DE1660659C3 - Vorrichtung zum Verstrecken von unverstreckten Polyesterfäden - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verstrecken von unverstreckten Polyesterfäden, die wenigstens 80 Moiprozent Äthylenterephtalateinheiten enthalten und deren Titer der Einzelfäden unter 150 den liegt, wobei die unverstrecktenTFäden in einer Mehrzahl von Windungen um eine Zuführwalze, die auf eine Temperatur (7"C) in dem Bereich von dem Übergangspunkt zweiter Ordnung der unverstreckten Fäden (Tg¹C) bis zu einer Temperatur, die um 55° höher als Tg¹C ist, erhitzbar ist, geführt sind und dabei auf eine zur Bildung des Einschnürpunktes erforderliche Temperatur erhitzt und von der erhitzten Zuführwalze zu einer Streckwalze geführt werden.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (US-PS 90 077). Bei dieser Vorrichtung kann der Einschnürpunkt jedoch nicht sicher festgelegt werden, so daß eine gleichmäßige Verstreckung nicht gewährleistet werden kann.

Es ist eine Vorrichtung bekannt (DT-PS 9 51 290), die zum Verstrecken von Fäden aus Acrylsäurenitril dient und die eine auf 150⁰C erhitzte Zuführwalze aufweist, der eine Druckwalze zugeordnet ist, die metallene Außenfläche aufweist. Auch mit dieser Vorrichtung läßt sich eine gleichmäßige Verstreckung nicht erreichen. Dasselbe gilt auch für die bekannte Vorrichtung zum Kaltverstrecken von Fäden aus Polyamid und Polyurethan nach der CH-PS 2 91 152, die eine nicht erhitzte Zuführwalze aufweist, der eine Druckwalze mil elastischer Außenfläche zugeordnet ist

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung dei eingangs genannten Art so auszuführen, daß dei Einschnürpunkt sicher festgelegt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der erhitzten Zuführwalze eine frei drehbare Druckwalze zugeordnet ist, die eine elastische Außenfläche aufweist und so angeordnet ist, daß sie wenigstens die letzte Windung der um die erhitzte Zuführwalze gewickelten Fäden in Berührung mit der Außenfläche der erhitzten Zuführwalze drückt und daß die durch ihre Achse und die Achse der Zuführwalze verlaufende Linie mit dem Radius der Zuführwalze, der durch die Stelle hindurchgeht, an der die Fäden von der Zuführwalze ablaufen würden, wenn die Druckwalze nicht vorhanden wäre, einen Winkel von nicht mehr als 20° bildet

Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung geschaffen bei deren Arbeiten sich keine Verschlechterung des elastischen Materials der Außenfläche der Druckwalze zufolge Wärme ergibt, wobei außerdem überraschender Weise die Fäden nicht beeinträchtigt werden und eine Festlegung des Einschnürpunktes bequem und sicher erhalten wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird es bevorzugt (Anspruch 2), daß der erhitzten Zuführwalze und der Druckwalze eine Vorspanneinrichtung bestehend aus einer Klemmwalze und einer Abgabewalze vorgeordnet ist, von denen die Abgabewalze sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, welche zu der Umfangsgeschwindigkeit der erhitzten Zuführwalze in einem Verhältnis von 1 :1,001 bis 1 :1,030 steht Mit einer solchen Vorspanneinrichtung wird im Gegensatz zu bekannten Vorspanneinrichtungen, die eine Fadenbremse aufweisen (CH-PS 2 91152), den Fäden gleichmäßige Vorspannung erteilt, so daß der erhitzten Zuführwalze und der Druckwalze gleichmäßiges Fadengut zugeführt wird, wodurch wiederum deren Wirkung noch sicherer erhalten wird.

Der Gegenstand des Anspruchs 2 soll daher nur Schutz im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 genießen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung;

Fig.3 ist eine im vergrößerten Maßstab gehaltene Ansicht, welche die relativen Stellungen der erhitzten Zuführwalze und der Druckwalze gemäß F i g. 2 klarer erkennen läßt

Auf einer Spule 1 sind ungestreckte Fäden 2 aufgewickelt Mit 3 ist eine Abgabewalze bezeichnet, die sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zusammen mit einer über ihr angeordneten Klemmwalze 4 dreht Eine zylindrische erhitzte, angetriebene Zuführwalze 6 zieht die ungestreckten Fäden 2 von der Spule 1 über eine Führung 5 ab. In der Zuführwalze 6 ist ein nicht dargestelltes Heizelement angeordnet.

