DE2000958A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkuehlen von aus der Schmelze extrudierten Faeden - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abkuehlen von aus der Schmelze extrudierten Faeden

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DE2000958A1
DE2000958A1 DE19702000958 DE2000958A DE2000958A1 DE 2000958 A1 DE2000958 A1 DE 2000958A1 DE 19702000958 DE19702000958 DE 19702000958 DE 2000958 A DE2000958 A DE 2000958A DE 2000958 A1 DE2000958 A1 DE 2000958A1
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foam
diffuser
gas
threads
quenching
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DE19702000958
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Miles Thomas Edward
Harrison David Malcolm
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Allied Chemical Corp
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/088—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D01D5/092—Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes in shafts or chimneys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen nicht-turbulenten Strömung eines Kühlgases zum Abkühlen von einem oder mehreren synthetischen Fäden, die durch ein Schmelzspinn-Verfahren hergestellt wurden.
Beim Schmelzspinnen werden die Fäden aus einem oder mehreren Spinnköpfen extrudiert und in eine Kühl- oder Absehreck-Kamraer geführt. In dieser Abschreck-Kammer können eine oder mehrere Wände aus einer perforierten Platte , einem Sieb oder dergleichen bestehen, wobei diese perforierte Wand die Abschreck-Kammer von einer benachbarten Gasein tritt s-Kammex* trennt, welche ihrerseits mit einem System zur Zufuhr von Kühlgas in Verbindung steht. Das aus der Spinndüse austretende synthe·»
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tische Polymer stellt bei erhöhten Temperaturen eine viskose Flüssigkeit dar. Die Abkühlung dieser.Flüssigkeit erfolgt in der Abschreck-Kammer unter Verwendung eines Kuhlgases, gewöhnlich Luft, die mit den Fäden in Berührung gebracht wird. Das Kühlgas gelangt durch eine oder mehrere perforierte Platten in im wesentlichen senkrechter Richtung zu den Fäden aus der Gaszufuhr-Kammer in die Abschreck-Kammer. Die Fäden laufen in im wesentlichen paralleler Richtung zu der perforierten Platte, welche Gaseintritts-Kammer und Abschreck-Kammer voneinander trennt, durch die Abschreck-Kammer. Die Anwendung von einer oder mehreren perforierten Platten ist erforderlich, um Turbulenz des Kühlgases zu vermindern, da die Fäden dagegen äußeret empfindlich sind, weil sie beim Eintritt in die Abschreck-Kammer noch in flüssiger Phase vorliegen. Turbulenz des KUhI-gas-Stroms setzt die Gleichmäßigkeit, Orientierungsfähigkeit und Festigkeit der Fäden vor?.?). Werden zwei oder mehrere perforierte Platten verwendet, so dient das Volumen zwischen innerer und äußerer Platte zur weiteren Dispergierung des Kühlgases und Herabsetzung der Turbulenz. Die perforierten Platten dienen somit der weiteren Dispergierung urd Herabsetzung turbulenter Strömung im Kühlgas-, wodurch die extrudierten Fa en gleichmäßigere Eigenschaften über ihre gesamte Länge erhalten.
Es ist auch bereits bekannt, daß Turbulenz des Gasstroms in < der Abschreck ■ minor herat-gcietsi werden kann unter Verwendyng von mehreren Sieben raib gleicher oder verschiedener Maschenweite, die anstelle on r zusätzlich, zu Jeu perforierten Platter; eingeschaltet wer . t ::.e Me?:-caenwsite in Richtung des Gasstromes krön gleich oder ur.aVraieisd größer oder kleiner
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sein. Der Aufbau von derartigen Siebschichten muß äußerst sorgfältig erfolgen, und deren Verwendung ist daher äußerst kostspielig.
