DE1710627C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfaden - Google Patents

Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfaden

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfaden, die aus lullen- und Kernteilen bestehen und aus zwei verschiedenen synthetischen Polymeren zusammengesetzt sind, bestehend aus einer in einem Gehäuse gehalterten, mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen ausgestatteten Spinndüsenplatte, einer Verteilerdüsenplatte, die mit Kanälen ausgestattet ist, sowie Einrichtungen für die Zufuhr der zwei Polymeren.
Vorrichtungen zur Herstellung von Verbundfäden, die aus Hüllen- und Kernteilen bestehen und aus zwei verschiedenen synthetischen Polymeren zusammengesetzt sind, sind an sich bekannt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Herstellung eines Verbundfadens mit einer genau definierten Hüllen- und Kernstruktur, wobei Kern und Hülle aus zwei verschiedenen synthetischen Polymeren bestehen, ermöglicht. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung die Herstellung von Verbundfaden erlauben, die einen hohen Elastizitätsmodul bzw. ein großes Widerstandsmoment aufweisen, bei denen also der ein- oder mehrteilige Kernteil in der Nähe der Peripherie des Querschnitts des Verbundfadens angeordnet ist, und das Kernteil einen Innenteil umschließt, während das Kernteil selbst von einem Außenteil umschlossen wird. Dabei soll insbesondere das Außen- bzw. Hüllenteil aus einem ersten Polymeren mit ausgezeichneter Färbbarkeit bestehen, während das Kernteil aus einem zweiten Polymeren mit ausgezeichneter Elastizität gebildet wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Kanäle der Verteilerdüsenplattc rohrförmige Düsen unter Bildung von Ringkanälen hineinragen, deren Mündungsöffnungen zusammen mit den Mündungsöffnungen der Ringkanäle in einen von der Düsenplatte und der Vertejlerdüsenplatte gebildeten Zwischenraum einmünden, und die Ringkanäle der Verteilerdüsenplatte über Kanäle mit den Einrichtungen zur Zufuhr für das eine Polymer und der Zwischenraum und die Bohrung der rohrförmigen Düse über Kanäle mit den Einrichtungen zur Zufuhr für das andere Polymer in Verbindung stehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders
ίο einfach und störunanfälüg und eignet sich im besonderen Maße zur Herstellung der geschilderten Verbundfäden mit hohem Elastizitätsmodul und großem Widerstandsmoment.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Die Fig. 1, 2 und 3 stellen stark vergrößerte Querschnittsansichten von herkömmlichen, vielkernigen und einkernigen Verbundfaden dar.
Die F i g. 4 bis 9 sind ähnliche Ansichten von Ver-
ao bundfäden, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung herstellbar sind. Die Fig. 10 und 11 sind ähnliche Ansichten von Fasern gemäß der Ausführungsform mit dem ringförmigen Kern.
Die Fig. 12 ist ein diametraler Querschnitt einer
as bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Fig. 13A und I3B und 13C sind Querschnitte in der EbeneXIII-XHI der Fig. 12. Diese zeigen vergrößert verschiedene Durchgangskanäle und öffnungen, mit welchen die in Fig. 12 gezeigte Vorrichtung versehen werden kann, um sie zum Verspinnen von Fäden der in F i g. 4, 6 und 10 gezeigten Arten anzupassen.
Die Fig. 14 zeigt einen Teil der Vorrichtung im Querschnitt, in der Ebene XIV-XIV einer der Fig. 13Abis 13C.
Fig. 15 ist eine teilweise Querschnittsansicht in der Ebene XV-XV der F i g. 12.
Bei den in den F i g. 1 bis 11 gezeigten Ausführungsformen werden die Biege- und die Torsionsfestigkeit durch den Hüllenteil oder die Oberflächenschicht des Fadens stark beeinflußt. Wenn man der Einfachheit halber annimmt, daß der Faden, wie in Fig. I bis 7 und 10 gezeigt wird, einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, dann beträgt der Anteil des Innenteils mit einer Querschnittsfläche von 25 % des Fadens (d.h. der Teil, der innerhalb der Halbierungslinie liegt) der gesamten Biege- oder Torsionsfestigkeit des Fadens nur 12,5 0O des Gesamtwertes. Wird ferner ein mehrkerniger Verbundfaden unter Variierung der Art der Polymeren, der extrudierten Menge, der fcxtrudierungstemperatur u.dgl. mittels einer herkömmlichen Spinndüse für vielkcmigc Fäden versponnen, dann können sich die im Abstand extrudierten Kerne leicht in dem Mittelteil des Fadens ansammeln. Der resultierende Faden erhält daher einen Querschnitt, wie er in Fig. 1 oder 2 gezeigt wird. Obwohl für den Kern ein Material mit einem hohen Elastizitätsmodul verwendet wird, wird nur eine geringe Verbesserung der Biege- und Torsionseigenschaften erhalten.
