DE2115312A1

DE2115312A1 - Bikonischer Heizstrahler zum Herstellen von Fäden

Info

Publication number: DE2115312A1
Application number: DE19712115312
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. 8903 Haunstetten; Bechter Max Dr. 8901 Bobingen Johne
Original assignee: Farbwerke Hoechst AG, vormals Meister Lucius & Brüning, 6000 Frankfurt
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1972-10-19
Also published as: DE2115312C3; FR2132171A1; FR2132171B1; DE2115312B2; DD95903A5; CH539691A; RO64788A; NL7203995A; BE781488A; IT950854B; US3741716A; CA964422A; GB1391471A

Description

FARBWERKE HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT

vormals Meister Lucius δε Brüning 21 15312

Patentanmeldung: P ■ - HOE 71/F 086 u. H

Datum: 29. März 1971 - DPh.HS/sch

Bikonischer Heizstrahlei* zum Herstellen von Fäden

Die Erfindung betrifft einen bikonischen Heizstrahler zum Herstellen von hochmolekularen linearen Polyesterfäden mit geringerer Vororientierung, aus denen besonders gleichmäßige, hochfeste Fäden hergestellt werden können.

Fäden mit hoher Festigkeit können nur erhalten werden, wenn die Spinnware sehr hoch verstreckt wird. Eine hohe Verstreckung aber kann nur an einer Spinnware mit niedriger Vororientierung erzielt werden. Bei der Herstellung hochfester Fäden, wie sie zum Beispiel für Reifencord eingesetzt werden, muß deshalb bereits der Spinnprozeß so durchgeführt werden, daß dabei Spinnfäden mit möglichst geringer Vororientierung entstehen. Ein weiteres Problem ist die erforderliche Gleichmäßigkeit, da die Fäden nur dann hoch verstreckt werden können, wenn jeder der zahlreichen Kapillarfäden beim Spinnen gleichmäßig behandelt wird. Eventuell auftretende Ungleichheiten, wie sie zum Beispiel durch unsachgemäße Kühlung entstehen können, lassen sich bei der weiteren Verarbeitung nicht mehr beheben und beeinträchtigen die Qualität des fertigen Fadens.

Man hat erkannt, daß die Vororientierung der Fäden beim Spinnen herabgesetzt werden kann, wenn man unter der Düse eine Heizzone anbringt und damit die Abkühlung der Fäden hinauszögert. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beheizung von frisch gesponnenen, nach dem Trockenspinnverfahren erzeugten Fäden wird im britischen Patent Nr. 580 832 beschrieben. Hier wird innerhalb eines Rohres mit vertikaler Achse der Spinnfaden parallel zur Rohrachse abgezogen und von horizontal auftreffenden Wärmestrah-

209843/0874

len beheizt. In einer Spezialausführung ist der Querschnitt des Rohres ellipsenförmig und die Rohrinnenwand ein guter Reflektor. Zur guten Bündelung der Strahlung befindet sich die Wärmestrahlungsquelle in einem Brennpunkt der Ellipse und der Faden im anderen Brennpunkt. Die so erzielte Erwärmung der Spinnfäden soll auch beim Schmelzspinnen von Polyamiden von Vorteil sein, da sie auf diese Weise die Fäden in einem plastischen oder halbplastischen Zustand erhält und damit das Verstrecken der Fäden fördert. Die beschriebene Vorrichtung ist jedoch sehr groß und damit unhandlich.

Nach der DOS 1 435 512 kann diese Heizzone aber ^uch eine lange geheizte zylindrische oder rechteckige Hülse sein, die den Raum mit den frisch gesponnenen Fäden unterhalb der Spinndüse auf einer langen Strecke umgibt. Die Minimaltemperatur T,. in der Umgebung der Fäden wird in dieser Anmeldung gekennzeichnet durch die Gleichung:

T_G = T_D - 9X + 30,
dabei bedeutet:

T_D = Spinndüsentemperatur
^1q4 * ^D

^Vsp

D = Abstand von der Düse in engl. Fuß F = Denierwert der Kapillaren

V = Aufspulgeschwindigkeit in engl. Fuß pro Sekunde sp

^TG ^ΞΙ ^TD ^{+ 100}°^c

Bei dieser Arbeitsweise konnte in den mehrfädigen Garnen die Vororientierung niedrig gehalten werden.

