DE2438788C2

DE2438788C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fäden aus teilweise kristallinen Polyolefinen durch Schmelzspinnen

Info

Publication number: DE2438788C2
Application number: DE2438788A
Authority: DE
Inventors: John Kay Pringle Mackie; Samuel Belfast McMeekin
Original assignee: James Mackie & Sons Ltd Belfast Nordirland Gb; James Mackie and Sons Ltd
Current assignee: James Mackie & Sons Ltd Belfast Nordirland Gb; James Mackie and Sons Ltd
Priority date: 1973-08-17
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1987-10-01
Also published as: IE40391B1; JPS5755801B2; FR2257711B1; ES429321A1; JPS5048225A; IE40391L; DD116639A5; DK148101C; IN141842B; FR2257711A1; NL7410932A; LU70740A1; AU7245774A; IT1019044B; GB1473835A; DE2438788A1; CA1065564A; ZA745012B; DK148101B; BE818935A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fäden aus teilweise kristallinen Polyolefinen durch Schmelzspinnen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 27.

Ein derartiges Verfahren ist im Stand der Technik aus der US-PS 35 77 498 bekanntgeworden. Die Abkühlung erfolgt nach dieser vorbekannten Lehre jedoch aufgrund der hohen Spinnverstreckungsgeschwindigkeiten relativ langsam. Nachteilig macht sich hierdurch weiter bemerkbar, daß die öffnungen der Spinndüse relativ weit voneinander beabstandet sein müssen, wodurch die Fädenanzahl stark eingeschränkt wird. Darüber hinaus hat es sich als nachteilig erwiesen, daß die Kräuselung der Fäden in einer einzigen Verstreckstufe nicht beliebig gesteuert und so die Eigenschaften der hergestellten Kabel nicht ohne weiteres den individuellen Anfofderungen angepaßt werden konnten.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens derart zu verbessern, daß sie die Nachteile des Standes der Technik sicher vermeiden und sicherstellen, daß die Fäden während der Verarbeitung leichter zu handhaben bzw. zu kräuseln sind und weniger Kräuselung dabei verlorengeht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren bzw. durch die im Anspruch 27 gekennzeichnete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Abkühlung also schnell, während die Verstreckung in mehreren Stufen durchgeführt wird, wobei die Wärmebehandlung im Hinblick hierauf besonders abgestimmt ist. Während vor der Verstreckung die Temperaturen der Wärmebehandlung mindestens 100⁰C betragen, reicht es bei der Verstreckung aus, in der letzten Verstreckstufe Temperaturen von mindestens 7O⁰C anzuwenden. Die Temperatur der Verstreckstufe regelt dabei im großen Ausmaß, ob die Kräuselung sofort erscheint oder latent bleibt, bis die später durch Wärmeeinwirkung entwickelt wird, wobei Heißverstrecken zu der größten Latenz führt.

Wenn die Kräuselentwicklung bis nach der (den) Textilverarbeitungsstufe(n) unterdrückt wird, ergibt sich verbesserter Bausch, weil während der Verarbeitungsstufe keine Kräuselung verloren geht. Es ist daher insofern der doppelte Vorteil vorhanden, daß die weitgehend ungekräuselten Fäden während der Verarbeitungsstufe leichter zu handhaben sind und daß während Verarbeitens weniger Kräuselung verloren geht

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein großer Teil der Kräuselung veranlaßt, im latenten Zustand zu bleiben bis er später durch Wärmebehandlung entwikkelt wird, da die letzte Verstreckungsstufe bei einer Temperatur von mindestens 70⁰C und vorzugsweise im Bereich von 90⁰C durchgeführt wird. Mit anderen Worten folgt der ersten Verstreckstufe, welche vorzugsweise heiß ausgeführt wird, beispielsweise bei 120⁰C, eine weitere gesonderte Verstreckstufe. Es stellt sich heraus, daß diese beiden Verstreckstufen zu der obenerwähnten erhöhten Latenz der Kräuselbildung führen und obgleich gewünschtenfalls mehrere zusätzliche Verstreckstufen eingeführt werden können, sind zwei solche Stufen hinreichend und werden aus Gründen der Einfachheit und Wirtschaftlichkeit bevorzugt Wenn mehr als zwei solche Stufen vorhanden sind, ist es wichtig, daß die letzte bei mindestens 70° C ausgeführt wird.

Bekanntlich führt Verstrecken zu einer irreversiblen Molekularverschiebung und es ist die Tatsache, daß bei einem Verfahren gemäß der Erfindung diese Verschiebung in zwei getrennten Stufen erfolgt, welche zu den bereits beschriebenen verbesserten Ergebnissen führt. Die beiden Verstreckstufen erfolgen vorzugsweise in direkter Folge ohne jegliche Lockerung der Spannung. Wenn die Spannung am Ende der ersten Stufe gelockert wird, erscheint augenblicklich Kräuselung, verschwindet aber wieder bei der Anwendung von Spannung für die nächste Verstreckstufe und bleibt danach weitgehend latent bis sie anschließend durch Wärmeerregung entwickelt wird.

