DE2250496A1

DE2250496A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kraeuselbaren verbundfaeden

Info

Publication number: DE2250496A1
Application number: DE19722250496
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Dr Baumann; Hans Dr Breuer; Joachim Dr Kunde; Paul Naegele
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1972-10-14
Filing date: 1972-10-14
Publication date: 1974-04-18
Also published as: NL7313600A; LU68605A1; IT998636B; FR2202960B3; BE806101A; FR2202960A1

Description

Unser Zeichen: O.Z. 29 Λ55 Gr/UB 6700 Ludwigshafen, 12.10.1972

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kräuselbaren Verbundfäden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kräuselbaren Verbundfäden mit einem exzentrisch in einem Mantel angeordneten Kern, bei welchem ein erster Strom einer fadenbildenden polymeren Spinnmasse unter Druck einer Spinndüse zugeführt wird und axial zu diesem Strom als Kern ein zweiter Strom einer fadenbildenden polymeren Spinnraasse eingebracht wird-

Bei der Herstellung solcher Verbundfäden bereiten die bekannten Spinnverfahren jedoch Schwierigkeiten, eine vorgegebene, bezüglich der Kräuselfähigkeit günstige Verteilung der Spinnmassen im Fadenquerschnitt reproduzierbar, ohne Schwankungen, ohne sehr hohen feinmechanischen Aufwand bei der Düsenherstellung und über große Düsenstandzeiten zu erreichen.

In der deutschen Auslegeschrift 1 435 634 wird daher, ein Verfahren beschrieben, bei dem man die Ausbildung einer exzentrischen Lage von Mantel und Kern dadurch erreicht, daß man einen Teil des Stromes, der das Mantelmaterial für den axialen Kernfaden der zweiten Komponente bildet, abzweigt, Seite an Seite vor dem Austritt aus der Düse wieder zuleitet und darauf mit diesem verspinnt; dabei wird zuerst die eine Komponente ummantelt und nachfolgend mit einem Teil des ersten Stromes durch seitliche Zuleitung aus der zentrischen Lage verschoben.

Der zweite Strom darf nach der Ummantelung mit dem Rest des ersten Stromes keine Kanäle mit wechselnder Querschnittsform z.B. von rund zu eckig oder umgekehrt oder Umlenkungen durchlaufen, da die einmal erreichte·Mantelstärke und deren Fadenumfangs-Verlauf im weiteren erhalten bleiben sollen. Bei der nachfolgenden Seitanlagerung mit dem Teil des ersten Stromes muß die Kontaktfläche zwischen den Strömen eben sein, damit

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die volle Kräuselfähigkeit des Fadens erreicht wird. Beide Forderungen lassen sich gleichzeitig nur mit Kanälen erfüllen, die die Schmelzeströme mit möglichst ähnlichen, geringen Richtungsänderungen zusammenleiten; die Seitanlagerung ist daher als zweite Stufe des Verfahrens nur über eine spitzwinklige, ypsilon-förmige Schmelzeführung möglich, wie sie in DAS 1 435 634 dargestellt ist. Es ist nur unter hohem feinmechanischem Aufwand möglich., diese Einmündung derart herzustellen, daß sich die Achsen der zusammenlaufenden Kanäle exakt schneiden. Schon bei geringen Abweichungen wird die Kontaktfläche zwischen den angelagerten Strömen aus der senkrechten Lage zur gemeinsamen Ebene der Kanalachsen verdreht und erscheint im Fadenquerschnitt nicht gerade sondern s-förmig. Weiterhin stellt wenigstens eine der drei zusammentreffenden Öffnungen eine Sackbohrung dar, eine für präzise Nachbearbeitung und Reinigung kaum zugängliche Stelle. Schließlich haben die in der Zusammenführung auftretenden spitzwinkligen Kanten erfahrungsgemäß großen Einfluß auf die Form der Kontaktfläche und sind ebenfalls für präzise Nachbearbeitung unzugänglich.