Die vorstehend skizzierten Vorrichtungen und Verfahren sind brauchbar bei niedrigen Extrudier-Geschwindigkeitenj die moderne Textilindustrie muß jedoch mit höheren Extrudier-Geschwindigkeiten arbeiten, und dabei gestaltet sich das Abschrecken der Fäden unter Verwendung der konventionellen Vorrichtungen und Verfahren als problematisch. Wird beispiels- Λ weise die oben beschriebene Vorrichtung mit hoher Extrudier-Geschwindigkeit und einer relativ niedrigen Kühlgas-Geschwindigkeit betrieben, so daß Fäden mit annehmbarem Prozentsatz Uster und annehmbaren} Ziehverhalten erzielt werden, so werden diese Fäden bei relativ hoher Temperatur auf die Aufnahmespule gewickelt,und bei bestimmten Polymeren kann die Aufnahmespule Übermäßig anwachsen, so daß man eine lockere, sich auflösende und unannehmbare Faserpackung erhält. ¥ird andererseits die Kühlgas-Geschwindigkeit soweit erhöht, daß man eine annehmbare Faserpackung herstellen kann, .so weisen die resultierenden ™
Fäden einen unannehmbar hohen Prozentsatz Uster auf und entsprechend hohen Bruch beim Verstrecken oder sonstigen nachfolgenden Behandlungen.
Eine perforierte Platte, die bisher häufig verwendet wurde, zeigt weniger als 5&ft> aus offenen Bereichen, die die Form gleichmäßig angeordneter Löcher von kleinem Durchmesser haben. Eine Untersuchung ergab, daß die Turbulenz in der Abschreck-Kammer durch eine Düsenwirkung beim Durchtritt des Gases durch
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die Perforierungen hervorgerufen wird. Die Turbulenz in der Absehreck-Kammer führt zu Fäden mit ungleichmäßige»'Querschnitt.
Ee wurde nun gefunden, daß ein im wesentlichen nicht-turbulenter KUhlgas-Strom erzeugt werden kann, indem man die Gaseintrltts-Kainmer und die Abechreck-Kammer durch einen porösen, aus vielen Zellen bestehenden Schaumetoff-Diffusor trennt, der befähigt ist, das aus der Gaseintritts-Kammer kommende Kühlgas zu verteilen« Der aus einem porösen, polymeren Schaumstoff bestehende Diffusor verteilt das Kühlgas und erlaubt dessen Durchgang durch die Abschreck-Kammer in Form eines nicht-turbulenten GaBstroms, durch welchen die Abkühlung so erfolgt, daß man Fäden mit gleichmäßigerem Querschnitt, verbessertem Uster und besserem Streckverhalten bei hohen Extrudier-Gesohwindigkeiten erzielt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche einen im wesentlichen nicht-turbulenten Kühlgasstrotn zum Abschrecken von aus der Schmelze extrudierten Fäden liefert; die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Abschreck-Kammer, durch welche die extrudierten Fäden wandern, und durch eine Gaseintritt/s-Kammer, die mit Kühlgas versorgt wird. Abschreck-Kanuner und Gaseintritte-Kammer sind voneinander mittels eines porösen, aus vielen Zellen aufgebauten polymeren Schaumstoff-Diffusors getrennt, welcher bewirkt, daß das Gas aus der Gaselntritts-Kammer in Form eines nicht-turbulenten Stroms die Abschreck-Kammer passiert. Durch einen solchen
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nicht-turbulenten Gasstrom wird die Gleichmäßigkeit des
Fadenquerschnitts erhöht, ferner werden Uster-Prozentsatz
und Streckverhalten wesentlich verbessert.
"Unter einem porösen, vielzelligen polymeren Schaumstoff-Diffusor wird gemäß vorliegender Beschreibung ein Schaumstoff verstanden, in welchem eine ausreichende Anzahl Zellen miteinander verbunden sind, d. h. der offenzellig und zu einer Gasverteilung gemäß vorliegender Erfindung befähigt ist.
Außer der oben beschriebenen Vorrichtung stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abschrecken von aus der Schmelze
extrudierten Fäden bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Kühlgas in eine Gaseintritte-Kammer einführt und von dieser in eine Diffusionszone, die aus einem porösen, vielzelligen polymeren Schaumstoff gebildet ist. Das Gas wird in dieser Zone verteilt und gelangt dann nach Durchtritt durch
den Schaumstoff in Form eines im wesentlichen nicht-turbulenten Stroms in die Abschreckzone. Durch diese Zone werden extrudierte Fäden geführt, welche durch den nicht-turbulenten
Kühlgasstrom abgekühlt werden unter weitgehender Beibehaltung eines gleichmäßigen Querschnitts.
