DE19705116A1

DE19705116A1 - Yarn and fleece manufactured from stretched plastic filaments, stretching process and process equipment

Info

Publication number: DE19705116A1
Application number: DE1997105116
Authority: DE
Inventors: Rudolf Geier; Ingo Eiflaender
Original assignee: BROWN JOHN DEUTSCHE ENG GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-08-13

Abstract

Equipment for manufacturing stretched plastic filaments (2, 3) comprises a spinning machine(1), a take-off unit (10) with a pneumatic system for applying a pulling force to the filaments and a heater (5) between the spinner and take-off unit through which a heating fluid flows in the opposite direction to the filaments. Also claimed is a filament manufacturing process in which melt spun filaments (2) weighing >= 1 dTex are cooled to their solidification temperature after leaving the spinning machine (1) and stretched by the pneumatic take-off device. Additional stretching is effected by passing cooled filaments through the heater (5) and reheating above their solidification temperature with hot gaseous fluid flowing against the filament movement. Fleece and yarn manufactured with filaments produced by the process and equipment are claimed and have filaments with a tensile strength of 32 cN/Tex and an extension of \}60%.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft eine Verstreckvorrichtung, umfassend eine Spinnvorrichtung und eine pneumatische Mittel zur Erzeugung einer Zugkraft an den Kunststoffilamenten umfassende Abzugsvorrichtung, und ein Verfahren zur Herstellung verstreckter Kunststoffilamente, wonach schmelzgesponnene Filamente mit einem Einzeltiter von größer 1 dTex hinter einer Spinnvorrichtung zumindest auf Erstarrungstemperatur abgekühlt und mittels eines pneumatischen Abzugsvorrichtung verstreckt werden, für die Herstellung von Kunststoffäden, Stapelfasern oder Vliesen.The invention relates to a stretching device comprising a Spinning device and a pneumatic means for generating a tensile force withdrawal device comprising the plastic filaments, and a method for the production of stretched plastic filaments, after which melt-spun Filaments with a single titer greater than 1 dTex behind one Spinning device at least cooled to solidification temperature and by means of of a pneumatic take-off device are stretched for manufacture of plastic threads, staple fibers or nonwovens.

State of the art

Die Herstellung von Kunststoffilamenten durch Schmelzspinnen besteht im wesentlichen aus drei Verfahrensschritten. Zunächst wird das Polymer mittels eines Extruders zum Schmelzen gebracht, anschließend erfolgt das Spinnen der Filamente mittels einer mit Kapillarbohrungen versehenen Spinndüse oder mehreren Spinndüsen. Schließlich erfolgt eine Verstreckung der ersponnenen Filamente, um eine Verringerung des Querschnitts zu erreichen. Die Verringerung des Querschnitts des ersponnenen Filaments ist für viele technische und textile Anwendungen eine wesentliche Voraussetzung.The production of plastic filaments by melt spinning consists in essentially from three process steps. First the polymer is by means of of an extruder melted, followed by spinning the filaments by means of a spinneret provided with capillary holes or several spinnerets. Finally, the spun is stretched Filaments to achieve a reduction in cross-section. The Reducing the cross section of the spun filament is for many technical and textile applications an essential requirement.

Die Verstreckung, die ein entscheidender Verfahrensschritt für die weiteren Einsatzmöglichkeiten dieser Filamente darstellt, kann unmittelbar kontinuierlich und/oder automatisch, in den Spinnprozeß eingebunden werden oder als eigenständiger Verfahrensschritt in dem Herstellungsablauf erfolgen.The drawing process is a crucial step in the process Possible uses of these filaments can be immediate continuously and / or automatically, be integrated into the spinning process or as an independent process step in the manufacturing process.

Die Verstreckung der Filamente erfolgt mittels einer Abzugsvorrichtung auf mechanischem Wege über Galetten oder auf pneumatischem Wege über eine Düse.The filaments are stretched by means of a draw-off device mechanically via godets or pneumatically via a Jet.

Unabhängig von der Art der integrierten Abzugsvorrichtung, pneumatisch oder mechanisch, haben die bei hoher Spinngeschwindigkeit, d. h. größer als 3500 m/min auf einer einstufigen Anlage ersponnenen Filamente deutlich schlechtere mechanische Eigenschaften, beispielsweise Festigkeit und Elastizitätsmodul, als die der mit geringerer Spinngeschwindigkeit, d. h. kleiner als 3500 m/min ersponnenen Filamente, die in einem zusätzlichen Verfahrensschritt eine Nachverstreckung erfahren haben.Regardless of the type of integrated trigger device, pneumatic or mechanically, they have at high spinning speed, i.e. H. larger than 3500 m / min on a single-stage system spun filaments clearly poorer mechanical properties, such as strength and Young's modulus than that of the lower spinning speed, i.e. H. smaller than 3500 m / min filaments spun in an additional Process step have undergone post-stretching.

Zwar begünstigt im einstufigen Verfahren eine hohe Spinngeschwindigkeit die Ausbildung verbesserter mechanischer Eigenschaften gegenüber einer niedrigerer Spinngeschwindigkeit, gleichzeitig werden aber auch im Filament selbst Strukturunterschiede zwischen der Oberfläche und dem Inneren des Filaments erzeugt, die für eine Verringerung der Festigkeit bzw. des Elastizitätsmoduls der Filamente gegenüber einem nachverstreckten Filament verantwortlich sind.In the one-step process, a high spinning speed favors the Training of improved mechanical properties compared to a lower spinning speed, but at the same time also in the filament even structural differences between the surface and the interior of the Filaments created for a reduction in strength or Modulus of elasticity of the filaments compared to a re-drawn filament are responsible.

