DE1660357A1 - Gekraeuselte Fasern und Vorrichtung zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

BESCHREIB TJ HG zur Patentanmeldung der

Firma IMPERIAl CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED, London S. Wo 1, Großbritannien,

betreffend:

Gekräuselte fasern und Vorrichtung eur Herstellung derselben.

Die Priorität vom 5. Februar 1964 in Großbritannien wird in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft gekräuselte fasern aus synthetischen linearen Polyestern, insbesondere solche auf Terephthalsäure-Basie.

Diese Polyeeter-Fasern haben besondere Vorteile als füllmaterial für solche Gegenstände wie Kissen, Steppdecken und'Polster sowie in lextilstoffen.

In der britischen Patentschrift 309 273 ist ein Verfahren «or Haratellung von potentiell kräuselbaren synthetischen linearen Polyserfäden beschrieben, die ihre volle Kräuselung entwickeln !tonnen, nachdem öle einer Behandlung unterworfen wurden, dl«

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Strecken und Schrumpfen enthielt» Dieses Verfahren bestand darin, daß ein Bündel heißser Fäden in einem Schmelzapinnverfahren dadurch abgeschreckt wurden, daß die Fäden auf ihrem Weg von der Spinndüse zu einer Aufwickelvorrichtung mit einem dauernd sich erneuernden dünnen Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche eines Festkörpers in Berührung gebracht wurden, wobei die Temperatur des Filmes beträchtlich unter der der Fäden gehalten wurde; das Fadenbündel berührte dabei den Film aus kühlerer Flüssigkeit in der Weise, daß nur eine Seite jedes Fadens mit dem Flüssigkeitsfilm in Berührung kam. Die so erhaltenen frisch gesponnen Fäden wurden dann gestreckt. Bs wird hervorgehoben, daß das Verfahren besonders zur Herstellung von gekräuselten Fäden mit einer reichen Kräuselung geeignet ist, und daß die gekräuselten Fäden auch in Stapellängen geschnitten werden können, wenn das erwünscht ist» Die sich ergebenden Fasern können dann in der üblichen Weise bei der Textilheratellung verwendet werden, oder sie können mit anderen Stapelfasern vermischt werden.

Sie Erfindung betrifft nunmehr gekräuselte Fasern aus einem synthetischen linearen Polyester, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß sie einen Kräuaelindex von 15 bis 70 JC, eine mittlere Änderungsrate dee Nomentanmodule zwischen 5 und 10 $> Dehnung von 90 bii 160 g/den, einen Denierwert von 1 bis 6 und eine

Asymmetrie des Brechungsindex gemessen über die Breite der

-3 Faser von nicht weniger als 1x10 besitzen.

Diese Fasern sind besondere geeignet in Stapellängen von 2,5 cm bis 25 cm« Wenn sie au einem Füllpolster zusammengefaßt werden, können sie ein spezifisches Volumen von 35 bie 40 ein / gm unter einem Druck von 10 gm wt/cm einnehmen, und nachdem sie mehrfach diesem Druok unterworfen worden sind, während Fasern ähnlicher Denierwerte, jedoch mit nur einer eweldiaen-

