DE19631879C2 - Verfahren und Spinnvorrichtung zum Herstellen von Kunststoffäden aus Polymeren im Wege des Schmelzspinnens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffäden aus Polymeren im Wege des Schmelzspinnens, wonach die Polymerschmelze zum Zwecke der Fadenbildung durch Düsenöffnungen einer beheizten Spinndüse hindurch­ gepreßt wird.

Textile oder technische Kunststoffgarne aus schmelzflüs­ sigen Polymeren bestehen üblicherweise aus einer Mehrzahl von Einzelfäden. Beim Herstellen dieser Einzel- bzw. Kunst­ stoffäden im Zuge des Schmelzspinnens wird die Polymer­ schmelze zum Zwecke der Fadenbildung mit hohem Druck durch die Düsenöffnungen einer Spinndüse hindurchgepreßt. Anschließend werden die Einzelfäden durch Anblasen mit Luft abgekühlt. Die Anblasung erfolgt in einem Blasschacht ent­ weder als Queranblasung von der Seite her oder als Radialanblasung zentral von außen nach innen oder umgekehrt.

Insbesondere bei der Herstellung von Mikrofasern, technischen Kunststoffasern, Stapelfasern oder Spinnvlies ist eine hohe Anzahl von Einzelfäden bzw. Filamenten erfor­ derlich. Das verlangt eine hohe Anzahl an Düsenöffnungen. Zur Unterbringung dieser Düsenöffnungen sind verhältnis­ mäßig große Spinndüsendurchmesser erforderlich, da vorgegebene Mindestabstände zwischen den Düsenöffnungen eingehalten werden müssen, um Probleme bei der Abkühlung der Kunststoffäden und Fadenungleichmäßigkeiten zu vermeiden. Je größer der Durchmesser der Spinndüse ist, desto größer ist jedoch der Wärmeabfluß durch Konvektion und Strahlung, und zwar ungleichmäßig, das heißt der Wärmeabfluß ist im Bereich der Spinndüsenmitte am größten und folglich sind die Temperaturen dort am niedrigsten. Eine Temperaturabnahme über die Düsenfläche vom Spinn­ düsenrand zur Spinndüsenmitte führt zu einem ungleich­ mäßigen Schmelzfluß durch die Düsenöffnungen hindurch und folglich zu einer gestörten Filamentbildung sowie zu ungleichmäßig ausgebildeten Kunststoffäden. Man versucht daher, die durch Wärmeabfluß bedingte Temperaturabnahme zur Düsenmitte hin zu reduzieren, indem der Bereich Spinn­ düse/Fadenaustritt/Anblasebeginn mittels Luftführungsbleche abgeschottet wird. Derartige Maßnahmen haben jedoch nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus dem Deutschen Buch von Franz Fourné "Synthetische Fasern" (Carl Hanser Verlag, 1995, Seiten 298 bis 310) bekannt geworden. Hier werden unterschiedliche Ausführungsformen von Spinn­ köpfen und Spinnbalken beleuchtet. In diesem Zusammenhang wird auch die Beheizung des Spinnkopfes bzw. -balkens mittels Strahlung angesprochen. - Die Probleme um unter­ schiedliche Temperaturabnahmen über die Düsenfläche des Spinnkopfes bzw. -balkens werden nicht erwähnt. Dementsprechend sucht man diesbezügliche Lösungsansätze vergebens.

