DE19922240A1 - Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen synthetischen Garnen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen synthetischen GarnenInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines synthetischen ultrafeinen Endlosgarns auf der Basis Polyester oder Polyamid im Bereich 0,25 bis 0,9 denier pro POY-Filament durch Schmelzspinnen bei Abzugsgeschwindigkeiten zwischen 2000 und 6000 m/min mit hoher Spinnsicherheit. Dem Polyester oder Polyamid kann ein zweites nicht mischbares amorphes Polymer in einer Menge von 0,05 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt sein. Ein Merkmal der Erfindung ist die Einstellung eines ausgeglichenen Temperaturprofils im Querschnitt des Filamentbündels vor Erreichen der Verzugszone, sowie die geeignete Abstimmung der Rücksprunglänge und dem Verzugspunkt der Filamente im Blasschacht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
synthetischen ultrafeinen Endlosgarns auf der Basis Polyester oder
Polyamid im Bereich 0,25 bis 0,9 denier pro POY-Filament durch
Schmelzspinnen bei Abzugsgeschwindigkeiten zwischen 2000 und
6000 m/min. Dem Polyester oder Polyamid kann ein zweites nicht
mischbares amorphes Polymer in einer Menge von 0,05 bis
5 Gewichtsprozent zugesetzt sein.
Mehrere Autoren haben sich mit den Problemen bei der Herstellung von
feinen und ultrafeinen Filamenten beschäftigt:
Nakajima beschreibt in "Advanced Fiber Spinning Technology"
(Woodhead Publishing Ltd, 1994, S. 191) ein Verfahren zum Verspinnen
von ultrafeinen Fasern, wobei die Filamente unmittelbar nach dem
Verspinnen zusätzlich zur normalen Querstromanblasung mit einem radial
gerichteten kalten Luftstrom angeblasen werden.
Tekaat (Veröffentlichung auf der Internationalen Chemiefasertagung in
Dornbirn 1992, S. 8) beschreibt Untersuchungen bei der Herstellung von
Mikrofilamentgarnen. Dabei wurde gefunden, daß die Blasluft das
Fadenbündel bei hohen Filamentzahlen nur schwer durchdringen kann und
die Filamente in der Mitte deutlich später abkühlen als die randnahen
Filamente.
Nach Ziabicki ("Fundamentals of Fibre Formation", J. Wiley & Sons,
1976, S. 196ff und S. 241) sind die Abkühlbedingungen unmittelbar
unterhalb des Düsenpakets entscheidend für die Fadenqualität. Außerdem
setzt das Fadenbündel der Strömung einen beträchtlichen Widerstand
entgegen, der dazu führen kann, daß die Blasluft das Bündel umfließt
anstatt es zu durchströmen.
Einige Patente schlagen zur Herstellung von Mikrofasern eine
zusätzliche Beheizung der Filamente mit Heizgas oder mit
Strahlungsbeheizung vor:
US-Patent 5310514 (Corovin) beansprucht einen Prozeß zur Herstellung
von Mikrofilamenten, bei dem ein Heißluftstrom zum Schutz der frisch
ersponnenen Filamente parallel zu diesen aus einem Ringschlitz im
Düsenpaket ausströmt. Die Temperatur der Heißluft liegt bei ± 10 K der
Schmelzetemperatur. Die technische Ausführung ist aufwendig und die in
diesem kritischen Bereich notwendige Konstanz des Luftstroms schwer zu
gewährleisten.
EP0455897 A (Karl Fischer) beschreibt ein Verfahren zur Beheizung der
einzelnen Filamente über ein Kanalsystem innerhalb der Düsenplatte,
durch das Heißluft geführt wird. Damit soll das Verziehen der Filamente
verbessert werden. Eine Kompensation der Wärmeverluste der randnahen
Filamente ist damit nicht möglich. Die Filamente werden hier einzeln
von dem Heißgas umflossen. Damit soll der Fadenverzug unterstützt
werden. Die Temperaturen können im Bereich der Schmelzetemperatur
liegen oder darüber.
GB-Patent 1391471 (Hoechst) beschreibt einen Heizer für technische
Garne. Damit sei ein niedrig vororientiertes Garn bei erhöhtem
Durchsatz herzustellen. Die Vorrichtung besteht aus zwei konischen
Halbschalen, deren untere beheizt wird und deren obere polierte Schale
einen großen Teil der Wärmestrahlung auf die Filamente reflektiert.
Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß nur wenig Strahlung die
Düsenplatte treffen soll. Der Temperaturverlauf entlang der Heizstrecke
ist stark parabolisch mit einem Maximum etwa auf halber Lauflänge
(ca. 120 K über der Schmelzetemperatur).
US-Patent 5661880 (Barmag) beansprucht eine Strahlungsbeheizung der aus
der Spinndüse ausgetretenen Filamente. Geschildert wird ein Prozeß zum
Spinnstrecken mit einer konischen Heizstrecke. Die Temperaturen auf der
Heizfläche liegen mit vorzugsweise 450-700°C deutlich über der
Schmelzetemperatur. Außerdem wird eine Beheizung der Düsenplatte durch
in dieser oder auf dieser verlaufende Heizbänder beansprucht. Die für
die Wärmeübertragung an die Schmelze zur Verfügung stehende Kontaktzeit
reduziert sich damit auf wenige Sekunden. Es wird nicht differenziert
in eine unterschiedliche Beheizung der inneren und äußeren
Schmelzeströme. Damit soll eine zu frühe Orientierung der Schmelze in
den Düsenkapillaren verhindert werden. Außerdem sollen Ablagerungen auf
der Düse verringert und der Durchsatz gesteigert werden können.
US-Patent 5182068 (ICI) beschreibt einen Prozeß, der das Necking bei
Abzügen über 5000 m/min reduzieren soll. Gesagt wird, daß ein beheizter
Rücksprung mit über der Lauflänge konstantem Temperaturverlauf (300°)
nur ein Verschieben des Neck-points bewirkt, während ein Rücksprung mit
progressiv abnehmendem Temperaturverlauf (300 → 200°C) eine deutliche
Entschärfung des Neck-points herbeiführe. Die Fadengeschwindigkeit vor
dem Necking wird angehoben und das neck-draw-Verhältnis vor/nach dem
Necking abgesenkt. Beansprucht werden Geschwindigkeiten über
7000 m/min.
GB-Patent 903427 (Inventa) beansprucht ein Spinnrohr mit einer Länge
von mind. 1 m, in dessen oberem Bereich eine Temperatur von 10-80 K
unterhalb der Schmelzetemperatur herrscht. Die Temperatur im unteren
Rohrabschnitt beträgt weniger als 100°C. Die Beheizung kann entweder
direkt oder über ein Wärmeträgermedium erfolgen.
US-Patent 5250245 (DuPont) beschreibt einen Spinnorientierungsprozeß
zur Herstellung feiner Polyesterfilamente mit verbesserten mechanischen
Eigenschaften und Titergleichmäßigkeiten. Dies wird erreicht durch die
Wahl einer geeigneten Polymerviskosität und entsprechend angepaßte
Spinnbedingungen.
