DE1760377B2

DE1760377B2 - Verfahren und vorrichtung zum trockenspinnen von faserbildenden polymeren

Info

Publication number: DE1760377B2
Application number: DE19681760377
Authority: DE
Inventors: Algernon P. Waynesboro; Kiscaden Donald Charles Staunton; Va. Guess jun. (V.StA.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1967-05-11
Filing date: 1968-05-10
Publication date: 1976-11-25
Also published as: FR1563428A; NL6806689A; GB1166783A; DE1760377A1; US3458616A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trockenspinnen von faserbildenden Polymeren, bei welchem die aus der Spinndüse ausgestoßenen Spinnlösungsstrahlen mit einem Gas angeblasen werden, das eine über der Temperatur der Spinnlösungsstrahlen liegende Temperatur aufweist und mindestens teilweise quer auf die Spinnlösungsstrahlen auftrifft, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem derartigen, aus US-PS 28 11 409 bekannten Verfahren werden alle Spinnlösungsstrahlen mit gleichen Temperaturen aus der Spinndüse ausgestoßen und wird das Gas mittels einer Düse unmittelbar über die Spinndüsenfläche geblasen, wobei das Gas Temperaturen oberhalb oder unterhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels besitzen kann.

Aus der US-PS 26 36 217 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, bei dem die Spinnlösungsstrahlen mit einheitlieher Temperatur ausgestoßen werden. Bei diesem Verfahren werden die Spinnlösungsstrahlen in einen entgegenströmenden Gasstrom ausgestoßen, dessen Temperatur etwa dem Siedepunkt des Lösungsmittels entspricht

Nach diesem bekannten Verfahren hergestellte Fäden besitzen keine gleichmäßige Produktgüte, wobei die Unterschiede mit der Erhöhung des Ausstoßes zunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine Erhöhung des Spinnausstoßes oder bei gleichem Ausstoß wie die herkömmlichen Trockenspinnverfahren eine Verbesserung der Produktgüte ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spinnlösungsstrahlen mit unterschiedlichen Temperaturen aus der Spinndüse ausgestoßen werden und zuerst die kühleren und erst dann die wärmeren Spinnlösungsstrahlen mit dem Gas angeblasen werden.

Vorzugsweise werden die Spinnlösungsstrahlen in einer konzentrischen und zylinderförmigen Anordnung ausgestoßen, wobei die kühleren Spinnlösungsstrahlen sich in den Umfangsteilen der zylindrischen Anordnung befinden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Aufheizen getrennter Teile der Spinnlösung auf unterschiedliche Temperaturen und eine Einrichtung zum Zuführen eines Teils der Spinnlösung niedrigerer Temperatur zu den dem ankommenden Gasstrom nächstliegenden Spinnöffnungen und eine Einrichtung zum Zuführen mindestens eines weiteren Teils der Spinnlösung höherer Temperatur zur anderen, in bezug auf den ankommenden Gasstrom entfernter liegender Spinnöffnungen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit kreisförmig ausgebildeter Spinndüse und konzentrisch angeordneten Spinnöffnungen sowie einem nach innen, zur Mitte der Spinndüse gerichteten Gasstrom besitzt vorzugsweise Einrichtungen zur Zuführung des kühleren Teils der Spinnlösung zu den äußeren Spinnöffnungen und Einrichtungen zur Zuführung eines anderen, wärmeren Teils der Spinnlösung zu den inneren Spinnöffnungen.

Die genauen, das beste Ergebnis liefernden Temperaturunterschiede variieren naturgemäß etwas mit dem ausgestoßenen Polymeren und dem verwendeten Lösungsmittel, sowie der Zahl der aus einer gegebenen Spinndüse ausgestoßenen Fäden und den gewünschten Fadeneigenschaften.

Eine relativ einfache Konstruktion der Spinndüse ergibt sich, wenn die Spinnlösungsstrahlen mit zwei verschiedenen Temperaturen ausgestoßen werden. Der Temperaturunterschied beträgt dabei vorzugsweise mehr als etwa 5° C und vorzugsweise weniger als etwa 75° C, wenngleich sich für die meisten Zwecke auch größere oder kleinere Temperaturunterschiede eignen. Temperaturunterschiede im Bereich von etwa 10 bis 50" C haben sich als besonders geeignet erwiesen. Vorzugsweise arbeitet man zwar mit zwei verschiedenen Lösungstemperaturen, man kann jedoch auch mit drei oder mehr verschiedenen Temperaturen der Lösungsstrahlen arbeiten, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, die drei oder mehr Lösungsteile auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Die ausgestoßenen Spinnlösungsstrahlen niedrigerer Temperatur werden dabei jeweils vor den Spinnlösungsstrahlen höherer Temperatur mit dem heißen Gasstrom angeblasen.

