temperarturder Schmelze, Extrusionsgesehwindigkeit des Polyamids in kg/st, lineare Geschwindigkeit des· Aufspulens, Abkühlungsgeschwindigkeit der extrudierten Faden (welche dieSphärolithstruktur der Polyamide beeinflußt, und zwar insbesondere die Anzahl und Größe der sich bildenden Sphärolithe), Grad der Durehmesserverringerung und Feuchtigkeit der Atmosphäre der Umgebungo Die lineare Geschwindigkeit des Aufspulens oder die lineare Geschwindigkeit der Aufspulvorrichtung ist die lineare Geschwindigkeit mit der die Fäden aufgespult werden. Der Denierwert des fertigen, d_oh. veratreckten Garns ist gleich dem I>enierw«srt des schmelzgesponnen Garns, dividiert

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durch das effektive Verstreckverhältnis, wobei der Denierwert des schmelzgesponnen Garns der Extrasionsgeschwindigkeit des .Polyamids (doh„ der Geschwindigkeit des gewichtsmäßigen Polyamiddurchsatzes) proportional und der Aufspulgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist«. Es ist offensichtlich,.daß für eine gegebene Aufspulgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Durchsatzes dem Denierwert des schmelzgesponnen Garna proportional ist. In der Praxis werden zahlreiche Schmelzspinnverfahren dtirchgeführt ,· wobei Garne mit unterschiedlichen Denier werten und mit verschiedenen Fadenzahlen erhalten werden, aber in jedem Falle müssen die Bedingungen sorgfältig eingestellt werderio

Ausgedehnte Untersuchungen haben nun gezeigt, daß es möglich ist die Geschwindigkeit des Durchsatzes einer Schmelzspinncaschine zu steigern, indem das Verfahren in der folgenden ,Yeise abgeändert wird.

Hierzu soll zuerst ein Schraelzspinnverfahren betrachtet werden, bei dem χ kg Polyamid je Stunde extrudiert were en, der Denierwert des aufgespulten Garns sei y, und das letztere soll anschließend in einer Verstreckmaschine mit einem Verstreckverhältnis von 4 verstreckt werden«, Demgemäß ist der Denierwert des verstreckten Garns i/4y_o

Angenommen die Extrusionsgeschwindigkeit wird .beispielsweise

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um iofo auf 1,1x kg Polyamid je Stunde gesteigert* dann ist der Denierwert der aufgespulten Fäden um 10$ größer» dfenn jec.oc:h das Veratreckverhältnis in dem anschließenden Ver~ streokverfahi'en von 4 auf 4?4, d.h. am 10$, erhöht wird, so bleiltt der r-gültige Denierwert dea 'iarns bei seinem ur~ ε;rUr.glichen Wert, d.h. bei 1/4y_o Ws-ir das Garn wird dann i'icht zufriedenstellend sein, weil durch das gesteigerte Ver·» jtreckverhäl ⁽:nia in unerwünschter ,/eise der 3r;^;.entierungsgrad erhöht und die TfeiBdehnung erniedrigt wurde. Ej: wurde nun gefunden, daß durch Steigerung, z.B. durch aus angetriebenen

ier,

Greif rollen beistehende Transportmittel. v^:cXoae kurz unterhalb der KonvergenKführung angebracht sind, der ÜnearenGeschÄindiükeit, mit eier die Fäden diö Führung durchlaufen, ao dt ß diose Gntch/vindigkeit nahezu gleich (das heißt innerhalb einige:? ;') der 4ufspulgeschwindigkeit ist, die unterhalb der !onversen:3i'übr.ing auftretende ' Elongation o.er Fäden praktisch aus^escbiltet y;erden kann_p wodurch sich eine.Verminderung der üi'ie/itierung, die die schmelzgasponnenen Fäden aufweisen, ergibt. Böispielaweise kann ihre Doppelbrechung (yjelche ein KaQ für die Orientierung iat) von 0₉020 auf 0,015 verringert werden. \u£ diese .Veise ist es möglich den uner* ',vünschten JSffokt, ier durch das gesteigerte Verstreckverhältnie 1 ervo/<-nru.fen v»ird und von dem aohon die Rede war, au korrigieren, tso da! bsi der höheren ru.rchsatr5gesch«dndigkeit ein fuirieuüKSteilendes Tarn erzeugt wird«