US-Patent 4436688 (Zimmer) beansprucht ein Verfahren mit Abzügen
zwischen 600 und 6000 m/min bei dem die ersponnenen Filamente einen
Rücksprung durchlaufen. Dessen Länge ist abhängig von der
Abzugsgeschwindigkeit und der Filterflächenbelastung.
US-Patent 5866050 (DuPont) offenbart eine Beheizung des Spinnpakets so,
daß die Filamente mit nahezu gleicher Temperatur aus den Düsenbohrungen
austreten. Das Verfahren berücksichtigt nicht das unterschiedliche
Abkühlverhalten der mittleren und äußeren Filamente insbesondere bei
sehr feinen und hochkapillarigen Titern.
Für die Wärmeführung der Filamente unmittelbar nach der Extrusion
werden in den genannten Schriften unterschiedliche Verfahren
vorgeschlagen. Einige dieser Verfahren haben den Nachteil, daß sie
das Ausbilden einer Ruhezone im unmittelbaren Bereich nach der
Fadenextrusion durch die Zufuhr eines Heizgases beeinträchtigen.
Diese Ruhezone ist aber für das Erreichen hoher Garngleichmäßigkeiten
unbedingt notwendig.
Viele der oben genannten Verfahren bedienen sich der radialen oder
einseitigen Zufuhr von Wärme an die Filamente, was dazu führt, daß
insbesondere die äußeren Filamente einem Spannungsabbau unterliegen,
der die Laufunruhe verstärkt und damit die Gleichmäßigkeit des Garns
verringert.
Das unterschiedliche Abkühlverhalten zwischen inneren und äußeren
Filamenten ist entscheidend für die Laufstabilität. Das
Temperaturprofil der austretenden Filamente muß daher abhängig vom
Polymerdurchsatz angepaßt werden können. Das Temperaturprofil der
bereits ausgetretenen Filamente so zu beeinflussen, daß diesem
Abkühlverhalten begegnet wird, wird bislang vom Stand der Technik nicht
berücksichtigt.
Problematisch ist bislang noch das Erreichen niedriger Bruchraten im
POY. Ziel der Erfindung ist das Erreichen von Gleichmäßigkeiten bei
ultrafeinen Garnen (ca. 0,25-0,89 dpf), wie sie mit dem jetzigen
Verfahrensprinzip bei der bisher üblichen Herstellung von High-Count-
Garnen (ca. 1,0-1,2 dpf) erreichbar sind.
Die in der Praxis am häufigsten verwendeten Anblassysteme basieren auf
einer einseitigen Anblasung, um den Zugang zu erleichtern. Die Nutzung
dieses Prinzips der einseitigen Anblasung sollte dabei möglich sein.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren
und ein Garn gemäß den Angaben der Patentansprüche.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch das komplexe Zusammenwirken
mehrerer wesentlicher Verfahrensschritte erreicht. Im folgenden werden
die einzelnen Verfahrensschritte für die Herstellung von ultrafeinen
Mikrofasern beschrieben von der Extrusion der Schmelze bis zum
Aufwickeln des POY-Garns.
Als Rohstoff wird ein Polyester, wie Polyethylenterephthalat (PET),
Polypropylen- oder Polybutylenterephthalat oder Polyamid, wie PA 6
oder PA 6.6, oder Copolymere hiervon, eingesetzt. Bevorzugt wird PET
mit einer Intrinsic-Viskosität zwischen 0,59 und 0,66 dl/g. Eine
ausreichende strukturelle Homogenität und eine ausreichende thermische
Homogenität der Schmelze vor Erreichen des Spinnpakets muß
sichergestellt sein.
Dem Basispolymer kann ein zweites nicht mischbares amorphes Polymer in
einer Menge von 0,05 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt sein. Bei dem
zugegebenen Polymer handelt es sich vorzugsweise um ein Copolymer, das
aus mindestens zwei der folgenden Monomereinheiten aufgebaut ist:
0 bis 95 Gew.-% A, wobei A ein Monomer der Formel CH2 = C(R)-COOR1 ist, mit R gleich -H oder -CH3 und R1 gleich geradkettigem oder verzweigtem C1-10-Alkyl oder Cyclohexyl, 0 bis 40 Gew.-% B, wobei B ein Monomer bestehend aus Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid ist, und 5 bis 85 Gew.-% C, wobei C ein Monomer bestehend aus Styrol oder methylsubstituiertem Styrol ist, und wobei (Gew.-% A + Gew.-% B + Gew.-% C) = 100 ist.
0 bis 95 Gew.-% A, wobei A ein Monomer der Formel CH2 = C(R)-COOR1 ist, mit R gleich -H oder -CH3 und R1 gleich geradkettigem oder verzweigtem C1-10-Alkyl oder Cyclohexyl, 0 bis 40 Gew.-% B, wobei B ein Monomer bestehend aus Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid ist, und 5 bis 85 Gew.-% C, wobei C ein Monomer bestehend aus Styrol oder methylsubstituiertem Styrol ist, und wobei (Gew.-% A + Gew.-% B + Gew.-% C) = 100 ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind POY-Einzeltiter von
0,25-0,9 denier, entsprechend einem Einzel-Endtiter des verstreckten
Garnes von 0,15 bis 0,52 denier zu erreichen. Die Reißdehnung im PET-
POY liegt in einem Bereich von 100 bis 145% und die spezifische
Reißfestigkeit zwischen 18 und 33 cN/tex. Verwendet werden
Abzugsgeschwindigkeiten zwischen 2000 und 6000 m/min. Einige
erfindungsgemäß charakteristische Verfahrens-Kenngrößen für Polyester
(PET) sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Kenngrößen lassen sich hierbei
gemäß nachstehender Berechnungsformeln ermitteln:
Als Düsenpaket wird beispielsweise ein Rundpaket entsprechend US-Patent
5304052 oder US-Patent 5795595 verwendet. Die Verweilzeit der Schmelze
innerhalb des Pakets wird durch Einbauten so eingestellt, daß
12 Minuten nicht überschritten und 5 Minuten nicht unterschritten
werden. Als Filtrationsmedium wurde eine Abfolge von unterschiedlichen
Gewebelagen mit feinsten Maschenweiten von 5 bis 15 µm in Kombination
mit oder ohne feinem Stahlsand in der Korngröße 88 bis 250 µm
verwendet. Für die Sicherstellung einer hohen Polymerhomogenität ist
eine ausreichende Scherung bzw. Zerteilung der in der Schmelze
vorhandenen höhermolekularen Gele notwendig, die entweder durch feinen
Stahlsand oder durch entsprechende Einbauten im Spinnpaket mit feinsten
Porenöffnungen von 50 bis 1000 µm erfolgen kann. Der Paketgesamtdruck
wurde damit so eingestellt, daß mindestens 105 bar erreicht wurden bei
Filterflächenbelastungen von 0,25 bis 0,80 g/min/cm2.
