DE19633424A1 - Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Fadens mit Hochschrumpf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines syn­ thetischen Fadens mit Hochschrumpf nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von synthetischen Fäden mit Hochschrumpf ein Verfahren angewendet wird, daß aus zwei getrennten Arbeitsfolgen besteht. In der ersten Arbeitsfolge wird der Faden zu einem POY-Garn versponnen und aufgewickelt. Nach dieser Behandlung weist der Faden eine hohe Restdehnung von < 60% auf. In der zweiten Arbeitsfolge wird der Faden sodann wieder abgespult, in einer Verstreckzone verstreckt und erneut aufgewickelt. Die Verstreckung der Fäden erfolgt bevorzugt kalt und trocken ohne externe Wärmezu­ fuhr, so daß der Faden nach der Verstreckung seine hohe Schrumpf­ neigung beibehält. Unter Schrumpf ist hierbei eine Längenänderung (Verkürzung) des Fadens zu verstehen, die im wesentlichen durch thermische oder hydrothermische Behandlung des Fadens ausgelöst wird.

Bei diesem Verfahren ist die Aufteilung in eine erste und eine zweite Arbeitsfolge als besonders nachteilig anzusehen. Dies führt dazu, daß die Fadenqualität ungleichmäßig wird, da die Verfahrens­ führung und -kontrolle jeder Arbeitsfolge unabhängig voneinander abläuft und gegenseitig nicht beeinflußt werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen synthetischen Faden mit Hochschrumpf in einer Arbeitsfolge ohne Unterbrechung bei gleichmä­ ßigen, gut einstellbaren Fadeneigenschaften und hohen Produktions­ geschwindigkeiten herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß die textiltechnologi­ schen Eigenschaften durch die Hochschrumpfbehandlung sehr gut eingestellt werden können. Hierbei stellt sich überraschender Weise heraus, daß die Hochschrumpfbehandlung zu einer Verminderung des sogenannten "Spulenschrumpfes" führt. Als Spulenschrumpf wird hierbei der unmittelbar nach Aufwickeln des Fadens auf der Spule frei werdende Schrumpf bezeichnet. Der Spulenschrumpf führt zur Erhöhung der Fadenzugkraft in dem aufgewickelten Faden. Diese Fadenzugkraft kann zur Zerstörung der Spule führen und stört den Spulenaufbau in erheblicher Weise.

Insbesondere ermöglicht die Erfindung, daß Fäden mit einem sehr großen Hochschrumpf, der als Kochschrumpf über 40% betragen kann, hergestellt werden können. Die ununterbrochene Arbeitsfolge ermöglicht zudem eine kontinuierliche Verfahrensführung und -kontrolle vom Spinnen zum Verstrecken bis zur Aufwicklung. Mit diesen Garnen können preiswert technische, hochdichte Feingewebe hergestellt werden.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 bietet den Vorteil, daß die bei der Verstreckung entstehende molekulare Orientierung im Faden stabilisiert wird und aufgrund der schockartigen Aufheizung es zu einer bevorzugten Gefügeumwandlung kommt. Bei dieser Ausführung können alle bekannten Kalt- und Warmstreckverfahren über Streck­ stift, Galette oder Heizrohr der schockartigen Wärmebehandlung vorangehen bzw. folgen.

Die Verfahrensvariante nach Anspruch 3 ermöglicht die Herstellung von Fäden mit besonders großem Hochschrumpf. Hierbei wird der Faden in der Verstreckzone bevorzugt durch ein Heizrohr geführt und infolge einer Mindesterwärmung und der Fadenzugkraft verstreckt, was z. B. bei Polyamid oder Polypropylen zu starker Schrumpfneigung führt.

Die Ausführung nach Anspruch 4 hat den Vorteil, daß die Verfahrens­ führung im Hinblick auf die Einstellung der textiltechnologischen Eigenschaften sehr präzise vorgenommen werden kann.

Gemäß Anspruch 6 läßt sich ebenfalls die Größe des Hochschrumpfes einstellen. Tritt die plastische Verformung des Fadens vor Eintritt in die schockartige Wärmebehandlung ein, so wird am Faden ein hoher Schrumpf erzeugt. Die plastische Verformung des Fadens bei Eintritt in die schockartige Wärmebehandlung führt dagegeben zu geringerem Hochschrumpf.

Die Ausführung nach Anspruch 7 dient dem Zweck, den Faden in einen präzisen vorgegebenen Abstand zu der Heizoberfläche zu führen. Ein Abstand von 0,5 bis 3,5 mm wird angestrebt.

Die Verfahrensmodifikation nach Anspruch 8 besitzt den Vorteil, daß bei konstanter Temperaturführung in der Hochschrumpfbehandlung eine weitere Einstellmöglichkeit des Hochschrumpfes gegeben ist.

In dem Fall, daß eine Vor- und Nachpräparationsstufe vorgesehen ist, gem. Anspruch 9, läßt sich eine sehr feine Einstellung des Hoch­ schrumpfes erzielen. Die Präparation in der Vorpräparationsstufe kann gezielt auf den Prozeß bis zur Aufwicklung gerichtet sein. Die nach der Wärmebehandlung stattfindende Präparation in der Nach­ präparationsstufe berücksichtigt ausschließlich den Weiterver­ arbeitungsprozeß. Bei der zweistufigen Präparation wird in der Vorpräparationsstufe der Präparationsauftrag dosiert vorgenommen, um nur den Prozeß bis zum Aufspulen zu gewährleisten. Die Menge an Präparationsauftrag beträgt hierbei vorzugsweise < 0,3 Gewichts-% des trockenen Fadengewichtes. In der Nachpräparationsstufe wird eine Menge von vorzugsweise 0,5 bis 1,2 Gewichts-% des trockenen Fadengewichtes auf den Faden aufgebracht.