Die erhitzte Zuführwalze 6 dreht sich mit einei Oberflächengeschwindigkeit, die etwas größer als die der Abgabewalze 3 ist, so daß den Fäden 2 die erforderliche Vorspannung erteilt wird. In der Nähe dei erhitzten Zuführwalze 6 ist eine Trennwalze 8 angeordnet Die Fäden werden um die erhitzte Zuführwalze 6 und die Trennwalze 8 in einer erforderlichen Anzahl von Windungen herumgewickelt

wie sie für die Erhitzung erforderlich ist, ohne jedoch ein Rutschen der Fäden hervorzurufen.

Mit 7 ist eine Druckwalze bezeichnet, die sich dreht, während sie mit der Oberfläche der erhitzten Zuführwalze 6 in Berührung steht, und sie drückt entweder mehrere Fadenwindungen einschließlich der letzten Windung an die erhitzte Zuführwalze 6 etwa an deren Ablaufstelle oder nur die letzte Windung an die erhitzte Zuführwalze € an, wodurch der Einschnürpunkt genau an der Berührungsstelle der beiden Walzen ohne Schwankung festgelegt ist

Unter der fc&itzten Zuführwalze 6 ist ein geschlitzter Heizkörper 9 angeordnet, unter dem eine Streckwalze 10 und eine Trennwalze 11 für die Streckwalze vorgesehen sind. Die Fäden werden durch die Streckwalze 10 abgezogen und verstreckt Die verstreckten Fäden werden, wenn es erforderlich ist, mittels des geschlitzten Heizkörpers 9 wärmebehandelt

Bti der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß die Obe-flächentemperatur FC der erhitzten Zuführwalze 6 in dem Bereich von Tg⁰C bis (Tg + 55)°C liegt, wobei Tg¹C den Übergangspunkt zweiter Ordnung der ungestreckten Fäden darstellt Wenn Tniedriger als Tg wird, wird den unverstreckten Fäden die zum Verstrecken erforderliehe Wärme nicht erteilt, und dies führt zu einer Färbungsungleichmäßigkeit in den gestreckten Fäden. Wenn T höher als (Tg + 55) wird, haften die ungestreckten Fäden durch Anschmelzen aneinander und kristallisieren teilweise, so daß dann das Verstrekken aller Fäden ohne irgendeinen Bruch schwierig v/ird. Ein bevorzugter Bereich von Γ erstreckt sich von (Tg + S)⁰CbJs(Tg + 25)° C.

Eines der wesentlichen Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die Anordnung des Beruhrungspunktes, an welchem die Druckwalze 7 mit der Oberfläche der erhitzten Zuführwalze 6 in Berührung steht Mit Bezug auf F i g. 3, die eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht der Walzen 6 und 7 ist, ist es erforderlich, die Lage des Berührungspunktes derart zu bestimmen, daß der Winkel α, der von einem Radius, der einen Punkt B, an welchem die Fäden von der erhitzten Zuführwalze 6 ablaufen, wenn die Druckwalze 7 nicht verwendet wird, mit der Mitte A der erhitzten Zuführwalze 6 verbindet, und einem Radius, welcher die Berührungsstelle D mit der Mitte A der Walze 6 verbindet eingeschlossen ist, 20° nicht überschreitet.

Wenn dieser Winkel Λ, in der der Vorbewegungsrichtung der Fäden entgegengesetzten Richtung gemessen, 20° übersteigt weil der Einschnürpunkt auf der Oberfläche der erhitzten Zuführwalze 6 über den Bogen B-D schwankt, dann kann die Verstreckung ungleichmäßig werden, und weil die Strecke, auf welcher die gestreckten Fäden mit der erhitzten Zuführwalze 6 in Berührung stehen, sich zufolge des Unterschieds der Umfangsgeschwindigkeit der erhitzten Zuführwalze 6 gegenüber der Geschwindigkeit der auf diese Walze laufenden gestreckten Fäden vergrößert, wird das Auftreten von Aufbauschungen bzw. Verdickungen hervorgerufen.

