DE1930941A1 - Spinnduese und Verfahren zur Herstellung von Faeden mit T-foermigem Querschnitt - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLDPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 18.6.1969 Ke /Ax

Fiber Industries, Inc., Charlotte, North Carolina (V.St.A.)

Spinndüse und Verfahren zur Herstellung von Fäden mit T-förmigem Querschnitt

Die Erfindung betrifft Kujjstfäden mit nicht-rundem Querschnitt, insbesondere ©in Verfahren und eine Vorrichtung zum Spinnen dieser McIm gswie neue Spinndüsen zum Spinnen von Fäden mit ei&em aUgenslE unförmigen Querschnitt.

Die Herstellung von Fäden äuroh Spinnen von organischen Materialien durch Bohrungen von Spinndüsen ist ein V@rfahren, das für die Herstellung von Textilien allgemein bekannt ist und angewendet wird. Nach diesem Verfahren wurden bisher weitgehend Fäden »it runder oder f&at runder Querschnittsfora hergestellte die sich unter äen Kühloder KoagulierungsMdingungea₈ die bei de? Faserherstellung allgemein üblich sind, äußerst leicht erzielen läßt. Fäden mit rundem oder regelmäßigem Querschnitt haben jedoch für bestimmte Anwendungen gewisse Nachteile. Stoffe, die aus Garnen von Fäden oder Fasern mit diesen Quersohnittsformen gewebt oder gewirkt werden, haben häufig nicht die gewünschten ästhetischen Eigenschaften, z.B. Fülligkeit ader Deckkraft und Steifigkeit. Ferner haben dit Stoffe häufig •in glänzendes, glattes Aussehen und sind au« diesem Grund und aus anderen Gründen in gewissen Fällen unerwünscht für

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•AD ORfÖINAL

die Herstellung von Kleidungsstücken.

Fäden, die keine runde Quersohnittsform haben und die vorstehend genannten und andere Nachteile vermeiden sollen, haben in den letzten Jahren Bedeutung erlangt. Durch Veränderung der Querschnittsform der Fäden ist es möglich, Garne herzustellen, die eine Mischung der Eigenschaften aufweisen, die normalerweise swei verschiedenen Fasern zugeschrieben werden. Ein Beispiel hierfür ist ein Nylongarn aus Fäden mit.dreieckigem Querschnitt,, das die normaler« weise bei Nylon übliche hohe Scheuerfestigkeit und Reißfestigkeit mit einem Aussehen und Griff ähnlich, wie bei Naturseide in sich vereinigt» Fäden mit den verschiedensten nicht-runden Querachnitteformen sind hergestellt-worden» Fäden mit der Form von Bändern, mit kreusxo'r&igem« €rei~ lappigem und anderem mehrlappigem Querschnitt sind bekannt und haben gewisse erwünschte F",§snEcha£teR_e Es wurde ga« funden? daß es duiroh Veränderung des j&äenq."aers"ohn-itts MÖglisb. iß"'.".; "dia 0&rne±genschaf ten beispielsweise ^:ir- Έ&ζιιχ auf Seckkraft, Griff, Steifigkeit und Lüster zu verändern* Beispielsweise ist ea möglich, einsn Glanz oder Schein zu beseitigen und den Fäden einen strahlenden Lüster unter anderen erwünschten physikalischen und/oder ästhetischen Eigenschaften zu verleihen·

Der einfachste Weg, nicht-runde Fäden herzustellen, ist die Verwendung von unrunden Löchern in der Spinndüse. Beim Schmelzspinnen bleiben jedoch die frisch gebildeten Fäden eine erhebliohe Zeit nach dem Spinnen in Form einer beweglichen Flüssigkeit· Während dieser Zeit hat die Oberflächenspannung das Bestreben, den Umfang des Fadens zu einem Kreis zusammenzuziehen, aber das für diese Formänderung notwendige Fließen ist durch die Viskosität des geschmolzenen fadenbildenden Materials beschränkt·' Es wurde gefunden, daß mit einem unrunden Loch im allgemeinen ein Faden erhalten wird, - der «ine Querschnittsform hat, die zwischen der Lochform and einem Kreis liagt· Es wurde

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ferner gefunden, daß der Querschnitt des Fadens der Lochform stärker angenähert werden kann, indem die Viskosität des Polymeren erhöht wird (durch Verwendung eines Polymeren mit höherem Molekulargewicht oder durch Spinnen hei niedrigerer Temperatur), d.h. durch schnelleres Erstarren des ausgepressten Fadenmaterials₀ Die besten Ergebnisse bei der Herstellung von unrunden Fäden mit unrunden Spinnöffnungen werden daher mit hochviskosen Polymeren und hohen Kühlgeschwindigkeiten erhalten· Diesen beiden Faktoren sind jedoch bei normalen Spinnmaschinen praktische Grenzen gesetzt. Fäden, die aus Polymeren mit sehr hoher Viskosität _ hergestellt werden, haben eine schlechtere Farbstoffauf- ™ nähme als Fäden, die aus Polymeren mit üblicher Viskosität ' hergestellt werden* Durch zu schnelle Kühlung werden Schwankungen und Ungleichmäßigkeiten in das Produkt eingeführt, da diese Bedingungen schwierig zu regeln sind·

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung von Garnen aus Fäden mit unrundem Querschnitt besteht darin, eine Anzahl von runden oder anders geformten Tiümn.., suS* b&ndförmige oder flache Fäden, zu Verbunüformen astt "arseliiedensten Formen miteinander zu verschmelzen·