Man findet, daß es durch Einstellen des Verstrekkungsgrades in den beiden Stufen in Bezug aufeinander in Verbindung mit den Temperaturen der Verstrekkungsstufen, insbesondere derjenigen der zweiten Verstreckungsstufe, möglich ist, sowohl die Gesamtkräuselung, welche schließlich nach der Endwärmebehandlungsstufe erscheint, als auch den Teil der Kräuselung, welcher nach der zweiten Verstreckungsstufe latent bleibt, zu regeln. Im allgemeinen findet man, daß sowohl die maximale Gesamtkräuselung als auch die maximale latente Kräuselung erhalten werden, wenn etwas weniger als die Hälfte der Gesamtverstreckung in der ersten Stufe ausgeführt wird.

Beispielsweise findet man für eine erste Verstrekkungstemperatur von 120⁰C und eine zweite Verstrekkungstemperatur von 9O⁰C, wenn die gesamte Reckung in beiden Stufen 3 :1 beträgt und die Verhältnisse dieser Verstreckung in den beiden Stufen variiert werden, daß sowohl die Gesamtkräuselung als auch die latente Kräuselung zusammen zunehmen, wenn das Verhältnis der Gesamtverstreckung in der ersten Stufe von Null angehoben wird, und dann erreichen beide dieser Werte ein Maximum kurz nachdem das Verhältnis der Gesamtverstreckung in der ersten Stufe ein Viertel erreicht, d.h. wenn das Reckverhältnis für die erste Stufe etwas größer als 1,5 :1 ist. Danach nehmen sowohl die Gesamtkräuselung als auch die latente Kräuselung zusammen im allgemeinen linear ab, wenn das Verhältnis der Verstreckung, die in der ersten Stufe ausgeführt wird, zunimmt und das Verhältnis in der zweiten Stufe gegen Null abnimmt. Wenn das Verhältnis der Verstreckung, die in der zweiten Stufe ausgeführt wird, tatsächlich Null erreicht, dann ist das Streckver-

fahren natürlich einstufig, d. h. nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Etwas ähnliche Resultate werden für ein Gesamtstreckverhältnis von 2 :1 erhalten, wobei die maximalen Werte sowohl der Gesamtkräuselung als auch der latenten Kräuselung gerade bevor das Verstreckungsverhältnis in der ersten Stufe einen Wert von 1,5 :1 erreicht, auftreten.

Die Wärmebehandlung vor dem Anlegen der Verstreckungsspannung wird i. a. bei einer geringen Spannung ausgeführt, d.h. bei einer Spannung, die nur ι ο gerade ausreicht, um Durchhängen der Fäden zu verhindern, wenn sie durch die Wärmebehandlungszone gehen. Das notwendige Ausmaß dieser Wärmebehandlung kann nur durch das Resultat ausgedrückt werden, da es von mehreren Faktoren abhängt, d. h. der Natur des Polymeren, der Art und Wirksamkeit des Erhitzens, dem Durchmesser der Fäden und der Dicke des (der) Kabel(s). Selbst für ein sehr kleines Ausmaß der Wärmebehandlung ergibt sich schließlich ein geringer Kräuselungsgrad, aber für praktische Zwecke kann man zwei Kräusel pro Zentimeter als brauchbare minimale Kräuselung ansehen, wie oben erwähnt, und eine angemessene Wärmebehandlung für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher als die zur Erzeugung mindestens dieses Kräuselungsgrades erforderliche definiert werden.

Obgleich die beschriebenen Ergebnisse völlig unabhängig von der Spinngeschwindigkeit erhalten werden können, ergeben sich die wichtigsten Vorteile aus der Anwendung einer Spinn-Verstreck-Geschwindigkeit von 100 m pro Minute oder weniger. Solche niedrigen Spinn-Verstreck-Geschwindigkeiten vereinfachen das Gesamtverfahren außerordentlich und erleichtern die wichtige Forderung schnellen asymmetrischen Kühlens. Spinnen mit geringer Geschwindigkeit kann auch zu verschiedenen Vorteilen führen, von denen die Möglichkeit, Gruppen von Fäden direkt zu einem Verzwirnkopf zu führen, nicht der geringste ist, so daß sie auf einen Garnkörper in der Form von Garn mit derselben Geschwindigkeit, mit welcher sie erzeugt werden, aufgewickelt werden können, indem so texturiertes Garn direkt aus dem Grundpolymer in einer einzigen Produktionslinie hergestellt wird.

Abgesehen von den bereits besprochenen beiden Reckstufen und der vorherigen Wärmebehandlung ist das anfängliche Kühlen die entscheidenste der anderen Stufen, welches, wie bereits dargelegt, schnell und asymmetrisch sein muß. Für den Zweck der .'orliegenden Erfindung kann das Kühlen als schnell angesehen werden, wenn die Länge des Einschnürungsteils zwischen dem νοϋεη Durchmesser jedes Fadens und dem verminderten Durchmesser, der von dem Spinn-Verstrecken resultiert, geringer ist als das 50fache des vollen Durchmessers der Fäden. Je schneller das Kühlen erfolgt, um so geringer ist die Länge dieses Einschnürungsteils, und eine Einschnürungslänge von weniger als dem 25fachen, beispielsweise das 5fache des vollen Durchmessers, ergibt sehr gute Resultate. Das Kühlen muß auch asymmetrisch sein, d.h. intensiver an einer Seite des Fadens als an der anderen. Beachtung dieser beiden Erfordernisse führt zu unterscheidenden Charakteristiken zwischen einer Seite jedes Fadens und der anderen und diese unterscheidenden Merkmale sind grundlegend verantwortlich für die endgültige Erzeugung von Kräuselung.