Es hat sich herausgestellt, daß das Mittel und die Konzentration des Präparationsauftrages wesentlichen Einfluß auf den Hochschrumpf haben. Bei gleichmäßigem Präparationsauftrag und gleicher Tempera­ turführung in der Hochschrumpfbehandlung konnte mit einer Emulsion aus 10% Öl und 90% Wasser ein Faden mit 30% Kochschrumpf hergestellt werden. Bei einer Emulsion von 30% Öl und 70% Wasser lag der Kochschrumpf nur bei 10%. In beiden Fällen war jedoch der Spulenschrumpf gleich groß.

Das Verfahren läßt sich auf alle gängigen Polymertypen anwenden. Für die mechanischen Eigenschaften von Fäden kann es vorteilhaft sein, daß diese aus einer Rezeptur verschiedener Polymere ersponnen werden. Beispielsweise ist bekannt, daß die Beigabe von bis zu 5% PBT (Polybythylenterephthalat) zu PET die Spinnbarkeit und die elastischen Eigenschaften der Fasern verbessert.

Mit diesem Verfahren können bevorzugt Polypropylene mit einer engen Molekulargewichtsverteilung im Bereich < als 3, insbesondere auf Metallocene-Basis hergestellte Typen verarbeitet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren und die dazu erforderlichen Vorrichtungsteile.

Fig. 2 zeigt schematisch ein modifiziertes Herstellungsverfahren und die dazu erforderlichen Vorrichtungsteile.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Heizeinrichtung.

Soweit nichts gesagt ist, gilt die Beschreibung für Fig. 1 und Fig. 2.

Ein Faden 1 wird aus einem thermoplastischen Material gesponnen. Das thermoplastische Material wird durch eine Fülleinrichtung 2 dem Extruder 3 aufgegeben. Der Extruder 3 ist durch einen Motor 4 ange­ trieben. Der Motor 4 wird durch eine Motorsteuerung 49 gesteuert. In dem Extruder 3 wird das thermoplastische Material aufgeschmolzen. Hierzu dient zum einen die Verformungsarbeit (Scherenergie), die durch den Extruder in das Material eingebracht wird. Zusätzlich ist eine Heizeinrichtung, z. B. in Form einer Widerstandsheizung 5 vor­ gesehen, die durch eine Heizungssteuerung 50 angesteuert wird. Durch die Schmelzeleitung 6, in der ein Drucksensor 7 zur Messung des Schmelzedruckes für eine Druck-Drehzahlsteuerung des Extruders 3 vorgesehen ist, gelangt die Schmelze zu einer Zahnradpumpe 9, die durch Pumpenmotor 44 angetrieben wird. Der Pumpenmotor 44 wird durch die Pumpensteuerung 45 derart angesteuert, daß die Pumpendrehzahl feinfühlig einstellbar ist. Die Pumpe 9 fördert den Schmelzestrom zu dem beheizten Spinnkasten 10, an dessen Unterseite sich die Spinndüse 11 befindet. Aus der Spinndüse 11 tritt die Schmelze in Form von feinen Filamentsträngen 12 aus. Die Filamentstränge durchlaufen einen Kühlschacht 15. In dem Kühlschacht 15 wird durch Anblasen ein Luftstrom 51 quer oder radial auf die Filamentschar 12 gerichtet. Dadurch werden die Filamente gekühlt.

Am Ende des Kühlschachtes 15 wird die Filamentschar zu einem Faden 1 zusammengefaßt.

Für Fig. 1 gilt nur:
Der Faden wird aus dem Kühlschacht 15 und von der Spinndüse 11 über einen Fadenführer 56 oder Öse durch eine Abzuggalette 54 abgezogen. Der Faden umschlingt die Abzuggalette 54 mehrfach. Dazu dient eine verschränkt zu der Galette 54 angeordnete Überlaufrolle 55. Die Überlaufrolle 55 ist frei drehbar. Die Galette 54 wird durch einen Galettenmotor mit einer voreinstellbaren Geschwindigkeit angetrie­ ben. Diese Abzugsgeschwindigkeit ist um ein Vielfaches höher als die natürliche Austrittsgeschwindigkeit der Filamente 12 aus der Spinndüse 11. Von der Abzugsgalette 54 gelangt der Faden zu der zweiten Galette 16, die hier als Verstreckgalette bezeichnet wird. Die Verstreckgalette 16 ist mit einer höheren Geschwindigkeit angetrieben als die zuvor beschriebene Galette 54. Dadurch wird der Faden zwischen den beiden Galetten 54 und 16 verstreckt. Die Galette 54 kann mit einer Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur des betreffenden Polymers beheizt sein, vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 60 und 120°C.

Es sei ausdrücklich erwähnt, daß die Galette 54 auch durch einen Streckstift oder Platte, um die der Faden geführt wird, ersetzt werden kann.