Die Ummantelung muß folgenden Forderungen genügen: Der Mantel soll entlang seiner Scheitelzone möglichst dünn sein, damit keine wesentliche Minderung der Kräuselfähigkeit eintritt z.B. geringer als 5 i° des Fadenradiua sein. Ist der Mantel entlang des Fadenumfangs gleichmäßig dünn, so ergibt sich ein Mantelstrom, der nur 10 $> der gesamten fadenbildenden Substanz darstellt und so zu Verlegungen in den zugehörigen Düsenteilen neigt. Erwünscht ist so eine ummantelung mit starkem Umfangsverlauf, dessen Minimum im Scheitel liegt, d.h. dessen Symmetrieachse im Fadenquerschnitt exakt senkrecht zur Kontaktfläche der Seitanlagerung liegt. Wie oben beschrieben, ist es jedoch schwer, ein Verdrehen der Kontaktfläche und damit ungleiche oder schwankende Fadeneigenschaften bei ypsilon-förmiger Seitanlagerung zu vermeiden.

Die Ummantelung erreicht man bekanntermaßen zwischen zwei Platten eines Düsenpakets, indem der zweite Strom als Kernstrom

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über zwei zueinander konzentrische Bohrungen in den Platten einen Verteilungsraum zwischen den Platten senkrecht durchläuft und hierbei im Verteilungsraum von einem allseitig radial hinzutretenden Mantelstrom umhüllt wird. Zur gleichmäßigen ümfangsverteilung dient bekanntermaßen ein zu den genannten Bohrungen konzentrischer Vorsprung der oberen Platte , der mit der unteren Platte einen schmalen ebenen Ringspalt bildet. Der Mantelstrom fließt dem Ringspalt einseitig zu. Nimmt man die Ummantelung zuerst vor, so erfährt der Mantelstrom nur den Strömungswiderstand des Ringspalts, der zur Erzielung einer dünnen Ummantelung sehr niedrig und damit sehr präzise gefertigt werden muß. Ein ausgeprägter Mantelstärkenverlauf ist hierbei auf einfache Weise nicht erzielbar.

Der Erfindung lag demnach die Aufgabe zugrunde, ein Spinnverfahren für exzentrische Kern-Mantel-Fäden zu entwickeln, bei .dem die gewünschte Komponentenverteilung im Fadenquerschnitt, nämlich eine Ummantelung mit geringer Wandstärke im Scheitelbereich und mit hohem Wandstärkenverlauf entlang des Fadenumfangs, die Ausbildung einer ebenen Grenzfläche bei der Seitanlagerung und die zwangsläufige Übereinstimmung der Symmetrieebenen von Ummantelung und Seitanlagerung auf einfache und zuverlässige Weise erreicht wird.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von kräuselbaren Verbundfäden mit einem exzentrisch in einem Mantel angeordneten Kern, bei welchem ein erster Strom einer fadenbildenden, polymeren·Spinnmasse unter Druck einer Spinndüse zugeführt wird und axial zu diesem Strom als Kern ein zweiter Strom einer fadenbildenden polymeren Spinnmasse eingebracht wird.

Die oben beschriebene Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil des ersten Stromes abgezweigt wird und den beiden anderen Strömen nach deren Seite-an-Seite-Anlagerung vor dem Austritt aus der Düse als Ummantelung zugeleitet und mit diesen versponnen wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur

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Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus

a) einer oberen Platte mit Zuführbohrungen für die beiden Spinnschmelzeströme und einem Verbindungskanal an der Unterseite der Platte,

b) einer mittleren Platte mit einer zu den Zuführbohrungen der oberen Platte zentrisch angeordneten Bohrung und einer in einen ringförmigen Kanal mündenden exzentrisch angeordneten Bohrung, die ihrerseits mit dem Verbindungskanal der oberen Platte verbunden ist,

c) einer unteren Platte mit einer zentrisch angeordneten Bohrung, die in die Düsenöffnung mündet und über einen ebenen Ringspalt mit dem ringförmigen Kanal der mittleren Platte verbunden ist.

