DE1905508A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren - Google Patents

Description

FARBWERKE HOECHST AG. vormals Meister Lucius & Brüning Aktenzeichen: - Fw 5800 - Gm 847

Datum: 30. Januar 1969

Dr.Mei/Mu -

"Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren"

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fasern und Fäden mit guten textlien Eigenschaften nach dem Schmelzspinnver.fahren. Beim Verspinnen von niederviskosen Polymeren werden bisher Spinndüsen mit verhältnismäßig weit auseinanderliegenden Bohrungen, nämlich mit Bohrungsabständen von etwa 10 mm, gemessen von Bohrlochmitte zu .Bohrlochnitte, verwendet, um ein Zusammenkleben der-einzelnen Fäden im Spinnschacht au- verhindern. Diese bekannten Verfahren und Spinnvorrichtungen besitzen jedoch den Nachteil einer geringen Förderkapazität.

Aus der französischen Patentschrift 1 257 932 sowie den US-Patentschrifteji 3 118 012 und 3 1.15 385 ist es bekannt, Fäden aus synthetischen polymeren aus Düsen mit Bohrungsabständen von 0,125 bis 3,2 mm, gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochmitte, zu verspinnen, wobei ein scharfer Strahl eines Ivühlmediums, wie z.B. Luft, unmittelbar unter der Spinndüse für eine rasche· Abkühlung der Fäden sorgt. Dadurch sollen Verklebungen der Fäden vermieden werden. Die Geschwindigkeit des Kühlmediumstromes ist dabei abhängig von dem SchmeHzedurchsatz pro Flächeneinheit der Spinndüse. Es hat sich aber gezeigt, daß dieses Verfahren zur Verarbeitung von niederviskosem Rohstoff ungeeignet ist, da es bei einem Düsen-Bohrlochabstand von weniger als 3,2 mm nicht mehr möglich ist, einon Faden aus niederviskosen Polymeren so abzukühlen, daß er dabei nicht mit anderen Kapillaren zusammenklebt.

009814/1793

Verwendet man Rohstoff der üblichen Viskosität, beispielsweise Polyethylenterephthalat der "intrinsic viscosity" 0,67 gemessen in einer 1 Gew.-#igen Lösung in Phenol/Tetrachloräthan 3/2 bei 20⁰C, so läßt sich zwar mit Hilfe der Anblasung unter der Düse die Spinnspannung erhöhen und auch eine Düse mit Bohrungsabständen kleiner als 3,2 mm, wiederum gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochmitte, ohne Verklebung der Fäden verwenden, doch werden dabei die Fäden unter der Düse sehr ungleichmäßig abgekühlt Die Festigkeit der so hergestellten und später verstreckten Fäden ist, verglichen mit solchen, die nach konventionellen Ver- W fahren hergestellt wurden, erheblich schlechter. Weiterhin ist aus der französischen Patentschrift 1 347 985 bekannt, daß die Festigkeit speziell von hochviskosen Polyesterfäden durch eine Erniedrigung der Spinnspannung mit Hilfe eines sogenannten Rechauffeurs verbessert werden kann. Die Verwendung von Düsenplatten mit gegenüber konventionellen Düsen erhöhter Lochzahl ist aber bei diesem Verfahren unmöglich, da d®na eine Verklebung der Fäden nicht verhindert werden kann.

überraschend wurde nun gefunden, daß eine spezielle loaibinatioxi eines Kühlmediumstromes unterhalb der Spinndüse alt einen zwischen diesem und der Spinndüse durchstreichenden Strom eines heißen gasförmigen Mediums zur Oberwindung der geschilderten Schwierigkeiten führt. Bei dem bisher bekannten Verfahren entsprechend der französischen Patentschrift 1. 257 932 wird der Spinndüse durch den Kühlmediumstrom ständig Wärme entzogen. Wie groß dieser Wärmeentzug ist, läßt sich abschätzen. Für den Wärmetibergang bei erzwungener, Strömung eines Kühlmediums an der ebenen Platte bei konstanter Wandtemperatur gilt

