DE1660365A1

DE1660365A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mehrkomponentenfasern

Info

Publication number: DE1660365A1
Application number: DE19651660365
Authority: DE
Inventors: Kazumi Nakagawa; Nobuhiro Tsutsui; Keiichi Zoda
Original assignee: Japan Exlan Co Ltd
Current assignee: Japan Exlan Co Ltd
Priority date: 1964-07-02
Filing date: 1965-07-02
Publication date: 1971-09-16
Also published as: FR1442690A

Description

DR. MöLLER-BORi D . PL.-. N G. G R ALFS DR. MAN.TZ

Braunschweig, den ^O.Juni I965

Unser Zeichen: St/E&T - J

Dr. Expl.

Japan Exlan Company Limited I-25, Dojima Hamadori 1-chome, Kita-ku, Osaka, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von· Mehrkomponentenfasern

Priorität Japan vom 2. Juli 1964 Nr. 37 751/6*

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern, die aus mehreren zusammengesetzten oder verbundenen Komponenten bestehen.

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Es ist bekannt, Mehrkomponentenfäden aus wenigstens zwei verschiedenen fadenbildenden Spinnmaterialien herzustellen, indem diese gleichzeitig durch eine gemeinsame Öffnung gepreßt werden. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Schrumpfung oder Quellung der verschiedenen Materialien, aus denen derartige zusammengesetzte Fäden bzw. Fasern erzeugt werden, können in den Fasern Kräuselwindungen entwick»4*kelt werden.

Die bekannten Mehrkomponenten<<fasern haben jedoch den Nachteil, daß die Komponenten der Fasern dazu neigen, sich aufzuspalten oder zu delaminieren. Diese Tendenz ist umso stärker ausgeprägt, je verschiedener die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Komponenten gewählt werden, um die Krauseleigenschaften zu verstärken. Wenn nun die Faserkomponenten sich aufspalten oder delaminieren, gehen die Kräuselungseigenschaften verloren, und das Aussehen der aus derartigen Fasern hergestellten Endprodukte wird beeinträchtigt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, zusammengesetzte Fasern zu schaffen, in denen zwei oder mehr Komponenten fest miteinander vorbunden sind, ohne daß die Gefahr einer Delaminierung besteht.

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BAS

Es wurde gefunden, daß sich diese Aufgabe erfindungsgemäß lösen läßt, indem eine Zwischen- oder Verbindungsfläche zwischen den verschiedenen Komponenten gebildet wird, in der die Komponenten genügend miteinander durchsetzt oder vermischt sind.

Es ist schwierig, den exakten Bereich der Zwischen- oder Verbindungsteile zu bestimmen, jedoch wurde gefunden, daß schon ein sehr kleiner Bereich wie etwa 10 % oder weniger der gesamten Querschnittsfläche der Paser genügt, um die Delaminierung der Komponenten praktisch zu verhindern. * *>-

Ferner wurde gefunden, daß eine derartige Zwischenoder Verbindungsfläche erzeugt werden kann, indem man die Ströme der verschiedenen Spinnlösungen aufeinander stoßen läßt, bevor sie in laminarer Strömung zu einer Spinndüse und durch sie hindurch fließen. Wenn die verschiedenen Lösungen aufeinander treffen, wird ein turbulenter Pluß hervorgerufen, der die Bildung der Zwischen- oder Verbindungsfläche zur Folge hat, in der diese Lösungen gut miteinander vermischt oder durchsetzt sind. Um den erforderlichen turbulenten Fluß zu erreichen, muß man diese verschiedenen Spinnlösungen

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bei relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit und unter einem stumpfen Winkel, vorzugsweise 18O°, miteinander kollidieren lassen.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Erzeugung des gewünschten turbulenten Flusses. Wie bekannt, zeigt die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung getrennte Zufuhrleitungen für eine Mehrzahl verschiedener fadenbildender Materialien und je einen engen Kanal zur Aufnahme der einzelnen Materialien, wobei die engen Kanäle in einen gemeinsamen schmalen Schlitz münden, der mit Spinnöffnungen in Verbindung steht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den engen Kanälen und der Spinnöffnung zweite enge Kanäle angeordnet sind, die jeweils enger sind als der entsprechende erste enge Kanal und unter einem stumpfen Winkel zusammentreffen und in den gemeinsamen schmalen Schlitz münden. Dadurch treffen die verschiedenen Spinnlösungen, die durch die jeweiligen ersten und zweiten engen Kanäle fließen, beim Austritt aus den zweiten engen Kanälen mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit aufeinander, so daß eine Turbulenz erzeugt wird, und dann fließen sie in laminarer Strömung

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an ihrer Zwischenfläohe vermischt, durch den gemeinsamen Schlitz und Spinnöffnung in ein Koagulierungsbad. Wenn gewünscht, kann man einen vergrößerten Raum in dem Bereich vorsehen, wo die zweiten engen Kanäle aufeinander auftreffen, so daß die Lösungen, die miteinander Kollidiert haben, eine Zeit in dem vergrößerten Raum bleiben und sich an der Zwischenfläche weiter vermischen.

Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert und dargestellt.

Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung»

Figur 2 ist ein Schnitt durch diese Vorrichtung entlang der Linie A-A von Fig. 1.

Figur 5 ist eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1.

Figur 4 zeigt ähnlich wie Fig. 3 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßeη Vorrichtung.

Figur 5 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B von Fig. J5 oder 4.

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Figur 6 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die erfindungsgemäß erhaltenen Pasern in schematischer Darstellung.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Spinnvorrichtung zur Erzeugung von Zweikomponentenfasern gemäß der Erfindung dargestellt.

Sie umfaßt eine Spinndüsenplatte 2, in der Öffnungen 1 reihenförmig im Abstand von einander angeordnet sind. Die Platte 2 ist auf einer Führungsplatte 4 befestigt, in der ebenso viel Schlitze angeordnet sind, wie Reihen von Öffnungen 1 vorhanden sind. Diese Platten 2 und 4 sind auf einem Stutzen 5 bzw. am Ende eines Zufuhrrohres 8 mittels einer Fassung 6 und einer Mutter 7 befestigt. Der Einlaßteil des zylindrischen Stutzens 5, der in das Zufuhrrohr 8 eingesetzt ist und dort festgehalten wird, ist mit einem Trenriblech versehen, welches dazu dient, den Einlaßteil in zwei Kammern 9 und 10 zu teilen,. Die eine Spinnlösung wird der einen Kammer 9 zugeführt und die andere der anderen Kammer 10. Das Auslaßteil des zylindrischen Stutzens 5 ist mit einer Mehrzahl enger Kanäle 12, 12* versehen, die durch Trennwände 11 gebildet werden. Die Anordnung ist derart, daß die Kanäle 12, 12* unter abwechselnder Versorgung mit den beiden

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verschiedenen Spinnlösungen mit den Kammern 9 und 10 in Verbindung stehen. Beim Betrieb fließt die erste Spinnlösung von einer Kammer 9 zu abwechselnden Kanälen 12 und dann weiter nach unten in den zugeordneten Schlitz 3 zu den Öffnungen 1. Eine zweite Spinnlösung fließt von der anderen Kammer 10 zu abwechselnden Kanälen 12¹ und ebenfalls weiter nach unten zu dem zugeordneten Schlitz 3· In dem gemeinsamen Schlitz 3 fließen die beiden verschiedenen Lösungen in laminarer Strömung nach unten zu der Reihe von Öffnungen 1 und durch diese hindurch in ein Koagulierungsbad oder Fällbad ( nicht dargestellt), wo sie zusammengesetzte Fäden bilden. Die Konstruktion und Wirkungsweise einer Spinnvorrichtung dieses Typs sind näher in der amerikanischen Patentschrift 3 182 106 beschrieben und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß zwischen den engen Kanälen 12, 12¹ und dem gemeinsamen Schlitz 3 eine besondere Anordnung vorgesehen ist, um dort eine turbulente Strömung hervorzurufen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist zwischen dem unteren flachen Ende jeder Trennungswand und der oberen flachen Oberfläche der Führungsplatte 4 ein sehr schmaler seitlicher Kanal 13, 13¹ ausgebildet.

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Der seitliche Kanal IJ, IJ¹ sollte eng genug sein, um eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit der durch ihn hindurchfließenden Lösung zu bewirken. Ferner sollten die Kanäle 15 und 13¹ einen stumpfen Winkel, vorzugsweise von l8o°, bilden, wie in Fig. J gezeigt ist. Diese Kanäle IJ und 13' treffen aufeinander und führen in den gemeinsamen Schlitz J. Durch diese besondere Anordnung fließt eine Spinnlösung aus einem Kanal 12 mit hoher Geschwindigkeit durch einen engen Kanal IJ. und die andere Spinnlösung aus dem anderen Kanal 12' mit hoher Geschwindigkeit durch den anderen engen Kanal IJ¹. ;Da die Fließrichtungen einander entgegengesetzt sind, kollidieren die Ströme in dem Bereich, wo sich die Kanäle IJ und IJ¹ treffen, heftig miteinander, so daß eine Turbulenz erzeugt wird, die wiederum dazu führt, daß die Lösungen an der Berührungsfläche teilweise durchsetzt und miteinander vermischt werden. Dann fließen die beiden Lösungen in laminarer Strömung ( mit einem Zwischenoder Verbindungsbereich', wo sie vermischt oder durchsetzt sind! durch den gemeinsamen Schlitz J abwärts zu der Reihe von Spinnöffnungen 1.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 4 dargestellt wird, ist eine Ausnehmung 14 am

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Ende der Trennwand 11 vorgesehen. In diesenNPkll fließen die Lösungen xlurch die jeweiligen engen Kanäle I^N¹ aufeinander zu, gelangen beide in die Ausnehmung 14, ver bleiben dort eine Zeit und fließen dann in laminarer Strömung in den gemeinsamen Schlitz j5. Denn während des Verweilens durchsetzen oder vermischen sich die Lösungen teilweise an der Zwischenfläche durch die in der Ausnehmung 14 herrschende Turbulenz.