Eine besonders einfache Verfahrensführung würde sich ergeben, wenn die Galette 54 völlig entfällt, so daß der Faden direkt von der Spinnzone in die Heizeinrichtung 8 einläuft.

Für Fig. 2 gilt nur:
Der Faden 1 wird aus dem Kühlschacht 15 und von der Spinndüse 11 eine Abzugsgalette 54 abgezogen. Der Faden umschlingt die Abzugs­ galette 54 mehrfach. Dazu dient eine verschränkt zu der Galette 54 angeordnete Überlaufrolle 55. Die Überlaufrolle 55 ist frei drehbar. Die Galette 54 wird durch einen Galettenmotor mit einer voreinstell­ baren Geschwindigkeit angetrieben. Diese Abzugsgeschwindigkeit ist um ein Vielfaches höher als die natürliche Austrittsgeschwindigkeit der Filamente 12 aus der Spinndüse. Dadurch wird der Faden einer sehr hohen Zugspannung unterworfen, die zur Versteckung führt. Die Verstreckung wird unterstützt durch das Heizrohr 20. Das Heizrohr 20 hat eine Länge von z. B. 1,150 m. Es ist auf eine Temperatur erhitzt, die für Polyester und PTT bei 120 bis 180°C für Polypropy­ len bei 70°C bis 150°C und für Polyamide bei 110 bis 220°C liegt.

Im ersten Bereich dieses Heizrohres liegt der Streckpunkt des Fadens. Durch die Temperaturführung im weiteren Verlauf des Heizrohres werden die Fadeneigenschaften, wie Festigkeit, Koch­ schrumpf und Dehnung beeinflußt und eingestellt. Ein derartiges Heizrohr ist z. B. in der DE 38 08 854 (Bag. 1571) beschrieben. Der Galette 54 folgt eine zweite Galette 16 mit Überlaufrolle 17, bevor der Faden 1 in einer Aufwicklung 30 zu einer Spule 33 aufgespult wird.

Es sei auch hierbei ausdrücklich erwähnt, daß das Heizrohr 20 durch eine Galette, einen Streckstift oder eine Platte, um die der Faden geführt wird, ersetzt werden kann.

Für Fig. 1 und Fig. 2 gilt:
Zwischen den Galetten 54 und 16 ist eine Heizeinrichtung 8 vor­ gesehen nach dieser Erfindung. Die Heizeinrichtung 8 ist eine langgestreckte Schiene, zu der der Faden mit geringem Abstand geführt wird. Diese Heizschiene ist in mehrere Stufen unterteilt, gezeigt sind zwei, die unabhängig voneinander beheizt werden können. Auf Einzelheiten wird später eingegangen.

Von der Galette bzw. Versteckgalette 16 gelangt der Faden 1 zu dem sogenannten "Kopffadenführer" 25 und von dort in das Changierdreieck 26. In Fig. 1 und 2 ist die Changiereinrichtung nicht dargestellt. Es handelt sich dabei um gegensinnig rotierende Flügel, die den Faden 1 über die Länge der Spule 33 hin- und herführen. Dabei um­ schlingt der Faden hinter der Changiereinrichtung eine Kontaktwalze (nicht dargestellt). Die Kontaktwalze liegt auf der Oberfläche der Spule 33 an. Sie dient zur Messung der Oberflächengeschwindigkeit der Spule 33. Die Spule 33 wird auf einer Hülse 35 gebildet. Die Hülse 35 ist auf einer Spulspindel 34 aufgespannt. Die Spulspindel 34 wird durch Spindelmotor und Spindelsteuerung derart angetrieben, daß die Oberflächengeschwindigkeit der Spule 33 konstant bleibt. Hierzu wird als Regelgröße die Drehzahl der frei drehbaren Kon­ taktwalze abgetastet.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Changiereinrichtung auch eine übliche Kehrgewindewalze mit einem in der Kehrgewindenut über den Changierbereich hin- und hergeführten Changierfadenführer sein kann.

In einem Ausführungsbeispiel zu der in Fig. 2 gezeigten Verfahrens­ modifikation wird der Polypropylen-Faden mit einem Filament-Titer von 0,7 bis 3 dtex ersponnen und durch Galette 54 und mit einer Geschwindigkeit höher als 3.500 und 4.500 m/min von der Spinndüse abgezogen und dabei in der Heizeinrichtung 8 schockartig erhitzt. Die Galette 16 hat eine Umfangsgeschwindigkeit, die nicht höher ist als diejenige der Galette 54. Es erfolgt also keine Verstreckung sondern eine Relaxierbehandlung. Bei dieser Ausführung wird die Heizeinrichtung mit sehr hohen Temperaturen, die über der Schmelze­ temperatur liegen, also im wesentlichen über 220°C betrieben. Die erste Heizzone 27 der Heizschiene war auf 330°C und die zweite Heizzone 28 auf 150°C aufgeheizt. Es konnte zwischen den Galetten 16 und 54 auf diese Weise eine ausreichende Relaxierbehandlung erzielt werden, die sich auch in der Aufwickelzone noch fortsetzte. Die Temperaturen der ersten Heizzone 27 liegen vorzugsweise etwas höher als die der zweiten Heizzone 28, und zwar bevorzugt zwischen 250 und 550°C. Die Temperatur der zweiten Heizstufe liegt bevorzugt zwischen 150 und 450°C. Die Fadenspannung zwischen den Galetten 54 und 16 konnte dabei unter Berücksichtigung der Geschwindigkeits­ differenz und der Schrumpfkräfte auf weniger als 0,1 cN/dtex eingestellt werden. Dieser Bereich ist besonders vorteilhaft zur Auslösung der Kaltschrumpfneigung. Durch die Temperaturführung, insbesondere in der zweiten Heizzone 28, konnte dabei die Warm-Schrumpfneigung in gezielter Weise beeinflußt werden, ohne daß dadurch die für das Aufspulen schädliche Kalt-Schrumpfneigung nachteilig beeinflußt wurde.