Das schnelle asymmetrische Kühlen wird üblicherweise sofort angewandt wenn die Fäden die SpinndüsenDlatte verlassen, in welchem Fall es höchst bequem erreicht wird, indem man Luft auf die Fäden richtet, wenn sie die Spinndüsenplatte verlassen. Diese Kühlluft, welche vorzugsweise Umgebungstemperatur oder niedrigere hat, kann flach auf die Spinndüsenplatte auftreffen, so daß die Fäden sofort gekühlt werden, wenn sie aus den Bohrungen austreten. Je kälter die Luft ist, um so geringer ist die für dasselbe Kühlungsmaß erforderliche Geschwindigkeit.

In einem besonders vorteilhaften Prozeß wird der Einschnürungspunkt der Fäden innerhalb 2,5 mm von der Spinndüsenplatte gehalten und die Kristallisationslinie, d. h. das Niveau, bei welchem die Verfestigung der Fäden vollendet ist, liegt etwa 1,5 cm entfernt.

Es ist nicht wesentlich, daß das Kühlen unmittelbar, wenn die Fäden die Spinndüsenplatte verlassen, erfolgen sollte, und wenn es nach einem kurzen Intervall erfolgt, sind andere Kühlmethoden als Luftkühlung möglich. Beispielsweise können die Fäden über die Oberfläche einer Walze geführt werden, welche entweder von innen gekühlt wird oder indem man einen Film kalter Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, über die Oberfläche in Kontakt mit den Fäden fließen läßt. Die an der Walze anliegenden Seiten der Fäden werden schneller gekühlt als die gegenüberliegenden Seiten, was zu den unterschiedlichen, bereits beschriebenen Effekten führt.

Die Bohrungen der Spinndüsenplatte können in der Form eines Rechtecks vorliegen, welches ein Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 3:1, besser mindestens 9 :1 aufweist, wobei die Kühlluft von der längeren Seite des Rechtecks auf die Fäden gerichtet wird. Normalerweise sind zwei Spinndüsenplatten und daher zwei mit Abstand angeordnete Rechtecke für jeden Extruderkopf vorhanden. Es sind Luftkanäle an der längeren äußeren Seite jedes Rechtecks vorgesehen, um Kühlluft auf die Fäden zu richten. Mit einer solchen Art des Kühlens werden die meisten der einzelnen Fäden an einer Seite mehr gekühlt als an der anderen, um die erforderliche asymmetrische Wirkung zu ergeben.

Die Wirkungen der asymmetrischen Kühlung sind am ausgeprägtesten an den Fäden, welche dem Luftstoß am nächsten sind und wenn Luft von beiden äußeren Seiten der Rechtecke gerichtet wird, erfahrer, die Fäden an jeder der äußeren Kanten des Rechtecks den größten Differenzeffekt, während jene an der Innenkante des Rechtecks nur einen geringen unterschiedlichen Effekt erfahren und können in manchen Fällen an beiden Seiten gleich gekühlt werden und können daher anschließend keine Kräuselung entwickeln. Der Anteil der ungekräuselten Fäden, welcher unter irgendwelchen besonderen Umständen annehmbar ist, hängt von den in dem Endprodukt geforderten Charakteristiken ab. In manchen Fällen ist ein sehr kleiner Prozentwert gekräuselter Fäden ausreichend, während in anderen ein sehr hoher Gehalt wünschenswert ist.

Wenn nur ein geringer Gehalt an ungekräuselten Fäden erforderlich ist, kann man diesen durch Vermischen von Fäden, welche gemäß der Erfindung gekräuselt sind, mit ungekräuselten Fäden erhalten. Es ist auch möglich, das Verfahren der Erfindung so durchzuführen, daß einige der Fäden geringe oder keine signifikante Kräuselung entwickeln. Wenn der Gehalt gekräuselter Fäden ziemlich hoch ist, tritt ein sekundärer Effekt ein, da alle Fäden anschließend zusammen vermischt werden und wenn die Kräuselung endgültig erscheint, können solche Fäden, welche nicht unterschiedlich gekühlt worden sind, durch die Schrumpfung

der unterschiedlich gekühlten Fäden neben ihnen in eine drückt werden, womit so die Bedeutung der Kontrolle

gekräuselte Konfiguration gezwungen werden. der Höhe des Spannungsrücklaufs, welcher sich aus dem

Als ein Ergebnis des asymmetrischen Kühlens sind die Verstreckungsvorgang ergibt, in die Heizzone hervor-

unterscheidenden Charakteristiken bereits wirksam in gehoben wird.

die Fäden eingeschlossen, welche sich unterdessen 5 Als eine Alternative zu der Verwendung eines

verfestigt haben, und die Hauptwirkung der Wärmebe- Luftofens für die Wärmebehandlung können die Fäden

handlung besteht darin, diese Unterscheidung hervorzu- in dem erforderlichen Maße in einem Strahlungsofen

heben. Die Temperatur dieser Wärmebehandlung muß erhitzt werden.

mindestens 100° C betragen, aber der Betrag, um den sie Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Ofens für

über 100⁰C liegen muß, und ebenfalls das Ausmaß der io die Wärmebehandlung liegt darin, daß es möglich ist,

