DE1908594C3 - Vorrichtung zur Wärmehandlung entspannter synthetischer Fäden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung entspannter, insbesondere multifiler synthetischer Fäden mit einem hohlen Heizzylinder, an dessen einem Ende ein Fadeneinlaß, der mit einem Primärgasstrom aus einem Heizgas bzw. -dampf betriebener Injektor ausgebildet ist sowie im Bereich des Fadeneinlasses ein zusätzlicher Einlaß für einen Sekundärgasstrom bzw. -dampfstrom vorgesehen sind, und im Bereich dessen anderen Endes ein Fadenauslaß sowie ein Gas- bzw. Dampfauslaß vorgesehen sind.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zur Bildung von Kräuselungen in einem synthetischen Fasergarn, zur Nachbehandlung eines durch Falschzwirnen gekräuselten Garnes, zur Wärmeschrumpfung eines aus Fäden mit verschiedenen Wärmeschrumpfeigenschaften bestehenden Garnes oder Mehrfachfadens zur Erzeugung eines voluminösen Garnes oder zum Heißfixieren eines spannungslosen verstreckten Fadens zur Verbesserung der Formbeständigkeit eingesetzt. Die gattungsgemäßen Vorrichtungen arbeiten kontinuierlich und erbringen dadurch eine hohe Produktionsleistung. Im allgemeinen werden die zu behandelnden Fäden der Vorrichtung mittels einer Zuführwalze zugeführt und mit einer unter der Zuführgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit aus der Vorrichtung abgezogen. Da der Primärgasstrom jedoch mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Heizzylinder eintritt, wo er sich verlangsamt, besteht die Gefahr, daß sich insbesondere in der Nähe der Heizzylinderwandung Wirbel bilden, wodurch sich die Fäden verwirren oder sogar Fadenbündel im Heizzylinder zurückbleiben können. Als Folge ergeben sich minderwertige Qualität, ungeordnetes Aussehen oder bei kräuselfähigen Fäden ungleichmäßige Kräuselungen der behandelten Fäden.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (GB-PS 6 89 175) enthält der mit dem Primärgasstrom betriebene Injektor einen zusätzlichen Einlaß für einen Sekundärgasstrom, der von oben konzentrisch um den zu behandelnden Faden in den Fadenkanal des Injektors eintritt und daher den Faden bereits umgibt, ehe dieser mit dem Primärgasstrom zusammentrifft Der Sekundärgasstrom gemäß der in der GB-PS 6 89 175 beschriebenen Vorrichtung dient jedoch lediglich der Verbesserung des Wärmehaushalts der Vorrichtung und ändert nichts an den Strömungsverhältnissen im Raum hinter der Injektormündung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung ^on Wirbeln im Heizzylinder zu vermeiden und somit eine wesentliche Voraussetzung für eine Verbesserung der Qualität der behandelten Fäden zu schaffen.'

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zusätzliche Einlaß in der fadeneinlaßseitigen Stirnwand des Heizzylinders bzw. in dessen Umfangswand derart angeordnet ist daß der Sekundärgasstrom bzw. -dampfstrom in Bewegungsrichtung des synthetischen Fadens gesehen hinter der Injektormündung in dem Heizzylinder mit dem Primärgasstrom zusammentrifft.

Es hat sich gezeigt daß durch diese Maßnahmen die nachteiligen Wirbel im Heizzylinder so weitgehend vermieden werden, daß Verwirrungen, ungleichmäßige Kräuselungen u. dgl. der Fäden nicht mehr auftreten.

Der Sekundärgasstrom bzw. -dampfstrom kann dem zusätzlichen Einlaß unter normalem oder unter erhöhtem Druck aus einer hierfür vorgesehenen Sekundärstrom-Zuführeinrichtung bzw einem Sekundärgas-Vorratsbehälter zugeführt werden.

Vorzugsweise ist über die Gesamtlänge der Vorrichtung ein enger Schlitz vorgesehen, der im Betrieb zumindest nahe dem Fadeneinlaß offen ist

Um die Wärme des Primärgasstromes, der den Heizzylinder durchströmt hat besser auszunutzen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Heizzylinder von einem Mantel umgeben ist daß der zusätzliche Einlaß das Innere des Heizzylinders mit dem Mantelraum zwischen Mantel und Heizzylinder verbindet, und daß an einer im Abstand zum Fadeneinlaß liegenden Stelle eine Gasdurchtrittsöffnung zwischen dem Innenraum des Heizzylinders und dem Mantelraum vorgesehen ist Auf diese Weise wird also der Sekunda! strom von dem sonst ungenutzt unten aus der Vorrichtung austretenden Primärstrom abgezweigt Vorzugsweise wird dabei der Strömungsquerschnitt der Gasdurchtrittsöffnung regelbar ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schemattscher Darstellungen an mehreren Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der der Sekundärstrom vom Umfang des Heizzylinders her in diesen eintritt,