Als kritisch erwies sich der Einsatz der für den Prozeß notwendigen
feinen Düsenbohrungen. Bei mehrlagigen Düsenfiltern sind Störpartikel
innerhalb der Düsenfilter und besonders im Bereich der Filtereinfassung
nicht sicher auszuschließen. Diesem Problem wurde durch den Einsatz
feiner loser Filterlagen aus Metallgewebe mit Feinheiten größer
4000 Maschen/cm2, vorzugsweise mit größer 15000 Maschen/cm2
(40 µm Maschenweite) unmittelbar auf der Düsenplatte begegnet.
Damit ist die notwendige Anspinnsicherheit gewährleistet.
Die Lochdichte der eingesetzten Düsenplatten kann zwischen
1,5 und 6,0 Loch/cm2 eingestellt werden. Der Durchmesser d der
Kapillarbohrungen in der Düsenplatte wird so gewählt, daß die
scheinbare Wandscherrate der Schmelze innerhalb der Kapillaren
zwischen 5.000 und 25.000 s-1 (für PET s. Tab. 2) liegt. Damit wird
eine zusätzliche Durchwärmung der Schmelze gewährleistet.
Hierbei gelten folgende Zusammenhänge:
Der Kapillardurchmesser wird zwischen 0,08 mm und 0,12 mm gewählt.
Der Durchmesser der einzelnen Kapillarbohrungen in der Düsenplatte muß
nicht konstant über den Querschnitt der Düsenplatte sein, sondern kann
umgekehrt proportional an den Temperaturgradienten gemessen auf der
Oberfläche der Düsenplatte angepaßt werden. Die Abweichung zwischen
mittigen und randnahen Bohrungen beträgt maximal 0,2d, vorzugsweise
0,1d. In diesem Durchmesserbereich werden die
Austrittsgeschwindigkeiten begrenzt durch zwei Effekte: Zum einen ist
eine ausreichend hohe Spritzgeschwindigkeit von mindestens 7 m/min
notwendig, um die Gefahr von Kohäsivbrüchen zu vermeiden. Zum anderen
darf eine obere Grenze von 20 m/min nicht überschritten werden, da
sonst Strömungsanomalien auftreten können, die sich in einem
unregelmäßigen Schmelzeaustritt aus der Kapillarbohrung bemerkbar
machen (Korkenziehereffekt).
Die Länge L der Kapillaren wird so gewählt, daß ein ausreichend hoher
Schmelzedruck bei der zwangsläufig niedrigen Filterflächenbelastung vor
der Düsenplatte erreicht wird. Damit sind genügend Druckreserven
vorhanden für eine gleichmäßige radiale Verteilung der Schmelze.
Der Druck vor der Düsenplatte soll zwischen 50 und 100 bar liegen,
vorzugsweise zwischen 70 und 100 bar. Abhängig vom Schmelzedurchsatz
pro Kapillarbohrung kann beispielsweise ein L/d-Verhältnis zwischen 2
und 5 gewählt werden (s. Tab. 2).
Als wesentlich für eine Stabilisierung der Spinnsicherheit wurde die
Einstellung eines ausgeglichenen Temperaturprofils im Querschnitt des
Fadenbündels vor Erreichen der Verzugszone erkannt. Bekannt ist, daß
Filamente mit dem Erreichen der Glasübergangstemperatur Tg ausgezogen
sind. Filamente, die mit unterschiedlichen Temperaturen starten, werden
die für einen Verzug geeignete Temperatur (TSchmelze < T < Tg) bei
konstanten Abkühlverhältnissen auch auf unterschiedlichen Abständen zur
Düsenplatte erreichen. Einsichtig ist aber, daß sich die randnahen
Filamente schneller abkühlen werden als die Filamente im Zentrum des
Fadenbündels, da sie in direkterem Kontakt zur Umgebungsluft stehen
(s. Abb. 2). Für das Einstellen eines ausgeglichenen Temperaturprofils
in einem bestimmten Abstand zur Düsenplatte, reicht es daher nicht aus,
alle Filamente mit der gleichen Ausgangstemperatur zu beaufschlagen.
Vielmehr müssen die äußeren Filamente einen Temperaturvorsprung
gegenüber den mittigen Filamenten erhalten, der gerade so eingestellt
werden muß, daß sich die Temperaturen der randnahen und mittigen
Filamente kurz vor Erreichen des Verzugszone angeglichen haben.
(TRand-TMitte) gemessen als Oberflächentemperaturdifferenz auf der
Düsenplatte zwischen Mitte und Rand der Düsenplatte, läßt sich im
beanspruchten Titerbereich nach folgender Beziehung über die
Temperaturdifferenz aus Spinnbalkenbeheizung und Polymer,
(TBeheizung-TSchmelze), abhängig von dem Filamentdurchsatz mFil, der
Abzugsgeschwindigkeit νAbzug und der Filterfläche AFilter wie folgt
einstellen:
Überraschend wirksam war die direkte Zufuhr der benötigten Wärme über
die Wandung des Düsenpakets. Es wurde über die reinen Wärmeverluste
der Düsenplatte hinausgehend noch zusätzlich Wärme in das Spinnpaket
eingebracht zum Aufheizen der wandnahen Schmelze. Dazu ist eine
entsprechend lange Verweilzeit im Düsenpaket nötig, die aber aufgrund
des niedrigen Paketdurchsatzes im beanspruchten Titerbereich mit
entsprechend geformten Paketeinbauten eingestellt werden konnte. Die
zur Einstellung des gewünschten Temperaturprofils benötigte Wärme wird
über metallische Wärmeleitung im Düsenpaket an den wandnahen
Schmelzeteilstrom übergeben.
Dabei kann dieser wandnahe Schmelzeteilstrom entweder auf der gesamten
Länge H der schmelzeberührten Innenwand des Spinnpakets auf die
erforderliche Übertemperatur geheizt werden oder nur auf einem
Teilabschnitt l der schmelzeberührten Innenwand, wobei dann die
erforderliche Übertemperatur ΔTSchmelze-Beheizung entsprechend dem
Flächenverhältnis H/l erhöht wird. Diese extra beheizte Fläche ist dann
vorzugsweise im unteren Teil des Spinnpakets auf Höhe der Düsenplatte
und abschließend mit der Unterkante der Düsenplatte in Form eines
Heizrahmens mit Durchtrittsöffnungen für die Spinnpakete und mit einer
unabhängig vom Spinnbalken zu regelnden Beheizung vorzusehen. Eine
getrennte Beheizung des Spinnbalkens und der Produktleitung ist
Voraussetzung für das Einstellen der erforderlichen
Temperaturdifferenz.