Behandlung sind von den oben besprochenen Faktoren mindestens die erste Verstreckungsstufe in demselben

abhängig und auch von dem erforderlichen Krause- Ofen auszuführen, indem man das Kabel mehrfach

lungsgrad. Um ein genaues Maß der Kräuselung, die durch den Ofen führt und indem man die Heizstufe von

man für jede besonderen Verfahrensbedingungen dem ersten Verstrecken durch geeignetes Puffern

erhält, zu schaffen, wird ein kurzes Faserstück (z.B. 15 isoliert, so daß es möglich ist, daß die Wärmebehandlung

15 cm) von dem gekräuselten Kabel abgeschnitten und vor der Anwendung von Verstreckungsspannung von

ohne Behinderung auf einen Glasschieber gelegt und ausreichender Dauer ist. Beispielsweise kann eine der

man läßt es seine natürliche Konfiguration - die einer Walzen, um welche das Kabel auf seinen Wegen durch

Schneckenfeder - annehmen. Die Anzahl vollständiger den Ofen läuft, zwangsläufig angetrieben sein, um den

Windungen pro »cm Feder« wird gezählt. Der Test wird 20 Puffer zu bilden, wobei diese Walze so angeordnet ist, so

lOOmal an verschiedenen Fäden, die an verschiedenen daß eine Wärmebehandlung von genügender Dauer vor

Stellen des Kabels entnommen sind, wiederholt und der dem Verstrecken ermöglicht wird, welches im Anschluß

Durchschnittswert berechnet. an jene angetriebene Walze erfolgt.

Obgleich die untere Grenze für das Ausmaß des Noch eine weitere Alternative ist das Erhitzen der

Erhitzens wichtig ist, wie bereits besprochen, ist die 25 Fäden durch Oberflächenkontakt mit einer beheizten

obere Grenze nur wichtig vom Standpunkt der Zeit- Fläche oder Flächen. Beispielsweise können die Fäden

und Platzersparnis in dem Gesamtverfahren. Es ist in direktem Kontakt mit einer beheizten Walze oder

ratsam, über dem Minimalwert und oberhalb desselben Walzen geführt werden. Irgendeine Art von Bremsein-

einen vernünftigen Spielraum zuzulassen und wenn richtung ist im allgemeinen zur Kontrolle der Höhe der

beispielsweise ein Luftofen verwendet wird, hat sich 30 Spannung, welche von der Verstreckzone nach der

eine Verweilzeit von einer Minute für die meisten Heizzone zurückläuft erforderlich, gleichgültig um

Verfahrensbedingungen als geeignet erwiesen. welche Art des Erhitzens es sich handelt.

In Praxis kann das Ausmaß der Wärmebehandlung Anstatt einer zwangsläufig angetriebenen Walze, wie sehr leicht festgesetzt werden, indem man ein kleines in bezug auf einen Heizofen beschrieben, kann die Stück aus dem Kabel unmittelbar nach Austritt aus der 35 Bremseinrichtung die Form einer Druckwalze, welche Wärmebehandlungszone entfernt. Dieses Stück wird mit einer zweiten Walze oder alternativ mit mehreren dann von Hand in der Kälte, d. h. bei Umgebungstempe- Walzen oder Stangen zusammenarbeitet, aufweisen, ratur, verstreckt. Wenn die Wärmebehandlung ausrei- z. B. drei Walzen oder Stangen, die in den Ecken eines chend gewesen ist, entwickelt sich von selbst Krause- Dreiecks angeordnet sind. Wenn für die Wärmebehandlung und diese kann leicht gemessen werden. 40 lung eine beheizte Walze oder Walzen verwendet

Wenn man genauere Kenntnis der Höhe der werden, wird die Bremseinrichtung zur Kontrolle des

benötigten Wärmebehandlung wünscht, kann die Spannungsrücklaufs von der Verstreckzone nach der

Veränderung in der Faser leicht überwacht werden, Heizzone angeordnet. Noch eine weitere Alternative

beispielsweise durch Beobachten der Veränderung in für die Bremseinrichtung ist das hinbringen einer

der Orientierung der Fäden. Die Wärmebehandlung- 45 beheizten Walze in die Heizzone bei einer niedrigeren

stufe ist in einem Verfahren der Erfindung im Effekt eine Temperatur als die ihr vorhergehende Walze oder

Temper- oder Hitzehärtungsstufe und verursacht, wie Walzen.

alle solche Stufen, Kristallitumlagerungen: Die Orientie- Die Endverstreckungstemperatur ist das Wichtigste

rung ist ein Maß für die Ausrichtung von Kristalliten in beim Entscheiden, ob die Kräuselung weitgehend latent

bezug auf die Faserachse. Die Orientierung ist ein 50 ist oder nicht und, wie zuvor erwähnt, führt eine

bequemes Mittel diese Ausrichtung zu messen. Ihre Temperatur von mindestens 70° und vorzugsweise 90⁰C

Messung ist von Ingersoll, Journal of Applied Physics 17, oder darüber in der letzten Verstreckungsstufe zu dem

924 (1946) beschrieben worden. Die Wärmebehandlung gewünschten Anstieg der Latenz. Es wird auch

erzeugt eine Veränderung der Orientierung und ist festgestellt, daß ein Wasserbad bei annähernd 100⁰C

vollständig, wenn weiteres Erhitzen der Probe keine 55 bessere Resultate zu ergeben scheint als ein Ofen bei

weitere Veränderung in der »Orientierung bewirkt derselben Temperatur. Dieses kann eine Sache besserer