Die US 2 604 667 lehrt die Herstellung orientierter Fäden ohne spezielle Verstreckvorrichtung zum Nachverstrecken durch Verwendung einer Abzugsgeschwindigkeit von mindestens 4700 m/min. Diese hohe Geschwindigkeit ist erforderlich, um zu hoher Festigkeit zu kommen. Wird die Geschwindigkeit unterschritten, haben die erzeugten Filamente eine hohe Dehnung. Um diese Abzugsgeschwindigkeit zu erreichen, können angetriebene Walzen oder eine Luftdüse verwendet werden. Die US 2 604 667 behandelt in erster Linie die Herstellung von Garnen, erwähnt wird aber auch die Herstellung von Stapelfasern bei Verwendung einer Luftdüse als Abzugsvorrichtung.US 2 604 667 teaches the manufacture of oriented threads without special ones Stretching device for post-stretching by using a Take-off speed of at least 4700 m / min. This high Speed is required to achieve high strength. Will the If the speed falls below, the filaments produced have a high Strain. To achieve this pull-off speed, you can driven rollers or an air nozzle can be used. U.S. 2,604,667 deals primarily with the production of yarns, but is also mentioned the production of staple fibers when using an air nozzle as Trigger device.

Für die Herstellung von Spinnvliesen aus ersponnenen, endlosen Filamenten ist es bekannt, eine Verstreckung der aus der Spinndüse ausgetretenen Filamente mittels einer im Überschallbereich betriebenen pneumatischen Düse einer Abzugsvorrichtung vorzunehmen. Jeweils mehrere erstarrte Filamente werden mittels der Düse einer Ablagevorrichtung für die Herstellung des Spinnvlieses zugeführt. Die durch Luftreibung auf die Filamente ausgeübte Kraft ermöglicht die Einstellung der Abzugsgeschwindigkeit und damit die Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Filamente. Hierbei hat sich gezeigt, daß der Beeinflussung der Eigenschaften der Filamente Grenzen gesetzt sind. Trotz Erhöhung der Abzugsgeschwindigkeit, was durch die Erhöhung des Drucks der der Düse zugeführten Luft geschieht, kann die Festigkeit kaum weiter gesteigert und die Dehnung kaum weiter verringert werden.For the production of spunbonded fabrics from spun, endless filaments it is known to stretch the exits from the spinneret Filaments using a pneumatic nozzle operated in the supersonic area a trigger device. Several solidified filaments each are by means of the nozzle of a storage device for the production of Spunbond supplied. The one exerted on the filaments by air friction Force enables the trigger speed to be adjusted and thus the Influencing the mechanical properties of the filaments. Here has It has been shown that the influencing of the properties of the filaments limits are set. Despite increasing the take-off speed, what by the Increasing the pressure of the air supplied to the nozzle can happen Strength hardly increased any further and the elongation hardly decreased any further will.

Aus der DE-OS 21 17 659 ist ein Verfahren zum Herstellen von Fäden und Fasern durch Schmelzspinnen von Kapillaren aus synthetischen, linearen Polymeren bekannt, das mit Abzugsgeschwindigkeiten bis 3500 m/min arbeitet. Die Abzugsgeschwindigkeit ist durch die Geschwindigkeit eines Galettenpaares vorgegeben. Zur Beeinflussung der Dehnung ist zwischen einer Spinndüse und den Abzugsgaletten ein Heizorgan angeordnet, in welchem ein aus 50 Filamenten bestehender Kunststoffaden auf Temperaturen oberhalb des Erstarrungspunktes und unterhalb der Schmelztemperatur erwärmt wird, wodurch ein Streckverhältnis bis zu 1 : 2 erreicht wird. Weiterhin wird die Herstellung von Spinnvliesen aus Filamenten mit feinem Einzeltiter und speziell angepaßter Festigkeit und Dehnung erwähnt, ohne dies jedoch näher auszuführen.From DE-OS 21 17 659 is a method for producing threads and Fibers by melt spinning capillaries from synthetic, linear Known polymers that works at take-off speeds up to 3500 m / min. The withdrawal speed is by the speed of one Specified pair of godets. To influence the stretch is between a spinneret and the withdrawal godets arranged a heating element, in which is a plastic filament consisting of 50 filaments at temperatures above the solidification point and below the melting temperature is heated, whereby a stretch ratio of up to 1: 2 is achieved. Farther becomes the production of spunbonded nonwovens from filaments with a fine single titer and specifically adjusted strength and elongation mentioned, but without this to elaborate.

In der DE-OS 29 25 006 wird auf die Auswirkung der Verstreckung auf die Festigkeit einerseits und auf die Dehnung und der Schrumpf andererseits eingegangen. Es wird ausgeführt, daß die Filamente durch die Verstreckung eine höhere Festigkeit erhalten, während die Dehnung und die Schrumpfung vermindert werden. Die gegenüber der DE-OS 21 17 659 höheren Abzugsgeschwindigkeiten von 4100 bis 6000 m/min werden durch die Verwendung leicht rotglühende Heizorgane in direktem Kontakt mit den Filamenten erreicht.In DE-OS 29 25 006 the effect of stretching on the Strength on the one hand and on the stretch and shrink on the other received. It is stated that the filaments are stretched get higher strength while stretching and shrinking can be reduced. The higher compared to DE-OS 21 17 659 Take-off speeds of 4100 to 6000 m / min are achieved by the Use slightly red-hot heating elements in direct contact with the Filaments reached.

