DE2025109A1 - Sohmelzspinnverfahren - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG zur Patentanmeldung der

Firma IMPERIAI CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED, London SoW. 1/ ENGLAND,

betreffend: ' "Schmelzspinnverfahren"

PRIORI5CÄ3?: 23« Mai 1969 - GROSSBRIiDANNIEN

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzspinnen von aromatischen Polyestern, bei welchem ein flüssiger Polymerstrom mit einer kontrollierten Geschwindigkeit aus einem Spinnkopf eztrudiert und zur Bildung eines verfestigten Fadens abgekühlt wird, der dann mit einer höheren kontrollierten Geschwindigkeit abgezogen wird. Biese Paden werden nachfolgend vorstreckt.

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Bei einem solchen Spinnverfahren werden die fadenförmigen Ströme in der Fadenlinie zwischen der Extrusion und der Aufspulung Irgendwo gedehnt. Durch diese Dehnung werden die Polymermoleküle orientiert. Nach der Verfestigung bleibt gewöhnlich ein gewisser Orientierungsgrad zurück, der im fertigen Faden mit Hilfe der optischen Doppelbrechung gemessen werden kann. Diese Doppelbrechung steigt mit der Abzugsgeschwindigkeit, und ausaerdem nimmt das Verhältnis, auf welches ein Faden anschließend verstreckt werden kann, mit zunehmender Doppelbrechung ab. Hierbei ergibt sich die unglückliche Konsequenz, daß - wenn es erwünscht ist einen verstreckten Faden mit einem gewissen Titer herzustellen, jede Zunahme der Produktivität, die durch eine höhere Spinngeschwindigkeit erhalten wird, mindestens teilweise durch die Notwendigkeit wieder verloren geht, einen kleineren Titer zu spinnen und auf ein niedrigeres Verhältnis zu verstrecken. Es gibt auch Fälle, wie z.B. bei der Herstellung von Fäden mit hoher Reißfestigkeit, bei denen eine niedrige Doppelbrechung in den gesponnenen Fäden nützlich ist, wenn einmal von Produktivitätsbetrachtungen abgesehen wird.

Es ist bekannt, daß durch eine Erhöhung der Extrusionstemperatur und durch eine Verringerung der Abkühlgeschwindigkeit die Doppelbrechung herabgesetzt werden kann. Jedoch sind diese Effekte nicht ausreichend, der Abzugsgeschwindigkeit entgegenzuwirken und die Herstellung von Fäden mit niedriger Doppelbrechung bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten zu gestatten.

Nach der Extrusion kühlen sich die fadenförmigen Ströme rasoh ab, aber sie bleiben bis zu einem beträchtlichen Abstand vom Spinnkopf in einem geschmolzenen Zustand, innerhalb wel-

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eher Strecke alle zufälligen Kontakte zwischen den Fäden zu einem Zusammenkleben der Fäden führen,das mindestens zeitweise anhält. In diesem Bereich tritt der größte !eil der Sehnung ein„ An diesen geschmolzenen Bereich schließt sich ein kurzer plastischer Bereich an, innerhalb welchem die Viskosität zwischen dem vorhergehenden geschmolzenen Bereich, und dem nachfolgenden verfestigten Bereich steigt· In diesem plastischen Bereich verkleben die einzelnen Fäden bei einem zufälligen Kontakt zwischen einander nicht, wie es im geschmolzenen Bereich der Fall ist, aber es tritt nach wie vor eine gewisse Dehnung ein, wobei nun der Hauptbetrag der Doppelbrechung eingeführt wird. An diesen plastischen Bereich schließt sich ein verfestigter Bereich an, in welchem keine wesentliche weitere Dehnung oder Doppelbrechungsänderung stattfindet.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung der Doppelbrechung von derartigen schmelzgesponnenen und verfestigten aromatischen Polyesterfäden vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man

1. auf die Fadenströme in einem Bereich, in welchem -sie sich in einem solchen mittleren plastischen Zustand befinden, eine Vorwärtsbewegungskraft anwendet, und

2. diese Vorwärtsbewegungskraft ausreichend klein hält,

so daß die Fadenspannung zwischen der Extrusion und der

Abzugseinrichtung immer positiv ist.