Jedoch ist der oben beschriebene einfache Handtest für Wärmedurchdringung sein. Jedoch kann jede geeignete

praktische Zwecke völlig ausreichend. Kombination beheizter Flächen, Bäder oder Ofen

Allgemein gesprochen ist die Verwendung eines verwendet werden, vorausgesetzt, daß die notwendigen Luftofens für die Wärmebehandlung, wie gerade 60 Wärmeerfordernisse in jeder Stufe erfüllt sind,
erwähnt, am bequemsten und für Maximalkräuselung Die so weit beschriebenen Stufen, d. h. das schnelle

wird keine nennenswerte Spannung angewandt Die und asymmetrische Kühlen, die Wärmebehandlung und

Anwendung von Spannung bei dieser Stufe ist bewirkt, die Verstreckstufen können zweckmäßigerweise in

die Gesamtkräuselung zu reduzieren (in welcher Stufe kontinuierlicher Folge in derselben Produktionslinie sie auch auftreten mag) und kann erforderlichenfalls als 65 ausgeführt werden, wobei die Fäden direkt von einer

Kontrollfaktor verwendet werden. Wenn die Spannung, Stufe nach der nächsten laufen. Nach dieser Stufenfolge

die für das Verstrecken notwendige erreicht, kann die können die Fäden entweder direkt zu einer weiteren

Entwicklung von Kräuselung scheinbar völlig unter- Verarbeitungsstufe gehen, wie beispielsweise Stapeln,

Sortieren und Kardieren, oder sie können auf Rollen gewickelt werden, bereit zur weiteren Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt. Die latent gekräuselten Fäden können durch die Anwendung mechanischer Kräuselung leichter zu handhaben gemacht werden. Dieses macht sie für andere Zubereitungsoperationen, wie beispielsweise kardieren, geeigneter.

Es ist auch möglich, die Stufenfolge zwischen Wärmebehandlung und Verstrecken zu unterbrechen, indem man die Fäden nach der Wärmebehandlung auf Rollen wickelt. Dieses vermeidet vollkommen jegliche Schwierigkeiten, welche durch das Rücklaufen von Spannung nach der Wärmebehandlungsstufe verursacht werden.

Unabhängig von der Folge von Zwischenstufen muß die Endstufe die Wärmeanwendung sein, um die Bildung der Kräuselung anzuregen. Für maximale Kräuselentwicklung ist die Temperatur der anschließenden Wärmebehandlung vorzugsweise von derselben allgemeinen Größenordnung wie die Temperatur der Wärmebehandlung vor dem Verstrecken. Diese zusätzliche Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise trocken, aber gewünschtenfalls kann Naßbehandlung angewandt werden, und sie kann bei jeder folgenden Stufe nach der Haupttextilverarbeitung angewandt werden. Es kann auch vorteilhaft sein, die Wärme zum Entwickeln der Kräuselung in mehr als einer Stufe anzuwenden, so daß die Kräuselung teilweise bei einer Stufe des Verfahrens erscheint, wobei der Rest zur Entwicklung durch weitere Wärme bei einer späteren Stufe oder Stufen verbleibt.

Beispielsweise können die Fäden nach Stapeln sortiert und dann zu Garn versponnen werden, wobei die Wärmebehandlung auf das sich ergebende Garn angewandt wird. Diese Behandlung unterstützt dann sog. »burst« in dem Garn, d. h. relative Bewegung der Fasern, welche bestrebt ist, dem Garn mehr Griff zu erteilen. Wenn daher das in Rede stehende Garn als das Florgarn eines Teppichs verwendet wird, liegt die Wirkung der Behandlung darin, die Deckkraft des Garnes zu erhöhen und dem Teppich selbst mehr Griff zu verleihen, indem so ein geringeres spezifisches Gewicht des Garns erlaubt wird, wodurch sich Einsparungen ergeben. Die für die Behandlung erforderliche Wärme kann beispielsweise beim Aufbringen einer Rückseite auf den Teppich oder während des Ausrüstungsprozesses angewandt werden. Die Stapelfäden können entweder allein oder mit anderen Stoffen, z. B. 50% Viscose, vermischt verwendet werden.

In Praxis kann der Berstgrad bei der Fadenerzeugungsstufe bestimmt werden, indem man Kabelstückchen nach der Verstreckungsstufe entnimmt und sie lose in einem Ofen während etwa einer halben Minute erhitzt. Die Temperatur des Ofens sollte derjenigen der gerade beschriebenen Endwärmebehandlung entsprechen und liegt im allgemeinen zwischen 100⁰C und 130⁰C. Die Längenänderung des erhitzten Kabels gibt ein Maß für das Kräuselungspotential. Beispielsweise würde eine Längenverminderung von 30 cm bis 10 cm (from 30 cm to 10 cm) ein gutes Bersten bedeuten.

Die Erfindung wird jetzt mehr im einzelnen an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine allgemeine Ansicht, welche den Aufriß einer Produktionsreihe als Ganzes zeigt,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Extrudierkopfes und einer Kühlanordnung,

Fig.3 eine Einzelheit eines kleinen Teiles einer Spinndüsenplatte und Kühlanordnung und

F i g. 4 und 5 sind graphische Darstellungen, welche den Einfluß der relativen und gesamten Reckverhältnisse auf den erhaltenen Latenzgrad und die Gesamtkräuseiung darstellen.