Zur Herstellung von Kunststoffasern aus Polymeren, insbesondere Polyamid, Polyester oder Polypropylen im Wege des Schmelzspinnens, ist aus der DE 40 21 545 eine Anlage mit zumindest einer Spinndüse, einem Blasschacht, einem Heizschacht, einer Präparationseinrichtung, Galetten- und einer Spuleneinrichtung bekannt, wobei der Heizschacht Gegenstrom erzeugende Blaseinrichtungen, z. B. Blasdüsen aufweist. Mit dieser Anlage können vollverstreckte Kunststoffäden oder -fasern hergestellt werden, wobei die einzelnen Fasern oder Filamente einen Einzeltiter kleiner 1 dTex aufweisen. Auf dieser Anlage und nach diesem Verfahren werden vollverstreckte Kunststoffäden ohne Nachbehandlung erzeugt die sich zu einer besonders feinen und anschmiegsamen Ware verarbeiten lassen. Ob die Anlage für höhere Titerbereiche ausreichende Verstreckungseigenschaften aufweist, ist nicht ausgeführt.For the production of plastic fibers from polymers, especially polyamide, Polyester or polypropylene by melt spinning is made from DE 40 21 545 a system with at least one spinneret, a blow shaft, a heating shaft, a preparation device, godet and one Coil device known, the heating shaft generating countercurrent Blow devices, e.g. B. has blowing nozzles. With this system you can fully stretched plastic threads or fibers are produced, the individual fibers or filaments have a single titer less than 1 dTex. On this system and according to this process, are fully drawn Plastic threads without post-treatment creates a special let fine and supple goods be processed. Whether the facility for higher titer ranges has sufficient stretching properties not executed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen und ein Verfahren bereitzustellen, welche bzw. welches sich zur Herstellung von verstreckten Kunststoffilamenten mit einem Titer größer 1 dTex eignet und Filamente mit höherer Festigkeit und eine verringerter Dehnung hervorbringt. The object of the invention is to provide a device and a To provide methods which are suitable for the production of stretched plastic filaments with a titer greater than 1 dTex are suitable and Filaments with higher strength and reduced elongation.

Presentation of the invention

Erfindungsgemäß weist die Verstreckvorrichtung eine zwischen der Spinnvorrichtung und der Abzugsvorrichtung angeordnete Heizvorrichtung mit einem im Gegenstrom zur Kunststoffaser geführten Heizmittelstrom auf.According to the drawing device has a between the Spinning device and the withdrawal device arranged heating device a flow of heating medium in countercurrent to the plastic fiber.

Auf dieser Anlage lassen sich endlose Filamente aus thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise Polyester, Polyamid, Polypropylen, Polyethylen usw., durch Einfach- oder Mehrfachspinnen (zweischichtig, segmentiert, koaxial, usw.) für technische oder textile Anwendungen herstellen. Die mechanischen Eigenschaften der durch Schmelzspinnen hergestellten Filamente verbessern sich maßgeblich, insbesondere bei gleichem Titer die Reißfestigkeit, die Dehnung, der Elastizitätsmodul und der thermische Schrumpf.Endless filaments made of thermoplastic can be produced on this system Plastic, for example polyester, polyamide, polypropylene, polyethylene etc., by single or multiple spinning (two-layer, segmented, coaxial, etc.) for technical or textile applications. The mechanical properties of those produced by melt spinning Filaments improve significantly, especially with the same titer Tensile strength, elongation, modulus of elasticity and thermal Shrinkage.

Die Heizvorrichtung kann mit im Gegenstrom zugeführter heißer Luft oder einem anderen heißen, vorzugsweise neutralem Gas, aber auch mit Additiven versetzten Gasgemischen, betrieben werden. Die Luft ist auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb der Erstarrungstemperatur der Filamente liegt.The heating device can be supplied with hot air or in countercurrent another hot, preferably neutral gas, but also with additives staggered gas mixtures. The air is at a temperature heated, which is above the solidification temperature of the filaments.

Die Wirkungsweise der Heizvorrichtung beruht darauf, daß zwischen der Spinnvorrichtung und der Abzugsvorrichtung durch das im Gegenstrom geführte Heizmittel ein Bereich zum "Festhalten" bzw. "Bremsen" des erhitzten Filamentbündels geschaffen wird. Dadurch ist das Angreifen einer weiteren Verstreckkraft mittels durch die dem Bereich nachgeschaltete Abzugsvorrichtung möglich und es erfolgt eine zusätzliche Verstreckung. Die Verstreckung ist durch den Unterschied der Eintrittsgeschwindigkeit der Filamente in die Heizvorrichtung und die Eintrittsgeschwindigkeit der Filamente in die Abzugsvorrichtung definiert. The operation of the heater is based on the fact that between the Spinning device and the take-off device by countercurrent led heating means an area for "holding" or "braking" the heated Filament bundle is created. This is attacking another Stretching force by means of the downstream of the area Trigger device possible and there is an additional stretching. The Elongation is due to the difference in the rate of entry Filaments in the heater and the rate of entry of the filaments defined in the trigger device.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich die pneumatische Abzugsvorrichtung, welche nach dem Prinzip der Luftreibung arbeitet, auch mit einer Heizvorrichtung kombiniert werden kann, die im Gegenstrom arbeitet. Die so erhaltenen Filamente erfahren bei gleicher Abzugsgeschwindigkeit eine Steigerung der Festigkeit und eine Verringerung der Dehnung. Ein wesentlicher Vorteil liegt aber auch darin, daß zur Erzeugung von Filamenten mit bestimmten Eigenschaften die Abzugsgeschwindigkeit drastisch verringert werden kann.Surprisingly, it was found that the pneumatic Extraction device, which works on the principle of air friction, also with can be combined with a heating device that works in countercurrent. The filaments thus obtained experience one at the same take-off speed Increase in strength and decrease in elongation. A Another major advantage is that for the production of filaments With certain properties, the pull-off speed is drastically reduced can be.