Die Ausbildung von unterschiedlich temperierten Filamenten in einer
Ebene quer zur Fadenlaufrichtung hat einen großen Einfluß auf die
Stabilität des Fadenlaufs. Unterschiedlich temperierte Filamente
erreichen ihre Fadenendgeschwindigkeit auch in einem unterschiedlichen
Abstand zur Düsenplatte, so daß sich Querschnitte ergeben in denen sich
gleichzeitig unterschiedlich schnelle Filamente befinden, die durch
ihre unterschiedlich ausgeprägte Sogwirkung Turbulenzen hervorrufen
innerhalb des Filamentbündels. Prinzipiell können beim Ausziehen des
Garns nach bekannten Verfahren drei Geschwindigkeitsbereiche
unterschieden werden:
- 1. Der Bereich vor der Verzugszone: langsame Fadengeschwindigkeit im Bereich von 7-200 m/min. ein nicht ausgeglichenes Temperaturprofil hat hier nur geringe Auswirkungen auf die absolute Höhe der Geschwindigkeitsunterschiede:
- 2. Die eigentliche Verzugszone: Geschwindigkeitsbereich von 200 - ca. 2500 m/min. bei einem nicht ausgeglichenen Profil sind in diesem (fiktiven) Querschnitt gleichzeitig langsame (noch nicht ausgezogene) und schnelle (bereits ausgezogene) Filamente vorhanden. Randnahe Filamente ohne Temperaturvorsprung erreichen ihre Endgeschwindigkeit wesentlich früher als Filamente im Zentrum des Fadenbündels. Die Folge ist ein unruhiger Fadenlauf hauptsächlich verursacht durch die Saugwirkung der schnelleren Filamente, die die langsameren Filamente ansaugen. Im Extremfall verkleben einzelne Filamente und es kommt zu Fadenbrüchen. Der unruhige Fadenlauf hat deutliche Auswirkungen auf die Garngleichmäßigkeit. Bereits vorhandene Ungleichheiten verstärken sich hier (s. Abb. 2).
- 3. Der Bereich nach der Verzugszone: Geschwindigkeit über 2500 m/min, unterschiedliche Fadentemperaturen haben hier kaum noch einen Einfluß auf die Spinnsicherheit.
Die Verzugszone erstreckt sich bis zum Erstarrungspunkt h98%
der Schmelze, der so definiert ist, daß hier 98% der
Fadenabzugsgeschwindigkeit erreicht sind.
Durch eigene Untersuchungen des Strömungsfeldes in der Nähe eines
einseitig querangeströmten Fadenbündels wurden die Nachteile der
einseitigen Anblasung gemäß den o.a. Aussagen von Ziabicki bestätigt.
Die Darstellung des Strömungsfeldes erfolgte mit einem Laser-
Lichtschnittsystem der Fa. ILA. Bei dieser Methode wird das
Untersuchungsgebiet in verschiedenen Schnittebenen mit einem
leistungsstarken, doppeltgepulsten NdYAG-Laser ausgeleuchtet. In die
Blasluft wird ein Aerosol aufgegeben, das die Laserpulse im Bereich der
Schnittebene reflektiert. Die Visualisierung erfolgt mit einer
hochauflösenden CCD-Videokamera. Die Geschwindigkeit und die
Strömungsrichtung wird durch ein Vektorfeld dargestellt. Die Richtung
der Vektorpfeile ergibt sich aus der räumlichen Versetzung der
Tröpfchen und die Geschwindigkeit der Tröpfchen aus der räumlichen
Versetzung der Tröpfchen und dem zeitlichen Abstand zwischen zwei
Pulsen. Es wurde gefunden, daß eine einseitige Anblasung starke
Inhomogenitäten im Fadenbündel erzeugt. Diese werden hauptsächlich
hervorgerufen durch die Stauzone vor dem Fadenbündel und durch den
Wirbelbereich im Lee des Fadenbündels (s. Abb. 1). Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Nachteile beseitigt.
Hierzu muß (s. Abb. 3) der Abstand h zur Düsenplatte, auf dem durch
Auskühlen der randnahen Filamente bereits ein ausgeglichenes
Temperaturprofil existiert, kleiner sein als der Abstand des
Erstarrungspunktes von der Düsenplatte (s. Abb. 3). Die Einstellung
erfolgt über die Temperaturüberhöhung der Schmelzebeheizung
beispielsweise mit Hilfe der Laser-Doppler-Anemometrie. Dabei werden
die Fadengeschwindigkeiten von randnahen und zentralen Filamenten
gleichzeitig gemessen, während die Temperatur der Schmelzebeheizung so
angepaßt wird, daß die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen randnahen und
zentralen Filamenten kleiner wird als 40% der Abzugsgeschwindigkeit
des Garns und vorzugsweise kleiner als 15%. Die Meßposition liegt
unmittelbar oberhalb der Verzugszone, die sich im beanspruchten
Titerbereich abhängig vom Filamentdurchsatz mFil, [g/min], der
Abzugsgeschwindigkeit νAbzug [m/min] und dem Verzugsverhältnis VV
darstellen läßt als:
Ein zu schnelles Auskühlen gerade der äußeren Filamente muß verhindert
werden. Gerade in diesem Titerbereich kühlen die Filamente aber,
hervorgerufen durch die große spezifische Oberfläche, besonders schnell
aus. Die relative Oberfläche eines Filaments, berechnet nach folgender
Beziehung:
ergibt für ein Filament mit 0,25 dpf eine etwa 3fach größere relative
Oberfläche als bei einem Filament mit 2 dpf.
Der noch schmelzeflüssige Faden wird daher erfindungsgemäß nicht direkt
der Blasluft ausgesetzt, sondern zunächst in einem sogenannten
Rücksprung abgekühlt. Der Erstarrungspunkt des Garns darf nicht
innerhalb des Rücksprungs liegen, da ansonsten durch die starke und
gerade in diesem Titerbereich früh einsetzende Sogwirkung der Filamente
große Luftmengen in den Rücksprung eingesaugt werden, die Turbulenzen
in diesem Bereich verursachen. Andererseits darf der Erstarrungspunkt
auch nicht zu weit außerhalb des Rücksprungs liegen, da sonst der noch
schmelzeweiche Faden zu lange ungeschützt der Umgebungsluft ausgesetzt
wird.
Der Erstarrungspunkt wird daher so gewählt, daß er sich gerade
außerhalb des geschützten Rücksprungs befindet. In diesem Titerbereich
läßt sich der Erstarrungspunkt gezielt durch die Temperatur des
Polymers einstellen. Dazu wird die absolute Höhe der
Produkttemperaturen TSchmelze und TBeheizung (= TSchmelze + ΔTSchmelze-Beheizung) für
PET in einem Bereich von 290°C bis 318°C eingestellt. Die absolute Höhe
der notwendigen Prozeßtemperatur läßt sich bei Abzugsgeschwindigkeiten
zwischen 2500 m/min und 3200 m/min abhängig von der
Filterflächenbelastung nach folgender Beziehung bestimmen:
TSchmelze = 308 - 25.f [°C], wobei fFilter in [g/min cm2]
Ein generelles Problem bei der Herstellung ultrafeiner Mikrofilamente
ist die starke Reaktion der Spinnstabilität auf
Temperaturinhomogenitäten. Eine zusätzliche Strahlungsbeheizung im
Bereich des Rücksprungs hat sich als störend erwiesen (schlechte
Fadengleichmäßigkeit), vermutlich durch Abbau der Fadenspannung
insbesondere der äußeren Filamente, die somit gegen Störungen aus der
Umgebung (Luftbewegung durch beginnende Sogwirkung der Filamente)
empfindlicher werden. Bei Strahlungsbeheizung erfolgt eine einseitige
Erwärmung der äußeren Filamente, da die Seite der Filamente, die der
strahlenden Oberfläche zugewandt ist, verstärkt beheizt wird. Aufnahmen
mit dem Laserschnitt-Verfahren zeigten schnelle Luftwechsel im
Rücksprungbereich hervorgerufen durch die in diesem Bereich bereits
hohe Geschwindigkeit der Filamente. Der Aufbau eines ruhenden, warmen
Luftpolsters wird behindert. Eine aktive Wärmezufuhr von außen an die
Filamente erfolgt daher vorwiegend durch Strahlung und nicht durch
Konvektion.