In F i g. 1 sind drei Extruder 1 dargestellt, welche jeweils Fäden bei 2 nach oben in der Form eines Kabels ausgeben, welches um Führungswalzen 3 geleitet wird, wobei die einzelnen Kabel zu einem einzigen kombinierten Kabel 4 zusammengefaßt werden, an welchem nachfolgende Verfahrensstufen ausgeführt werden. Polymerkörner werden in die einzelnen Extruder 1 aus einem Füllbehälter 6 eingespeist, und der Betrieb der Produktionslinie wird von einem Bedienungspult 7 gesteuert.

Das kombinierte Kabel 4 geht zuerst horizontal in einen Heißluftofen 10, wobei es durch Walzen 11 und 12 geführt ist, so daß es dreimal durch den Ofen hindurchgeht. Die ersten beiden Durchgänge stellen die Wärmebehandlung dar und der dritte die erste Verstreckungsstufe. Um eine wirksame Pufferung zu schaffen und um zu verhindern, daß die Verstreckungsspannung in die Heizzone zurückgeht, ist die Walze 12 zwangsläufig angetrieben, vorzugsweise bei derselben Oberflächengeschwindigkeit wie die Walzen 3, um minimale Spannung in den ersten beiden Durchgängen des Kabels durch den Ofen zu ergeben, wobei so die Heizzone gebildet wird. Es wird eine Temperatur von mindestens 100⁰C in diesem Ofen beibehalten. Dann läuft das Kabel über Walzen 14 und 15, wobei so dem Kabel die erste Verstreckung während seines dritten Durchgangs durch den Ofen erteilt wird. Nach Umlaufen um die Walzen 14 und 15 läuft das Kabel 4 nach unten in ein Wasserbad 18, welches eine Anordnung von drei Walzen 20 enthält, die mit derselben Geschwindigkeit wie die Walzen 14 und 15 laufen. Es läuft dann nach oben aus dem Wasserbad 18 um eine Walze 21, eine mit dieser zusammenwirkende Walze 22 und von dort nach einer Gruppe von Godet-Walzen, die allgemein mit 24 bezeichnet ist. Diese Walzen 21 bis 24 bringen die Spannung für die zweite Verstreckungsstufe auf, und das Kabel wird so über den mit 25 bezeichneten Bereich zwischen den Walzen 20 und der Walze 21 verstreckt Die Gruppe von Walzen 20 widersteht der durch die Walzen 21, 22 und 24 aufgebrachten Spannung, indem so die beiden Verstreckungsstufen des Kabels getrennt werden, obgleich natürlich keine Entspannung zwischen den Stufen vorhanden ist

Nach Verlassen der Führungswalzen 24 läuft das Kabel 4 in einer Stauchkräuselvorrichtung 28, welche eine mechanische Kräuselung auibringi und das Kabel für die nachfolgende Bearbeitung geeigneter macht. In einem typischen Beispiel betrug ein Spaltdruck an den .Zuführungswalzen in die Stauchkräuselvorrichtung 28 65 kg pro Zentimeter. Es ist bemerkt worden, daß übermäßiger Spaltdruck die Gesamtkräuselung, welche sich endgültig entwickelt vermindern kann. Schließlich läuft das Kabel in dem Topf 30 einer Drehtopfvorrichtung, welcher es in aufeinanderfolgende Töpfe 31 fördert Wenn jeder Topf 31 mit Kabel gefüllt ist wird er für irgendwelche erforderlichen nachfolgenden Verarbeitungsstufen, wie zuvor beschrieben, entnommen.
Die erste der in einem Verfahren gemäß der Erfindung wesentlichen Stufen liegt in dem schnellen und asymmetrischen Kühlen der Fäden, welches durch F i g. 2 und 3 veranschaulicht wird. Die einzelnen Fäden 35 sind dargestellt wenn sie aus der Spinndüsenplatte 36

austreten, und eine Luftdüse 38 leitet einen Strom von Kühlluft schräg gegen die Spinndüsenplatte 36, so daß er auf die Düsenplatte selbst annähernd an der der Gruppe von Fäden fernen Seite auftrifft, wie durch die gestrichelte Linie 39 dargestellt ist (F i g. 3). In einem besonderen Beispiel beträgt der Durchmesser der einzelnen Fäden 1,0 mm, der mit A bezeichnete Abstand, welcher die vertikale Höhe der Düse über der Düsenplatte darstellt, beträgt 12 mm und die Abmessung B, welche den horizontalen Abstand der Düse von dem Rand der Gruppe von Fäden darstellt, beträgt 25 mm. In diesem Beispiel wird Kühlluft bei Umgebungstemperatur gegen die Fäden bei einer Geschwindigkeit von 40m/sec gerichtet, welche zu einer Einschnürung (in gestrichelter Linie dargestellt) in den Fäden bei einer Durchschnittshöhe C von annähernd 2,5 mm oberhalb der Fläche der Spinndüsenplatte 36 und einer Kristallisationslinie bei einem Durchschnitt D von etwa 1,5 cm und durch die gestrichelte Linie dargestellt führt. An der Kristallisationslinie sind die Fäden völlig verfestigt und haben etwa 66 dtex.