In einer vorteilhaften Weiterbildung können Mittel zur Herstellung eines Spinnvlieses vorgesehen sein. Diese Mittel bewirken eine Ablage der über die pneumatische Abzugsvorrichtung geförderten Kunststoffilamente zu einem flächigen Gebilde, eben einem Spinnvlies, wobei für die Kunststoffilamente keine weiteren mechanischen Fördermittel notwendig sind.In an advantageous development, means for producing a Spunbond may be provided. These funds result in a filing of over Pneumatic extraction device conveyed plastic filaments into one flat structures, just a spunbond, being used for the plastic filaments no further mechanical funding is required.

Die Verstreckvorrichtung kann auch durch Mittel durch Erzeugung von Stapelfasern ergänzt werden, wobei die Kunststoffilamente in kurze Fasern geschnitten werden. Diese Fasern eigenen sich insbesondere für die Herstellung von Faservliesen.The stretching device can also be produced by means of Staple fibers are supplemented, with the plastic filaments in short fibers get cut. These fibers are particularly suitable for Manufacture of non-woven fabrics.

Mit einem Verfahren zur Herstellung von verstreckten Kunststoffilamenten wonach schmelzgesponnene Filamente hinter einer Spinnvorrichtung zumindest auf Erstarrungstemperatur abgekühlt und mittels einer pneumatischen Abzugsvorrichtung verstreckt werden, mit einer anschließenden Erwärmung in einer Heizvorrichtung zum Zwecke des Verstreckens, wobei die Filamente in der Heizvorrichtung von einem gasförmigen, auf eine Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes erhitzten Mediums im Gegenstrom angeblasen werden, können Kunststoffilamente erzeugt werden, die eine höhere Festigkeit bei geringerer Dehnung aufweisen. With a process for the production of stretched plastic filaments after which melt-spun filaments behind a spinning device cooled at least to the solidification temperature and by means of a pneumatic take-off device are stretched with a subsequent heating in a heater for the purpose of Drawing, the filaments in the heater being made by one gaseous, heated to a temperature above the solidification point Plastic filaments can be blown in countercurrent are generated, which have a higher strength with less elongation.

Diese Filamente benötigen keine weitere Nachverstreckung und ermöglichen die Verfahrensführung bei geringeren Abzugsgeschwindigkeiten als bisher.These filaments do not require further post-stretching and allow the procedure at lower take-off speeds than before.

Vorzugsweise wird das Verfahren derart geführt, daß zwischen der Heizvorrichtung und der Abzugsvorrichtung eine Nachverstreckung in einem Streckverhältnis von 1,1 bis 1,5 erfolgt.The method is preferably carried out in such a way that between the Heater and the trigger device a post-stretching in one Stretch ratio of 1.1 to 1.5 takes place.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Filamente bei einer Temperatur von 200°C bis 350°C, im Fall von PET oder PA 66 vorzugsweise 225°C bis 300°C, im Gegenstrom angeblasen werden. Die Luftmenge kann von 5 m³/h bis 25 m³/h variiert werden.It is also advantageous if the filaments are blown in countercurrent at a temperature of 200 ° C. to 350 ° C., preferably 225 ° C. to 300 ° C. in the case of PET or PA 66. The air volume can be varied from 5 m ³ / h to 25 m ³ / h.

Um eine deutliche Verbesserung der Festigkeit und der Dehnung zu erreichen ist es ausreichend, wenn die Filamente mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 2000 m/min bis 4700 m/min durch den Gegenstrom geführt werden. Gleichwohl tritt die Verbesserung der Eigenschaften auch bei höheren Geschwindigkeiten ein.To achieve a significant improvement in strength and elongation it is sufficient if the filaments with a take-off speed of 2000 m / min to 4700 m / min through the counterflow. Nevertheless the improvement in properties occurs even at higher speeds a.

Mit dem Verfahren können die Eigenschaften der herzustellenden Kunststoffilamente beeinflußt werden. So ist es möglich, die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß eine Fadendehnung kleiner 60%, erzielt wird, oder die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente, die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß bei gleicher Abzugsgeschwindigkeit eine relative Erhöhung der Zugfestigkeit des nachverstreckten Filaments von mindestens 20% gegenüber einem einfach verstreckten Filament erzielt wird, wobei vorzugsweise eine Zugfestigkeit der Filamente von mindestens 32 cN/Tex, besonders vorzugsweise 34 bis 45 cN/Tex erzielt wird, oder die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß ein Heißluftschrumpf von höchstens 6% (bei 180°C, 15 min) erzielt wird. Das gilt insbesondere, wenn als Material PES verwendet wird. With the method, the properties of the to be manufactured Plastic filaments are affected. So it is possible to change the amount of air and the Adjust the temperature of the counterflow air so that a thread stretch less than 60%, or the speed at which the filaments are drawn off Set the air volume and the temperature of the counterflow air so that at same pull-off speed a relative increase in the tensile strength of the post-drawn filaments of at least 20% compared to a simple drawn filament is achieved, preferably a tensile strength of Filaments of at least 32 cN / Tex, particularly preferably 34 to 45 cN / Tex is achieved, or the amount of air and the temperature of the countercurrent air Set so that a hot air shrinkage of at most 6% (at 180 ° C, 15 min) is achieved. This applies in particular if PES is used as the material.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Abzugsgeschwindigkeit der Filamente, die Luftmenge und die Temperatur der Gegenstromluft so einzustellen, daß der Übergang des Bereichs elastischer Verformung in den Bereich plastischer Verformung erst unter einer um mindestens 20% höheren Kraft erfolgt.It is also advantageous to determine the rate at which the filaments are drawn off Set the air volume and the temperature of the counterflow air so that the Transition of the area of elastic deformation to the area of plastic Deformation only takes place under a force that is at least 20% higher.