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sionalen Kräuselung, unter diesen Bedingungen ein spezifisches Volumen von 30 cnr/gm nicht übersteigen können« Darüber hinaus haben schraubenförmig gekräuselte Fasern eine gröseere üachgiefcigkeit und erholen eich vollständiger von einer Kompression als zweidimensional gekräuselte Fasern. Sie sind deshalb besonders geeignet zum Füllen von Polsterungen, Steppdecken, leichten Bauschstoffen, wie Hausjacken, Schlafsäcke und dergleichen. Wenn die Fasern nach üblichen lextilverarbeitungsverfehren zu Stoffen verarbeitet werden, ergeben sich Stoffe, die eine bessere Knitterfestigkeit, Bauschigkeit und Deckung haben.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung «ur Herstellung der angegebenen gekräuselten Fasern aus einem synthetischen linearen Polyester, welche einen porösen, kegelstumpfföraiigen mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Hohlkörper aufweist, an dessen benetzter Oberfläche die kreisförmig angeordneten Fäden bei ihrem Weg von der Spinndüse zur Aufwickelvorrichtung entlanggeführt werden. Diese Abschreckung der Fäden erfolgt in einem Abstand von, 10 bis 36 cm von der Spinndüse. Bei weniger als 10 cm (4 Zoll) treten Laufschwierigkeiten auf, wahrend bei mehr als 36 cm nur eine geringfügige Kräuselung hervorgerufen wird, die aur Herstellung der angegebenen Fasern ungeeignet ist. Die bevorzugte Oberfläche ist mit einem hohlen, glasgebundenen, keramischen Aggregat versehen, das ausreichend por3e ist, so daß Wasser oder eine wäßrige Lösung langst» hlndurclitreten kann. Die Länge der Abechreckfläche in Lauf- . richtung des sohmelzgesponnenen Fadens liegt vorzugsweise zwischen 12 mm und 38 mm_r vorausgesetzt, daß eine adäquate Spannung in den Fadenlauf hereingebracht wird. Is wurde festgestellt, daß eine Spannung von 0,06 gm/den geeignet ist, und daß die Spannung sieht kleiner sein soll als 0,02 jpa/den, um die angegeLfimc Kräuselung herrorsurufexu

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Die Kräusellänge, die in der gestreckten Faaer entwickelt wird, hängt von der Grosse der Spinndüsenöffnung ab. Bevorzugt wird ein kreisförmiges Loch mit 0,38 mm Durchmesser, bei dem sich ein befriedigender Lauf und eine adäquate Kräuselung ergeben» Es ergibt sich jedoch ein Kompromiss zwischen guten Laufeigenschaften aber geringerer Kräuselung, wenn Löcher mit kleinerem .Durchmesser von etwa 0,22 mm verwendet werden, und eine stärkere Kräuselung aber schlechtere Laufeigenschaften, wenn SpinndUsenlöcher mit gröeserem Durchmesser von etwa ^ 0,76 mm verwendet werden. Unter den genannten Bedingungen können Aufwickelgeschwindigkeiten von 1370 m/min erfolgreich verwendet werden. Bevorzugt werden Geschwindigkeiten von 910 m/min;eine Verringerung der Lochgrösse oder eine Vergrösserung des Spinndiisen-Abschreckungs-Abstandes kann dadurch kompensiert werden, daß die Aufwickelgeechwindigkeit erhöht wird, weil die Kräuselzahl und der Kräuselindex sieh beide mit der Aufwickelgeschwindigkeit erhöhen.

Es wurde festgestellt, daß die Kräuselzahl und der Kräuaalindex unabhängig vom Wasserfluss sind, so lange ausreichend Wasser da ist, um die Fäden auf der keramischen Abschreckfläche W an Ort und Stelle zu halten_o Wenn ein Baumwollstoff als . Abschreckfläche verwendet wird, erhöht sich jedoch die Kräuselung, wenn der Wasserfluß verringert wird. Die verwendeten Durchflußmengen fallen in den Bereich von 0,5 bis 1,5 cm /min pro Quadrateentimeter nutzbarer Abschreckfläche.Wird dieser Durchfluß mit der Fadenzahl in Verbindung gebracht, ergibt sich ein Bereich von 0,5 bis 0,9 cm /min pro Faden,

Wenn Aufwickelgeschwindigkeit, Lochgrösee und Abschreckflächenlage gegeben sind, erhöht sich die Kräuselung mit dem Spinn-Denier-Wert pro Faden. Geeignete Spinntemperaturen fur PoIy-

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Ethylenterephthalat ändern sich mit der Eigenviskosität des Polymere, aber für eine Eigenviskosität von 0,67 sind Paekungstemperaturen im Bereich τοη 280 "bis 286⁰C brauchbar. Die untere Grenze der Bigenviskosität bei befriedigendem Spinnen liegt bei 0,39. Unterhalb dieses Wertes wird die Häufigkeit von Padenlinien~Zusammenbrüchen zu groß, um ein gesponnenes Faserbündel guter Qualität nach dem Verfahren au erzeugen_a