Ein passiver (nicht beheizter) Rücksprung verhindert dagegen nur das
zu schnelle Auskühlen der äußeren Filamente. Die Länge des passiven
Rücksprungs kann nicht beliebig gewählt werden, sondern ist nach
US-Patent 4436688 eine Funktion der Abzugsgeschwindigkeit und der
Filterflächenbelastung, deren obere und untere Grenze durch die
folgenden Beziehungen festgelegt ist:
Lmax = 48,2.log νAbzug -109 [mm]
Lmin = 34,4.log νAbzug -71 [mm]
In diesem Bereich wurde ein geeigneter Rücksprung für den
erfindungsgemäß beanspruchten Titerbereich gewählt.
Die Wahl eines geeigneten Rücksprungs ist Voraussetzung für die
erfolgreiche Anwendung des vorliegenden Verfahrens, wie die folgenden
Beispiele (für PET) zeigen (Tab. 3):
Das Beispiel in der letzten Zeile wurde durch ein vorstehendes
Düsenpaket realisiert. Obwohl die Werte für die Fadengleichmäßigkeit
auf einem guten Niveau liegen, wurde mit diesem Rücksprung ein sehr
schlechtes Laufverhalten erzielt. Der Grund ist das Auskühlen der
Düsenplatte, was sich auch in den niedrigen Werten der Fadenreißdehnung
äußert.
Eine hohe Spinnsicherheit wird erreicht durch eine sorgfältige
Temperaturführung der Schmelze durch Abstimmung der Größe der
wärmeübertragenden Fläche, der Beheizungstemperatur und der Verweilzeit
der Schmelze im Bereich der Beheizung.
Die Größe der wärmeübertragenden Fläche und die für den Wärmeübergang
mit der Paketinnenwand zur Verfügung stehende Kontaktzeit des außen
laufenden Schmelzeteilstroms bestimmen die übertragbare Wärmemenge.
Eine einfache Kennzahl für den Wärmeübergang läßt sich aus dem
Verhältnis von Kontaktlänge l und Kontaktzeit t definieren zu:
l beschreibt dabei die Länge der Paketinnenwand, entlang derer der außen
laufende Polymerteilstrom im Paket auf eine überhöhte Temperatur
aufgeheizt wird, und t beschreibt die Kontaktzeit, die für den
Wärmeübergang mit der Paketinnenwand zur Verfügung steht. t wird
näherungsweise beschrieben durch die folgende Beziehung:
wobei ε für den von der Schmelze eingenommenen Anteil
in einem bestimmten Querschnitt des Spinnpakets steht und
abschnittweise konstant oder eine Funktion der Höhe sein kann.
Für die dabei übertragene Wärmemenge gilt dann z. B. für ein Rundpaket:
Der folgende Bereich erwies sich als geeignet für das Verspinnen von
feinen Mikrofasern:
Vorzugsweise sind anzustreben:
Je nach Durchsatz haben sich Höhen von 30 mm bis zu 150 mm als geeignet
erwiesen. Noch größere Höhen führen zu übermäßig langen Verweilzeiten
mit entsprechend negativen Auswirkungen auf den Produktabbau. Bei einer
Höhe von 115 mm und einer Kontaktzeit von 7 min wurde ein Produktabbau
im Düsenpaket von ΔIV = 0,022 dl/g erhalten. Die dabei eingestellte
Übertemperatur (TBeheizung - TSchmelze) lag bei 9 K. Bei einer Höhe von 50 mm
und einer Kontaktzeit von 3 min wurde bei PET ein Produktabbau im
Düsenpaket von ΔIV = 0,020 dl/g erhalten. Die dabei eingestellte
Übertemperatur ΔTSchmelze-Beheizung lag bei 21 K. In bei den Fällen wurden gute
Spinnergebnisse erzielt.
Der wandnahe Schmelzeteilstrom wird entweder auf der gesamten Länge H
der schmelzeberührten Innenwand des Spinnpakets auf die erforderliche
Übertemperatur geheizt oder nur auf einem Teil der schmelzeberührenden
Innenwand mit einer dem Flächenverhältnis H/l entsprechend erhöhten
Übertemperatur ΔTSchmelze-Beheizung × H/l. Diese extra beheizte Fläche ist
dann vorzugsweise im unteren Teil des Spinnpakets auf Höhe der
Düsenplatte in Form eines Heizrahmens mit einer unabhängig vom
Spinnbalken zu regelnden Beheizung vorzusehen.
Der von Fourné in "Synthetische Fasern", S. 310 (Carl Hanser Verlag,
München, Wien, 1995) beschriebene Bikomponenten-Kräuseleffekt wurde im
beanspruchten Titerbereich mit dieser Beheizungstechnik
überraschenderweise nicht beobachtet.
Die Blasluft wurde gerade so eingestellt, daß die Geschwindigkeit der
zugeführten Blasluft der Geschwindigkeit der von den Filamenten auf der
der Anblasung abgewandten Seite aus der Umgebung selbst angesaugten
Luft entsprach. Damit bildete sich ein gleichmäßiger, stabiler ebener
Strömungstrichter aus, mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse
des Spinnbalkens, und die sonst auftretende Ausbildung einer Seilkurve
längs des Fadenlaufes wurde unterdrückt. Die Hauptaufgabe der Blasluft
ist neben der Fadenkühlung die Stabilisierung der Lage des
Filamentbündels im Blasschacht.
Damit wurde ein quer zur Balkenlängsachse symmetrisches
Temperaturprofil erhalten im Gegensatz zum mit der sonst üblichen
Querstromanblasung erreichbaren unsymmetrischen Temperaturprofil
(s. Fourné, Bild 3.12). Damit werden Uster-HI-Werte < 0,5% erreicht.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind gleichermaßen die Einstellung
eines vorgegebenen Temperaturprofils durch die oben beschriebene
Düsenbeheizung als auch die Einstellung eines symmetrischen
Blasluftprofils notwendig.
Dadurch, daß sich die auf der Achse des Strömungstrichters befindlichen
Filamente im Kräftegleichgewicht der Fadenreibungskräften der
zugeführten und angesaugten Luft befinden, beträgt die Auslenkung der
Einzelfilamente quer zur Spinnbalkenlängsachse weniger als 20 mm.