Der erfindungsgemäß verwendete Schaumstoff-Diffusor kann eine Schaumstoffdicke, im allgemeinen senkrecht zur Achse der
Abschreck-Kammer gemessen, von etwa 0,6 - 10,2 cm und vorzugsweise von etwa 1,2 - 5»1 cm aufweisen bei einer Länge, im allgemeinen parallel zur Achse der Absehreck-Kammer gemessen, von etwa 15 - I83 und vorzugsweise etwa 15 - 61 cm. Die Breite
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des Schaumstoff-Diffusor» wird durch die Konfiguration der Fäden in der Abschreck-Kammer bestimmt. Xn dem porösen Schaumstoff können etwa 50 - 200 und vorzugsweise etwa 75 bis 150 Zellen pro 2,5*1 cm vorliegen, und das Hohlraumvolumen kann bei etwa 50 - 97 und vorzugsweise etwa 75 - 9.7% des Gesamtvolumens des Schaumstoffs liegen. Der Volumenanteil des Polymers beträgt demgemäß etwa 3-50 und vorzugsweise etwa 3 - 25^ des Gesamtvolumens. Die Dichte des polymeren Schaumstoffs kann zwischen etwa 0,016 - 0, 16 und vorzugsweise zwisehen etwa 0,022 und 0,096 g/cmr liegen. Der poröse Diffusor W kann aus einem flexiblen oder starren Schaumstoff gebildet sein. Die Gasgeschwindigkeit durch den Diffusor kann zwischen etwa 9»3 und 37»2, vorzugsweise etwa 12,5 - 28,2 mJ/Min./m betragen bei einem Druckabfall Über die Schaumstoffdicke von etwa 0,4 - 10, vorzugsweise etwa 0,5-5 cm Wassersäule. Die Feuchtigkeit des eintretenden Gases kann einem gewünschten Vert angepaßt werden, und geeignete Feuchtigkeitsgrade liegen zwischen etwa kO und 95$ relativer Feuchtigkeit bei 20° C.
fe Der poröse Schaumstoff-Diffusor kann aus einem aufgeschäumten synthetischen Polymer wie einem Polyurethanβchaum, einem Vinyl schaum, beispielsweise aus Polyvinylchlorid oder Polyvinylacetat, oder dergleichen bestehen. Ferner kann man natürliche oder synthetische geschäumte Kautschuke wie Kautschuk aus Acrylderivaten, Neopren, Polybutadien, Nitrilkautachuk, Butadienacrylnitril, Butadienstyrol, Polyisobutylen, Polyisopren, Vinylpyridin, Silikon und dergleichen verwenden.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäß verwendeten, porösen und vielzelligen, polymeren Schaumstoff-Diffusors. liegt in seiner Fähigkeit, das Kühlgas in drei Dimensionen zu verteilen, wodurch der nicht-turbulente Kühlgasstrom 'entsteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Diffusor aus Polyurethanschaum. Geeignete Polyurethaiischäume können hergestellt werden durch Umsetzung einer organischen Verbindung mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen mit einem stöchiometrischen Überschuß eines polyfunktionellen or- M ganischen Isocyanate, zusammen mit Wasser in Gegenwart eines , geeigneten Katalysators und eines schaumstabilisierenden Mittels· Sobald das Wasser mit den noch nicht umgesetzten, überschüssigen ϊβocyanatgruppen reagiert, wird Kohlendioxyd gebildet, welches im Reaktionsgemisch eingeschlossen bleibt und dadurch die Schaumbildung verursacht. Als Hilfsmittel können noch Treibmittel, beispielsweise leicht flüchtige Fluorkohlenwasserstoffe verwendet werden. Der Polyurethanschaumstoff kann über ein Vorpolymer gebildet werden, wobei die organische Verbindung mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen zu- ™ nächst mit dem-polyfunktionellen Isocyanat umgesetzt wird, oder durch ein einstufiges Verfahren, bei welchem alle Reaktionsteilnehmer vermischt und gleichzeitig miteinander umgesetzt werden. Die Herstellung geeigneter Polyurethanschaumstoffe ist beispielsweise in der US Patentschrift 3 171 820, Spalte 1 - 20, und in der US Patentschrift 3 198 757, Spalte 1-6 beschrieben. Auch Polyurethanschäume, die Umsetzungsprodukte mit Polyestern und Polyäthern darstellen, sind geeignet, Ein besonders gut geeigneter Polyurethanschaumstoff ist
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- 8 -ein vernetzter Polyester- oder vernetzter Polyätherschaum.