Vorzugsweise hat die Absehreckfläche eine solche Grosse und Fork und liegt in einer solchen Lage, daß frei fallende Fäden ™ den Betrieb der Einheit nicht stören können. Um das au erreichen, muß der größte horizontale Durchmesser des zu verwendenden Abschreckkörpers, der innerhalb einer konischen Anordnung von Spinnfäden verwendet werden soll, kleiner sein als der Durchmesser der kreisförmigen Spinndüsenloch-Reihe, und zwar um wenigstens 6 mm<, Bei der bevorzugten Konstruktion ist dieses Haß 16 mm₀ Bs ist wichtig, daß die Absohreckfläche so geformt ist, daß sich eine sanfte Einführung für die Spinnfäden ergibt« Bei der bevorzugten Konstruktion wirkt der

obere Seil des Abschreokkörpers als Einführung für die Fäden, und kann, konisch oder konvex ausgebildet sein. Eine Tangente λ an diesem oberen Teil 1st vorzugsweise um 20° zu einer korrespondierenden Tangente an die Haupt-Absohreckfläche, die ihrerseits konisch oder konvex sein kann, geneigt. Ein unerwünschter abrupter Wechsel der Neigung am Treffpunkt der beiden konischen oder konvexen Flächen wird dadurch vermieden, daß die bohlen Flächen mit einer dritten, leicht gekrümmten Fläche ineinander übergehen, deren Krümmungsradius in der vertikalen Ebene, die die Symmetrieachse des Abschreokkörpers enthält, nicht kleiner ist als 6 mm. Ein grösserer Einlaufwinkel könnte sicher verwendet werden, wenn der Krümmungsradius der übergangsfläche zwischen dem oberen und dem unteren Teil dee Konus ebenfalls vergrb'eeert wird»

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JDie Fäden im gesponnenen Zustand können zu einem Fadanbündel mit einem Denierwert von beispielsweise 6OQo000 zusammengefaßt werden, und in Dampf auf das 2,0 bis 4-fache ihrer ursprünglichen Länge gestreckt werden, G-ewünschtenfalls kann ein Wasserstreckverfahren verwendet werden, und in dieseia Falle muß sich an ein Streckverhältnis von 2 bis 3,5 ein zweites Strecken von 1 °ß> bis 20 % arischliessen, daß in einer getrennten Stufe herbeigeführt wird, während das Fadenbündel, baispieleweise mit einer heissen Platte, auf wenigstens 11O⁰C erwärmt wird. Wenn diese Dehnungsstufe weggelassen wird, ist die endgültige Kräuselung sehr sohlecht„

Daa gestreckte Fadenbündel ist sehr bauschig und stark gekräuselt, wenn die Spannung nachläßt. Das Fadenbündel wird dann geschnitten und die Fasern wärmefiliert„ Dieser ungewöhnliche Schritt, nach dem Schneiden durch Wärme zu fixieren, ist beim erfindungsgemässen Verfahren notwendig, weil eine Drehung der Fasern um ihre Achsen erforderlich ist, wodurch die Kräuselung verbessert wird. Geeignete Temperaturen zum Wärmefixieren sind 130° bis 200⁰C. In einem speziellen Fall sind der Krauselindex und die Kräuselzahl (Kräuselungen auf einer gestreckten ...Länge von 25 mm) von Fasern bei Wärmefixierung vor dem Schneiden 26 i» bzw. 2,7? während beim Schneiden vor dem Wärmefixieren die entsprechenden Kräuselwerte 42 % und 3,1 waren. Ein bevorzugter Bereich für den Kräuselindex liegt bei 35 bis 50 # und bei einer Kräuselzahl von 2,5 bis 3,5-