Außer den vorstehend speziell genannten Fäden mit unrundem

oder unregelmäßigem Querschnitt ist ferner die Herstellung * von glockenförmigen, birnenförmigen oder allgemein T-förmigen Fäden bekannt, beispielsweise aus den U«S.A·-Patentschriften 2 945 759, 3 038 237, 3 097 414, 3 121 040 und ^N ' 3 135 646. Der in den U.S.A.-Patentschriften 3 038 237 und 3 097 414 beschriebene T-förmige Faden ist das Ergebnis eines "konjugierten" Spinnprozesses durch ein kreisrundes Loch, während die T-förmigen Fäden, die im Falle der übrigen Patente gebildet werden, das Ergebnis des Spinnens eines Polymermaterials durch eine T-förmige öffnung sind. Es ist jedoch häufig schwierig, einen Faden, der sich einer wohldefinierten T-Form annähert, selbst aus einer Spinndüse mit öffnungen dieser Form zu spinnen· Wie

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BADORfGiMAL

bereits erwähnt, sieht der Fadenquereohnitt häufig mehr wie eine umgekehrte Glocke oder eine Birne und nicht wie ein scharf definiertes T aus.

Das Spinnen τοη Fäden mit T-förmigem Querschnitt wurde bisher weiter dadurch kompliziert, daß die Fäden das Bestreben hatten, zur Mitte der Spinndüse zu ^Nknien^tt, d.h. einwärts abzuwinkein, wodurch in einigen Fällen benachbarte Fäden miteinander verschmolzen und in anderen Fällen da.s fadenbildende Material zur Auetrittefläche der Spinndüsen zurücklief, wodurch Polymertropfen oder Schmelzjtlumpen an den Spinndüsen gebildet wurden. Die Klumpen von fadenbildendem Material wurden zuweilen abgebaut und versperrten die Spinnöffnungen ganz oder wenigstens teilweise, wodurch in einigen Fällen aus einem Teil der Spinnöffnungen keine Fäden oder Fäden mit einem !Eiter, der kleiner war als der gewünschte Titer, gesponnen wurden. Hieraus ergaben sich anschließend unerwünschte Fadenbrüche.

Im hier gebrauchten Sinne "kniet¹* ein Faden» wenn die Fließlinie des Fadens aus der Tertikaien im Winkel zur Spinndüse hin gebogen ist. Wenn der Faden sich so stark biegt, daß er die Spinndüse berührt und nicht mehr als Faden fließt, heißt es, daß der Faden "zurückläuft" und einen Tropfen oder Klumpen aus fadenbildendem Material bildet.

Sie Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Einwärtswinkeln und die Bildung von Tropfen oder Schmelzklumpen beim Spinnen von fadenbildendem Material durch Spinndüsen mit T-fÖrmigen Bohrungen auszuschalten· Sie betrifft ein verbessertes Verfahren zum Spinnen von fadenbildtndem Material zu Fäden, die einen verhältnismäßig wohldefinierten T-förmigen Querschnitt haben, mit Hilfe von Düsen mit Bohrungen, die einen T-förmigen Querschnitt aufweisen.

Die Erfindung umfaßt ferner Fäden, die einen I-förmigen Querschnitt und gewisse verbesserte erwünschte physika-

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lisohe und ästhetische Eigenschaften im Vergleich 211 fäden mit regelmäßigem Querschnitt aufweisen, z.B. bessere Geschmeidigkeit, höhere Beständigkeit gegen Mattwerden in !Teppichen, gleichmäßigere Einfärhung, bessere Elastizität, bessere Fälligkeit, bessere Eignung für Strukturierung, bessere Deokkraft, strahlftÄÄtn Glanz und guten Griff·

Sie Erfindung betrifft ferner neue Spinndüsen mit einer neuartigen Anordnung von I-förmigen Bohrungen zum Spinnen Ton Fädenjoit einem allgemein S-förmigen Querschnitt unter Vermeidung des "Kniens* der Fäden· Diese Spinndüsen ermöglichen das Spinnen von Fäden mit einem verhältnismäßig wohldefinierten T-förmigen Querschnitt innerhalb eines weiten Bereichs von Spinnbedingungen·

Die Spinndüse gemäß der Erfindung sum Spinnen von fadenbildenden Polymermaterialien ist mit einer Vielzahl von T-förmigen Bohrungen versehen, die kreisförmig um das Zentrum der Spinndüse angeordnet sind. Jede S-förmige Bohrung besteht aus einem Querbalken und einem Längebalken, der sioh senkreoht vom Mittelpunkt dee Querbalkens erstreckt, wobei wenigstens die Hälfte der Längstalken vom Mittelpunkt der Spinndüse hinweg zeigen· Die Bohrung hat ein Iioohdimensionsverhältnis (LDV) (hole aspect ratio (HAR)) von etwa 2,6 bis 86, ausgedrückt durch die Gleichung

EDF - } ' + f " ■

Hierin ist y der Abstand von der Mitte des Querbalkens zum Ende des Langebalkens, χ der Abstand von der Mittted·· Querbalkens zum Ende des Querbalkens und Z der Abstand von der Mitte des Querbalkens zum Schnittpunkt oder profilierten Schnittpunkt des Querbalkens und Längsbalkens· Bei einer bevorzugten Ausführungeform der Erfindung ist die Spinndüse mit zweiteiligen S-förmigen Bohrungen versehen, wobei der Querbalken und der Längsbalken einen Abstand bis. etwa 0,2 mm haben· Die zweiteilige S-förmige Bohrung ver-