Eine Modifikation ist dadurch möglich, daß die Geschwindigkeit der Galette 54 höher eingestellt als die Geschwindigkeit der Galette 16. Es wird eine Zugkraft aufgebracht, die zur weiteren plastischen Verformung des Fadenbündels 1 führt. Durch diese Nachverstreckung und die darin vorgesehene schochartige Erhitzung läßt sich eine Beeinflussung der Kristallstruktur im Sinne einer höheren Langzeit­ stabilität des Fadens erhalten. Hierdurch wird die Wirksamkeit der Behandlung gesteigert und je nachdem, ob die plastische Verformung vor oder bei Eintritt in die schockartige Wärmebehandlung eintritt, ist eine Erhöhung und Verkleinerung des Hochschrumpfes möglich.

Die Verfahren nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 werden dadurch ausgeübt, daß der Faden mit sehr hoher Geschwindigkeit von mehr als 3.500 m/min mittels der Galette 54 von der Spinndüse abgezogen wird. Im Falle der Fig. 2 kann die Nachverstreckung noch einmal 10 bis 30% betragen.

Es sei bemerkt, daß in allen Fällen die Galetten mit Überlaufrollen ersetzt werden können durch zwei oder mehr hintereinanderangeord­ nete, angetriebene Rollen, welche der Faden teilweise im s-Sinne und /bzw. z-Sinne, d. h. mit aufeinanderfolgend Gegenrichtung umschlingt.

Es hat sich bei diesen Verfahren erwiesen, daß insbesondere durch die schockartige Wärmebehandlung mit hoher Temperatur gleichzeitig eine Erholung des Molekulargefüges des hoch-vororientierten Polypropylen-Fadens derart eintritt, daß der Spulenschrumpf des Fadens sehr wesentlich herabgesetzt wird. Bei üblichen Verfahren ist ein großer Hochschrumpf verbunden mit einem hohen Spulenschrumpf, so daß der Faden nur in zwei Arbeitsfolgen zu einer Spule aufgewic­ kelt werden kann. Durch die Erfindung, d. h. eine Relaxierzone mit schockartiger Erhitzung des Fadens, läßt sich vorzugsweise der Hochschrumpf (Warmschrumpf) gezielt beeinflussen, wobei der Spulenschrumpf (Kalt-Schrumpf) verringert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei den üblichen Polymeren, also insbesondere Polyäthylenterephthalat, Polytrimethylenterephthalat, Polypropylen und Polyamid (bevorzugt PA6 oder PA6.6, aber auch PA-Blends verschiedener PA-Typen) mit Erfolg anwendbar. Beim Polypropy­ len mit einer engen Molekulargewichtsverteilung im Bereich kleiner als 3, insbesondere auf Metallocene-Basis hergestellte Typen werden sehr gute Ergebnisse erreicht. Gerade bei diesen Fäden wird das Spinnstrecken, d. h. Spinnen und Strecken in einem Arbeitsgang und derselben Zone, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, erst ermöglicht, insbesondere unter Verwendung eines Heizrohres.

Es sei hervorgehoben, daß eine günstige Wirkung auch dadurch erzielt werden kann, daß der Faden einer zusätzlichen Dampfbehandlung unterworfen wird. Hierzu ist unmittelbar am Eingang der Heiz­ einrichtung 8 eine Heißdampfdüse 23 vorgesehen, durch die Heißdampf auf den Faden geblasen wird. Dieser Heißdampf kondensiert an dem bis dahin kalten Faden sofort aus und verdunstet anschließend. Bei der Kondensation wird die entsprechende Wärmemenge dem Faden zugeführt. Andererseits verhindert die anschließende Verdunstung ein sehr plötzliches Aufheizen des Fadens. Diese schonende Behandlung des Fadens könnte vorteilhaft sein und führt in jedem Falle zu einer Reduzierung des Schrumpfes. Der Hochschrumpf kann mit dieser Behandlung eingestellt werden. Gleichwohl führt die nachfolgende schockartige Wärmebehandlung mit hoher Temperatur zur Reduzierung des Kaltschrumpfes. Der erfindungsgemäße Effekt hängt - so weit bisher ersichtlich - jedoch nicht von der Verwendung der Heißdampf­ düse ab.

Eine weitere vorteilhafte Modifikation des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß der Faden einen Präparationsauftrag erhält. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist vor der Galette 54 die Vorpräparationsstufe 57 angeordnet. Der Präparationsauftrag wird über den Stift 58 auf den Faden 1 aufgebracht. Hinter der Galette 16 ist die Nachpräparations­ stufe 59 angeordnet. Sie ist ebenfalls als Stift-Präparation mit dem Stift 60 ausgeführt. Die zweistufige Aufbringung des Präparations­ auftrages besitzt den Vorteil, daß in der ersten Stufe ausschließlich die Präparationsmenge aufgebracht wird, die zur Einstellung eines bestimmten Hochschrumpfs erforderlich ist. In der anschließenden zweiten Stufe ist die Aufbringung des Präparationsauftrages nur vom Weiterbearbeitungsprozeß abhängig. Hier kann z. B. die sog. "Schlich­ te" aufgebracht werden.

