DE1435461A1

DE1435461A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Textilprodukten

Info

Publication number: DE1435461A1
Application number: DE1964F0042095
Authority: DE
Inventors: Hartmann Dr Ludwig
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1964-02-22
Filing date: 1964-02-22
Publication date: 1968-10-31
Also published as: US3379811A; DE1435461C3; GB1107861A

Description

Carl Freudenberg . 19.2.1964

Weinheim/Bergstr. Dr.O/Sn OF 335

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Textilprodukten

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zur Herstellung von Textilprodukten direkt aus der Schmelze oder Lösung fadenbildender Hochpolymere geeignetes Verfahren, welches auf einer besonderen Weise des Ausspinnens derselben beruht, sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung.

Die Herstellung von Textilprodukten aus hochpolymeren Substanzen unter Überspringung der separaten Herstellung von Pasern, der Verstreckung und des Schneidens derselben wurde auf dem Gebiete der nichtgewebten Vliesstoffe mehrfach versucht. So wurde vorgeschlagen, Lösungen oder Schmelzen von faserbildenden Polymeren aus spritzpistolenartigen Runddüsen auszupressen und in spinnwebartiger Form aufzufangen? diese Methode liefert jedoch infolge mangelnder Orientierung der Kettenmoleküle beim Ausspritzen aus den relativ groben Runddüsen infolge hoher Turbulenz der Luftströme und mangels gerichteter Verzugskräfte keine Materialien mit der erforderlichen Festigkeit. Weiterhin wurde vorgeschlagen, das Ausgangsmaterial aus Runddüsen auszupressen, die Lösungs- bzw. Schmelzströme mittels elektrischer Kräfte zu zerteilen und ebenfalls in Form von Faservliesen aufzufangen; auch den auf dieser Grundlage hergestellten Produkten fehlt die erforderliche

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!Festigkeit - abgesehen von. anderen Eigenschaften, die von Textilien verlangt werden.

Bei diesen Versuchen hatte man Spinnlöcher mit großem Querschnitt verwendet. Mach einem anderen Verfahren hat man vorgeschlagen, Rundspinndüsen mit Düsenbohrungen unter 1 mm Durchmesser (wie sie beim Sckmelzspinnverfahren üblich sind) zu verwenden; hierbei werden filamente (d.h. "unendliche" Fasern) ausgesponnen, die in einem gewissen Abstand von der Spinndüse konzentrisch zu Strängen zusammengefaßt und mit Hilfe von konzentrisch eingebrachten Luftströmen sowie elektrischen Feldern aus den Spinndüsen herausgezogen und zu Wirrfaser^liesen verteilt werden. Es ist jedoch schwierig, mit Hilfe dieser Methode gleichmäßige Textilgebilde größerer Breite herzustellen, da bei der hierfür notwendigen Verwendung mehrerer Spinndüsen v'-ie einzelnen ihnen zugeordneten elektrischen Felder sich in ungünstiger Weise gegenseitig beeinflussen. Auch ist auf diese feise eine Gleichmäßigkeit der Orientierung der Kettenmoleküle, ...^lobe eine wichtige Voraussetzung für eine gute Qualität synthetischer Textilfasern ist, schwierig zu erreichen; denn zufolge der konzentrischen Anordnung der Luftströme bzw. elektrischen Felder sind die im Inneren der Stränge befindlichen filamente anderen AbküMungsverhältnissen ausgesetzt als die jrjeripheren.

Schließlich ist noch vorgeschlagen worden, Fasern aus der cj^-hmoi _Sc von Hochpolymeren mit Hilfe einer aus zwei aufeinander

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gepreßten Teilen mit eingeschnittenen Längsrillen bestehenden Flachdüse auszuspinnenj hierbei wird das Ausziehen der Fasern mittels zweier konvergierender Luftströme, die aus zwei beidseitig von der Rillenreihe angeordneten Luftschlitzen eingeführt werden, bewirkt. Abgesehen von der auch hier herrschenden Turbulenz (welche eine gleichmäßige Führung der Fasern verhindert), müssen bei dieser Methode sehr hohe Drucke und Temperaturen aufgewendet werden? das bedingt eine Abstützung der Keile mittels Stegen, wodurch eine zusätzliche Behinderung in der Ausbildung gleichförmiger Fadenscharen und damit gleichmäßig dünner Yliese gegeben,ist.

