DE1940621B2

DE1940621B2 - Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren

Info

Publication number: DE1940621B2
Application number: DE1940621A
Authority: DE
Inventors: Charles Sidney Hatcher; Charles Houston Teague
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1968-08-09
Filing date: 1969-08-09
Publication date: 1975-07-03
Also published as: DK138761B; CH508741A; US3621088A; BE737263A; BR6911390D0; GB1271435A; ES369697A1; JPS5241368B1; NL6912120A; FR2015383A1; DK138761C; DE1940621A1; CA933711A; IL32779A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /ur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren durch eine Spinndüse mit mindestens 4 Düsenöffnungen pro cm^J wirksamer Düsenlläche und Führen der so gebildeten Fäden durch eine Luftstrecke von weniger als 2,5 cm Länge in eine Abschreckflüssigkeit.

Bei der Herstellung von Fäden aus thermoplastischen Polymeren wird das geschmolzene Polymere üblicherweise durch die Öffnungen einer Spinndüse in einen Bereich versponnen, in dem die Temperatur niedriger als diejenige des geschmolzenen Polymeren ist. In dem kühleren Bereich werden Fäden gebildet, die ausreichend fest sind, um kontinuierlich von einer fadenführenden Vorrichtung abgezogen zu werden. Herkömmlicherweise wird das geschmolzene Polymere durch eine Spinndüse gesponnen, deren Öffnungen sich in einem relativ großen Abstand voneinander befinden, um neu gebildete Fäden so lange getrennt zu halten, bis sie ausreichend verfestigt sind, um ein Verkleben oder Verschmelzen zu verhindern. Die Fadenausbeute pro Spinndüse ist unter diesen Umständen selbst bei höchstmöglichen Aufwickelgeschwindigkeitcn gering. Eine größere Spinndüse kann auf Grund hoher Drücke bei der Schmelzextrusion nur in beschränktem Maße verwendet werden.

Der große Abstand von Öffnung zu Öffnung in bekannten Schmelzspinndüsen steht im Gegensatz zu demjenigen, welcher beim Lösungsspinnen von Viskose verwendet wird, bei dem die Öffnungen in so geringem Abstand voneinander angeordnet sind, daß ein aus mehreren tausend Fäden bestehender Strang in einer einzigen Spinnstelle gesponnen werden kann. Da geringer Betriebsraum, geringere Investition sowie geringere Kosten für Arbeitskraft und Wartung erforderlich sind, erlaubt diese hohe Dichte von Düsenöffnungen die Herstellung von Fäden bei wesentlich geringeren Kosten, als dies beim bekannten Schmelzspinnen möglich ist.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schmelzspinnverfahrcn besteht in der Schwierigkeit, die einzelnen Stufen der Garnherstellung zu koppeln. Nach der Verspinnung eines Fadens ist allgemein ein Verstrecken erforderlich, um die mechanischen Eigenschaften der Fäden zu verbessern. Das Einbringen des Fadens in den Verstreckungsvorgang erfolgt jedoch üblicherweise bei einer Geschwindigkeit, die von der Geschwindigkeit des Herausführens aus dem Spinnvorgang verschieden ist. Beispielsweise kann es nötig sein, den Faden bei einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit zu verstrecken, als er versponnen werden soll. Unter solchen Umständen ist es üblich, das Verfahren der GarnherMellung zu unterbrechen, das heißt die Fäden vorübergehend nach dem Spinnvorgang für späteren Gebrauch in der Verstreckungsstufe /u speichern. Selbst wenn es möglich sein

ίο sollte, die Fäden bei ausreichend hoher Geschwindigkeit /u \erstrecken, so daß sie direkt von der Spinnstufe aus verwendet werden können, überfordert die Geschwindigkeit der Fäden am Ausgang der Verstreckungsstufe häufig die Kapazität der zur Zeit vertilgbaren Garnverarbeiuingsvorrichtungen.

Diese Schwierigkeiten ließen sich dadurch vermeiden, daß die Fäden ausreichend langsam extrudiert werden, um die versheckten Fäden bei annehmbarer Geschwindigkeit aufzufangen. Ein derartiges Hilfsmittel würde jedoch die Produktivität herkömmlicher .Spinnverfahren vermindern, so daß es wirtschaftlich weniger erwünscht ist.