Die Erfindung eignet sich hervorragend für das Trockenspinnen von Acrylharz-, Spandex-, Vinyon- und

Cellulosefasern wie auch Fasern aus anderen, für das Trockenspinnen geeigneten Polymeren. Das zur Abdampfung des Lösungsmittels eingesetzt? heiße Gas ist gewöhnlich Luft oder ein inertes Gas. Die Gastemperatur liegt in der Regel mindestens etwa 100⁰C über S derjenigen des kühlsten Strahls.

Die Erfindung eignet sich auch zum gleichzeitigen Verspinnen von zwei oder mehr faserbildenden Polymeren wie verschiedenen Acrylpolymeren oder einem Acryl- und einem Spandexpolymeren. Da das "> Lösungsmittel dem jeweiligen Polymeren entsprechen muß, kann die Verwendung verschiedener Lösungsmittel für jedes Polymere notwendig sein.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Lösungsmittel aus is allen Spinnlösungsstrahlen mit gleicher Geschwindigkeit abdampft. Die Abdampfgeschwindigkeit aus den Spinnlösungsstrahlen, auf die das heiße Gas zuletzt auftrifft, ist daher weitgehend gleich der Abdampfgeschwindigkeit aus den Spinnlösungsstrahlen, auf die das ao Gas zuerst auftrifft. Die in den Polymerfäden in einem bestimmten Abstand unterhalb der Spinndüse verbleibende Lösungsmittelmenge ist somit in dem gesamten Fadenbündel gleichmäßiger. Die Erfindung basiert unter anderem auf der Erkenntnis, daß bei bekannten Verfahren die Temperatur des Gases auf seinem Weg vom Rand der Spinndüse zum Inneren hin stark absinkt und daß hierdurch ein Spinndüsen-Temperatur«?efälle von außen nach innen entsteht, so daß das Lösungsmittel aus den außen befindlichen Spinnlösungsstrahlen wesentlich rascher abdampft als aus den innen liegenden Spinnlösungsstrahlen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 die Unterseite der oberen Verteilerplatte des Spinnkopfes und

F i g. 3 in einer Ansicht von unten die untere Verteilerplatte im Spinnkopf.

Bei der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung wird ein trocknes, erhitztes Gas aus der durch den Gaseinlaß 3 gespeisten, ringförmigen Gasquelle 2 in die Spinnzelle 1 eingeführt. Durch die außenliegenden Spinnöffnungen

5 und innenliegenden Spinnöffnungen 5' der Spinnplatte

6 werden äußere oder randnahe Spinnlösungsstrahlen 4 und innere Spinnlösungsstrahlen 4' einer Lösung eines faserbildenden Polymeren in einem abdampfbaren Lösungsmittel ausgestoßen. Die Spinnplatte ist kreisförmig ausgebildet und das Gas strömt, wio mit Pfeilen eingezeichnet, vom Plattenumfang zur Plattenmitte, wobei es zunächst mit den äußeren Strahlen 4 der ausgestoßenen Lösung nahe dem Umfang der Spinnplatte und dann den inneren Strahlen 4' der ausgestoßenen Lösung nahe der Plattenmitte zusammenkommt.

Aus den Strahlen wird das Lösungsmittel abgedampft, und die auf diese Weise gebildeten Polymerfäden werden in herkömmlicher Weise vom Boden der Zelle abgezogen oder an diesem gesammelt, während man das Gas am Zellenboden oder in dessen Nähe abzieht.