Nu = 0,332 · Re -^1/2 » Pr

wobei Nu = Nusselt'sehe Zahl =

Re = Reynold'ache Zahl an der Stelle χ, «

Pr * Prandel'ache Zahl * >

009834/1783

wobei in den angegebenen Formeln

CL = Wärmeübergangszahl 1 = charakteristische "Länge A = Wärmeleitzahl , ■ IT . .= Geschwindigkeit an der Stelle χ tk- kinematische Zähigkeit des Kühlmediums a = Temperaturleitzahl

(Aus "Grundgesetze der Wärmeübertraguno" von Gröber, Erk und Grigull, Springer Verlag, 1961, S. 194, Gl_% 94).

PUr die Üblichen Schaielz Spinnbedingungen.läßt sich damit die Wärmeabfuhr.durch einen auf die Spinndüse gerichteten Kühlluftetroi· von Zimmertemperatur gegebener Geschwindigkeit abschätzen:

Luftgeschwindigkeit in Meter/Sekunde: 2 5 10 Wärmeabfuhr in ¥ett/ra² 4330 6800 9630

DieterWärmeentBug an der Spinndüsenebfrflache wird gemäß der vorliegenden Erfindung zu eine« wesentlichen Teil durch einen Strom einee heilen Gases oder Dampfes verhindert. Es wurde gefunden, daß ei im Gegensatz zum Verfahren gemäß der französischen Patentschrift 1 257 932 ⁱⁿ manchen Fällen von Nachteil ist, wenn die Fttden unmittelbar beim Verlassen der Spinndüse abgeschreckt werden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zum Schmelzspinnen τοη synthetischen Polymeren durch Spinndüsen, deren Bohrungsabstand 3,5 bis etwa 10 rara - gemessen τοη Bohrlochmitte tu Bohrlochmitte - beträgt, unter Anblasung der Spinnfäden durch einen Strom eines gasförmigen Kühlmedlume unterhalb der Düse unter einem Winkel τοη 10° gegen unten bis 60° gegen oben, gemessen an der eur Fadenlaufrichtung Senkrechten, dadurch gekennzeichnet, daß während des Spinnvorgangeβ unmittelbar an der Unterseite der Spinndüse ein schmaler Strom eines heißen Gases öder Dampf es einer Temperatur im Bereich τοη etwa 120 - 25O⁰C, Toreugeweise 150 -^ 20O⁰C entlang geführt wird, der die Düse zu einem wesentlichen Teil ^or Auskühlung durch den

190 5 5t) 8

- 4 - ■:-■■-.■■.".■.

'gegen die Spinnfäden gerichteten Strom des gasförmigen Kühlmediums^: schützt. \

Der Winkel, unter dem der Strom des gasförmigen Kühlmediüms unterhalb der Düse gegen die Spinnfäden gerichtet ist, fällt vorteilhaft mit der zur Fadenlaüfrichtung Senkrechten zusammen.

Das zur Anblasung der gesponnenen Fäden verwendete gasförmige Kühlmedium ist vorzugsweise Luft von Raumtemperatur, doch sind auch andere, gegen das Düsen- und Fadenmaterial inerte Gase und | Dämpfe, wie z.B. Stickstoff, Kohlendioxyd und unter Umständen auch Wasserdampf, zugelassen. Wenn auch als Temperatur des gasförmigen Kühlmediums Raumtemperatur bevorzugt ist, so kann ohne weiteres die Kühlmediumtemperatur auch höher liegen; sie soll jedoch erheblich unter dem Schmelzspunkt des Fadenmaterials sein. Ein gasförmiges Kühlmedium von höherer als der Raumtemperatur kann beispielsweise im Falle der Verwendung von Wasserdampf vorliegen. Die Geschwindigkeit des gasförmigen Kühlmedium?"soll so reguliert sein, daß eine rasche Abkühlung der Spinnfäden, nach deren Austritt aus der Düse erfolgt, doch soll natürlich auch keine Verblasung durch einen zu scharfen Kühlmediumstrom eintreten. ' '