Fig. 2 und 3 ähnliche Vorrichtungen wie in Fig. 1, jedoch mit etwas ande~er Ausbildung des Injektors bzw.

des oberen Endes des Heizzylinders,

Fig.4 und 5 erfindungsgemäße Vorrichtungen mit einem den Heizzylinder umgebenden Mantel,

Fig.6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung ähnlich denen der F i g. 1 bis 3, die einem längs verlaufenden Schlitz versehen ist,

Fig.7 eine erfindungsgemäße, mit einem den Heizzylinder umgebenden Mantel versehene Vorrichtung, die ebenfalls einen längs verlaufenden Schlitz aufweist, ι ο

F i g. ti einen Querschnitt längs A-A' in Fig. 6,

F i g. 9 einen Querschnitt längs B-B in F i g. 6 und

F i g. 10 einen Querschnitt längs C-C 'in F i g. 7.

In allen Figuren bezeichnet 1 den Faden vor der Wärmebehandlung, 2 eine Faden-Zuführöffnung, 3 eine Zuführleitung für einen erhitzten Primärgasstrom, 4 einen Fadeneinlaß, der gleichzeitig den Einlaß für den Primärgasstrom bildet, 5 eine Zuführleitung für einen Sekundärgasstrom. 6 einen Heizzjlinder, 7 zwei Zuführwalzen, 8 eine Piatte, 9 eine Faden-Austrittsöffnung, 10 zwei Abzugswalzen, 11 einen Mantel, 12 einen Sekundärgas-Ansaugkanal, 13 einen Umlaufbereich, 14 eine Zuführöffnung für einen zurückgeführten Sekundärgasstrom, 15 eine Gasstrom-Regelplatte und 16 einen Schlitz.

Dem in F i g. 1 dargestellten Heizzylinder 6 ist an dessen Innenoberfläche ein nicht dargestellter Erhitzer zugeordnet. Der Faden 1 wird über die Zuführwalzen 7 der Faden-Zuführöffnung 2 zugeführt Der Primärgasstrom wird durch die Zuführleitung 3 eingeführt, trifft in einem Bereich A des Injektors auf den Faden 1, transportiert dann den Faden von einem Fadeneinlaßbereich B des Injektors in Richtung zu einem Fadenauslaßbereich C des Injektors hin und wird durch den Fadeneinlaß 4 in den Heizzylinder 6 geführt. Der Faden 1 bewegt sich also in dem von einer Seite des Einführteils eingeführten Primärgasstrom. Im Bereich C wird der Faden 1 durch den Primärgasstrom in den Heizzylinder 6 hineingedrückt. Im Heizzylinder 6 mischt sich der Primärgasstrom mit dem Sekundärgasstrom und transportiert den Faden 1 gleichmäßig. Währenddessen wird die Wärmebehandlung des entspannten Fadens 1 durchgeführt Der Faden 1, der kontinuierlich in den Heizzylinder 6 eingeführt wird, wird nach der Wärmebehandlung mittels der Abzugswalzen 10 durch die Austrittsöffnung 9 herausgezogen. Der Warmgasstrom tritt ebenfalls durch die Austrittsöffnung 9 aus.

Die Ausführungsformen gemäß F i g. 2 und 3 weisen ebenfalls ein Kopfteil mit einer Faden-Zuführöffnung 2, einer Zuführleitung 3 für den erhitzten Primärgasstrom und einer Zuführleitung 5 für den Sekundärgasstrom auf. Diese Teile sind in entsprechender Weise wie in F i g. 1 gezeigt angeordnet Der erhitzte Primärgasstrom strömt also den Faden 1 umgebend in den Zylinder.