2 0 9843/0874

Nach dem französischen Patent Nr. 1 347 986 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die frisch gesponnenen Polyester- oder Polyamid fäden ein zylindrisches beheiztes Rohr durchlaufen, das die Gastemperatur in der Umgebung der Fäden gemäß folgender Bedingung beeinflußt:

0,001 ^C - ⁵^i 0> 08

^Y * ^(TG0 - ^TG^)/TD

Gastemperatur unmittelbar an der Düse in ⁰C mit 27O⁰CsS^ T_GQ^^ 700°C

Τ« = Gastemperatur im Abstand L senkrecht unterhalb der Düse in ⁰C

Tjj = Temperatur der Spinndüse in ⁰C D = Abstand von der Düse in m

V «= Spinnabzugsgeschwindigkeit in m/sec sp

Nach dem Verlassen des Zylinders werden die Fäden durch einen waagerechten Luftstrom rasch abgekühlt. Sie werden daraufhin präpariert, mit heißem Dampf zur Erwärmung angeblasen und dann verstreckt und aufgespult.

Bei diesen bekannten Verfahren werden Heizvorrichtungen verwendet, die die Fäden nach dem Verlassen der Spinndüse auf einer langen Strecke erwärmen, wodurch die Abkühlung und Verfestigung dieser Fäden nur sehr langsam erfolgt und ihre Vororientierung herabgesetzt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Arbeitsweise nicht zu optimalen Fadenqualitäten führt. Die erzielte Fadengleichmäßigkeit ist unbefriedigend und die Anblasung, die sich an den Heizstrahler anschließt, hat Verklebungen der Kapillaren zur Folge, da bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Heizstrahler die

209843/0874

Anblasluft in die Heizzone eindringt und dort die noch plastischen Fäden verwirbelt. Als unerwünschte Folge der Ungleichmäßigkeit müssen außerdem Einbußen der Reißfestigkeit in Kauf genommen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizstrahler zu entwickeln, mit dessen Hilfe Spinnfäden/niedriger Vororientierung und mit zufriedenstellender Gleichmäßigkeit erhalten werden, aus denen Polyesterfäden von hoher Reißfestigkeit produziert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen bikonischen Heizstrahler zum Herstellen von Fäden,der beidseitig offen ist und der sich aus einem oberen und einem unteren kegelstumpfförmigen Teil zusammensetzt, wobei der untere Teil der beheizte Strahler ist und der obere Teil der Reflektor, der die vom unteren Teil ausgehenden Wärmestrahlen reflektiert,und die Öffnung des unteren Teiles durch eine kreisförmige Blende verengt ist, gelöst. Der erfindungsgemäße Heizstrahler wird anhand der Fig. 1 und 2 in beispielsweiser Ausführung erläutert.

Fig. 1 zeigt den Heizstrahler in perspektivischer Darstellung Fig. 2 zeigt den Heizstrahler im Schnitt

Fig. 3 zeigt den Temperaturverlauf in der Verfestigungszone der Fäden bei Verwendung des erfindungsgemäßen Heizstrahlers.

Der Heizstrahler setzt sich aus zwei kegelstumpfförmigen Teilen 1 und 2 zusammen, die an ihren größeren Kreisöffnungen miteinander verbunden sind. Der untere Teil 2 ist beheizbar, während die Wand des oberen Teils 1 die vom unteren Teil ausgehenden Wärmestrahlen reflektiert. Dieser Teil 1 ist also als Reflektor und Teil 2 als Strahler ausgebildet. Die untere Öffnung 3 des Heizstrahlers ist durch eine kreisförmige Blende 4 abgeschirmt", damit die Luft, mit der die Fäden nach dem Verlassen des Strählers angeblasen werden, nicht in den Raum unterhalb der Spinndüse gelangen und den Lauf der dort noch weichen Fäden stören kann.