Obwohl die Filamente hochverstreckt sind, ist es möglich, die Filamente im Anschluß an die Gegenstrombehandlung kontinuierlich oder in einer getrennten Behandlungsstufe nochmals nachzuverstrecken.Although the filaments are stretched, it is possible to remove the filaments in the Connection to the countercurrent treatment continuously or in a redraw separate treatment stage again.

Als weiterer Verfahrensschritt können die Kunststoffilamente zur Erzeugung eines Vlieses auf einem Träger abgelegt werden oder zur Herstellung von Stapelfasern geschnitten werden, wobei die geschnittenen Filamente zur Verarbeitung in weiteren Verfahren abgefüllt werden können.As a further process step, the plastic filaments can be used for production a fleece are placed on a support or for the production of Staple fibers are cut, the cut filaments for Processing can be filled in further processes.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Kunststoffilamente zur Herstellung eines Vlieses, wobei die Filamente eine Zugfestigkeit von mindestens 32 cN/Tex und eine Dehnung kleiner als 60% aufweisen. Zur Herstellung eines Spinnvlieses können die Kunststoffilamente als Endlosfäden abgelegt werden, zur Herstellung eines Faservlieses können die Kunststoffilamente als Stapelfasern abgelegt werden.The use of plastic filaments for production is particularly advantageous of a fleece, the filaments having a tensile strength of at least 32 cN / Tex and an elongation less than 60%. To make a Spunbond, the plastic filaments can be deposited as continuous threads, to produce a nonwoven fabric, the plastic filaments can be used as Staple fibers are placed.

Weiterhin vorteilhaft ist die Verwendung der Kunststoffilamente zur Herstellung von Garnen, wobei die Filamente eine Zugfestigkeit von mindestens 32 cN/Tex und eine Dehnung kleiner als 60% aufweisen. Dabei können die Garne aus endlosen Kunststoffilamenten hergestellt sein oder aus Stapelfasern gesponnen sein.The use of plastic filaments for production is also advantageous of yarns, the filaments having a tensile strength of at least 32 cN / Tex and have an elongation less than 60%. The yarns can be made endless plastic filaments or made of staple fibers be spun.

Brief description of the drawing

In der Zeichnung ist eine Verstreckungsvorrichtung zur Herstellung von verstreckten Kunststoffilamenten schematisch dargestellt. Es zeigt die: In the drawing is a stretching device for the production of stretched plastic filaments shown schematically. It shows the:

Fig. 1 die wesentlichen Baugruppen der Anlage, die Fig. 1 shows the essential components of the system, the

Fig. 2 einen Verlauf der Geschwindigkeit eines Filamentbündels gemäß der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Systemen und Fig. 2 shows a curve of the speed of a filament bundle according to the invention compared to conventional systems and

Fig. 3 die Kennlinien verschiedener mechanischer Eigenschaften. Fig. 3 shows the characteristics of various mechanical properties.

Implementation of the invention

Die in Fig. 1 dargestellte Verstreckungsvorrichtung zur Herstellung von verstreckten Kunststoffasern umfaßt eine Spinnvorrichtung 1, der in bekannter Weise geschmolzener Kunststoff zugeführt wird. Über in der Spinnvorrichtung 1 angeordnete Spinndüsen tritt eine der Anzahl der Öffnungen in den Spinndüsen entsprechende Anzahl von Filamenten 2 aus, die zusammen ein Filamentbündel 3 ergeben. Üblicherweise werden 16, 32 oder 64 Filamente zu einem Filamentbündel zusammengefaßt. Nach Austritt aus der Spinndüse werden die Filamente 2 unter die Erstarrungstemperatur abgekühlt, wobei eine zusätzliche Kühlvorrichtung 4 vorgesehen sein kann. Dabei bilden sich kristalline und amorphe Zonen im einzelnen Filament aus.The drawing device shown in FIG. 1 for the production of drawn plastic fibers comprises a spinning device 1 , which is supplied with melted plastic in a known manner. A number of filaments 2 , which together form a bundle of filaments 3 , emerges via spinnerets arranged in the spinning device 1 and corresponds to the number of openings in the spinnerets. Usually 16, 32 or 64 filaments are combined into a filament bundle. After emerging from the spinneret, the filaments 2 are cooled below the solidification temperature, and an additional cooling device 4 can be provided. Crystalline and amorphous zones form in the individual filament.

Die abgekühlten Filamente 2 werden nun einer Heizvorrichtung 5 zugeführt und dort gebündelt, so daß ein paralleler Verlauf durch die Heizvorrichtung 5 erfolgt. Die Heizvorrichtung 5 weist einen Heizschacht 6 auf, an dessen gegenüber der Spinnvorrichtung unterem Ende 7 heiße Luft 8 zugeführt wird und an dessen oberem Ende 9 die Luft wieder austritt. In dem Heizschacht 6 wird die Luft 8 folglich im Gegenstrom zu dem Filamentbündel 3 geführt.The cooled filaments 2 are now fed to a heating device 5 and bundled there so that the heating device 5 runs in parallel. The heating device 5 has a heating shaft 6 , at the lower end 7 of which hot air 8 is fed in relation to the spinning device and at the upper end 9 of which the air emerges again. In the heating shaft 6 , the air 8 is consequently guided in countercurrent to the filament bundle 3 .

In einer bestimmten Entfernung zu dem Heizschacht 6 ist die Abzugsvorrichtung 10 angeordnet, mit welcher auf das Filamentbündel 3 eine Zugkraft ausgeübt wird. Dies erfolgt auf pneumatischem Weg über eine Venturi-Düse 11, der unter hohem Druck stehende Luft 12 zugeführt wird, so daß am engsten Querschnitt die Schallgeschwindigkeit erreicht wird im weiteren Verlauf die Schallgeschwindigkeit überschritten wird.At a certain distance from the heating shaft 6 , the take-off device 10 is arranged, with which a pulling force is exerted on the filament bundle 3 . This takes place pneumatically via a Venturi nozzle 11 , to which air 12 under high pressure is supplied, so that the sound cross-section is reached at the narrowest cross section and the sound speed is exceeded in the further course.