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hindert nicht nur die Verschmelzung der fäden unabhängig von der Lage der Bohrung in der Spinndüse, sondern hat auch die Bildung eines neuen I-förmigen Querschnitts mit einem ungewöhnlich hohen Fadendimensionaverhältnis im Bereich von 2,5 bis 5,0 zur Folge. Die Spinndüse gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Herstellung von Fäden mit S-förmigem Querschnitt und vermeidet Schwierigkeiten durch Verschmelzen der Fäden, Bildung von Schmelzkluapen und demzufolge Mißbildungen in den gesponnenen Fäden, indem 1) eine neuartige zweiteilig· S-förmige Bohrung verwendet wird und /oder 2) die S-förmigen Bohrungen kreisförmig angeordnet werden, wobei der I&ngsbalken der S-förmigen Bohrung vom Mittelpunkt der Düse hinweg zeigt· Besondere neuartige Garneffekte können mit der neuen Spina düse und mit dem neuen Verfahren unter Ausschaltung des Problems des Verschmelzen der Fäden erreicht werden, indem die S-förmigen Bohrungen so angeordnet werden, daß wenigstens die Hälfte der Xängsbalken der S-förmigen Bohrung vom Mittelpunkt der Spinndüse hinwegzeigt· Sie Verwendung der zweiteiligen S-förmigen Bohrungen schaltet das Sinwärtslaufen der Fäden und die hierdurch bedingten Schwierigkeiten bim Spinnen unabhängig von der Ausrichtung der Bohrungen in der Spinndüse aus·

Die Erfindung wird nachstehend ausführlich an Hand der Abbildungen beschrieben·

Fig.1 ist eine Draufsicht auf eine Spinndüse, die bisher ν zum Spinnen von S-förmigen Fäden verwendet wurde.

Fig .2 zeigt in vergrößertem Maßstab und s chematisoh eine Spinndüseneinheit mit der in Fig· 1 dargestellten Spinndüse längs der linie 2-2 und veranschaulicht das Einwärtslaufen der Fäden zur Mitte der Spinndüse· .

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Spinndüse mit S-förmigen Bohrungen, die gemäß der Erfindung im Kreis angeordnet sind·

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Pig .4 zeigt schematise!! and vergrößert einen Schnitt durch eine Spinndüseneinheit mit der in Fig.3 dargestellten Spinndüse längs der Linie 4-4 und veranschaulicht das Spinnen von T-förmigen Fäden ohne das "Knien" oder Einwärtslaufen der Fäden.

FIg,5 zeigt stark vergrößert eine Draufsicht auf eine der T-förmigen Bohrungen der in Fig.3 dargestellten Spinndüse.

Fig.6 ist ein Schnitt durch einen Faden, der duroh die in Fig.5 dargestellte T-förmige Bohrung gesponnen wurde.

FigrT ist eine Draufsicht auf eine Spinndüse mit im Kreis angeordneten zweiteiligen S-förmigen Bohrungen gemäß der Erfindung, wobei der X&ngsbalken des T einwärts gerichtet ist, wie dies bei/zweiteiligen T-förmigen Bohrung zweckmäßig ist.

Fig,8 zeigt stark vergrößert eine der zweiteiligen T-förmigen Bohrungen in der in Fig,7 dargestellten Spinndüse·

Fig.9 ist ein Schnitt durch einen Faden» dessen Querschnitt die Form eines wohldefinierten T-hat und der aus einer gemäß Fig.8 ausgebildeten zweiteiligen Τ-förmigen Bohrung gesponnen worden ist. .

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Fäden mit einem allgemein T-förmigea Querschnitt aus fadenbildendem Material ohne Verschmelzung der Fäden oder Bildung von Tropfen oder SchmelzJtLumpen hergestellt, indem das Material durch T-förmige Bohrungen gesponnen wird, die im Kreis,in einer Spinndüse so angeordnet -"ad, daß der Längsbalken des T vom Mittelpunkt der Spinndüse hinweg ?seigt.

Fig.1 zeigt eine Spinndüse 10, die bisher zum Spinnen von Fäden mit allgemein S*~förmigem Querschnitt verwendet wurden. Die Spinndüse 10 hat einen ringförmigen Körper 12, mit dem die Spinnbrause &xm Spinnen von fadenbildendem Material an einer Spinn&iigeneiilhe.it befestigt ist, die

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BAO ORlGiNAL

schematisch in Fig.2 dargestellt ist. Die Spinndüse 10 hat eine Vielzahl von T-förmigen Bohrungen 14 mit Querbalken und Längabalken 16. Die Bohrungen 14 sind im Kreis in der Spinndüse 10 so angeordnet, daß die Längsbalken 16 der T-förmigen Bohrungen 14 zur Mitte der Spinndüse zeigen· Im allgemeinen wird beim Schmelzspinnen von Chemiefasern aus organischen Polymeren das thermoplastische fadenbildende Material» das in Fig.2 sohematisoh dargestellt ist, in der Zuführungszone angrenzend an die Spinndüse 10 der Einwirkung von Wärme und Druck ausgesetzt. Die Temperatur in dieser Zone genügt, um das fadenbildende Material im geschmolzenen Zustand zu halten, wodurch das geschmolzene Material durch die Bohrungen 14 gepresst wird und eine Vielzahl -von Fäden 17 bildet· Das ausgepresste Fadenmate rial wird geregelten Kühlbedingungen unterworfen, die beispielsweise in einem (nicht dargestellten) Spinnschacht eingestellt werden· In einer Zone unmittelbar angrenzend an die Austrittsseite der Spinndüse 10 wird zweckmäßig ein strömendes Inertgas zur Einwirkung gebracht, das das ge sohmolzene Material in den gewünschten erstarrten Zustand in Form der festen Fäden 17 überführt.

Bisher erfolgte das Spinnen von S-förmigen Fäden 17 durch Einwärtsknicken, wie es in Fig.2 dargestellt ist. Die Fäden 17 werden aus der senkrechten Strömungslinie ein wärts zur Mitte der Spinndüse gebogen, wobei sie einen Winkel zur Austrittsfläche 18 der Spinndüse bilden· Unter gewissen, an sich erwünschten Spinnbedingungen wird das Fadenmaterial in einem solchen Winkel gebogen, daß es zur Spinndüse 18 zurückläuft, wodurch ein Tropfen oder Klumpen aus fadenbildendem Material auf der Faser gebildet wird.