209843/037A

Der Durchmesser cL dieser Blende ist nur 5 bis 30 mm größer als der Durchmesser d„ des Fadenbündels, und zwar ist

d_F + 5 ^: U₁ S^₅. d_F + 30.

Die obere Öffnung des oberen Teiles ist im Durchmesser d^ größer als der Durchmesser des Fadenbündels. Die Strahlerhöhe L beträgt das 1,0 bis 2,5-fache des Durchmessers d, der Öffnung des oberen Teiles.

Zwischen Fadenbündel und Wand des Strahlungsraumes strömt Luft nach oben, die die vom Fadenbündel nach unten mitgeführte Luft ersetzt. Die Strömungsquerschnittsfläche soll möglichst groß sein, damit der Luftausgleich mit geringer Geschwindigkeit erfolgen kann. Die Querschnittsfläche im größten Durchmesser d„ des Heizstrahlers ist mindestens doppelt so groß zu wählen wie die Querschnittsfläche d- des Fadenbündels.

if

Es soll gelten:

Die Seitenlinie H der beheizten Strahlerfläche 2 und der Kegelwinkel *P ist so zu wählen, daß die Mittelsenkrechte auf den Mantel 2 auf den Mantel 1 des oberen Teiles zeigt:

arc sin ^-<C^.^-<d arc sin

Gf ν

«3

* ^d3 + ^d4 arc cotg —~i——

Δ JU.

Die bikonische Form des Heizstrahlers dient zur Erzielung einer konzentrierten Wärmestrahlung. Die Form wurde so gewählt, damit nur ein geringer Teil der Strahlung auf die Spinndüse trifft, der größere Teil aber von dem konusförmigen Reflektor in den Raum unter der Düse reflektiert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsforra der Vorrichtung ist deshalb der Reflektor 1 hochglanz-

209843/0874

poliert oder mit einer reflektierenden Folie belegt. Die Heizkörper des Strahlers 2 bestehen vorzugsweise aus Keramikplatten mit eingelegten Heizwendeln.

Die Vorrichtung kann verwendet werden zum Verspinnen von hochmolekularen Polyestern, insbesondere Polyäthylenterephthalat, sowie Copolyestern, deren Säurekomponenten zu einem überwiegenden Teil aus Terephthalsäure bestehen. Sie ermöglicht die Produktion von Hochfest-Fäden, für deren Herstellung die Spinnware möglichst niedrig vororientiert sein muß. Man kann aber auch den Schmelzedurchsatz steigern, indem man die durch höhere Spinnabzugsgeschwindigkeit erhöhte Vororientierung mittels dieser Heizeinrichtung kompensiert. Darüber hinaus eignet sich die Vorrichtung auch für das kontinuierliche Spinnstrecken von Fäden mit hoher Viskosität.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen kurzen bikonischen Heizstrahlers ist es möglich, unter der Spinndüse einen neuartigen, zeitlich und räumlich eng begrenzten Temperaturνerlauf in der Verfestigungszone der Fäden zu erzielen, der sich auf die Verfestigung sehr günstig auswirkt und der in Fig. 3 wiedergegeben ist. Die Temperatur soll innerhalb der angegebenen Grenzen liegen:

110 - 1,7 . 10

S - 0,4

^TG - ^TD

125 - 2 · 10³ (£ - 0,5)⁴ im Abstand

L = Länge des Heizstrahlers, gemessen in den gleichen Längeneinheiten wie der senkrechte Abstand D von der Düse, T~ die Gas (Luft) und T_ß die Düsentemperatur.