Gelegentlich kann es zweckmäßig sein, einen zusätzlichen Druckabfall über den Diffusor zu erzeugen. Dies erreicht man, indem man beispielsweise die Oberfläche dee Diffueors auf der Seite der Gneeintritte-Kammer mit einem Mittel zur Gasverteilung, beispielsweise aus Gewebe oder Vlies aus natürlichen oder synthetischen Pasern, bedeckt. Hierfür geeignete Fasern sind Baumwolle, Volle, Polyamid, Polyester und dergleichen. Ein für diesen Zweck geeignetes Vlies kann ein Gewicht
von etwa 335 - 132JO und vorzugsweise von etwa 500 - 1000 g/m aufweisen. Mit einem solchen Vlies oder Filz beträgt der Druckabfall gewöhnlich etwa 0,5 - 5 cm Wassersäule. Gemäß vorliegender Erfindung kann das zur Abkühlung verwendete Gas im wesentlichen senkrecht zu den Fäden strömen und dann abgesaugt werden, oder es kann parallel in Richtung der Fäden oder in Gegenrichtung dazu strömen. .
Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung können «um Abkühlen von Fäden, beispielsweise aus Poyamid,. Polyester, Polyolefinen, Polysulfonen, Polyphenylenoxyd, Polycarbonat, Polyacrylnitril und dergleichen oder aus entsprechenden Polymergemisehen verwendet werden.
Geeignete Polyamide sind beispielsweise solche, die durch Kondensation von Hexamethylendiamin mit Adipinsäure oder Sebacinsäure hergestellt wurden (bekannt als Nylon 6,6 und Nylon 6,10) oder durch Kondensation von Bis-(p-aminocyclohexyl ) -me than und Azelainsäure oder Dodecandicarbonsäure,
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oder durch Polymerisation von 6-Caprolactam, 7-Aminoheptanocarbonsäure, 8-Caprolactam, 9-Aminopelargonsäure, 11-Amino-undecancarbonsKure und 12-Dodecalactam, bekannt als Nylon 6, Nylon 7,,Nylon 8, Nylon 9, Nylon 11 und Nylon 12.
Geeignete Polyester werden im allgemeinen durch Kondensation zwischen einer Diearbonsäure oder Derivaten und Verbindungen mit zwei Hydroxyl-Gruppen hergestellt oder aus Materialien, die sowohl eine Hydroxylgruppe wie eine Carboxylgruppe aufweisen, bzw. deren Derivaten, ferner durch Polymerisation von M Laktonen. Der bevorzugte Ester iet Polyäthylenterephthalat.
Die Irfindung wird nun anhand der Zeichnungen naher erläuterts
Fig. 1 zejfjt ist Quereohnitt eine Verrichtung zum Extrudieren ▼on Fasern, welche einen erfindungageatäßen porBsen, vielzelligen polymeren Schaumstoff-Diffusor aufweist»
Fig. 2 zeigt eine Ausführung·form eines derartigen Schaumstoffes. - ™
GeaKß Fig. 1 wird ein Kühlgas, vorzugsweise Luft, in die Ga·- eintritt•-Xamaer 1 eingeführt· Die Kammer 1 wird durch die äußeren zylindrischen BKlge 2 au· Heopren~Xaut»chuk gebildet, welche die inneren zylindrischen BKlge 3« ebenfalls au· Neopren-KautBchuk, konzentrisch umgeben und dadurch die ringförmige GaBeintritte-Kammer bilden. Da· Kühlgas gelangt dann durch ein Filz-Filter k und über einen perforierten Metallssy-
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linder 5 in den Schaumetoff-Diffusor 6. Vom Metalleylinder 5 wird das Kühlgas bereits in kleinere Ströme zerlegt. !fach Durchtritt duroh den Diffusor 6 gelangt das Gas in die Abschreok-Kammer 7 in Form eines im wesentlichen nicht-turbulenten Stroms und kühlt dort die aus dem Spinnkopf 9 austretenden Fäden 8 ab. Das Kühlgas fließt dann abwärts durch die Abschreek-Kammer 7 und gelangt in den Abzug 10, dann wird es mit geeigneten Mitteln (nicht dargestellt) nach außen befördert.