Der Tropfen vergrößert sich häufig und läuft in die Bohrung zurück, wodurchdiese ganz oder teilweise versperrt wird. Dies hat zur Folge, daß entweder keine Fäden oder Fäden mit kleinerem Durchmesser und/oder deformiertem Quersohnitt gebildet werden. Durch das anschließende Abziehen entstehen zahlreiche Fadenbrüche und Ungleichmäßigkeiten im herge-

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stellten Garn·

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch eine bestimmte Anordnung der T-förmigen Bohrungen 14 in der Spinndüse der lauf der Fäden und die Bildung von Tropfen oder Schmelzklumpen beeinflußt werden· Es hat sieh gezeigt, daß das Abwinkein der laden praktisch vermieden werden kann, indem die Richtung des Längsbalkens der S-förmigen Bohrungen umgekehrt wird, d.h. die I&ngsbalken der T-förmigen Bohrungen so ausgerichtet werden, daß sie nicht sum Mittel- punkt der Spinndüse sondern naoh außen seigen· In dem Maße, in dem das Abwinkein nicht rollständig ausgeschaltet wird, wie es unter gewissen Spinnbedingungen der lall sein kann, sind die gesponnenen fäden voneinander hinweg geriohtet, woduroh ein VersöhneIzen der verschiedenen Fäden verhin dert wird· Eine solche Anordnung der T-förmigen Bohrungen 14 seigt die in Fig.3 dargestellte Spinndüse 19.

Die Spinndüse 19 ist mit einem ringförmigen Rand 20 versehen, der die Befestigung der Düse an der Spinnstelle 13 erleichtert, wie die« sohematieoh in tig«4 dargestellt ist. Die Spinndüse 19 ist mit einer Vielzahl von T-förmigen Bohrungen 14 versehen, die in einem Kreis angeordnet sind, der vorzugsweise mit dem ringförmigen Rand 20 konzentrisch ist· Sie Längsbalken 16 der Bohrungen 14 liegen auf einem gedachten Radius der Spinndüse 19· Im 1«gensatz zu der in . fig.1 dargestellten Anordnung zeigen sämtliche Längsbalken nioht zur Mitte der Spinndüse, sondern naoh außen·

Durch das Spinnen von geschmolzenem Material durch die Bohrungen in der Spinndüse 19 werden allgemein T-*förmige fäden 22 gebildet, ohne daß die fäden einwärts gekniokt und Tropfen oder Sohmelzfelumpen gebildet werden· Die fäden 22 haben eine ziemlich verzerrte T-Form, wie sie in fig·6 dargestellt ist und nachstehend ausführlicher beschrieben wird· Diese Quersohnittsform wird auch als umgekehrte Glocke odir Birnenform bezeichnet.

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In den Abbildungen ist eine verhältnismäßig geringe Zahl von Bohrungen 14 in der Düse 19 dargestellt· Sie tatsächliche Zahl der Bohrungen hängt jedoch τοη den jeweiligen Erfordernissen ab, nämlich von der Größe der Spinndüse und der Zahl der zu spinnenden Fäden. Beispielsweise kann eine Spinndüse, die eine Sicke von 1,6 am hat und aus niohtrostendem Stahl 430 hergestellt ist, etwa 7 bis zu 640 oder mehr T-förmige Bohrungen aufweisen. Die Größe der X-förmigen Bohrung kann ebenfalls verändert werden, um verschiedene Einzeltiter, Änderungen des Fadendimensionsverhältnisses u.dgl. zu erhalten, ferner können die Bohrungen in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet werden.

Gemäß der Erfindung wurde ferner gefunden, daß die Herstellung von S-förmigen fäden mit einem weiten Bereioh von Modifikationsverhältnissen möglich ist. Das Modifikationsverhältnis (H), nachstehend als Fadendimensionsverhältnis (FW) (filament aepeot ratio (FAR)) bezeichnet, ist gemäß der Definition in der U*S«A.-Patentschrift 2 939 201 das Verhältnis des Radios a sum Radius b eines Kreises mit dem Mittelpunkt β, der in den Fadenquersohnitt eingeschrieben ist. Bei den gemäß der Erfindung gesponnenen Fäden kann das FDT zwischen etwa 1,2 und 5,0 oder mehr liegen. Vorzugsweise liegt jedoch das FDV bei einer übliehen T-Form im Bereioh von etwa 1,8 bis 2,6 und bei einer zweiteiligen S-förmigen Bohrung zwischen etwa 2,5 und 5,0. Der genaue Wert hängt vom fiter pro Faden und bestimmten Stoff eigenschaften ab, z.B. von der Fälligkeit, dem Lüster, dem Griff und den mechanischen Eigenschaffen des Garns·

Die Querschnittsform eines unrunden Fadens, d.h. die Unrundheit oder das Fadendimensionsverhältnis (FDV) gemäß der nachstehenden Definition wird durch, das Loehäimensloajverhältnis (U)V), den Polymertyp, die Grensviskosität des Polymeren, den Durchsatz pro Loch für eine gegeben» Loch größe oder die tatsächliche Spinngeschwindigkeit, die

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Spinntemperatur, die Kühlgeschwindigkeit u.dgl. bestimmt und verändert. Diese Faktoren werden für Polyester vorzugsweise durch die folgende Beziehung ausgedrückt:

FDV * 1,89-(2,01 χ 1θ"²Δϊ) + (1,05 x 10~²Δν) + (6,56Δΐν) + (8,85 x 10""¹AlJ)V) + 3,0 χ 10~²Δ<5)