Diese der Bereitung einheitlich orientierter Scharen von endlosen und molekü] orientierten Fasern direkt aus der Schmelze von Hochpolymeren in gewünschter Breite sowie ihrer Überführung in gleichmäßige Vliese entgegenstehenden Schwierigkeiten werden durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Aggregats aus einer speziellen Spinndüse und ihr zu- bzw. nachgeordneter Führungskanale für Gas bzw. Dampf behoben, indem die aus dieser Spinndüse reihenweise in einer Vielzahl austretender Fäden aus geschmolaenem Hochpolymer mittels gerichteter Gas- bzw. Dampfströme verstreckt und verfestigt werden derart, daß eine entsprechende breite Bahn stets zueinander parallel laufender feiner und - zufolge weitgehender iäolekülorientierung - sehr fester Filamente ausgebildet wird.

Das Aggregat (und die ihm zugrundeliegenden Prinzipien) werden für eine bevorzugte Ausführungsform anhand der anliegenden Zeichnungen im einzelnen wie folgt erläutert:

iAD ORDINAL.

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Die Spinndüse (Abt. 1) besteht aus einer länglichen Stahlplatte (a) mit einer in der Mitte sich über die Gesamtlänge erstreckenden

-pyramidenförmigen etwas abgeplatteten Kante (b). Die Stahlplatte ist rückseitig bis zur Spitze der Pyramide hin keilförmig ausgefräst derart, daß das Ende des Keils etwa 1,5 bis 3 mm vor der Spitze der Pyramide endet* Die Stegbreite an der Oberseite der Pyramide außen beträgt etwa 1,4 bis 2 mm. In diesen Steg sind zentrisch in einem Abstand von 1,o bis 10 mm (vorzugsweise 2 mm) .Löcher mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,6 mm in der Weise angebracht, daß sie eine gleichmäßige lochreihe (m) an der Außenspitze der Pyramide bilden (Abb. 3). Die Löcher sitzen synuaetrisch auf dem Steg und münden an der Innenseite lotrecht in die keilartige Ausfräsung. Die Länge der Düsen-bzw. Lochreihe kann je nach gewünschtem Endzweck variiert werden. Für Produktionszwecke haben sich Düsen mit 160 bis 300 Löchern bewährt; sie können jedoch auch länger oder (z.B. für Versuchsanlagen) kürzer, d.h. mit geringerer Lochzahl ausgestattet sein. Auf der Vorderseite der Düsenplatte sind in einer Entfernung von 7 bzw. 35 mm je zwei halbkreisförmige Längsrillen (d) bzw. (e) von je 10 mm Oberbreite parallel zu der - die Lochreihe tragenden - pyramidenförmigen Kante (b) eingefräst (Abb. 1),

Zur Inbetriebnahme der Spinndüse werden zwei Aufsetzplatten nach dem Schema der Abbildung 2 auf die Düse aufgesetzt. Die \ Aufsetzplatten weisen eine angeschrägte Kante (f) auf, die derart an der Außenseite der Düsenpyramide ansteht, daß ein · Durchgangsschlitz (g) von etwa 0,3 mm ausgebildet ist. Vergrößert ■ und übertrieben dargestellt, hat der Durchgangsschlitz (g) eine

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annähernd parallele Führung zu der Reihe von Düsenbohrungen, wodurch ein besonders günstiger I'ührungseffekt der Filamente bewirkt wird (Abb. 2). Je ein solcher Durchgangsschlitz (g) ist beidseitig der Lochreihe (m) angebracht (Abb. 3). Die Aufsatzplatten tragen an der Unterseite der Kante (f) eine Lippe (h), die mit.der Düse.nplatte den Durchgangs spalt (i) erzeugt. Weiterhin ist einmündend in die Längsnut (d) ein Rakel (j) angebracht, durch den ein Durchgangsspalt (k) ausgebildet ist* Aufsitzend auf der Längsnut (e) der Düsenplatte befindet sich die Längsnut (z) der Aufsatzplatte. Dadurch wird ein länglicher - zur Düsenlochrc-ihe paralleler - Kanal (e-z) gebildet, der bei Inbetriebnahme der Düse von beiden Seiten mit Gas- bzw. Dampfströmen (o) beschickt wird (Abb. 3); jede Düse trägt also vier solcher Zuleitungen.