Die in der Abschreek-Kammer 7 abgekühlten Fäden werden von einer Aufnahmeepule 11 aufgenommen. Der Spinnkopf 9 i*t von einer zylindrischen Yaad 12 umgeben, welche die au· dep Spinnkopf austretenden Fäeea umeehlieftt. Der Xee»rea-B*lg 2 i*t pit einem inneren Flansch 13 verbunden, welcher «ich nahe dem unteren Bade der sylindrieehen Yaad 12 befindet, se daß hierfür oh* das !«•ere Sade der Gaseintritt»-Kammer 1 gebildet wird. Der perforierte Metallsylinder 5 i»t mit eimern Innenflansch 1% verbunden, welcher «ich ebenfall· am uateren lade der »yJ.indrisehen Wand 12 befindet, so daß dadurch das inaere Ende de· oberen T«ila der Oaseiatritta-Kapeier 1 gebildet wird. Am aateren la*· de· eerferierWa Syliaders 5 befiadet ilen eia ätUUrer Flansch ■ 15· der das o»|ir· Bade de· Absugs 10 berührt. Per Absug 10 , dieat al· weiter· laalkeimier für die a%ekOhlten Fäden.
Der innere Veoprenealg 3 ist srit dem ο »er en Teil de· Abzugs 10 verbunden, so daß das «untere innere Knde der Gaseiatritts-Kftimir 1 gebildet wird. Der Filter kt der aus einem Gewebe oder Vli·« besstwhen kann( Λ st ti dea Netallüyiinder 5 gewickelt
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und dient zur Erzeugung eines zusätzlichen Druckabfalls über den Diffusor 6 und zum Entfernen' von Staub und anderen unerwünschten Verunreinigungen aus dem Kühlgas.
Der Diffusor 6 liegt an dem Zylinder 5 an und wird durch den Flansch 17 am Boden der zylindrischen Wand 12 und Flansch 18 am oberen Ende des Abzugs 10 festgehalten.
Vie aus Fig. 2 ersichtlich**,'*Kann ein Diffusor 6 aus plattenförmigem Material hergestellt werden. In diesem Fall verwendet man ztuvHerstellung eines Zylinders wie in Fig. 2 gezeigt ™ ein geeignetes Klebmittel, um die Enden miteinander zu verbinden. Ein Klebmittel für Polyurethanschaum ist beispielsweise ein schnelltrocknendes Nitril-Klebmittel, wie es unter dem
Handelsnamen Cycleweld K-186 erhältlich ist (Hersteller
Chrysler Corporation).
Beispiel 1
Bei einer Temperatur von 275 C und einem Druck von 175 atu
wurde Polycaproamid du,rch einen Spinnkopf 9 mit 20h Öffnungen, ™ jeweils mit einea Durchmesser von 0,56 mm, extrudiert unter
Bildung einer Faser von 5500 Denier (unverstreckt). Die Ex-
trudiergeschwindigkeit betrug 20,5 kg/Std.
Kühle Luft wurde in die Gaseintritts-Kammer.1 bei einer Temperatur von 2k° C in einer Menge von 3, h rcr/Min. eingeführt.
Die Luft gelangte durch ein Filgerfilz U (2 Schichten aus
Baumwollfilz von jeweils 300 g/0,8ii m ) und einen perforierten
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Metall zyli rider 5 d·" don Diffusor 6 aus Polyurethansschaumstoff. Dann gel anyto die Luft in Form eines im wesentlichen nichtturbulenien Stroms in die Abschreck-Kammer 7» danach abwärts durch die Kammer 7 i'1 dnn Ab7ug 10, worauf sie auf geeignete Weise nus (lern System entfern! wurrin. Die Fäden wanderten vertikal abwärts durch die Absclireck-Kainmer7 und den Abzug 10. Auf diese ViYi se erfolgte die Abkühlung im Gleichstrom. Der die Ga se j ntr i i i s-Kaminer 1 und die Abschreck-Kammer 7 trennende Diffusor besai.l eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser von 21,5 cmi einem Außenrlurchmcsser von ?6,5 cm, eine Schoumstif fdd cke von 2, ^k cm und eine Länge von 20 cm. Der Polyurethnn-D-i ffusor war vom Polyestertyp und wies 100 Zellen/ 2,5'i Ρ"' auf, ein 7e 1 1 volumen von 9^7" des Gesamtvolumens des Schaumstoffs und ein Polymervolumen von U'fi. Die Gasgeechwindigkeit durcli den Diffxisor betrug 0,015 m /6,^5 cm , bei einem Druckabfall über den Schaumstoff von 0,6*4 cm Wassersäule.