Es wurde schon vorgeschlagen. Schmelzspinnfäden bei hohe. Fadendichte pro wirksamer Düsenfläche unter Verwendung einer quer gerichteten Luftabschreckung \on zumindest 49 m min auf 2,54 cm nach dem Austritt aus der Spinndüse herzustellen, um die Fäden innerhalb von 5 cm Entfernung von der Spinndüse zu verfestigen. Dieses Verfahren konnte jedoch nicht ohne Verklebung oder Verschmelzung der Fäden durchgeführt werden. Selbst wenn ein derartiges Verfahren sich als geeignet erwiesen hätte, wäre es den Gefahren eines Ausfalls der Luftzufuhr, unerwünschten Schwankungen in der Luftströmungsgeschwindigkeit, unkontrollierten Luftströmen usw ausgesetzt gewesen.

Aus der französischen Patentschrift I 313 873 ist die Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen durch dnc Spinndüse mit 4 Düsenöffnungen pro cm^J Düsenlläche bekannt, wobei zwischen Spinndüse und dem Abschreckmittel ein Abstand von weniger als 2.54 cm sein soll. Bei hohen Spinngeschwindigkeiten treten jedoch auch bei diesem Verfahren Verklebungen der Fäden auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun dann, ein Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren und Führen der gebildeten Fäden in eine Abschreckflüssigkeit zur Verfügung zu stellen, wobei eine Verschmelzung

5u der nebeneinanderliegenden Fäden während ihrer Herstellung verhindert werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberflächenspannung der Abschreckiiüssigkeit unterhalb von 65 dyn/cm gehalten wird.

Bevorzugt bringt man die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit auf den gewünschten Wert durch eine Zugabe eines oberflächenaktiven Stoffes.

Die nach der Erfindung hergestellten Fäden unterscheiden sich durch eine geringere Kristallinität und Steifigkeit in vorteilhafter Weise von in bekannter Weise hergestellten Fäden.

Bei einer Erhöhung der Zahl der Düsenöffnungen auf über 4 pro cm- ist es vorteilhaft, die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeil noch weiter unter den Wert von 65 dyn/cm abzusenken. Bei einer Fadendichte von zumindest (1 Spinnöffnungen pro cm-' sollte die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit vorzugsweise unterhalb 55 dyn/cm gehalten wer-

den. Um größere Sicherheit zu gewährleisten, daß ein Verschmelzen benachbarter Fäden verhindert wird, sollte die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeil allgemein vorteilhafterweise unter 40dyn cm gehalten werden.

Das errindungsgemäße Verfahren läßt sich für jedes aus einer Schmelze verspinnbare, synthetische, organische, thermoplastische Polymere verwenden, wie L B. Polyamide, Polyester, Polykohlenwasserstoffe. Vinylpolymere, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und ihre Copolymere, Acrylpolymere, wie z. B. Polyacrylnitril, wenn es ausreichend weichgemacht worden ist, um es schmelzbar zu machen. Copolymere von Acrylnitril, halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Polychlortrifiuoräthylen. Polyacetale, Polyanhydride, Polyoxymethylene, Polyformale. Poiyäthcr, Polythioether, Polysulfide, Polythioester, Polysulfone, Polythiohamstoffe, Polythioamide. Polysulfonamide, Polyimide und Polytriazole. Die bevorzugte Gruppe von Polyamiden schließt Polymere, wie z. B. Poly(hexaniethylendipamid) Pol\(he\amethylensebacamid). Poly(epsiloncaproamid) und ihre Copolymere ein. Unter den zu erwähnenden Polyestern befinden sich a.ißer Poly(aih\- lcnterephthalat) die entsprechenden Copolymeren, »eiche Sebacinsäure, Adipinsäure, Isophthalsäure enthalten, sowie die Polyester, welche aus den Glykole η abgeleitete Einheiten mit mehr als zwei Kohlenstoffen in der Kette, z. B. Diäthylenglykol, Butenflvkol, Decamethylenglykol und Trans-bis-l,4(hytiroxy methyl)-cyclohexan, enthalten.