In unmittelbarer Nähe des Spinnfadens von der Düse aus abwärts steigt demnach die Lufttemperatur zunächst an, durchläuft ein Maximum und nimmt danach mit zunehmendem Abstand von der Düse schnell ab. Da eine Blende die untere Öffnung des Heizstrahlers soweit abschließt, daß diese nicht größer ist als für den ungestörten Fadenlauf erforderlich, kann die Anblasluft, mit deren Hilfe die Fäden gekühlt werden, nicht in dem Raum unterhalb der

209843/0874

Düse gelangen. Für die Erzielung einer optimalen Fadenqualität ist dies von großer Wichtigkeit. Der noch nicht verfestigte, sehr empfindliche Faden könnte sonst durch Luftwirbel gestört werden, die zu Verklebungen und zu ungleichmäßiger Abkühlung führen würden.

Mit Hilfe eines derartigen Heizstrahlers ist es außerdem möglich, die gesponnenen Fäden schneller abzuziehen und dabei erhebliche Produktionssteigerungen zu erzielen. Verglichen mit den bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art hat der beanspruchte kurze bikonische Heizstrahler den Vorteil, daß er bei verbesserter Wirkungsweise wesentlichkleiner und damit handlicher und bequemer im Gebrauch ist.

Beispiel 1

Ein Polyester-Rohstoff aus Polyäthylenterephthalat der Intrinsic-Viskosität 1,23 (gemessen bei 25°C in einem Gemisch aus Phenol/ Tetrachloräthan im Verhältnis 3 : 2) wird bei 304⁰C mit einer Förderung von 220 g/min Düse aus einer Spinndüse mit 200 Löchern von 0,5 mm Durchmesser versponnen und mit einer Geschwindigkeit von 320 m/min aufgespult. Direkt unter der Spinndüse ist ein bikonischer Heizstrahler angebracht. Die Abmessungen des Heizstrahlers sind:

d- = 140 mm, d„ = 170 mm, d, = 225 mm, d₄ = 135 mm, H = 70 mm, L = 150 mm, L₁ = 85,6 mm, ψ = 46°.

Er besitzt eine installierte elektrische Heizleistung von 2000 Watt bei 220 Volt und wird im vorliegenden Fall mit 150 Volt betrieben. Direkt unterhalb des Heizstrahlers schließt sich auf eine Länge von ca. 2 m eine Luftanblasung mit Luftgeschwindigkeiten von 0,8 m/sec an.

Als Maß für die Molekülorientierung besitzen die so erzeugten

-3

Spinnfäden eine Doppelbrechung von DB = (1,6 ... 2,0) ·10 ,

gemessen nach der Kompensationsmethode nach Ehringhaus mit

209843/0874

Quarz- bzw. Kalkspatkorapensatoren. Der DB-Wert errechnet sich aus dem Verhältnis von Gangunterschied und Kapillardurchmesser.

Die Gleichmäßigkeit dieser Fäden über ihrer Länge ist sehr gut. Es wird hier für die Titerschwankung des aus 200 Kapillaren bestehenden Spinnfadens als Ungleichmäßigkeitsmaß U die mittlere lineare Abweichung des Titers T vom Titermittelwert τ angegeben:

L L

T-T

dl / I TdI

Hierfür liegt die Messung des Titers T als Funktion der Fadenlänge 1 vor. L ist die insgesamt gemessene Fadenlänge. Der Titermittelwert ist T = i ^i TdI.

Mit der beschriebenen Heizstrahleranordnung erreicht man Titerungleichmäßigkeiten von U = 0,8 %. An den mit dem konischen Heizstrahler gesponnenen Fäden gab es keine verklebten Spinnfäden.

Die beschriebenen Spinnfäden lassen sich im Verhältnis 1 : 6,5 verstrecken und man erhält Festigkeiten von 82 g/tex.

Vergleich zu Beispiel 1

Vergleichsweise wurde bei einem analogen Spinnversuch ein zylindrischer Heizstrahler verwendet, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Sein Rohrdurchmesser betrug 205 mm, seine Rohrlänge 875 mm, die Wandtemperatur 245°C. Im oberen Teil des Heizrohres wurde durch einen Ringspalt konzentrisch Luft von 245°C eingeblasen. Die Luftmenge konnte nur auf 80 l/h gesteigert werden, da sonst in starkem Maße Verklebungen der Spinnfäden auftraten.