Die Höhe des Ringspalts kann durch Distanzacheiben eingestellt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt für die zuerst erfolgende Seitanlagerung des zweiten Stromes mit dem Rest des ersten Stromes,die Gestalt der Schmelzeführung bezüglich ebener Grenzfläche, Grenzflächenausrichtung, einfacher und zuverlässiger Düsenherstellung und -reinigung zu optimieren und unabhängig von der insoweit festgelegten Düsenform nachfolgend die Ummantelung mit vorgegebener Stärke, gewünschtem Dickenverlauf und geforderter Ausrichtung der Verlaufssymmetrieebene vorzunehmen. Alle die Komponentenverteilung im Fadenquerschnitt beeinflussenden Düsen-Abmessungen sind frei zugänglich. Die Mantelstärke und deren Verlauf können auf einfache Weise durch Aufreiben einer Bohrung bzw. Auswechseln der Distanzscheibe ohne Düsenneubau einzeln korrigiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert,

Fig. 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Ausführungsform der Spinndüse

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Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A von Fig. 1

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B von Fig. 1

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer ausgesponnenen Faser.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ist mit (nicht dargestellten) getrennten Filterräumen für die Schmelzeströme (a,b) versehen, die über getrennte Spinnpumpen durch Durchlässe (2,3) ausgetragen werden.

Die Düsenanordnung setzt sich aus drei Platten -(1,5,11) zusammen, deren sämtliche schmelzeführenden Öffnungen bei zerlegter Düse für eventuelle Nachbearbeitung und Reinigung frei zugänglich sind.

Die Ströme (a,b) gelangen in der oberen Düsenplatte (1) zu einem gemeinsamen Kanal (4). Ein Teil des ersten Stromes (a), der Mantelstrom (aa), fließt über einen seitlichen Durchlaß (7) in der mittleren Düsenplatte (5) zu einem Ringkanal (8), der Rest (ab) des ersten Stromes (a) vereinigt sich in einem mittleren Durchlaß (6) mit dem zweiten Strom (b) zur Seitean-Seite-Struktur gemäß Fig. 2. Diese einfache, T-förmige Zusammeηführung ist auch bei schlecht zentrierter Montage der oberen (1) zur mittleren Düsenplatte (5) immer spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, die exakt senkrecht steht zur gemeinsamen Ebene der Durchlässe (6) und (7) und damit zur Symmetrieebene der nachfolgenden Ummantelung. Im Übergang zwischen der mittleren Düsenplatte (5) und der unteren Platte (11), die die Spinnöffnung (13) besitzt, wird zwischen den konzentrischen Durchlässen (6) und (12) aus dem Ringkanal (8) über den ebenen, niedrigen Ringspalt (9) der Mantelstrom (aa) zugeführt.. - _v

Der Strömungswiderstand, den der Mantelstrom (aa) über den seitlichen Durchlaß (7) und die Kombination aus Ringverteiler (8) und Ringspalt " (9) erfährt, regelt im Zusammenhang mit

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dem Strömungswiderstand, den der Rest (ab) des ersten Stromes (a) zusammen mit dem zweiten Strom (b) im mittleren Durchlaß (6) erfährt, das Verhältnis der Aufteilung des ersten Stromes (a). Die notwendigen Durchmesser der Durchlässe (6) und (7) lassen sich so für eine gewünschte Aufteilung des ersten Stromes überschlägig berechnen und nach Maßgabe von Versuchsausspinnungen wegen des erfindungsgemäß einfachen Verfahrens durch Aufreiben des Durchlasses (6) bzw. (7) leicht korrigieren.

Vorzugsweise werden die Durchmesser der Durchlässe (6,7) so gewählt, daß überwiegend sie allein den Anteil des Mantelstromes (aa) bestimmen. Die Dimensionen von Ringspalt (9) und Ringverteiler (8) regeln dann weitgehend unabhängig vom Mantelstromanteil den Mantelstärkenverlauf.

Ein prinzipieller Unterschied des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dem bekannten Verfahren gemäß DAS 1 435 634 besteht also darin, daß die Ummantelung nach der Seitanlagerung vorgenommen wird. Nimmt man, wie in DAS 1 435 634 angegeben, die Ummantelung vor der Seitanlagerung vor, so erfährt der Mantelstrom bi3 zur konzentrischen Zusammenführung mit dem zweiten Strom nur den Strömungswiderstand des ebenen Ringspaltes, der dann sehr flach und so mit extremer Präzision gefertigt werden muß, z.B. 76/um dick in Beispiel 1 der DAS 1 435 634.