Mn^UIdIiIn₁=; des Verfahrens kann wan als Überführung einer 909811/1016 _A

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einer bestimmten Verstreckung, d.h. Einführung einer Orientierung in die Moleküle der Fäden, vom Schmelzspinnvorgang in den nachfolgenden Verstreckvorgang bezeichnen. Es wurde nun die überraschende Entdeckung gemacht, daß diese Abwandlung dea Verfahrens ohne merkliche oder ernste Beeinträchtigung

eigentlich der Garneigenschaften durchgeführt werden kann, wie es / nach den oben dargelegten Gründen zu befürchten wäre«

Demgemäiä besteht die Erfindung aus einem Verfahren sum Schmelzspinnen hochmolekularer synthetischer linearer Polyamide in Fäden, bei dem die letzteren nach der Verfestigung mit Dampf behandelt und durch eine übliche Vorrichtung aufgespult werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Faden nach der Verfestigung durch übliche Transportiermittel mit einer gesteuerten linearen Geschwindigkeit befördert werden, welche gleich oder nahezu gleich der linearen 4ufspulgeschwindigkeit ist, d.h. daß sie von dieser nicht mehr als einige Prozent abweicht, beispielsweise 1/4$, 1/2$, IjS₉ 2$_; oder 3#o Die gesteuerte lineare Geschwindigkeit der Transportiermittel ist vorzugsweisee%as geringer als diejenige des 4ufspulens, damit die laufenden Fäden fest und straff gehalten werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Apparat zur Durchführung des obigen Verfahrens, welcher aus den folgenden Bestandteilen besteht? Schmelzer mit Spinndüsenplatte und Pump·= vorrichtung, Konvergenzführung, Transportieret ttel, Dämpfer oft als Dampfkonditionierer bezeichnet, weil der Dampf die

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Fäden konditioniert), herkömmliche Aufspulvorrichtung und mechanischer Vorrichtung zur Steuerung des Verhältnisses, der linearen Geschwindigkeiten der Transportier- und der \ufspulvorrichtungen„

synthetische lineare Polyamide (hierbei sollen auch Mischpolyamide eingeschlossen· sein) können beispielsweise die mit ihren Schmelzpunkten in der Folge angegebenen verwendet werden*

Poly^epsilon-caprolactam 214⁰C

Poiyhexamethylenadiparnid 248⁰C

Polyhexamethylensebacanid 209⁰C

Poly~icappa-aminoundecylsäure 187⁰C Mischpolyairid aus Hexamethylenciiammoniumadipat und Epsiloncaprolactam im Gew_o™Ver~ hältnis 80:20. 220⁰C

estrudierten Häufig wird das Abkühlen der/PoIyamidfäden durch einen quer ihres ./eges gerichteten Luftstrom beschleunigt= In jedem Fall hängt der Verfestigungspunkt (unterhalb welchem die gegebenenfalls verwendete Konvergenzführung und die vorliegende gesteuerte Transportiervorrichtung angebracht ist) von der Geschwindigkeit dor Durchmesserverringerung und dem jeweils gewählten Polyamid ab, Deshalb wurden einige Polyamidschmelzpunkte oben angegeben«

Die gesteuerte Transportiervorrichtung kann beispielsweise aus angetriebenen Greifrollen (wie schon erwähnt) oder

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einem sog« angetriebenen "Godet"* um welches die Fäden herumgeführt werden, und zwar zwecxkmäßigerweise nachdem sie durch eine Konvergenzführung in ein Bündel gesammelt wurden, bestehen» Sine solche Führung kann jedoch auch unnötig sein, wenn beispielsweise eine Reihe paralleler

dies

Fäden aus einer Reihe von Spinndüsenöffnungen/In einer ge-

gMl~M2J0ä,
raden Linie/gesponnen werden. Um eine unerwünschte Oszillation der Fäden im Dämpfer zu vermeiden, wird es vorgezogen, wie es oben schon angedeutet wurde, daß sie durch Regelung der Geschwindigkeit der Trans ρ ort iervorr ichtung auf einige. Prozent weniger als die der Aufspulvorrichtung straff gehalten werden. Mit anderen Worten, es ist nur ein geringer Grad von Verstreckung oder Elongation unterhalb der Transportiervorrichtung erlaubte

Der Dämpfer oder die Dampfbehandlungsνorrichtung kann verschiedene Ausführungsformen aufweisen« Gewöhnlich handelt es sich hierbei um einen vertikal angeordneten Behälter mit offenen Enden und kreisförmigem Querschnitt, d. h„ um eine Röhre, in welchem eine Dampfatmosphäye aufrechterhalten wird und durch welche die Fäden auf ihrem Abwärtsweg zur Aufspulverrichtung hindurchgeführt werden» Wenn die Fäden in einer parallelen Reihe laufen, ist ein Dämpfer von rechteckigem Querschnitt geeignet„ unter der Annahme, daß keine Konvergenzführung zum Sammeln der Fäden in ein Bündel verwendet wurde.