Nach Fourné (S. 195) sind Ausschwingungen im Blasschacht sonst von
30-100 mm üblich.
Bedingt durch den nahe an der Düse liegenden Verzugsbereich, findet
durch die starke und früh einsetzende Sogwirkung der Filamentschar eine
Durchblasung des Fadenschleiers auch im oberen Bereich des Blasschachts
nicht mehr statt. Daher ist bereits in diesem Bereich eine
Druckvergleichmäßigung und eine Laminarisierung der aus der Umgebung
angesaugten Luft erforderlich. Die Menge der in diesem Bereich
angesaugten Luft, läßt sich direkt über die gezielte Einstellung eines
Druckverlusts durch beispielsweise eine unterschiedliche Zahl an feinen
Gewebelagen oder Lochblechen kontrollieren.
Die angesaugte Luft wird vor Erreichen der Filamente durch eine
Vorrichtung zur Druckvergleichmäßigung geführt und gegebenenfalls durch
Führungselemente (z. B. Wabengleichrichter) laminarisiert.
Der durch den Fadenabzug verursachte Druckverlust ist abhängig von
Abzugsgeschwindigkeit νAbzug, Einzelfilamenttiter (in denier) und
Filamentzahl n nach folgender Beziehung:
Für eine ausreichende Versorgung der Filamente mit Kühlluft darf der
über eine Vorrichtung zur Druckvergleichmäßigung zusätzlich
aufzubringende Druckverlust nicht größer sein als (2 bis 3). Δp.
Die einzelnen Fadenbündel werden durch Trennbleche so separiert, daß
ein symmetrisches Luftprofil quer zur Längsachse des Spinnbalkens
entsteht. Eine bevorzugte Ausführung der Trennbleche ist die Anordnung
eines zwei benachbarten Fadenbündel gemeinsamen Trennblechs auf der
Teilungsachse (Abb. 4, links).
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden jeweils zwei
Trennbleche pro Fadenbündel dem Fadenlauf folgend und in Richtung der
Fadenachse geneigt, symmetrisch zu dieser angeordnet (Abb. 4 rechts).
Dichtungssysteme an den Stellen A verhindern das Ansaugen von
Falschluft. Die so gebildeten Kammern sind nach unten, nach hinten und
nach vorne offen zur Umgebung. Zur Dämpfung der Ausgleichsströmung
entgegen der Fadenabzugsrichtung ist es zweckmäßig, die
Durchtrittsfläche nach unten soweit zu schließen, daß gerade noch das
Filamentbündel passieren kann. Die Durchtrittsfläche selbst kann bis an
das Fadenbündel weitgehend geschlossen oder porös gestaltet sein
(z. B. Lochblech), um der Ausgleichsströmung einen gezielten Widerstand
entgegen zu setzen.
Das vorstehend unter Bezug auf PET aufgezeigte Verfahren läßt sich in
analoger Weise auf andere Polyester oder Polyamide anwenden, wobei
lediglich die abweichenden Schmelztemperaturen und Viskositäten zu
berücksichtigen sind.
PET-Polymer mit einer IV von 0,635 dl/g wurde in einem üblichen
Extruder aufgeschmolzen und mit einer Produkttemperatur von 300°C über
statische Mischer und die Produktleitung dem Spinnbalken zugeführt. Der
Spinnbalken mit 6fach-Spinnpumpe, Schmelzeverteiler und 6 Düsenpaketen
war auf 311°C eingestellt. Der Durchsatz pro Pumpenteilstrom betrug
19,1 g/min. Die Schmelze wurde im Düsenpaket zunächst durch zwei
Metallsandschichten mit zunehmend feinerer Körnung, dann durch ein
gefaßtes mehrlagiges Metallgewebefilter, dessen feinste Lage aus einer
Köpertresse mit 5 µm bestand, anschließend durch eine Verteilerplatte
sowie ein zweites gefaßtes mehrlagiges Metallgewebefilter, dessen
feinste Lage aus einer Köpertresse mit 15 µm bestand, eine direkt auf
der Düsenplatte plan aufliegende ungefaßte Filterronde aus
Metallgewebefilter mit 17000 Maschen/cm2 und nachfolgend durch die
Düsenplatte mit einem Durchmesser von 96 mm, deren Feinbohrungen einen
Kapillardurchmesser von 0,12 mm und eine Kapillarlänge von 0,48 mm
aufwiesen, gepreßt. Der Abstand der Feinbohrungen auf der Düsenplatte
betrug 5,8 mm.
Die aus der Düse austretenden Filamente durchliefen eine von der
Direktanblasung weitgehend abgeschirmte unbeheizte Zone direkt nach der
Düse von 55 mm Länge.
Unmittelbar nach diesem Bereich, erfolgte der eigentliche Verzug auf
nahezu die Endgeschwindigkeit, wobei hier die Mittel- und Randfilamente
durch die im Paket aufgebrachte radiale höhere Beheizung annähernd
gleiche Geschwindigkeiten aufwiesen (kontrolliert mit LDA-Messung),
bevor sie nachfolgend in einen rundum gekammerten Schacht mit
Queranblasung eintraten, wobei sie mit Blasluft einer Geschwindigkeit
von 0.27 m/s beaufschlagt wurden, auf einer Länge von 1,5 m. Die der
Anblasung entgegengesetzte Seite war zunächst auf einer Länge von
150 mm mit einer Kombination aus Grobsieb mit ca. 600 Maschen/cm2
und Lochblech, und anschließend auf einer Länge von ca. 500 mm nur
mit Lochblech und Halterung abgeschirmt. Im unteren Bereich wurden
konventionelle Schachttürausführungen verwendet. Durch diese Seite
wurde dem Faden im oberen Bereich, mittels kontrollierter
Selbstansaugung der Filamente gedämpfte Umgebungsluft etwa in der
gleichen Größenordnung wie auf der Blasseite der Queranblasung
zugeführt.
485 mm nach dem Austritt aus der Spinndüse wurden die Filamente in
einem Doppelölersystem mit Präparation beaufschlagt, wobei Ölersteine
mit speziellen Keramikoberflächen zum Einsatz kamen. Dabei wurde eine
Emulsion mit einem Wasseranteil von < 10% aufgetragen, wobei 2/3 der
auf den Faden aufgetragenen Menge im ersten Öler dem Fadenbündel und
das restliche Drittel im zweiten Öler zugeführt wurden. Die nach dem
Öler gemessene Fadenspannung betrug 26 cN. Der Faden wurde durch den
restlichen Blas- und Fallschacht über eine Strecke von 2 m gebündelt
weitergeführt, bevor er in einem Interlacer mit Luftdruck von 0.6 bar
beaufschlagt wurde. Hierzu wurde ein Interlacer, mit einer angepaßten
speziellen Oberfläche verwendet. Das Fadenbündel wurde danach über zwei
S-förmig angeordnete Galetten direkt dem Wickler zugeführt, mittels
eines Kapillarbruchsensors kontrolliert und mit einer Fadenzugkraft von
7 g aufgewickelt. Erreicht wurden fehlerfreie Spulen mit gutem Aufbau.