* Der unmittelbar an der Unterseite eier Spinndüse, also zwischen der Spinndüse und dem gegen die Spinnfäden gerichteten Kühl-· mediumstrom entlang geführte schmale Strom eines heißen Gases oder Dampfes ist -..wie bereits erwähnt - von einer Temperatur •von etwa 120 - 250⁰C, vorzugsweise 150 - 2OQ⁰C und ist'durchweg von gleicher stofflicher Natur.wie der Kühlmediumstrom; bevorzugt ist ein heißer Luftstrom.

Wenn auch der Kühlmediumstrom primär gegen die gesponnenen Fäden gerichtet ist,"so ließe sich in Abwesenheit des unmittelbar an der Unterseite der Spinndüse entlang geführten -schmalen Stromes\ eines heißen Gases oder Dampfes nicht vermeiden, daß das Kühlmedium auch mit der heißen Spinndüse in Berührung kommt und damit

T ^JQ983i/17,93

BADORIQlNAt

eine zu starke Wärmeabfuhr und Temperaturerniedrigung der Spinndüse bewirkt.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht aus einer Schmelsspinndüse mit einem Bohrungsabstand von 3,5 bis etwa 10 mm, gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochraitte, einer unmittelbar unterhalb der Düse angeordneten Blasvorrichtung zur Erzeugung eines schmalen, unmittelbar an der Unterseite der Düse entlang führenden Stromes eines heißen Gases oder Dampfes und einer darunter angeordneten Anblasvorrichtung zur Erzeugung eines gegen die* aus der Düse gesponnenen Fäden unter einem Winkel von 10° gegen unten bis 60° gegen oben, gemessen an der zur Fadenlaufrichtung Horizontalen gerichteten Stromes eines gasförmigen Kühlmediums.

Die vorliegende Erfindung wird mit Erfolg angewandt auf das Schmelzspinnen von linearen Polyestern, insbesondere von PoIyäthylenterephthalat sowie von Polyamiden, wie Polyamid 6 und Polyamid 66 und Polyolefinen wie Polyäthylen und Polypropylen.

Es sei noch erwähnt,, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch potentiell gekräuselte Spinnfäden hergestellt werden können, die sich nach dem Verstrecken und dem Auslösen der Kräuselung, etwa durch eine kurze Behandlung der entspannten Fäden mit überhitztem Dampf, dreidimensional kräuseln. Zu diesem Zweck werden die Spinnfäden durch den Kühlmediumstrom, welcher möglichst von Raumtemperatur sein soll, einseitig angeBaeen. Ist keine potentielle Kräuselung erwünscht, so werden die Spinnfäden von dem Kühlmedium möglichst allseitig angeblasen.

Die vorliegende Erfindung dient dor Kap&Eitataerhuhung beim SchmeIb»ginnen synthetischer Fäden, insbesondere solcher mit besondere feinem Titer,.s.B. von PolyeaterfKden der sogenannten Bauawolltype. Diese hat nach der dtrsalt bekannten Herstallungs- weise, nämlich dem Schmelzspinnen ohn· Fadenanblasung durch ein gasförmiges Kühlmedium und ohn© Verhinderung einer Auekühlung

009834/1713

BAD ORIQiNAL

der Spinndüse, nach der Verstreckung der Ware auf der Bandstraße eine Festigkeit von über 5,5 g/den. Verwendet man die sogenannte Kurzanblasung entsprechend dem in der französischen Patentschrift 1 257 932 beschriebenen Verfahren, so wird durch die ungleichmäßige Abkühlung der empfindlichen Spinnfäden und durch den scharfen Luftstrom kurz unterhalb der Düsen die Festigkeit der resultierenden Fäden gesenkt. Dieser Nachteil tritt bei Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf; durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung wird zwar dieselbe Kapazitätserhöhung wie bei Anwendung·des Verfahrens gemäß der französischen Patentschrift 1 257 932 erreicht, doch werden die bei diesem bekannten Verfahren auftretenden Mängel vermieden. . \ . -". -