In Fig. 2 erfolgt die Präparation auf den Faden durch die Walze 58 in der Vorpräparationsstufe 57. Diese Verfahrensvariante ist dann anzuwenden, wenn die Konzentration des Präparationsauftrages einen geringeren Wasseranteil aufweist, so daß nach der Hochschrumpf­ behandlung noch genügend Präparation auf dem Faden für die Weiter­ bearbeitung vorhanden ist.

Grundsätzlich stellt die Verfahrensvariante mit Präparation eine vorteilhafte Weiterbildung der Hochschrumpfbehandlung dar, indem sie einen weiteren Einstellungsparameter zur Herstellung eines Fadens mit gezieltem Hochschrumpf zur Verfügung stellt.

Die in den Fig. 3a bis 3c dargestellte Heizeinrichtung 8 besteht aus einer mit zwei Längsnuten 112 versehenen Schiene 114 aus einem Material, das wärmebeständig und zunderfest ist und Temperaturen im Bereich über 450°C über längere Zeiträume ohne nennenswerte Veränderungen erträgt. Die Schiene 114 besteht aus einem im wesentlichen flachen Unterteil 116, welches die Heizoberfläche 117 darstellt. Mit dem Unterteil sind drei Wände 118, 120, 122, verbunden, zwischen denen die Längsnuten 112 liegen. Der Unterteil 116 kann aber auch mit zwei oder mehr als drei aufwärtsragenden Wänden versehen sein, zwischen denen dann entsprechend weniger oder mehr Nuten liegen. Die äußeren Wände 118 und 120 können mit dem Unterteil 116 beispielsweise durch Verschraubung verbunden sein. Zwischen den Wänden 118 und 120 und dem Unterteil 116 befindet sich je ein Heizelement 124, 126, vorzugsweise in Form eines stabför­ migen, elektrischen Widerstandes, welcher sich über die gesamte Länge der Schiene 114 erstreckt oder längenmäßig auch in mehrere Abschnitte unterteilt sein kann, um gezielte Heizprofile zu ermöglichen. Die Heizelemente 124, 126 sind mit nicht dargestellten Steckkontakten für die Verbindung mit einer Stromquelle versehen.

Die zwischen den äußeren Wänden 118, 122 gelegene und vom Unterteil 116 senkrecht abstehende Mittelwand 120 besteht mit diesem entweder aus einem Stück oder ist wie auch die äußeren Wände 118, 120 mit dem Unterteil 116 verbunden.

Alternativ kann die Schiene 114 aus einem stranggepreßten Profil ähnlichen Querschnitts bestehen, bei dem Unterteil 116 und Wände 118, 120, 122 einstückig ausgebildet sind und welches für die Aufnahme von Heizelementen in bekannter Weise mit Ausnehmungen, Bohrungen, umbiegbaren Lappen o. dgl. versehen ist.

In die Schienen 118, 120, 122 sind in regelmäßigen Abständen A voneinander Ausnehmungen bzw. Bohrungen 128 mit im wesentlichen gleicher Tiefe eingelassen, und zwar sind die in der Mittelwand 122 gelegenen Ausnehmungen 128 bezüglich der Ausnehmungen 128 in den Seitenwänden 118 und 220 um einen Abstand A versetzt. Die Aus­ nehmungen haben kreiszylindrische Form. Die Ausnehmungen 128 werden jeweils von den Längsnuten 112 sekantial geschnitten, so daß die Wände 118, 120, 122 einen an den Längsnuten 112 gelegenen Schlitz 133, d. h. eine rechteckige Öffnung, aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform stehen die Ausnehmungen senkrecht zum Nutengrund und entsprechen in ihrer Tiefe der Höhe der sie aufnehmenden Wände 118, 120, 122. Unter gewissen Umständen mag es vorteilhaft sein, die Ausnehmungen schräg zu stellen.