FDV = Fadendimensionsverhältnis
T « Temperatur in °C

V β Spinngeschwindigkeit in Fuß/Minute I.V.» Grenzviskosität (intrinsic viscosity) des Polymeren BDV = Lochdimensionsverhältnis

Q « einströmendes Kühlgas in Normalkublkfuß/Minute

Δτ	= τ -	2900C
Δν	»ν -	31
Δι. ν.	= I.V,	► - 0,64
Δ LDV	= LDV	-6,70
Δο	«-Q -	5

Der vorstehende Ausdruck gilt bei fadenbildenden Polyestern für den folgenden Bereich von Bedingungen} T = 275°C bis 31O⁰C

V = 10 bis 200 Fuß/Minute (3 bis 61 m) I.V. * 0,4-0 bis 0,94 (gemessen bei 25⁰C mit 8 g Poly- i

merea in 100 ml o-Ghlorphenol) BDV - 2,6 bis 64
Q » 0 bis 20 NormalkttbikfaB/Üinute (0 bis 56,64 Nl)

Ähnliche Beziehungen können auch experimentell für PoIyamide, Acrylharze, Polyäthylen, Polypropylen und ähnliche fadenbildende Polymere abgeleitet wera@n.

Die mit der Spinndüse 19 gesponnenen Fäden 22 haben zweckmäßig einen allgemein S-förmigen Querschnitt, wie er in Fig.6 dargestellt ist, jedoch wurde gefunden, daß unter extremen Bedingungen sogar runde Fäden aus diesen unrunden Bohrungen gesponnen werden können. Bei Bedingungen, z.B.

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BAD OBIGtMAl.

einer niedrigen Grenzviskosität und "bei hohen Spinntemperaturen, würden runde Fäden gebildet, wie aus der vorstehenden Gleichung bestimmt werden kann·

Die Beziehung zwischen dem Fadenquersöhnitt und der Lochform wird nachstehend ausführlicher an Hand von Pig·5 und 6 beschrieben· Fig,5 zeigt stark vergrößert eine der Bohrungen 14 in der Spinndüse 19· Die T-förmige Bohrung 14 hat einen Querbalken 15 und «inen Längsbalken. 16· Der Querbalken 15 hat eine Breite (W_q), die etwa 0,05 bis 0,1 um betragen kann, und eine Länge (L_Q)_r die etwa 0,2 bis 1,52 mm betragen kann. Vorzugsweise liegt die Breite ^₀ im Bereich von etwa 0,076 bis 0,3 aa und die Läng« L₀ im Bereich von 0,25 bis 1 na. Der Längebalken 16 hat ebenfalls eine Länge (Lg), die etwa 0,18 bis 1,52 am betragen kann, und «ine Breite (W₈), die etwa 0,05 bie 0,5 nt betragen kann· Vorzugsweise beträgt L₁ ttwa 0,25 bii 1 aa~ und W- 0,076 bis 0,3 am« Besondere bevorzugt wird ein

Querbalken von 0,46 am χ 0,1 am und ein Längsbalken von 0,41 am χ 0,1 ma.

Die Unrundheit der Bohrung oder da« Leohdiaensionsverhältnis (LDT) wird aus der folgenden SOrMeI bestimmtt LDY a J ⁺f · ^worin y» wie «η« Pig. 5 hervorgeht, der Abstand von der Mitte des Querbalken* 15 bis zu« Ende 23 des Längsbalkens 16 la Zoll und ι der Abstand von der

Mitte des Querbalkens 1§ sua Bude 24 de« Querbalkens 15

in Zoll let. Die Dimension s ist der Abstand von der Mitte des Querbalkens 15 sun Punkt 25, dea Sehnlttpankt «wischen des Querbalken 15 und dem Längsbalken 16, in ZeB* Der Bereich sowohl für £ als auch für | variiert von 1,3 bie 43,0. Sehr zweckmäßig let das Verhält nie in beiden Fällen größer als 1,3» «o daß eich ein LDY-Wert von etwa 2,6 bis 86,0 ergibt· Vorzugsweise lieft der Bereich von LDV «wischen etwa 5,0 und 25,0·

Im uegensats zu den in den U«S·A*-Patentschriften 2 939 201 909884/U78

und 2 939 202 beschriebenen Fäden, die einen im wesentlichen symmetrischen dreilappigen Querschnitt haben» ist der dreilappige Querschnitt der gemäß der Erfindung hergestelltem Fäden asyrametriseh, wie in Fig, 6 dargestellt.

- 5 Ferner haben im Gegensatz su den Fäden der oben genannten Patente, deren Seiten sämtlich koe; ix oder sämtlioh Konkav sind, die Fäden gemäß der Erfindung eis-t einzigartige Kombination von konvexen und konkaven Seiten· Dies trägt mit zur Brsielang gewisser gewünschter besonderer Affekte bei.

Wie in FIg»6 darg©steilt, "ο?Λ der faden £g iaeel lappenförmige Vorsprung β 33» 34 und 55, die disroh zwei konkave Seiten 36» 37 und sin® konvexe Saite38 miteinander verbunden sind« Der Xi&ppen34f der der konvexen Seite gegenüberliegt, ist länger slar iie beiden anderen lappen 33 und 35· Ms FDV, a.iw ä®3 ferhältnis des Sadius a sum Radius b, der sioh vom Mittelpunkt c erstreckt_β d,h· *», wobei slflr ladiae a laser der g^Sore Eaäius iet_@ kann veränd«:ct werden» indem ä&e I^Pf verändert wird» wie aus der vorstehenden Formel besaer ereiehtXich iet« Wl© b.ereits erwähnt, ist der faden 22 a«3fi!iat*t:dLs®h, jedoofe hat er eine Symmet^ieebene. Dar r&d^a 2g iat in Bezug eof -eine Linie 30-50, die die -konvexe Seite 5® tmä. 4©d lapp©^34 halbiert,