Da gemäß der Erfindung in dem Zwischen- oder Berührungsbereich zwischen den verschiedenen Lösungen eine Turbulenz erzeugt wird, ensteht zwischen den Lösungen ein Zwischenoder Verbindungsbereich, in welchem die Lösungen gut durchsetzt oder miteinander vermischt sind. Die Lösungen fließen dann durch den Schlitz 3 in laminarer Strömung mit diesem Verbindungsbereich zwischen ihnen, und von da durch die Öffnungen 1 in ein Koagulierungsbad (nicht dargestellt), so daß sich zusammengesetzte Fäden bilden, die einen entsprechenden Zwischenteil aufweisen, durch den die beiden verschiedenen Faserkomponenten fest miteinander verbunden sind, und daß eine Gefahr der Aufspaltung oder Delaminierung besteht. Dies ist gut in Fig. ö zu erkennen.

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Die Erfindung läßt sich nicht nur auf ein Naßspinnverfahren, sondern auch auf ein Schmelzspinnverfahren anwenden. Sie kommt in Betracht für das Verspinnen beliebiger faserbildender Materialien wie Acrylnitrilpolymere, Polyamide, Polyester, Polyvinylchloride, Polyvinylalkohole, Polyolefine, Celluloseacetat, Viskose usw., soweit die Erzeugung von Mehrkomponentenfasern gewünscht wird.

Die Erfindung ist in dem nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert. Alle Teile verstehen sich in Gewichtsteilen.

Beispiel

Spinnlösungen werden aus einem Copolymeren A (Intrinsik-Viskosität 1,5 dl/g in Dimethylforamid) aus 90 Teilen Acrylnitril und 10 Teilen Methylacrylat bzw. einem Copolymeren B (Intrinsik-Viskosität 1,5 dl/g in Dimethylformamid) aus 87 Teilen Acrylnitril und 13 Teilen Methylacrylat hergestellt, indem jedes Polymere in einer 45#-lgen wässrigen Lösung von Natriumthiocyanat su einer 10 #-igen Lösung auf£-elüot wird. Dies« beiden Spinnlösungen werden durch die üplnnvörrichtung der Pi. ■·. ? in j In FiLP :vl, bestehend -iU.^c: ^iii-r 10- Yi* -,i

ORtGiNAL

wässrigen Lösung von Natriumthiocyanat (-3⁰C) gepreßt, um zusammengesetzte Fasern herzustellen. Um festzustellen, wie die beiden Komponenten sich miteinander verbunden haben, werden die wie oben beschrieben hergestellten trockenen Fasern gefärbt und wärmebehandelt, so daß der Farbstoff ausreichend tief in die Faserstruktur eindiffundieren kann. Dann wird der Querschnitt der Faser unter einem Mikroskop untersucht. Es wurde lein scharfer Unterschied an der Grenze der beiden Komponenten festgestellt, sondern ein Übergangsbereich wie in Fig. 6 gezeigt ist., wo die Komponenten durchsetzt oder vermischt sind.

Das gleiche Verfahren wurde mit der Vorrichtung von Fig. 4 durchgeführt, wobei ein ähnliches Resultat erzielt wurde.

Die Fasern wurden zu Garnen versponnen, welche dann verstrickt wurden. Während der mechanischen Verarbeitung wurde keine Delaminierung der Faserkomponenten beobachtet. Bei der üblichen Wärmebehandlung entwickelten die Garne sehr befriedigende Kräuselwindungen.

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Claims

1. Verfahren zum Verspinnen von Mehrkoraponentenfaden aus wenigstens zwei verschiedenen fadenbildenden Materialien unter Auspressen dieser Materialien durch eine gemeinsame Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Materialien in ihrem Berührungsbereich durch Erzeugung einer turbulenten Strömung teilweise vermischt, bevor man sie durch die Öffnung preßt.

2. Verfahren nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialien in engen Strömen, die sich unter stumpfem Winkel treffen, gegeneinander führt und unter Hervorrufung einer turbulenten Strömung aufeinanderstoßen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Materialien nach ihrem Zusammentreffen einige Zeit in einer erweiterten Zone verweilen läßt, bis die Teilvermischung fortgeschritten ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3* mit getrennten Zuleitungen für

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eine Mehrzahl verschiedener fadenbildender Materialien und je einem engen Kanal zur Aufnahme diesei? einzelnen Materialien, wobei die engen Kanäle in einen gemeinsamen schmalen Schlitz münden, welcher seinerseits mit Spinnöffnungen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den engen Kanälen (12,12") und dem gemeinsamen Schlitz (J) jeweils zweite Kanäle (IjJ, Γ5¹ ) vorgesehen sind, die enger sind als die ersten Kanäle (12, 12*)und unter stumpfem Winkel aufeinandertreffen und in den gemeinsamen Schlitz O) führen.

5. Vorrichtung nach Aöspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Treffpunkt der zweiten engen Kanäle (13,IjJ¹) ein vergrößerter Hohlraum (l4) vorgesehen ist.

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