Die Fasern wurden in einer Geschwindigkeit von etwa 5*40 m/Min, aufgenommen und um das Ί,6-fache der extrudierten Länge verstreckt, wobei man Fasern von 1260 Denier erhielt. ,Die Fasern besaßen eine relative Viskosität von 55» bestimmt bei einer Konzentration von 11 g Polymer in 100 ml obiger Ameisensäure bei 25° C (,\ΡΤΜ-η-7*°-Γ)?τ), sowie eine Festigkeit von etwa 9,0 g/Denier.
Die Fäden wurden ferner auf Gleichmäßigkeit des Querschnitts getestet, wobei der Uster-Prozentsatz nach ASTM-D- 1 *425-6OT gemessen und zn durchschnittlich 5,5 bestimmt wurde.
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Aus Polycaproamid wurde eine Paser von 1260 Denier nach dem obigen Verfahren mit der Abweichung hergestellt, daß der Polyurethanschaum-Diffusor 6 durch einen perforierten Metallzylinder gemäß Stand der Technik ersetzt wurde, welcher zwischen den perforierten Metallzylinder 5 und die Abschreck-Kammer 7 eingesetzt wurde. Die resultierenden Fäden wurden auf gleichmäßigen Querschnitt wie oben beschrieben getestet und wiesen einen durchschnittlichen Uster-Prozentsatz von 15 auf.
Aus diesem Vergleich ersieht man, daß erfindungsgemäß eine * große Verbesserung hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Querschnitts der fertigen Fasern erzielt wird.
Beispiel 2
Unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 Tiurde Polycapronsäureamid bei 275 C und einem Druck von IkO atü über einen Spinnkopf mit 204 Öffnungen von jeweils 0,57 mm Durchmesser extrudiert unter Bildung einer Faser von 5500 Denier (unverstreckt). Die Spinngeschwindigkeit betrug 18,2 kg/Std. "
Kühlluft von Zk C wurde in einer Menge von 3m /Min. zugeführt. Die Luft gelangte durch das Filzfilter k (2 Schienten aus Baumwollfilz von 300 g/0,84 m ) und den perforierten Metallzylinder 5 durch den Polyurethanschaum-Diffusor 6. Von dort gelangte die Luft in im wesentlichen nicht-turbulenter Strömung in die Abschreck-Kammer 7· Sie passierte sodann in Abwärtsrichtung die Absehreck-Kammer 7 und gelangte zum Abzug 10, von wo aus sie abgezogen wurde. Die Fäden liefen vertikal
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abwärts durch die Abschreck-Kammer 7 und den Abzug 10. Auf diese Weise erfolgte das Abschrecken im Gleichstrom. Die Abmessungen des Polyurethanschaumstoff-Diffusors waren wie in Beispiel 1. Es lag ebenfalls ein Polyurethan vom Polyestertyp mit 96$ Hohlraumvolumen vor. Die Gasgeschwindigkeit durch den Diffusor 6 betrug O,O14 m^/6,h5 cm2, der Druckabfall über den Schaumstoff 5»7 mm Wassersäule.
Die Faser wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa ^80 na/Min, aufgenommen und um das kt 8-fache der extrudierten Länge verstreckt unter Bildung eines fertigen Faeerproduktes von 1260 Denier. Die relative Viskosität bei einer Konzentration von 11 g Polymer in 100 ml 90#iger Ameisensäure bei 25° C (ASTM-D-789-62T) betrug 53, die Festigkeit etwa 8,9 g/Denier.
Die so erhaltenen Fäden wurden auf Gleichmäßigkeit dee Querschnitts getestet nach ASTM-D-1425-6OT wobÄi ein durchschnittlicher Prozentsatz Uster von 5|3 gefunden wurde.
Zum Vergleich wurde eine Polycaproneäureamidfaser au· der Schmelze extrudiert unter Bildung eines Faserprodukte· von 1260 Denier bei einer Extrudiergesehwiridigkeit von nur Ik1 6 kg/Std. und einer auf 2,12 m /Min. herabgesetzten Kühlgasgeschwindigkeit. Ferner war der Diffusor 6 durch einen perforierten Metallzylinder gemäß Stand der Technik ersetzt. Die resultierenden Fäden besaßen einen durchschnittlichen Uster-Prozentsatz von 8,5·
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Auch hier zeigt sich also die Vpriiossenmg hinsichtlich der Gleichmäßigkeit des Faserquerscliiü tts bei Anwendung der vorliegenden Erfindung.