Wenn andererseits der Winkel <x, in Richtung der Vorbewegung der Fäden gemessen, 20° überschreitet, treten die verstreckten Fäden mit der Druckrolle in Berührung und nicht mit der Zuführrolle. Da das die Außenfläche der Druckrolle bedeckende elastische Material relativ geringe Härte hat, führt diese Berührung zu einer Beschädigung der Oberfläche der Druckrolle, was dazu führt, daß Verdickungen auftreten und die Möglichkeit des Fadenbruchs vergrößert wird. Gleichzeitig wird es notwendig, die Druckrolle oftmals zu ersetzen. Weiterhin schwankt wiederum der Einschnürpunkt mit dem Ergebnis, daß die Verstrekkung ungleichmäßig wird, was wiederum zu ungleichmäßigem Färben und zur Bildung von Verdickungen u. dgl in den Fäden führt

Ein bevorzugter Bereich des Winkels α ist 0 bis 3°. Bei einem solchen Winkel wird die für die Fäden schädliche Reibung auf einem Minimum gehalten, während eine genügende Erhitzung und eine bestimmte Fixierung des Einschnürpunktes aufrechterhalten werden, so daß es ermöglicht ist das Verstrecken mit hoher Geschwindigkeit auszuführen.

Ein Streckverhältnis, das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung angewendet werden kann, liegt im Bereich von 2,0 bis 6,0, und eine anwendbare Streckgeschwindigkeit liegt im Bereich von 50 bis 4500 m/min, was bedeutet daß mit einem Streckverhältnis und mit einer Streckgeschwindigkeit gearbeitet werden kann, die höher als die gewöhnlich verwendeten Werte sind.

Den unverstreckten Fäden kann, bevor sie auf die erhitzte Zuführwalze 6 gelangen, auch eine vorbestimmte Vorspannung im Bereich von 10 bis 90% der Spannung erteilt werden, die an der Einschnürstelle Y vorhanden ist.

Um die Druckwalze 7 an die erhitzte Zuführwalze 6 anzudrücken, können gewöhnliche Mittel, wie eine Feder, Druckluft oder Öldruck, verwendet werden.

Durch diese Arbeitsweisen wird die Druckwalze 7 derart gegen die erhitzte Zuführwalze 6 gedrückt daß der Einschnürpunkt der unverstreckten Fäden festgelegt werden kana

Die Oberfläche der Druckwalze 7 ist aus elastischem Material, wie Kautschuk, gebildet und die Oberflächenhärte des elastischen Materials, gemessen nach JIS (Japanese Industrial Standard) K-6301, beträgt vorzugsweise 30 bis 95.

Die Oberfläche der erhitzten Zuführwalze 6 kann glatt oder gerauht sein.

Die bei der Erfindung verwendeten Polyesterfäden sind Fäden mit einem Titer je Einzelfaden von weniger als 150 den, und die Doppelbrechung der nicht verstreckten Fäden liegt im Bereich von 0,0005 bis 0,0150. Unverstreckte Fäden mit einer Grundmolaren Viskositätszahl bzw. Strukturviskositäten zwischen etwa 0,3 und !,2 können verwendet werden.

Bei dem üblichen Streckverfahren werden, wenn unverstreckte Fäden mit einer Strukturviskosität kleiner als 0,5 verstreckt werden. Verdickungen hervorgerufen, und ein zufriedenstellendes Verstrecken kann nicht ausgeführt werden. Jedoch wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht, ein zufriedenstellendes Verstrecken von ungestreckten Fäden durchzuführen, deren Strukturviskositäten unter 0,5 liegt. Polyesterfaser mit einem solchen geringen Wert ist als Faser wertvoll, die hinsichtlich des Auftretens von Verdickungen, die einen allgemeinen Nachteil einer gewöhnlichen Polyesterfaser darstellen, verbessert ist.

Der Querschnitt von Polyesterfäden, die bei der Erfindung verwendet werden können, kann kreisförmig, nichtkreisförmig (dreieckig, fünfeckig, flach, kreuzförmig usw.) sein oder eine Hohlform (kreisförmig oder nicht kreisförmig) bilden. Insbesondere wenn Fäden mit nicht kreisförmigem Querschnitt oder mit nicht kreisförmigem Hohlquerschnitt mittels des üblichen

Streckverfahrens verstreckt werden, nimmt die Bildung von Verdickungen und die Färbungsungleichmäßigkeit zu. Jedoch ist es mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung möglich, das Verstrecken solcher Fäden ohne Auftreten solcher Nachteile durchzuführen.