Die Fig.4 und 5 zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen ein selbsttätig umlaufender Gasstrom als Sekundärgasstrom verwendet wird. Hierbei läuft der Faden 1 wie in F i g. 1 gezeigt. Der erhitzte Primärgasstrom wird über die Zuführleitung 3 eingeführt, trifft auf den Faden 1 und wird dann dem Heizzylinder 6 zugeleitet. Der Primärgasstrom strömt in Faden-Laufrichtung nach unten und tritt teilweise durch die Austrittsöffnung 9 aus. Der restliche Teil des Primärgasstromes wird von dem Sekundär-Ansaugkanal 12 für Warmgas angesaugt, strömt durch den Umlaufbereich 13 zwischen dem Heizzylinder 6 und dem Mantel 11 und wird als Sekundärgasstrom aus der in der Nähe des Fadeneinias ses 4 offenen Zuführleitung 14 für selbsttätig umlaufendes Gas in den Heizzylinder 6 zurückgeführt An derr Sekundärgas-Ansaugkanal 12 ist eine Gasstrom-Regelplatte 15 zur konstanten Regelung der Strömungsmenge des Sekundärgasstromes vorgesehen. Der Heizzylinder weist also in dem Faden-Einlaßabschnitt in der Nähe des Fadeneinlasses einen oberen Durchströmungskanai und an einer geeigneten, tiefer als der FadeneinlaC liegenden Stelle einen unteren Durchströmungskanai auf, wobei Warmgas durch einen tiefer a!s der Fadeneinlaß gelegenen Abschnitt des Heizzylinders in den Mantel eingeführt und über den oberen Durchströmungskanai in dem Heizzylinder in Umlauf gebracht wird. Der Mantel kann auch in anderer Form ausgebildet sein, sofern der selbsttätig aus dem unteren Teil des Heizzylinders gesaugte Sekundärgasstrom in der Nähe der Faden-Einlaßöffnung zum Umlaufen in den Heizzylinder eingebracht wird.

Die Fig.6 und 7 zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchen der gesamte Sekundärgasstrom oder ein Teil desselben durch einen Schlitz eingeführt wird. Der Faden läuft wie in F i g. 1 gezeigt Der erhitzte Primärgasstrom wird aus der Zuführleitung 3 eingeführt trifft auf den Faden 1 und wird dann dem Heizzylinder 6 zugeführt. Der gesamte Sekundärgasstrom oder ein Teil desselben wird durch den Schlitz 16 eingeführt der zweckmäßigerweise für das Einführen des Fadens in die Vorrichtung bestimmt ist Der Schlitz kann über die gesamte Länge der Vorrichtung bzw. des Fadeneinlaßteils und des Heizzylinders gehen. Der Schlitz kann eng sein und hat z. B. für die Behandlung von Fäden von 150 den vorzugsweise eine Breite von 0,1 bis 1,0 mm.

Auch der mit einem Schlitz versehene Zylinder kann an einer geeigneten, tiefer als der Fadeneinlaß gelegenen Stelle mit einem Gasstrom-Ansaugkanal versehen sein, wobei der Einlaß für ein selbsttätig umlaufendes Gas mit dem um den Faden vorgesehenen Ansaugkanal in Verbindung steht (vgl. F i g. 7).

Der Umlaufbereich 13 in der Fig.7 erfüllt genau dieselbe Aufgabe wie der in den F i g. 4 und 5 dargestellte. Bei den Ausführungsformen mit einem Längsschlitz kann dieser geöffnet werden, wenn ein Faden eingeführt wird, und dann durch einen Verschluß geschlossen werden, wobei die Stelle nahe dem Fadeneiiilaß während des Betriebes der Vorrichtung offengelassen wird.

Der Sekundärgasstrom-Einlaß kann auch die Form eines oder mehrerer Schlitze oder ringförmiger bzw. kreisförmiger Öffnungen od. dgl. besitzen.

Bei den beschriebenen Vorrichtungen ist der Querschnitt des Heizzylinders größer als der der Primärgas-Zuführleitung, und die Strömungsmengen des Sekundärgasstromes und des Primärgasstromes werden so gesteuert, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes im Zylinder reduziert wird, so daß der Faden in entspanntem Zustand bleibt. Ohne Sekundärgasstrom ist es hingegen außerordentlich schwierig, den Faden gleichmäßig durch den Zylinder zu führen. Im in F i g. 1 gezeigten Bereich D könnten nämlich dann zeitweilige Druckverminderungen auf Grund der Einwirkung des Primärgasstromes eintreten, wobei sich im Bereich E in der Nähe der Innenumfangswand des Zylinders Luftwirbel bilden. Diese Bildung von Luftwirbeln kann eine Rückwärtsbewegung des Fadens und einen Stau an einem Ende des Faden-Zuführeinlasses bewirken, so daß der Faden nicht eleichmäßie durch den