Es ist wichtig, daß die Fasern gut voneinander getrennt <3ind und nicht in Bündel gruppiert sind, ehe die Wärmefixierung erfolgt, was beispielsweise durch Oberflächenspannung ies Wassers oder einer anderen Flüssigkeit in den Fasern hervorgerufen werden kann. Wenn die Fasern während des Fixierens behindert eindl·» wird da» Endprodukt drastisch herabgesetzt. Die Art und

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Weise und die Zeitspanne, in der ein wäßriger Finish aufgebracht sind, sind deshalb wichtig« Wenn der Finish unmittelbar vor dem Schneiden auf das Fadenbündel aufgebracht werden muß, muß das mit einen minimalen Feuchtigkeitsgehalt geschehen, soweit unter Berücksichtigung einer gleichförmigen Verteilung des Agens auf die Fasern möglich. Wenn Dampfstrecken verwendet wird, kann der Finish in einem Bad vor dem Streckrahmen aufgebracht werden, das nasse, gestreckte Faserbündel muß jedoch gemangelt werden, um den Flüssigkeitsgehalt des Fadenbündels auf wenigstens 30 Gewicht spross ent herabzudrücken, ehe das ^

Fadenbündel geschnitten wirdo Darüber hinaus ist es erwünscht, ^ eine Trockenstufe einzusetzen, ehe geschnitten wird, sofern dafür gesorgt wird, daß die Fadenbündeltemperatur in dieser Stufe 60⁰C nicht übersteigt. Wenn Wasserbadstrecken verwendet wird, kann das Finish im Streckbad selbst gelöst sein, und die folgende Erhitzung des Fadenbündels unter Spannung hat auch einen wertvollen Trockenaffekt. Wenn Finish aber nicht im Streckbad aufgebracht werden kann, ist ea erforderlich, nach dem Strecken auf das heisse, trockene Fadenbündel wenigstens ein antistatisches Mittel aufzubringen» Wenn diese Vorsorgemaßnahme nicht getroffen wird, ist das Fadenbündel schwierig zu behandeln. *

"Kräuselindex" wird definiert ale

2 χ 100

¹I

wobei I^ die Faserlänge unter einer Belastung von 0,1 g/don und 1 die Faserlänge unter einer Belastung von 0,005 g/ den isto Kräuselzahl ist die Anzahl von schraubenförmigen Windun gen, einschließlich Bruchteilen, in einer Länge 1 geteilt durch die Länge I₁. Die mittlere Änderungerate des Momentan-

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modus zwischen 5 % und 10 $ Dehnung wird aus einer Kurve einer spezifischen Last in Gramm/Denier und Dehnung erhalten, indem der Unterschied zwischen den Tangentensteigerungen an den Punkten für 5 i> und 10 56, gemessen in Gramm/Denier/Einheitsspannung genommen und durch 0,05 dividiert wird.

In der Zeichnung ist schematisch ein Schnitt durch eine Spinndüse mit Abschreckkörper, also ein Teil einer Vorrichtung zur Durchfuhrung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt.

Fäden, die von einer kreisförmigen Spinndüse 1 mit einer Reihe von Löchern 2 in einen ringförmigen Trog 3 kommen und die in einem Kreis angeordnet sind, werden zu einem keramischen Traversierführer (nicht dargestellt) geführt, der einem Aufwickelmechanismus zugeordnet ist. Zwischen diesem und der Spinndüse 1 befindet sich ein Abschreckkörper 4, der aus einer hohlen porösen keramischen Schale 6 mit einem Einlaß 5 für die Abschreckflüssigkeit besteht. Der größte Durchmesser des AbsohreckkörperB 4, der in der Aufsicht kreisförmig ist, ist 89 mm, der Körper verjüngt sich zum unteren Ende hin auf 83 mm. Die Oberseite verjüngt eich auf einen kleineren Kreisdurchmesser und bildet den Oberteil der Absohreckfläche. Tangenten zwischen dem unteren und dem oberen Teil der Abschreckfläche, die konvex sein kann, die aber als ein Doppelkegel dargestellt ist, schliessen einen Winkel von 20° ein. Die Oberseite und die Unterseite der keramischen Schale werden mit Gummidichtungen 8 abgedichtet, die mit Messingplatten 9 und 10 mittels Klemsohrauben 11 und 12 festgehalten werden, die ihrerseits auf Gewinde 13 festgezogen werden können.