Die Zeichnung zeigt eine diagrammatische Darstellung einer Vorrichtung für die Durchführung der vorliegenden Erfindung.

Im Extruder Il wird das Polymere (/.B. Polypropylen) geschmolzen und über getrennte Kanäle in fwei von Motoren 12 und 13 betriebene Spinnpumpcn den Spinndüsen 14, 15 zugeführt. Die Temperatur (Her extrudieren Schmelze liegt allgemein im Bereich !wischen etwa 204" und 343''C für Polypropylen. Der Extruderdruck liegt allgemein im Bereich zwischen etwa 70 und 140kg/cm-. Die gebildeten Fäden laufen durch eine Luftstreckr: 16 in eine Abschreckflüssigkeit 17, wie z. B. Wasser, die sich im Abiehreckbehälter 18 befindet. Die Fäden aus der Spinndüse 14 laufen um einen festen Führungszapfen 19 zu einem zweiten festen Führun^szapfcn 21. Die Fäden aus der Spinndüse 15 laufen um den Führungszapfen 21 herum und können mit den Fäden aus der Spinndüse 14 zur Bildung eines Strangs 22 kombiniert werden. Der Strang 22 wird aus dem Abschreckbehälter 18 abgezogen und durch eine Spannungsleiter aus rostfreien Stahlstangen 28 und geschlitzten Rohren 29 geführt. Die Stahlstangen 28 erzeugen eine konstante Spannung, so daß die Fäden gleichförmig durch die Walzen Jl hindurchlaufen. Die mit Ouerschlitzen versehenen Rohre 29 sind über Leitung 32 mit der Vakuumpumpe 33 zum Abziehen von überschüssigem Wasser von den Fäden verbunden.

Das Fadenbündel wird dann durch einen Satz Streckwalzen 34 durch den Ofen 35 gezogen. Eine walzenähnliche Auftragsvorrichtung 36 kann zwischen dem Ofen 35 und den Streckwalzen 34 eingesetzt werden, um ein Ausrüstungsmaterial auf die verstreckten Fäden aufzubringen.

Die verstreckten Fäden werden um eine Führungswalze 37 und sodann zwischen Haltewalzen 38 und 39 in eine Kräuselvorrichtung 41 geführt. Der gekräuselte Strang wird in einen J-förmigen Behälter 42 eingebracht, der mit einem Druckschalter 43 versehen ist. Der gekräuselte Strang wird aus dem Behälter 42 heraus und um die Führungswalze 44 mittels der Walze 45 herumgeführt, weiche von einem Motor 46 mit variabler Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Druckschalter 43 betrieben wird. Der gekräuselte Strang wird sodann über die Führungswalze 47 in die Stapelschneidvorrichtung 48 geführt. Der zerschnittene Stapel kann in einem Vorratsbehälter 49 gelagert werden.

Das oberflächenaktive Mittel kann durch die Leitung 61 in die Leitung 54 eingeführt werden, in der es mit der Abschreckflüssigkeit vermischt wird. Die Zusalzmenge des oberflächenaktiven Mittels kann durch die Mengensteuervorrichtung 62 gesteuert werden, welche ein in der Leitung 61 angeordnetes Ventil 63 betätigt, das auf die durch den Strömungsmesser 64 angegebene Strömungsmenge der Abschreckflüssig-

2t) keit durch die Leitung 54 anspricht, sowie durch das gewünschte Verhältnis des oberflächenaktiven Mittels zur Abschreckfliissigkeit, dargestellt durch den Hingang 65.

Die Länge der Luftstrecke 16 zwischen der Spinndii^e 14, 15 und der Oberfläche der Abschreckrlüssigkeit 17 erwies sich bei der Herstellung von Fäden hoher Dichte als kritisch. Allgemein sollte die Luftstrecke eine Länge von weniger als 2,5 cm, vorzugsweise weniger als 1,3 cm aufweisen, wenn die Spinndüsen 14, 15 mindestens 4 Spinnöffnungen pro cm-' wirksame Düsenfläche enthalten. Der Ausdruck >wirksame Düsenfläche« bezeichnet den von der äußeren Linie der Spinnöffnungen eingeschlossenen Bereich.