Das aus der Abzugsvorrichtung 10 austretende Filamentbündel 3 kann in bekannter Weise zu einem Kunststoffaden verarbeitet werden, zur Erzeugung von Stapelfasern geschnitten werden oder zur Herstellung eines Spinnvlieses dienen. Letzteres ist beispielsweise in der FR 74 20 254 beschrieben.The filament bundle 3 emerging from the take-off device 10 can be processed in a known manner into a plastic thread, cut to produce staple fibers or used to produce a spunbonded nonwoven. The latter is described for example in FR 74 20 254.

In Fig. 2 ist eine Übersicht über den Geschwindigkeitsverlauf der ersponnenen Filamente für verschiedene Anlagen bzw. Verfahren dargestellt. Unter den üblichen Bedingungen einer direkten Erspinnung und Streckung der Filamente in einer Stufe und unter hoher Geschwindigkeit, hier einer Abzugsgeschwindigkeit von 6000 m/min, erfahren die Filamente eine schockartige Abkühlung aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeitsgradienten in Längs- und Querrichtung, siehe Kurve A. Entlang des Spinnweges ist der Geschwindigkeitsgradient größer als 2×10⁴ 1/s und die Abkühlgeschwindigkeit ist in der Größenordnung von 26 000°C/s. Diese extremen Bedingungen bewirken in dem Filament eine unterschiedliche, heterogene Struktur zwischen dem Mantel und dem Kern des Filaments. Gegenüber den in einem mehrstufigen Verfahren nachverstreckten Filamenten hat dies einen Abfall bestimmter mechanischer Eigenschaften zur Folge.In FIG. 2, an overview of the speed curve of the spun filaments for various systems and methods is shown. Under the usual conditions of direct spinning and stretching of the filaments in one step and at high speed, here a take-off speed of 6000 m / min, the filaments experience a shock-like cooling due to the very high speed gradients in the longitudinal and transverse directions, see curve A. Along The speed gradient of the spinning path is greater than 2 × 10 ⁴ 1 / s and the cooling rate is of the order of 26,000 ° C./s. These extreme conditions create a different, heterogeneous structure in the filament between the sheath and the core of the filament. Compared to the filaments post-drawn in a multi-stage process, this results in a drop in certain mechanical properties.

Eine Verringerung der Geschwindigkeit auf 4400 m/min Abzugsgeschwindigkeit vermindert den Geschwindigkeitsgradienten und die Kühlgeschwindigkeit deutlich, wie dann aus der Kurve B abgelesen werden kann. Allerdings nimmt auch die Bruchlast ab und die Bruchdehnung zu.A reduction in speed to 4400 m / min take-off speed reduces the speed gradient and the cooling speed clear how can then be read from curve B. However, takes also the breaking load and the elongation at break.

Um trotz vorteilhafter niedriger Abzugsgeschwindigkeiten eine Erhöhung der Bruchlast und eine Verringerung der Bruchdehnung zu erhalten, werden zweistufige mechanische Verfahren verwendet, die einen ersten Bereich mit einem hohen Geschwindigkeitsgradienten und einen zweiten Bereich mit hohen Geschwindigkeitsgradienten aufweisen. Dies ist in der Kurve C dargestellt.In order to increase the despite the advantageous low take-off speeds To obtain breaking load and a reduction in elongation at break uses two-stage mechanical processes that have a first range with a high speed gradient and a second area have high speed gradients. This is in curve C shown.

Durch die Verwendung einer Heizvorrichtung mit durch im Gegenstrom geführter, erhitzter Luft angeblasenen Filamenten zwischen der Spinndüse und der Abzugsvorrichtung wird bei einer Abzugsfeschwindigkeit von 4400 m/min der in der Kurve D dargestellte Verlauf erreicht. Über eine Länge L der Heizvorrichtung 5 findet eine Nachverstreckung der über den Erstarrungspunkt erhitzen Filamente statt.By using a heating device with filaments blown by countercurrent, heated air between the spinneret and the take-off device, the course shown in curve D is achieved at a take-off speed of 4400 m / min. The filaments heated above the solidification point are stretched over a length L of the heating device 5 .

In der Tabelle 1 sind verschiedene Versuchsergebnisse mit und ohne Heizvorrichtung für unterschiedliche Massendurchsätze von Polyethylenterephthalat (PET) mit einem Schmelzpunkt von 256°C und einer Viskosität von 190 Pa.s bei 290°C gegenübergestellt.Table 1 shows various test results with and without Heater for different mass flow rates from Polyethylene terephthalate (PET) with a melting point of 256 ° C and one Viscosity of 190 Pa.s at 290 ° C compared.

In einer ersten Versuchsanordnung T wurde eine aus Spinnvorrichtung 1 und Abzugsvorrichtung 10 bestehende Verstreckvorrichtung zur Herstellung von Filamenten verwendet.In a first test arrangement T, a drawing device consisting of spinning device 1 and take-off device 10 was used for the production of filaments.

Die zweite Versuchsanordnung V unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß zwischen der Spinnvorrichtung 1 und der Abzugsgeschwindigkeit 10 eine Heizvorrichtung 5 vorgesehen wurde, in welcher die Filamente mit im Gegenstrom geführter, auf eine Temperatur oberhalb der Erstarrungstemperatur erhitzter Luft erwärmt wurden. Es ist möglich, daß dabei die Filamente 3 über ihre Erstarrungstemperatur erhitzt werden, daß aber gleichwohl die Schmelztemperatur nicht erreicht wird.The second experimental arrangement V differs from the first in that a heating device 5 was provided between the spinning device 1 and the take-off speed 10 , in which the filaments were heated with air which was conducted in countercurrent and heated to a temperature above the solidification temperature. It is possible that the filaments 3 are heated above their solidification temperature, but that the melting temperature is nevertheless not reached.