Nachstehend werden Erläuterungen hinsichtlich von Meßmethoden gegeben, auf die in den unten folgenden Beispielen Bezug genommen wird.

a) Methode zum Bestimmen des Übergangspunktes
zweiter Ordnung Tg

Der Wert Tg ist in der US-PS 25 56 295 definiert. Die Messung erfolgte nach einem Volumen-Dilatometrie-Verfahren, das von Bekkedahl (J. Research N.B.S., 42, 145 [1949]) angegeben ist Im Fall nichtkristalliner unverstreckter Polyäthylenterephthalat-Fäden ist Tg = 69⁰C.

b) Methode zum Bestimmen der
Strukturviskosität η

In o-Chlorphenol wurden 1,25% einer Probe bei 100⁰C aufgelöst Die spezifische Viskosität η_ψ der erhaltenen Lösung wurde bei 35⁰C gemessen, und die Strukturviskosität η wurde aus der Gleichung

= lim

Vsp

berechnet. ^c~*° ^c

c) Methode zum Bestimmen der Doppelbrechung An

Die Doppelbrechung wurde unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops mit einem gekreuzten Nickelprisma, wie es von A. N. J. H e i η in Text Research J., 22, 513 (1952) berichtet ist gemessen.

d) Methode zum Bestimmen der
Färbungsungleichmäßigkeit

Es wurde eine Probe gewirkt und ein gewirktes Prüfstück wurde in einer Lösung gefärbt, die 3% eines Farbstoffs, bezogen auf das Prüfstück, enthielt und in der das Prüfstück 90 Minuten bei 100⁰C gekocht wurde. Die Färbungsungleichmäßigkeit des gefärbten gewirkten Prüfstückes wurde durch Betrachten mit dem bloßen Auge beurteilt und das Ergebnis wurde in N.B.S.-Einheiten umgewandelt. Die Beziehung zwischen der N.B.S.-Einheit und der Beurteilung mit dem bloßen Auge ist folgende:

e) Methode zum Bestimmen der
Spannungsungleichmäßigkeit verstreckter Fäden

Diese Spannungsungleichmäßigkeit wurde mittels des Elastizitätsmessers »Dynagraph II« gemessen, wie er von der Firma Herbert Stein und Co. hergestellt wird. Eine Probe lief mit einer gemessenen Geschwindigkeit von 24 m/min ab, und bei einem Streckverhältnis von 10% wurde die Änderung der Spannung zu dieser Zeit

ίο kontinuierlich gemessen. Der Unterschied zwischen der maximalen Spannung von der minimalen Spannung einer Probefadenlänge von 8 m betrug R, was kontinuierlich lOmal gemessen wurde (für 8 m χ 10 = 80 m kontinuierlich gemessen). Die Span-

■ 5 nungsungleichmäßigkeit ist der Mittelwert aus den erhaltenen R- Werten.

f) Methode zum Feststellen von Verdickungen
in verstreckten Fäden

Es wurde die Anzahl Verdickungen je 1 000 000 m verstreckter Fäden gemessen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert:

Beispielelbis4

Polyäthylenterephthalatspäne mit einer Strukturviskosität η von 0,65 wurden bei 288° C geschmolzen, durch eine Spinndüse mit Öffnungen mit einem Durchmesser von 0,25 mm extrudiert und dann mit einer Geschwindigkeit von 930 m/min aufgewickelt so daß unverstreckte Fäden mit einem Gesamtdenier von 261 erhalten wurden.

Die unverstreckten Fäden hatten eine Strukturviskosität η = 0,63, einen Übergangspunkt zweiter Ordnung Tg = 69°C, eine Doppelbrechung An — 549~⁵ und eine Spannung, bei welcher die Einschnürung auftrat von 0,36 g/d.

Die unverstreckten Fäden wurden unter Verwendung der in F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung verstreckt

N.B.S.-Einheit

Beurteilung durch Betrachten mit bloßem Auge

0,0-0,5
0,5-1,5
1,5-3,0
3,0-6,0
6,0-12,0
mehr als 12,0

Spur

geringfügig

merklich

erheblich

stark

sehr stark

und wärmefixiert während die Oberflächentemperatur der erhitzten Zufürwalze 6 unter den nachstehenden Bedingungen geändert wurde.

Vorspannung 0,10 g/d

Streckverhältnis 3,67

Streckgeschwindigkeit 500 m/min

Durchmesser der erhitzten

Zuführwalze 6 100 mm

Anzahl von Umwicklungen der

Fäden um die erhitzte
Zuführwalze 7

Berührungszeit der Fäden mit

der erhitzten Zuführwalze 0,775 Sek.