Es wird jetzt ein Beispiel für die Herstellung gekräuselter Fäden mittels der soeben beschriebenen Vorrichtung im einzelnen angegeben. Der verwendete Extruder war der im Handel als ein »MACKIE CX« Extruder bekannte, welcher mit Zylindertemperaturen, die von 260 bis 280°C reichten, betrieben wurde. Jede Spinndüsenplatte hatte Abmessungen von 400 χ 30 mm, wurde bei einer Temperatur von 280⁰C gehalten und besaß 5880 Löcher von jeweils 1,0 mm Durchmesser. Es wurde Polymerisat nach den Spinndüsenplatten gepumpt mit einer Geschwindigkeit, welche eine Gesamtproduktionsrate von 90 kg pro Stunde erlaubte. Die Kühleinrichtung wurde schon mit Bezug auf F i g. 2 und 3 beschrieben und die Luft zum Kühlen bei einer Temperatur von 17° C verwendet. Die Luftgeschwindigkeit, gemessen am Ausgang von dem Schlitz der Düse mit einer Breite von 0,5 cm betrug 40 m pro Sekunde. Unter diesen Bedingungen des schnellen und asymmetrischen Kühlens zeigten die extrudierten Fäden eine Einschnürungsstelle bei einem Durchschnitt von etwa 2,5 mm von der Düsenplatte, welche von 5 mm als weitestes von der Kühldüse bis 1 mm als nächstes von der Düse reichte. Die Abziehgeschwindigkeit der Fäden betrug 9,0 m pro Minute.

Unter Verwendung der soeben beschriebenen Vorrichtung und Betriebsbedingungen wurde pigmentiertes Polypropylen mit Schmelzflußindex 4,0 durch 3 Köpfe (2 Spinndüsenplatten pro Kopf) des Extruders extrudiert, wobei sich insgesamt 32 280 Fäden ergaben, welche in ein einziges Kabel zusammengefaßt wurden. Dieses wurde dreimal durch den in F i g. 1 dargestellten Luftofen 10 geführt, welcher bei einer Temperatur von 120°C gehalten wurde. Das Kabel wurde bei 9 m/Min, in den Ofen eingeführt und die Walze 12 wurde ebenfalls ,. bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 9 m/Min, gehalten. Die Dauer der Wärmebehandlung, die sich : durch die ersten beiden Durchgänge des Kabels durch ί den Ofen ergab, betrug annähernd 40 Sekunden. Das ! Kabel wurde dann um die Walzen 14 und 15 geführt, ί welche eine Oberflächengeschwindigkeit von 13,5 m/ Min. hatten, wobei sich so eine erste Verstreckung von 1,5 :1 ergab. Von den Walzen 14 und 15 lief das Kabel in das Wasserbad 18 bei 90° C und um die drei Walzen 20, welche eine Oberflächengeschwindigkeit von 27 m/Min, hatten, wobei so die zweite Verstreckungsstufe geschaffen und die Gesamtverstreckung von 3:1 vollendet wurde.

(Es wurde eine Kabelprobe vor der Walze 12 entnommen und auf Gesamtkräuselstärke durch Kaltverstrecken von Hand geprüft. Sie entwickelte 8 Kräusel/cm und es wurde gefunden, daß der Orientierungswinkel vor Wärmebehandlung 24° betrug und nach Wärmebehandlung 36°).

Das Kabel wurde der Kräuseleinrichtung zugeführt und in Topfen 31 gesammelt. Es wurde nach Stapeln sortiert, mit einem antistatischen Mittel ausgerüstet und kardiert, zubereitet und zu einem 4,23 Nm Garn mit einer Verdrehung von 197 Drehungen pro Meter versponnen und 2gefacht bei 118 Drehungen/Meter. Das Garn wurde zu einem Axminster-Teppich verwebt, welcher mit Latex unterschlichtet und in einem Ofen bei 120° C vulkanisiert wurde.

Fig.4 und 5 sind graphische Darstellungen, welche zeigen, wie Änderungen in dem ersten Verstreckungsverhältnis die Latenz und das Gesamtkräuselungsmaß beeinflussen. In der graphischen Darstellung 4 ist die Gesamtverstreckung (erste und zweite Verstreckung) gleich 3:1. Die prozentuale Kräuselung ist als Ordinate gegen das erste Verstreckungsverhältnis als Abszisse aufgetragen, gemessen als ein Verhältnis von Walzengeschwindigkeiten, d.h. . Die Ofentemperatur beträgt 120⁰C, wobei sich so auch eine erste Verstreckungstemperatur von 120⁰C ergibt. Die Wasserbadtemperatur, d. h. die zweite Verstreckungstemperatur, beträgt 90° C.
Kurve A zeigt Gesamtkräuselung nach Entwicklung bei 122°C (d.h. die nachfolgende Wärmebehandlung).

Kurve B zeigt sofortige Kräuselung (spontan), entwikkelt bei Umgebungstemperatur, und Kurve C ist gleich B minus A und zeigt die latente Kräuselung.

Die graphische Darstellung 5 ist in ähnlicher Weise erhalten worden, aber die Gesamtverstreckung beträgt in diesem Beispiel 2:1. Man sieht, daß etwas höhere Kräuselungswerte bei dieser geringeren Gesamtverstreckung erhalten werden.