Für eine Ausführung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benützen wir Ringspalthöhen von etwa 0,2 bis 0,5 nun, vorzugsweise 0,4 mm.

Da die Symmetrieebenen der Seitanlagerung und der Ummantelung nach dem erfindungsgemäSen Verfahren zwangsläufig senkrecht zueinanderstetien, 143t sich ein starker Mantelverlauf, d.h. ein höherer Mantelstrom bei geringer Mantelstärke am Scheitel (14 in Fig_c 4) ohne Risiko von Schwankungen der Kräuselfähigkeit einstellen. Als Verlauf wird hier das Verhältnis der Mantelstärken in den zueinander senkrechten Positionen (15) und (14) der Fig. 4 verstanden. Die 3-rö3e de3 Mantelverlauf3 richtet sich nach dem Verhältnis der Stromung3widerstände des ein-

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seitig gespeisten Ringkanals (8) und des Ringspalts (9)« Die · Ringspalthöhe wird so nach. Maßgabe des gewünschten Verlaufs überschlägig "berechnet und nach, äen Ergebnissen von Versuchsausspinnungen korrigiert»

Die notwendig exakte und planparallele Einstellung der Ringspalthöhe wird in der in Pig. 1 dargestellten Vorrichtung durch die geläppte Distanzseheibe (10) erreicht. Frühere Ausführungen ohne diese Distanzseheibe zwischen den Düsenplatten (5) und (11) brachten nur unbefriedigende Ergebnisse mit zumeist bezüglich der Faseraehse verdrehtem Mantelstärkeverlauf, da die notwendigen Höhendifferenzen an der Unterseite der mittleren Düsenplatte (5) nur unter hohem Aufwand maßhaltig und planparallel erhalten wurden«

Durch das näherungsweise parabolische Geschwindigkeitsprofil der Ströme im Durchlaß (12) tritt hier die in Mg₀ 3 dargestellte, noch zu große Mantelstärke auf, die erst in der Faser - bei kastenförmigem G-eschwindigkeitsprofil - die gewünschte Relation zum Faserdurchmesser erreicht (Fig. 4).

Beispiel 1:

Es werden Schnitzel aus einem Copolykondensat, das aus 50 % Polyhexamethylenadipamid und 50 $> Polyhexamethylensebacamid aufgebaut ist, hergestellt, die eine Schmelzviskosität von 960 Poise bei 285⁰G aufweisen.

In herkömmlicher Weise werden weiter Schnitzel aus Polycaprolactam hergestellt mit einer Sehmelzviskosität von 1 130 Poise bei 285°C. Die beiden Schnitzelmaterialien werden über getrennte Schmelzvorrichtungen im Mengenverhältnis 55 (Kern) ι 45 (Mantel) einem Spinndüsenaufbau der in Fig_o 1 gezeigten Art zugeführt. Die Schmelzetemperaturen beider Stoffe betragen 285⁰C. Die beiden Polykondensate werden dann (das Copolykondensat als Kern) aus einer Spinndüse ausgepreßt, die zwei Austrittsöffnungen aufweist. Die Höhe der Distanzscheibe (10) beträgt 0,4 mm. Die in herkömmlicher Weise abgekühlten und aufgewickelten Fasern zeigen bei einer mikroskopischen Unter-

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suchung von Querschnitten Komponentenverteilungen nach Fig. 4, ohne nachweisbare Schwankung und ohne Differenzen zwischen den Paaern aus den beiden Düsenlöchern.