Es wurde gefunden, daß innerhalb dieses mittleren plastischen Bereichs die Fäden bereits so sehr verfestigt sind, daß sie nicht zu einem Zusammenkleben neigen und daß es deshalb möglich ist, mittels eines Bogenkontakts rund um eine oder mehrere angetriebene Hollen, die vorzugsweise eine aufgeraute Oberfläche aufweisen, oder mittels eines

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gasförmigen oder flüssigen Mediums in der erfindungsgemäßen Weise auf die Fäden eine Kraft auszuüben» auch wenn diese einzelnen Verfahren die Kontakte zwischen den Fäden erhöhen, bevor sie im verfestigten Bereich zusammengeführt werden· Eine luftstrahlvorrichtung ist als Kraftanwendungseinrichtung besonders geeignet» welche stromaufwärts der Fadenlinie die Spannung erhöht und stromabwärts die Spannung verringert» Die Strahlwirkung ist leicht kontrollierbar, so daß die stromabwärtige Spannung positiv gehalten werden kann, um das Verfahren zu kontrollieren und gleichförmig zu halten.

Die in einer solchen Strahlvorrichtung verwendete Luft kann, braucht aber nicht erhitzt werden. Die Geschwindigkeit des Y/ärmeübergangs zwischen den Fäden und einer Rolle ist jedoch viel höber, weshalb eine angetriebene Rollen aufweisende Vorwärtsbewegungseinrichtung normalerweise erhitzt werden sollte, um die Fadentemperatur im gewünschten mittleren plastischen Bereich zu halten.

Es sind Schmelzspinnverfahren bekannt, bei denen eine Abkühlung bei Raumtemperatur, eine verzögerte Kühlung oder eine beschleunigte Kühlung ausgeführt wird. Die vorliegende Erfindung kann auf jedes dieser Spinnverfahren angewendet werden. !Datsächlich kann eine verzögerte und eine beschleunigte Abkühlung aufeinanderfolgend in der gleichen Fadenlinie mit Vorteil verwendet werden„ Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kühlen der Fadenlinie zwischen dem Spinnkopf und dem Bereich, in welchem die Kraft angewendet wird, verzögert, worauf dann das Abkühlen der Fadenlinie beschleunigt wird. Bei Verwendung einer Luft strahldüse als Vorrichtung zum Anwenden einer Kraft ist es besonders zweckmäßig, den Strahl gleichzeitig zu einer beschleunigten Kühlung heranzuziehen. Ein Überraschendes Merkmal der Erfindung liegt darin, daß, obwohl

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eine raschere Kühlung normalerweise die Doppelbrechung erhöht, eine lokal angewendete erhöhte Kühlung in Verbindung mit einer Vorwärtsbewegungswirkung die Doppelberechung verringert·

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein scbematisches Diagramm eines erfindungsgemäß en Schmelzspinnverfahrens·

Pig, 2 und 3 zeigen Querschnitte von geeigneten Formen von Luftstrahldüsen.

Gemäß Fig. 1 werden aus einem Spinnjaek 11, der an seiner Unterseite eine Spinndüsenplatte 12 aufweist, fadenförmige Ströme 13 extrudiert, die zunächst im Bereich 14 einer verzögerten Kühlung unterworfen werden, wobei der Bereich H teilweise in dem thermostatisierten Kasten 15 eingeschlossen ist, der zur Erhitzung des Packs 11 dient. Eine Luftstrahldüse 16 umgibt die Fadenlinie an einem Punkt zwischen der Spinndüsenplatte 12 und einer Aufbringvorrichtung 17 für Spinnfinish. Die Fäden werden auf einer Spule 18 aufgewickelt. Fig. 2 zeigt eine geeignete Form einer Luftstrahldtise» Ein kurzes Venturi-Hohr 21 mit einer weiten Bohrung wird mittels eines Gewindes im Gehäuse 22 festgehalten. Ein Iiufteintrittsrohr 23 ist über ein Ventil 25 mit einer Druckluftleitung 24 verbunden« Die Luft wird rund um das Venturi-Rohr in der Kammer 26 verteilt und entweicht durch einen ringförmigen Schlitz 27.