Dies gilt auch für das aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 60 308 bekannte Verfahren zum Schmelzspinnen von synthetischen Fäden. Denn hier wird so vorgegangen, daß die aus einer Spinndüse austretenden Fäden augenblicklich durch ein ringförmiges Infrarotheizgerät mit kreisförmigen Querschnitt erwärmt und erweicht werden. Anschließend werden sie einem entgegen ihrer Laufrichtung strömenden Luftstrom ausgesetzt, welcher im Bereich der Heizeinrichtung abgezogen wird. Schließlich werden sie durch einen Behälter mit Kühlflüssigkeit geführt. Auf diese Weise hofft man, eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Abzugsbereich für die Fäden zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen sich der Wärme­ abfluß durch Konvektion und Strahlung an der Spinndüse insbesondere zum Bereich der Spinndüsenmitte hin derart verhindern bzw. kompensieren läßt, daß eine Vergleich­ mäßigung des Schmelzflusses erreicht wird und sich folglich gleichmäßige einzelne Kunststoffäden spinnen lassen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß die Spinndüse im Bereich der Spinn­ düsenmitte zusätzlich mittels Wärmestrahlung beheizt wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich die sonst üblichen Abstrahlungsverluste dann vermeiden lassen, wenn die Spinndüse mit einer gegen die Fadenaustrittsseite gerichteten Wärmestrahlung zusätzlich beaufschlagt wird. Im allgemeinen wird eine Spinndüse in der Weise beheizt, daß in einen üblicherweise mit Diphyl-Dampf beheizten Spinnkasten Düsenpakete eingebettet sind. Folglich erfolgt eine Beheizung dieser Düsenpakete von allen Seiten. Auf der unteren Düsenfläche findet ein Wärmeabfluß infolge Konvektion, Strahlung und Wärmeinhalt des Polymers statt, so daß eine Temperaturabsenkung zur Düsenmitte hin beobachtet wird. Dieser wird erfindungsgemäß durch die in diesem Bereich vorgesehene zusätzliche Beheizung mittels der Wärmestrahlung begegnet. Die Spinndüse bzw. der Bereich der Spinndüsenmitte wird erfindungsgemäß mittels Infrarot­ strahlung beheizt und von unten gegen die Fadenlaufrichtung mit Wärmestrahlung beaufschlagt. Dabei kann die Spinndüse bzw. der Bereich der Spinndüsenmitte von unten unter einem vorgegebenen Neigungswinkel mit Wärmestrahlung beheizt werden. Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, eine zielgerichtete bzw. fokussierte Wärmestrahlung bzw. Infrarotstrahlung gegen den Bereich der Spinndüsenmitte zu richten. Durch die Zufuhr von Wärme in jenen Spinndüsen­ bereich, in dem die Polymerschmelze aus der Spinndüse aus­ tritt, ergibt sich ein doppelter Effekt. Zunächst einmal werden Abstrahlungsverluste unterbunden bzw. infolge Wärme­ strahlung derart kompensiert, daß Temperaturungleich­ mäßigkeiten vermieden werden und somit eine Vergleich­ mäßigung des Schmelzflusses und damit die Erzeugung absolut gleichmäßiger einzelner Kunststoffäden erreicht wird. Hinzu kommt eine verzögerte Abkühlung der Kunststoffäden, aus der eine verbesserte Verstreckbarkeit der Filamente bzw. der Kunststoffäden bei der Weiterverarbeitung führt.

Eine Spinnvorrichtung mit zumindest einer beheizten Spinn­ düse und einem Blasschacht, die zur Durchführung der bean­ spruchten Verfahrensmaßnahmen in besonderer Weise geeignet ist und sich durch eine einfache und funktionsgerechte Bau­ weise auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Blasschachtes außerhalb des Fadenweges zumindest eine zusätzliche Heizvorrichtung mit einem auf den Bereich der Spinndüsenmitte an der Unterseite der Spinndüse ausgerichteten Reflektor angeordnet ist. Da der Reflektor auf den Bereich der Spinndüsenmitte ausgerichtet ist, ermöglicht er ein gezieltes oder auch fokussiertes Anstrahlen der Spinndüse. In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, daß die Heizvorrichtung bzw. Heizvor­ richtungen und der Reflektor bzw. die Reflektoren im vorderen und/oder hinteren und/oder seitlichen Bereich des Blasschachtes angeordnet sind. Bei einer Spinnvorrichtung mit einer Ringdüse als Spinndüse sieht die Erfindung vor, daß bei einem zentral angeordneten Luftzuführungskörper für Radialanblasung die Heizvorrichtung und der Reflektor im oberen Bereich des Luftzuführungskörpers und zentrisch unterhalb des Bereiches der Spinndüsenmitte angeordnet ist. Die Heizvorrichtung ist vorzugsweise als elektrischer Heizstab ausgebildet. Heizvorrichtung und Reflektor können sich zwischen der Spinndüse und einem Luftleitblech befinden, sofern ein solches Luftleitblech vorgesehen ist. Das gilt insbesondere bei der Ausführungsform mit Querluftanblasung, bei welcher der Blasschacht einen entsprechenden Gleichrichter aufweist. Bei Radialanblasung dagegen besteht die Möglichkeit, nicht nur Kühlluft von innen über den Luftzuführungskörper einzublasen, sondern auch von außen anzusaugen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; Es zeigen:

Fig. 1 eine Spinnvorrichtung in schematischer Darstel­ lung,

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 mit Heizvorrichtung und Reflektor für die Spinndüse sowie mit einem für Queranblasung eingerichteten Blasschacht,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht auf die Heizvor­ richtung und den Reflektor nach Fig. 2,

Fig. 4 in schematischer Ansicht eine Spinndüsenbeheizung bei Radialanblasung.