Beispiel 2;

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Abänderung, daß zusammen mit dem gleichen Polycaprolactam Copolykondensate unterschiedlicher Schmelzviskosität versponnen werden, sowohl mit Copolykondensat als auch mit Polycaprolactam im Kern. Ea werden Faserquerschnitte mit bezüglich des Kerns konkaven und auch konvexen Grenzflächen (16, Fig. 4) erhalten. Der Grenzflächendurchmesser D_n ergibt mit dem Fadendurchmesaer D™ die relative Grenzflächenkrümmung k = Dp/D_&o Fig. 5 zeigt das Verhältnis QnHu der Schmelzviskositäten von Co- und Homopolyamid, aufgetragen über der relativen Krümmung k; bei dem für eine ebene Grenzfläche (k = 0) günstigsten Viskositätsverhältnis von ^Ιη/^Ιγί - 0,85 können die Materialien beim vorliegenden Düsenaufbau ausgetauscht werden, ohne daß sich im Fadenquerschnitt die Grenzen der Komponenten ändern. Weiterhin findet man, daß relative Schwankungen der Schmelzviakoaität der einzelnen Spinnstoffe von + 10 $, entsprechend der maximalen Schwankungen des Viskositätsverhältniaaea um den günstigsten Wert 0,85 von +_ 20 #, zu relativen Krümmungen von maximal k = +_ 0,3 führen, die den Plächenschwerpunktabstand der Komponenten im Fadenquerschnitt und damit das Kräuselvermögen nicht wesentlich verändern. Die obige Toleranz der einzelnen Schmelzviskositäten entspricht der üblichen Produktspezifikation schmelzspinnbarer Polymere und erfordert daher keine überhöhten Qualitätsansprüche. Keilförmige Einbauten zur Regelung der Grenzflächenform sind daher nicht erforderlich. Die im Bereich ypsilon-förmiger Einmündungen auftreten-"den spitzwinkligen Kanten wirken wie derartige Einbauten, die allgemein gegen Beschädigungen sehr empfindlich und nur schwer ohne störende Grate und Dissymmetrien herstellbar sind.

Beispiel 3 s

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Abänderung,

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daß die Mengen von Kern- und Mantelmaterial in den Verhältnissen 40 : 60, 50 : 50 und 60 s 40 eingestellt werden, mit dem Ergebnis, daß keine Formänderung der Grenzfläche im Faserquerschnitt auftritt.

Beispiel 4:

Man arbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Abänderung, daß für Kern und Mantel Polycaprolactam gleicher Schmelzvislcosität, mattiert und unmattiert, verwendet wird, mit dem Ergebnis, daß man eine ebene Grenzfläche"bei nun gleichen Viskositäten erhält; das günstigste Visirositätsverhältnis hängt von der Art der Materialien ab.

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Claims

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Patentansprüche

/1.J Verfahren zur Herstellung von kräuselbaren Verbundfaden mit einem exzentrisch in einem Mantel angeordneten Kern, bei welchem ein erster Strom einer fadenbildenden, polymeren Spinnmasse unter Druck einer Spinndüse zugeführt wird und axial zu diesem Strom als Kern ein zweiter Strom einer fadenbildenden polymeren Spinnmasse eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des ersten Stromes abgezweigt wird und den beiden anderen Strömen nach, deren Seite-an-Seite-Vereinigung vor dem Austritt aus der Düse als Ummantelung zugeleitet und mit diesen versponnen wird.
2. Spinndüse zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1,

gekennzeichnet durch

a) eine obere Platte (1) mit Züführbohrungen (2,3) für die beiden Spinnschinelzeströme (a,b) und einen Verbindungskanal (4) an der Unterseite der Platte (1),

b) eine mittlere Platte (5) mit einer zu den Zuführbohrungen (2,3) zentrisch angeordneten Bohrung (6) und einer in einen ringförmigen Kanal (8) mündenden exzentrisch angeordneten Bohrung (7), die ihrerseits mit dem Kanal (4) verbunden ist,

c) eine untere Platte (11) mit einer zentrisch angeordneten Bohrung (12), die in die Düsenöffnung (13) mündet und über einen ebenen Ringspalt (9) mit dem ringförmigen Kanal (8) verbunden ist.
3. Spinndüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des ebenen Ringspaltes (9) durch Distanzscheiben (10) einstellbar ist.

Badische Anilin- ft Soda-Fabrik AG

Zeichn.

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