Beim Ausspinnen werden zunächst durch die Zuleitungen (o) Gasbzw. Dampfströme eingespeist ο Diese Gasströme verbreitern sich in der Längsnut (e-z), treten durch den schlitzförmigen Zugang npch fi<=!""· Tjängsnut (d) über und gelangen dann zwischen den durch den Rakel (j) sowie durch die Lip^e (h) gebildeten Schlitz (k) bzw. (i·) in die durch (b) und (f) ausgebildete Vorkammer. In der Vorkammer haben sich durch diese verschiedenen Passagen die Gasströme derart ausgeglichen, daß schließlich beim Durchgang durch den Spalt (g) ein über die Breite sehr gleichmäßiger, ausgerichteter Gas- bzw. Dampfstrom austritt. Dieses System v„_ nutförmigen Kammern und Schlitzen innerhalb der Spinndüse bewirkt nämlich eine ständige Änderung der Strömungsgeschwindigkeit der Gase, was zu einer wesentlichen Vergleichsmäßigung der

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Strömungskomponenten über die Schiitzbrexte führt. Es wird ζ '.Έ* ein Luftgemisch auf die Längsnut (e-z) mit einem Druck von 0,14 atü eingepreßt, während der Druck in der keilförmigen Vorkammer nur noch 0,11 atü "beträgt.

In die keilförmige Öffnung der Düse wird nunmehr in Richtung (c) faserbildende Schmelze oder Lösung eingepreßt, so daß aus den Löchern (m) eine Reihe von Filamenten austreten. Diese werden von den aus den beiden Schlitzen (g = η in Abb. 3) austretenden G-asströmen erfaßt und nach vorn gerissen. Da nun durch die erfindungsgemäß angeordneten Führungskanäle innerhalb der Düse Strömungsrichtung und Geschwindigkeit über die Schlitzbreite gleichmäßig verlaufen, werden die Filamente nicht - wie bei früheren Anordnungen - durcheinander gewirbelt, sondern schon weitgehend in einem gleichmäßigen Strom von der Spinndüse weggeführt.

Diese Art der Verspinnung bewirkt auch, daß die Filamente einen gleichartigen Verzug innerhalb eines Abstandes von 5 mm von den Spinndüsen erfahren. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu den durch die herkömmlichen Konstruktionen bzw. Verfahren gegebenen Wirkungen., "bei denen die Filamente kurz nach dem Verlassen der Düsenlöcher eine Art Verdickung oder Aufblähung, erfahren. Es kann unschwer aus einem 400 u starken Spinnloch ein Filament von 1 u Durchmesser ohne Fadenriß ersponnen werden. Durch diesen enormen Verzug wird eine hohe Orientierung der Fadenmoleküle erreicht, wie sie im allgemeinen erst durch die Kaltverstreckung normal ersponnener Filamente erzielt wird.

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Die berührungsfreie Führung äev Filamente sowie die gleichmäßige Durchführung der Verstreckung und das Einfrieren der erreichten Molekülorientierung sind nicht nur durch die erfindungsgemäße Führung der Gasströme, sondern auch durch die - im folgenden beschrieben - Art der Weiterleitung der Fasern nach dem Verlassen der Spinndüse bedingt (welche somit einen weiteren Teil der Erfindung vorstellt). Anschließend an die Spinndüse ist ein länglicher,rechtwinkliger Führungskanal (s) angeordnet, der sowohl die Filamentenreine als auch die sie umgebenden Gas- bzw. Dampfströme aufnimmt. Der Führungskanal ■-unterscheidet sich in seiner Funktion grundsätzlich von den sog. Anblasschächten, wie sie teilweise beim herkömmlichen Spinnverfahren verwendet werden. Es ist in einem bestimmten Abstand, z.B. 3-8 cm (vorzugsweise 5 cm) von der Spinndüse angeordnet. Seine Einlaßbreite ist bevorzugt größer als die Breite der Schlitzreihe (n) der Spinndüse: breite äov ο Uinlochreihe ν Breite der Gasschlitze Breite der Einlaßöffnung des Führungskanals; b^i einer Spinnlochreihe von 320 min Breite beträgt z.B. die Breite der Gasschlitze 340 mm und die Breite der Einlaßöffnung des Führungskanals 360 mm.