In den Figuren ist eine Spinnvorrichtung zum Herstellen von Kunststoffäden 1 aus schmelzflüssigen Polymeren im Wege des Schmelzspinnens dargestellt, wonach die Polymer­ schmelze zum Zwecke der Fadenbildung durch die Düsen­ öffnungen 2 einer Spinndüse 3 hindurchgepreßt wird. In einem üblicherweise mit Diphyl-Dampf beheizten Spinnkasten 4 sind Düsenpaket 5 eingebettet, so daß eine Beheizung dieser Düsenpakete 5 von allen Seiten erfolgen kann. Ferner ist eine Filtrierung 6 der Polymerschmelze vorgesehen. Der Filtrierung 6 folgt die Spinndüse 3 als fadenbildendes Prozeßelement. An der unteren Düsenfläche 7 treten die einzelnen Kunststoffäden 1 frei aus den Düsenöffnungen 2 aus und werden anschließend abgekühlt. Diese untere Düsenfläche 7 läßt sich daher weder direkt beheizen noch isolieren. Durch den auf dieser unteren Düsenfläche 7 stattfindenden Wärmeabfluß infolge Konvektion, Strahlung und Wärmeinhalt des Polymers bzw. der Kunststoffäden 1 ergibt sich eine Temperaturabsenkung zur Düsenmitte hin. Je größer die Spinndüse 3 ist, desto größer ist die Entfernung zur Beheizung von außen und desto größer ist die Temperaturabsenkung.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 ist zur Abkühlung der Kunststoffäden 1 im Wege einer Queranblasung ein Blasschacht 8 mit einem Gleichrichter 9 für Kühlluft vorgesehen. Im oberen Bereich des Blasschachtes 8 ist außerhalb des Fadenweges zumindest eine Heizvorrichtung 10 mit einem auf die Unterseite der Spinndüse 3 ausgerichteten Reflektor 11 angeordnet. Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 11 auf den Bereich der Spinndüsenmitte ausgerichtet. Die Heizvorrichtung 10 bzw. Heizvorrichtungen und der Reflektor 11 bzw. die Reflektoren können im vorderen und/oder hinteren und/oder seitlichen Bereich des Blasschachtes 8 angeordnet sein. Die aus der Spinndüse 3 austretenden Kunststoffäden 1 werden seitlich mit Kühlluft angeblasen und abgekühlt. Die Kühlluft wird gleichmäßig zugeführt. Mit einem ferner vorgesehenen Luftleitblech 12 wird der Bereich Spinn­ düse/Fadenaustritt von dem Bereich Kühlluft getrennt. Die Heizvorrichtung 10 ist als elektrischer Heizstab ausge­ bildet. Bei dem Reflektor 11 handelt es sich um Stahlblech mit polierten konkaven Fokussierstellen 13.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Spinndüse 3 als Ringdüse ausgebildet. Die aus der Spinndüse 3 austretenden Kunststoffäden 1 werden zentral mit Kühlluft angeblasen und abgekühlt. Insoweit findet eine Radial­ anblasung statt. Die Kühlluft wird mittels eines Luft­ führungskörpers 14 gleichmäßig zugeführt. Bei dieser Radialanblasung ist auch eine umgekehrte Luftführung möglich, das heißt das Ansaugen von Kühlluft von außen und deren Abführung mittels des zentral angeordneten Luft­ führungskörpers 14. In diesem Fall sind die Heizvor­ richtung 10 bzw. der Heizstab und der Reflektor 11 im oberen Bereich des Luftführungskörpers 14 installiert, so daß nach oben eine fokussierte Beheizung der Spinndüse 3 und insbesondere der Düsenmitte erfolgt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffäden (1) aus Polymeren im Wege des Schmelzspinnens, wonach die Polymer­ schmelze zum Zwecke der Fadenbildung durch Düsenöffnungen (2) einer beheizten Spinndüse(3) hindurchgepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüse (3) im Bereich der Spinndüsenmitte zusätzlich mittels Wärmestrahlung beheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüse (3) bzw. der Bereich der Spinndüsenmitte mittels Infrarotstrahlung beheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spinndüse (3) bzw. der Bereich der Spinn­ düsenmitte von unten gegen die Fadenlaufrichtung mit Wärme­ strahlung beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spinndüse (3) bzw. der Bereich der Spinndüsenmitte von unten unter einem vorgegebenen Neigungswinkel mit Wärmestrahlung beaufschlagt wird.

5. Spinnvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zumindest einer beheizten Spinndüse (3) und einem Blasschacht (8), dadurch gekenn­ zeichnet, daß im oberen Bereich des Blasschachtes (8) außerhalb des Fadenweges zumindest eine zusätzliche Heiz­ vorrichtung (10) mit einem auf den Bereich der Spinndüsen­ mitte an der Unterseite der Spinndüse (3) ausgerichteten Reflektor (11) angeordnet ist.

6. Spinnvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizvorrichtung (10) bzw. Heiz­ vorrichtungen und der Reflektor (11) bzw. die Reflektoren im vorderen und/oder hinteren und/oder seitlichen Bereich des Blasschachtes (8) angeordnet sind.

7. Spinnvorrichtung nach Anspruch 6, mit zumindest einer Ringdüse als Spinndüse (3), dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zentral angeordneten Luftzuführungskörper (14) für Radialanblasung die Heizvorrichtung (10) und der Reflektor (11) im oberen Bereich des Luftzuführungskörpers (14) und zentral unterhalb des Bereiches der Spinndüsenmitte angeordnet ist.

8. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (10) als elektrischer Heizstab ausgebildet ist.

9. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (11) als Stahl­ blech mit polierten konkaven Fokussierstellen (13) ausgebildet ist.