Die Versuche wurden für beide Versuchsanordnungen zum einen mit einem Massendurchsatz von 1 g/min je Kapillaröffnung der Spinndüse (T1, V1.1, V1.2) und zum anderen mit einem Massendurchsatz von 0,62 g/min je Kapillaröffnung der Spinndüse (T2, V2) durchgeführt. The tests were carried out for both test arrangements on the one hand Mass flow of 1 g / min per capillary opening of the spinneret (T1, V1.1, V1.2) and on the other hand with a mass throughput of 0.62 g / min each Capillary opening of the spinneret (T2, V2) performed.

Bei dem Vergleich der wesentlichen Eigenschaften des in der ersten Versuchsreihe hergestellten Filaments ist zunächst festzustellen, daß die Abzugsgeschwindigkeit des Filaments in den Versuchen V1.1 und V1.2 gegenüber T1 deutlich zurückgegangen ist. Dies läßt sich dadurch erklären daß die Reibungskräfte in der Heizvorrichtung durch die Druckerhöhung in der Abzugsvorrichtung nicht vollständig ausgeglichen wurden. Ein direkter Vergleich der mechanischen Eigenschaften zweier mit derselben Abzugsgeschwindigkeit gemäß den beiden Versuchsanordnungen T, V hergestellten Filamente ist hier daher nicht möglich.When comparing the essential properties of the first Test series produced filament can be found first that the Pull-off speed of the filament in tests V1.1 and V1.2 has decreased significantly compared to T1. This can be explained that the frictional forces in the heater due to the pressure increase in the Trigger device were not fully compensated. A direct one Comparison of the mechanical properties of two with the same Take-off speed according to the two test arrangements T, V Filaments produced are therefore not possible here.

Man erkennt aber, daß trotz einer von 4770 m/min auf 3330 m/min verringerter Abzugsgeschwindigkeit die Festigkeit von 30,3 cN/Tex auf 39,7 cN/Tex gesteigert und die Dehnung von 72,6% auf 57,1% verringert wurde (T1 und V1.2). Damit ist es möglich, zur Erzeugung von Filamenten hoher Festigkeit in einem Bereich mittlerer Abzugsgeschwindigkeit zu arbeiten. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit in der Versuchsanordnung mit Heizvorrichtung auf 4000 m/min führt zu einer nochmaligen Verbesserung der Festigkeit von 39,7 cN/dTex auf 42,5 cN/Tex und eine Verringerung der Dehnung von 57,1% auf 43,7% (V1.2 gegenüber V1.1).But you can see that despite one decreased from 4770 m / min to 3330 m / min Take-off speed the strength from 30.3 cN / Tex to 39.7 cN / Tex increased and the elongation was reduced from 72.6% to 57.1% (T1 and V1.2). This makes it possible to produce high strength filaments in an area of medium take-off speed. An increase in Speed in the test setup with heating device to 4000 m / min leads to a further improvement in the strength of 39.7 cN / dTex to 42.5 cN / Tex and a reduction in elongation of 57.1% 43.7% (V1.2 compared to V1.1).

In der zweiten Versuchsreihe V2, T2, wurde ein Massendurchsatz Polymer/Loch von 0,62 g/min eingestellt. Auch im feineren Titerbereich verringerte sich die Abzugsgeschwindigkeit. Die Festigkeit verbesserte sich in beträchtlichem Maße von 27,7 cN/Tex auf 36,6 cN/Tex und die Dehnung wurde ebenfalls von 82,6% auf 47,6% deutlich reduziert. In the second test series V2, T2, a mass throughput polymer / hole was of 0.62 g / min. Also decreased in the finer titer range the take-off speed. The strength improved considerably Measurements from 27.7 cN / Tex to 36.6 cN / Tex and the elongation was also from Significantly reduced from 82.6% to 47.6%.

Tabelle 1Table 1

In Fig. 3 ist der Kraft-Dehnungsverlauf der aus den Versuchen T1, V1, V1.1, V1.2; T2, V2 hervorgegangenen Filamente zusammengestellt. Man erkennt den außerordentlich großen Einfluß der Heizvorrichtung sowohl auf die Festigkeit als auch auf die Dehnung. Insbesondere von Bedeutung ist die wesentliche Verbesserung der Dehnung im Bereich von Kräften höher als 10 cN/Tex. Die verbesserten Filamente können hier deutlich mehr Last aufnehmen, ohne eine übermäßige Dehnung zu erfahren. Dieses Verhalten ist selbst bei mit verringerter Abzugsgeschwindigkeit hergestellten Filamenten gemäß V1.2 bzw. V2 noch in wesentlichem Maße gegeben. In FIG. 3, the force-elongation curve is that of experiments T1, V1, V1.1, V1.2; T2, V2 resulting filaments compiled. One can see the extraordinarily large influence of the heating device on both the strength and the elongation. Of particular importance is the significant improvement in elongation in the range of forces higher than 10 cN / Tex. The improved filaments can take significantly more load here without experiencing excessive stretching. This behavior is still largely the case even with filaments produced with reduced take-off speed according to V1.2 or V2.