Der Einzelfilamentendtiter betrug 0,21 dpf.
Bei diesen Titern ist die Bruchgefahr besonders ausgeprägt. Daher
wurden sämtliche mit dem Garn in Berührung kommenden Leitorgane
(Fadenführer, Öler) aus Keramik mit reibpaarungsoptimierten Oberflächen
ausgestattet. Auch die Formgebung der Fadenöler hat sich als
entscheidend erwiesen. Beim Vergleich der Spannungsdifferenzen vor/nach
dem Öler mit unbehandelter und behandelter Oberfläche und entsprechend
angepaßter Form konnte die Spannung um bis zu 20% reduziert werden mit
entsprechend positiven Auswirkungen auf die Zahl der Kapillarbrüche am
Öler. Bemerkenswert ist, daß sich im Garn nach dem Interlacen im
Gegensatz zu Standardgarnen keine lokalen Knoten mehr ausbilden. Es
entsteht bevorzugt eine durchgehende Anflechtung, die dazu führt, daß
nach dem Texturieren ein sehr gleichmäßiges bauschiges Garn erhalten
wird.
Auf der nach diesem Verfahren konzipierten Spinnanlage lassen sich ohne
wesentliche Umbauten auch beliebige konventionelle Titer in den
üblichen Feinheitsbereichen für Normal- und High-Count-Titer fahren.
Es wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 verfahren, wobei jedoch
die kontrollierte Selbstansaugung, entgegengesetzt zur Queranblasung in
Verbindung mit der strikten Kammerteilung zwischen den Fadenbündeln
einer Spinnposition untersucht wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4
zusammengestellt:
Es wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 verfahren, jedoch wurde
die Ölergestaltung variiert, wie in Tabelle 5 näher erläutert. Dabei
wird deutlich, daß neben der Laufstabilität auch die textilen Parameter
entscheidend mit beeinflußt werden:
Aus dem niedrigen Biegewiderstandsmoment W des erfindungsgemäß
hergestellten Garnes (z. B.: W(0,26dpf) = 9.10-18 mm3 << W(1,0dpf) = 100.10-18 mm3)
ergibt sich zunächst keine zwingende Notwendigkeit für ein Entangling,
da ein guter Fadenschluß bereits durch Eigenverflechtung der Filamente
zu erwarten ist. Außerdem ist bei einem so feinen Filamenttiter eine
Schädigung des Garns im Interlacer möglich. Überraschend hat sich ein
Entangeln in Verbindung mit dem Einsatz von Galetten jedoch als
vorteilhaft erwiesen, da damit die sichere Führung um die Galetten,
insbesondere bei den notwendigen niedrigen Spulspannungen gewährleistet
wird. Ansonsten war ein stabiler Spinnereilauf zumindest mit
Texturierpräparationen schwierig. Speziell für den Einsatz von
Texturpräparationen erwies sich daher das Entangeln vor den Galetten
als zweckmäßig. Trotz der dort vorliegenden höchsten im Prozeß
auftretenden Spinnspannungen, entstehen keine Fadenschädigungen bei
Verwendung von speziellen oberflächenbehandelten Interlacern. Damit
konnten übliche Galettenoberflächen auch für derart feine Titer
eingesetzt werden.
Ausgehend von nach Beispiel 1 erhaltenen Filamenten wurde der
Interlacer-Einfluß untersucht, und die Ergebnisse in Tabelle 6
zusammengestellt.
TF
Filament-Temperatur
vF
vF
Filament-Geschwindigkeit
hv
hv
Abstand der Verzugszone zur Düsenplatte
hm
hm
Abstand des Erstarrungspunktes von der Düsenplatte
(in der Beschreibung als h98%
bezeichnet)
h Abstand zur Düsenplatte, auf dem ein ausgeglichenes Temperaturprofil erreicht wird
h Abstand zur Düsenplatte, auf dem ein ausgeglichenes Temperaturprofil erreicht wird
1
Temperaturprofil ohne Temperaturvorsprung
2
Verstärkung der Temperatur- und Geschwindigkeitsungleichheit
nach der Verzugszone
3
Verkleben einzelner Filamente im Zentrum des Fadenbündels
aufgrund von Querströmungen
4
Temperaturprofil mit Temperaturvorsprung
5
Verstärktes Abkühlen der Randfilamente
6
Ausgeglichenes Profil vor Erreichen der Verzugszone
7
Weiteres Auskühlen der Randfilamente nach dem Verzug
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen ultrafeinen
Endlosgarns auf der Basis Polyester oder Polyamid im Bereich
0,25 bis 0,9 denier pro POY-Filament durch Schmelzspinnen bei
Abzugsgeschwindigkeiten zwischen 2000 und 6000 m/min., dadurch
gekennzeichnet daß
- a) als Filtrationsmedium im Spinnpaket eine Abfolge von unterschiedlichen Gewebelagen mit feinsten Maschenweiten von 5 bis 15 µm in Kombination mit oder ohne feinem Stahlsand in der Korngröße 88 bis 250 µm Stahlsand verwendet wird und für eine Scherung der Schmelze entweder Stahlsand oder entsprechende Einbauten mit feinsten Porenöffnungen von 50 bis 1000 µm so im Spinnpaket verwendet werden, daß ein Paketgesamtdruck von mindestens 105 bar bei Filterflächenbelastungen von 0,25 bis 0,80 g/min/cm2 erreicht wird,
- b) die Lochdichte der eingesetzten Düsenplatten zwischen 1,5 und 6,0 Loch/cm2 liegt,
- c) der Durchmesser d der Kapillarbohrungen in der Düsenplatte
anhand der Beziehung
so gewählt wird, daß die scheinbare Wandscherrate der Schmelze innerhalb der Kapillaren zwischen 5.000 und 25.000 s-1 liegt, - d) die Länge L der Kapillaren anhand der Beziehung
so gewählt wird, daß der Schmelzedruck vor der Düsenplatte zwischen 50 und 100 bar liegt und vorzugsweise zwischen 60 und 100 bar liegt, - e) im Querschnitt des Filamentbündels vor Erreichen der
Verzugszone ein ausgeglichenes Temperaturprofil ausgebildet wird,
wobei der Abstand h zur Düsenplatte, auf dem dieses
Temperaturprofil erreicht wird, kleiner ist als der Abstand des
Erstarrungspunkts h0,98% von der Düsenplatte und der
Erstarrungspunkt so gewählt wird, daß er sich direkt im Anschluß
an den geschützten Rücksprung befindet und h0,98% von der
Düsenplatte durch die folgende Beziehung definiert ist:
wobei h0,98% über die Temperatur des Polymers am Eingang des Spinnpakets abhängig von der Filterflächenbelastung nach folgender Beziehung eingestellt wird: TSchmelze = 308 - 25 fFilter [°C], fFilter in g/min/cm2, - f) zur Erreichung des ausgeglichenen Temperaturprofils im
Filamentbündel eine Übertemperatur (TRand - TRand) eingestellt wird,
die gemessen als Oberflächentemperaturdifferenz zwischen Mitte und
Rand der Düsenplatte, im beanspruchten Titerbereich einzustellen