In der nachfolgenden Figur ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Durch die Spinndüse 1 werden die Fäden 4 versponnen. Unmittelbar an ihrer Unterseite wird ein durch die Düse 3 erzeugter Strom eines heißen Gases oder Dampfes entlang geführt. Dadurch wird verhütet, daß der aus din Düsen 2 austretende und gegen die Spinnfäden gerichtete gasförmige Kühlmediumstrom auch auf die Spinndüse trifft und von ihr Wärme abführt. ■ "' ■

Die folgenden Beispiele sollen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen. ' ;

Beispiel 1;

Getrocknetes Polyethylenterephthalat mit einer "intrinsic viscosity" von 0,45 (gemessen in einer Lösung von·1 Gewichtsprozent in einem Gemisch von Phenol und Tetrachloräthan im Gewichtsverhältnis 3 : 2 bei 20⁰C)-wird in einem Extruder aufgeschmolzen und durch runde Spinndüsen mit einem wirksamen Durchmesser von 110 mm versponnen. Eine derartige Spinndüse enthält 336 Bohrungen mit 0',25 mm Durchmesser und einem Abstand von 5,3 mm,gemessen von'Böhdbchmitte zu Bbhrlochmatte. Durch diese

. -. (Π3 98 34/1793

190S508

Bohrungen werden pro Minute 358 g Schmelze gepreßt, deren Temperatür vor Eintritt in die Spinndüse 27O⁰C betrüg.

Gemäß der Figur ist unterhalb der Spinndüse eine zyklonförmige Anblasung mit 12 cm Austrittsdurchmesser und 1 cm Höhe angebracht. Durch diese Anblasung wird Luft von 200⁰C mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 1 m/sek geblasen* In einem mittleren Abstand von 6 cm unterhalb der Spinndüse ist eine zweite zyklonförmige Anblasung mit 15 cm Austrittsdurchmesser und 3 cm Höhe angebracht. Durch diese Anblasung wird luft von Umgebungstemperatur mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 1 m/sek geblasen. Durch eine bekannte Abzugseinrichtung werden die Spinnfäden mit 800 m/min abgezogen und später verstreckt.

Die nach diesem Beispiel erhaltenen Fäden und Fasern sind aufgrund ihrer niedrigen Lösungsviskosität geeignet zur Herstellung von Geweben mit besonders gutem Pillverhalten.

Beispiel 2t

Getrocknetes Polyäthylenterephthalat mit einer "intrinsic viscosity¹¹ von 0,68, gemessen wie in Beispiel 1, wird in einem Extruder aufgeschmolzen und durch- runde Spinndüsen mit einem wirksamen Durchmesser von 110 mm versponnen. Eine derartige Spinndüse enthält 600 Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,25 mm und einem Abstand von 3»9 mm, gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochmitte. Durch diese Bohrungen werden pro Minute 300 g Schmelze gepreßt, deren Temperatur vor Eintritt in die Spinndüse 287°C betrug.

Die Heißluft-Anblasdüse ist 40 mm unterhalb der Spinndüse und 20 mm von den Spinnfäden entfernt angebracht. Der Heißluftstraal, 1st unter einem Winkel von 50° noch oben gerichtet und bildet unmittelbar unterhalb der Düse ein "Heißluftkissen¹¹, das die Düse vor Auskühlung schützt. Der Luftdurchsatz beträgt 40 Ifar/hi Die Temperatur der heißen Anblasluft, in der Anblasdüse gemessta» wird auf 160⁰C eingestellt.