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfinetogs, der in Fig·? und β deutlicher veranseliaalisht ist» wurde ferner gefunden» daß ©in Faden mit S-f@rMigem Querschnitt ohne Sinwärteblegung der Fäden und ohne Bildung von Tropfen oder SehmelsjELumpen gesponnen werden^ indem daa fadenbildende Material durch eine zweiteilige f-förmig@ Bohrung 39» die in Fig·7 dargestellt ist, gesponnen wird» Mes wird unabhängig von der Stellung der S-förmigen Bohrung zum Mittelpunkt der Spinndüse erreicht· Ferner wurde gefunden, daß es durch Spinnen von fadenbildender Material durch eine zweiteilige T-förmige Bohrung möglich ist, S-förmige

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Fäden herzustellen, deren T-förmiger Querschnitt viel schärfer ausgeprägt ist und deren FDV-Wert Ti el höher ist, als dies bisher für möglich gehalten wurde. Diese höheren FDV-Werte sind besonders vorteilhaft bei Teppichen, bei denen Garne mit höherem fiter pro Faden verwendet werden.

Ferner ermöglicht die zweiteilige T-förmige Bohrung la Gegensatz zu der regelmäßigen S-förmigen Bohrung das Spinnen von Fäden mit einem verhältnismäßig wohldefinierten I-förmigen Querschnitt über einen weiten Bereich von Spinnbedingungen, eo daß eine bessere Einstellung der Garneigenschaften wie Reißfestigkeit und Dehnung und eine bessere Wirtschaftlichkeit des Verfahrens möglich sind«

Die zweiteilige ΐ-förmige Bohrung 39 in der Spinndüse 40 ist deutlicher in Fig.8 dargestellt. Die Bohrung hat einen den Querbalken 41 bildenden Schlitz mit der Länge L¹ und der Breite W* und einen den Längsbalken 42 bildenden Schlitz mit der Länge L* und der Breite ¥^N · Der Längsbalken 42 verläuft im wesentlichen von der Mitte des Querbalkens 41 senkrecht zu dem Querbalken 41· Die Abmessungen des Querbalkens 41 und des Längebalkens 42 der zweiteiligen T-förmigen Bohrung entsprechenden Abmessungen, di@ oben für die regelmäßige S-föraige Bohrung genannt wurden» wo der Längsbalken vorzugsweise gröfier ist als die halb® Länge des Querbalkens. Zwischen des Längsbalken 42 und den Qaerbalken 41 ist jedoch ein. Abstand (s) vorhanden, der etwa 2,5 Ä bis etwa 20Oa. betragen kann und vorzugsweise etwa 50 ya beträgt.

Das fadenbildende Material tritt aus den zweiteiligen f-furmigen Bohrungen 39 in der Spinndüse 40 in Form von jeweils zwei (nicht dargestellten) Bändern aus, die in einer Zone etwa 0,4 bis 12,? mm von der Austrittsseita der Spinndüse miteinander verschmelzen, wobei der in Pig·9 dargestellte Faden 43 zeit einem verhältnismäßig wohldefinierten (E-förmigen Querschnitt gebildet wird. Wie die Ab- »ildung zeigt, hat der Faden 43 drei asymmetrische Lappen 44·,

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45 und 46, die durch eine konvexe Seite 47 und zwei konkave Seiten 48 und 49 miteinander verbunden sind,, Der Faden ist symmetrisch in Bezug auf die Linie 30-50, die die konvexe Seite 47 und den längeren Lappen 45 halbiert«

Die Erfindung wurde speziell in Verbindung mit dem Schmelzspinnen von faserbildendem Material beschrieben, jedoch ist sie allgemein auf alle Arten von faserbildenden Mate-r rialien anwendbar, gleichgültig, ob diese Materialien durch Schmelzspinnen, Trockenspinnen oder Haßspinnen verarbeitet werden, jedoch wird das Schmelzspinnen besonders bevorzugt, um die schärfere Ausbildung der hier beschriebenen Querschnittsfom des Fadens zu erzielen· Als Polymere, die im Rahmen der Erfindung durch Schmelzspinnen verarbeitet werden können, kommen beispielsweise die PoIyamide wie Polyhsxamethjlenadlpinsäureamid und Poly-£- eaprolactam, Polyester wie Polyätfeylenterephth&lat oder Copolymere von. Ätiiyleßglykol und Terephthalsäure mit bis zu 15 Mol-56 einer anderen zweibasisehen Säure, Polyäthylen, Polypropylen und schmels"bare 0©llö.©@aies?ivate in Ixage.

20" Ferner können weichgemaeht©» sehisiglsspiimtsase Polymer® wie Polyacrylnitril verwendet werden_β

Zur Herstellung der Fäden gemäß der Erfindung können den fadenbildenden Materialien verschiedene Zusätze zugesetzt werden, z.B. Mattierungsmittel, Oxydationsinhibitoren und Farbzusätze· Der Tit@r der Fäden kann in weiten Grenzen variieren* Bevorzugt wird gewöhnlich ein Titer im Bereich von 1,0 bis 20,0 den, jedoch kommen je nach der Verwendung der herjsustellemelsß Slaxtilware Tit er von 40 oder mehr in Frage.