Auf der anderen Seite besitzen die durch die erfindungsgemäßc Vorrichtung, die weiter unten beschrieben wird, hergestellten Fäden, bei welchen eine Anzahl von Kernen, die aus einer Komponente mit einem hohen Elastizitätsmodul zusammengesetzt sind, gegenseitig im Abstand angeordnet und in das HüHenteil eingebettet sind, eine hohe Widerstands-
3 ' 4
Rmigkeit gegen Biege- oder Torsionsbeanspruchung liehen nicht nachteilig beeinflußt werden, erhalten und eine verbesserte Elastizität. wird, einer Schrumpfungsbehandlung unterworfen Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis Il wird, dann weist der resultierende dreidimensional wird das die Hülle bildende Material als B und das gekrümmte Verbundfaden gleichfalls ausgezeichnete den Kern bildende Material als A bezeichnet. Die 5 Biege- und Torsionseigenschaften auf. In F i g. U ist ideale Begrenzungslinie zwischen dem Innen- und eine Ausführungsform eines durch die erfindungsdem Außenteil des Fadens, d. h., die Halbierungs- gemäße Vorrichtung hergestellten Verbundfadens linie (H) wird durch eine gestrichelte Linie ange- gezeigt, der einen dreieckigen Querschnitt besitzt geben. und im wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufWenn der Hüllenteil aus einer Komponente mit io weist, wie der in Fig. 10 gezeigte Faden mit kreiseinem extrem niedrigen Elastizitätsmodul zusammen- förmigem Querschnitt.
gesetzt ist, kann beim Verbiegen der Faser eine An- Fig. 12 ist ein Querschnitt durch eine Ausfühzahl von Kernen entsprechend der Biegungsdefor- rungsfcrm der zum Verspinnen der Verbundfaden mierung des Hüllenteils verschoben werden, so daß nach den Fig. 4 bis 11 verwendbaren erfindungsdie Biegefestigkeit des Fadens verringert werden ts gemäßen Vorrichtung. Die in Fig. 12 gezeigte Vorkann. Nach einer Torsion des Fadens tritt jedoch richtung besteht aus einer äußeren Spinndüsenplatte keine derartige Verschiebung mehrerer Kerne auf, 16, die mit einer oder mehreren Spinnöffnungen 14 weil die Torsion eine konzentrische symmetrische versehen ist, einer inneren Verteilerdüsenplatte 15 Belastung ist. Der durch die erfindungsgemäße Vor- mit Kanälen 9, in die unter Bildung von Ringrichtung hergestellte vielkernige Faden weist daher 20 kanälen rohrförmige Düsen 10 hineinragen, von insbesondere gegenüber der Totsionsverforniung ein denen jede mit einer der Spiunöffnungen 14 koaxial ausgezeichetes Verhalten auf, und ist 'laher für tex- ausgerichtet ist, einem Zwischenraum 8, der von der turiertes Garn, welches dadurch hergestellt wird, daß inneren Verteilerdüsenplatte 15 und der äußeren — wie bei dem Falschzwirnverfahren — der Faden Spinndüsenplatte 16 begrenzt ist, und der mit den verdreht wird, besonders geeignet. Wird der viel- 35 Leitungen 13 von den Spinnöffnungen 14 und mit kernige Faden falsch verzwirnt, dann besitzt der er- den Auslaßenden 11 und 12 der Kanäle 9 bzw. haltene Faden ausgezeichnete Kräusel. Um die Wi- Düsen 10 in Verbindung steht, sowie Zuführleitunderstandsfähigkeit gegenüber einer solchen Torsions- gen für die Überführung des geschmolzenen und belastung zu erhöhen, ist es erwünscht, daß eine unter Druck gesetzten Spinnmiterials sowohl in die Vielzahl von Kernen, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, 30 Düse 10 als auch in den Zwischenräume, und Zusymmetrisch und konzentrisch angeordnet ist. Die führleitungen für die Zuführung des anderen gevielkernigen Fäden, bei welchen die Symmetrie, wie schmolzenen und unter Druck gesetzten Spinnmatein den F i g. 6 bis 9 gezeigt, oder die konzentrische rials in die äußeren Kanäle 9. Das Polyamid B und Anordnung mehr oder weniger stark gestört ist, kön- das hochelastischcPolyamid A werden in die Zufuhrnen jedoch auch als im wesentlichen konzentrisch 35 kammern 1 und 2 für die Polymere durch Getriebebezeichnet werden, so daß auch hier ein zufrieden- pumpen eingeleitet. Die beiden Polymere werden stellender Effekt erwartet werden kann. durch die Kanäle 3 bzw. 4 in die Reservoire 5 und 6
Bei dem herkömmlichen Verbundfaden vom Kern- überführt.