Der Abstand zwischen der Spinndüsenöffnung und dem ersten Berührungspunkt mit der Abschreckfläche beträgt 13 cm«.

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1,5 m -unterhalb der Abschreckflache, gesehen In Richtung der Fadenlinie, befindet eich eine Konvergenzführung in Form eines kreisförmigen Rings von 1 cm lichter Weite.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele erläutert, aber nicht beschränkt werden.

Beispiel 1

Polyethylenterephthalat mit einer Eigenviskosität von 0,67 wird durch eine Spinndüse mit 154 löchern von je 0,38 mm Durchmesser schmelzgepreßt, die in einem einzigen Kreis von 53» 16 mm liegen. Die Temperatur der Wand einer Filtersandpackung unmittelbar in der Nachbarschaft der Spinndüse wird auf 283⁰C gehalten. Die gesponnenen Fäden werden auf eine Spule mit einer Lineargeschwindigkeit von 910 m/min aufgewickelt. Der Denierwert des gesponnenen Fadenbündels beträgt 1670. Ein hohler, konisoher, poröser, keramischer Abschreckkörper, dessen maximaler Durchmesser 84»15 cm beträgt, und dessen Tiefe 38 mm beträgt, liegt zwischen der Spinndüse und der Aufwickeleinheit, so daß der Boden des Abschreckkörpers sich 165 mm unter der Spinndüse befindet. Wasser bei Zimmertemperatur fließt mit 135 co/mln vom Inneren des Abschreckkörpera nach ausscn, und die schmelsgeepazmenen Fäden werden durch die Oberflächenspannung des Wassers mit der konischen keramischen Oberfläche in Berührung gehalten. Das gesponnene Fadenbündel wird aufgehaspelt, so daß sich ein Gesamtdenlerwert von 50.000 ergibt, und in einem Dampfbad in einem Verhältnie von 1 : 3,3 gestreckt. Das gestreckte Fadenbündel wird dann gemangelt, für 3 Hinuten auf eine Temperatur von 55⁰C unter Spannung erhitzt, mit einer wäßrigen Lösung eines Appreturmittel^ besprüht, in 38 mm geschnitten und 12 Minuten lang bei einer Temperatur von 135⁰C in einem Luftofen w&ruefixitrt. Diese Fasern hatten eine Festigkeit von 4,3 g/Ίβη,

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-Ίο -

eine Bruchdehnung von 51,5 #» einen Anfangsmodus von 32,8 g/ den, einen Kräuselindex von 35 #» eine Kraueelsahl von 9 Kräuselungen pro gestreckten 25 mm, einen Denierwert von 4»2 und eine mittlere Anderungarate des Momentanmodus im Bereich von 5 bis 10 £ Dehnung, die im Bereich von 90 bis 160 ^/ den liegt« Die Fasern zeigen auch eine Differenz des Brechungsindex zwischen den beiden Seiten der Faser grosser als 2 χ 10 . Die Pasern wurden an Vliesen eusammengefaßt, die etwa 0,54.kg/m wiegen. Nach mehrfacher einachsiger Belastung mit einem Druck von 10 g/cm ergab sich ein spezifisches Volumen des Vlieses von 36 cm /g unter diesem Druck.