Doppelbrechung DB = (1,6...2,0)·10~³

Titerungleichmäßigkeit U = 1,6 %

Mögliches Verstreckverhältnis 1 : 6,4

Erzielte Festigkeit 79 g/tex

209843/0874

Beispiel 2

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch für die Spinnerei von Hochfestfäden der Intrinsic-Viskosität 0,73. Hier dient sie entweder zur Herabsetzung der Molekülorientierung bei gleicher Spinnabzugsgeschwindigkeit oder zur Erhaltung der Molekülorientierung bei erhöhter Spinnabzugsgeschwindigkeit, Das Beispiel demonstriert den ersten Fall. Spinnschacht- und Heizstrahleranordnung wie für Beispiel 1 beschrieben.

Spinnteraperatur	29O°C
Förderung	325 g/min
Spinndüse Lochzahl	200
Spinndüse Bohrungsdurchmesser	0,35 mm
Aufspulgeschwindigkeit	500 m/min
Heizstrahler (2000Watt bei 220 Volt)	150 Volt
Anblaslänge	2 m
Luftgeschwindigkeit	0,8 m/sec
Titerungleichmäßigkeit	0,7 %
Doppelbrechung	1,2 · 10"
Vergleich zu Beispiel 2

Gleiche Verfahrensbedingungen an derselben Spinnanlage ohne Heizstrahler ergaben bei gleicher Titerungleichmäßigkeit eine höhere

—3

Vororientierung mit der Doppelbrechung 1,6 · 10

20984 37 0874

Claims

Patentansprüche :

1) Bikonischer Heizstrahler zum Herstellen von Fäden der beidseitig offen ist und der sich aus einem oberen und einem unteren kegelstumpfförmigen Teil zusammensetzt, wobei der untere Teil der beheizte Strahler (2) ist und der obere Teil der Reflektor (1), der die vom unteren Teil ausgehenden Wärme strahlen reflektiert und die Öffnung (3) des unteren Teiles durch eine kreisförmige Blende (4) verengt ist.

2) Bikonischer Heizstrahler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendendurchmesser d^ mit dem Durchmesser d des Fadenbündels durch die folgende Beziehung in Zusammenhang steht:

d_F -Ρ Ot^d₁ «£^d_F + 30.

3) Bikonischer Heizstrahler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung, des oberen kegelstumpf förmigen Teiles größer als der Durchmesser des Fadenbündels und die Höhe L des bikonischen Strahlers dem 1,0 bis 2,5-fachen Wert des Durchmessers ά. der Öffnung des oberen Teiles entspricht.

4) Bikonischer Heizstrahler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche im größten Durchmesser d₃ des Heizstrahlers mehr als doppelt so groß ist, wie die Querschnittsfläche d„ des Fadenbündels.

j?

5) Bikonischer Heizstrahlex' gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelsenkrechte der beheizten Strahlerfläche auf die Fläche des oberen Teiles zeigt und der untere Teil einen-Kegelwinkel*P aufweist, für den gilt:

arc sin ^₇T- <T W <7 arc

za₃ δ —»

^d3 ^{+ d}4 arc cotg -^7J₇

209843/0874

wobei H die Seitenlinie des unteren Teiles und L die Höhe des Strahlers ist.

6) Bikonischer Heizstrahler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Reflektors (1) hochglanzpoliert oder mit einer reflektierenden Folie belegt sind.

7) Bikonischer Heizstrahler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper des Strahlers (2) aus Keramikplatten mit darin eingelegten Heizwendeln bestehen.

8) Bikonischer Heizstrahler gemäß Anspruch 1-7, bestehend aus zwei Pyramidenstümpfen mit einem regelmäßigen Vieleck als Grundfläche.

209843/0874

Leerseite