In den Ausnehmungen 128 steckt jeweils ein Fadenführer 132, dessen Querschnittsform dem Querschnitt der Ausnehmung größen- und formmäßig entspricht und der zwecks Einhaltung enger Toleranzen fest, jedoch mit Spiel an der Ausnehmungswand anliegt. Der aus der Zeichnung erkenntliche Abstand zwischen der Wand der Bohrungen und der Mantel fläche der Fadenführer ist nur aus Gründen der Klarheit übertrieben dargestellt. Im Bereich des jeweiligen Schlitzes 130 ragt ein Teil eines jeden Fadenführers 132 in die Längsnuten 112 hinein, und zwar so, daß an gegenüberliegenden Seiten der Nuten 112 aufeinanderfolgend angeordnete Fadenführer 132 um ein bestimmtes Ausmaß, z. B. 0,1 bis 1 mm, über eine parallel zu den Wänden 118, 120, 122 verlaufende Mittelebene treten. Im übrigen ist die Breite der Schlitze 133 jeweils geringer als die größte Querschnittsabmes­ sung, d. h.: als der Durchmesser der Fadenführer 132, so daß diese nicht aus den Ausnehmungen 128 herausgleiten können.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Ausneh­ mungen 128 als auch die Fadenführer 132 von kreiszylindrischem Quer­ schnitt. Andere eckige wie gerundete Formen, wie Ellipsen, Rhomben, Dreiecke, usw. sind denkbar. Die Ausführungsform besitzt eine in entsprechend eng liegenden Toleranzen gehaltene Passung zwischen Ausnehmungen 128 und Fadenführern 132. Daher erübrigen sich gesonderte Befestigungsmittel zum Absichern der Fadenführer 132 gegen Axial- und Radialverlagerungen, wodurch ein besonderer Auf­ wand, der sich aus der Benützung von Befestigungsmitteln ergäbe, vermieden wird. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann aber auch Spiel- oder Übergangspassungen haben. Diese Passungen sind einer­ seits eng genug, so daß die Fadenführer unbeweglich in ihren Ausnehmungen liegen. Andererseits sind die Passungen aber auch weit genug gewählt, daß die Fadenführer unschwer aus ihren Ausnehmungen herausgezogen und ausgewechselt oder fortgelassen werden können. Zum Festhalten in axialer Richtung dienen Blechkappen 152. Hierzu besitzen die Seitenwände 118, 120, 122 an ihrer Oberkante Haltenuten 154 bzw. einen Kopf 156, der breiter ist als die jeweilige Wand. Die Blechkappen 152 haben im Querschnitt ein topfförmiges Profil, so daß sie im Falle der Mittelwand 120 in die Haltenuten 154 hineinragen bzw. im Fall der Seitenwände 118, 120 den Wandungskopf 156 um­ greifen. Im übrigen sind die Blechkappen als langgestreckte Profile ausgebildet, deren Länge der Länge der Heizschiene entspricht. Die Dicke der Wandungsköpfe 156 bzw. die Lage der Haltenuten 154 und die entsprechende Dimensionierung der Blechkappen ist so, daß die Blechkappen die Fadenführer in axialer Richtung festlegen.

Die Fadenführer bestehen aus den hierfür üblichen Materialien wie Silizium-, Titan-, oder Aluminiumoxyden oder aus nitriertem oder hartverchromtem Stahl, o. dergl.

Vorzugsweise sind die Fadenführer 132 in dem Bereich, in dem sie aus dem Ausnehmungsschlitz 133 vorstehen, an ihren vom Unterteil 116 abgewandten Enden konisch angeschrägt, wie bei 134 gezeigt. Dadurch bilden die in gegenüberliegenden Wänden 118 und 120, bzw. 120 und 122 hintereinandergelegenen Fadenführer 132 in der Querschnitts­ richtung der Heizvorrichtung 8 jeweils eine V-förmige Rille 136, die es ermöglicht, einen Faden 138 in gestrecktem Zustand ohne besondere Hilfsmaßnahmen oder -vorkehrungen zwischen die aufeinanderfolgenden Fadenführer 132 in einer bezüglich der Heizfläche 112 und des Unterteils 116 im wesentlichen senkrechten Bewegung zwischen die Fadenführer 132 zu führen. Dort bildet der an den Kontaktflächen anliegende Faden 132 sodann eine zickzackförmige Fadenlaufbahn.

An den Enden oder an mehreren anderen Stellen (so in den Fig. 3a und Fig. 3c) der Heizschiene 114 mit im wesentlichen gleichen Abstand befindet sich jeweils ein die Nut 112 überbrückender Abstandshalter 140. Diese Fadenleitkörper weisen eine aufwärtsweisende Fadenfüh­ rungsfläche auf, welche dazu dient, den Abstand zwischen dem Faden und dem Nutengrund zu wahren. Diese stabförmigen Abstandshalter 140 sind in Querbohrungen in den Wänden 118, 120, 122 verankert.