.00-9 8 3 W1 79 3 j-

"■■■:. -. - 8 -

Die Kühlluft-Anblasdüse ist 110 mm unterhalb der Spinndüse und 40 mm von den Spinnfäden entfernt angebracht. Der Kühlluftstrahl ist unter einem Winkel von 30° nach oben gerichtet. Der Luftdurchsetz beträgt 25 Nr/h. Die luft hat Raumtemperatur.

Die Fäden werden mit 990 m/min abgezogen und aufgespult. In bekannter Weise werden sie hinterher verstreckt, fixiert und gekräuselt. Man erhält eine Baumwolltype mit 6, 2. g/den Festigkeit und 12 ^ Dehnung.

Beispiel 3 ? ; ' ■

Getrocknetes Polyäthylenterephthalat mit einer "intrinsic viscosity" von 0,68, gemessen .wie- in Beispiel 1,- wird in einem Extruder aufgeschmolzen und durch runde Spinndüsen mit einem wirksamen Durchmesser von 110 mm versponnen. Eine derartige Spinndüse enthält 600 Bohrungen mit einem Durchmesser von 0,25 m und einem Abstand von 3,9 mm, gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochmitte. Durch diese Bohrungen werden pro Minute 300 g Schmelze gepreßt, deren Temperatur vor Eintritt in die Spinndüse 287°C betrug. .

Gemäß der Figur sind, wie in Beispiel 1 angegeben, eine heiße und eine kälte Iiuftanblasung unter der Spinndüse angebracht. Durch die obere Luftdüse wird Luft von 200°C mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 1 m/sek, geblasen. Die Austrittsgeschwindigkeit der Luft von Umgebungstemperatur an der 2. Anblasdüse beträgt 1,7 m/sek. Die Fäden werden mit 1350 ,m/min abgezogen und später im Verhältnis1 ι 2,9 verstreckt und fixiert. Ihre Festigkeit beträgt 6,1 g/denbei einer Dehnung voll 11 5^. .

009834/1793

Claims (3)

1. 5-Og - 9 -

   Patentansprüche:

   Verfahren zum Schmelzspinnen von synthetischen Polymeren iurch Spinndüsen, deren Bohrungsabstand 3»5 bis 10 mm - gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochmitte - beträgt, unter Anblasung der Spinnfäden durch einen Strort eines gasförmigen Kühlmedturns unterhalb der Düse unter einem Winkel von 10° gegen unten bis 60° gegen oben, gemessen an der zur Fadenlaufrichtung Senkrechten, dadurch gekennzeichnet, daß während des Spinnvorganges unmittelbar an der Unterseite der Spinndüse ein schmaler Strom eines heißen Gases oder Dampfes von einer Temperatur innerhalb des Bereiches 120 - 250⁰C, vorzugsweise 150 200⁰C, entlang geführt wird, der die Düse vor Auskühlüng du^ch den gegen die Spinnfäden gerichteten Strom des gasförmigen Kühlmediums schützt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnfäden durch den Strom des gasförmigen Elhlmediuns unter einem Winkel angeblasen werden, der mit der zur Fadenlaufrichtung Senkrechten zusammenfällt.
3. 3. Vorrichtung nur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestahend aus einer Schmelzspinndüse mit einem Bohrungsabstand von 3,5 bis 10 mm,'gemessen von Bohrlochmitte zu Bohrlochmitte, einer unmittelbar unterhalb der Düss angeordneten Blasvorrichtung zur !Erzeugung eines schmalen, unmittelbar an der Unterseite der Düce entlang führenden Stromes eines heißen Gases oder Dampfes und einer darunter angeordneten Anblasvorrichtung zur Erzeugung eines gegen die aus der Düse gesponnenen Fäden unter einem Winkel von 10° gegen unten bis 60° gegen oben, gemessen an der zur Fadenlaufrichtung Senkrechten gerichteten Stromes eines gasförmigen Kühlmediuras.

   009834/1793

   Lee rs e i te