Ferner ersieht man aus obigem Beispiel, da/.! die orfindvmgsgemäße Vorrichtung und das Verfahren eine um 2yft> höhere Extrudiergesohwindlgkeit und hoher« Kühlgasgeschwindigkeiten erlauben, ohne daß die Gleichmäßigkeit des Faserquerschnitts leidet.
Beispiel g
Unter Verwendung der. Vorrichtung von Fig. 1 wtirde Po lye apr ο amid aus; der Schmelze extrudiert bei 275 C durch einen Spinnkopf mit 20·( Öffmmgen, dio jeweils einen Durohmesser von 0,57 "im aufweisen; dabei wurde eine Paser von 550° Denier (nicht verstreckt) hergestellt. Die Extrusion erfolgte bei "^ei'schiedenen Drücken und Geschwindigkeiten, wie aus folgender Tabelle I zu ersehen ist.
Das Kühlgas wurde der Gaseintritts-Kamraer 1 mit einer Temperatur von 2*4 G ifiit verschiedenen Geschwindigkeiten, wie ebenfalls aus Tabelle I zu ersehen ist, zugeführt.
Zum Vergleich wurde der Polyurethanschauni-Diffusor durch einen perforierten Metallzylinder ersetzt» Die Ergebnisse dieser Vergloichsversuche sind aus Tabelle X zu entnehmen.
Die Vorteilt (irr Erfindung treten bereits bei einem relativ niedrigen Durchsatz von 1 h, H kg/Std. /uta/je, zeigen sieb aber
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deutlicher bei Erhöhung auf 20,'+ kg/std. Bei diesem Durchsatz und den damit erforderlichen hohen Kiihlgasgeschwindigkeiten war es mit einer Vorrichtung gemäß Stand der Technik unmöglich, eine brauchbare Faserspule zu erhalten.
Tn den Beispielen 1 - 3 betrug die relative Feuchtigkeit der in die Gn se in! aßkammer 1 o.i ntretenden Luft 65$ bei 2^ C.
Als Kühlgas können gemäß vorliegender Erfindung beliebige Inertgape beispielsweise Kohlendioxyd, Stickstoff und der-™ gleichen verwendet werden, vorzugsweise wird jedoch mit Luft bei etwa Raumtemperatur gearbeitet.
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BAD ORIGINAL Tabelle I
O CD CD OO
Polycaproamid-
Durchsatz kg/Std.		 Polyurethan-
s chaum		 14,4 18, Polyure than-
schaum		 1 Perforierter
Me t al1zy1inde r
Element 80 Perforierter
Metallzylinder		 120 120
Geschwindigkeitder
Kühlluft (mJ/Min.)		 2000 75 2000 2000
Extruderdruck (atü) 0,011 2000 0,011 0,115
Brüche pro 0,45 kg 0,081 0,015 0,064 1 ,880
Schlaufen pro 0,45 kg 7,9 0,075 8 13
ß,5
Durchschnittlicher
Uster £
Tabelle I (Fortsetz.)
Polycaproamid-Durchsatz kg/Std.
Element Polyurethan-
schaum		 Perforierter
Metallzylinder
Geschwindigkeit der
Kühlluft (mVMin. )		 120 keine brauch
bare Faserspule
Extruderdruck (atü) 25OO η
Brüche pro 0,45 kg 0,013 Il
Schlaufen pro 0,45 kg 0,077 Il
Durchschnittlicher
Uster #		 5,7 η
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Die angestrebten physikalischen Eigenschaften der obigen Fasern lagen bei einer Zugfestigkeit von 8,95 g/Denier und einer Dehnung von 16,2$. Die Eigenschaften der obigen Fasern bewegten sich innerhalb eines annehmbaren Bereiches um diese Zielwerte.

Claims (1)

  1. - 19 Patentansprüche
    1. Verfahren zum Abschrecken von aus der Schmelze extrudierten Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kühlgas in eine Gaseintrittszone einführt, aus dieser in eine poröse, vielzellige Diffusionszone aus einem Po.Wmerschautnstoff, und das in dieser Zone verteilte Gas in Form eines im wesentlichen nicht-turbulenten Gasstroms in die Abschreckzone führt, in welcher die extrudierten Fäden abgekühlt \\Terden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mon ^
    das Gas durch die Schaumstoff-Diffusionszone mit einer Geschwindigkeit von etwa 9»3 ~ 37|2 m'/m" bei einem Druckabfall von 0,4 - 10 cm VassersHule führt,
    3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gas Luft verwendet.
    h. Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß
    man eine Diffusionszone mit einem Diffusor aus polymerem M
    Schaumstoff verwendet, welcher etwa 50 - 200 Zellen/2,54 cm, ein Polymervolumen von etwa 3 - 50$>» bezogen auf das gesamte Schaumstoffvolumen, und eine Dichte von etwa 0,016 >- 0,16
    •3
    g/cm besitzt.