Wie in Fig. 3a dargestellt kann die Heizvorrichtung 8 aus zwei in Fadenlaufrichtung hintereinanderliegenden Schienenabschnitten 114a und 114b bestehen. Diese sind von unterschiedlicher Länge, ansonsten aber gleicher Querschnittsform. Zweck einer solchen zweigeteilten Anordnung kann es sein, die Heizvorrichtung 8 in ver­ schiedenen Längenbereichen unterschiedlich zu erwärmen, um den Faden 138 bei einem seinen Eigenschaften gerechtwerdenden Wärmeprofil zu behandeln. Das heißt: Es können auch mehr als die zwei dargestell­ ten Abschnitte angewandt werden. Dabei ist es von besonderer Wichtigkeit, daß der Winkel, den die beiden Heizschienen zueinander bilden, an jeder Bearbeitungsstelle der Spinn-Streck-Maschine iden­ tisch eingestellt wird, damit auf allen Bearbeitungsstellen Fäden gleicher Qualität erzeugt werden. Zur Befestigung der beiden Heizschienen dient eine Befestigungsschiene 158. Dabei handelt es sich um eine Schiene, die die Länge der beiden Heizschienen hat. Die Befestigungsschiene hat einen U-förmigen Querschnitt. Die Heiz­ schienen werden auf dem Grund der Befestigungsschiene mit Abstands­ haltern 160 befestigt. Durch die Dimensionierung der Abstandshalter und ihre Position relativ zu der Heizschiene, wird die Neigung der Heizschiene im Bezug auf die geradgestreckte Befestigungsschiene 158 festgelegt. Dabei haben die beiden Heizschienen gegensätzliche Neigung und bilden miteinander einen stumpfen Winkel. Die Befesti­ gungsschiene 158 dient also zum einen zur genauen Befestigung der beiden Heizschienen. Da die Befestigungsschiene 158 ein U-förmiges Profil hat, umgreift sie aber auch die beiden Heizschienen. Daher dient die Befestigungsschiene 158 auch der Temperaturvergleichmäßi­ gung über die Länge und Breite der Heizschienen. Die Befestigungs­ schiene wird mit einer Isolierung umgeben.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß stabförmige Abstandshalter 140 vorgesehen sein können, die die Längsnut 112 am Nutengrund, d. h. der Heizoberfläche 117 überbrücken und den Fadenlauf in einem genauen Abstand zum Nutengrund festlegen. Alternativ oder zusätzlich können einige oder alle Fadenführer 132 mit einer umlaufenden Führungskante, z. B. einer Umfangsnut 142 (Fig. 3a) versehen sein, deren Höhe vom Nutengrund mit der von den Führungskörpern 140 vor­ gegebenen Höhe der Fadenlaufbahn abgestimmt ist. Auf die Weise wird der Faden, der in der Nut geführt ist, durch die Seitenkanten der Nut geführt. Die Umfangsnuten haben über den Umfang gleiche Tiefe, sind also konzentrisch zu den Fadenführern 132 ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Umfangsnuten mit im Verlauf des Umfangs wechselnder Tiefe auszubilden, z. B. dadurch, daß der Nutengrund zwar kreiszylindrisch aber exzentrisch zu den Fadenführern 132 eingeschnitten wird. In diesem Falle ist durch Verdrehen der Fadenführer die Möglichkeit einer Feineinstellung der Berührung zwischen Faden 138 und Fadenführern 132 und des zickzackförmigen Fadenlaufes gegeben. Dazu ließen sich die Fadenführer 132 beispiels­ weise über ein sie verbindendes Gestänge (nicht dargestellt) gemein­ sam und in gleichem Ausmaß verdrehen.

Im übrigen ist die Heizvorrichtung in einem Isolierkasten (nicht gezeigt) untergebracht , in dem sie in einem wärmedämmenden Material, z. B. Glasfasern, eingebettet ist. Der Isolierkasten kann dabei mit einer Klappe versehen sein, der es ermöglicht, ihn zu öffnen, um Zugang zu der Heizvorrichtung zu bieten und den Faden einzulegen. Ferner dient der Isolierkasten mit seinen sich über die Heizvorrichtung 110 legenden Teile zum axialen Festlegen der Fadenführer 132 in der Schiene 114. Dabei ist der Isolierkasten mit Schlitzen versehen, die mit der Mittelebene und den Anschrägungen 134 der Fadenführer 132 fluchten und es ermöglichen, einen zu behan­ delnden Faden 138 zwischen die Fadenführer 132 einzubringen. Die Schlitze sind an ihren Seitenwänden mit verschleißfesten Isolier­ platten versehen.

Auch die für die Heizeleinente 124, 126 erforderlichen elektrischen Kontakte sind gegebenenfalls in dem Isolierkasten untergebracht.

Es ist aus allen Ausführungsbeispielen ersichtlich, daß die Kontakt­ flächen, mit denen die Fadenführer den Faden berühren, einen verhältnismäßig großen Durchmesser haben. Im Gegensatz dazu besitzt die Zickzacklinie, in der der Faden durch die Überlappung U der aufeinanderfolgenden Fadenführer geführt ist, eine verhältnismäßig kleine Amplitude, bei verhältnismäßig großem Abstand A zwischen zwei benachbarten Fadenführern. Dadurch wird erreicht, daß der Umschlin­ gungswinkel, mit welchem der Faden die Fadenführer bzw. die an ihnen gebildeten Kontaktflächen umschlingt, auch in der Summe klein ist.

In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3b besitzt die Heizschiene auf ihrer von der Längsnut 112 abgewandten Seite zwei Nuten, die im wesentlichen unterhalb der Fadenführungsnuten 112 liegen. In diese Nuten sind Heizelemente 124 und 126 eingelegt. Die Heizelemente werden durch eine Befestigungsplatte 159, die sich über die gesamte Länge der Heizschiene erstreckt, festgeklemmt. Dazu besitzt auch die Befestigungsplatte Nuten, welche die Heizelemente 124, 126 um­ greifen. Durch Lösen der Befestigungsplatte 159 können die Heizel­ emente 124, 126 leicht ausgetauscht werden.

Der Abstand des Fadens zu der Heizoberfläche 117 ist sehr gering. Der Abstand liegt im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm. Vorzugsweise beträgt der obere Wert nicht mehr als 3,5 mm um einen guten Wärmeübergang und eine genaue, störungsfreie Temperaturführung zu erzielen. Aus Gründen der Praktikabilität liegt der untere Grenzwert bei 0,5 mm. Dadurch erfolgt bei der entsprechend hohen Temperatur der Heizschiene, die über Schmelzetemperatur liegt, eine schock­ artige Erhitzung. Die Fadenführer 132 können zumindest teilweise auch fortgelassen oder entfernt werden, wenn sie einen negativen Einfluß haben. Sie tragen einerseits zu einer Beruhigung des Fadens, kaum aber zu einer Erwärmung des Fadens durch Laufkontakt bei und haben andererseits nur eine geringe Reibung auf den Faden infolge der geringen Umschlingung.