Hülletyp, wie er in F i g. 3 gezeigt wird, ist ein Poly- In den Zwischenraum 8 wird durch den Kanal 7
meres/1 mit hoher Elastizität im Kern und ein Poly- 40 aus dem Reservoirs ein Teil des PolyamidsB, d.h.
meres B mit kleinerer Elastizität in dem Hüllenteil der Hüllen bildenden Komponente eingeleitet und
angeordnet, so daß die Polymere A und B sich in umschließt die Ströme des kcrnbildenden Polymeren A.
konzentrischer Weise gegenüberstehen. Die Fig. 10 das durch die Ringkanäle 9 extrudiert wird. Der
zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Aus- andere Teil des Polymeren B wird durch die Düse 10
führungsform des durch die erfindungsgemäße Vor- 45 extrudiert, wobei ein innerer Strom gebildet wird,
richtung hergestellten Fadens, bei welchem zur Ver- der in die Leitung 13 hineingeführt wird, und der
besserung der Biege- oder der Torsionsfestigkeit im Strom des kernbildenden Polymeren A der durch die
Vergleich mit dem herkömmlichen Verbundfaden Kanäle 9 extrudiert wird, nach außen gedrückt wird,
dieser Art, wie er in Fig. 3 gezeigt wird, das hoch- Das geschmolzene und unter Druck gesetzte kernbil-
elastische Polymere A außerhalb der Halbierungs- so dcndc Polymere A wird aus den Kanälen 9 durch das
linie des Faserquerschnitts liegt und das PolyamicTß Reservoir 6 zur Rildung eines Kerns (oder von Ker-
im Innenteil und im Hüllenteil des Fadens angcord- ncn) extrudiert. Der durch den Kanal 9 extrudirrtc
net ist. Strom des Kerntcils wird dabei zwischen den inneren
In der Fig. 10 wird eine Ausführungsform des Strom des Polymeren B für das lnrcnteil, der durch
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung hergcstell- 55 Düse 10 extrudiert wird und dem äußeren Strom des
ten Fadens gezeigt, bei welchem ein hochelastisches hüllenbiklenden Polymeren ß, das unter Druck aus
Polymeres A und ein Polyamid B konzentrisch ange- dem Zwiscnenraum 8 zugeführt wird, angeordnet. In
ordnet sind. Es ist bekannt, daß bei Störung bzw. d.r Nähe der Üilnunpwündc erfolgt die Verbindimg.
Verlust der konzentrischen Anordnung zwischen den worauf die verbundenen Polymere durch die Leitung
beiden Polymeren A und B in dem Zusammengesetz- 6° 13 und die Spinnöffnung 34 zu eineiii einheitlichen
ten Faden ein derartiger zusammengesetzter Faden Faden, bei welchem das hochelastische Polymere A
bei einer Schrumpfungsbehandlung spiralige drei- als konzentrischer Kernteil angeordnet ist. vcrspon-
dimensionalr kräusel ausbildet. Wenn der durch die ncn wird. Die Zahl Xl bezeichnet einen Befestigungs-
crfindungsgemäße Vorrichtung hergestellten Faden, zylinder.
der durch gemeinsames Verspinnen der Polymeren A 65 \ m den Kernteil konzentrisch innerhalb des Hül-
und B in exzentrischer Anordnung, die nur so weit lenteils anzuordnen, ist es erwünscht, die Gestalt der
geht, daß die erw; Heten Effekte, d. h. die überlege- äußeren Kanäle 9 derjenigen der Spinndüse 14 anzu-
nen Biege- und Torsionseigenschaften im wesent- gleichen. Die Menge und die Anordnung des den
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Kern bildenden Polymeren A, die den Querschnitt so angeordnet ist, daß die innere Begrenzungsfläche des erhaltenen Bikomponentenfadens einnimmt, kann der Polymerschicht A auf einer ideafen Kurve liegt, dadurch unter Kontrolle gehalten werden, daß sorg- die den Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der fältig die Menge des durch den inneren Kanal aus- Peripherie des Fadens halbiert, der Beitrag des hochitrömenden Polymeren, der Durchmesser des Kanals 7 5 elastischen Polymeren A zu der gesamten Biege- oder und der Düsen 19 und die Extrudierungsdrücke ge- Torsionssteifigkeit des Fadens bis auf 50e/o des Gewählt werden. samtwertes ansteigt.