Zylinder transportiert wird. Wenn jedoch ein Sekundärgasstrom genügend großer Strömungsmenge vorhanden ist wird der Faden gleichmäßig durch den Zylinder transportiert Um den Faden in entspanntem Zustand zu halten, müssen allerdings die Strömungsmengen der Primär· und Sekundärgasströme in geeigneter Weise geregelt werden. Da der Sekundärgasstrom zur Verbesserung der Wärmewirkung auf dem Faden vorgesehen ist um Ungleichmäßigkeiten in der Heizwirkung zu beseitigen, wird der Sekundärgasstrom zweckmäßig im wesentlichen auf die Temperatur des Primärgasstromes oder der Umfangswand des Zylinders erwärmt ehe der Vorgang stattfindet Daher kann der Sekundärgasstrom praktisch fortgesetzt so durch den Zylinder umlaufen, daß das eingeführte Warmgas an einer beliebigen Stelle an einem Ende des Zylinders aus demselben gesaugt wird (vgl. F i g. 4,5,7). In diesem Falle setzt sich der durch den Heizzylinder strömende Warmgasstrom aus dem Umlaufgasstrom und einem zusammen mit dem Faden einzuführenden Gas zusammen.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt der Druck des Primärgases normalerweise unter 2 kg/cm² (Überdruck), vorzugsweise unter 0,5 kg/cm². Die Strommenge des Primärgases pro Faden liegt gewöhnlich über 10 ml/sec, vorzugsweise 50 ml/sec, und unter 4000 ml/sec.

Die Temperatur des Heizzylinders ist je nach der Art des der Wärmebehandlung zu unterwerfenden Fadens sehr verschieden und liegt gewöhnlich zwischen etwa 70 und etwa 25O⁰C Die Temperaturen des Primärgasstromes und des Sekundärgasstromes liegen gewöhnlich zwischen etwa 70 und etwa 250⁰C bzw. zwischen Raumtemperatur und etwa 250⁰C

Der Querschnitt des Heizzylinders sollte im Durchmesser oder in der Seitenlänge größer sein als der des Einführteiles sowohl für den Faden als auch das Primär-Warmgas, vorzugsweise mindestens viermal und insbesondere mehr als zehnmal und weniger als zweihundertmal so groß. Man kann aber auch den Querschnitt des Heizzylinders zwischen vier- und zweihundertma) so groß wie denjenigen des Einlaßteiles für den Faden und das Primärgas wählen.

Die Länge des Zylinders richtet sich nach der gewünschten Dauer, während der der Faden in ihm verbleiben soll, und nach der Intensität der Wärmebehandlung auf den Faden in Abhängigkeit von dessen Wärmeschrumpfung, wobei diese Dauer länger bemessen wird als die Dauer der Wärmebehandlung. In der Praxis hat die Zylinderlänge eine Größe von mindestens 15 cm, vorzugsweise mehr als 30 cm und weniger als 2m.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet bei verschiedenen Verfahren für die Wärmebehandlung in der Textilindustrie Verwendung, z.B. bei Verfahren zum Nachfixieren von texturierten Mehrfachfäden, bei Heißfixierverfahren zum Zwecke der Schrumpningsreduzierungin Fäden, bei Verfahren zum Vergrößern des Volumens von gesponnenem Garnoder Mehrfachfäden, die aas Fasern mit verschiedenen Wänneschrumpfeigens Mafien bestehen, durch Wänneschrumpfen oder bei Verfahren zur Kräuselbikfang bei Fasergarnen, wie z.B. ans zwei Komponenten bestehendem Fadengarn der Einlaßöffnung für den Primärgasstrom und des Heizzylinders vorteilhaft als Rechteck ausgebildet.

Im folgenden werden einige Beispiele der wärmebehandlung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Beispiel 1

Kristallines Polypropylen wurde schmelzgesponnen, und von einer Seite wurde Kühlluft zugeführt, so daß man einen unverstreckten Faden mit einer in Längsrichtung deutlich asymmetrischen inneren Struktur erhielt. Der unverstreckte Faden wurde bei 6O⁰C auf einem heißen Stift auf die dreifache Länge verstreckt so daß man ein aus 36 Fäden bestehendes verstrecktes Fadenbündel mit starker Kräuselung und mit einem Titer von 158 den erhielt Das verstreckte Fadenbündel wurde mittels der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung unter den folgenden Bedingungen wärmebehandelt:

3°

35

40

Als erfmdungsgemäß zu verwendendes Wanngas kann Luft,- Dampf oder eine Mischung aas Luft and Dampf eingesetzt werden. Wenn eine Vielzahl von Fäden gleichzeitig behandelt wird, ist der Querschnitt

Zuführgeschwindigkeit	400 m/min
Abziehgeschwindigkeit	200 m/min
Primär-Warmgasstrom	Luft
Luftdruck	0,08
	kg/cm2
	(Über
	druck)
Strommenge	200 ml/sec
Temperatur	1400C
Zuführleitung
Durchmesser des Fadeneinlasses	2 mm
Heizzylinder
Durchmesser	25 mm
Länge	400 mm
Innentemperatur	1400C
Sekundär-Warmgasstrom	Luft
Temperatur	1400C
StroHimenge	300 ml/sec

Das so erhaltene Fadenbündel hatte die Kräuselzahl 31 und einen Kräuselindex von 35%.