Das Wesentliche ist jedoch die kontaktfreie Führung in dichter Nachbarschaft zu der hoch-erhitzten Heizoberfläche.

Bezugszeichenliste

1 Faden
2 Fülleinrichtung
3 Extruder
4 Motor
5 Widerstandsheizung
6 Schmelzeleitung
7 Drucksensor
8 Heizeinrichtung
9 Zahnradpumpe
10 Spinnkopf, Spinnkasten
11 Spinndüse
12 Filamente, Filamentstrang
15 Kühlschacht
16 Galette
17 Überlaufrolle
20 Heizrohr
21 Galette
22 Überlaufrolle
23 Dampfdüse
25 Kopffadenführer
26 Changierdreieck
27 erste Heizzone
28 zweite Heizzone
30 Aufwicklung
33 Spule
34 Spulspindel
35 Spulhülse
44 Pumpenmotor
45 Pumpensteuerung
49 Motorsteuerung
50 Heizsteuerung
51 Luftstrom
54 Galette
55 Überlaufrolle
56 Fadenführer
57 Vorpräparationsstufe
58 Stift
59 Nachpräparationsstufe
60 Stift
61 Walze
112 Längsnut, Heiznut
114 Schiene
116 Unterteil
117 Heizoberfläche
118 Wand
120 Trennwand
122 Wand
124 Heizelement
126 Heizelement
128 Ausnehmung
130 Schlitz
132 Fadenführer, Führungskörper
133 Schlitz
134 Anschrägung
136 Rille
138 Faden
140 Fadenführer, Abstandhalter
142 Umfangsnut
152 Blechklappen
154 Nut, Wandlungskopf
156 Kopf
158 Befestigungsschiene
159 Befestigungsplatte
160 Abstandshalter

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Fadens mit Hochschrumpf, vorzugsweise mit 12% bis 40% Kochschrumpf, bei dem der Faden bei der Verstreckung einer Hochschrumpf­ behandlung unterworfen und sodann aufgespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß
der Faden (1), ohne Unterbrechung in einer Spinnzone er­ sponnen, in einer oder mehreren Streckzonen verstreckt und in einer Aufwickelzone aufgespult wird und daß der Faden vor der Aufwickelzone einer schockartigen Wärmebehandlung unterworfen wird,
indem der Faden (1) parallel und in geringem Abstand zu einer langgestreckten Heizoberfläche (117) geführt wird, die auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Fadenmateri­ als, vorzugsweise 100 Kelvin oder mehr oberhalb der Schmelz­ temperatur des Fadenmaterials erhitzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die schockartige Wärmebehandlung in einer oder mehreren Streckzonen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) im Anschluß an die Streckzone durch eine Nach­ behandlungszone geführt wird und daß die schockartige Wärmebe­ handlung in der Nachbehandlungszone erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) in der Nachbehandlungszone einer Fadenzugkraft unterworfen wird, die zu einer Nachverstreckung führt, insbesondere bei einem Faden aus Polypropylen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) in der Nachbehandlungszone einer Fadenzugkraft unterworfen wird, die zu keiner Nachverstreckung führt und bevorzugt < 0,3 cN/dtex ist.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Hochschrumpfbehandlung dadurch erfolgt, daß die Fadenzug­ kraft in der Streckzone so hoch eingestellt wird, daß die plastische Verformung des Fadens vor oder bei Eintritt in die schockartige Wärmebehandlung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Faden entlang der Heizoberfläche (117) durch einen oder mehrere kurze Führungskörper (132), die längs der Heizstrecke verteilt sind, geführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) vor der Wärmebehandlung in einer Vorpräpara­ tionsstufe (57) einen Präparationsauftrag erhält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) vor der Wärmebehandlung in einer Vorpräpara­ tionsstufe (57) einen Präparationsauftrag und nach der Wärmebehandlung in einer Nachpräparationsstufe (59) einen weiteren Präparationsauftrag erhält.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmenge in der Vorpräparationsstufe (57) kleiner als die Auftragsmenge in der Nachpräparationsstufe (59) ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmenge in der Vorpräparationsstufe (57) vorzugs­ weise < 0,3 Gewichts-% des trockenen Fadengewichtes ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsmenge in der Nachpräparationsstufe (59) vorzugs­ weise im Bereich von 0,5 bis 1,2 Gewichts-% des trockenen Fadengewichtes liegt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Präparationsauftrag eine Öl-Wasser-Emulsion ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Präparationsauftrag in der Vorpräparationsstufe (57) eine Konzentration < 70% Öl, vorzugsweise im Bereich von 10-30%, Öl aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Präparationsauftrages in der Vorpräpara­ tionsstufe (57) größer als die Konzentration des Präparations­ auftrages in der Nachpräparationsstufe (59) ist.

16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Faden (1) aus Polyester insbesondere Poly­ ethylenterephthalet oder Polytrimethylenterephthalat besteht.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Faden (1) aus einem Polyamid (PA6 oder PA 6.6 oder einem Blend verschiedener PA-Typen) besteht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Faden (1) aus einem Polypropylen besteht.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß der synthetische Faden (1) aus einem Polyethylen besteht.