Beispiel 2

Polyethylenterephthalat nit einer Eigenviskosität von 0,67 wird von einer Spinndüse mit 154 Löchern von je 0,38 mm Durch-r messer, die in einem kreisförmigen Bogen mit einem Radius von 53,16 mm angeordnet sind, Bchmelzgesponnen. Der Denisrwert des gesponnenen Fadenbündels beträgt 1850 und die Äufwiekelgesohwindigkeit 760 m/min« Ein konischer, poröser, keramischer Abschreckkörper wird symmetrisch innerhalb der Spinnfüdenanordnung angeordnet,, Vasser sickert zur Aussenseite des Körpers mit einer Rate von 100 cc/min» Die Temperatur der Wand der Sandpackung in der Nähe der Spinndüse beträgt 282°C. Das gesponnene Fadenbündel wird zu eines Dtnierwert von 100.000 aufgehaspelt und dann in Danpf im Verhältnis von 1 * 3,3 gestreckt, gemangelt, mit einem Pinishmittel besprüht, atif 10 cm geschnitten und dann 4 Hinuten bei 135 C wärmefixiert. Die Fasern haben einen Kräueelindex von 25 ';*, eine KräuselEahl von 8 Kräuselungen pro gestreckcen 25 mm, eine Zähigkeit von 5 g/den, eine Bruchdehnung, von 50 #, einen Anfangsmodus von 29 g/den, eine mittlere Änderunßsrafco des Momentanmodus zwischen 5 und 10 i> Dehnung im Bereich von 90

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bis 16Ö g/den und einen Denierwert von 4,3» Der Unterschied des Brechungsindex zwischen den beiden Seiten des Fadens beträgt 2 χ 10"^»

Diese Fasern werden zu einem Garn von 1/28 Eanragarnzählung mit 9 Windungen pro 25 nim Z-Drall verarbeitet, und anschliessend werden zwei Fäden des Garn3 mit 6 Windungen pro 25 mm 3-Drall doubliert. Die Garne werden zu einem glatten gewebten Stoff verarbeitet, der geblasen, gereinigt, getrocknet, geschert und wärmefixiert wird. Pasern, die mechanisch ge- ^ kräuselt sind, und die gleiche Länge und Denierwerte haben wie die schraubenförmig gekräuselten Fasern, werden zur selben Garnzählung und zum selben Drall verarbeitet, und die Garne werden anschliessend su einem glatten gewebten Stoff verarbeitet, der in der beschriebenen Weise endbehandelt wird. Sowohl die Probe mit schraubenförmiger Kräuselung als auch die mit mechanischer Kräuselung wird in "Shirley" kombinierten Knitter- und Steifetester bezüglich der Falt-Wiedererholung oder Knitterfestigkeit in trockenem und nassem Zustand untersuchte In beiden Fällen wird auch die Stoffdicke unter einer Belastung von 0,05 kg/cm gemessen und das spezifische Volumen des Stoffes berechnet. Die folgende Tabelle zeigt die Ver- i besserung durch die schraubenförmige Kräuselung gegenüber der mechanischen Kräuselung«

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Stoffeigenschaft	Kräuselung	mechanisch
Spezifisches Volumen (mni/cz/Bq. yard) Palt-WiedererholUDß trocken Falt-Viedererholung nass	schraubenförmig	0,075 156° 156°
0,086 164° 161°

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 ο Gekräuselte Pasern aus einem synthetischen linearen Polyester, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Kräuselindex von 15 his 70 %, eine mittlere Änderungsrate dee Momentanmoduls zwischen 5 und 10 # Dehnung von 90 hiß 160 g/den, einen Dsnierwert von 1 bis 5 und eine Asymmetrie dee Brechungsindex gemessen über die Breite der Faser von nicht weniger als \ χ )Q besitzen.

   2, Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern eine Länge von 2,5 bis 25 cm besitzen und bei einer Behandlung in kochendem Wasser eine Minute lang eine Schrumpfung von weniger als 1 $> aufweisen·

   3. Gekräuselte Fasern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Füllstoffe für Kissen, Steppdecken, leichte Flauschstoffe einschließlich Hausröcke, Schlafsäcke, Polsterungen und dergleichen verwendet werden.

   4o Vorrichtung zur Herstellung von gekräuselten Fasern nach Anspruch 1 bis 3> gekennzeichnet durch" einen porösen, kegelstumpfförmigen mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Hohlkörper, und an dessen benetzter Oberfläche die kreieföraig angeordneten Fäden bei ihrem Weg von der Spinndüse zur Aufwickelvorrichtung entlanggeführt werden«

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