Im oberen Teil der Vorrichtung sind, wie in den Figuren gezeigt, in den Höhlungen 8 und 8' eines Außenmantels 9 Innenmkntel 7 und 7' vorgesehen. Der Innenmantel 7 ist etwas kleiner als die Höhlung 8 in dem Außenmantel; der Raum zwischen dem Innenmantel und der Wand der Höhlung 8 bildet eine Heizkammer für einen Teil der Spinnlösung. Der Lösungseinlaß 10 am Korjf des Innenmantels steht mit einer äußeren Ringnut It des Innenmantels am Kopf der Heizkammer in Verbindung. Vom Boden der Heizkammer führt ein Kanal 12 zum oberen Durchlaß 13 und der Ringzuführkammer 14 in der oberen Verteilerplatte 21, die ihrerseits mit den äußeren Durchlässen 15 und der äußeren Ringausnehmung 16 in der unteren Verteilerplatte 22 unmittelbar über den äußeren Spinnöffnungen 5 in Verbindung steht Eine Ringmutter 23 und eine Kopfschraube haltenden Aufbau zusammen.

In ähnlicher Weise bildet der Raum zwischen der Wand der Höhlung 8' und dem Innenmantel T eine Heizkammer für den anderen Teil der Spinnlösung, der durch den Lösungseinlaß 10' und die Ringnut 11' zugeführt wird. Vom Boden der Heizkammer führt ein Kanal 12' zu dem mittigen Durchlaß 17 und der mittigen Zuführkammer 18 in der oberen Verteilerplatte 21, die ihrerseits mit den inneren Durchlässen 19 und der inneren Ringausnehmung 20 in der unteren Verteilerplatte 22 unmittelbar über den inneren Spinnöffnungen 5' in Verbindung steht.

Die durch den Lösungseinlaß 10' zugeführte Lösung wird auf eine höhere Temperatur als die durch den Lösungseinlaß 10 zugeführte Lösung erhitzt. Die auf die höhere Temperatur erhitzte Lösung gelangt aus dem Kanal 12' zu der inneren Ringausnehmung 20 und wird durch die auf konzentrischen Kreisen nächst der Spinndüsenm'tte liegenden Spinnöffnungen 5' ausgestoßen. Die durch den Lösungseingang 10 zugeführte Lösung (die kühlere der beiden Lösungen) gelangt aus dem Kanal 12 zu der äußeren Ringausnehmung 17 und wird durch die auf konzentrischen Kreisen am Umfang der Spinndüsenplatte liegenden Spinnöffnungen 5 gestoßen.

Die Innenmäntel 7 und 7' sind hohl ausgebildet. In die Räume 25 und 25' durch den Dampfeinlaß 26 bzw. 26' eingeführter Wasserdampf oder anderer kondensierbarer Dampf durchströmt die Rohrleitungen 27 bzw. 27' und Kanäle 28 bzw. 28' zu den Ringräumen 29 bzw. 29', um durch den Auslaß 30 bzw. 30' wieder auszutreten. Kondensat sammelt sich in den Räumen 25 und 25' bis zur Höhe des unteren Endes der Rohrleitungen 27 und 27' und in den mit Ringräumen 29 und 29' in Verbindung stehenden, unteren Räumen 31 und 3Γ, wobei jegliches überschüssige Kondensat durch den Wasserdampf über den Auslaß 30 bzw. 30' entfernt wird. Temperaturfühler 32 und 32' erlauben die genaue Bestimmung der Temperatur, auf die jeder Teil der Lösung erhitzt wird. Der Druck des den Dampfeinlässen zugeführten Wasserdampfes wird mittels nicht eingezeichneter Mittel geregelt, um die Temperatur der zu verspinnenden Lösungen zu regeln, wobei die Temperatur im Raum 25' und dem weiteren Teil seines Zirkulationssystems über derjenigen im Raum 25 und seinem Zirkulationssystem liegt

Beispiel

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung, wobei sich Teil- und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht beziehen.

Zur Erläuterung der Erfindung wird eine 32%ige Lösung von Acrylnitril in Dimethylformamid in zwei Teile unterteilt die dann getrennt in einer Vorrichtung der in der Zeichnung gezeigten Art auf 130 bzw. 155° C erhitzt werden. Die Lösung von 130° C wird durch eine ringförmige Anordnung von 1000 Spinnöffnungen am Umfang der Spinndüse, die Lösung von 155° C durch eine ringförmige, die Spinndüsenmitte umgebende

Anordnung von 1000 Spinnöffnungen ausgestoßen. In die Spinnzelle wird kontinuierlich Kemp-Gas (87 % Stickstoff, 13 % Kohlendioxyd) von 350° C eingeführt und am Zellenboden abgezogen. Das Erspinnen der Fäden in Form von Strahlen mit zwei verschiedenen Temperaturen in dieser Weise liefert ein sehr gleichmäßiges Produkt mit einem Ausstoß von 32 kg/h.