Beim Betrieb strömt die einströmende Luft durch den ringförmigen Schlitz 27 und wird nach unten parallel zur Wandung 28 des Venturi-Rohres 21 umgelenkt» so daß Luft im oberen Hals 29 des Venturl-Rohree 21 miteingesogen wird« Die

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mitgesogene Luft übt ihrerseits eine nach unten gerichtete Kraft auf die durch das Venturi-Rohr hindurchgehenden Fäden aus·

Pig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Luftstrahl» düse» Zwei Teile 30 und 31 sind in die Bohrung eines Teils 32 eingeschraubt, wodurch eine ringförmige Kammer 33 gebildet wird, die über eine ringförmige Passage 34 mit einer Garnpassage 35 verbunden ist· Druckluft wird durch eine nicht gezeigte Einrichtung durch eine Bohrung 36 in das Teil 32 eingeführt· Beim Betrieb strömt Druckluft durch die Bassage 34, wobei sie eine nach unten gerichtete Kraft auf das Garn in der Passage 35 ausübt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung,

Beispiel 1

Unter Verwendung der Vorrichtung der Pig. 1 und 2 wurde Polyethylenterephthalat, welches in Orthochlorphenol bei 25⁰C eine Viskositätszahl von 0,6? aufwies, durch die Löcher einer Spinndüsenplatte bei 288⁰C extrudiert, welche einen Durchmesser von 0,23 mm aufwiesen, um 40 Fäden herzustellen, die mit einer Geschwindigkeit von 1261,9 m/min als Fäden mit einem Titer von 8 den aufgewickelt. Ohne LuftdUse betrug die Doppelbrechung der Fäden O₇0073. Wenn die Luftdüse in einem Abstand von 38,1 cm von der Spinndüsenplatte angeordnet war und wenn ein Luftdruck von 0,14, 0,42 bzw. 0,70 atü angewendet wurde, dann wurde die Doppelbrechung der erhaltenen Fäden auf 0,0059, 0,0049 bzw. 0,0032 verringert. Wenn die Luftdüse mit einem Druck von 0,70 atü betrieben wurde und wenn sie ix einem Abstand von 38,1, 50,8 bzw« 68,6 cm raterbalb der SpinndUsenplatte angeordnet wurde, dann betrug die Doppelbrechung in um ©la» seinen Fällen 0,0032, 0,0040 bzw. 0,0067«

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Beispiel

Polyäthylenterephthalat, welches in Orthochlorphenol bei 25⁰C eine Viskositätszahl von 0,67 aufwies, wurde bei 29O⁰C durch die Löcher einer Spinndüsenplatte extrudiert, die jeweils einen Durchmesser von 0»23 mm aufweisen, um 20 Fäden herzustellen, die mit einer Geschwindigkeit von 1463,0 m/min in Form von Fäden mit einem Titer von 8 den aufgespult wurden,, Die Vorrichtung von Fig, 3 war 48,3 cm unterhalb der Spinndüsenplatte angeordnet.

Es wurde gefunden, daß die Veränderung des liters der Fäden von der Länge der Garnpassage und ihrem Durchmesser abhing. Die besten Resultate wurden mit einem Düsendurchmesser im Teil-30 von 12,7 mm, einer Gesamtlänge der Passage 35 von 31,7 mm und einer Breite der Luftpassage 34 von 0,25 mm erreicht. Der Luftdruck in der Kammer 33 wurde so eingestellt, daß eine Luftdruckverringerung von 5,4 cm Wassersäule an einem Punkt 19,0 mm oberhalb des Eintritts zur Passage 35 entstand.