Temperatur des von den Fäden

durchlaufenen Teiles des geschlitzten Heizkörpers 9 240⁰C

Die Eigenschaften der
belle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

erhaltenen verstrecktea wärmefbaerten Fäden sind in der nachstehenden Ta-

Oberflächen- Festigkeit
temp, der
erhitzten Walze

CQ fe/d>

Dehnung

Färbungsun- Spannungs- Verdkkungen

gleichmäßigkeit ungleich- je 1000000

litSSigkeit Meter

Beispiel 1	70	433	273	1,5	9,0	0.4
Beispiel 2	80	5,03	273	0.0	83	0.2
Beispiel 3	100	5,01	27,2	1,0	9,2	<tf
Beispiel 4	120		27J9	2,0	13.4	1.0

Beispiele 5bis 10

Die unverstreckten Fäden, welche die gleichen wie bei den Beispielen 1 bis 4 waren, wurden unter Verwendung der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 2 verstreckt und wärmefixiert, während die Streckgeschwindigkeit und die Anzahl Umwicklungen der Fäden um die erhitzte Zuführwalze unter den nachstehenden Bedingungen geändert wurden.

Durchmesser der erhitzten
Zuführwalze 100 mm

Oberflächentemperatur der
erhitzten Zuführwalze 85⁰C

Temperatur des von den Fäden
durchlaufenen Teiles des geschlitzten Heizkörpers 240⁰C

Die Eigenschaften der erhaltenen verstreckten wärmefixierten Fäden sind in der nachfolgenden

Vorspannung	Anzahl der	Streck	0,10 g/d	Tabelle 2 wiedergegeben.	Dehnung	Färbungs	Spannungs	Ver
Streckverhältnis Tabelle 2	Um	geschwin	3,67			ungleich	ungleich-	dickungen
	wicklungen	digkeit	Zeit der	Festigkeit		mäßigkeit	mäBigkeit	je 1 000000 m
			Berührung
		(m/min)	mit d. er-		(0/0)
	7	64	nilclCll i-M führwalze		26,4	1.0	7,7	23
	7	80	(Sekunden)	(g/d)	27,1	0,5	8,0	0,6
Beispiel 5	7	640	6,1	5,10	27,0	O1O	8,4	03
Beispiel 6	7	2560	4,8	5,03	27,3	0,5	8,8	0,7
Beispiel 7	2	500	0,45	5,09	27,3	0,5	9,3	1.1
Beispiel 8	8	500	0,15	5,08	27,5	0,0	8,0	0,2
Beispiel 9		0,22	5,03
Beispiel 10		0,88	5,05

Die Zeit der Berührung der unverstreckten Fäden mit der erhitzten Zuführwalze, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erforderlich ist, und durch Berechnungen erhalten wird, die auf experimenteilen Bedingungen basieren, liegt im Bereich von 26,5 bis 0,14 Sekunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verstrecken von unverstreckten Polyesterfäden, die wenigstens 80 Molprozent Äthylenterephthalateinheiten enthalten und deren Titer der Einzelfäden unter 150 den liegt, wobei die unverstreckten Fäden in einer Mehrzahl von Windungen um eine Zuführwalze, die auf eine Temperatur (TC) in dem Bereich von dem Obergangspunkt zweiter Ordnung der unverstreckten Fäden (Tg¹C) bis zu einer Temperatur, die um 55° höher als TgC ist, erhitzbar ist, geführt sind und dabei auf eine zur Bildung des Einschnürpunktes erforderliche Temperatur erhitzt und von der erhitzten Zuführwalze zu einer Streckwalze geführt, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzten Zuführwalze (6) eine frei drehbare Druckwalze (7) zugeordnet ist, die eine elastische Außenfläche aufweist und so angeordnet ist, daß sie wenigstens die letzte Windung der um die erhitzte Zuführwalze gewickelten Fäden in Berührung mit der Außenfläche der erhitzten Zuführwalze drückt und daß die durch ihre Achse und die Achse der Zuführwalze verlaufende Linie (A-D) mit dem Radius (A-B) der Zuführwalze, der durch die Stelle (B) hindurchgeht, an der die Fäden von der Zuführwalze ablaufen würden, wenn die Druckwalze nicht vorhanden wäre, einen Winkel (α) von nicht mehr als 20° bildet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzten Zuführwalze (6) und der Druckwalze (7) eine Vorspanneinrichtung bestehend aus einer Klemmwalze (4) und einer Abgabewalze (3) vorgeordnet ist, von denen die Abgabewalze sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit dreht, welche zu der Umfangsgeschwindigkeit der erhitzten Zuführwalze in einem Verhältnis von 1 :1,001 bis 1 :1,030 steht.