Bei einem Vergleichsversuch, bei dem alle Spinnlösungsstrahlen mit der gleichen Temperatur von 140° C ausgestoßen werden und ansonsten die gleichen Versuchsbedingungen eingehalten werden, wird ein maximaler Ausstoß von nur 27 kg/h erzielt.

In Abweichung von der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung können die Lösungen auch vor dem Ausstoßen eine im wesentlichen gleiche Temperatur besitzen und erst während der Ausstoßung unterschiedliche Temperaturen erlangen. Ein solcher Temperaturunterschied kann durch ein unterschiedliches Ausmaß des Wärmeübergangs zwischen der Lösung und der Spinndüse erhalten werden. Es können z. B. durch eine in der Spinndüsenmitte vorgesehene Wärmequelle, wie einen elektrischen Heizkern, die innenliegenden Spinnlösungsstrahlen stärker als die außenliegenden Spinnlösungsstrahlen erhitzt werden.

Das gleiche Ergebnis kann anstatt durch die Zuführung von Wärme zu der Lösung oder den Spinnlösungsstrahlen auch durch unterschiedliche Wärmeabführung erreicht werden.

Durch Ausdehnung der Kondensaträume zur Spinndüse hin kann man die Spinnlösungen bis zum Zeitpunkt

ίο der Ausstoßung der Spinnlösungsstrahlen aus den Austriltsöffnungen auf genau festgelegten Temperaturen halten. Um die Spinndüse und Verteilerplatten herum und in den Teilen können Isolationen vorgesehen werden. Die die Spinndüse umgebende RingmuUer kann z. B. poliert oder mit einer Aluminiumfolie oder einer anderen Isolationsabdeckung versehen werden. um die Spinndüse vor einer Überhitzung durch das an ihr vorbeiströmende Heißgas zu schützen. Zur Erzielung einer optimalen Strömung der erhitzten Spinnlösungen, einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit, optimaler Druckabfälle u.dgl. können ferner verschiedene Verteilerkanalsysteme vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trockenspinnen von faserbü-

,. denden Polymeren, bei welchem die aus der S Spinndüse ausgestoßenen Spinnlösungsstrahlen mit einem Gas angeblasen werden, das eine über der Temperatur der Spinnlösungsstrahlen liegende Temperatur aufweist und mindestens teilweise quer auf die Spinnlösungsstrahlen auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösungsstrahlen mit unterschiedlichen Temperaturen aus der Spinndüse ausgestoßen werden und zuerst die kühleren und erst dann die wärmeren Spinnlösungsstrahlen mit dem Gas angeblasen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnlösungsstrahlen in einer konzentrischen und zylinderförmigen Anordnung ausgestoßen werden, wobei die kühleren Spinnlösungsstrahlen sich in den Umfangsteilen der zylindrischen Anordnung befinden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1. gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25, 29, 31 und 25', 29', 31') zum Aufheizen getrennter Teile der Spinnlösung auf unterschiedliche Temperaturen und eine Einrichtung (12, 13, 14, 15, 16) zum Zuführen eines Teils der Spinnlösung niedrigerer Temperatur zu den dem ankommenden Gasstrom nächstliegenden Spinnöffnungen (5) und eine Einrichtung (12', 17, 18, 19, 20) zum Zuführen mindestens eines weiteren Teils der Spinnlösung höherer Temperatur zu anderen, in bezug auf den ankommenden Gasstrom entfernter liegender Spinnöffnungen (5).

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 mit kreisförmig ausgebildeter Spinndüse und konzentrisch angeordneten Spinnöffnungen sowie einem nach innen, zur Mitte der Spinndüse gerichteten Gasstrom gekennzeichnet durch Einrichtungen (12, 13, 14, 15, 16) zur Zuführung des kühleren Teils der Spinnlösung zu den äußeren Spinnöffnungen (5) und Einrichtungen (12', 17, 18, 19, 20) zur Zuführung eines anderen, wärmeren Teils der Spinnlösung zu den inneren Spinnöffnungen (5').