Die zusätzliche Latenz, weiche sich von dem Verfahren herleitet, ergibt noch mehr Raum für Bauschentwicklung in Mehrstufen. So kann das Garn beispielsweise in kochendem Wasser behandelt werden, um einen Teil der Kräuselung zu entwickeln und der Rest kann dann als ein Ergebnis der Latexvulkanisation des Teppichs entwickelt werden. Als ein Ergebnis von Bauschen, welches teilweise in dem Garn vor Einsatzen in den Teppich als Büschel und teilweise nach Einsetzen in den Teppich stattfindet, wird ein Teppich hergestellt, welcher nicht nur maximale Deckung, sondern auch ausgezeichnete Büschelbegrenzung aufweist

Es muß betont werden, daß ein Verfahren in Übereinstimmung mit der Erfindung nicht nur für Teppichherstellung von Vorteil ist, sondern auch für viele andere Textilverfahren, wobei seine Eignung für die Bildung von nichtgewebten Stoffen, insbesondere durch die spinngebundene Route, wo das Krümmen der Fasern während der Kräuselentwicklung der latenten Kräuselung willkürliche Verteilung und Verdichtung der Watte verbessert besonders gut ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fäden aus teilweise kristallinen Polyolefinen durch Schmelzspinnen, bei dem mindestens ein Teil der Fäden asymmetrisch nach Abzug aus der Schmelze gekühlt, zu mindestens einem Kabel geformt und verstreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrische Abkühlung schnell durchgeführt und danach das Kabel einer Wärmebehandlung von mindestens 100° C unterworfen wird, deren Ausmaß so gewählt wird, daß sie zur Erzeugung von mindestens zwei Kräuselungen pro cm bei einem Kaltverstreckversuch des Kabels ausreicht, und daß anschließend die Verstreckung in mehreren Stufen durchgeführt wird, deren letzte bei einer Temperatur von mindestens 70° C erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während der letzten Verstreckstufe in der Gegend von 90°C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verstreckstufen vorgesehen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während der ersten Verstreckstufe mindestens 100° C beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden mit einer Spinn-Verstreckungs-Geschwindigkeit von 100 m/Min, oder darunter aus der Schmelze abgezogen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schnei-Ie asymmetrische Abkühlung der Fäden durch Kühlluft erfolgt, die man auf die die Spinndüsenplatte verlassenden Fäden richtet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenzeichnet, daß die Kühlluft schräg auf die Spinndüsenplatte aufprallt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft Umgebungstemperatur hat.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühlluft auf einer Temperatur unter Umgebungstemperatur befindet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürungsstelle der Fäden im Durchschnitt innerhalb 2,5 mm von der Spinndüsenplatte gehalten wird und die Kristallisationslinie im Durchschnitt etwa 1,5 cm von der Spinndüsenplatte entfernt ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung mittels Heißluft erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden für die letzte Verstreckung erhitzt werden, indem man sie durch ein beheiztes Bad leitet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden zwischen dem Bad und folgenden angetriebenen Walzen verstreckt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, b5 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstrekkungsstufe über einer beheizten Fläche erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch

gekennzeichnet, daß die beheizte Fläche feststehend ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Fadenspannung, welche in die Wärmebehandlungszone läuft, kontrolliert wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Behandlung in kontinuierlicher Folge ausgeführt werden.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden oder die daraus erzeugten Produkte anschließend an das Verstrecken einer weiteren Wärmebehandlung in einem entspannten Zustand unterworden werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daS die anschließende Wärmebehandlung annähernd bei derselben Temperatur wie die Wärmebehandlung vor dem Verstrecken erfolgt

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden im Anschluß an Verstrecken, aber vor der folgenden Wärmebehandlungsstufe einer mechanischen Kräuselung unterworfen werden.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin Polypropylen ist.

?.2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erzeugten Fäden Stapelfasern gebildet werden.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden oder Fasern mit aus anderen Stoffen bestehenden Fäden oder Fasern vermischt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern zu Garn versponnen werden.

25. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19 in Verbindung mit Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die anschließende Wärmebehandlung auf das Garn angewandt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden in Gruppen eingeteilt und in kontinuierlicher Folge zur Bildung von Garnen verzwirnt werden.

27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Extruder, einer Spinndüse, mit Kühlmitteln, die dicht bei der Spinndüse zum asymmetrischen Kühlen der aus der Spinndüse abgezogenen Fäden angeordnet sind, und mit Verstreckungsmitteln zur Verstreckung bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Verstreckungsmitteln eine Heizeinrichtung zum Ausführen einer Wärmebehandlung bei mindestens 100° C vorgesehen ist, daß die Verstreckungsmittel aus zwei getrennten Verstreckstufen bestehen, wobei die zweite Verstreckstufe Heizmittel zur Einstellung einer Temperatur von mindestens 70°C enthält, und daß vor den Verstreckstufen ein Bremsmittel zum Kontrollieren der Höhe der Fadenspannung, welche in die Wärmebehandlungszone zurückläuft, angeordnet ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Ofen ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmittel in dem Ofen angeordnet ist, und daß auch die erste Verstreckstu-

fe in dem Ofen stattfindet

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Verstreckstufe ein beheiztes Bad vorgesehen ist

31. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung beheizte Walzen aufweist, und das Bremsmittel hinter den Heizwalzen angeordnet ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Heizwalzen und der ersten Verstreckstufe eine beheizte Platte angeordnet ist

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmittel vor der beheizten Platte angeordnet ist