Die Abkühlung der aus der etwa 300°C heißen Spinnvorrichtung austretenden Filamente erfolgte durch Queranströmung mit Luft bei Raumtemperatur, die Erhitzung der Filamente in der Heizvorrichtung erfolgte mit einem Volumenstrom auf 270-300°C erhitzter Luft zwischen 10 und 15 m³/h. Es versteht sich von selbst, daß die Temperatur des gasförmigen Fluids 8 für Polyolefine entsprechend der jeweiligen Schmelztemperatur angepaßt werden muß. Der Massendurchsatz an gasförmigem Fluid 8 richtet sich unter anderem nach der Menge der zu verstreckenden Filamente, dem verwendeten Polymer oder Polymeren, dem Verstreckungsgrad und der Vorverstreckung zwischen der Spinnvorrichtung 1 und der Heizvorrichtung 5.The filaments emerging from the approximately 300 ° C. hot spinning device were cooled by air flow at room temperature, the filaments in the heating device were heated with a volume flow of air heated to 270-300 ° C. between 10 and 15 m ³ / h. It goes without saying that the temperature of the gaseous fluid 8 for polyolefins must be adjusted according to the respective melting temperature. The mass flow rate of gaseous fluid 8 depends, among other things, on the amount of filaments to be drawn, the polymer or polymers used, the degree of drawing and the pre-drawing between the spinning device 1 and the heating device 5 .

Die Filamente eignen sich aufgrund ihrer verbesserten mechanischen Eigenschaften besonders für die Herstellung von Vliesen, wobei als Material thermoplastische Kunststoffe, insbesondere PET, aber auch Polyester (PES), Polyamid (PA), Polyamid 6.6 (PA 6.6), Polypropylen (PP) oder Polybutylenterephthalat (PBT) in Frage kommen. Die Filamente können auch aus mehreren verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei bekannte Spinntechniken verwendet werden.The filaments are suitable due to their improved mechanical Properties particularly for the production of nonwovens, being used as a material thermoplastics, especially PET, but also polyester (PES), Polyamide (PA), polyamide 6.6 (PA 6.6), polypropylene (PP) or Polybutylene terephthalate (PBT) come into question. The filaments can too be made from several different materials, known ones Spinning techniques are used.

Claims

1. stretching device for the production of stretched plastic filaments ( 2 , 3 ), comprising a spinning device ( 1 ), and a pneumatic means ( 11 ) for generating a tensile force on the plastic filaments ( 2 , 3 ) comprising withdrawal device ( 10 ), characterized in that between the spinning device ( 1 ) and the take-off device ( 10 ) there is a heating device ( 5 ) with a flow of heating medium ( 8 ) guided in counterflow to the plastic filaments ( 2 , 3 ).

2. Stretching device according to claim 1, characterized in that Means for producing a spunbonded fabric are provided.

3. stretching device system according to claim 1, characterized in that that means for producing staple fibers, for example for the Manufacture of non-woven fabrics are provided.

4. A process for the production of stretched plastic filaments ( 2 , 3 ), according to which melt-spun filaments ( 2 , 3 ) with a single titer of greater than 1 dTex are cooled behind a spinning device ( 1 ) at least to the solidification temperature and stretched by means of a pneumatic take-off device ( 10 ), characterized in that the filaments are subsequently heated in a heating device ( 5 ) for drawing, the filaments in the heating device ( 5 ) being blown in countercurrent by a gaseous fluid ( 8 ) heated to a temperature above the solidification point.

5. The method according to claim 4, characterized in that between the heating device ( 5 ) and the take-off device ( 10 ) is post-stretching in a stretching ratio of 1.1 to 1.5.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the filaments ( 2 , 3 ) at a temperature of 200 ° C to 350 ° C, preferably 225 ° C to 300 ° C, are blown in countercurrent.

7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the filaments are blown in counterflow with an amount of air from 5 m ³ / h to 25 m ³ / h.

8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the filaments with a take-off speed of 2000 m / min 4700 m / min through the counterflow.

9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the amount of air and the temperature of the counterflow air are set so be that a thread stretch less than 60% is achieved.

10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that that the withdrawal speed of the filaments, the amount of air and the Temperature of the counterflow air can be set so that at the same Take-off speed a relative increase in the tensile strength of the post-drawn filaments of at least 20% compared to one simply drawn filament is obtained, preferably one Tensile strength of the filaments of at least 32 cN / Tex, especially preferably 40 to 50 cN / Tex is achieved.

11. The method according to any one of claims 4 to 10, characterized in that that the withdrawal speed of the filaments, the amount of air and Temperature of the counterflow air are set so that the transition of the Range of elastic deformation in the range of plastic deformation only under a force increased by at least 20%.

12. The method according to any one of claims 4 to 11, characterized in that that the amount of air and the temperature of the counterflow air are set so that a hot air shrinkage of at most 6% (at 180 ° C, 15 min) is achieved.

13. The method according to any one of claims 4 to 12, characterized in that that the filaments following the counter current treatment post-stretched continuously or in a separate treatment stage will.

14. The method according to any one of claims 4 to 13, characterized in that the plastic filaments ( 2 , 3 ) for producing a nonwoven are placed on a carrier.

15. The method according to any one of claims 4 to 13, characterized in that the plastic filaments ( 2 , 3 ) are cut to produce staple fibers.

16. Fleece comprising using a stretching device one of claims 1 to 3 or by a method according to one of the Claims 4 to 15 produced stretched plastic filaments, thereby characterized in that the filaments have a tensile strength of at least 32 cN / Tex and an elongation less than 60%.

17. Fleece according to claim 16, characterized in that the Plastic filaments are stored as filaments.

18. Fleece according to claim 16, characterized in that the Plastic filaments are available as staple fibers.

19. Yarn comprising using a drawing device after one of claims 1 to 3 or by a method according to one of the Claims 4 to 15 produced stretched plastic filaments, thereby characterized in that the filaments have a tensile strength of at least 32 cN / Tex and an elongation less than 60%.

20. Yarn according to claim 19, characterized in that the Plastic filaments are filaments.

21. Yarn according to claim 19, characterized in that the Plastic filaments are available as staple fibers.