Beispiel 1

Eine Spinndüse, die eine Dicke von 1,6 mm und 24 T-förmige Bohrungen hatte, die im Kreis auf die in Fig.1 beachrie-

wurde
bene Weise angeordnet waren,/aus nichtrostendem Stahl nach üblichen Verfahren hergestellt«, Der Querbalken der T-för-

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migen Bohrungen hatte eine Länge von etwa 0,51 mm und eine Breite von etwa 0,15 mm. Der Längsbalken, der, wie in Fig.1 dargestellt, zur Mitte der Spinndüse zeigte, hatte eine Länge von etwa 0,51 mm (ausschließlich der Breite des Querbalkens) und eine Breite von etwa 0,1 mm·

Polyethylenterephthalat, das eine Grenzviskosität von 0,60 dl/g hatte (gemessen bei 25⁰O unter Verwendung von 8 g des Polymeren in 100 ml o-Chlorphenol) und 0,4# Titandioxyd enthielt, wurde in einer Menge von 1,59 kg/Stunde bei einer Spinntemperatur von etwa 285⁰C unter Verwendung einer üblichen Spinnpumpe durch die oben beschriebene Spinndüse gesponnen. Sie aus der Spinndüse austretenden Fäden wurden mit Luft, die in einer Menge von 0,23 a /zugeführt wurde, gekühlt und als einzelne fadenschar abgezogen· Die Fadenschar wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 1067 m/Minute aufgewickelt· Das Fadenbündel hatte sd, wie es gesponnen wurde, einen !Uter von etwa 230. Die Bestimmung des FDV-Wertes durch die oben beschriebene Messung ergab einen Wert von 2,0* Photos des Querschnitts der gesponnenen Fäden wurden mit 4-00-facher Vergrößerung aufgenommen. Der Querschnitt hatte allgemein die in Fig.6 dargestellte Form. Wie Fig.6 zeigt, hatte der Querschnitt die Form eines verzerrten X mit einem ausgebauchten Querbalken und einem verhältnismäßig schmalen schwanzförmigen Längsbalken.

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 beschriebene Polyethylenterephthalat wurde durch die gleiche Spinndüse bei einer Spinntemperatur von etwa 300⁰C mit einem Durchsatz von 0,79 kg/Stunde gesponnen. Die gesponnenen Fäden wurden abgezogen und mit 1067 m/Minute aufgewickelt. Der Gesamttiter betrug 120. Der Faden hatte einen FDV-Wert von 1,2.

In Beispiel 1 und 2 war der Längsbalken des T zum Mittelpunkt der Spinndüse gerichtet, und sämtliche Fäden bogen sich während des Spinnens einwärts. Fadenbrücke traten mit

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einer Häufigkeit auf, die für die großtechnische Herstellung unannehmbar ist· Versuche, die Flächen des Längsbalkens und des Querbalkens einander anzugleichen, schalteten das Problem des Einwärtslaufens der Fäden nicht aus.

Beispiel 3

Eine Spinndüse mit 36 T-förmigen Bohrungen, die im Kreis um den Mittelpunkt der Spinndüse angeordnet waren, wobei der Querbalken eine Größe τοπ 0,46 s 0,1 ms und der Längsbalken eine Größe von 0,46 χ 0,1 mm hatte, wurde nach übliohen Verfahren hergestellt· Im Gegensatz zu der in Bei- ^ spiel 1 beschriebenen Spinndüse war jedoch der Längebalken der S-förmigen Bohrung nicht sur Mitte der Spinndüse, sondern nach außen gerichtet, wie in Fig.3 dargestellt.

Polyethylenterephthalat, das eine Grenzviskosität von 0,60 hatte,, wurde durch die S-förmigen Bohrungen mit einem Durchsatz von 1,95 kg/Stunde bei einer Spinntemperatur Ton etwa 290⁰C gesponnen; wobei ein Fadenbündel mit einem Gesamttiter von 230 erhalten wurde* Die gesponnenen Fäden

Luft wurden einer geregelten Küiil&ng mit 0,233 HI/Minute unterwerfen» Das Fadenbündel warde mit einer Geschwindigkeit von 1219 m/Minute aufgewickelt. Die Fäden hatten einen FDV-Wert von 2,1· λ

Überraschenderweise knickten die Fäden während des Spinnens nicht nach innen ab« Während des Spinnversia&hs traten keine Fadenbrüche oder Fadenverschmelzungen auf. In der gleichen Weise wurde eine ähnliche Spinndüse mit einem Querbalken der S-förmigen Bohrung von 0,46 χ 0,1 ma und einem Längsbalken von Ο,4Θ6 π 0,1 mm zum Spinnen eines Garns von niedrigerem !Eiter pro Faden mit entsprechend guten Ergebnissen verwendet»

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Beispiel 4-

Eine Spinndüse mit sieben Schlitzpaaren wurde nach üblichen Verfahren hergestellt, wobei die Schlitzpaare als zweiteilige T-förmige Bohrungen im Kreis auf die in Fig.7 dargestellte Weise angeordnet wurden. Der den Querbalken des T bildende Schlitz hatte eine Größe von 0,635 χ 0,102 mm· Der den Längsbalken des 2? bildende Schlitz hatte eine Größe von 0,508 χ 0,102 am. Der Abstand zwischen dem Querschlitz und Längssohlitz betrug etwa 0,051 nun.

Polyethylenterephthalat, das eine Grenzviskosität von etwa 0,60 hatte, wurde in einer Menge von 1,36 kg/Stunde durch die oben beschriebene Spinndüse bei einer Spinntemperatur von etwa 290⁰C gesponnen, wobei ein Fadenbündel mit einem Titer von etwa 70 erhalten wurde· Das Fadenbündel wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 523 m/Minute aufgewickelt·

Das aus dem Querschlitz und dem Mngaschlitz austretende Polymermaterial wurde mit Luft, die Ineeiner Menge von 226 Nl/Hinute zugeführt wurde, gekühlt und verschmolz im Abstand von etwa 6,4 mm von der Austrittsseite der Spinndüse zu einem Faden mit I-förmigea Querschnitt·

Im Gegensatz zu dem Faden mit I-förmigem Querschnitt, der durch Spinnen des fadenbildenden Materials durch eine regelmäßige T-förmige Bohrung erhalten wurde, hatte der in Fig.9 dargestellte Faden einen wohldefinierten S-förmigen Querschnitt· Das Fadendiaensionsverhältnis betrug 3»28·