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Mit dem folgenden Beispiel ist beabsichtigt, die Erfindung zu erläutern» aber nicht zu beschränken.

Beispiel

Zu Fig. 1 der beigefügten bildlichen Darstellung s 20 Fäden aus Polyhexamethylenadipamid werden (in bekannter Weise)schmelzgeeponnen und zwar rait Hilfe eines Schmelzers 1, in 3iner Führung 2 gestirneIt, durch den lämpfer 4 abwärtsgeführt (oh.ie die bei 3 gezeigten Greifrollen) und mit einer linearen jeschwindigkeit von 1200 m/min durch eine» aerkömmliche Vorrichtung aufgespult, wobei ein Spinnkuchen 5 entsteht. Die extrudierten Fäden werden durch einen durch den Pfeil 6 angedeuteten Luftstrom gekühlt» Die Geschwindigkeit des Polyamid-

1
durohsatzGs a*'?.s. dea Schmelzer/beträgt 2,9 kg/st. Der Gesamtdenierwerb der aufgespulten Fäden beträgt 182» Die letzteren v/er-'ien hierauf a*if da« dreifache ihrer ursprünglichen Länge ausgezogen, wi<? ea in rig» 2 der beigefügten Zeichnung angedeutet is 5, wo:, in 'J der.. Zulieferungsspinnicuchen, 7 die Zuführrollen und 8 die S'reohrollen und 9 eine herkömmliche Aufspulspindel bozeichuec. Die Umfangsgeschwindigkeit der Streckrollen ist etwas größer als die dreifache Geschwindigkeit der Zuführrollen 7, so daß ein leichter Schlupf der Fäden und eine nachfolgende Musammenaiehung fcprücksichfcigt wird» Das erhaltene ans 20 Fä-ien be3t«hende .Garn hat somit einen Gesamtdenierwert von (50o

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Daß obige Verfahren miva num gemäß fier Erfindung abgeändert,

:'&&£ Zeichnung
indem die in Figo l/bei 3 gegeigten Gisifrollen eingeführt werden, welche angetrieben werä©a, so daß die Fäden einige Prozent weniger schnell als die Aafspulgesehwindigkeit befördert werden$ welchyletztere unverändert bei 1200 m/min bleibt. Si&^lmt®^{n mi}fl60 m/min. Gleichzeitig wird der Durchsatz des Schmelzers um 10 #, d. h« auf 3»2 kg/st, gesteigert.

Der Gesamtdenierwert, der bei 5 in JPig· 1 aufgespulten Fäden ist somit um 10 $ größer, d. h. 200. Mit anderen Worten, der Durchsats des Schmelzers 1 wurde um 10 % erhöht. Die aufgespulten Fäden werden mit einem gesteigerten effektiven Verstreckverhältnia von 5,3 verstreckt um ihren höheren Denierwert auszugleichen, so daß das erhaltene Garn nach wie vor einen Gesaratdenierwert von 60 aufweist« Trotz des gesteigerten Durchsatzes des Schmelzspinnapparatee, der durch die Erfindung erreicht wird, werden die Eigenschaften des verstreckten Garns nur geringfügig wie folgt verändert:

Reißfestigkeit in g/Denier

Eigenschaften des Garns

Dehnungsfähigkeit bis zum Reißen

Bekanntes Verfahren

Erfindungsgemäßes Verfahren mit gesteigertem Durchsatz

5,0 4,7

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BAD ORKaSN AlPat ent ans prüche:

Claims (1)

1. _ ⁴³⁵³⁶²

   Patentansprüche s

   l.| Verfahren zum Schmelzspinnen hochmolekularer synthetischer!, linearer Polyamide in Päfen, bei dem die Ie1 «taren nach der Verfestigung mit Dampf behandelt und aurüh c?in.e übliche Vorrichtung aufgespult werden, dadurch gektfm*i'.e*/kine1;_f daß die Fäden nach der Verfestigung durch eine Übliche Transport:* <.>c~ vorrichtung mit einer gesteuerten linearen Geschwindigkeit befördert werden, welche gleich oder nahezu gleich der linearen Aufapulgeschwindigkeit ist»

   2ο Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Trarisportlervorrichtung au© angetriebenen Gr elf rollen besteht«

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportiervorriehtung aus einem angetriebenen Godet besteht.

   4ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte lineare Geschwindigkeit der Transportiervorrichtung 97 bis 99 3/4 $> der Aufspulgeschwindigkeit ausmacht»

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