Die Wichtigkeit des Führungskanals ist leicht einzusehen: Die aus den Schlitzen austretenden Gas- bzw. Dampfströme haben natürlich das Bestreben sich auszubreiten; die zufolge der besonderen Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Düse erzeugte Gleichmäßigkeit der Gasströmung würde bei einem Fehlen des Führungskanals bald verloren gehen« Zu einem gewissen Abstand . von der Spinndüse würde vielmehr eine erhebliche Turbulenz der

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G-asströme eintreten, wodurch sich die .Filamente miteinander zu

Strängen verknäueln würden? sie müßten im weiteren Ablauf des Prozesses mühsam wieder entwirrt werden. Außerdem würde ein gleichmäßiger Verzugsvorgang über die gesamte Düsenbreite (von z.B. 160 Löchern) nicht mehr gegeben sein. Die leite des Führungskanals kann z.B. 3 cm betragen, während - wie oben angeführt -- die Düsenschlitze vorzugsweise etwa 0,3 mm weit sind. Die Länge des Führungskanals wird - je-nach Ausgangsmaterial und der Temperatur der zugeführten G-asstrÖme sowie auch!., entsprechend den physikalischen Eigenschaften des betreffenden Hochpolymers - so gewählt, daß die durch die Konstruktion der erfindungsgemäßen Düse linear gesteuerten Reibungs- und Schubkräfte ausreichend lange an den Filamenten angreifen können, bis ihre Verstreckung erfolgt ist; im Falle der Verspinnung von Polycaprolactam genügt z.B. eine Länge· von 40 cm.

Ein weiteres Charakteristikum des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Einsaugen von "sekundären" G-asströmen (r) in die obere Öffnung (p) des Führungskanals. Dies wird dadurch erreicht, daß der Führungskanal einen gewissen Mindestbestand von der Spinndüse hat. Dadurch kann z.B. Raumluft oder sonstige eigens zugeführte Gase zufolge der starken Sogwirkung der in den ^A Führungskanal eintretenden Verstreckungsgasstrome eingesaugt, werden. Die Gleichmäßigkeit der Einsaugung hängt damit yon^ _t.♦ * der Gleichmäßigkeit der Verstreckungsgasstrome tind - wie

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beschriebeil - von der erfindungsgemäßen Düsenkonstrulction ab» ·' J

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Die.Sekundärluftströme (die mengenmäßig die "primären" Gas- bzw. Dampfströme bis zum 10-fachen Betrag überwiegen können) erfüllen eine Reihe von wichtigen Funktionen, deren Ablauf durch den Grad ihrer Temperierung und bzw. oder ihren Druck je nach Bedarf • gesteuert werden kann:

Zunächst einmal tragen sie zur Abkühlung der Schmelzfäden bzw. (infolge der Verdampfung des Lösungsmittels) zur Erstarrung der in Lösung ausgepreßten Fäden bei, Sodann wird mit ihnen das "Wassergleichgewicht" der Fasern auf ihrem Wege zur Ablage eingestellt indem sie einerseits die adiabatische Abkühlung der (mit Dampf vermischten) "primären" Gasströme und damit die Aufnahme erforderlichen Wassers durch die Fasern unterstützen und andererseits überschüssige Feuchtigkeit abführen; die Einstellung dieses Gleichgewichts ist für die gleichmäßige konditionierung der Fasern sehr wichtig. Ferner vervollständigen die sekundären Gasströme durch. Einfrieren die Fixierung der durch den Verzug erfolgten Molekülorientierung der Fasern. Schließlich unterstützt die Einbringung dieser sekundären Gasströme in Bahnrichtung die Parallelführung der Fasern mittels des Führungskanals .