Garne mit der Querschnittsform gemäß der Erfindung eignen sich für die Herstellung der verschiedensten Textilsrzeugnisae. Sie können vorteilhaft für alle Arten von Web- unä Wirkwaren, z.B. Strumpfware, Damenunterkleidung und «yjiere leichte Wirkwaren verwendet werden· Sie können nach den verschiedensten Verfahren füllig gemacht werden, .**Β_β durch Stauchkräuseln, nach dem "5 et bulking "-Verfahren und nach

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den verschiedenen Falschdrall verfahren« Das nach diesen Verfahren hergestellte gekräuselte Produkt kann für Pullover, Möbelstoffe, Teppiche, Leibwäsche, Hemdenstoffe u.dgl. verwendet werden. Das gekräuselte Produkt kann auoh zu Stapelfasern geschnitten werden, die zu Stapelfasergarnen verarbeitet werden. Diese Garne eignen sich zur Herstellung von Anzugstoffen, Pullovern und fiilligen Textilmaterialien der verschiedensten Art.

Die Spinndüse gemäß der Erfindung mit zweiligea T-förmigen Bohrungen wurde insbesondere in Verbindung mit einem rechteckigen Ende des Längsbalkens neben dem Querbalken beschrieben, jedoch werden besonders gute Ergebnisse auch erhalten, wenn der Längsbalken äußerst dicht am Querbalken angeordnet wird und das dem Querbalken benachbarte Ende des Längsbalkens verjüngt oder zugespitzt wird. Besonders gute Ergebnisse werden mit einem winkligen oder gekrümmten Ende erhalten» wenn der Längsbalken den Querbalken fast berührt oder der Abstand zwischen Querbalken und Längsbalken bis etwa 0,2 asm beträgt^Die Pließeigenschaftendes Polymeren führen bei Bohrungen dieser Form zu Ergebnissen, die den Ergebnissen entsprechen, die ausführlicher im Zusammenhang mit der zweiteiligen QJ-förmigen Bohrung beschrieben wurden«

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Claims (10)

1. - 20 Patentansprüche

   /1.) Spinndüse für das Schmelzspinnverfahren mit einer Vielzahl von kreisförmig um das Zentrum der Spinndüse angeordneten T-förmigen Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß jede T-förmige Bohrung aus einem Querbalken und aus einem Längsbalken, der sich senkrecht vom Mittelpunkt des Querbalkens erstreckt, besteht und wenigstens die Hälfte der Längsbalken vom Zentrum der Spinndüse hinwegzeigen und daß jede Bohrung ein Lochdimensionsverhältnis von etwa 2,6 bis 86 hat, ausgedrückt durch die Beziehung

   ίο u>v = I ₊ I

   in der y der Abstand von der Mitte des Querbalkens zum Ende des Längsbalkens, χ der Abstand von der Mitte zum Ende des Querbalkens und ζ der Abstand von der Mitte des Querbalkens zum Schnittpunkt oder projizierten Schnittpunkt des Querbalkens und des Längsbalkens ist.
2. 2.) Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Längsbalken der T-förmigen Bohrungen sich vom Zentrum der Düse hinweg erstrecken.
3. 3.) Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in konzentrischen Ringen angeordnet sind.
4. 4.) Spinndüse nach Anspruch 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Bohrung eine zweiteilige T-Bohrung ist, in der der Querbalken und der Längsbalken einen Abstand bis zu 0,2 mm haben.
5. 5·) Spinndüse nach Anspruch 1 bis 4,.dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Querbalkens und die des Längsbalkens unabhängig voneinander im Bereich von 0,18 bis 1,52 mm

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   und die Breite des Querbalkens und die des Längsbalkens unabhängig voneinander im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm liegen.
6. 6.) Spinndüse nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß bei der zweiteiligen T-Bohrung der Querbalken eine Länge von etwa 0,46 mm und eine Breite von etwa 0,1 mm, der Längsbalken eine Länge von etwa 0,4 mm und eine Breite von etwa 0,1 mm und der Längsbalken vom Mittelpunkt des Querbalkens einen Abstand von etwa 0,05 nun hat.
7. 7.) Verfahren zur Herstellung von Fäden mit T-förmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Spinndüse nach Anspruch 1 bis 6 verwendet.
8. 8.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man Polyamide oder Polyester, insbesondere Polyäthylenterephthalate verspinnt.
9. 9.) Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß man Fäden mit einem Fadendimensionsverhältnis von etwa 1,2 bis 5 herstellt in Übereinstimmung mit der Beziehung

   FDV - 1,89-(2,Ol χ 10~²ΔΤ) + (1,05 x 10~²AV) + (6,56ΔΕ0 + (8,85 x 10"¹ALDV) + 3,0 x 1O^-2AQ), in derAT die Spinntemperatur in °c -290°C, da» Av die Spinngeschwindigkeit in Fuß/Minute -31,Al.V. die Grenzviskosität des Polymeren -0,64,Δ LDV das Lochdimensionsverhältnis der Spinndüse -6,7 und Aq das einströmende Kühlgas in NormalkubikfuS/Minute -5 bedeuten bei einem Lochdimensionsverhältnis von etwa 2,6 bis etwa 86.

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10. 10.) Polymerfäden, insbesondere rait einem Titer von 1 bis 20, vorzugsweise Fäden aus Polyamiden oder Polyestern, dadurch gekennzeichnet, daß sie T-förmigen Querschnitt, dessen drei Lappen voneinander durch zwei konkave und eine konvexe Kurve getrennt sind, und ein Fadendimensionsverhältnis von etwa 2,5 bis 5 haben.

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