Die Kräuselzahl bezeichnet die Anzahl der Kräuselungen pro 254 mm bei einer Spannung von 2 mg/den. Der Kräuselindex wird nach der Gleichung

45

50 h-a

■ 100 (%)

berechnet wobei b die Länge des Musters bei einer Spannung von 100 mg/den und a die Länge des Musters bei einer Spannung von 2 mg/den ist

Beispiel 2

Ein aus Polyäthylen-terephthalat bestehendes Fadenbündel mit 24 Fäden «nd 50 den wurde falschgezwant und aufgerollt Das Fadenbündel wurde in entspanntem Zustand unter den folgenden Bedingungen mittels einer den Kopfteil von Fig.2 aufweisenden Vorrichtung warmebehandelt: /

Zuführgeschwindigkeit Abziehgeschwindigkeit Primar-Warmgasstrom Luftdruck. -

Strommenge Temperatur

600m/mnH f§ 420m/nnriy Loft --.

l50iÜ/sec

iss**; „,*

¥i

Zuführleitung

Durchmesser des Fadeneinlasses
Heizzylinder

Durchmesser

Länge

Innentemperatur
Sekundär-Warmgasstrom

Temperatur

Strommenge

1,5 mm

25 mm 500 mm 155° C Luft
155° C 300 ml/sec

Es wurde ein Fadenbündel mit einem Kräuselindex von 40% erhalten, das keinen Drall mehr aufwies.

Beispiel 3

Ein aus 24 Fäden bestehendes Fadenbündel aus Polyäthylenterephthalat-isophthalat-9 : !-Mischpolymerisat mit 50 den, das nach 30minutiger Behandlung mit kochendem Wasser einen Schrumpfgrad von 12,5% aufwies, wurde in entspanntem Zustand mittels der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung unter den folgenden Bedingungen wärmebehandelt:

Zuführgeschwindigkeit
Abziehgeschwindigkeit
Warmgasstrom
Luftdruck

Strommenge

Temperatur
Zuführleitung

Durchmesser des Fadeneinlasses
Heizzylinder

Durchmesser

Länge

Innentemperatur
Rückgeführter Gasstrom

Temperatur

Strommenge

400 m/min 330 m/min Luft 0,15
kg/cm² (Überdruck) 400 ml/sec 175⁰C

2,0 mm

25 mm 500 mm 175° C Luft
175° C 800 ml/sec

Es wurde ein Fadenbündel mit ausgezeichneter Formbeständigkeit erhalten, das nach der Behandlung mit kochendem Wasser einen Schrumpfgrad von 3,7% aufwies.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

«9648/121

¥1537

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung entspannter, insbesondere multiGier synthetischer Fäden mit einem hohlen Heizzylinder, an dessen einem Ende ein Fadeneinlaß, der als mit einem Primärgasstrom aus einem Heizgas bzw. -dampf betriebener Injektor ausgebildet ist, sowie im Bereich des Fadeneinlasses ein zusätzlicher Einlaß für einen Sekundärgasstrom bzw. -dampfstrom vorgesehen sind, und im Bereich dessen anderen Endes ein Fadenauslaß sowie ein Gas- bzw. Dampfauslaß vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Einlaß (5; 14; 16) in der fadeneinlaSseitigen Stirnwand des Heizzylinders (6) bzw. in dessen Umfangswand derart angeordnet ist, daß der Sekundärgasstrom bzw. -dampfstrom in Bewegungsrichtung des synthetischen Fadens (1) gesehen hinter der Injektormündung in dem Heizzylinder mit dem Primärgasstrom zusammentrifft

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Gesamtlänge der Vorrichtung (2,4,6; 2,4,6,11) ein enger Schlitz (16) vorgesehen ist, der im Betrieb zumindest nahe dem Fadeneinlaß offen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizzylinder (6) von einem Mantel ill) umgeben ist, daß der zusätzliche Einlaß (14) das Innere des Heizzylinders (6) mit dem Mantelraum (13) zwischen Mantel (11) und Heizzylinder (6) verbindet, und daß an einer im Abstand zum Fadeneinlaß (4) liegenden Stelle eine Gasdurchtrittsöffnung (12) zwischen dem Innenraum des Heizzylinders (6) und dem Mantelraum (13) vorgesehen ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Gasdurchtrittsöffnung (12) regelbar ist.

40