B e i s ρ i e I I

r.in Versuch mit Polypropylen mit einem Schmelzindex von etwa 12 wurde mit einer Spinnabschrcckvorrichtung der in der Zeichnung beschriebenen Art

4» uiitLi Verwendung eines 5-cm-Extruders und einer einzigen Spinndüse durchgeführt. Die Spinndüse enthielt 752 Öffnungen mit einem Durchmesser von 0.51 mm bei einer Fadendichte von IO Spinnöffnungen pro cm- wirksamer Düscnflächc. Die Länge der Luftstrecke betrug 1,3 cm. Leitungswasser einer Temperatur von etwa 21° C und einer Oberflächenspannung von etwa 72dyn/cm wurde als Abschreckfliissigkeit verwendet. Die versponnenen, mit Wasser abgeschreckten Fäden wiesen einen Titer von 262 den pro Faden auf und wurden aus dem Abschreckbehälter mit einer Geschwindigkeit von 14 m/min abgezogen. Die Fäden wurden sodann kaltverstreckt und wiesen dann einen Titer von etwa I 16 den pro Faden auf. Eine erhebliche Anzahl von Fäden verklebte und verschmolz miteinander nach dem Austritt aus der Spinndüse. Ein oberflächenaktives Mittel wurde sodann zugesetzt, um die Oberflächenspannung des Abschreckwassers auf unterhalb 40 dyn/cm herabzusetzen, wodurch das Problem der Fadenver-Schmelzung umgangen wurde.

Ein zweiter Versuch wurde mit der gleichen Vorrichtung durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die abgeschreckten Fäden aus einem Abschreckbehälter mit einer Geschwindigkeit von etwa 38 m/min abgezogen wurden, mit einem Titer von etwa 62,5 den pro Faden. Die Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels, durch das die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit auf unterhalb 40 dyn/cm gehalten

wurde, verhinderte wiederum die Verschmelzung der Fäden.

Ein dritter Versuch wurde unter Vermeidung eines oberflächenaktiven Mittels bei einer Temperatur des Abschreckwassers von 77' C und einer Oberflächenspannung von etwa 63 dyn/cm durchgeführt. Eis konnte keine bemerkenswerte Verschmelzung der Fäden festgestellt werden.

Beispiel 2

hin Versuch mit Polypropylen mit einem Schmelzindex von etwa 12 wurde in einer Spinnabschreckvorrichtung der in der Zeichnung beschriebenen Art unter Verwendung eines 6,4-cm-Extruders sowie einer Spinndüse durchgefühlt, welche 1000 Spmnötfnunuen mit einem Durchmesser von 0.41 mm aufwies, bei einer Fadendichtc von 8 SpinnüfTnungen pro cm- wirksame Düsenfläche. Die Preßtemperatur des Extruders betrug 302° C für eine Schmelztemperatur von etwa 254" C bei einer Produktionsleistung von etwa 56 kg pro Stunde. Die Walzen 31 wurden bei IK)' (_' und 30,5 m/min betrieben. Leitungswasser, welches ausreichende Mengen an oberflächenaktiven Mitteln zur Herstellung einer Oberflächenspannung von weniger als 40 dyn/cm enthielt, wurde bei einer Arbeitstemperatur von 41° C als Abschreckflüssigkeit verwendet. Wenn die Luftstreckc eine Länge von 2,54 cm überschritt, verklebten und verschmolzen die Fäden. Lag die Länge der Luftsirecke zwischen 2.54 cm und 1,30 cm, wurden nur noch wenige Fälle von I-'adenvcrschmclzung festgestellt. Wurde die 1 auge des Luflspalts auf etwa 3,2 bis 6,4 mm herab uesetzt. entfiel das Problem der Verschmelzung

Hierzu I Blatt Zeichnungen

QQA

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymeren durch eine Spinndüse mit mindestens 4 Düsen-Öffnungen pro cm- wirksamer Düsenfläche und Führen der so gebildeten Fäden durch eine Luftstrecke von weniger als 2,5 cm Länge in eine Abschreckflüssigkeil, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit unterhalb von 65 dyn-cm gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenspannung der Abschreckflüssigkeit durch Zugabe eines oberflächenaktiven Stoffes auf den gewünschten Wert gebracht wird.