Unter diesen Bedingungen wurde eine Titervariationvon 0,8 96 bei einer Doppelbrechung von 0,0073 erreicht, was mit 0,5 # und 0,010 ohne Luftdüse zu vergleichen Ist».

Beispiel

Anstelle einer Luftdüse wurden zwei ungeheizte Rollen 44,5 cm unterhalb der Spinndüsenplatte angeordnet. PoIyäthylenterephthalat mit einer Viskositätszahl von 0,67 wurde bei 295⁰C extrudiert, um 5 Fäden herzustellen, die mit einer Geschwindigkeit von 1127,8 m/min als Fäden mit einem !Eiter von 12 den aufgewickelt wurden. Wenn die Fadenlinie' die Rollen passierte, ohne sie zu berühren, dann betrug die

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Doppelbrechung 0,0085. Wenn die Fadenlinie eine vollständige Windung um die Rollen nahm, die sich mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 1242,1 ra/min drehte, fiel die Doppelbrechung auf 0,0080. Da die Geschwindigkeit der Rolle etwas höher war als die Aufspulgeschwindigkeit, ist es klar, daß auf die Fadenlinie eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt wurde, wobei aber die Spannung zwischen der Vorwärtsbewegungseinrichtung und der Aufspuleinrichtung positiv war_e

Diese verhältnismäßig kleine Verringerung der Doppelbrechung kann durch Erhitzen der angetriebenen Rollen erhöht werden.

Ein gemäß der Erfindung modifiziertes Schmelzspinnverfahren ist besonders vorteilhaft bei solchen Verfahren, bei denen ein getrenntes Spinnen und Verstrecken vorgenommen wird, wie es bei der Herstellung von Stapelfasern üblich ist. Bei diesen Verfahren kann der Produktivitätsvorteil einer hohen Spinngeschwindigkeit stark dadurch verbessert werden, daß man die gesponnene Fadendoppelbrechung gemäß der Erfindung stark drückt» Die Erfindung ist jedoch auch in einem integrierten Spinnstreckverfahren brauchbar, da es eine Kontrolle der Doppelbrechung auch durch ein anderes Mittel als der Geschwindigkeit der ersten Abzugsrolle erlaubt, sodaß die Doppelbrechung und das Verstreckverhältnis nach Bedarf eingestellt werden können.

PATENTANSPRÜCHE!

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE s

   yjj, Verfahren zum Spinnen eines aromatischen Polyesters, bei welchem ein fadenförmiger Strom mit einer kontrollierten Geschwindigkeit im geschmolzenen Zustand extrudiert wird, der Strom von seinem anfänglichen geschmolzenen Zustand über einen dazwischenliegenden plastischen Zustand in einen festen Zustand abgekühlt wird und der verfestigte Faden mit einer höheren kontrollierten Geschwindigkeit abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die optische Doppelbrechung des verfestigten Fadens verringert, indem man eine Vorwärtskraft auf den Fadenstrom in einem Bereich anwendet, in welchem sich der Fadenstrom in dem dazwischenliegenden plastischen Zustand befindet, wobei die Vorwärtskraft ausreichend klein ist, daß die Fadenspannung vor der Absugseinrichtung immer positiv ist«
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtskraft durch mindestens eine angetriebene Holle ausgeübt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle erhitzt wird.
4. 4« · ■ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtskraft durch den Strahl eines fließfähigen Mediums ausgeübt wird*
5. 5. , Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

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   - 10 daß die Vorwärtskraft durch eine Luftdüse ausgeübt wird»
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß als Polyester Polyäthylenterephthalat verwendet wird»

   PATBITAKWALTS oa.-tNÖ.H. FINCKE, DIPl.-INS. OK)U-INa. S. STAEGBt

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