ist über die Temperaturdifferenz aus Spinnbalkenbeheizung und
Polymer (TSchmelze - TBeheizung), abhängig von dem Filamentdurchsatz mFil,
der Abzugsgeschwindigkeit νAbzug und der Filterfläche AFilter, wie
folgt:
- g) eine genau definierte Wärmemenge an den außen laufenden
Polymerteilstrom im Spinnpaket übergeben wird, die durch das
Verhältnis l/t festgelegt wird, wobei l die Länge der
Paketinnenwand beschreibt entlang derer der außen laufende
Polymerteilstrom im Paket auf eine überhöhte Temperatur aufgeheizt
wird, und t die Kontaktzeit beschreibt, die für den Wärmeübergang
mit der Paketinnenwand zur Verfügung steht, festgelegt
näherungsweise durch die folgende Beziehung:
wobei
ε für den von der Schmelze eingenommenen Anteil in einem bestimmten Querschnitt des Spinnpakets steht und abschnittweise konstant sein oder eine Funktion der Höhe sein kann und das Verhältnis l/t innerhalb des folgenden Bereiches gewählt wird:
0,6 cm/min ≦ l/t ≦ 3,8 cm/min. - h) der noch schmelzeflüssige Faden nicht direkt der Blasluft ausgesetzt wird, sondern zunächst in einem sogenannten Rücksprung abgekühlt wird, wobei der Rücksprung kleiner ist als der Verzugspunkt,
- i) ein quer zur Balkenlängsachse symmetrisches Geschwindigkeitsprofil der Anblasung eingestellt wird, wobei auf der der Anblasung abgewandten Seite eine kontrollierte Selbstansaugung durch entsprechende Strömungswiderstände erfolgt,
- j) die einzelnen Fadenbündel durch Trennbleche separiert werden,
- k) sämtliche mit dem Garn in Berührung kommenden Organe wie Öler, Leitorgane und Behandlungsorgane aus Keramik mit reibungsoptimierten Oberflächen ausgestattet sind, so daß nach dem Durchlaufen der Organe ein maximaler Spannungsaufbau im Garn stattfindet von 60 bis 110%,
- l) wahlweise die Fadenbündel einem Entangling unterworfen werden, und
- m) das frisch ersponnene Garn mit einer Wickelspannung
aufgewickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Polyester oder Polyamid ein zweites nicht mischbares amorphes
Polymer in einer Menge von 0,05 bis 5 Gewichtsprozent zugesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe
Polymer ein Copolymer ist, das aus mindestens zwei der folgenden
Monomereinheiten aufgebaut ist:
0 bis 95 Gew.-% A, wobei A ein Monomer der Formel CH2 = C(R)-COOR1 ist, mit R gleich -H oder -CH3 und R1 gleich geradkettigem oder verzweigtem C1-10-Alkyl oder Cyclohexyl, 0 bis 40 Gew.-% B, wobei B ein Monomer bestehend aus Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid ist, und 5 bis 85 Gew.-% C, wobei C ein Monomer bestehend aus Styrol oder methylsubstituiertem Styrol ist, und wobei (Gew.-% A + Gew.-% B +Gew.-% C) = 100 ist.
0 bis 95 Gew.-% A, wobei A ein Monomer der Formel CH2 = C(R)-COOR1 ist, mit R gleich -H oder -CH3 und R1 gleich geradkettigem oder verzweigtem C1-10-Alkyl oder Cyclohexyl, 0 bis 40 Gew.-% B, wobei B ein Monomer bestehend aus Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid ist, und 5 bis 85 Gew.-% C, wobei C ein Monomer bestehend aus Styrol oder methylsubstituiertem Styrol ist, und wobei (Gew.-% A + Gew.-% B +Gew.-% C) = 100 ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Schmelze innerhalb des
Spinnpakets durch Einbauten so eingestellt wird, daß 12 Minuten
nicht überschritten und 5 Minuten nicht unterschritten werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der wandnahe Schmelzeteilstrom entweder auf
der gesamten Länge H der schmelzeberührten Innenwand des
Spinnpakets auf die erforderliche Übertemperatur oder nur auf
einem Teil der schmelzeberührten Innenwand mit einer dem
Flächenverhältnis H/l entsprechend erhöhten Übertemperatur
(TBeheizung - TSchmelze) × H/l geheizt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchmesser d der einzelnen Kapillar
bohrungen in der Düsenplatte nicht konstant über den Querschnitt
der Düsenplatte ist, sondern umgekehrt proportional an den
Temperaturgradienten gemessen auf der Oberfläche der Düsenplatte
angepaßt ist, wobei die Abweichung zwischen mittigen und randnahen
Bohrungen maximal 0,2d beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Garn bei Abzugsgeschwindigkeiten zwischen
2000 und 6000 m/min aufgewickelt wird und anschließend auf einem
Strecktexturieraggregat bei Geschwindigkeiten von 400 bis
1000 m/min bis zu einem Endtiter von 0,15 bis 0,52 denier pro
Filament weiterverarbeitet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Garn bei Abzugsgeschwindigkeiten zwischen
2000 und 6000 m/min aufgewickelt wird und anschließend auf einem
Streckaggregat bei Geschwindigkeiten von 400 bis 1000 m/min
weiterverarbeitet wird bis zu einem Endtiter von 0,15 bis
0,52 denier pro Filament.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Garn bei Abzugsgeschwindigkeiten zwischen
2000 und 6000 m/min zu einem Endtiter von 0,15 bis 0,52 denier pro
Filament verstreckt und danach aufgewickelt wird, wobei die
Verstreckung auf den Endtiter nach dem Ausspinnen zwischen zwei
Galettenduos stattfindet.
10. Ultrafeines POY-Endlosgarn auf der Basis Polyester oder Polyamid,
dem wahlweise bis zu 5 Gew.-% eines zweiten, nicht mischbaren
amorphen Polymers zugesetzt sein können, mit einem Titer im
Bereich von 0,25 bis 0,9 denier pro Filament, einer Reißdehnung
von 100-145%, einer spezifischen Reißfestigkeit zwischen 18 und
33 cN/tex und einer Gleichmäßigkeit des Garns, ausgedrückt über
den ungedämpften Uster-Wert, zwischen 0,5 und 1,0%, dadurch
gekennzeichnet, daß das Garn nach dem Verfahren eines der
Ansprüche 1 bis 6 erhalten wurde.
11. Ultrafeines verstrecktes oder strecktexturiertes Endlosgarn auf
der Basis Polyester oder Polyamid, dem wahlweise bis zu 5 Gew.-%
eines zweiten, nicht mischbaren amorphen Polymers zugesetzt sein
können, mit einem Titer im Bereich von 0,15 bis 0,52 denier pro
Filament, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn nach dem Verfahren
eines der Ansprüche 7 bis 9 erhalten wurde.
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