    5» Verfahren nach Anspruch U1 dadurch gekennzeichnet, daß man einen porösen Diffusor aus Vinyl- oder Polyurethanschaum verwendet,
    009839/2105
    ORiGlNALfNSPECTED
    ;? ο ο α υ 5 G
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    man als Polyurethanschaum einen Polyäther- oder Polyesterschaum verwendet. ,
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen vernetzten Polyurethanschaum verwendet.
    8. Verfahren nacli Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß
    man einen Diffusor nus einem natürlichen oder synthetischen aufgeschäumten Kautschuk verwendet.
    Q. Verfahren nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß man einp Diffusionszone mit Mitteln zur Gasverteilung verwendet, welche einen «eueren Druckabfall Über die Diffusionszone erzeugen.
    10. Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß man Fäden nus Polyamid, Polyester, Polyolefin! Polysulfon, Polyphenylenoxid, Polycarbonat, Polyacrylnitril oder
    Polymergemischen davon herstellt.
    11. Verfahren nnch Anspruch 10f dadurch gekennzeichnet, daß
    man FSden aus Polycaproamid oder Polyäthylenterephthalat
    herstellt.
    12. Verfahren nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Abschrecken mittels eines parallelen, in gleicher oder in Gegenrichtung laufenden Gasstroms oder eines senkrecht geführten Stroms erfolgt.
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    13· Vorrichtung zum Abschrecken von aus der Schmelze extrudierten Fäden, gekennzeichnet durch eine Absehreck-Kammer
    zur Aufnahme der extrudierten Fäden und eine Gaseintritts-Kammer, die mit Mitteln zur Kühlgaszufuhr versehen ist, wobei Abschreck-Kammer und Gaseintritts-Kammer voneinander durch einen porösen, vielzelligen polymeren Schaumstoff-Diffusor getrennt sind, der das Gas aus der Eintritts-Kammer verteilt und in einem im wesentlichen nicht-turbulenten Gasstrom in die Abschreck-Kammer führt.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch eine sich vom Spinnkopf zu den Mitteln zur Aufnahme der Fäden erstreckende Wand, einen Diffusor aus Schaumstoff, der mit dem unteren Teil der genannten Wand verbunden ist und sich in Richtung der Mittel zur Aufnahme der Fäden erstreckt, Mittel zum Befestigen von Wand und Diffusor unter Bildung einer dimensionsstabilen Abschreck-Vorrichtung und Mittel zur Zufuhr eines unter Druck stehenden Kühlgases.
    15· Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Abzug am unteren Ende des Diffusors, der sich in Richtung der Mittel zur Aufnahme der Fäden erstreckt, und Mittel zu Befestigen der Wand, des Diffusors und des Abzugs miteinander unter Bildung einer dimensionsbeständigen Abschreck-Vorrichtung.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff-Diffusor etwa 50 - 200 Zellen/2,$k cm,
    009839/2105
    ORlGiNAL INSPECTED
    2000353
    ein Polymervolumen von etwa 3 - 5O$i bezogen auf das gesamte SchaumstofFvolumen, und eine Schaumstoffdichte von
    etwa 0,016 - O116 g/cmJ aufweist.
    17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff-Diffusor einen synthetischen Schaumstoff
    in Form von Vinyl- oder Polyurethanschaumstoff enthält.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Polyurethanschaumstoff ein Polyäther- oder Polyesterschaumstoff ist.
    19· Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Polyurethanschaumstoff vernetzt ist.
    20. Vorrichtung nach 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
    Schaumstoff-Diffusor einen natürlichen oder synthetischen aufgeschäumten Kautschuk umfaßt.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Schaumstoff-Diffusor mit Mitteln zur Gasverteilung
    c
    versehen ist, die einen zusätzlichen Druckabfall Über den Diffusor hervorrufen.
    009839/2105 ^Tcn
    OPlGlNAL INSPECTED
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CA1033925A (en) 1978-07-04
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