Die Kanäle9 a der Fig. 13A bilden eine Vielzahl Wie bereits ausgeführt, hängen die dynamischen
von Strömen des Polymeren A, die beim Verspinnen Eigenschaften des Verbundfadens von der Anord-
in der in Fig. 4 gezeigten Weise angeordnet und in io nung des schichtartig aufgebauten Kernteils und
das Polymere B eingebettet werden. Die ringförmigen dem Volumenverhältnis der beiden Polymeren und
Kanäle9b der Fig. 13B ergeben einen schichtarti- außerdem sehr stark von dem Elastizitätsmodul des
gen Kern, wie er in Fig. 10 gezeigt wird, während im schichtartig aufgebauten Kernteil verwendeten
die kleinen dreieckartigen Kanäle 9c der Fig. 13C Polymeren ab. Wenn der Unterschied der Elastizi-
einen Faden, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, ergeben. 15 tätsmoduln der beiden Polymeren weniger als lOg/d
Weitere, entweder kreisförmige oder nicht kreisför- beträgt, dann erhält man keinen Verbundfaden mit
mige Fäden können dadurch erhalten werden, daß einem hohen Elastizitätsmodul und ausgezeichneter
eine geeignete Anzahl von Kanälen der gewünschten Fdrbbarkeit, wie immer auch die Anordnung und das
Gestalt und Anordnung vorgesehen sind. Volumenverhältnis variiert werden mag. Im folgenden sollen die dynamischen Eigenschaf- ao Als hochelastische Polymere, die für die erfin-
ten der Fäden in bezug auf den in Fig. 10 gezeigten dungsgemäßen Fäden verwendet werden können,
Typ mit einem schichtartig aufgebauten Kern erläu- können aromatische Polyester, wie Polyäthylentere-
tert werden. Wie oben bereits ausgeführt, beträgt der phihalat und Copolymere, die hauptsächlich aus
vorzuziehende Anteil des hochelastischen Polymeren A Polyäthylenterephthalat bestehen, aromatische PoIy-
in dem einheitlichen Faden 10 bis 50 Volumprozent. 15 amide, wie Polyhexameihylenterephthalamid und
Bei einem Anteil, der geringer als 10 Volumprozent Polyparaxyiylensebacamid, Polycarbonate, Polystyrol,
ist, ist der Beitrag des hochelastischen Polymeren A Polypi apylen, Polyvinylchlorid, Polyharnstoff ge-
zu der Gesamtelastizität, insbesondere zu den Biege- nannt werden,
eigenschaften sehr klein. Als Polyamide, die für die Hüllenteilc des erfin-
Ein besonders geeigneter Faden kann erreicht wer- 30 dungsgemäßen Fadens geeignet sind, können ali-
den, wenn der Anteil des hochelastischen Polymeren phatische Polyamide, wie Polycaprolaktam, PoIy-
in dem Faden weniger als 50 Volumprozent beträgt önantholactam, Polyhexamethylenadipamid, PoIy-
Bei den herkömmlichen Fäden ist beispielsweise, hexamethylensebacamid und deren Copolymere so-
selbst wenn der Anteil des hochelastischen Polyme- wie Copolymere, die aus einem großen Anteil eines
ren, der in dem Kernteil angeordnet ist, 50 Volum- 35 aliphatischen Polyamids und einem kleinen Anteil
prozent beträgt, der Beitrag des hochelastischen eines aromatischen Polyamids, wie Polyhexamethy-
Polymeren zu der gesamten Biege- oder Torsions- lenterephthalamid, Polyhexamethylenisophthalamid,
festigkeit des Fadens nur 25°/o des Gesamtbetrags, Polyundecamethylenterephthalamid, Polymetaxylen-
während bei dem durch die erfindungsgemäße Vor- terephthalamid usw. genannt werden,
richtung hergestellten Faden, selbst wenn der Anteil 40 Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung her-
des hochelastischen Polymeren A wie bei dem her- sicllbare Faden kann Additive, wie Mattierungsmit-
kömmlichen Faden 50Vo beträgt und das Polymere/! tel, Pigmente, Lichtstabilisatoren enthalten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfäden, die aus Hüllen- und Kerntetlen bestehen und aus zwei verschiedenen synthetischen Polymeren zusammengesetzt sind, bestehend aus einer in einem Gehäuse gehalterten, mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen ausgestatteten Spinndüsenplatte, einer Verteilerdüsenplatte, die mit Kanälen ausgestattet ist, sowie Einrichtungen für die Zufuhr der zwei Polymeren, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kanäle (9) der Verteilerdüsenplatte (15) rohrfönnige Düsen (10) unter Bildung von Ringkanälen (9) hineinragen, deren Mündungsöffnungen (12) zusammen mit den Mündungsöffnungen der Ringkanäle in einen von der Spanndüsenplatte (16) und der Verteilerdüsenplatte (IS) gebildeten Zwischenraum (8) einmünden, und die Kanäle (9) der Verteilerdüsenplatte (15) über Kanäle mit den Einrichtungen zur Zufuhr für das eine Polymer [A) und der Zwischenraum (8) und die Bohrung der rohrförmigen Düse (10) über Kanäle mit den Einrichtungen zur Zufuhr für das andere Polymer (B) in Verbindung stehen.
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