Nach dem Verlassen des Führungskanals wird die Filamentbahn je nach Art des textlien Enderzeugnisses zu Vliesen abgelegt bzw. auf entsprechende. Formen abgesaugt, wofür verschiedene Methoden bekannt bzw. in der Entwicklung sind. Es ist zu bemerken, daß eich die einzelnen Filamente zufolge der erfindungsgemäßen Gasbew. Dampf zuführung erst kurz vor dieeeyf^ö£j£a£igung berühren,

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so daß eine maximale Gleichmäßigkeit der Faserlagerung gegeben ist'.

Zur großtechnischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Mehrzahl von Spinndüsen auf einem Verteiler-Balken zusammengefaßt ι jeder Spinndüse ist dann ein Führungskanal zugeordnet usw. Erst nach dem Verlassen der Führungskanäle werden die Filamentscharen miteinander vereinigt; erfindungsgemäß vorteilhaft in der Weise, daß die Führungskanale in einem gewissen Winkel geschwenkt werden, wodurch die Orte des Auftreffens der verschiedenen Filamentscharen in gewünschter Folge hin und zurück verlegt werden können. Es versteht sich von selbst, daß bei Vorhandensein mehrerer Spinndüsen den einzelnen Spinndüsen gewünschtenfalls verschiedene Arten von Hochpolymeren zugeführt werden können, wodurch sich bei der Ablage entsprechende Mischvliese ergeben.

Die erfindungsgemäße Spinndüse hat sich für die Verspinnung der verschiedensten Polymere bewährt, z.B. für Polyamide, Polyester, Polyolefine, Polyurethane usw. Auch Gemische dieser Stoffe mit Weichmachern und anderen modifizierenden Substanzen lassen sich mit ihr in der erläuterten Weise verspinnen. Darüber hinaus läßt sich die den Gegenstand dieser Anmeldung bildende Vorrichtung (unter entsprechender Modifizierung der Auffang-Aggregate) auch bei der Kunstseide- Herstellung verwenden.-

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Beispiel

Mit einer erfindungsgemäßen Spinndüse wurde Poly-Caprolactam (Nylon - 6) unter folgenden Bedingungen versponnen:

Düsenlochzahl	160
Düsenlochdurchmesser	400 μ
Lochabstand	2 mm
Schlitzbreite	340 mm
Schlitzweite	0,3 mm
Düsejitemperatur	225°
Gasgemisch	luft Wasserdampf
Gastemperatur in der Düse	225°
Gasmenge	1 , 5 Nnr/min

= 10H

Einlaßbreite des Führungskanals 380 mm

Einlaßweite des Führungskanals 30 mm

Länge des Führungskanals 600 mm

Fasertiter 1 den.

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Claims

Patentansprüche:

1.^Verfahren zur Gewinnung von Fila^entscharen aus Hochpolymeren durch Feinverspinnung ihrer Schmelzen oder Lösungen aus geradlinig nebeneinander .liegenden Spinnöffnungen und Verstreckung der Spinnfäden mittels beidseitig an den üpinnöffnungen angreifender G-asströme, dadurch gekennzeichnet, ■ daß diese "primären" G-asströme vor ihrem Angriff auf die Spinnfäden in entsprechend gestalteten, sich über die Breite des Spinnaggregats erstreckenden und beidseitig der Spinnloch— Reihe schlitzartig ausmündenden Kammern in Beseitigung (bzw. Hintanhaltung) von Turbulenzerscheinungen eine Folge von Volum- und Richtungsänderungen erfahren und daß die so linear gerichtete Schar gleichmäßig verstreekter, molekülorientierter Pasern anschließend durch 'einen der Fadenschar entsprechend dimensionierten Führungskanal ausreichender Länge geleitet wird, bevor sie zur Ablage gelangt.

2ν.Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Führungskanal in Richtung der Faserwanderung weitere "sekundäre"G-asstrÖme eingeführt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den "primären" G-asströmen Wasserdampf zugemischt ist.

4« Spinnvorrichtung gemäß anliegenden Zeichnungen zur Durchführung, des Verfahrens nach Anspruch 1. . .

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5. Vorrichtung gemäß anliegenden Zeichnungen zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1-3.

6. Batterie von Vorrichtungen gemäß Ansprüchen 4 und 5.

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